CN218968734U - 张力智能调节系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及线缆领域，提供一种张力智能调节系统，所述张力智能调节系统包括卷扬机、滑轮组、平衡锤、张力传感器、张力调节模块；所述滑轮组，与具有张力调节需求且一端固定的柔性物体的另一端及所述卷扬机连接；所述张力传感器，设置于所述滑轮组中，并与所述张力调节模块连接；所述平衡锤，与所述滑轮组连接，并在预设移动范围内移动；所述张力调节模块，与所述张力传感器及所述卷扬机连接，用于接收所述张力传感器传输的张力数据并基于所述张力数据向所述卷扬机发送放线/收线控制指令；所述卷扬机，与所述滑轮组及所述张力调节模块连接。本申请可对柔性物体的张力进行动态调节，以提高基于柔性物体进行的相关工作的安全性。

Description

张力智能调节系统

技术领域

本申请涉及线缆技术领域，尤其涉及一种张力智能调节系统。

背景技术

在使用柔性物体(如钢丝绳、线缆等)的场景中，通常使用平衡锤来自动调节柔性物体的张力，这种装置基于反馈控制原理，该装置所处的系统具有一定程度的张力自动调节能力。但是，传统的张力调节方案中平衡锤的调节能力有限，在极端工况下，平衡锤运行到底部或者运行到顶部，平衡锤就失去了调节能力。在此情况下，当对柔性物体进行拉伸的牵引力持续增加时，该柔性物体在拉伸的点所受的张力持续增加，而当该柔性物体在拉伸的点所受的张力达到一个极限的时候，该柔性物体则有断裂的危险；当对柔性物体进行拉伸的牵引力持续降低时，该柔性物体在拉伸的点所受的张力持续降低，而当张力降低到一定程度的时候，柔性物体将失去自身的稳定性，或者柔性物体对其牵引固定的目标物体的稳定性调控能力，从而导致系统稳定性被破坏进而发生故障。由此可知，当前容易因对柔性物体的张力调节不足导致系统发生故障，进而导致基于柔性物体进行的相关工作的安全性低。

发明内容

本申请提供一种张力智能调节系统，旨在提高基于柔性物体进行的相关工作的安全性。

本申请提供一种张力智能调节系统，所述张力智能调节系统包括卷扬机、滑轮组、平衡锤、张力传感器、张力调节模块；

所述滑轮组，与具有张力调节需求且一端固定的柔性物体的另一端及所述卷扬机连接；

所述张力传感器，设置于所述滑轮组中，并与所述张力调节模块连接；

所述平衡锤，与所述滑轮组连接，并在预设移动范围内移动；

所述张力调节模块，与所述张力传感器及所述卷扬机连接，用于接收所述张力传感器传输的张力数据并基于所述张力数据向所述卷扬机发送放线/收线控制指令；

所述卷扬机，与所述滑轮组及所述张力调节模块连接。

根据本申请提供的一种张力智能调节系统，所述滑轮组包括第一滑轮组与第二滑轮组，所述第一滑轮组与所述第二滑轮组之间通过绳索连接，所述第一滑轮组与所述卷扬机连接，所述第二滑轮组与具有张力调节需求且一端固定的柔性物体的另一端连接。

根据本申请提供的一种张力智能调节系统，所述第一滑轮组与所述第二滑轮组均包括定滑轮与动滑轮，所述第一滑轮组中的动滑轮与定滑轮通过所述卷扬机发出的钢丝绳连接，所述第二滑轮组通过其对应的动滑轮和定滑轮与所述平衡锤及具有张力调节需求且一端固定的柔性物体的另一端连接。

根据本申请提供的一种张力智能调节系统，所述张力调节模块，用于在接收的张力小于预设张力范围时，向所述卷扬机发送收线控制指令。

根据本申请提供的一种张力智能调节系统，所述张力调节模块，还用于在接收的张力大于所述预设张力范围时，向所述卷扬机发送放线控制指令。

根据本申请提供的一种张力智能调节系统，所述卷扬机，用于在接收到所述收线控制信号时，执行收线操作以增大所述柔性物体的张力。

根据本申请提供的一种张力智能调节系统，所述卷扬机，用于在接收到所述放线控制信号时，执行放线操作以减小所述柔性物体的张力。

根据本申请提供的一种张力智能调节系统，所述平衡锤，用于在预设移动范围内通过其自身的移动调节所述柔性物体的张力。

根据本申请提供的一种张力智能调节系统，所述张力传感器为轴台式张力传感器、穿轴式张力传感器、悬臂式张力传感器中的一种。

根据本申请提供的一种张力智能调节系统，所述张力智能调节系统还包括监控终端，与所述卷扬机、所述张力调节模块、张力传感器连接，用于为所述张力调节模块设置张力范围、显示所述张力传感器检测的张力数据、显示所述卷扬机的工作状态以及存储所述卷扬机的收线/放线记录。

本申请提供的张力智能调节系统，通过卷扬机、滑轮组、平衡锤、张力传感器、张力调节模块的共同作用，在平衡锤无法调节柔性物体的张力时，根据张力传感器的检测结果由张力调节模块控制卷扬机进行收放线，以此对与柔性物体连接的滑轮组进行调整，实现对柔性物体的张力进行动态调节，提高基于柔性物体进行的相关工作的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中绳索张力的自调节示意图之一；

图2是现有技术中绳索张力的自调节示意图之二；

图3是本申请实施例提供的张力智能调节系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

张力，指的是物体受到拉力作用时，存在于其内部而垂直于两邻部分接触面上的相互牵引力。典型的场景，被拉伸的弦、绳等柔性物体对拉伸它的其他物体的作用力或被拉伸的柔性物体内部各部分之间的作用力就是一种张力。

假设绳子在AB两点的长度固定，那么当向下的牵引力持续增加时，绳子在C点所受的张力F1和F2持续增加。当绳子的张力达到一个极限的时候，绳子有断裂的危险。为了避免这个问题，此时应该增加AB两点之间绳子的长度，以降低绳子的内部张力，保障绳子的安全。采用下面的方案可以实现绳子张力的动态调节。

具体地，如图1所示，图1为现有技术中绳索张力的自调节示意图之一，在图1中，假设在绳子AB之间的C点有一个负重物体，它对绳子施加了一个向下的拉力Fg，导致绳索的张力增加。在A点附近有一个滑轮，绳索过A点连接一个平衡锤T，当A点绳索朝向AB方向的张力大于平衡锤T向下的拉力时，平衡锤向高点H1方向移动；当A点绳索朝向AB方向的张力小于平衡锤T向下的拉力时，平衡锤向底点H0方向移动。假设平衡锤由于重力的原因给绳子施加的拉力是Ft，平衡锤上下移动的距离是s1，那么平衡锤移动做的功Wt为：Wt＝Ft×s1。当绳子在C点向下的拉力Fg乘以向下移动的距离s2所做的功Wc与Wt相等时，平衡锤T停止移动，从而实现对绳子张力的动态调节。需要说明的是，C点向下的拉力Fg不仅来自C点的负重物体的重力，还应考虑绳子的自重等其它因素。

但是，上述的调节方式存在平衡锤的调节范围有限的问题。具体地，当平衡锤运动到高点H1位置，平衡锤无法继续向上运动，平衡锤失去了绳索张力调节能力，随着绳索负重的增加，绳索的张力可能越来越大，绳索有断裂的危险。当平衡锤运动到低点H0位置，平衡锤无法继续向下运动，平衡锤也失去了绳索张力调节能力，使得绳索张力很低，绳子对物体的牵引力和稳定性下降，相关系统的功能也有运行风险。

另外，当绳子的负重很大的时候，意味着平衡锤的配重也必须很大，安装平衡锤的基架将受到平衡锤双倍重力的压力，导致基架内部应力增加，从而使得基架的设计复杂，建造成本增高。可以使用滑轮组来一定程度上解决这个问题，但这无疑会增加滑轮组设计的复杂性，建造成本也会增加。

要解决上述的问题，可以在图1所示装置的基础上进行改进，参照图2，图2为现有技术中绳索张力的自调节示意图之二，具体的，当绳子AB的C点存在对绳子的牵引力为Fg的重物时，绳子在C点存在张力F1，利用拱桥原理，在A点绳索位置提供一个与AC方向相反的拉力，从A点延伸绳索到固定端位置P，使P点起到固定作用，而平衡锤的绳索过A1点滑轮，到A点位置的动滑轮与绳索AP相连接，这样平衡锤在H1-H0之间上下移动就能调节A1-A之间绳索的长度，起到调节绳索AB的张力，此处将A1-A之间的绳子称为“调节绳”。通过上述的改进方案，既可以降低平衡锤的配重，又可以减少平衡锤的移动距离。

上述图2中改进后的绳索张力自调节装置虽然固定端绳索PA分散了平衡锤T的重力，平衡锤可以降低配重，但是A1-A之间的“调节绳”长度改变距离仍然受到平衡锤移动距离H0-H1的距离限制，当平衡锤移动到底部H0点，或者移动到顶部H1点以后，平衡锤失去了对绳索张力的调节能力，整个系统运行可能发生危险。

要完全解决上面的问题，只有让绳索PA的长度可调，通过A点的滑轮作用，将PA绳索长度的改变变成A1-A之间的“调节绳”长度的改变，这样就可以在平衡锤失去调节作用后，通过调节PA之间绳索的长度来实现AB之间绳索张力的调节。而动态调节PA之间绳索的长度便是本申请方案的关键所在。

下面结合实施例对本发明提供的张力智能调节系统进行详细描述。

图3为本申请实施例提供的张力智能调节系统的结构示意图。参照图3，本申请实施例提供一种张力智能调节系统，可以包括：卷扬机PW、滑轮组(包括P1、P、A1与A)、平衡锤T、张力传感器N、张力调节模块M。

其中，所述滑轮组，与具有张力调节需求且一端固定的柔性物体的另一端及所述卷扬机PW连接；

所述张力传感器N，设置于所述滑轮组中，并与所述张力调节模块M连接；

所述平衡锤T，与所述滑轮组连接，并在预设移动范围内移动；

所述张力调节模块M，与所述张力传感器N及所述卷扬机PW连接，用于接收所述张力传感器N传输的张力数据并基于所述张力数据向所述卷扬机PW发送放线/收线控制指令；

所述卷扬机PW，与所述滑轮组及所述张力调节模块N连接。

需要说明的是，本实施例中滑轮组包括两组滑轮组，为了对两组滑轮组进行区分，将两组滑轮组分别定义为第一滑轮组与第二滑轮组。更具体地，第一滑轮组包括定滑轮P1与动滑轮P，第二滑轮组包括定滑轮A1与动滑轮A。

进一步地，第一滑轮组与第二滑轮组之间通过绳索连接，该绳索一端固定于第一滑轮组的动滑轮P上，另一端经过第二滑轮组中的定滑轮A1后通过定滑轮A与平衡锤T的绳索连接。第二滑轮组中的动滑轮A与柔性物体的一端连接，且柔性物体的另一端固定于B点。第一滑轮组中的动滑轮P1与动滑轮P通过卷扬机PW的钢丝绳连接，其中钢丝绳经过定滑轮P1后绕过动滑轮P并最终固定于定滑轮P1上。其中，柔性物体是相对于刚体的概念，它强调了可变形性，至于应力应变关系可以是线弹性，也可以是粘弹性或者弹塑性等，在本实施例中柔性物体可以为用于电网、矿山机械、建筑、通信等领域的光缆、电缆、麻绳、钢丝等线缆。

当卷扬机PW进行放线操作时，第一滑轮组中定滑轮P1与动滑轮P之间的距离将增大，进而使得与其连接的第二滑轮组中定滑轮A1与动滑轮A之间的“调节绳”的长度增加，进一步使得与动滑轮连接的柔性物体的张力减小。当卷扬机PW进行收线操作时，第一滑轮组中定滑轮P1与动滑轮P之间的距离将减小，进而使得与其连接的第二滑轮组中定滑轮A1与动滑轮A之间的“调节绳”的长度减小，进一步使得与动滑轮连接的柔性物体的张力增大。由此可以动态调节柔性物体的张力。

进一步地，张力传感器N是用于测量卷材张力值大小的仪器，张力应变片和压缩应变片按照电桥方式连接在一起，当受到外压力时应变片的电阻值也随之改变，改变值的多少将正比于所受张力的大小。其中，张力传感器N为轴台式张力传感器、穿轴式张力传感器、悬臂式张力传感器中的一种，本实施例中具体可以采用穿轴式张力传感器。更具体地，本实施例中的张力传感器N可以为轴销传感器，轴销传感器实际上就是一根承受剪力作用的空心截面圆轴，双剪型电阻应变计粘贴在中心孔内凹槽中心的位置上。

本实施例中张力传感器N可以设置于第一滑轮组中的动滑轮P上，用于检测动滑轮P上的张力。也可以设置于第一滑轮组中的定滑轮P1上，用于检测定滑轮P1上的张力。还可以同时设置于定滑轮P1与动滑轮P上，用于检测滑轮组中第一滑轮组的定滑轮P1与动滑轮P上的张力。

由于第一滑轮组与第二滑轮组之间通过绳索连接，其中柔性物体的一端固定且另一端与第二滑轮组连接，因此第一滑轮组的动滑轮P上的张力，或第一滑轮组的定滑轮P1上的张力，或定滑轮P1与动滑轮P上的张力，均可以表征柔性物体当前受到的张力。基于此，通过张力传感器N检测的滑轮组中第一滑轮组的定滑轮P1和/或动滑轮P上的张力，即为柔性物体受到的张力。进一步需要说明的是，张力传感器N与张力调节模块M连接，具体可以通过有线或无线的方式连接，以将检测到的张力数据传输至张力调节模块M。

进一步地，平衡锤T通过第二滑轮组中的定滑轮A1及动滑轮A与连接第一滑轮组和第二滑轮组的绳索的另一端连接。用于在其可移动的范围内，根据柔性物体所受到的张力进行相应位移以调整该柔性物体的张力。其中平衡锤T的可移动范围即预设移动范围可以根据实际需求设定。当平衡锤T达到预设移动范围的两端时，则不能继续移动。可以理解地，在平衡锤T与连接第一滑轮组和第二滑轮组的绳索的另一端连接后，需要为平衡锤T留出使其可以上下移动的空间，以便于平衡锤T可以通过在该空间内的上下移动对第二滑轮组上连接的柔性物体的张力进行调节。

进一步地，张力调节模块M分别与张力传感器N及卷扬机PW连接，具体的连接方式可以为有线连接或无线连接。张力调节模块中设置有张力调节程序与张力监测程序，可以根据张力监测程序监测张力传感器N发送的张力数据。若接收到的张力数据为第一滑轮组的定滑轮P1上的张力，则将其确定为柔性物体的张力。

若接收到的张力数据为第一滑轮组的动滑轮P上的张力，则将其确定为柔性物体的张力。

若接收到的张力数据包括第一滑轮组的定滑轮P1与动滑轮P上的张力，则可以将定滑轮P1上的张力与动滑轮P上的张力进行比较，确定定滑轮P1上的张力与动滑轮P上的张力之间的张力差值是否在可接受的差值范围内。若确定定滑轮P1上的张力与动滑轮P上的张力之间的张力差值在可接受的差值范围内，则选取定滑轮P1上的张力作为柔性物体的张力；若定滑轮P1上的张力与动滑轮P上的张力之间的张力差值超出可接受的差值范围，则发出滑轮故障告警信息，以通知相关人员对定滑轮P1与动滑轮P进行故障排查与修复。

在确定柔性物体的张力后，通过张力监测程序将其与预设的张力范围进行比较。并根据比较结果，基于其与卷扬机PW之间的连接关系，通过张力调节程序中的收线/放线程序向卷扬机PW发送相应的控制指令。其中，控制指令可以包括收线控制指令与放线控制指令，收线控制指令用于控制卷扬机PW执行收线操作，放线控制指令用于控制卷扬机PW执行放线操作。其中，本实施例中张力调节模块M可以直接固化在卷扬机PW的可编程控制器(PLC)内，或者运行在一块单片机内，或者作为一个“上位机”服务程序运行在一台PC或者服务器中，具体可根据实际情况实现。以及，预设的张力范围可根据实际需求进行设定。

具体地，张力调节模块M可以接收张力传感器N发送的张力数据并与预设的张力范围进行比较，若接收的张力数据小于预设的张力范围，则向卷扬机PW发送收线控制指令，以控制卷扬机PW进行收线操作；若接收的张力数据大于预设的张力范围，则向卷扬机PW发送放线控制指令，以控制卷扬机PW进行放线操作。

进一步地，卷扬机PW是建筑、工程矿山常用的设备，可以通过收线、放线功能来调节其钢丝绳的长度。本实施例中卷扬机PW与张力调节模块M连接，因此可以接收张力调节模块M发送的控制指令。具体地，若接收到张力调节模块M发送的收线控制指令，则执行收线操作增加其发出的钢丝绳的长度，使得第一滑轮组中定滑轮P1与动滑轮P之间的距离增大，进一步使第二滑轮组中的定滑轮A1与动滑轮A之间的距离增大，从而使得与动滑轮A连接的柔性物体的张力减小。若接收到张力调节模块M发送的放线控制指令，则执行放线操作减小其发出的钢丝绳的长度，使得第一滑轮组中定滑轮P1与动滑轮P之间的距离减小，进一步使第二滑轮组中的定滑轮A1与动滑轮A之间的距离减小，从而使得与动滑轮A连接的柔性物体的张力增大。

可以理解地，本实施例中张力智能调节系统还可以包括监控终端，其中监控终端可以分别与卷扬机PW、张力调节模块M、张力传感器N连接，用于通过该监控终端对张力调节模块M进行张力范围的设置，从卷扬机PW中获取并显示卷扬机PW的工作状态，同时还可以存储卷扬机PW的收线/放线记录。并且，通过从张力传感器N中获取张力数据，还可以以可视化的形式经获取的张力数据进行显示，使得监控终端的用户可以看到卷扬机PW的实时工作状态、设定张力调节程序的运行参数、查看卷扬机PW的收线和放线的工作记录等。

本申请提供的张力智能调节系统，通过卷扬机、滑轮组、平衡锤、张力传感器、张力调节模块的共同作用，可优先通过平衡锤调节柔性物体的张力，在平衡锤无法调节柔性物体的张力时，根据张力传感器的检测结果由张力调节模块控制卷扬机进行收放线操作，通过对与柔性物体连接的滑轮组进行调整，可以对柔性物体的张力进行动态调节，以此提高基于柔性物体进行的相关工作的安全性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种张力智能调节系统，其特征在于，所述张力智能调节系统包括卷扬机、滑轮组、平衡锤、张力传感器、张力调节模块；

所述滑轮组，与具有张力调节需求且一端固定的柔性物体的另一端及所述卷扬机连接；

所述张力传感器，设置于所述滑轮组中，并与所述张力调节模块连接；

所述平衡锤，与所述滑轮组连接，并在预设移动范围内移动；

所述张力调节模块，与所述张力传感器及所述卷扬机连接，用于接收所述张力传感器传输的张力数据并基于所述张力数据向所述卷扬机发送放线/收线控制指令；

所述卷扬机，与所述滑轮组及所述张力调节模块连接。

2.根据权利要求1所述的张力智能调节系统，其特征在于，所述滑轮组包括第一滑轮组与第二滑轮组，所述第一滑轮组与所述第二滑轮组之间通过绳索连接，所述第一滑轮组与所述卷扬机连接，所述第二滑轮组与具有张力调节需求且一端固定的柔性物体的另一端连接。

3.根据权利要求2所述的张力智能调节系统，其特征在于，所述第一滑轮组与所述第二滑轮组均包括定滑轮与动滑轮，所述第一滑轮组中的动滑轮与定滑轮通过所述卷扬机发出的钢丝绳连接，所述第二滑轮组通过其对应的动滑轮和定滑轮与所述平衡锤及具有张力调节需求且一端固定的柔性物体的另一端连接。

4.根据权利要求1所述的张力智能调节系统，其特征在于，所述张力调节模块，用于在接收的张力小于预设张力范围时，向所述卷扬机发送收线控制指令。

5.根据权利要求4所述的张力智能调节系统，其特征在于，所述张力调节模块，还用于在接收的张力大于所述预设张力范围时，向所述卷扬机发送放线控制指令。

6.根据权利要求4所述的张力智能调节系统，其特征在于，所述卷扬机，用于在接收到所述收线控制指令时，执行收线操作以增大所述柔性物体的张力。

7.根据权利要求5所述的张力智能调节系统，其特征在于，所述卷扬机，用于在接收到所述放线控制指令时，执行放线操作以减小所述柔性物体的张力。

8.根据权利要求1所述的张力智能调节系统，其特征在于，所述平衡锤，用于在预设移动范围内通过其自身的移动调节所述柔性物体的张力。

9.根据权利要求1所述的张力智能调节系统，其特征在于，所述张力传感器为轴台式张力传感器、穿轴式张力传感器、悬臂式张力传感器中的一种。

10.根据权利要求1所述的张力智能调节系统，其特征在于，所述张力智能调节系统还包括监控终端，与所述卷扬机、所述张力调节模块、张力传感器连接，用于为所述张力调节模块设置张力范围、显示所述张力传感器检测的张力数据、显示所述卷扬机的工作状态以及存储所述卷扬机的收线/放线记录。

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