捻股机张力在线测量装置、测控系统及测控方法

摘要

本发明为捻股机张力在线测量装置、测控系统及测控方法，测量装置的2立柱顶各装一导引轮。底板上弹簧座内有压拉力传感器，其上接弹簧，弹簧上端接竖轴，竖轴穿过横梁、顶端装一调节轮。竖轴安装位移传感器。放线轮的钢丝跨过一导引轮、绕过调节轮、再跨过另一导引轮，接入捻股机。二传感器连接计算机，可无线连接。测控系统包括计算机和多台安装于各道钢丝的本张力在线测量装置，各装置的2个传感器与计算机连接，计算机控制端接各放线轮阻尼器，控制放线速度。本测控方法先设定张力值，采集各测量装置的位移拉力数据，计算各钢丝当前张力，和设定张力比较得放线轮阻尼器控制量。本发明在线实时测控钢丝张力，自动控制张力恒定，保证捻制质量。

权利要求

1.捻股机张力在线测量装置，其特征在于：

包括导引轮(2)、调节轮(1)、竖轴(15)、弹簧(11)、弹簧座(7)、位移传感器(13)、压拉力传感器(10)以及框架，框架由底板(8)、立柱(3)和横梁(4)构成；2根立柱(3)底端固定连接水平的底板(8)，立柱(3)垂直于底板(8)，横梁(4)连接2根立柱(3)中部，横梁(4)平行于底板(8)；2根立柱(3)顶端各安装一个可转动的导引轮(2)，底板(8)上固定安装筒形的弹簧座(7)，弹簧座(7)内底面固定压拉力传感器(10)，弹簧(11)置于弹簧座(7)内，弹簧(11)底端连接压拉力传感器(10)，弹簧(11)上端连接竖轴(15)底端，竖轴(15)穿过横梁(4)上的过孔，竖轴(12)与立柱(3)平行，竖轴(12)顶端安装一个可转动的调节轮(1)；调节轮(1)中心与底板(8)距离小于导引轮(2)中心与底板(8)的距离，且调节轮(1)下缘高于横梁(4)上表面；调节轮(1)中心与导引轮(2)中心处于同一平面内；弹簧(11)底部安装压拉力传感器(10)，竖轴(15)安装位移传感器(13)；放线轮送出的钢丝(16)或股绳跨过一个导引轮(2)、从调节轮(1)下方绕过、再跨过另一个导引轮(2)，接入捻股机；压拉力传感器(10)和位移传感器(13)连接计算机。

2.根据权利要求1所述的捻股机张力在线测量装置，其特征在于：所述弹簧(11)为圆柱形，所述竖轴(15)底端固定连接一压板(6)，压板(6)的形状与弹簧(11)的横截面相同，在圆形压板(6)的边缘有3～6个凸块，弹簧座(7)的侧壁内有竖直的导向槽，导向槽与压板(6)的凸块相互配合，凸块插入导向槽内。

3.根据权利要求2所述的捻股机张力在线测量装置，其特征在于：所述导向槽底面嵌有滚珠(12)。

4.根据权利要求1所述的捻股机张力在线测量装置，其特征在于：所述横梁(4)的过孔内壁安装有轴瓦(5)。

5.根据权利要求1所述的捻股机张力在线测量装置，其特征在于：所述2个导引轮(2)的直径相同，且两个导引轮(2)与底板(8)的距离相同。

6.根据权利要求1所述的捻股机张力在线测量装置，其特征在于：本装置安装有无线发射器，位移传感器与压拉力传感器的信号线与无线发射器连接，经无线发射器与计算机无线连接。

7.根据权利要求1所述的捻股机张力在线测量装置，其特征在于：所述底板(8)上有1～3对柱脚孔，底板(8)上各柱脚孔的中心成一直线，该直线与竖轴(15)的中心线相交并垂直，且每对柱脚孔以竖轴(15)的中心线为对称；左、右2根立柱(3)底部分别插入与竖轴(15)距离相等的孔内；左、右立柱(3)中部有高度相同的中孔，横梁(4)两端分别穿过左右立柱(3)的中孔，连接二立柱(3)。

8.包括权利要求1至7中任一项所述的捻股机张力在线测量装置的捻股机张力在线测控系统，其特征在于：进入捻股机的每道钢丝均经过一台捻股机张力在线测量装置，各装置的位移传感器和压拉力传感器与计算机输入端连接，计算机的控制端则连接各道钢丝或股绳放线轮的阻尼器。

9.根据权利要求8所述的捻股机张力在线测控系统，其特征在于：捻股机的旋转轮的测速器的信号线也接入计算机的控制端。

10.根据权利要求9所述的捻股机张力在线测控系统的测控方法，其特征在于具体步骤如下：Ⅰ、设定张力值

根据当前捻制的股绳或钢丝绳，设定钢丝或股绳的设定张力值T0；

Ⅱ、数据采集

实时采集各捻股机张力在线测量装置的位移传感器、压拉力传感器信号，同时采集捻股机旋转轮的测速器信号，得到各装置的位移值L和拉力值F，以及捻股机旋转轮的转速n；

Ⅲ、计算各道钢丝或股绳的当前张力T

T＝f(F，L)+g(n)；

Ⅳ、发送控制量

根据各道钢丝或股绳的当前张力T和设定张力T0计算对各放线轮阻尼器的控制量，并将控制指令实时发送到各放线轮的阻尼器，控制各放线轮的放线速度，使各道钢丝或股绳的张力与设定张力T0的差小于5％T0。

说明书

捻股机张力在线测量装置、测控系统及测控方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钢丝绳生产机械，具体为一种捻股机张力在线测量装置、测控系统及测控方法。

背景技术

[0002] 钢丝绳有强度高、弹性好、自重轻、挠性好，是被广泛用于机械、造船、采矿、冶金以及林业等多种行业的重要构件。钢丝绳是用钢丝捻制成的绳索。多根钢丝捻成绳股，多根绳股在中心的绳芯周围捻制、合成钢丝绳。为确保钢丝绳使用的安全性和可靠性,要求钢丝绳有足够的强度,良好的挠性、捻制的密实性、抗压性、耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳强度等，其中强度最为重要。

[0003] 在捻股和捻绳时、放线张力大小及均匀性是保证钢丝绳的质量的重要关键。各钢丝和绳股的张力在捻制过程中若能保持一致，那么钢丝绳使用时承受的载荷同时平均分到每根钢丝，保证钢丝绳的强度，也可延长钢丝绳的使用寿命。外观看钢丝绳的表面质量和平直度也更好。如果捻制过程各钢丝和绳股的张力大小不均匀，那么各钢丝在股中或各股绳在钢丝绳中的松紧不均,结构松散，咬合不紧，严重影响钢丝绳的抗拉强度。一旦某根钢丝出现早期疲劳断丝，很快就会引起其他钢丝的连锁反应，加剧断丝速率，使整条钢丝绳报废。显然，捻股机的张力控制对钢丝绳的使用寿命和破断拉力有极大的影响。

[0004] 但是在钢丝绳生产中捻股机的每股的张力很难控制始终不变，更难控制各股的张力统一。在打轴工序(或称为卷线工序)将钢丝或绳股卷在捻股机的工字轮上(钢丝也可从拔丝机后直接卷到工字轮上)，各工字轮积线量不等，各道钢丝或绳股至压模的距离不同，各道钢丝或绳股沿管壁走向受到阻力各异。对于同一道钢丝或绳股，随着工字轮积线量的减少，放线速度又不断地发生变化，致使同一道钢丝或绳股在捻制过程的前后张力不一致。

[0005] 为此捻股机上安装了钢丝或绳股的张力调节装置，如股绳一端固定、绕接张力盘后，另一端连接可调节的弹簧和蝶形螺母，用蝶形螺母调节弹簧的压缩量，从而调节张力。再如专利号为201220201692实用新型专利“一种钢丝绳股绳钢丝张力调节装置”，由张力调节臂张力调节杆、张力调节压板及压板螺栓构成张力调节组件，以便于调节张力弹簧。但现在的这些调节装置均为人工调节。钢丝绳捻制生产时每隔一段时间需停机，由工人逐个调节各道钢丝或绳股的张力。为了保证钢丝绳质量，一般每隔十几分钟就得停机五分钟左右调节张力，有时停机更频繁。人工调节全凭经验，很难保证调整后各道钢丝或绳股的张力大小一致。而且因不可能实时调节，所以无法保证各道钢丝或股绳张力的时时均衡一致。不可避免会出现生产的钢丝绳外观就有“起棱”，“起浪”等现象，使捻成的钢丝绳存在一定的安全隐患，使用寿命也受影响。

[0006] 为了提高钢丝绳质量，需要一种钢丝绳捻股机张力的在线检测装置和张力的控制系统。

发明内容

[0007] 本发明的目的是设计一种捻股机张力在线测量装置，左右2个导引轮之间为安装于竖轴顶部的调节轮，竖轴底部与弹簧上端连接，弹簧底端与拉力传感器相连,拉力传感器固定于弹簧座底面。钢丝或股绳从调节轮下方绕过，两端分别跨过左右导引轮。钢丝或股绳的张力给调节轮向上的拉力使之向上位移，竖轴底部的弹簧被拉长，钢丝或股绳给调节轮的拉力与弹簧力平衡。在竖轴底部安装位移传感器，在弹簧底部安装压拉力传感器，根据调节轮的位移和弹簧拉力，即可计算得到钢丝或股绳的张力。

[0008] 本发明的另一目的是设计一种捻股机张力在线测控系统，进入捻股机的每道钢丝或股绳均经过一台本发明的捻股机张力在线测量装置，各装置的位移传感器和压拉力传感器均接入计算机输入端，计算机的控制端则连接各道钢丝或股绳放线轮的阻尼器，控制阻尼力的大小，以控制放线速度，从而控制各道钢丝或股绳的张力。

[0009] 本发明的又一目的是设计一种捻股机张力在线测控系统的测控方法，各道钢丝或股绳安装的捻股机张力在线测量装置的位移传感器和压拉力传感器分别将所测实时数据送至计算机，计算机根据数据计算各道钢丝或股绳的张力，与设定张力比较，得到对各放线轮阻尼器的控制指令，控制各放线轮的放线速度，使各道钢丝或股绳的张力均与设定张力相等。

[0010] 本发明设计的一种捻股机张力在线测量装置，包括导引轮、调节轮、竖轴、弹簧、弹簧座、位移传感器、压拉力传感器以及框架，框架由底板、立柱和横梁构成，2根立柱底端固定连接水平的底板，立柱垂直于底板，横梁连接2根立柱中部，横梁平行于底板。2根立柱顶端各安装一个可转动的导引轮。底板上固定安装筒形的弹簧座，弹簧座内底面固定压拉力传感器，弹簧置于弹簧座内，弹簧底端连接压拉力传感器，弹簧上端连接竖轴底端，竖轴穿过横梁上的过孔，竖轴与立柱平行，竖轴顶端安装一个可转动的调节轮。调节轮中心与底板距离小于导引轮中心与底板的距离，且调节轮下缘高于横梁上表面。调节轮中心与导引轮中心处于同一平面内。竖轴安装位移传感器。放线轮送出的钢丝或股绳跨过一个导引轮、从调节轮下方绕过、再跨过另一个导引轮，接入捻股机。压拉力传感器和位移传感器连接计算机。

[0011] 钢丝或股绳的张力给调节轮向上的拉力，使调节轮带动竖轴向上位移，竖轴底部的弹簧被拉长，钢丝或股绳的张力与弹簧力平衡。位移传感器和压拉力传感器的信号，反映了调节轮的位移量和弹簧拉力值，计算机根据程序即可计算得到钢丝或股绳的张力。

[0012] 为了保证弹簧力的均衡传递，竖轴底端固定连接一压板，压板的形状与弹簧的横截面相同。

[0013] 采用横截面为圆的弹簧，在圆形压板的边缘有3～6个凸块，弹簧座的侧壁内有竖直的导向槽，导向槽与压板的凸块相互配合，凸块插入导向槽内，以使压板水平上下移动。导向槽底面嵌有滚珠，凸块在槽内上下移动时滚珠滚动减少二者之间的摩擦。

[0014] 为了保证竖轴在竖直方向位移并减少摩擦，在横梁的过孔内壁安装有轴瓦。

[0015] 为便于计算，两个导引轮的直径相同，且两个导引轮与底板的距离相同。

[0016] 由于在捻股过程中捻股机的旋转轮处于旋转状态，位移传感器与压拉力传感器通过引线与计算机连接不方便，本装置安装有无线发射器，位移传感器与压拉力传感器经无线发射器与计算机无线连接，无线发射器将所接收的信号无线发射到计算机。位移传感器与压拉力传感器经无线传输方式与计算机连接。

[0017] 为了适应不同捻股机,底板上有1～3对柱脚孔，底板上各柱脚孔的中心成一直线，该直线与竖轴的中心线相交并垂直，且每对柱脚孔以竖轴的中心线为对称。左、右立柱底部分别插入与竖轴距离相等的孔内，选用不同的柱底孔，以调节左右导引轮中心的距离。左、右立柱中部有高度相同的中孔，横梁两端分别穿过左右立柱的中孔，连接二立柱，同时便于调节左、右立柱的距离。

[0018] 本发明设计的捻股机张力在线测控系统，包括计算机和多台本发明的捻股机张力在线测量装置，进入捻股机的每道钢丝或股绳均经过一台捻股机张力在线测量装置，各装置的位移传感器和压拉力传感器与计算机输入端连接，计算机的控制端则连接各道钢丝或股绳放线轮的阻尼器，控制阻尼力的大小，以控制放线速度，从而控制各道钢丝或股绳的张力。

[0019] 捻股机的旋转轮的测速器的信号线也接入计算机的控制端。

[0020] 为便于系统的安装减少连接线，本系统采用无线信号连接，各捻股机张力在线测量装置安装有无线发射器，计算机连接有无线收发模块，各钢丝或股绳放线轮的阻尼器安装有无线接收器。各捻股机张力在线测量装置通过无线发射器发送传感器信号，计算机经无线收发模块接收各捻股机张力在线测量装置的传感器信号，计算机的控制指令经无线收发模块发射，各钢丝或股绳放线轮阻尼器的无线接收器接收计算机指令，调节阻尼量。

[0021] 本发明设计的捻股机张力在线测控系统的测控方法，具体步骤如下：

[0022] Ⅰ、设定张力值

[0023] 根据当前捻制的股绳或钢丝绳，设定钢丝或股绳的设定张力值T0；

[0024] Ⅱ、数据采集

[0025] 实时采集各捻股机张力在线测量装置的位移传感器、压拉力传感器信号，同时采集捻股机旋转轮的测速器信号，得到各装置的位移值L和拉力值F，以及捻股机旋转轮的转速；

[0026] Ⅲ、计算各道钢丝或股绳的当前张力

[0027] 钢丝或股绳经过2个导引轮和调节轮时，钢丝或股绳的张力T对调节产生向上的拉力T1，此力与弹簧的拉力平衡，即T1＝F。调节轮上下移动时、钢丝或股绳与竖直方向的夹角θ也相应变化，一一对应，可得到调节轮当前的位移值L与当前的θ的关系。显然当前T1＝cosθ×T，故可得T＝f(F，L)；

[0028] 捻制机旋转轮产生的离心力对张力T有影响，为提高测量精度，对离心力的影响进行补偿，测量旋转轮当前转速n，得到T＝f(F，L)+g(n)；

[0029] Ⅳ、发送控制量

[0030] 根据各道钢丝或股绳的当前张力T和设定张力T0计算对各放线轮阻尼器的控制量，并将控制指令实时发送到各放线轮的阻尼器，控制各放线轮的放线速度，使各道钢丝或股绳的张力与设定张力T0的差小于5％T0。

[0031] 与现有技术相比，本发明捻股机张力在线测量装置的优点为：1、可在线监测调节轮的位移和弹簧拉力，为计算得到钢丝或股绳的当前张力提供可靠数据，为在线实时控制调整捻股机各道钢丝或股绳张力创造条件；2、放线轮放线过程中，钢丝或股绳的位置是在不断变化的，造成钢丝或股绳的摆动，本装置弹簧的拉力具有自动调节作用，使钢丝或股绳一直处以拉紧状态不会松弛，避免了摆动对钢丝或股绳张力的影响；3、结构简单，成本低，便于现有的捻股机配置。

[0032] 与现有技术相比，本发明捻股机张力在线测控系统及测控方法的优点为：1、计算机根据实时数据计算当前钢丝或股绳的张力，得到放线轮阻尼器的控制量，生产过程中保证各道钢丝或股绳的张力的稳态误差小于5％，可认为张力恒定不变，且均与设定张力一定精度的相等，从而保证钢丝绳的捻制质量；2、不再需要停机手工调节张力，不仅节省人力，还显著提高捻股机的生产效率。

附图说明

[0033] 图1为本捻股机张力在线测量装置实施例纵剖面结构示意图；

[0034] 图2为图1中A-A向剖面图；

[0035] 图3为本捻股机张力在线测控系统实施例结构示意图；

[0036] 图4为本捻股机张力在线测控系统测控方法实施例流程图。

[0037] 图中标号为：

[0038] 1、调节轮，2、导引轮，3、立柱，4、横梁，5、轴瓦，6、压板，7、弹簧座，8、底板，9、柱脚孔，10、压拉力传感器，11、弹簧，12、滚珠，13、位移传感器，14、无线发射器，15、竖轴，16、钢丝。

具体实施方式

[0039] 捻股机张力在线测量装置实施例

[0040] 本捻股机张力在线测量装置实施例如图1和2所示，包括导引轮2、调节轮1、竖轴15、弹簧11、弹簧座7、位移传感器13、压拉力传感器10以及框架，框架由底板8、立柱3和横梁
4构成。底板8上有2对柱脚孔，底板8上各柱脚孔的中心成一直线，该直线与竖轴15的中心线相交并垂直，且每对柱脚孔以竖轴15的中心线为对称。左、右2根立柱3底部分别插入与竖轴
15距离相等的孔内，固定连接水平的底板8，立柱3垂直于底板8，选用不同的柱底孔，可调节左右导引轮2中心的距离。左、右立柱3中部有高度相同的中孔，横梁4两端分别穿过左右立柱3的中孔，连接二立柱3。

[0041] 2根立柱3顶端各安装一个可转动的导引轮2。本例两个导引轮2的直径相同、高度相同。底板8上固定安装筒形的弹簧座7，弹簧座7内底面固定压拉力传感器10，弹簧11置于弹簧座7内，弹簧11底端连接压拉力传感器10，弹簧11上端连接竖轴15底端，竖轴15穿过横梁4上的过孔，过孔内壁安装有轴瓦5。竖轴15与立柱3平行，竖轴15顶端安装一个可转动的调节轮1。调节轮1中心与底板8的距离小于导引轮2中心与底板8的距离，且调节轮1下缘高于横梁上表面。调节轮1中心与导引轮2中心处于同一平面内。弹簧11底部安装压拉力传感器10，竖轴15安装位移传感器13。放线轮送出的钢丝16跨过一个导引轮2、从调节轮1下方绕过、再跨过另一个导引轮2，接入捻股机。

[0042] 本例采用横截面为圆的弹簧11，竖轴15底端固定连接一压板6，压板6与弹簧11的横截面相同。在圆形压板6的边缘有4个凸块，弹簧座7的侧壁内有竖直的导向槽，导向槽与压板6的凸块相互配合，凸块插入导向槽内，导向槽底面嵌有滚珠12。

[0043] 本例装置安装有无线发射器14，位移传感器13与压拉力传感器10的信号线与无线发射器14连接，经无线发射器14与计算机无线连接。

[0044] 当本装置用于股绳张力调节时，要更换导引轮2和调节轮1，以与不同直径的股绳相配合。

[0045] 捻股机张力在线测控系统实施例

[0046] 本捻股机张力在线测控系统实施例如图3所示，本例捻制8根钢丝的股绳，配置8台捻股机张力在线测量装置，进入捻股机的每道钢丝均经过一台捻股机张力在线测量装置，本例各捻股机张力在线测量装置均安装有无线发射器，计算机连接有无线收发模块，各钢丝或股绳放线轮的阻尼器均安装有无线接收器。各捻股机张力在线测量装置通过无线发射器发送传感器信号，计算机经无线收发模块接收各捻股机张力在线测量装置的位移传感器和压拉力传感器信号，计算机的控制指令经无线收发模块发射，各钢丝放线轮阻尼器的无线接收器接收计算机指令，调节阻尼量。

[0047] 捻股机的旋转轮的测速器的信号线也接入计算机的控制端。

[0048] 捻股机张力在线测控系统的测控方法实施例

[0049] 本捻股机张力在线测控系统的测控方法流程如图4所示，具体步骤如下：

[0050] Ⅰ、设定张力值

[0051] 根据当前捻制的股绳或钢丝绳，设定钢丝或股绳的设定张力值T0；

[0052] Ⅱ、数据采集

[0053] 实时采集各捻股机张力在线测量装置的位移传感器、压拉力传感器信号，同时采集捻股机旋转轮的测速器信号，得到各装置的位移值L和拉力值F，以及捻股机旋转轮的转速n；

[0054] Ⅲ、计算各道股绳或钢丝绳的当前张力T

[0055] T＝f(F，L)+g(n)；

[0056] Ⅳ、发送控制量

[0057] 根据各道钢丝或股绳的当前张力T和设定张力T0计算对各放线轮阻尼器的控制量，并将控制指令实时发送到各放线轮的阻尼器，控制各放线轮的放线速度。

[0058] 本测控方法使各道钢丝或股绳的张力均与设定张力T0的差小于5％T0，即稳态误差小于5％，张力恒定不变，实现了在线测量和实时控制张力,大大减少了停机调节张力的时间,提高生产效率50％以上。也减少了人工调节张力不均匀的缺点,捻制所得股绳或钢丝绳表面平整，松紧度一致，质量明显得到改进。

[0059] 上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。