WO2015109716A1 - 一种轴向差动式矿井提升机主轴扭矩检测装置 - Google Patents

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江帆
朱真才
李伟
曹国华
周公博
彭玉兴
沈刚
卢昊
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中国矿业大学
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    • B66B5/00—Applications of checking, fault-correcting, or safety devices in elevators
    • B66B5/0006—Monitoring devices or performance analysers
    • B66B5/0037—Performance analysers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/08—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving optical means for indicating

Definitions

  • the invention relates to an axial differential mine hoist spindle torque detecting device, which is especially suitable for detecting the torque of a mine hoist main shaft, and is also suitable for torque detection of other rotating shafts.
  • the hoist is a typical rotating machine widely used in mines. As the "throat" of the mine, it plays an important role in mining production. With the rapid development of modern industry and science and technology and the demand for high efficiency of production, the structure of mine hoist is becoming more and more complex, the capacity of single lifting is getting larger and larger, the speed of lifting is getting faster and faster, and the distance of lifting is getting bigger and bigger. . Once a tank hoist, skidding, over-rolling and over-discharging problems occur during the lifting process of the mine hoist, chain reaction may occur, and the working condition not only affects the operation of the equipment itself, but also affects subsequent production. Even the cause of the destruction of the aircraft caused a major loss to the national economy. Therefore, it is necessary to detect the spindle torque of the mine hoist, because the torque of the spindle changes correspondingly when the tank is jammed, slipped, over-rolled and broken.
  • Torque measurement of the shaft can be achieved by attaching a strain gauge to the shaft, but there is a need for the strain gauge to fall off and the patch accuracy of the corresponding vane.
  • Torque measurement of the shaft can also be achieved by electromagnetic induction, but electromagnetic induction can affect the efficient transmission of wireless data.
  • the present invention applies the wireless transmission technology to the torque detection of the mine hoist main shaft to solve the shortage of the wired connection.
  • the object of the present invention is to overcome the deficiencies in the prior art and provide an axial differential mine hoist spindle torque detecting device, which reduces wiring by wirelessly transmitting data, thereby circumventing electromagnetic interference to wireless The impact of the transmission.
  • the axial differential type mine hoist main shaft torque detecting device of the present invention comprises an upper and a lower casing symmetrically fastened outside the main shaft of the mine hoist, and the upper and lower casings are respectively arranged with a buckle to be fixed in the mine.
  • the base is provided with a light source generating box
  • the light source is provided with a power source in the box, a light source connected to the power source, and the light source is on the same axis a lens 1
  • the base 2 is provided with a light source receiving box body
  • the light source receiving box is provided with a signal processing unit, a light sensing device connected to the signal processing unit, and the lens 1 and the light sensing device are on the same axis.
  • the lens 2, the light source generating box and the light source receiving box are respectively provided on the opposite sides of the light receiving hole on the same plane, and the signal processing unit comprises a power supply 2 and a signal processing circuit connected to the output end of the power source The input end of the signal processing circuit is connected to the output end of the light sensing device, and the output end is connected to the wireless transmitting module.
  • the upper and lower casings are fastened with a rubber layer.
  • the light transmission hole shown is a fan hole concentric with the main shaft.
  • the present invention utilizes the principle of light sensation to detect the torque of the shaft of the mine hoist in real time.
  • the light sensing device receives the most light and the output signal is the strongest.
  • the spindle torque is not zero, the light transmission hole and the light transmission hole 2 will be misaligned, so that the light reaching the light sensing device is reduced, and the output signal is correspondingly reduced.
  • the signal of the change of the light sensing device is wirelessly transmitted to the upper computer through the processing of the signal processing unit to realize real-time detection of the torque of the shaft of the mine hoist. It is especially suitable for the shaft torque detection system of mine hoists, and can also be applied to other shaft torque measurement.
  • Real-time measurement of torque can be achieved without disrupting the original equipment connection sequence.
  • wiring is reduced and the effects of electromagnetic interference on wireless transmission are circumvented.
  • it can realize the torque measurement at the extreme speeds such as the static rotation of the rotating shaft and the extremely low rotating speed.
  • the electromagnetic field does not interfere with the wireless transmission, the use is convenient, the maintenance cost is low, the structure is simple, the operation is convenient, the effect is good, and the utility model has wide practicality.
  • Figure 1 is a schematic view of the structure of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a through hole of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a signal processing unit of the present invention.
  • the mine hoist main shaft torque detecting device of the present invention mainly comprises a light source 1, a light source generating case 2, a lens, an upper casing 4, a lower casing 12, a light source receiving box 5, a lens, and a light.
  • the sensing device 7, the signal processing unit 8, the power supply, and the susceptor 10 are constructed.
  • the upper casing 4 and the lower casing 12 are symmetrically fastened to the outside of the mine hoist main shaft 11, and the upper casing 4 and the lower casing 12 are spaced apart from each other to be fastened to the base of the mine hoist main shaft 11.
  • the fastening area is provided with a rubber layer.
  • a gap of 5 mm is reserved between the base 10 and the base 2;
  • the base unit 10 is provided with a light source generating box 2, and a light transmitting hole 13 is formed on a surface of the light source generating box 2 opposite to the light source 1, and a lens is disposed between the light transmitting hole 13 and the light source 1.
  • a light source 1 is placed at a focus of the lens 3; a light source is provided in the housing 2, a power source 9 is provided, a light source 1 connected to the power source 9, a lens 1 opposite to the light source 1 on the same axis, and a light source 1 is mounted on the surface of the light source generating box 2 perpendicular to the main shaft 11 and away from the light source receiving box 5 and connected to the power source 9; the base 2 is provided with a light source receiving box 5, and the light source receiving box 5 is provided with a signal processing unit 8, a light sensing device 7 connected to the signal processing unit 8, and the lens 3 and the photosensitive device 7 are in the same
  • the lens 2 on the axis, the light source generating box 2 and the light source receiving box 5 opposite sides are respectively provided with light-transmissive holes on the same plane, and the light-transmitting holes are fan-shaped holes concentric with the main shaft 1.
  • the base 10 and the base 2 are mounted in a plane to facilitate installation of the light source generating case 2 and the light source receiving case 5;
  • the signal processing unit 8 includes a power supply 26 and a power supply 26 output.
  • the signal processing circuit 17 is connected to the terminal, the input end of the signal processing circuit 17 is connected to the output end of the light sensing device 7, and the output terminal is connected to the wireless transmitting module 18.
  • the light transmission hole 13 is an arc-shaped hole concentric with the main shaft 1.
  • the light transmission hole 13 and the light transmission hole 14 are formed by one-time processing, and the light transmission hole 13 and 13 are required for installation.
  • the light transmission holes 2 are aligned.
  • the signal processing unit 8 includes a power supply two 16, a signal processing circuit 17, and a wireless transmission module 18.
  • the spindle torque detecting device is mounted on the hoist main shaft 11 and is relatively stationary therewith.
  • the parallel light that the light of the light source 1 passes through the lens 3 passes through the light transmission hole 13 to reach through.
  • the light transmission hole 13 passes through the light transmission hole 13 to reach through.
  • the light passing through the light-transmitting holes 13 will all pass through the light-transmitting holes 2 and then reach through the focus of the lens 2
  • the torque will cause a relative rotation between the base 10 and the base 2, and the light-transmitting hole 13 and the light-transmitting hole 14 will be displaced to a corresponding extent.
  • the light from the light-transmitting hole 13 is only partially passed through the light-transmitting hole 234 and the lens 2 to reach the photosensitive device 7. Therefore, when the spindle 11 is subjected to a torque of a different magnitude, the intensity of the light received by the photosensitive device 7 is different, and the intensity of the light is inversely proportional to the magnitude of the torque. Therefore, the torque of the shaft of the mine hoist can be detected by the signal processing unit 8 processing the electric signal transmitted back from the photosensitive device 7 in real time. Calibration is required prior to use of the device of the present invention.

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Abstract

一种轴向差动式矿井提升机主轴扭矩检测装置，包括对称扣合在矿井提升机主轴（11）外部的上、下壳体（4，12），上、下壳体（4，12）内间隔设有扣合固定在矿井提升机主轴（11）上的基座一（10）和基座二（15），基座一（10）上设有光源发生箱体（2），光源发生箱体（2）内设有电源一（9）、与电源一（9）相连的光源（1）、与光源（1）相对在同一轴线上的透镜一（3），基座二（15）上设有光源接收箱体（5），光源接收箱体（5）内设有信号处理单元（8）、与信号处理单元（8）相连的光感器件（7）、与透镜一（3）和光感器件（7）在同一轴线上的透镜二（6），光源发生箱体（2）和光源接收箱体（5）相对的两个侧面上分别设有在同一平面上的透光孔（13，14）。将光感器件（7）变化的信号通过信号处理单元（8）的处理后无线发送到上位机实现对矿井提升机主轴（11）扭矩的实时检测，实现转轴不同转速时的扭矩测量。

Description

一种轴向差动式矿井提升机主轴扭矩检测装置 技术领域
本发明涉及一种轴向差动式矿井提升机主轴扭矩检测装置，尤其适用于矿井提升机主轴 的扭矩的检测， 也适用于其他转轴的扭矩检测。
背景技术
提升机是矿井广泛使用的一种典型旋转机械，作为矿井的 "咽喉" ，在矿业生产中具有 十分重要的地位。随着现代工业及科学技术的迅猛发展和对生产高效率的要求，矿井提升机 的结构日趋复杂， 单次提升容量越来越大， 提升速度越来越快， 提升的距离也越来越大。一 旦矿井提升机提升过程中出现卡罐、 打滑、 过卷和过放等故障， 可能引发链式反应， 其工况 状态不仅影响该设备本身的运行，而且还会对后续生产造成影响，严重时甚至引发机毁人亡 事故， 对国民经济造成重大损失。 因此， 有必要对矿井提升机的主轴扭矩进行检测， 因为提 升机卡罐、 打滑、 过卷和断绳时， 主轴的扭矩会发生相应的变化。
目前， 研究人员研究出了不少的扭矩的测量方法和装置。 比如串接测量法， 此方法是在 被测部件上串联相应的扭矩测量装置，此方法需要改变原有设备的结构连接，对已安装好的 设备应用代价高。通过在转轴上贴应变片可以实现转轴的扭矩测量，但是会存在应变片脱落 以及对应变片的贴片精度要求高。通过电磁感应也可以实现转轴的扭矩测量，但是电磁感应 会影响无线数据的有效传输。 在轴表面进行一定的处理 （刻线， 安装线圈等）， 然后再对应 位置安装检查装置实现转轴扭矩测量方法需要在原有的地基上安装支架，需要大量的连接导 线， 具有一定的局限性。 因此， 本发明将无线传输技术应用到矿井提升机主轴扭矩检测中， 以解决有线连接的不足。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种轴向差动式矿井提升 机主轴扭矩检测装置， 通过无线传输数据， 减少了布线， 从而规避了电磁干扰对无线传输的 影响。
技术方案：本发明的轴向差动式矿井提升机主轴扭矩检测装置，包括对称扣合在矿井提 升机主轴外部的上、下壳体， 上、下壳体内间隔设有扣合固定在矿井提升机主轴上的基座一 和基座二， 所述的基座一上设有光源发生箱体， 光源发生箱体内设有电源一、与电源一相连 的光源、与光源相对在同一轴线上的透镜一， 所述的基座二上设有光源接收箱体， 光源接收 箱体内设有信号处理单元、与信号处理单元相连的光感器件、与透镜一和光感器件在同一轴 线上的透镜二，光源发生箱体和光源接收箱体相对的两个侧面上分别设有在同一平面上的透 光孔， 所述的信号处理单元包括电源二、与电源二输出端相连的信号处理电路， 信号处理电 路的输入端与光感器件的输出端相连， 输出端与无线发射模块相连。 所述的上、 下壳体扣合处设有橡胶层。
所示的透光孔为与主轴同心的扇形孔。
有益效果：本发明利用光感原理对矿井提升机主轴扭矩进行实时检测， 当转轴扭矩为零 时， 光感器件接收的光最多， 输出信号最强。 当主轴扭矩不为零时， 透光孔一和透光孔二会 产生错位， 使到达光感器件的光减少， 输出信号也相应地减少。光感器件变化的信号通过信 号处理单元的处理后无线发送到上位机实现对矿井提升机主轴扭矩的实时检测。尤其适用于 矿井提升机的转轴扭矩检测***，也可应用于其他的转轴扭矩测量。可在不破坏原有设备连 接顺序的情况下实现扭矩的实时测量。通过无线传输数据， 减少了布线， 并规避了电磁干扰 对无线传输的影响。 同时， 可实现转轴静止， 极低转速等极端转速时的扭矩测量， 无电磁场 对无线传输的干扰， 使用方便， 维护成本低， 其结构简单， 操作方便， 效果好， 具有广泛的 实用性。
附图说明
图 1 是本发明的结构示意图。
图 2 是本发明的通孔结构示意图。
图 3 是本发明的信号处理单元示意图。
图中： 1-光源， 2-光源发生箱体， 3-透镜一， 4-上壳体， 5-光源接收箱体， 6-透镜二， 7-光感器件， 8-信号处理单元， 9-电源一， 10-基座一， 11-主轴， 12-下壳体， 13-透光孔一， 14-透光孔二， 15-基座二， 16-电源二， 17-信号处理电路， 18-无线发射模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如附图 1所示， 本发明的矿井提升机主轴扭矩检测装置， 主要由光源 1、 光源发生箱体 2、 透镜、 上壳体 4、 下壳体 12、 光源接收箱体 5、 透镜、 光感器件 7、 信号处理单元 8、 电 源、 基座 10构成。 所述的上壳体 4、 下壳体 12对称扣合在矿井提升机主轴 11的外部， 上 壳体 4、下壳体 12内间隔设有扣合固定在矿井提升机主轴 11上的基座一 10和基座二 15两 个基座， 上壳体 4和下壳体 12通过螺母连接并由螺钉固定于基座一 10和基座二 15上， 上 壳体 4和下壳体 12对称扣合的地方设置有橡胶层。 为提高基座一 10和基座二 15的固定效 果， 基座一 10和基座二 15自然扣合在转轴上时， 基座一 10和基座二 15间预留有 5mm间 隙； 所述的基座一 10上设有光源发生箱体 2， 在光源发生箱体 2上与光源 1相对的面上开 有透光孔一 13，透光孔一 13和光源 1之间设有一个透镜一 3并使光源 1位于透镜一 3的一 个焦点上； 光源发生箱体 2内设有电源一 9、 与电源一 9相连的光源 1、 与光源 1相对在同 一轴线上的透镜一 3，光源 1安装于光源发生箱体 2中与主轴 11垂直且远离光源接收箱体 5 的面上并与电源 9相连接； 所述的基座二 15上设有光源接收箱体 5， 光源接收箱体 5内设 有信号处理单元 8、 与信号处理单元 8相连的光感器件 7、 与透镜一 3和光感器件 7在同一 轴线上的透镜二 6，光源发生箱体 2和光源接收箱体 5相对的两个侧面上分别设有在同一平 面上的透光孔，透光孔为与主轴 1同心的扇形孔。基座一 10和基座二 15安装箱体的地方制 造成一个平面， 便于安装光源发生箱体 2和光源接收箱体 5 ; 所述的信号处理单元 8包括电 源二 16、 与电源二 16输出端相连的信号处理电路 17， 信号处理电路 17的输入端与光感器 件 7的输出端相连， 输出端与无线发射模块 18相连。
如图 2所示， 透光孔一 13为一个与主轴 1 同心的圆弧型孔， 透光孔一 13和透光孔二 14为一次性加工成形， 安装时需将透光孔一 13和透光孔二 14对正。
如图 3所示， 所述的信号处理单元 8， 包括电源二 16， 信号处理电路 17和无线发射模 块 18。
工作时， 将主轴扭矩检测装置安装在提升机主轴 11上并与其保持相对静止， 当主轴未 受力时，光源 1的光经过透镜一 3后变成的平行光通过透光孔一 13到达透光孔二 14处， 由 于透光孔一 13和透光孔二 14初始位置完全对齐， 这样通过透光孔一 13的光会全部通过透 光孔二 14， 然后通过透镜二 6的聚焦后到达感光器件 7上； 当主轴受力产生扭矩时， 扭矩 会使基座一 10和基座二 15之间产生相对转动，透光孔一 13和透光孔二 14会出现相应程度 的错位，这样透光孔一 13出来的光只有部分通过透光孔二 14和透镜二 6后到达感光器件 7 上。 因而， 当主轴 11受到大小不同的扭矩时， 最终感光器件 7接收的光线强弱是不一样的， 而这种光线强弱与扭矩的大小呈反比。因此，通过信号处理单元 8实时处理感光器件 7传回 的电信号即可实现对矿井提升机主轴扭矩的检测。 使用本发明的装置前需进行标定。

Claims

权利要求书
1. 一种轴向差动式矿井提升机主轴扭矩检测装置， 其特征在于： 它包括对称扣合在矿 井提升机主轴 （11) 外部的上、 下壳体， 上、 下壳体内间隔设有扣合固定在矿井提升机主轴
(11) 上的基座一 （10) 和基座二 （15)， 所述的基座一 （10) 上设有光源发生箱体 （2)， 光源发生箱体 （2) 内设有电源一 （9)、 与电源一 （9) 相连的光源 （1)、 与光源 （1) 相对 在同一轴线上的透镜一 （3)， 所述的基座二 （15) 上设有光源接收箱体 （5)， 光源接收箱体 (5) 内设有信号处理单元 （8)、 与信号处理单元 （8) 相连的光感器件 （7)、 与透镜一 (3) 和光感器件 （7) 在同一轴线上的透镜二 （6)， 光源发生箱体 （2) 和光源接收箱体 (5) 相对的两个侧面上分别设有在同一平面上的透光孔， 所述的信号处理单元 （8) 包括电 源二 （16)、 与电源二 （16) 输出端相连的信号处理电路 （17)， 信号处理电路 （17) 的输入 端与光感器件 （7) 的输出端相连， 输出端与无线发射模块 （18) 相连。
2. 根据权利 1 要求所述的轴向差动式矿井提升机主轴扭矩检测装置， 其特征在于： 所 述的上、 下壳体扣合处设有橡胶层。
3. 根据权利 1 要求所述的轴向差动式矿井提升机主轴扭矩检测装置， 其特征在于： 所 示的透光孔为与主轴 （1) 同心的扇形孔。
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