拉力傳感器、力矩限制器及起重的製造方法
2023-10-19 05:38:27 1
拉力傳感器、力矩限制器及起重的製造方法
【專利摘要】本發明提出了一種拉力傳感器、力矩限制器及起重機。該拉力傳感器包括筒體、密封隔板、連接部、液壓檢測裝置及計算裝置，其中所述密封隔板設置於所述連接部上，所述密封隔板將所述筒體分隔為第一室和第二室，所述第一室或第二室內填充有液壓油；所述液壓檢測裝置用於檢測所述液壓油的壓強；所述計算裝置根據所述壓強及所述第一室或第二室的受力面積，計算得出所受拉力。本發明基於新型的工作原理，提供一種新型的拉力傳感器，可替代傳統傳感器，並具有生產製造簡單、成本低、測量誤差小等優點，尤其適用於大載荷的測量。
【專利說明】拉力傳感器、力矩限制器及起重機
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及工程機械及力傳感【技術領域】，具體地說，涉及一種拉力傳感器，以及設置有該拉力傳感器的起重機及力矩限制器。
【背景技術】
[0002]起重機(尤其是履帶式起重機)等設備對作業的安全性要求較高，力矩限制器是其非常重要的安全監控裝置，能對設備作業進行實時監控和記錄，自動實現過載保護和過仰保護，確保其在安全範圍內作業，並在危險工況或過載發生時報警，同時切斷危險方向的動作，從而保證設備及人員的安全。
[0003]力矩限制器主要由角度傳感器、力傳感器、控制器及顯示器等部分組成，其中力傳感器的壓力或拉力測量是力矩限制器計算及控制的關鍵。現有技術中，力傳感器大多採用變幅取力，其取力方式一般為壓式或拉式。
[0004]壓力取力是利用滑輪架受力後擠壓壓式傳感器來檢測受力狀態，但是該壓式傳感器必須保證垂直受力，側向受力是不允許的，因而對製造要求較高。而且，製造過程中傳感器與銷軸之間會出現空隙過大的現象，導致在起落臂時傳感器受力差異較大，從而造成吊重量顯示誤差過大及顯示不穩定問題，其在起重機領域的應用逐漸減少。
[0005]拉力取力利用變幅受拉部件(如變幅拉杆、拉板或拉繩等)在受力後拉緊拉力傳感器，從而測量臂架受力狀態，其便於安裝和調試，只需保持拉力傳感器與變幅受拉部件方向一致，即可保證測量準確性，且起落臂時力矩變化趨勢一致性較好。
[0006]但是，當前的拉力傳感器普遍為基於電阻應變片的裝置，電阻應變片隨外力變形，其阻值將隨之發生變化，經過相應的測量電路可將這一電阻變化轉換為電信號，進而完成將外力變換為電信號的過程。它的缺點是對於大應變有較大的非線性、輸出信號較弱，因而測量誤差較大、可靠性差，對於噸位較大的起重機而言，其弊端更加明顯。而且，拉力傳感器的內部結構複雜、生產製造困難、價格昂貴，提高了起重機等設備的製造成本。
[0007]因此，如何提供一種可靠性高、價格低廉、生產製造方便的拉力傳感器，以替代傳統基於電阻應變片的傳感器並應用於起重機等設備中，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0008]有鑑於此，本發明提供一種拉力傳感器，可解決現有技術的傳感器測量誤差大、可靠性差、生產製造困難、價格昂貴等缺陷或至少其中之一。
[0009]本發明的拉力傳感器，包括筒體、密封隔板、連接部、液壓檢測裝置及計算裝置，其中:
[0010]所述筒體連接第一受拉接頭，所述連接部連接第二受拉接頭，所述密封隔板設置於所述連接部上，所述密封隔板將所述筒體分隔為第一室和第二室，所述第一室或第二室內填充有液壓油；[0011]所述液壓檢測裝置用於檢測所述液壓油的壓強；
[0012]所述計算裝置根據所述壓強及所述第一室或第二室的受力面積，計算得出所受拉力。
[0013]進一步地，在拉力檢測時所述第一室或第二室內的液壓油量不變。
[0014]進一步地，所述筒體上開設有安裝孔，所述安裝孔與填充有液壓油的腔室同一側，所述液壓檢測裝置插設於所述安裝孔內。
[0015]進一步地，所述筒體上還設置有與大氣連通的呼吸口，所述呼吸口與未填充液壓油的腔室位於同一側。
[0016]進一步地，所述筒體包括筒身、位於所述筒身兩端的第二室法蘭和第一室法蘭，所述第二室法蘭與所述筒身螺紋連接，所述第一室法蘭與所述筒身焊接。
[0017]進一步地，所述第二室法蘭設置有用於與所述第一受拉接頭連接的內螺紋或外螺紋，所述連接部端部也設置有用於與所述第二受拉接頭連接的內螺紋或外螺紋。
[0018]進一步地，所述第二室法蘭和所述第一受拉接頭之間還通過焊接加固，所述連接部和所述第二受拉接頭之間也通過焊接加固。
[0019]進一步地，所述第二室法蘭與所述第一受拉接頭之間一體形成，所述連接部與所述第二受拉接頭之間也一體形成。
[0020]本發明的另一個方面，還提供一種力矩限制器，包括角度傳感器、控制器，並且還包括前述任一項的拉力傳感器，所述控制器連接所述角度傳感器和所述拉力傳感器，並根據角度和拉力大小，對設備工況進行監控。
[0021]本發明的又一個方面，還提供一種起重機，包括力矩限制器，所述力矩限制器包括權前述任一項的拉力傳感器，所述拉力傳感器連接於所述起重機的受拉部件上。
[0022]本發明的拉力傳感器，包括筒體、密封隔板、連接部、液壓檢測裝置及計算裝置，基於液壓油壓強與受力面積的乘積得出拉力大小。使用該新型的拉力傳感器，可廣泛地應用於多種拉力檢測的場合，並可替代傳統的基於電阻應變片的拉力傳感器。
[0023]本發明的液壓檢測裝置可選用價格低廉的小型壓力傳感器，相對於現有技術電阻應變片式拉力傳感器而言，不僅生產製造簡單，易於推廣實施，還可大幅降低成本。
[0024]需要說明的是，當額定負載更大時，電阻應變片式拉力傳感器對元器件的要求更高，製造更加困難，而本發明的拉力傳感器在製造難度及成本上的增加並不明顯，因此在應用於大載荷時本發明具有更加顯著的優勢。
[0025]此外，本發明的拉力傳感器在拉力變化時，液壓油受力並產生微小行程，由於液壓油承壓能力強，即使在受力很大時液壓油的形變及壓力值依然具有線性規律，相對於電阻應變片式拉力傳感器而言，測量誤差較小，可靠性高。
[0026]本發明的力矩限制器，由於使用新型拉力傳感器，能夠及時準確地測量所受拉力，即使在負載較大時依然能夠保證測量準確性，力矩限制器依據該測量數據可對設備作業進行實時監控，從而確保設備在安全範圍內作業，尤其適用於大噸位起重機的安全監控。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:[0028]圖1是本發明一實施例的拉力傳感器的結構示意圖；
[0029]圖2是圖1所示實施例的連接部部分的結構示意圖；
[0030]圖3是圖1所示實施例的筒體部分的結構示意圖；
[0031]圖4是本發明一實施例的起重機的結構示意圖。
[0032]附圖標記說明:
[0033]筒體-1密封隔板-2
[0034]連接部-3液壓檢測裝置-4
[0035]計算裝置-5第一受拉接頭-61
[0036]第二受拉接頭-62 第一室-7
[0037]第二室-8受拉部件-9
【具體實施方式】
[0038]為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行進一步的詳細描述。
[0039]本發明中，術語「第一」、「第二」主要用於區分不同的部件，但不對部件進行具體限制。
[0040]圖1所示是本發明`一實施例的拉力傳感器的結構示意圖，圖2是圖1所示實施例的連接部部分的結構示意圖；圖3是圖1所示實施例的筒體部分的結構示意圖。從各圖中看出，該實施例的拉力傳感器包括筒體1、密封隔板2、連接部3、液壓檢測裝置4及計算裝置5。
[0041]其中，筒體I連接第一受拉接頭61，連接部3連接第二受拉接頭62，密封隔板2設置於連接部3上，密封隔板2將筒體I分隔為第一室7和第二室8。在工作過程中，通過第一受拉接頭61和第二受拉接頭62分別向筒體I和連接部3施加拉力。
[0042]第一受拉接頭61和第二受拉接頭62主要起連接作用，其可以採用多種可能結構。如圖1所示，優選在各接頭上分別設置有連接孔，整體形成吊環結構，從而可以使得該拉力傳感器整體形成通用型結構，便於安裝拆卸，並可廣泛應用於多種檢測拉力的場合，如建築行業、起重設備、運動器械等。
[0043]該實施例的拉力傳感器可在第一室7內填充有液壓油，也可在第二室8內填充有液壓油，只要在工作時液壓油承受拉力並受到擠壓，使其因所受拉力不同而產生不同的液壓油壓強，即可以實現本發明的技術效果。該液壓油可以採用現有技術液壓系統中採用的液壓介質。
[0044]應當清楚，本發明該實施例的拉力傳感器，在筒體I上並未設置進出油口，拉力檢測的工作過程中第一室7或第二室8中的液壓油量不發生變化。此外，該拉力傳感器在工作時承受拉力，其密封隔板2及連接部3的動作是因為液壓油受壓形變產生，屬於小行程(一般只有幾個毫米)的被動移動。
[0045]前述液壓檢測裝置4用於檢測液壓油的壓強，其可以具有檢測端，該檢測端伸入液壓油中。該液壓檢測裝置4可以是如壓強計等裝置，優選其為將壓強信號轉換為電信號的傳感器，如電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器等，更優選其為基於電阻應變片的壓力傳感器。[0046]該基於電阻應變片的壓力傳感器具有極低的價格、較高的精度以及較好的線性特性等優點。該壓力傳感器的電阻應變片隨所受液壓油壓強大小變形，其阻值將隨之發生變化，經過相應的測量電路可將這一電阻變化轉換為電信號，進而完成將液壓油壓強變換為電信號的過程。
[0047]液壓檢測裝置4可以具有多種可能的外形結構，並且在具體安裝方面，可以內置於第一室7或第二室8中，也可以設置於筒體I上並與第一室7或第二室8連通。為了便於安裝製造及檢修更換，並保證輸出信號的強度，優選筒體I上開設有的安裝孔，安裝孔與填充有液壓油的腔室同一側，液壓檢測裝置4插設於該安裝孔內。
[0048]前述計算裝置5連接液壓檢測裝置4，並根據液壓檢測裝置4測量的壓強及第一室7或第二室8的受力面積，計算得出所受拉力。此外，優選在拉力檢測時第一室或第二室內的液壓油量不變。該拉力的大小可以是壓強與受力面積的乘積，也可以在該乘積的基礎上進行相應的修正。第二室8的受力面積可以是密封隔板2的橫截面積(或筒體I的內圈面積)，第一室7的受力面積則可以是密封隔板2的橫截面積減去連接部3的橫截面積。
[0049]上述實施例提供了一種新型的拉力傳感器，基於液壓油壓強與受力面積的乘積得出拉力大小。該拉力傳感器使用了新型的測量方法和工作原理，可廣泛地應用於多種拉力檢測的場合，並可替代傳統的基於電阻應變片的拉力傳感器。
[0050]由於液壓檢測裝置4可選用價格低廉的小型壓力傳感器，相對於現有技術電阻應變片式拉力傳感器而言，不僅生產製造簡單，易於推廣實施，還可大幅降低成本。
[0051]需要說明的是，當額定負載更大時，電阻應變片式拉力傳感器對元器件的要求更高，製造更加困難，而上述實施例的拉力傳感器在製造難度及成本上的增加並不明顯，因此在應用於大載荷時上述實施例具有更加顯著的優勢。
[0052]此外，該拉力傳感器在拉力變化時，液壓油受力並產生微小行程，由於液壓油承壓能力強，即使在受力很大時液壓油的形變及壓力值依然具有線性規律，相對於電阻應變片式拉力傳感器而言，測量誤差較小，可靠性高。
[0053]上述實施例的拉力傳感器中，第一室7或第二室8中填充的液壓油可以在製造過程中預置。進一步地，為了便於檢修及液壓油的更換，還可以在第一室7或第二室8設置有充油口，製造人員或檢修人員均可通過該充油口填充液壓油。應當清楚，該充油口在拉力傳感器檢測拉力的工作過程中為封閉狀態。
[0054]進一步地，筒體I上還設置有與大氣連通的呼吸口，呼吸口與未填充液壓油的腔室位於同一側。當第一室7填充液壓油時，則呼吸口與第二室8連通；當第二室8填充液壓油時，則呼吸口與第一室7連通。由於設置有呼吸口，則該未填充液壓油的腔室可維持為大氣壓，避免了該腔室產生正壓或負壓而對液壓油壓強造成影響，進而可保證測量精度和可靠性。
[0055]本發明的筒體I優選為圓筒狀結構，密封隔板2優選為圓柱形結構。筒體1、連接部3、第一受拉接頭61和第二受拉接頭62之間可以採用多種結構及安裝工藝。最優選地，筒體I包括筒身、位於筒身兩端的第二室法蘭和第一室法蘭，第二室法蘭與筒身螺紋連接，第一室法蘭與筒身焊接。對於該結構而言，優選液壓油填充於第一室7。
[0056]第一室法蘭與筒身焊接，可保證第一室7的密封性，提高該部分結構的強度和剛度；第二室法蘭與筒身螺紋連接，可便於裝卸及檢修。其中，第二室法蘭上可設置有外螺紋，筒身的內壁上設置有與該外螺紋配合的內螺紋。
[0057]此外，第二室法蘭與第一受拉接頭61連接，其可以具有多種可能的連接方式。作為一個實施例，第二室法蘭與第一受拉接頭61之間一體形成，其可以採用整體坯鍛工藝。作為另一個實施例，第二室法蘭設置有用於與第一受拉接頭61連接的內螺紋或外螺紋。進一步，為了提高連接穩固性，保證在受到較大載荷拉力時不會出現鬆動，優選在第二室法蘭和第一受拉接頭61之間還通過焊接加固。
[0058]同樣地，連接部3端部與第二受拉接頭62之間也可以具有多種可能的連接方式。與第二室法蘭相似，連接部3與第二受拉接頭62之間也可一體形成，並可採用整體坯鍛工藝。作為一種替換方式，連接部3端部也設置有用於與第二受拉接頭62連接的內螺紋或外螺紋，此外還可在連接部3和第二受拉接頭62之間也通過焊接加固。
[0059]除了前述實施例新型的拉力傳感器外，本發明還提供一種設置有該實施例的拉力傳感器的力矩限制器。該力矩限制器還包括角度傳感器和控制器。該控制器連接角度傳感器和拉力傳感器，並根據角度和拉力大小，對設備工況進行監控。該力矩傳感器還可以包括其它如長度傳感器及顯示器等結構，各部分可參考現有及改進的技術，本文在此不再贅述。
[0060]圖4所示是本發明一實施例的起重機的結構示意圖。該起重機包括力矩限制器，該力矩限制器的拉力傳感器連接於起重機的受拉部件9上。該受拉部件9可以是如變幅拉杆、拉板或拉繩等。
[0061]該拉力傳感器可串聯於受拉部件9中間，或者連接於受拉部件9的端部。只需保持拉力傳感器與受拉部件9方向一致，即可保證測量準確性。
[0062]由於使用新型拉力傳感器，能夠及時準確地測量所受拉力，即使在負載較大時依然能夠保證測量準確性，力矩限制器依據該測量數據可對設備作業進行實時監控，從而確保設備在安全範圍內作業，尤其適用於大噸位起重機的安全監控，更優選地適用於履帶起重機。
[0063]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種拉力傳感器，其特徵在於，包括筒體(I)、密封隔板(2)、連接部(3)、液壓檢測裝置(4)及計算裝置(5)，其中: 所述筒體(I)連接第一受拉接頭(61)，所述連接部(3 )連接第二受拉接頭(62 )，所述密封隔板(2)設置於所述連接部(3)上，所述密封隔板(2)將所述筒體(I)分隔為第一室(7)和第二室(8)，所述第一室(7)或第二室(8)內填充有液壓油； 所述液壓檢測裝置(4)用於檢測所述液壓油的壓強； 所述計算裝置(5 )根據所述壓強及所述第一室(7 )或第二室(8 )的受力面積，計算得出所受拉力。
2.根據權利要求1所述的拉力傳感器，其特徵在於，在拉力檢測時所述第一室(7)或第二室(8)內的液壓油量不變。
3.根據權利要求1所述的拉力傳感器，其特徵在於，所述筒體(I)上開設有安裝孔，所述安裝孔與填充有液壓油的腔室同一側，所述液壓檢測裝置(4 )插設於所述安裝孔內。
4.根據權利要求1所述的拉力傳感器，其特徵在於，所述筒體(I)上還設置有與大氣連通的呼吸口，所述呼吸口與未填充液壓油的腔室位於同一側。
5.根據權利要求1-4任一項所述的拉力傳感器，其特徵在於，所述筒體(I)包括筒身、位於所述筒身兩端的第一室法蘭和第二室法蘭，所述第一室法蘭與所述筒身焊接，所述第二室法蘭與所述筒身螺紋連接。
6.根據權利要求5所述的拉力傳感器，其特徵在於，所述第二室法蘭設置有用於與所述第一受拉接頭(61)連接的內螺紋或外螺紋，所述連接部(3)端部也設置有用於與所述第二受拉接頭(62)連接的內螺紋或外螺紋。
7.根據權利要求6所述的拉力傳感器，其特徵在於，所述第二室法蘭和所述第一受拉接頭(61)之間還通過焊接加固，所述連接部(3 )和所述第二受拉接頭(62 )之間也通過焊接加固。
8.根據權利要求5所述的拉力傳感器，其特徵在於，所述第二室法蘭與所述第一受拉接頭(61)之間一體形成，所述連接部(3)與所述第二受拉接頭(62)之間也一體形成。
9.一種力矩限制器，包括角度傳感器、控制器，其特徵在於，還包括權利要求1-8任一項所述的拉力傳感器，所述控制器連接所述角度傳感器和所述拉力傳感器，並根據角度和拉力大小，對設備工況進行監控。
10.一種起重機，包括力矩限制器，其特徵在於，所述力矩限制器包括權利要求1-8任一項所述的拉力傳感器，所述拉力傳感器連接於所述起重機的受拉部件(9)上。
【文檔編號】B66C13/16GK103863959SQ201410072556
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】易小剛, 韓曉東 申請人:三一重工股份有限公司