電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)，涉及電力牽引工程車輛領(lǐng)域。該電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)包括：校準(zhǔn)裝置、編碼器和控制器；其中，控制器分別與校準(zhǔn)裝置和編碼器連接，校準(zhǔn)裝置沿卷盤徑向設(shè)置；校準(zhǔn)裝置向控制器輸入電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號，編碼器向控制器輸入卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)和電纜收放狀態(tài)，控制器接收校準(zhǔn)裝置和編碼器輸入的信息，并輸出電纜卷繞半徑。從而準(zhǔn)確測量電纜卷繞半徑，消除累積誤差。
【專利說明】
電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及電力牽引工程車輛領(lǐng)域，特別涉及一種電纜卷繞半徑的測量方法 及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動地下鏟運機多用于礦山工程和隧道工程，其動力源自高壓供電，工作過程中 需拖動電纜行走，電纜收放需與車速同步，避免松盤、崩斷或劇烈甩動等現(xiàn)象發(fā)生。而電纜 卷繞半徑是實施電纜收放與車速同步控制的重要參考依據(jù)，檢測精度直接影響同步性能， 甚至?xí)l(fā)安全事故，因此需要一種有效的手段對電纜卷繞半徑進行精確測量。
[0003] 理想情況下，電纜從卷盤下方出線，一層層排繞在卷盤上，一層N圈，一層排滿后， 電纜排在第二層，電纜卷繞有效半徑隨著電纜層數(shù)的增加變大。通過安裝在卷盤上的編碼 器測得卷盤旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，通過卷盤總旋轉(zhuǎn)圈數(shù)除以每層理論圈數(shù)，進而轉(zhuǎn)化為有效電纜卷繞 半徑。
[0004] 然而，電動地下鏟運機工作一段時間后，卷纜系統(tǒng)在不斷的收纜與放纜過程中，會 產(chǎn)生電纜卷繞半徑計算累積誤差。尤其當(dāng)電纜出現(xiàn)壓繩、咬繩等現(xiàn)象，使得電纜每層卷繞圈 數(shù)偏離理論值N圈，這種偏差長期的累積會嚴(yán)重影響電纜的張緊程度控制，導(dǎo)致卷纜亂繩現(xiàn) 象的發(fā)生，影響電纜使用壽命，甚至涉及電動地下鏟運機的工作安全。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型所要解決的一個技術(shù)問題是：如何準(zhǔn)確測量電纜卷繞半徑，消除累積 誤差。
[0006] 根據(jù)本實用新型實施例的一個方面，提供了一種電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)，包括： 校準(zhǔn)裝置、編碼器和控制器;其中，控制器分別與校準(zhǔn)裝置和編碼器連接，校準(zhǔn)裝置沿卷盤 徑向設(shè)置;校準(zhǔn)裝置向控制器輸入電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號，編碼器向控制器輸入卷盤實 際轉(zhuǎn)動圈數(shù)和電纜收放狀態(tài)，控制器接收校準(zhǔn)裝置和編碼器輸入的信息，并輸出電纜卷繞 半徑。
[0007] 在一些實施例中，校準(zhǔn)裝置為光電發(fā)送和接收裝置。
[0008] 在一些實施例中，校準(zhǔn)裝置的數(shù)量根據(jù)校準(zhǔn)精度設(shè)置。
[0009] 在一些實施例中，校準(zhǔn)裝置有多個，并沿卷盤徑向均勻設(shè)置。
[0010] 本實用新型通過上述方案能夠準(zhǔn)確測量電纜卷繞半徑，消除累積誤差。
[0011]通過以下參照附圖對本實用新型的示例性實施例的詳細描述，本實用新型的其它 特征及其優(yōu)點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術(shù)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 是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前 提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013] 圖1示出本實用新型電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2示出本實用新型電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)裝置的設(shè)置示意圖。
[0015] 圖3示出本實用新型電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的工作流程示意圖。
[0016] 圖4示出本實用新型電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的控制器的各部分結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本實用 新型及其應(yīng)用或使用的任何限制?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒 有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0018] 下面結(jié)合圖1描述本實用新型一個實施例的電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的組成結(jié) 構(gòu)。
[0019] 圖1示出本實用新型電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該 實施例的電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)包括編碼器11、若干校準(zhǔn)裝置12,例如示例性的示出的 第一校準(zhǔn)裝置23、第二校準(zhǔn)裝置24、第三校準(zhǔn)裝置25、第四校準(zhǔn)裝置26,以及控制器13。其 中，控制器13分別與各個校準(zhǔn)裝置12和編碼器11連接，校準(zhǔn)裝置12沿卷盤徑向設(shè)置，每個校 準(zhǔn)裝置例如可以包括發(fā)送裝置和接收裝置并成對設(shè)置，其中的發(fā)送裝置用于持續(xù)發(fā)出電纜 卷繞半徑的校準(zhǔn)信號，接收裝置用于接收發(fā)送裝置發(fā)送的校準(zhǔn)信號，并且接收裝置接收信 號的情況可以反映該校準(zhǔn)裝置所在位置處的電纜卷繞情況;校準(zhǔn)裝置12向控制器13輸入電 纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號以反映該校準(zhǔn)裝置12所在位置處的電纜卷繞情況，編碼器11向控制 器13輸入卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)和電纜收放狀態(tài)，控制器13接收校準(zhǔn)裝置12和編碼器11輸入的 信息，并輸出電纜卷繞半徑。
[0020] 下面結(jié)合圖2描述本實用新型一個實施例的校準(zhǔn)裝置的設(shè)置方式。
[0021]圖2示出本實用新型電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)裝置12的設(shè)置示意圖。校準(zhǔn) 裝置12例如可以包括發(fā)送裝置和接收裝置并成對設(shè)置，發(fā)送裝置和接收裝置例如可以為光 電形式的發(fā)送裝置和接收裝置，校準(zhǔn)裝置12的數(shù)量可以根據(jù)校準(zhǔn)精度來進行設(shè)置。例如，校 準(zhǔn)精度需求越高，校準(zhǔn)裝置的數(shù)量越多;校準(zhǔn)精度需求越低，校準(zhǔn)裝置的數(shù)量越少。如圖2所 示，校準(zhǔn)裝置包括第一校準(zhǔn)裝置23、第二校準(zhǔn)裝置24、第三校準(zhǔn)裝置25以及第四校準(zhǔn)裝置 26,這些校準(zhǔn)裝置均勻分布在卷盤21的徑向上。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，上述校準(zhǔn) 裝置12的設(shè)置方式示例并非限制性地，根據(jù)不同需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用其他設(shè)置 方式，例如多個校準(zhǔn)裝置也可以不均勻的分布在卷盤21的徑向上，這里不再贅述。
[0022] 下面結(jié)合圖3描述本實用新型一個實施例的電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的工作流 程。
[0023] 圖3示出本實用新型電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的工作流程示意圖。如圖3所示，該 實施例的電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的工作流程包括：
[0024]步驟S302,校準(zhǔn)裝置采集電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號。通過校準(zhǔn)裝置的通斷電信號， 獲取最外層電纜所位于卷盤的基準(zhǔn)位置。
[0025]示例性的，校準(zhǔn)裝置的發(fā)送裝置持續(xù)發(fā)出電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號，校準(zhǔn)裝置的 接收裝置接收發(fā)送裝置發(fā)送的校準(zhǔn)信號，控制器根據(jù)接收裝置接收信號的通斷情況確定該 校準(zhǔn)裝置所在位置處的電纜卷繞情況，如果接收裝置接收信號的通斷情況符合卷盤最外層 電纜的通斷規(guī)律，則將該處校準(zhǔn)裝置的位置確定為最外層電纜所位于卷盤的基準(zhǔn)位置。 [0026] 步驟S304,編碼器檢測并記錄卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)。
[0027]步驟S306,編碼器判斷電纜收放狀態(tài)。
[0028]編碼器可以通過記錄卷盤實際轉(zhuǎn)動角度的變化情況判斷電纜收放狀態(tài)。例如，編 碼器可以根據(jù)卷盤實際轉(zhuǎn)動角度的增加判斷電纜處于收纜狀態(tài)，或者編碼器可以根據(jù)卷盤 實際轉(zhuǎn)動角度的減少判斷電纜處于放纜狀態(tài)。
[0029]步驟S308,控制器根據(jù)電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號修正電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn) 值。
[0030] 當(dāng)電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號通斷情況符合預(yù)設(shè)規(guī)則時，根據(jù)發(fā)出校準(zhǔn)信號的校準(zhǔn) 裝置的位置修正電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值。具體來說，收纜時，如果校準(zhǔn)信號由時通時斷 變?yōu)槌掷m(xù)未接收到信號，則將發(fā)出該校準(zhǔn)信號的校準(zhǔn)裝置的位置作為電纜卷繞半徑的計算 基準(zhǔn)值;或者，放纜時，如果校準(zhǔn)信號由持續(xù)未接收到信號變?yōu)闀r通時斷，則將發(fā)出該校準(zhǔn) 信號的校準(zhǔn)裝置的位置作為電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值。
[0031] 例如，第二校準(zhǔn)裝置24向控制器輸入符合預(yù)設(shè)規(guī)則的電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號， 則控制器將第二校準(zhǔn)裝置24與卷盤軸心的徑向距離作為電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值。
[0032] 步驟S310,控制器根據(jù)相鄰兩處校準(zhǔn)信號的時間段內(nèi)檢測到的卷盤實際轉(zhuǎn)動圈 數(shù)，修正電纜每層平均纏繞圈數(shù)。
[0033]例如，可以通過以下公式計算修正后的電纜每層平均纏繞圈數(shù)：
[0034]
[0035]其中，Ck為修正后的電纜每層平均纏繞圈數(shù)，Ztk為相鄰兩處校準(zhǔn)信號的時間段內(nèi) 檢測到的卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)，1為之前分別發(fā)出該相鄰兩處校準(zhǔn)信號的兩校準(zhǔn)裝置之間的 徑向距離，d為電纜直徑。
[0036]由于電纜每層平均纏繞圈數(shù)Ck的初始值設(shè)置為理論值，在電纜收放過程中電纜每 層平均纏繞圈數(shù)會發(fā)生變化，控制器需要利用修正后的電纜每層平均纏繞圈數(shù)Ck代替電纜 每層平均纏繞圈數(shù)的初始值。例如，Vd表示相鄰上一次校準(zhǔn)信號和本次校準(zhǔn)信號的兩校準(zhǔn) 裝置之間的電纜纏繞層數(shù)，則通過計算Ck得到相鄰兩處校準(zhǔn)信號的兩校準(zhǔn)裝置之間修正后 的電纜每層平均纏繞圈數(shù)。在下一次校準(zhǔn)裝置采集到電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號之前，利用 Ck來估算本次校準(zhǔn)信號和下一次校準(zhǔn)信號的兩校準(zhǔn)裝置之間的電纜纏繞層數(shù)。
[0037]步驟S312,控制器根據(jù)修正后的電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值、電纜收放狀態(tài)、修正 后檢測到的卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)、修正后的電纜每層平均纏繞圈數(shù)以及電纜直徑計算得到電 纜卷繞半徑。
[0038] 例如，可以通過以下公式計算電纜卷繞半徑：
[0039]
[0040] 其中，R為計算出的電纜卷繞半徑，Rk為修正后的電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值，Zk為 修正后檢測到的卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)，Ck為修正后的電纜每層平均纏繞圈數(shù)，d為電纜直徑。 當(dāng)電纜收放狀態(tài)為收纜時，公式中采用+號；當(dāng)電纜收放狀態(tài)為放纜時，公式中采用一號。
[0041] 計算得到電纜卷繞半徑后，可以返回步驟S304,從而對電纜卷繞半徑進行持續(xù)計 算和校準(zhǔn)。
[0042] 通過本實用新型電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的上述工作流程，可以準(zhǔn)確測量電纜卷 繞半徑，消除累積誤差，進而指導(dǎo)電纜收放與車速同步控制，以確保電纜與工程車輛的同步 性能即電纜的作業(yè)安全。并且易實施、成本也比較低。
[0043] 下面結(jié)合圖4描述本實用新型一個實施例的電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的控制器的 各部分結(jié)構(gòu)。
[0044]圖4示出本實用新型電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的控制器的各部分結(jié)構(gòu)示意圖。如 圖4所示，該實施例的電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)的控制器13包括：
[0045]基準(zhǔn)值修正單元432,用于根據(jù)電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號修正電纜卷繞半徑的計 算基準(zhǔn)值。
[0046]當(dāng)電纜卷繞半徑的校準(zhǔn)信號通斷情況符合預(yù)設(shè)規(guī)則時，基準(zhǔn)值修正單元432根據(jù) 發(fā)出校準(zhǔn)信號的校準(zhǔn)裝置的位置修正電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值。例如，收纜時，如果校準(zhǔn) 信號由時通時斷變?yōu)槌掷m(xù)未接收到信號，則基準(zhǔn)值修正單元432將發(fā)出該校準(zhǔn)信號的校準(zhǔn) 裝置的位置作為電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值;或者，放纜時，如果校準(zhǔn)信號由持續(xù)未接收到 信號變?yōu)闀r通時斷，則基準(zhǔn)值修正單元432將發(fā)出該校準(zhǔn)信號的校準(zhǔn)裝置的位置作為電纜 卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值。
[0047]平均纏繞圈數(shù)修正單元434,用于根據(jù)相鄰兩處校準(zhǔn)信號的時間段內(nèi)檢測到的卷 盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)，修正電纜每層平均纏繞圈數(shù)。
[0048]例如，平均纏繞圈數(shù)修正單元用于修正電纜每層平均纏繞圈數(shù)的計算公式為：
[0049]
[0050]其中，Ck為修正后的電纜每層平均纏繞圈數(shù)，Ck的初始值設(shè)定為理論值，Ztk為相鄰 兩處校準(zhǔn)信號的時間段內(nèi)檢測到的卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)，1為之前分別發(fā)出該相鄰兩處校準(zhǔn) 信號的兩校準(zhǔn)裝置之間的徑向距離，d為電纜直徑。
[0051]卷繞半徑計算單元436,用于根據(jù)修正后的電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值、電纜收放 狀態(tài)、修正后檢測到的卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)、修正后的電纜每層平均纏繞圈數(shù)以及電纜直徑 計算電纜卷繞半徑。
[0052] 例加,卷繞半徑計笪里元用于計算電纜卷繞半徑的計算公式為：
[0053；
[0054] 其中，當(dāng)電纜收放狀態(tài)為收纜時，公式中采用+號；當(dāng)電纜收放狀態(tài)為放纜時，公式 中采用一號;其中，R為計算出的電纜卷繞半徑，Rk為修正后的電纜卷繞半徑的計算基準(zhǔn)值， Zk為修正后檢測到的卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)，Ck為修正后的電纜每層平均纏繞圈數(shù)，d為電纜直 徑。
[0055] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件 來完成，也可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀 存儲介質(zhì)中，上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。
[0056]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保 護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種電纜卷繞半徑的測量系統(tǒng)，包括:校準(zhǔn)裝置、編碼器和控制器;其中，控制器分別 與校準(zhǔn)裝置和編碼器連接，校準(zhǔn)裝置沿卷盤徑向設(shè)置;校準(zhǔn)裝置向控制器輸入電纜卷繞半 徑的校準(zhǔn)信號，編碼器向控制器輸入卷盤實際轉(zhuǎn)動圈數(shù)和電纜收放狀態(tài)，控制器接收校準(zhǔn) 裝置和編碼器輸入的信息，并輸出電纜卷繞半徑。2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，校準(zhǔn)裝置為光電發(fā)送和接收裝置。3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，校準(zhǔn)裝置的數(shù)量根據(jù)校準(zhǔn)精度設(shè)置。4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，校準(zhǔn)裝置有多個，并沿卷盤徑向均勻設(shè)置。
【文檔編號】G01B21/10GK205537581SQ201620163336
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月3日
【發(fā)明人】徐楠, 左帥, 劉勇
【申請人】徐工集團工程機械有限公司