本發(fā)明涉及船用機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有張力檢測功能的導(dǎo)纜器。

背景技術(shù)：

半潛船、海洋平臺等浮動在海上的海洋設(shè)備通過安裝在設(shè)備上的絞車、導(dǎo)纜系統(tǒng)和錨泊設(shè)備實現(xiàn)錨泊定位。其中，導(dǎo)纜系統(tǒng)包括至少一個導(dǎo)纜器。導(dǎo)纜器可以引導(dǎo)絞車配置的索具(例如鋼絲繩或者鏈條)的走向，以適應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和索具的布置要求。

導(dǎo)纜器上索具的張力需控制在合適的范圍內(nèi)，張力太大會造成索具的斷裂，張力太小則不能實現(xiàn)錨泊定位，因此通常獨立于導(dǎo)纜器設(shè)置張力檢測裝置實時監(jiān)測索具的張力。張力檢測裝置包括張力檢測顯示儀、底座、拉桿、張力傳感器、支架和滑輪，滑輪可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在支架上，支架上設(shè)有張力傳感器，拉桿的一端與張力傳感器連接，拉桿的另一端與底座連接，張力檢測顯示儀通過數(shù)據(jù)線與張力傳感器連接。當(dāng)索具穿過滑輪時，索具的張力作用在滑輪上，并通過支架傳遞到張力傳感器，張力傳感器受力產(chǎn)生檢測值并通過數(shù)據(jù)線輸出到張力檢測顯示儀。

在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：

目前通常將張力檢測裝置設(shè)置在絞車上，絞車的體積龐大，而且索具都纏繞在一起，導(dǎo)致張力檢測裝置在絞車上布置困難，占用空間大，對半潛船、海洋平臺等空間緊張的海洋設(shè)備情況更為嚴(yán)重。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種具有張力檢測功能的導(dǎo)纜器。所述技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實施例提供了一種具有張力檢測功能的導(dǎo)纜器，所述導(dǎo)纜器包括支架和滾輪，所述滾輪上沿所述滾輪的周向設(shè)有容納索具的環(huán)形凹槽，所述導(dǎo)纜器還包括兩個軸承、銷軸傳感器和張力顯示設(shè)備，所述支架包括第一支撐板、第二支撐板、以及連接所述第一支撐板和所述第二支撐板的連接板，所述第一支撐板和所述第二支撐板相對設(shè)置，所述銷軸傳感器的一端垂直固定在所述第一支撐板上，所述銷軸傳感器的另一端垂直固定在所述第二支撐板上；所述兩個軸承分別套設(shè)在所述銷軸傳感器上，所述第一支撐板和距離所述第一支撐板最近的所述軸承之間的距離與所述第二支撐板和距離所述第二支撐板最近的所述軸承之間的距離相等，所述滾輪套設(shè)在所述兩個軸承上，所述張力顯示設(shè)備通過數(shù)據(jù)線與所述銷軸傳感器連接；

所述張力顯示設(shè)備用于，

獲取所述銷軸傳感器在所述索具的作用下承受的彎曲應(yīng)力；

采用如下公式計算所述索具的張力t：

t＝σ*w/[a*sin(θ/2)]；

其中，σ為所述銷軸傳感器承受的彎曲應(yīng)力，w為所述銷軸傳感器的抗彎模量，w＝(π*d³)/32，d為所述銷軸傳感器的直徑，a為所述第一支撐板和距離所述第一支撐板最近的所述軸承之間的距離或者所述第二支撐板和距離所述第二支撐板最近的所述軸承之間的距離，θ為所述索具出入所述導(dǎo)纜器方向變化的角度。

具體地，所述第一支撐板和所述第二支撐板均包括底板、中間板和頂板，所述底板的邊緣和所述頂板的邊緣分別與所述中間板的邊緣焊接，且所述中間板與所述底板焊接的邊緣和所述中間板與所述頂板焊接的邊緣是所述中間板的對邊，所述底板的厚度和所述頂板的厚度均小于所述中間板的厚度，所述銷軸傳感器垂直固定在所述中間板上。

可選地，所述第一支撐板和所述第二支撐板上設(shè)有供所述銷軸傳感器穿過的第一通孔，所述銷軸傳感器的兩端開設(shè)有沿垂直于所述銷軸傳感器的軸線的方向延伸的凹槽，所述凹槽內(nèi)設(shè)有軸端卡板，所述軸端卡板與所述第一支撐板或所述第二支撐板通過螺釘連接。

可選地，所述第一支撐板和所述第二支撐板上設(shè)有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和所述銷軸傳感器分別位于所述第一支撐板或者所述第二支撐板的兩側(cè)。

優(yōu)選地，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括相互垂直的第一加強(qiáng)板和第二加強(qiáng)板。

可選地，所述導(dǎo)纜器還包括直桿，所述直桿的一端垂直固定在所述第一支撐板上，所述直桿的另一端垂直固定在所述第二支撐板上。

優(yōu)選地，所述直桿的外表面設(shè)有螺紋，所述第一支撐板和所述第二支撐板上設(shè)有第二通孔，所述直桿通過穿過所述第二通孔與螺母連接。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)纜器還包括設(shè)置在所述第一支撐板和所述第二支撐板之間的圓筒，所述圓筒套設(shè)在所述直桿上。

可選地，所述滾輪的兩個端面上設(shè)有限位板，所述限位板通過螺釘固定在所述滾輪上，所述銷軸傳感器、所述滾輪和所述滾輪的兩個端面上的限位板圍成一個空腔，所述軸承設(shè)置在所述空腔內(nèi)。

可選地，所述導(dǎo)纜器還包括限位環(huán)，所述限位環(huán)設(shè)置在所述軸承的兩側(cè)。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

通過采用銷軸傳感器作為滾輪轉(zhuǎn)動的支撐軸，將滾輪上的索具的張力轉(zhuǎn)換為銷軸傳感器承受的彎曲應(yīng)力，銷軸傳感器將檢測到的彎曲應(yīng)力通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綇埩︼@示設(shè)備，張力顯示設(shè)備將銷軸傳感器代入設(shè)定的公式即可得到索具的張力，實現(xiàn)索具張力的檢測，進(jìn)而根據(jù)索具張力調(diào)整收放索具，維持海洋設(shè)備的平衡穩(wěn)定，保障海洋作用的安全。而且銷軸傳感器作為滾輪轉(zhuǎn)動的支撐軸設(shè)置在滾輪內(nèi)，極大減小了張力檢測裝置占用的空間，布置方式簡單，特別適用于半潛船、海洋平臺等空間緊張的海洋設(shè)備。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種具有張力檢測功能的導(dǎo)纜器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的銷軸傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的張力作用在滾輪上的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明實施例提供了一種具有張力檢測功能的導(dǎo)纜器，參見圖1，該導(dǎo)纜器包括支架11、滾輪12、兩個軸承13、銷軸傳感器14和張力顯示設(shè)備15，滾輪12上沿滾輪的周向設(shè)有容納索具21的環(huán)形凹槽12a。支架11包括第一支撐板111、第二支撐板112、以及連接第一支撐板和第二支撐板的連接板113，第一支撐板111和第二支撐板112相對設(shè)置，銷軸傳感器14的一端垂直固定在第一支撐板111上，銷軸傳感器14的另一端垂直固定在第二支撐板112上。兩個軸承13分別套設(shè)在銷軸傳感器14上，第一支撐板111和距離第一支撐板111最近的軸承13之間的距離a(如圖2所示)與第二支撐板112和距離第二支撐板112最近的軸承之間的距離相等，滾輪12套設(shè)在兩個軸承13上，張力顯示設(shè)備15通過數(shù)據(jù)線22與銷軸傳感器14連接。

具體地，銷軸傳感器包括圓柱形外殼和兩個電阻應(yīng)變計，圓柱形外殼沿圓柱形外殼的周向設(shè)有兩個環(huán)形凹槽，兩個環(huán)形凹槽與圓柱形外殼中心的距離相等，環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)有圓形通孔；兩個電阻應(yīng)變計通過圓形通孔粘貼在圓柱形外殼內(nèi)不同環(huán)形凹槽中心的位置；圓柱形外殼的一端設(shè)有開口，與兩個電阻應(yīng)變計連接的數(shù)據(jù)線通過開口伸出圓柱形外殼。當(dāng)圓柱形外殼受力變形時，電阻應(yīng)變計隨之發(fā)生變化并將機(jī)械的變形轉(zhuǎn)換為電阻的變化。受力越大，變形越大，電阻變化越大，在電壓相同的情況下，電流變化越大，因此根據(jù)電流變化量的多少即可獲取銷軸傳感器受力的大小。

進(jìn)一步地，軸承采用過盈配合的方式固定在圓柱形外殼上。

可選地，外殼可以為不銹鋼管，以適應(yīng)海洋惡劣的氣候環(huán)境。

在具體實現(xiàn)中，通常選擇量程包括最大張力對應(yīng)的彎曲應(yīng)力的銷軸傳感器，如鋼絲繩的最大張力為2910kn，銷軸傳感器對應(yīng)承受的完全應(yīng)力為4600kn，因此選擇量程大于4600kn的銷軸傳感器。

在本實施例中，張力顯示設(shè)備15可以用于，

獲取銷軸傳感器在索具的作用下承受的彎曲應(yīng)力；

采用如下公式計算索具的張力t：

t＝σ*w/[a*sin(θ/2)]；

其中，σ為銷軸傳感器承受的彎曲應(yīng)力，w為銷軸傳感器的抗彎模量，w＝(π*d³)/32，d為銷軸傳感器的直徑，a為第一支撐板和距離第一支撐板最近的軸承之間的距離或者第二支撐板和距離第二支撐板最近的軸承之間的距離，θ為索具出入導(dǎo)纜器方向變化的角度。

在具體實現(xiàn)中，在導(dǎo)纜器的結(jié)構(gòu)尺寸和索具穿過的方式確定以后，銷軸傳感器的抗彎模量、第一支撐板和距離第一支撐板最近的軸承之間的距離或者第二支撐板和距離第二支撐板最近的軸承之間的距離、以及索具出入導(dǎo)纜器方向變化的角度都是固定不變的，可以預(yù)先測量得到。

具體地，銷軸傳感器的抗彎模量可以先直接從銷軸傳感器的說明書上找到銷軸傳感器的直徑，或者采用長度測量工具(如卷尺)測量出銷軸傳感器的直徑，再將得到的銷軸傳感器的直徑代入w＝(π*d³)/32中計算得到。第一支撐板和距離第一支撐板最近的軸承之間的距離或者第二支撐板和距離第二支撐板最近的軸承之間的距離可以采用長度測量工具測量得到。索具出入導(dǎo)纜器方向變化的角度可以采用角度測量工具測量得到，如索具出入導(dǎo)纜器方向變化的角度為90°。

同時在銷軸傳感器的抗彎模量、第一支撐板和距離第一支撐板最近的軸承之間的距離或者第二支撐板和距離第二支撐板最近的軸承之間的距離、以及索具出入導(dǎo)纜器方向變化的角度確定之后，銷軸傳感器承受的彎曲應(yīng)力僅與索具的張力有關(guān)，通過銷軸傳感器檢測承受的彎曲應(yīng)力，即可得到對應(yīng)的索具張力。

下面結(jié)合圖3簡單說明一下公式的由來：

滾輪上索具出入兩個方向上的張力t的方向與索具的張力作用在滾輪上的力f的方向的夾角相等且都為(180°-θ)/2，即90°-θ/2，滾輪上索具出入兩個方向上的張力t可以分解為平行于力f的方向的力和垂直于力f的方向的力，滾輪上索具出入兩個方向上的張力t中平行于力f的方向的力相等且兩者之和為索具的張力作用在滾輪上的力f，因此f＝2*t*cos(90°-θ/2)＝2*t*sin(θ/2)；軸承的寬度為b，銷軸傳感器的受力密度q＝f/2b＝t*sin(θ/2)/b；第一支撐板和距離第一支撐板最近的軸承之間的距離或者第二支撐板和距離第二支撐板最近的軸承之間的距離為a，銷軸傳感器承受的彎矩m＝q*b*a＝t*sin(θ/2)/b*b*a＝t*sin(θ/2)*a；銷軸傳感器的抗彎模量為w，銷軸傳感器承受的彎曲應(yīng)力σ＝m/w＝t*sin(θ/2)*a/w，因此t＝σ*w/[a*sin(θ/2)]。

下面再結(jié)合圖1簡單介紹一下本實施例提供的導(dǎo)纜器的工作原理：

在索具21收放的過程中，滾輪12在索具21的帶動下轉(zhuǎn)動，軸承13夾在滾輪12和銷軸傳感器14之間，銷軸傳感器14可以不隨滾輪12轉(zhuǎn)動而保持靜止，同時索具21的張力加載在滾輪12上，通過軸承13傳遞到銷軸傳感器14，銷軸傳感器14承受到彎曲應(yīng)力，銷軸傳感器14對所承受的彎曲應(yīng)力進(jìn)行檢測并通過數(shù)據(jù)線22傳輸?shù)綇埩︼@示設(shè)備15，張力顯示設(shè)備15將接收到的彎曲應(yīng)力代入設(shè)定的公式中，即可得到索具對應(yīng)的張力。

在實際應(yīng)用中，張力顯示設(shè)備15將得到的張力反饋至絞車控制系統(tǒng)，由絞車控制系統(tǒng)根據(jù)索具的張力控制絞車對索具進(jìn)行收放。

本發(fā)明實施例通過采用銷軸傳感器作為滾輪轉(zhuǎn)動的支撐軸，將滾輪上的索具的張力轉(zhuǎn)換為銷軸傳感器承受的彎曲應(yīng)力，銷軸傳感器將檢測到的彎曲應(yīng)力通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綇埩︼@示設(shè)備，張力顯示設(shè)備將銷軸傳感器代入設(shè)定的公式即可得到索具的張力，實現(xiàn)索具張力的檢測，進(jìn)而根據(jù)索具張力調(diào)整收放索具，維持海洋設(shè)備的平衡穩(wěn)定，保障海洋作用的安全。而且銷軸傳感器作為滾輪轉(zhuǎn)動的支撐軸設(shè)置在滾輪內(nèi)，極大減小了張力檢測裝置占用的空間，布置方式簡單，特別適用于半潛船、海洋平臺等空間緊張的海洋設(shè)備。

在本實施例中，索具可以為鋼絲繩，如直徑為68mm、最大張力為2910kn的鋼絲繩，也可以為鏈條，以滿足不同的工況需求。當(dāng)索具為鋼絲繩時，環(huán)形凹槽為繩槽；當(dāng)索具為鏈條時，環(huán)形凹槽為鏈窩。

在具體應(yīng)用中，導(dǎo)纜器可以采用立式的方式設(shè)置在海洋設(shè)備上，也可以采用臥式的方式設(shè)置在海洋設(shè)備上，具體可以根據(jù)海洋設(shè)備的需求靈活布置。當(dāng)導(dǎo)纜器采用立式的方式設(shè)置在海洋設(shè)備上時，滾輪的軸線與海洋設(shè)備上設(shè)置導(dǎo)纜器的平面平行；當(dāng)導(dǎo)纜器采用臥式的方式設(shè)置在海洋設(shè)備上時，滾輪的軸線與海洋設(shè)備上設(shè)置導(dǎo)纜器的平面垂直。

具體地，導(dǎo)纜器可以直接焊接在海洋設(shè)備上，也可以通過螺栓固定在海洋設(shè)備上。

在本實施例中，支架采用第一支撐板、第二支撐板等組成，實現(xiàn)簡單方便。具體地，連接板可以直接焊接在第一支撐板和第二支撐板上，連接牢固。

可選地，如圖1所示，第一支撐板111可以包括底板111a、中間板111b和頂板111c，底板111a的邊緣和頂板111c的邊緣分別與中間板111b的邊緣焊接，且中間板111b與底板111a焊接的邊緣和中間板111b與頂板111c焊接的邊緣是中間板111b的對邊，底板111a的厚度和頂板111c的厚度均小于中間板111b的厚度，銷軸傳感器14垂直固定在中間板111b上。通過采用強(qiáng)度更高的中間板固定銷軸傳感器，并且將頂板和底板分別焊接在中間板的兩側(cè)，可以對銷軸傳感器起到較高的支撐作用。

在實際應(yīng)用中，第二支撐板的結(jié)構(gòu)可以與第一支撐板相同，在此不再詳述。

可選地，如圖1所示，第一支撐板111和第二支撐板112上可以設(shè)有供銷軸傳感器14穿過的第一通孔，銷軸傳感器14的兩端開設(shè)有沿垂直于銷軸傳感器14的軸線的方向延伸的凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有軸端卡板14a，軸端卡板14a與第一支撐板111或第二支撐板112通過螺釘23連接。利用凹槽、軸端卡板和螺釘?shù)慕Y(jié)合，可以將銷軸傳感器牢牢固定在支架上，也很容易從支架上拆下，實現(xiàn)效果好。

具體地，第一通孔設(shè)置在中間板上。

可選地，如圖1所示，第一支撐板111和第二支撐板112上可以設(shè)有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)114，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)114和銷軸傳感器14分別位于第一支撐板111和第二支撐板112的兩側(cè)，以加強(qiáng)支架的強(qiáng)度，適應(yīng)海洋設(shè)備對索具的使用。

優(yōu)選地，如圖1所示，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)114可以包括相互垂直的第一加強(qiáng)板114a和第二加強(qiáng)板114b，第一加強(qiáng)板114a和第二加強(qiáng)板114b分別垂直固定在一支撐板111或者第二支撐板112上，從多個方向上加強(qiáng)支撐板的強(qiáng)度，以達(dá)到最佳的加強(qiáng)效果。

在實際應(yīng)用中，加強(qiáng)板可以直接焊接在支撐板上，連接牢固。

可選地，如圖1所示，導(dǎo)纜器還可以包括直桿16，直桿16的一端垂直固定在第一支撐板111上，直桿16的另一端固定在第二支撐板112上。當(dāng)索具穿過環(huán)形凹槽12a與直桿16相對的部分時，直桿16可以有效防止索具從背離環(huán)形凹槽12a的方向甩出，避免索具脫離導(dǎo)纜器。

具體地，直桿16的外表面可以設(shè)有螺紋，第一支撐板111和第二支撐板112上設(shè)有第二通孔，直桿16穿過第二通孔與螺母24連接(如圖1所示)。采用螺紋連接，拆卸十分方便。

在具體實現(xiàn)中，以第一支撐板為例，第一支撐板111還包括焊接在第一加強(qiáng)板114a上的支架板111d，支架板111d上設(shè)有第二通孔。通過增設(shè)支架板以固定直桿，不會對原本的支撐板結(jié)構(gòu)造成影響。

優(yōu)選地，導(dǎo)纜器還可以包括設(shè)置在第一支撐板和第二支撐板之間的圓筒(圖中未示出)，圓筒套設(shè)在直桿上。當(dāng)索具搭在直桿上時，圓筒可以隨索具轉(zhuǎn)動，避免對索具造成拉扯，造成索具損壞。

可選地，滾輪的兩個端面上可以設(shè)有限位板17，限位板17通過螺釘25固定在滾輪12上，銷軸傳感器14、滾輪12和滾輪12的兩個端面上的限位板17圍成一個空腔26，軸承13設(shè)置在空腔26內(nèi)。限位板17配合銷軸傳感器14和滾輪12形成一個包圍軸承13的空腔，當(dāng)滾輪向一側(cè)移動時，滾輪另一側(cè)的限位板會被軸承阻擋，從而避免滾輪繼續(xù)移動，從而將滾輪牢牢限制在軸承上。

可選地，導(dǎo)纜器還可以包括三個限位環(huán)18，三個限位環(huán)18分別夾設(shè)在兩個軸承13之間、軸承13和第一支撐板111之間、軸承13和第二支撐板112之間，對軸承13進(jìn)行限位，避免軸承13沿軸承13的軸線方向移動。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。