专利名称：一种绞车钢丝绳张力测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明属于钢丝绳测量技术领域，特别是涉及一种绞车钢丝绳张力测量装置及其 测量方法。
背景技术：
目前，大型铺管船在浅海作业时存在托管架的调整定位问题。托管架的调整定位 一般都采用重型调整绞车，调整绞车的设计及钢丝绳张力控制成为关键。大型调整绞车钢 丝绳张力测试问题，由于调整绞车的结构性、动力性能、工作环境等诸多因素的影响以及钢 丝绳张力大，且测点布置难，要准确测量钢丝绳张力就变得非常困难。测试绞车钢丝绳张力，常见的有直接称重测量法、弦振测力法、销轴测力法、磁通 量测量法。直接称重测量法是将钢丝绳截断并把称重传感器接在断绳中间重新连接起来， 这样测量的范围和距离都比较短，且测量值不稳定；弦振测力法的原理是将钢丝绳张力变 化转变为钢丝绳振动特性的变化，通过对钢丝绳振动特性的识别来测量张力；销轴测力法 是在调整绞车的出绳舱口安装1个带有销轴式测力传感器的定滑轮，使钢丝绳绕过定滑 轮.由于钢丝绳的压力，使测力销轴发生微小变形，应变片产生微弱电流，经放大传输 到终端设备进行处理，得到钢丝绳对测力销轴的压力，进而通过几何关系计算出钢丝绳 的张力。磁通量法是利用电磁传感器，测定磁通量变化，根据张力、温度与磁通量变化的 关系，推算钢丝绳张力。但是，托管架在海洋上受到风、浪、流、施工区域的水深和周围环境 等因素的影响，并针对钢丝绳张力量程大的特点，对调整绞车的载荷测量和长度测量存 在技术问题。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种绞车钢丝绳张力测量装置及其测
量方法。本发明目的之一是提供一种具有结构紧凑，钢丝绳的张力测量和伸缩长度测量于 一身，操作方便，经济实用，可靠程度高，测量数据准确等特点的绞车钢丝绳张力测量装置。本发明绞车钢丝绳张力测量装置采用如下技术方案
一种绞车钢丝绳张力测量装置，其特点是测量装置包括绞车卷筒支架、钢丝绳卷筒和 轴承座，卷筒支架上装有轴承座，轴承座上装有钢丝绳卷筒，轴承座上装有钢丝绳测力传感 器和钢丝绳测速传感器。本发明绞车钢丝绳张力测量装置还可以采用如下技术措施
所述的绞车钢丝绳张力测量装置，其特点是轴承座有连接螺栓紧固在卷筒支架上。所述的绞车钢丝绳张力测量装置，其特点是钢丝绳测速传感器为齿轮测速方式， 测速传感器安装有一个小齿轮，在卷筒轴上装配有配对的大齿轮，大齿轮与卷筒轴同步转 动，测速传感器测得小齿轮的角速度及所转过的圈数。所述的绞车钢丝绳张力测量装置，其特点是钢丝绳测力传感器为称重传感器。
本发明目的之二是提供一种具有张力测量和伸缩长度测量于一身，操作方便，经 济实用，可靠程度高，测量数据准确等特点的绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法。本发明绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法采用如下技术方案
所述绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法，其特征是测量装置进行钢丝绳张力测量 的步骤，测量轴承座上安装的钢丝绳测力传感器的力，测量钢丝绳测速传感器的数据，确定 钢丝绳的长度和其在钢丝绳卷筒的位置，由钢丝绳在钢丝绳卷筒的位置进行钢丝绳力的计 算，确定钢丝绳的张力。本发明绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法还可以采用如下技术措施
所述绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法，其特点是测量轴承座上安装的钢丝绳测 力传感器的力是测量安装的钢丝绳的称重传感器的力。所述绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法，其特点是钢丝绳测速传感器为齿轮 测速方式，测速传感器安装有一个小齿轮，在卷筒轴上装配有配对的大齿轮，大齿轮与卷筒 轴同步转动，测量钢丝绳测速传感器的数据是测量测速传感器小齿轮的角速度及所转过的 圈数。本发明具有的优点和积极效果
一种绞车钢丝绳张力测量装置及其测量方法，由于采用了本发明全新的技术方案，与 现有技术相比，本发明所研制的测量绞车钢丝绳张力长度装置集张力测量和伸缩长度测量 于一身，并与相应融为一体，结构简单，安装方便，实用可靠度较高。根据力学模型 ，通过对称重传感器的连接设计，将钢丝绳张力的测量转换为称重传感器正压力的测量 ，简化了测量的原理及结构，所用的称重传感器经传感器制造并进行标定，完全符合需 要并且更换方便。进行了现场测试，使用表明，其各项指标完全符合调整绞车技术要求， 其性能优良，数据精确。本发明具有钢丝绳的张力测量和伸缩长度测量于一身，结构紧凑，操作方便，经济 实用，可靠程度高，性能优良，测量数据准确等优点。
图1是本发明轴承座与传感器连接结构示意图； 图2是钢丝绳张力的位置分析示意图3是钢丝绳卷筒受力分析示意图。图中，1、卷筒支架，2、钢丝绳卷筒，3、测速传感器，4、轴承座，5、测力传感器，6、连 接螺栓。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹列举以下实例，并配合附图详 细说明如下
参照附图1至图3。实施例1
绞车钢丝绳张力测量装置，包括绞车卷筒支架1、钢丝绳卷筒2和轴承座4，卷筒支架1 上装有轴承座，轴承座4上装有钢丝绳卷筒2，轴承座4上装有钢丝绳测力传感器5和钢丝绳测速传感器3。钢丝绳测速传感器3为齿轮测速方式，测速传感器安装有一个小齿轮，在卷筒轴 上装配有配对的大齿轮，大齿轮与卷筒轴同步转动，测速传感器3测得小齿轮的角速度及 所转过的圈数。钢丝绳测力传感器为称重传感器。实施例2
绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法，测量装置进行钢丝绳张力测量的步骤，测量轴 承座上安装的钢丝绳测力传感器的力，测量钢丝绳测速传感器的数据，确定钢丝绳的长度 和其在钢丝绳卷筒的位置，由钢丝绳在钢丝绳卷筒的位置进行钢丝绳力的计算，确定钢丝 绳的张力。测量轴承座上安装的钢丝绳测力传感器的力是测量安装的钢丝绳的称重传感器 的力。钢丝绳测速传感器为齿轮测速方式，测速传感器安装有一个小齿轮，在卷筒轴上装配 有配对的大齿轮，大齿轮与卷筒轴同步转动，测量钢丝绳测速传感器的数据是测量测速传 感器小齿轮的角速度及所转过的圈数。本实施例的具体结构及钢丝绳张力测量过程
结合绞车与托管架的实际相对位置，设计出可连接测力和测速传感器的轴承座，如下 附图1所示该机构由卷筒支架1、钢丝绳卷筒2、测速传感器3、轴承座4、测力传感器5、连 接螺栓6组成，该机构工作过程如下已确定钢丝绳卷筒的宽度D，钢丝绳的出绳方向随着 钢丝绳的卷入而时刻变化，由于每层钢丝绳的层数一定，故可从测速传感器上得知目前绳 子位于第几层，从而运用力学原理计算出此时钢丝绳的张力，具体力位置分析如附图2 如 所示，钢丝绳卷筒直径为d=60mm，宽度为D，计算过程如下
首先将钢丝绳张力分解至垂直卷筒轴心和平行卷筒中心两个方向，由力学平行四边形 法及图中几何关系则得知
α =Arctg (D/2-nd)/L, η为单层排缆个数，0彡η彡4取整数; Fl=F氺cos α ； 即:F= Fl/ cos α
再对卷筒体进行受力分析，此时将滚筒体作为一个刚体即等效为一质点，受力图如附 图3所示
图中F1为钢丝绳张力在垂直于卷筒轴心方向的分力，该力又可看做为两个不同方向 力的合力，即垂直于轴承座的分力F3和平行于轴承座的分力F2，F3即为称重传感器所测得 的力的大小，由图中几何关系可得
F3=Fl*cos β ； (F3即为轴承座底部传感器所测得的力的大小KN)； β =Arctg (L/(d/2+A+K*52)) ； (0 彡 K 彡 9，取整数)；
上述式子中K为层数，K值可有轴承座上的测速传感器处测得，测速传感器主要工作过 程如下，测速传感器一侧安装一个测速小齿轮，与之配对的大齿轮装配在卷筒轴上，与卷筒 轴同步转动，取该两个齿轮齿数比i=Zl/Z2=4(Zl为小齿轮齿数，Z2为大齿轮齿数)，当测速 传感器测得小齿轮的角速度及所转过的圈数m后，经过编码器编译，即可得知目前钢丝绳 的缠绕是在第几层以及钢丝绳卷入的长度。从而得知η和K的关系如下
设从第一段钢丝绳缠绕入卷筒开始，测速传感器测到得小齿轮的转过圈数为m，则卷筒 转过的圈数为P=m/4，此时层数K=p/9 (每层排缆数量为9根)，K只取整数(小数点后数值
5舍去)，则η与K的关系可换算如下 n= I ρ-9Κ-5 I，0彡η彡4取整数。钢丝绳长度计算过程如下
钢丝绳的长度 S= { Σ {> (A+60+52Ki)*9}}+ (A+60+52p/9) * (p_Kp)，其中 O^ Ki ^ ρ/9, Κ=ρ/9,且均取整数(原则为小数点后数值舍去)。由上述计算过程，已测量出的值为F3，m，则通过计算即可得出钢丝绳的张力，同时 也可得到钢丝绳的长度，实际使用中需对结果进行标定并修正，已达到测量钢丝绳负载与 钢丝绳长度的准确性。
权利要求
1.一种绞车钢丝绳张力测量装置，其特征是测量装置包括绞车卷筒支架、钢丝绳卷 筒和轴承座，卷筒支架上装有轴承座，轴承座上装有钢丝绳卷筒，轴承座上装有钢丝绳测力 传感器和钢丝绳测速传感器。
2.按照权利要求1所述的绞车钢丝绳张力测量装置，其特征是轴承座有连接螺栓紧 固在卷筒支架上。
3.按照权利要求1所述的绞车钢丝绳张力测量装置，其特征是钢丝绳测速传感器为 齿轮测速方式，测速传感器安装有一个小齿轮，在卷筒轴上装配有配对的大齿轮，大齿轮与 卷筒轴同步转动，测速传感器测得小齿轮的角速度及所转过的圈数。
4.按照权利要求1所述的绞车钢丝绳张力测量装置，其特征是钢丝绳测力传感器为 称重传感器。
5.按照权利要求1所述绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法，其特征是测量装置进 行钢丝绳张力测量的步骤，测量轴承座上安装的钢丝绳测力传感器的力，测量钢丝绳测速 传感器的数据，确定钢丝绳的长度和其在钢丝绳卷筒的位置，由钢丝绳在钢丝绳卷筒的位 置进行钢丝绳力的计算，确定钢丝绳的张力。
6.按照权利要求5所述绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法，其特征是测量轴承座 上安装的钢丝绳测力传感器的力是测量安装的钢丝绳的称重传感器的力。
7.按照权利要求5所述绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法，其特征是钢丝绳测速 传感器为齿轮测速方式，测速传感器安装有一个小齿轮，在卷筒轴上装配有配对的大齿轮， 大齿轮与卷筒轴同步转动，测量钢丝绳测速传感器的数据是测量测速传感器小齿轮的角速 度及所转过的圈数。
全文摘要
本发明涉及一种绞车钢丝绳张力测量装置及其测量方法。本发明属于钢丝绳测量技术领域。一种绞车钢丝绳张力测量装置，其包括绞车卷筒支架、钢丝绳卷筒和轴承座，卷筒支架上装有轴承座，轴承座上装有钢丝绳卷筒，轴承座上装有钢丝绳测力传感器和钢丝绳测速传感器。绞车钢丝绳张力测量装置的测量方法，其钢丝绳张力测量的步骤，测量轴承座上安装的钢丝绳测力传感器的力，测量钢丝绳测速传感器的数据，确定钢丝绳的长度和其在钢丝绳卷筒的位置，由钢丝绳在钢丝绳卷筒的位置进行钢丝绳力的计算，确定钢丝绳的张力。本发明具有钢丝绳的张力测量和伸缩长度测量于一身，结构紧凑，操作方便，经济实用，可靠程度高，性能优良，测量数据准确等优点。
文档编号G01B21/06GK102062660SQ201010585118
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者周然, 李军营, 王福山, 陈建长 申请人:天津工程机械研究院