CN1987388A - 二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置，包括有压力传感器(33)、旋转编码器(6)，其特征是旋转编码器(6)固定在大轮轴(28)的一端，滑座(4)和顶板(3)固定在内侧板(8)上联接成浮动测量架，压力传感器(33)安装在顶板(3)旁，左侧板(2)和右侧板(42)上的滑座(4)孔在压力传感器(33)中心轴线上呈长方形。它安装在绞车卷筒出绳处附近，在钢丝绳沿卷筒轴线和径向移动中进行张力和位移的二维随动检测，并可与计算机接口，为其实现自动检测和自动化控制提供切实可行的技术支撑，该技术可广泛应用于港口运输、工程起吊、地球探测及矿山、地质、煤炭、石油、天然气、海洋等资源勘探开发行业。

Description

二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置

技术领域

本发明涉及一种力和位移的测量装置，特别是一种用于二维动点钢丝绳、钢缆张力和位移随动检测装置。

背景技术

通常测量钢丝绳的张力是在钢丝绳的端部进行，或者让钢丝绳通过定滑轮，在定滑轮的支撑座中心安装测力传感器进行测量；钢丝绳移动距离的测量是在钢丝绳的端部，或者钢丝绳通过固定的滑轮组带动轮轴上的旋转编码器进行测量。但这种定点测力和测绳移的方法，在一些绞车特定工况条件下，就不实用了。如地质勘探绳索取芯过程，是一个将悬挂在取芯绞车动绳端的打捞器投放进井内，并挂取绳索取芯钻具，然后从井内提返至井口外的过程。这一过程在中深孔(井)时，技术人员根据经验指挥操作，尽管存在盲目性和一定风险，但成功率还被认可。但深井绳索取芯，特别是地球科学钻探深井绳索取芯，减少盲目性、降低风险性是科学钻探特殊性和先进性必然的要求，这时，针对绳索取芯进行钢绳拉力和绳端位置的检测，难度较大，因为在井口和天车两个常规安装检测传感器的位置不允许使用的情况下，只能选择在绞车出绳处进行安装，而绞车出绳处是一个既随钢绳沿绞车轴线移动，又随绳层增减沿径向移动的二维动点。在一个二维动点上安装两参数检测装置，力的平衡，传感器的安装，被测信号的接收，都不如固定点安装检测那么直接。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的不足，提供一种将张力和位移量检测器安装在绞车卷筒出绳处附近，可在钢丝绳沿绞车轴线和沿径向移动中，进行测量的二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置，包括有压力传感器、旋转编码器，其不同之处在于大滑轮9的径向两侧分别安装有压力传感器33和上滑轮15、下滑轮38，大滑轮9固定在大轮轴28上，滚动轴承27的外圈和内圈分别与滑座4和大轮轴28联接，旋转编码器6固定在大轮轴28的一端，滑座4和顶板3固定在内侧板8上联接成浮动测量架，压力传感器33安装在顶板3旁边的底板1上，底板1和左侧板2、右侧板42联接成机架，左侧板2和右侧板42上的滑座孔11在压力传感器33中心轴线上呈长方形。

按上述方案，所述上滑轮15和下滑轮38对称地安装在大滑轮9的一侧，上滑轮15、下滑轮38的中心与大滑轮9的中心连线的夹角是30°-90°。

所述上滑轮15的一侧安装有压轮18，压轮轴16和上滑轮轴12两端分别有两根拉簧14相连。

按上述方案，沿压力传感器33的测力轴线，在大滑轮9的另一侧，安装有压轮51，大轮轴28和压轮轴7的两端分别有两根拉簧52相连。

按上述方案，所述压力传感器33是电阻应变式压力传感器、电容式半导体压力传感器或压阻式半导体压力传感器。

所述的旋转编码器是光电式旋转编码器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、它利用浮动测量架，用压力传感器33测得钢丝绳5对大滑轮9的作用力，从而在二维动态的情况下，测得钢丝绳5的张力值。2、针对绳端位置的检测，在大滑轮轴28上安装旋转编码器6，该旋转编码器6随着大滑轮9同轴转动，发出相位差90°的A、B两相脉冲信号，用于检测钢绳收放的长度，从而测得钢丝绳5的绳端位置。3、它安装在绞车卷筒出绳处附近，在钢丝绳5沿绞车轴线和沿径向移动中进行张力和位移的检测。这一二维随动检测技术在类似绳索系统中具有实用价值。4、可在不同类型绞车上采用，并可与计算机接口，为不同类型的绞车实现自动检测、故障诊断和自动化控制提供切实可行的技术支撑，该技术可广泛应用于港口运输、工程起吊、地球探测及矿山、地质、煤炭、石油、天然气、海洋等资源勘探开发行业。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的主视图。

图3是图2中A-A线剖视图。

图4是图2中B-B线剖面图。

图5是本发明装置钢丝绳张力检测受力图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例，如图1，本发明解决上述技术问题使用的技术方案是：钢丝绳5从下滑轮38穿入，经过大滑轮9到达上滑轮15穿出，大滑轮9固定在大轮轴28上，旋转编码器6固定在大轮轴28的一端，钢丝绳5上下移动时，带动大滑轮9和旋转编码器6的动盘转动，在理论上，大滑轮9每旋转一周，钢丝绳5便移动大滑轮9一个周长s的距离，旋转编码器6将发出n个脉冲，因此依据旋转编码器6发出的脉冲个数m便可测得钢绳移过的长度L＝k·m(式中系数k＝s/n)。当然，由于钢丝绳5与大滑轮9之间有打滑现象，这将导致计数脉冲发生误差，但采用合理的导向轮结构和机械防绳跳装置，可以有效地减小因打滑带来的误差。

钢丝绳5上下移动时的张力，通过浮动测量架上的顶板3，传向压力传感器33，对测得的压力值进行计算，即可测得钢丝绳5的张力。

图3中，底板1和左侧板2、右侧板42用压轮轴16、上滑轮轴12联接成机架，内侧板8和顶板3用螺栓10、轴套24、螺母25和垫圈26联接成浮动测量架，两个滑座4固定联接在测量架上，大滑轮9安装在测量架中间，大轮轴28上的滚动轴承27安装在滑座4内，旋转编码器6固定在大轮轴28的一端，压力传感器(33)安装在顶板(3)旁，左侧板2和右侧板42上的滑座孔11在压力传感器33中心轴线上呈长方形，这在图2中看得很清楚。滚动轴承19、20分别安装在压轮18和上滑轮15内，压轮轴16和上滑轮轴12两端分别有两根拉簧14相连。螺栓36、垫圈37把底板1和压力传感器33联接在一起；螺钉34、弹簧垫圈35联接底板1和左侧板2、右侧板42板；螺母21和螺母23是上滑轮轴1 2的连接件；螺母22是压轮轴16上的紧固件，衬套17用来定位压轮18。

图1中，下滑轮38在左侧板2和右侧板42的联接结构和图3中上滑轮15的安装结构一样，不再重述，只是下滑轮38旁不用压轮了。

图4中，压轮51安装在压轮轴7上，轴套13用来给压轮51定位，滑座4和压轮轴7的两端分别有两根拉簧52相连。

下面，分析测力的理论计算：图5中，取大滑轮9为受力分析对象，大滑轮9在钢丝绳的进出绳移动两端F和D点，受到钢丝绳的拉力为T，受到压力传感器33通过顶板3传递过来的力为P，这3个力组成平衡力系，于是：

不计阻力和动载荷时，

∑F_x＝0  P-Tcosα-Tcosα＝0

P＝2Tcosα

考虑阻力和动载荷时，

P＝k₁k₂T

k₁-阻力系数，

k₂-动载系数，

k₁和k₂可通过标定和实测获得。

这样，测得的钢丝绳张力：T＝P/2cosαk₁k₂本实施例选用的压力传感器33是电阻应变式压力传感器。所述的旋转编码器是光电式旋转编码器。

Claims (7)

1.一种二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置，包括有压力传感器(33)、旋转编码器(6)，其特征是大滑轮(9)的径向两侧分别安装有压力传感器(33)和上滑轮(15)、下滑轮(38)，大滑轮(9)固定在大轮轴(28)上，滚动轴承(27)的外圈和内圈分别与滑座(4)和大轮轴(28)联接，旋转编码器(6)固定在大轮轴(28)的一端，滑座(4)和顶板(3)固定在内侧板(8)上联接成浮动测量架，压力传感器(33)安装在顶板(3)旁边的底板(1)上，底板(1)和左侧板(2)、右侧板(42)联接成机架，左侧板(2)和右侧板(42)上的滑座孔(11)在压力传感器(33)中心轴线上呈长方形。

2.根据权利要求1所述的二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置，其特征是所述的上滑轮(15)和下滑轮(38)对称地安装在大滑轮(9)的一侧，上滑轮(15)、下滑轮(38)的中心与大滑轮(9)的中心连线的夹角是30°-90°。

3.根据权利要求1或2所述的二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置，其特征是上滑轮(15)的一侧安装有压轮(18)，压轮轴(16)和上滑轮轴(12)两端分别有两根拉簧(14)相连。

4.根据权利要求1或2所述的二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置，其特征是沿压力传感器(33)的测力轴线，在大滑轮(9)的另一侧，安装有压轮(51)，大轮轴(28)和压轮轴(7)的两端分别有两根拉簧(52)相连。

5.根据权利要求1或2所述的二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置，其特征是所述压力传感器(33)是电阻应变式压力传感器、电容式半导体压力传感器或压阻式半导体压力传感器。

6.根据权利要求1或2所述的二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置，其特征是所述的旋转编码器是光电式旋转编码器或感应式旋转编码器。

7.根据权利要求1或2所述的二维动点钢丝绳张力和位移随动检测装置，其特征是所述检测装置安装在绞车卷筒出绳处附近。

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