專利名稱：巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置及應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械與電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采 集裝置及應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大型模鍛液壓機(jī)是目前宇航、航空、原子能、汽車、船舶等工業(yè)中必不 可少的關(guān)鍵設(shè)備，也是重型機(jī)械制造業(yè)的重要設(shè)備。它對(duì)于一個(gè)國(guó)家的國(guó)防 工業(yè)及重型機(jī)械制造業(yè)等領(lǐng)域的技術(shù)水平與生產(chǎn)率有著關(guān)鍵的作用，是一個(gè) 國(guó)家工業(yè)化程度和經(jīng)濟(jì)、國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志之一。
模鍛液壓機(jī)工作時(shí)在巨大載荷作用下，其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的接觸非線性、連接 與運(yùn)動(dòng)副間隙等因素產(chǎn)生載荷奇異傳遞和巨大的附加內(nèi)力，直接影響大型構(gòu) 件的受力狀況。在沒(méi)有應(yīng)力監(jiān)測(cè)和報(bào)警裝置的情況下，只能靠嚴(yán)格遵守操作 規(guī)程和認(rèn)真控制偏心距的手段，保證液壓機(jī)的正常工作，而一旦這些人為的 控制失敗、應(yīng)力載荷過(guò)大，就可能使液壓機(jī)承受嚴(yán)重的偏心載荷。立柱在偏 心載荷下的彎曲應(yīng)力大大超過(guò)純中心載荷下的拉伸應(yīng)力，使其處于極為不利 的工作情況。據(jù)資料記錄，不少液壓機(jī)在工作中就因應(yīng)力監(jiān)測(cè)報(bào)警不到位， 曾出現(xiàn)過(guò)橫梁裂縫、立柱啃傷甚至斷裂的情況。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力檢測(cè)的方法主要有應(yīng)變片法、 振弦法、附著法、測(cè)位法等。上述方法中，其傳感器信號(hào)均為模擬信號(hào)，由 于巨型模鍛液壓機(jī)工作環(huán)境惡劣、信號(hào)傳輸線路長(zhǎng)、模擬信號(hào)抗干擾能力差， 使得采用以上方法檢測(cè)時(shí)采集信號(hào)往往不準(zhǔn)確，效果不理想，很難起到巨型
模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)及報(bào)警的作用。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為新興的網(wǎng)絡(luò) 通訊技術(shù)突顯出其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。它將專用的微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀器 中，使它們各自具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，成為能獨(dú)立承擔(dān)某些通信 任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)普通雙絞線等多種途徑進(jìn)行數(shù)字信息傳輸聯(lián)絡(luò)。它 實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化通訊，具有成本低、開(kāi)放性好及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，它的出現(xiàn) 標(biāo)志著一個(gè)自動(dòng)化新時(shí)代的開(kāi)端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決技術(shù)問(wèn)題是提供一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置及 應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置，其特征在于，在立柱上設(shè)有一 傳感器支架，在所述傳感器支架上安裝有一位移傳感器， 一位移連桿的一端 套裝在設(shè)置于傳感器支架上的通孔中并處于位移傳感器下方，所述位移連桿 的另一端固裝在立柱上。
所述傳感器支架上設(shè)置有一防護(hù)罩。
傳感器支架與立柱之間設(shè)有調(diào)整墊片。
在所述傳感器支架上設(shè)置的通孔中套裝有一導(dǎo)向套，所述位移連桿的一 端插裝在導(dǎo)向套中。
一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括巨型模鍛液 壓機(jī)立柱應(yīng)力釆集裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器；巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力 采集裝置中的位移傳感器輸出信號(hào)到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字信號(hào)
到微處理器。所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置為在立柱上設(shè)有一 傳感器支架，在所述傳感器支架上安裝有一位移傳感器， 一位移連桿的一端 套裝在設(shè)置于傳感器支架上的通孔中并處于位移傳感器下方，所述位移連桿 的另一端固裝在立柱上。
所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換器均為多個(gè)，每一 個(gè)巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置連接一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器；多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 和微處理器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接。
所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置在每一個(gè)立柱上設(shè)置多個(gè)。 所述的微處理器為可編程邏輯控制器(即PLC)。
所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，還包括一監(jiān)控主機(jī)，該監(jiān)控 主機(jī)和微處理器通信連接。
所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，還包括一應(yīng)力超限報(bào)警器， 該應(yīng)力超限報(bào)警器連接微處理器或監(jiān)控主機(jī)。
本發(fā)明的有益效果有
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置，利用位移連桿和 高精度位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)立柱受力狀況，并基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全數(shù) 字化數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和 可靠性，通過(guò)實(shí)時(shí)有效地對(duì)液壓機(jī)工作立柱應(yīng)力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免因液壓 機(jī)工作偏心、應(yīng)力載荷過(guò)大而出現(xiàn)橫梁裂縫、立柱啃傷甚至斷裂的情況發(fā)生， 大大提高設(shè)備使用的安全性、可靠性、使用和維護(hù)效率，從而可以延長(zhǎng)巨型 模鍛液壓機(jī)的使用壽命。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中傳感器安裝支架結(jié)構(gòu)； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中PLC控制原理圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中檢測(cè)點(diǎn)布置圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明l一上定位塊；2—調(diào)整墊片；3—導(dǎo)向支架；4——高精度微 位移傳感器；5—位移連桿；6—導(dǎo)向套；7-防護(hù)罩；8—下定位塊；9一鎖緊 螺母及墊圈；IO—PLC系統(tǒng)；ll一工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線；12—模數(shù)轉(zhuǎn)換器(即總線 轉(zhuǎn)換模塊)；13—高精度位移傳感器；14一上位計(jì)算機(jī)；15—液壓機(jī)立柱；16—
應(yīng)力檢測(cè)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1:
巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)包括高精度位移傳感器及安裝支架、
總線轉(zhuǎn)換模塊(即模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、PLC系統(tǒng)、上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。其技術(shù)方案
如下采用非接觸方式測(cè)量立柱微位移，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(總線轉(zhuǎn)換模塊) 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化數(shù)據(jù)通訊，計(jì)算 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分析、記錄應(yīng)力數(shù)據(jù)、生成應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表。
圖1描述了本實(shí)施例的傳感器安裝支架的結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)在于非接觸式測(cè)
量。安裝支架中，上定位塊1和下定位塊8焊接于液壓機(jī)立柱15表面，液壓 機(jī)工作時(shí)立柱受力產(chǎn)生拉伸微變形，上定位塊1和下定位塊8之間的微位移
通過(guò)位移連桿5傳遞后由高精度位移傳感器4測(cè)量，導(dǎo)向套(導(dǎo)向銅套)5起 導(dǎo)向、消除振動(dòng)的作用。檢測(cè)的信號(hào)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將微位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為立柱 的應(yīng)力信號(hào)。防護(hù)罩7用于防水防塵，保護(hù)高精度微位移傳感器6。
圖2描述了本實(shí)施例監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體構(gòu)成采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器12將高精度 位移傳感器13檢測(cè)到的液壓機(jī)立柱拉伸變形位移模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)， 再通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線11傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)10和上位計(jì)算機(jī)14中。PLC系統(tǒng)10 完成信號(hào)的采集、位移-應(yīng)力信號(hào)轉(zhuǎn)換、應(yīng)力超限報(bào)警判斷等功能。上位計(jì)算 機(jī)14完成狀態(tài)監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)報(bào)表生成等功能。
圖3描述了本發(fā)明實(shí)施例的PLC控制原理。采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)法消除溫漂等 對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)精度的影響。其原理為在液壓機(jī)工作前采集液壓機(jī)立柱應(yīng)力信 號(hào)，將該時(shí)刻的應(yīng)力信號(hào)確定為零點(diǎn)值；液壓機(jī)工作時(shí)立柱受力產(chǎn)生拉伸微 變形，將此時(shí)檢測(cè)的力柱位移信號(hào)與零點(diǎn)值相減，該差值就是立柱受力拉伸 微變形。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)再將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即可得到立柱的應(yīng)力值。該值進(jìn)行 數(shù)據(jù)濾波后與設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，大于報(bào)警值則進(jìn)行報(bào)警。
圖4描述了本實(shí)施例的應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置方式。其特征為采用多立柱、多方 位測(cè)量方式測(cè)量液壓機(jī)立柱應(yīng)力值，液壓機(jī)立柱15上布置4個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)16。 在該種測(cè)點(diǎn)布置下，無(wú)論活動(dòng)橫梁發(fā)生哪個(gè)方向的傾斜，在這組測(cè)點(diǎn)中總能 檢測(cè)到立柱受力最危險(xiǎn)的狀況。
本發(fā)明的應(yīng)力檢測(cè)原理為當(dāng)受力件(立柱)受拉伸后，產(chǎn)生拉伸應(yīng)力 為cr，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系為
s = a/E (1)其中s
為應(yīng)變，ci為應(yīng)力，E為材料彈性模量。
立柱表面上定位塊1和下定位塊8之間的距離為L(zhǎng)，該距離在應(yīng)力cr作用 下的相對(duì)變形為
<formula>formula see original document page 9</formula> (2)
同時(shí)，被測(cè)體(位移連桿'5)和高精度微位移傳感器4探頭之間的位移量 AS幾乎與AI等量，所以可得應(yīng)力與位移之間的關(guān)系
<formula>formula see original document page 9</formula> (3)
這樣，只要通過(guò)檢測(cè)被測(cè)體與傳感器探頭之間的微位移，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換 即可得到立柱所受的應(yīng)力。
參看圖1、 2、 3和4，傳感器安裝是為了不對(duì)現(xiàn)有液壓機(jī)設(shè)備進(jìn)行大的變 動(dòng)或損傷設(shè)備本體，并使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有靈活調(diào)節(jié)和可拆卸性以及長(zhǎng)期穩(wěn)定工 作的性能?？紤]到現(xiàn)有立柱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將傳感器布置在液壓機(jī)四角立柱的 限程套的腰字形空間對(duì)應(yīng)的立柱表面上，每根立柱取測(cè)點(diǎn)4個(gè)，立柱應(yīng)力監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)總數(shù)為16個(gè)，以全面測(cè)取立柱系統(tǒng)的受力狀況，其測(cè)點(diǎn)布置如 圖4所示；總線轉(zhuǎn)換模塊(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)安裝在位于測(cè)點(diǎn)附近的液壓機(jī)本體 上，用于將從測(cè)點(diǎn)處測(cè)得的位移模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；工作現(xiàn)場(chǎng)總線將 總線轉(zhuǎn)換模塊(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)與PLC系統(tǒng)連接，完成數(shù)字信號(hào)的傳輸；PLC系 統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)位于液壓機(jī)控制室，完成應(yīng)力信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換、應(yīng)力超限報(bào) 警判斷、數(shù)據(jù)管理、報(bào)表生成等功能。
權(quán)利要求
1.一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置，其特征在于，在立柱上設(shè)有一傳感器支架，在所述傳感器支架上安裝有一位移傳感器，一位移連桿的一端套裝在設(shè)置于傳感器支架上的通孔中并處于位移傳感器下方，所述位移連桿的另一端固裝在立柱上。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置，其特征 在于，所述傳感器支架上設(shè)置有一防護(hù)罩。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置，其特征 在于，傳感器支架與立柱之間設(shè)有調(diào)整墊片。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置，其特征 在于，在所述傳感器支架上設(shè)置的通孔中套裝有一導(dǎo)向套，所述位移 連桿的一端插裝在導(dǎo)向套中。
5、 一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要 求1所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理 器；巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置中的位移傳感器輸出信號(hào)到模 數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字信號(hào)到微處理器。
6、 如權(quán)利要求5所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于， 所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換器均為多個(gè)，每 一個(gè)巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置連接一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器；多個(gè)模 數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通信連接。
7、 如權(quán)利要求5所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于， 所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置在每一個(gè)立柱上設(shè)置多個(gè)。
8、 如權(quán)利要求5所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于， 所述的微處理器為可編程邏輯控制器。
9、 如權(quán)利要求5至8任一項(xiàng)所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)， 其特征在于，還包括一監(jiān)控主機(jī)，該監(jiān)控主機(jī)和微處理器通信連接。
10、 如權(quán)利要求9所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，還包括一應(yīng) 力超限報(bào)警器，該應(yīng)力超限報(bào)警器連接微處理器或監(jiān)控主機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置，其特征在于，在立柱上設(shè)有一傳感器支架，在所述傳感器支架上安裝有一位移傳感器，一位移連桿的一端套裝在設(shè)置于傳感器支架上的通孔中并處于位移傳感器下方，所述位移連桿的另一端固裝在立柱上。本發(fā)明還公開(kāi)了一種巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，包括所述的巨型模鍛液壓機(jī)立柱應(yīng)力采集裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器；并采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的全數(shù)字化通信。本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)有效地對(duì)液壓機(jī)工作立柱應(yīng)力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，大大提高設(shè)備使用的安全性、可靠性、使用和維護(hù)效率，從而延長(zhǎng)巨型模鍛液壓機(jī)的使用壽命。
文檔編號(hào)G01L1/00GK101368856SQ200810168419
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者譚建平, 暉 陳, 龔金利 申請(qǐng)人:中南大學(xué)