一种微型恒张力卷扬位移测量装置

技术领域

本发明涉及卷扬位移测量技术领域，具体涉及一种微型恒张力卷扬位移测量装置。

背景技术

在工程机械进行工地现场作业时，往往施工环境相对恶劣，现场设备在有大量泥浆、污水、碰撞的环境中运行，工程机械上常用的2～20m长行程拉线式位移传感器会面临可靠性大幅降低的困境，普通长行程拉线式位移传感器钢绳线径不足3mm，拉线回缩时钢绳自动收纳到收卷盒中，拉线进出收卷盒会带进去大量泥浆油污等污染物，进而引起拉线卡死，拉不出或无法回弹；同时较细的钢绳在作业工地现场，经常受到不同设备或维护工具的碰撞，导致钢丝起丝绳断线，从而大大影响了工程机械施工效率。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种微型恒张力卷扬位移测量装置，可有效解决因施工工地现场泥浆、油污污染、外力钢绳损伤等导致的测量失效问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种微型恒张力卷扬位移测量装置，包括卷扬机本体，其中，所述卷扬机本体包括中空卷扬滚筒；所述中空卷扬滚筒的外侧壁沿周向开设有螺旋沟槽，螺旋沟槽上缠设有直径为8mm以上的钢丝绳，钢丝绳的外端头连接有被测物体；所述中空卷扬滚筒的内部设置有用于驱动中空卷扬滚筒转动以实现钢丝绳收卷和开卷的联轴器、行星减速机和伺服电机，所述伺服电机的输出端与行星减速机的输入轴连接，行星减速机的输出轴通过联轴器与中空卷扬滚筒连接；所述伺服电机连接有用于采集伺服电机工作参数以及根据行星减速机减速比、中空卷扬滚筒螺旋沟槽的直径和导程参数计算出钢丝绳伸长长度并驱动伺服电机作业且保持钢丝绳恒张力的伺服驱动器。

优选的，所述伺服电机上设置有用于反馈伺服电机工作参数的绝对值编码器，绝对值编码器通过连接的编码器电缆与伺服驱动器连接，伺服电机的受控端通过连接的动力电缆与伺服驱动器连接。

优选的，所述伺服驱动器连接有第三方设备。

优选的，所述伺服驱动器的外部设置有控制箱，控制箱上设置有与伺服驱动器连接并用于连接动力电缆的动力电缆接口、用于连接编码器电缆的编码器电缆接口以及用于连接第三方设备的IO接口和通讯接口。

优选的，所述卷扬机本体还包括用于封装中空卷扬滚筒的卷扬机壳体，卷扬机壳体的内部间隔设置有前轴承座和后轴承座；所述联轴器的外端伸出中空卷扬滚筒与前轴承座连接，伺服电机的外端伸出中空卷扬滚筒与后轴承座连接。

优选的，所述卷扬机壳体上与螺旋沟槽相对的位置设置有一个沿中空卷扬滚筒长度方向设置、用于钢丝绳进出的钢丝绳进出口；所述卷扬机壳体上还设置有用于穿出动力电缆和编码器电缆的电缆通孔。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明通过采用伺服驱动器控制伺服电机驱动中空卷扬滚筒、8～12mm线径的钢丝绳、绝对值编码器位移测量以及与第三方设备连接的接口，解决了高污染、高冲击条件下，拉线式位移传感器测量可靠性问题，实现了高精度、抗污染、抗冲击、恒张力、量程大、结构紧凑、使用维护方便以及可靠性高的测量应用。

本发明可用于铣槽搅拌机2-20米行程的垂直方向升降缸位移测量，通过配置较大直径的钢丝绳和钢绳同步张力控制，可极大减少现场泥浆污染、线缆撞击导致的测量失效问题，从而可满足恶劣环境施工工地应用。

本发明通过内置绝对值编码器进行位置记忆，具有高精度、抗干扰能力强特点。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的卷扬机本体结构示意图；

图3为本发明的图2剖视图；

图4为本发明的图2去掉上盖后结构示意图；

图5为本发明的图4剖视图；

图6为本发明的卷扬机本体内部结构示意图；

图7为本发明的图6剖视图。

其中：1.中空卷扬滚筒、101.螺旋沟槽、2.前轴承座、3.后轴承座、4.联轴器、5.行星减速机、6.钢丝绳、7.卷扬机壳体、701.钢丝绳进出口、8.伺服电机、9.伺服驱动器、10.控制箱、11.动力电缆、12.编码器电缆、13.被测物体、14.第三方设备。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

一种微型恒张力卷扬位移测量装置，结合图1至图2所示，包括卷扬机本体、控制箱10和第三方设备14，其中，卷扬机本体上设置有钢丝绳6，钢丝绳6用于连接被测物体13；控制箱10与卷扬机本体连接，控制箱10通过控制卷扬机本体来控制钢丝绳6收卷和开卷并计算出钢丝绳6的伸长长度以及保持钢丝绳6恒张力；第三方设备14与控制箱10连接，从而实现装置与第三方设备14的数据交换。

如图3至图7所示，卷扬机本体包括中空卷扬滚筒1、卷扬机壳体7、联轴器4、行星减速机5和伺服电机8。

中空卷扬滚筒1的外侧壁沿周向开设有螺旋沟槽101，钢丝绳6的内端头沿着螺旋沟槽101缠绕，钢丝绳6的外端头连接有被测物体13。钢丝绳6的直径为8mm以上，具体为8～12mm，由于钢丝绳6直径的增大，钢丝绳6的拉伸强度会成倍增加，从而使得伸出的钢丝绳6可以耐受施工现场更大的异物撞击力且不会断裂；同时，还会提高得钢丝绳6的张力，高钢绳张力优点是对钢丝绳6上泥浆油污污染不敏感，运行时在高张力拖动下，可轻易的将钢丝绳6上的泥浆通过钢绳进出口刮除，且无论钢丝绳6伸缩都不会带来张力不足引起的钢绳弯曲。由此可见，钢丝绳6直径的提高，可避免通用拉线传感器由于线径细，结构脆弱在恶劣环境中位移测量的频繁失效问题。

联轴器4、行星减速机5和伺服电机8均设置在中空卷扬滚筒1的内部，伺服电机8的输出端与行星减速机5的输入轴连接，行星减速机5的输出轴通过联轴器4与中空卷扬滚筒1连接。在使用时，伺服电机8驱动行星减速机5转动，行星减速机5通过联轴器4驱动中空卷扬滚筒1转动，从而实现钢丝绳6的收卷与开卷，且伺服电机是通过扭矩模式对钢丝绳6进行张力控制，控制的目标是保证钢丝绳6处于恒张力状态，所以无论被测物体正向或反向运动，钢绳都会自适应开卷伸长或收卷缩短，从而保证钢丝绳6的张力稳定不变。具体的，当被测物体13向测量装置方向运动时，钢丝绳6同步收卷，当被测物体13向测量装置相反方向运动时，钢丝绳6同步开卷。

伺服电机8上设置有绝对值编码器，绝对值编码器用于反馈伺服电机8的工作参数，具体包括伺服电机8的旋转圈数等，伺服电机8每转动一圈就会和钢丝绳6运动有一个固定比例值，从而进行位置记忆，具有高精度、抗干扰能力强特点。绝对值编码器连接有编码器电缆12和动力电缆11，编码器电缆12和动力电缆11的另一端均与控制箱10连接。

控制箱10上设置有动力电缆接口、编码器电缆接口、IO接口和通讯接口；控制箱10的内部设置有伺服驱动器9，伺服驱动器9与动力电缆接口、编码器电缆接口、IO接口和通讯接口分别连接。

动力电缆接口用于与动力电缆11连接，编码器电缆接口用于编码器电缆12连接，从而实现伺服驱动器9与伺服电机8受控端和绝对值编码器的连接。伺服驱动器9可根据伺服电机8反馈的编码器数据以及行星减速机5的减速比、中空卷扬滚筒1上螺旋沟槽101的直径，计算出钢丝绳6的伸长长度，进而测量出被测物体13和卷扬机本体之间的距离。根据上述参数进行距离计算，即钢丝绳6位移变化L计算的具体公式为：

L＝n*π*D/i

其中，D为螺旋沟槽101的直径；i为行星减速机5的减速比，n为伺服电机8的旋转圈数。

同时，伺服驱动器9可驱动伺服电机8作业使钢丝绳6上产生恒张力，有利于钢丝绳6跟随被测物体13运动，避免卷绕失效。

IO接口和通讯接口均用于连接第三方设备14的控制器，从而实现伺服驱动器9与第三方设备14的连接，进而可实现伺服驱动器9与第三方设备14进行数据交换，包括钢丝绳6的展开长度数据、张力设定和反馈、钢丝绳6开卷和收卷速度反馈等，其中，反馈的张力是通过伺服驱动器9内部参数直接读取，伺服驱动器9进行张力测量原理是通过伺服电机8的瞬时驱动电流、电机反电动势、电机基础数据、电压电流参数矢量值综合计算获取。具体的，第三方设备14可为铣槽搅拌机，通过将控制箱10与铣槽搅拌机连接，可实现装置用于铣槽搅拌机2-20米行程的垂直方向升降缸位移测量，通过配置的较大直径的钢丝绳6和钢绳同步张力控制，可极大减少现场泥浆污染、线缆撞击导致的测量失效问题，满足恶劣环境施工工地应用。

卷扬机壳体7包括壳身和设置在壳身上部的壳盖，壳身的内部间隔设置有前轴承座2和后轴承座3。联轴器4的外端伸出中空卷扬滚筒1与前轴承座2连接，伺服电机8的外端伸出中空卷扬滚筒1与后轴承座3连接，从而将中空卷扬滚筒1、联轴器4、行星减速机5和伺服电机8支撑设置在卷扬机壳体7的内部。壳身的底部四角设置有底角，从而可避免壳身底部受磨损。

壳盖扣设在壳身的上部，并通过螺栓与壳身固定连接，壳盖上与螺旋沟槽101相对的位置设置有一个钢丝绳进出口701，钢丝绳进出口701沿中空卷扬滚筒1的长度方向设置，钢丝绳进出口701用于钢丝绳6的进出。壳盖上还设置有两个电缆通孔，两个电缆通孔分别用于穿出动力电缆11和编码器电缆12。本发明在使用时，相对于普通拉线位移传感器，通过配置较大直径的钢丝绳6、同时施加钢绳同步张力控制，可极大减少用户施工工地现场泥浆、油污污染、外力钢绳损伤导致的测量失效问题，从而可满足恶劣环境施工工地应用。