一种绞车自动排绳器的制作方法

本实用新型涉及绞车智能排绳技术领域，特别涉及一种绞车自动排绳器。

背景技术：

绞车是工业领域内十分重要的起重举升设备，通常用于煤矿井下的辅助运输，以及石油开采过程中的井下起重提升。因此其使用的安全性对于这些工业领域都是非常重要的问题。通过调研发现，目前应用于捞油车采油中的绞车，由于其自身工况的特殊性，具有较高的钢丝绳缠绕层数，因此需要配备有绞车排绳器排辅助绞车的排绳导向，控制绞车排绳有序，规则的进行。但是在工作过程中常常会发现当下的绞车在缠绕排绳过程中存在以下问题：

(1)如对于绞车在排绳过程中出现的跟随误差不能够自主发现更不要提说去自主计算进行误差补偿，这就为绞车长时间的工作制造了障碍，因为假若绞车长时间的工作，它自身无法保证运动一直保持准确、有序地排绳；

(2)在钢丝绳排绳过程中由于跟随不精确，换向不及时而引起的压绳，绞绳现象，极易造成钢丝绳磨损甚至引起钢丝绳的断裂，这些现象的发生对钢丝绳的使用寿命情况有极大的损害。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种绞车自动排绳器，能够实现钢丝绳的实时准确跟随，在钢丝绳的排绳过程中假若出现了排绳误差，智能排绳器能够快速有效的去解决这一问题，适用于采油行业中长时间工作的绞车，来改善绞车在钢丝绳排绳过程中可能出现的这些排绳紊乱的问题，从而提高钢丝绳的使用寿命，确保采油作业的安全进行。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种绞车自动排绳器，固定于绞车滚筒的正下方，包括排绳器机架10，排绳器机架10的正上方布置有排绳器底座9，所述的排绳器底座9由排绳器框架 9-1以及左右排绳器侧板13，14组成，在排绳器底座9上连接有正反螺纹丝杠7，以及对称分布于正反螺纹丝杠7两侧的扶正光杆11,12；在正反螺纹丝杠7的一端通过联轴器3与伺服电机2相连，在伺服电机2的一侧安装控制处理器4；正反螺纹丝杠7上安装有纠偏导正机构8，纠偏导正机构8上安装有位移传感器23；在正反螺纹丝杠7的左右两端分别安装有非接触式感应接近开关5,6。

所述的纠偏导正机构8包括上端是U型的纠偏支架22,纠偏支架22左右两侧分别安置有引入轮18和导出轮19，在引入轮18和导出轮19两者中间位置的正下方布置有纠偏轮21，每个轮的上方均分别设置有压绳滚子15、16、17，在导出轮19处的转轴上安装载荷传感器20。

本实用新型的有益效果：

(1)通过现代化的传感器元件实现排绳过程中的准确测试与精准跟随，实现了排绳过程中的误差分析与自主补偿以及控制精度的提高；

(2)通过可控的测量元件与误差补偿算法的控制调节，实现了钢丝绳有序稳定的排绳目的；

(3)排绳器结构简单，安装简易方便，通过现代化传感元件的使用，简化了排绳器的复杂机械结构，是排绳效果更佳牢靠，从而提高了钢丝绳的使用寿命，缩短了维护，检修周期。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型纠偏导正机构的三维轴测图。

图3是本实用新型的PID控制和前馈控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细叙述。

参照图1，一种绞车自动排绳器，固定于绞车滚筒的正下方，包括排绳器机架10，排绳器机架-10通过地脚螺栓固定于绞车滚筒的正下方，排绳器机架10 的正上方通过螺栓连接布置有排绳器底座9，所述的排绳器底座9由排绳器框架 9-1以及左右排绳器侧板13，14组成，在排绳器底座9上连接有正反螺纹丝杠7，以及对称分布于正反螺纹丝杠7两侧的扶正光杆11,12；在正反螺纹丝杠7的一端通过联轴器3与伺服电机2相连，在伺服电机2的一侧安装控制处理器4；正反螺纹丝杠7上安装有纠偏导正机构8，纠偏导正机构8上安装有位移传感器23；在正反螺纹丝杠7的左右两端分别安装有非接触式感应接近开关5,6；在绞车滚筒体上安装有旋转编码器1来检测钢丝绳的实时出绳位置；

参照图2，所述的纠偏导正机构8包括上端是U型的纠偏支架22,纠偏支架 22左右两侧分别安置有引入轮18和导出轮19，在引入轮18和导出轮19两者中间位置的正下方布置有纠偏轮21，每个轮的上方均分别设置有压绳滚15,16,17，在排绳过程中起约束钢丝绳位置的作用，以防止钢丝绳在排绳过程中出现跳绳，偏绳的现象发生，保证钢丝绳在滚轮中心位置缠绕；在导出轮19处的转轴上安装载荷传感器20，用来测试钢丝绳的张紧拉力。

本实用新型的工作原理：

旋转编码器1安装在绞车滚筒体上，首先通过旋转编码器1检测绞车滚筒上的钢丝绳的确切位置，然后将检测结果以电信号的形式传递给控制处理器4；其次控制处理器4对旋转编码器1的测定结果进行计算处理，将其结果与正反螺纹丝杠7上的绳距测定结果进行比较，并将数据计算结果进行信号转换形成相应的指令传输给伺服电机2，然后伺服电机2开始启动并带动正反螺纹丝杠7进行传动，与此同时正反螺纹丝杠7上的纠偏导正机构8也开始实时跟随，在跟随过程中，纠偏导正机构8通过安装在其上的位移传感器23检测钢丝绳排列的误差值，从而进一步控制处理器进行相应的误差补偿。当纠偏导正机构8移动到正反螺纹丝杠7两端时，非接触式感应接近开关5、6通过计算分析出纠偏导正机构的精确位置，然后通过控制处理器4来释放命令进行自动换向。以完成整个排绳过程的运行。

引入轮18跟随的实现

在排绳过程中，前面通过安装与绞车滚筒体上的旋转编码器1与纠偏导正机构8上的位移传感器23，来记录钢丝绳的实时排绳位置与导向装置的真实位置，然后同后续的辅助反馈系统来计算所需的补偿误差，然后通过控制处理器4，发出指令到伺服电机2，通过伺服电机2改变转速和方向来实现导向装置与钢丝绳的实时跟随。

本实用新型组成部件较多，其测定会受到诸多方面的影响，例如旋转编码器 1的计数精度，伺服电机2的响应时间，控制精度等都会对钢丝绳的同步跟随造成影响，所以在这里需要通过外部手段进行平衡调节。这里，通过采用前馈控制和PID控制算法相结合的方法,实现伺服电动机的位置闭环控制,从而实现误差补偿和精确控制。

在PID闭环控制算法中,将纠偏导正机构8所在的实际位置作为控制系统的反馈,该位置可通过伺服电机2的实际输出得到。而旋转编码器1所检测到的钢丝绳在滚筒体上的位置实际上就是纠偏导正机构8在丝杠上的理论位置。将两者的实际位置进行比较计算可以得到钢丝刚的实时跟随误差，然后通过PID控制计算，控制处理器编码处理来改善钢丝绳的跟随情况与排绳精度。

前馈控制将前一个周期中采样获取的纠偏导正机构8的确切位置与理论计算结果进行对比分析，计算出其钢丝绳排绳位置的误差轨迹趋势，从而通过控制处理器4进行修正计算补偿，实现在下一周期内的同步跟随，准确排绳。前馈控制的存在使得导向轮与钢丝绳的同步更加准确，保证了排绳效果的准确性。如图 3所示PID控制系统图。其中，r(t)为排绳轮理论位置，u(t)为排绳轮实际位置， e(t)为排绳轮位置误差，c(t)为PID控制后伺服电动机实际设定位置，o(t)为上个周期中伺服电动机的转速。

自动换向的实现

纠偏导正机构8在正反螺纹丝杠7上准确，及时的实现自动换向的机理是：通过开机时的上电检测获取绞车排绳的单周期行程，然后在控制处理器4中记录绞车的单周期排绳行程，与正反螺纹丝杠7两端安装的非接触式感应接近开关5、6以及纠偏导正机构8上的位移传感器23获取的钢丝绳实时位置进行比对计算，将计算结果输入反馈环节进行修正处理，然后将处理信号在此发送给控制处理器 4，通过控制处理器4的指令分配来实现纠偏导正机构8在丝杠位置上的准确换向。

在实现自动换向的动作过程中，其中的关键环节是绞车排绳单周期行程的确定。在这里我们是通过旋转编码器1来计算分析其单周期排绳行程的，因此高精度的旋转编码器1对于行程周期的准确性是十分重要的。此外，安装在正反螺纹丝杠7两端的非接触式感应接近开关5、6的数据记录，以及前馈环节的算法控制精度到最后的控制处理器的指令的准确性都是实现精确自动换向的必要保障。在此之后，执行机构--伺服电机2通过接受控制处理器4的传输指令，来进行相应的转换，调整，来确保排绳的导向轮准确的跟随钢丝绳同步运移，以及引入轮 18在丝杠上的准确换向。每一次换向成功后，通过控制处理器4可以将之前的误差清零，从而缓解数据存储的压力，以保证每次计算的准确性。在伺服电机2 实现准确控制后，反向加速继续保持引入轮18与钢丝绳的同步运移，直至感应到另一端的非接触式接近感应传感器。分布于丝杠两端的非接触式感应接近开关 5,6在实现引入轮18的准确换向过程中起着非常重要的作用。在智能排绳器的整个排绳过程中，丝杠左右两侧的非接触式感应接近开关5,6在每一个行程周期都会起作用，所以其检测的准确性与工作的稳定性都对整个智能排绳器有着深远的影响，因此在元器件的选择装配时必须要保证其工作的可靠性，从而实现整个装置的准确工作。

误差补偿的实现

智能排绳器综合采用了前馈控制和PID控制算法，通过这一反馈算法实现了控制处理器4对伺服电机2，绞车排绳的闭环控制，从而达到引入轮18的实时准确跟随的目的。当然，与此同时，整个智能排绳装置还采用了一套误差补偿装置，以确保在导向轮与钢丝绳的真实位置不能实时同步的情况下，能够得到及时，有效的误差分析补偿，实现准确的误差校正修复。但误差发生检测感知后，智能排绳装置上的纠偏导正机构8开始发挥作用，纠偏导正机构8对误差进行分析处理，再通过处理算法对其进行修复运算，然后将信号传递给控制处理器4，控制处理器4作为终端处理发出指令来控制伺服电机2以及纠偏导正机构8的下一步运转来校正误差，从而实现精确排绳，实施跟随，这就是智能排绳装置的整个校正，补偿过程。