CN1940517A - 在线皮带张力测量定标装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车用发动机传动皮带的测量装置，特别是一种可在线测量安装后传动皮带张力值的在线皮带张力测量定标装置，包括皮带夹持装置、定标装置及数字仪表，皮带夹持装置安装在定标装置上，定标装置与支撑柱的一端连接，支撑架套在支撑柱上，并通过设在支撑柱另一端的锁紧螺母锁紧，数字仪表固定在支撑架上，通过导线与皮带夹持装置相连。本发明的皮带夹持装置通过传感器与数字仪表相连，可通过数字仪表的显示器指示张力值，实现了在线检测操作简单，张力值显示直观；传感器采用电涡流位移传感器，既保证了使用寿命及可靠性，又降低了制造成本；皮带夹持装置上设计了杠杆式的弹簧压缩手柄，可大大减轻操作者的劳动强度，提高了劳动效率。

Description

在线皮带张力测量定标装置

技术领域

本发明涉及车用发动机传动皮带的测量装置，特别是一种可在线测量安装后传动皮带张力值的在线皮带张力测量定标装置。

背景技术

车用发动机上的传动皮带如风扇皮带，空调皮带等在安装后有较严格的张力要求。张力过低，会降低传动效率，导致发动机过热，皮带与皮带轮相互滑动生热也会导致皮带早期破坏；张力过高，会降低皮带的使用寿命，并会额外增加发动机的负荷。我公司现采用一种日本产的机械式测量仪对安装后的皮带进行张力测量。而且据我们调研国内的大多数发动机生产企业都采用这种装置。这种装置的缺点是：

1.劳动强度大。因机械结构设计上的原因，该装置需操作者直接压缩内部硬弹簧，劳动强度很大。

2.力矩值观测不便，不适于在线测量。该装置采用指针式表盘，由齿轮、齿条带动指针转动来指示张力值，每次观察读数值，都需将装置从皮带上取下，如100％检测皮带张力，劳动效率很低，所以只能采用抽验方式进行检查。

3.该装置不能进行全量程校检，可靠性差。该装置仅附带一件标有张力数值的钢片，用于装置的检验，根据测量学的原理，对于仪表而言，单一测量点的准确度，并不能代表全量程的准确度。

此外，该装置不能进行调校，如发现误差很大，只能报废。

近年来国外出现了一种通过红外线测量皮带振动频率的方式来测皮带张力的新式仪器，其原理是用小锤子敲击皮带，不同紧度的皮带其振动频率不同，仪器通过所发红外线的反射频谱(多卜勒效应)，分析所测皮带的振动速率进而推算出张力值。根据多卜勒原理这种测量方式的精度会受到光线入射角度的影响，此外这种测量方式工作效率仍不高，需边敲击边测量。更重要的是这种装置是国外公司制造，存在着标定和定期校验问题，国外公司的校验费用很高。据我们了解，这种仪器在国内使用不多，一些公司即使引进了该仪器，最后也因效率、精度、校验等很多问题而弃用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量效率高、可靠性强的在线皮带张力测量定标装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括皮带夹持装置、定标装置及数字仪表，皮带夹持装置安装在定标装置上，数字仪表通过导线与皮带夹持装置相连。

其中：定标装置与支撑柱的一端连接，支撑架套在支撑柱上，并通过设在支撑柱另一端的锁紧螺母锁紧，数字仪表固定在支撑架上，通过导线与皮带夹持装置相连；所述皮带夹持装置包括护套、上连接体及下连接体，上连接体与下连接体相固接，两者之间设有中间带孔的挡板，护套连接在上连接体的另一端，传感器通过套在其外表面的紧固套容置在护套与上连接体所形成的空间内，在传感器与挡板之间设有感应体；下连接体内设有滑套，其上安装有拉杆，滑套的一端抵接在挡板上，别一端为自由端，在滑套与下连接体之间设有第一弹簧，滑套内设有顶杆，顶杆的一端通过弹簧垫圈由挡板中间孔钻出，抵接在感应体上，另一端由滑套的自由端伸出并抵接在拉杆上，在滑套的自由端与顶杆之间设有第二弹簧，扳手通过第二销轴连接在下连接体上，并可绕第二销轴往复转动，扳手的一端通过第一销轴连接有滚子，滚子抵接在拉杆，扳手的另一端为自由端；第一弹簧的一端抵接在滑套上，另一端通过调整垫抵接在下连接体上；第二弹簧的一端抵接在滑套的自由端，另一端抵接在顶杆上；顶杆的自由端加设有导套；传感器为电涡流位移传感器；所述定标装置包括吊挂架，吊挂架上固设有上横梁及下横梁，钢丝绳的一端连接在下横梁上，另一端为自由端，钢丝绳自由端上设有钢丝绳夹，钢丝绳夹上设有挡盘，上横梁上安装有皮带上锁紧件，下横梁上安装有皮带下锁紧件，两锁紧件之间放置皮带，皮带夹持装置通过卡持体固设在吊挂架上；吊挂架上，在上横梁的下面加设有支撑块。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明的皮带夹持装置通过传感器与数字仪表相连，可通过数字仪表的显示器指示张力值，实现了在线检测操作简单，张力值显示直观。

2.本发明的传感器采用电涡流位移传感器，既保证了使用寿命及可靠性，又降低了制造成本。

3.本发明皮带夹持装置上设计了杠杆式的弹簧压缩手柄，可大大减轻操作者的劳动强度，提高了劳动效率。

4.本发明的标定装置结构简单、可靠性高，适用范围广，可适用于各类自制皮带张力仪表的标定；该标定装置不仅可用于数字仪表初始制作时构建插值曲线，也可用于仪表的定期调校，保证了测量装置长期可靠地使用，满足了QS9000及TS16949等质量体系的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明皮带夹持装置的结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为本发明电涡流位移传感器的原理图；

图6为本发明数字仪表的硬件框图；

图7为本发明数字仪表的主程序流程图；

图8为本发明数字仪表的测量子程序流程图；

图9为本发明定标子程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所及图2所示，本发明包括皮带夹持装置1、定标装置2及数字仪表3，皮带夹持装置1安装在定标装置2上，定标装置2与支撑柱39的一端连接，支撑架41套在支撑柱39上，并通过设在支撑柱39另一端的锁紧螺母40锁紧，数字仪表3固定在支撑架41上，通过导线与皮带夹持装置1相连。

定标装置2包括吊挂架31，吊挂架31上固设有上横梁45及下横梁44，钢丝绳32的一端连接在下横梁44上，另一端为自由端，钢丝绳32自由端上设有钢丝绳夹33，钢丝绳夹33上设有挡盘34，上横梁45上安装有皮带上锁紧件37，下横梁44上安装有皮带下锁紧件36，两锁紧件之间放置皮带，皮带夹持装置1通过卡持体42固设在吊挂架31上。吊挂架31，在上横梁45的下面加设有支撑块38，以支撑上横梁45，防止上横梁下移。

如图3、图4所示，皮带夹持装置1包括护套17、上连接体19及下连接体26，上连接体19与下连接体26通过螺钉11相固接，两者之间设有中间带孔的挡板22，护套17连接在上连接体19的另一端，传感器16通过套在其外表面的紧固套18容置在护套17与上连接体19所形成的空间内，在传感器16与挡板22之间设有感应体20，传感器16为电涡流位移传感器。下连接体26内设有滑套25，其上安装有拉杆30，滑套25的一端抵接在挡板22上，别一端为自由端，在滑套25与下连接体26之间设有第一弹簧23，第一弹簧23的一端抵接在滑套25上，另一端通过调整垫24抵接在下连接体26上，可通过调整垫24来调整第一弹簧的紧度。滑套25内设有顶杆29，顶杆29的一端通过弹簧垫圈21由挡板22中间孔钻出，抵接在感应体20上，另一端由滑套25的自由端伸出并抵接在拉杆30上，在滑套25的自由端与顶杆29之间设有第二弹簧27，第二弹簧27的一端抵接在滑套25的自由端，另一端抵接在顶杆29上，通过第二弹簧27来使顶杆29复位，顶杆29的自由端加设有导套28。扳手14通过第二销轴43连接在下连接体26上，并可绕第二销轴43往复转动，扳手14的一端通过第一销轴12连接有滚子13，滚子13抵接在拉杆30，扳手14的另一端为自由端。传感器16通过导线与数字仪表3相连接，在护套17上可设置一导线支撑管15，将导线插入导线支撑管15，以防止导线受损，影响测量。

当对皮带进行张力测量及定标时，待测皮带夹在皮带上锁紧件37及皮带下锁紧件36之间，将定标试重35放在钢丝绳32一端的挡盘34上，对皮带施加压力，挡盘34下端由钢丝绳夹33防止挡盘34下移。然后再将皮带夹持装置1固定在卡持体42上。操作者握持皮带夹持装置1按动扳手14，扳手14绕第二销轴43旋转，扳手14一端的滚子13顶住拉杆30并使其向下移动，进而使与拉杆30连接的滑套25克服第一弹簧23的阻力向下移动，拉杆30张开，皮带装入拉杆30与顶杆29之间。松开扳手14，在第一弹簧23的作用下，拉杆30拉动皮带向上移动(挠曲)，顶杆29在皮带推动下穿过挡板22中间的孔也向上移动，使顶杆29上端连接的感应体20靠近位移传感器，皮带紧度越小，挠曲越大，感应体20与传感器16间的距离越小，反之距离越大，这样可以通过感应体20与传感器16间的位移关系来反应皮带的张力值，

如图5所示，本发明的传感器16采用的是电涡流位移传感器。电涡流位移传感器内部由线圈、铁芯、振荡电路和信号处理电路等组成。线圈通入振荡电流后，通过铁芯向外输出交变磁场，当有金属感应体接近此磁场时，由于趋肤效应会在金属体表面感生出电涡流环，涡流环产生感应磁场削弱了传感器铁芯内的磁场强度，导致线圈电感和等效阻抗发生变化，金属体越靠近传感器，涡流环的电流越强，传感器线圈内的等效阻抗变化越大，通过处理电路，可将这种等效阻抗的变化作为信号量输出，此信号经过滤波、放大、A/D转换及微机处理后即可通过显示器输出直观的数值。经过我们测试这种信号量与位移量呈单调的函数关系，因此这种测量原理是可靠的。

本发明的数字仪表3采用80C31单片机系统，对于硬件，采用外置的非易失性FLASH存储器存储系统程序和插值曲线；传感器的采集信号采用铝薄屏蔽型导线传送，这样尽最大限度地保证了仪表的使用可靠性。对于软件，其设计核心即是插值曲线的生成方式，根据仪表的精度要求，采用简单的分段式线性插值法，这样在满足测量精度要求的前提下，既简化了软件设计，也简化了标定装置的设计制作，大大降低了制作成本。

如图6所示，电涡流位移传感器输入的AD电压信号经过硬件滤波、放大，再经过软件滤波、放大进一步消除干扰，信号经过采集系统采集后，经过模/数电路转为过数字信号，送入单片机80C31相应的存储单元，80C31调用FLASH存储器中的插值曲线进行运算，并将运算结果(张力值)送至液晶显示器单元显示。在测量及定标时80C31查询键盘的输入状态，如是定标状态80C31会将计算得到的参数列表保存至FLASH中用户指定的单元内。

如图7所示，主程序为：

1.开机后系统上电并初始化(包括开中断并参数初始化)。参数初始化中最重要的是：将工艺设定皮带张力上下限值送入变量中；将仪器测量范围上下限值送入变量中。

2.从FLASH中调入上次设定的参数单元号，并将相应参数列表存入变量组A(i)、B(i)、X(i)中。

3.查询键盘的输入状态，如有键盘按下则转入相应的处理子程序，如无键盘按下则调用测量子程序。

如图8所示，测量子程序为：

1.位移传感器的AD信号转换成数字量，经译码生成相应的数值保存至指定的存储单元，80C31查询该单元后将其送入变量X中保存。

2.判断X的区间：a首先判断X值是否超出仪表的测量范围，如超出下限则显示“000”，如超出上限则显示“999”；b如在测量范围内X值在10个设定的区间内进行比较，最终确定X位于其中一个区间内，并将该区间的参数A(i)、B(i)送入变量A、B中。

3.调用线性插值函数F(X)＝AX+B计算张力值F(X)。

4.此值要经过二级比较：a首先与设定的测量范围上下限值进行比较，超出超出下限则显示“000”，超出上限则显示“999”；b再与工艺设定的上下限值进行比较，如超出工芝要求的下限值则显示张力值的同时显示“皮带过松”，如超出工艺要求的上限值则显示张力值的同是显示“皮带过紧”，张力值符合工艺要求，则给出蜂鸣提示。

如图9所示，定标子程序为：

1.定义变量组X(i)、Y(i)、A(i)、B(i)，首先将已知的分组试重值送入y(i)中，X(i)用于记录传感器输入的AD值，A(i)用于保存分段曲线的斜率，B(i)用于保存分段曲线的偏移量。

2.位移传感器的AD信号转换成数字量，经译码生成相应的数值保存至指定的存储单元。

3.首先对皮带加载基础重量，调用线性函数X＝(Y-B)/A计算，结果送入X(0)。

4.以后每次加载一块试重，共加载10组，计算结果送入X(1)-X(10)中。

5.将相临的结果分成10组，跟据X(i-1)、X(i)及已知试重Y(i-1)、Y(i)计算分段线性函数常数A(i)、B(i)：

A(i)＝[Y(i)-Y(i-1)]/[X(i)-X(i-1)]

B(i)＝[X(i)Y(i-1)-X(i-1)Y(i)]/[X(i)-X(i-1)]

6.将求得的结果X(i)、A(i)、B(i)送入FLASH中用户指定单元内保存。

Claims (8)

1.一种在线皮带张力测量定标装置，其特征在于：包括皮带夹持装置(1)、定标装置(2)及数字仪表(3)，皮带夹持装置(1)安装在定标装置(2)上，数字仪表(3)通过导线与皮带夹持装置(1)相连。

2.按权利要求1所述的在线皮带张力测量定标装置，其特征在于：所述定标装置(2)与支撑柱(39)的一端连接，支撑架(41)套在支撑柱(39)上，并通过设在支撑柱(39)另一端的锁紧螺母(40)锁紧，数字仪表(3)固定在支撑架(41)上，通过导线与皮带夹持装置(1)相连。

3.按权利要求1或2所述的在线皮带张力测量定标装置，其特征在于：所述皮带夹持装置(1)包括护套(17)、上连接体(19)及下连接体(26)，上连接体(19)与下连接体(26)相固接，两者之间设有中间带孔的挡板(22)，护套(17)连接在上连接体(19)的另一端，传感器(16)通过套在其外表面的紧固套(18)容置在护套(17)与上连接体(19)所形成的空间内，在传感器(16)与挡板(22)之间设有感应体(20)；下连接体(26)内设有滑套(25)，其上安装有拉杆(30)，滑套(25)的一端抵接在挡板(22)上，别一端为自由端，在滑套(25)与下连接体(26)之间设有第一弹簧(23)，滑套(25)内设有顶杆(29)，顶杆(29)的一端通过弹簧垫圈(21)由挡板(22)中间孔钻出，抵接在感应体(20)上，另一端由滑套(25)的自由端伸出并抵接在拉杆(30)上，在滑套(25)的自由端与顶杆(29)之间设有第二弹簧(27)，扳手(14)通过第二销轴(43)连接在下连接体(26)上，并可绕第二销轴(43)往复转动，扳手(14)的一端通过第一销轴(12)连接有滚子(13)，滚子(13)抵接在拉杆(30)，扳手(14)的另一端为自由端。

4.按权利要求3所述的在线皮带张力测量定标装置，其特征在于：所述第一弹簧(23)的一端抵接在滑套(25)上，另一端通过调整垫(24)抵接在下连接体(26)上；所述第二弹簧(27)的一端抵接在滑套(25)的自由端，另一端抵接在顶杆(29)上。

5.按权利要求3所述的在线皮带张力测量定标装置，其特征在于：所述顶杆(29)的自由端加设有导套(28)。

6.按权利要求3所述的在线皮带张力测量定标装置，其特征在于：所述传感器(16)为电涡流位移传感器。

7.按权利要求1或2所述的在线皮带张力测量定标装置，其特征在于：所述定标装置(2)包括吊挂架(31)，吊挂架(31)上固设有上横梁(45)及下横梁(44)，钢丝绳(32)的一端连接在下横梁(44)上，另一端为自由端，钢丝绳(32)自由端上设有钢丝绳夹(33)，钢丝绳夹(33)上设有挡盘(34)，上横梁(45)上安装有皮带上锁紧件(37)，下横梁(44)上安装有皮带下锁紧件(36)，两锁紧件之间放置皮带，皮带夹持装置(1)通过卡持体(42)固设在吊挂架(31)上。

8.按权利要求7所述的在线皮带张力测量定标装置，其特征在于：所述吊挂架(31)上，在上横梁(45)的下面加设有支撑块(38)。

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