專利名稱：一種橫向電容式鋼絲繩張力檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼絲繩張力檢測方法及裝置，尤其是一種適合提升機(jī)、電梯、絞車等設(shè)備提升或者牽引時(shí)鋼絲繩實(shí)時(shí)張力檢測的橫向電容式鋼絲繩張力檢測方法及裝置。
背景技術(shù)：
鋼絲繩作為一種牽引、承載的關(guān)鍵構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于煤礦、冶金、高層建筑提升、交通運(yùn)輸?shù)葒窠?jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，其張力變化反應(yīng)了鋼絲繩以及相關(guān)設(shè)備的重要運(yùn)行狀態(tài)信息。目前鋼絲繩張力檢測主要的方法分為三類一種是敲擊(振波)法，如授權(quán)號為CN100485334C的發(fā)明專利公開的《電梯曳引鋼絲繩張力均勻度分析測試儀》和授權(quán)號為CN1060135C的發(fā)明專利公開的《電梯的吊索張力測定裝置》；一種是串聯(lián)法，其基本原理是在鋼絲繩與提升或者牽引重物之間串聯(lián)一測力傳感器來達(dá)測量鋼絲繩張力，；一種是三點(diǎn)彎曲法，根據(jù)力的合成與分解原理實(shí)現(xiàn)鋼絲繩張力測量，例如，公開號為CN101476955的發(fā)明專利公開的《繩索張力測定裝置》。這些方法存在測量精度低、靈敏度低、實(shí)時(shí)性差、過程復(fù)雜、安裝不便或破壞鋼絲繩整體性等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、靈敏度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、安裝方便的橫向電容式鋼絲繩張力檢測方法及裝置。技術(shù)方案本發(fā)明的橫向電容式鋼絲繩張力檢測裝置，包括對稱扣合固定在鋼絲繩上的殼體，殼體與鋼絲繩固定端之間設(shè)有橡膠墊，殼體內(nèi)對稱設(shè)有兩個(gè)基座，兩個(gè)基座內(nèi)均設(shè)有相互對稱的滑桿，相互對稱的滑桿頭部分別設(shè)有頂靠在鋼絲繩上的滾輪，滑桿的尾部設(shè)有固定在基座上的基板，基板右端面上下部對稱設(shè)有兩塊電容左極板，滑桿的中部設(shè)有一滑板，滑板與基板之間設(shè)有穿套在滑桿上的彈簧，滑板與基板相對面的上下部對稱設(shè)有兩個(gè)測桿，兩個(gè)測桿的端部均設(shè)有與電容左極板相配對的電容右極板，基板的左端面設(shè)有與接線端子相連接的信號處理單元。所述的滑桿前后兩端分別設(shè)有固定在基座和基板上的導(dǎo)向套；所述的滾輪與鋼絲繩的接觸面呈圓弧狀。本發(fā)明的橫向電容式鋼絲繩張力檢測方法，包括如下步驟
a、首先將內(nèi)部設(shè)有信號處理單元、基座、滑桿和滾輪的殼體扣合卡套在靠近提升容器或牽引容器相連接的鋼絲繩上，并通過螺栓固定；
b、測量鋼絲繩未受力時(shí)電容左極板與電容右極板的電容值和鋼絲繩的初始直徑J;
C、當(dāng)鋼絲繩提升物料或者牽引重物時(shí)，通過信號處理單元實(shí)時(shí)測量鋼絲繩受力時(shí)電容左極板與電容右極板的電容值；
d、根據(jù)實(shí)時(shí)測量的電容左極板與電容右極板的電容值與未受力時(shí)電容左極板與電容右極板的電容值的差值計(jì)算出鋼絲繩受力時(shí)的直徑變化量M;
e、信號處理單元根據(jù)鋼絲繩的初始直徑J和直徑變化量Ad計(jì)算出鋼絲繩的張力F，并通過無線發(fā)送芯片將鋼絲繩的張力專送到工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩張力A的實(shí)時(shí)檢測。有益效果本發(fā)明將鋼絲繩直徑變化轉(zhuǎn)換為電容極板間距變化，利用電容測距原理獲得鋼絲繩直徑變化量，經(jīng)換算獲得鋼絲繩張力；可以在不破壞鋼絲繩整體性的前提下測量鋼絲繩的張力；由于裝置安裝在提升或者牽引容器附近的鋼絲繩上，可以在不停機(jī)的情況下實(shí)時(shí)檢測鋼絲繩的張力變化；可以多個(gè)裝置同時(shí)使用，對多鋼絲繩提升、牽引等設(shè)備的多鋼絲繩張力平衡具有實(shí)際的指導(dǎo)作用；可提高對鋼絲繩張力測量的實(shí)時(shí)性、測量精度和靈敏度，從而更好的檢測鋼絲繩狀態(tài)，以及牽引和承載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。由于采用對稱的結(jié)構(gòu)，可補(bǔ)償由于鋼絲繩振動、擺動等所產(chǎn)生的干擾；適用于范圍廣，精度高，安裝和實(shí)用方便，維護(hù)成本低。


圖1是本發(fā)明裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明裝直的基座不意圖。圖3是本發(fā)明裝置的頂部示意圖。圖中1-殼體，2-測桿，3-橡膠墊，4-基座，5-滑桿，6-滾輪，7_鋼絲繩，8_滑板，9-電容右極板，10、11-導(dǎo)向套，12-基板，13-電容左極板，14-信號處理單元，15-彈簧，16-接線端子，17-螺栓。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步描述
圖1、2所示，本發(fā)明的橫向電容式鋼絲繩張力檢測裝置，主要由殼體1、橡膠墊3、基座4、滑桿5、滾輪6、滑板8、電容右極板9、導(dǎo)向套10、11、基座12、電容左極板13、信號處理單元14、彈簧15、接線端子16構(gòu)成。殼體I為兩半，對稱扣合固定在鋼絲繩7上，兩半殼體I對稱設(shè)置，通過螺栓17和橡膠墊3緊固在鋼絲繩7上，如圖3所示。殼體I與鋼絲繩7固定端之間設(shè)有橡膠墊3 ;殼體I內(nèi)對稱設(shè)有兩個(gè)基座4，兩個(gè)基座4內(nèi)分別設(shè)有前部伸出其體外的滑桿5，滑桿5前后兩端分別設(shè)有固定在基座4和基板12上的導(dǎo)向套10、11。滑桿5的頂部設(shè)有頂靠在鋼絲繩7上的滾輪6，滾輪6與鋼絲繩7的接觸面呈圓弧狀?；瑮U5的尾部穿套有固定在基座4上的基板12，基板12右端面上下部對稱設(shè)有電容左極板13，滑桿5的中部設(shè)有一滑板8，滑板8與基板12之間設(shè)有穿套在滑桿5上的彈簧15，滑板8左端面的上下部對稱設(shè)有測桿2，測桿2的端部設(shè)有與電容左極板13構(gòu)成電容的電容右極板9，基板12的左端面設(shè)有與接線端子16相連接的信號處理單元14。信號處理單元14包括C-V變換電路CAV444、放大/濾波電路、處理器和無線發(fā)射芯片，如圖4所示，電容左極板13和電容右極板9構(gòu)成的電容通過接線端16接入信號處理單元14，測量時(shí)通過C-V變換電路CAV444將電容左極板13和電容右極板9構(gòu)成電容的電容值轉(zhuǎn)化為電壓值，轉(zhuǎn)換后的電壓值經(jīng)過放大電路和濾波電路的處理后輸入處理器，處理器計(jì)算出鋼絲繩7的張力值A(chǔ)后通過無線發(fā)送芯片將鋼絲繩7的張力值A(chǔ)發(fā)送到工控機(jī)。本發(fā)明的橫向電容式鋼絲繩張力檢測方法首先將內(nèi)部設(shè)有信號處理單元14、基座4、滑桿5和滾輪6的殼體I扣合卡套在靠近提升容器或牽引容器相連接的鋼絲繩7上，并通過螺栓17固定；安裝好電容式鋼絲繩張力檢測裝置后，啟動裝置，讓電容左極板13、電容右極板9和信號處理單元14帶電工作，測量鋼絲繩7未受力時(shí)電容左極板13與電容右極板9構(gòu)成電容的電容值和鋼絲繩7的初始直徑￠/ ;當(dāng)鋼絲繩7提升物料或者牽引重物時(shí)，鋼絲繩7會受到張力而產(chǎn)生一定的直徑變化使電容左極板13與電容右極板9之間的距離發(fā)生變化，從而電容左極板13與電容右極板9構(gòu)成電容的電容值發(fā)生變化，通過信號處理單元14中的C-V變換電路CAV444、濾波電路和放大電路的處理將電容變化量轉(zhuǎn)化成信號處理單元14便于測量的電壓信號變化量，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量鋼絲繩7受力時(shí)電容左極板13與電容右極板9構(gòu)成電容的電容值；根據(jù)實(shí)時(shí)測量的電容左極板13與電容右極板9的電容值與未受力時(shí)電容左極板13與電容右極板9的電容值的差值可計(jì)算出電容左極板13與電容右極板9的相對移動量，也即鋼絲繩7受力時(shí)的直徑變化量W ;信號處理單元14根據(jù)鋼絲繩7的初始直徑J和直徑變化量M計(jì)算出鋼絲繩7的張力K計(jì)算公公式如下
F張力=S X .4(I) 式中A為鋼絲繩的橫截面積，5為鋼絲繩橫截面上的應(yīng)力，其計(jì)算公式為
S= Exsm(2)
式中E為鋼絲繩彈性模量，^為鋼絲繩的軸向線應(yīng)變，其計(jì)算公式為
Em
芯軸---(3 )
式中y為鋼絲繩的泊松比，為已知為鋼絲繩的橫向線應(yīng)變，其計(jì)算公式為
Ad、
=--(4 )
橫d
式中d為鋼絲繩的直徑，A d為鋼絲繩直徑的變化量。綜上得鋼絲繩的張力為
Ad ^rx d2
Fs,X J = 5 X-X-
*m-dx^ 4
ny.Ey.dy.td ,、
=--- (5)
-4x/i
信號處理單元14計(jì)算出鋼絲繩7的張力值A(chǔ)后通過無線發(fā)射芯片將鋼絲繩7的張力值專送到工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩7張力A的實(shí)時(shí)檢測。鋼絲繩振動、擺動等可能會干擾基座的結(jié)果。針對此問題，本發(fā)明將兩組基座對稱安裝，通過簡單均值計(jì)算等方法即可消除鋼絲繩振動、擺動等對基座的干擾。
權(quán)利要求
1.一種橫向電容式鋼絲繩張力檢測裝置，其特征在于它包括對稱扣合固定在鋼絲繩(7 )上的殼體(I)，殼體(I)與鋼絲繩(7 )固定端之間設(shè)有橡膠墊(3 )，殼體(I)內(nèi)對稱設(shè)有兩個(gè)基座(4)，兩個(gè)基座(4)內(nèi)均設(shè)有相互對稱的滑桿(5)，相互對稱的滑桿(5)頭部分別設(shè)有頂靠在鋼絲繩(7)上的滾輪(6)，滑桿(5)的尾部設(shè)有固定在基座(4)上的基板(12)，基板(12)右端面上下部對稱設(shè)有兩塊電容左極板(13)，滑桿(5)的中部設(shè)有一滑板(8)，滑板(8)與基板(12)之間設(shè)有穿套在滑桿(5)上的彈簧(15)，滑板(8)與基板(12)相對面的上下部對稱設(shè)有兩個(gè)測桿(2)，兩個(gè)測桿(2)的端部均設(shè)有與電容左極板(13)相配對的電容右極板(9)，基板(12)的左端面設(shè)有與接線端子(16)相連接的信號處理單元(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向電容式鋼絲繩張力檢測裝置，其特征在于所述的滑桿(5 )前后兩端分別設(shè)有固定在基座(4 )和基板(12 )上的導(dǎo)向套(10、11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向電容式鋼絲繩張力檢測裝置，其特征在于所述的滾輪(6)與鋼絲繩(7)的接觸面呈圓弧狀。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置的橫向電容式鋼絲繩張力檢測方法，其特征在于包括如下步驟 a、首先將內(nèi)部設(shè)有信號處理單元(14)、基座(4)、滑桿(5)和滾輪(6)的殼體(I)扣合卡套在靠近提升容器或牽引容器相連接的鋼絲繩(7)上，并通過螺栓(17)固定； b、測量鋼絲繩(7)未受力時(shí)電容左極板(13)與電容右極板(9)的電容值和鋼絲繩(7)的初始直徑d ； C、當(dāng)鋼絲繩(7)提升物料或者牽引重物時(shí)，通過信號處理單元(14)實(shí)時(shí)測量鋼絲繩(7)受力時(shí)電容左極板(13)與電容右極板(9)的電容值； d、根據(jù)實(shí)時(shí)測量的電容左極板(13)與電容右極板(9)的電容值與未受力時(shí)電容左極板(13)與電容右極板(9)的電容值的差值計(jì)算出鋼絲繩(7)受力時(shí)的直徑變化量LLiJ · e、信號處理單元(14)根據(jù)鋼絲繩(7)的初始直徑和直徑變化量ω計(jì)算出鋼絲繩(7)的張力K并通過無線發(fā)送芯片將鋼絲繩(7)的張力專送到工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩(7)張力Z7的實(shí)時(shí)檢測。
全文摘要
一種橫向電容式鋼絲繩張力檢測方法及裝置，包括殼體和基座，殼體為對稱的兩個(gè)部分，通過螺栓緊固在鋼絲繩上；殼體和鋼絲繩之間設(shè)有橡膠墊；殼體內(nèi)部設(shè)有兩組對稱的基座，基座設(shè)有伸出的伸縮桿，其頭部設(shè)有與鋼絲繩緊密接觸的滾輪，伸縮桿中部設(shè)有與伸縮桿垂直的滑塊，滑塊一面設(shè)有彈簧，另一面設(shè)有一組電容極板，基座前壁和基座上的基板上設(shè)有導(dǎo)向套，基座上還設(shè)有信號處理單元和另一組電容極板，電容極板通過接線端子連入信號處理單元；鋼絲繩直徑的變化將導(dǎo)致電容極板間距變化，通過C-V電路可轉(zhuǎn)換為電壓信號，并最終換算為鋼絲繩張力。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確測量鋼絲繩的張力，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，測量精度高。
文檔編號G01L5/10GK102998046SQ20111037646
公開日2013年3月27日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者李偉, 朱真才, 王重秋, 江帆, 周公博, 曹國華, 陳國安 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)