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通过物体的扭转力矩计算其张力的装置及方法
【专利摘要】本发明的通过物体的扭转力矩计算其张力的装置，包括由上横梁、下横梁、左支架和右支架组成的四边形框架，特征在于：上横梁、下横梁上均开设有与绳索相配合的弧形槽，绳索上设置有由第一夹板、第二夹板和力矩板组成的扭转结构，力矩板上设置有应变传感器。本发明的张力计算方法包括：a).固定绳索；b).固定扭转结构；c).旋转扭转结构；d).通过绳索做功；e).获取扭转力矩；f).计算绳索的张力；g).对绳索的张力进行判断。本发明张力计算装置和方法，根据应变传感器测得的绳索的扭转力矩，可准确、可靠地计算出绳索所受张力的大小；当测量得绳索的张力T大于最大安全张力为时，则发出报警信号，提醒工作人员采取防范措施。
【专利说明】通过物体的扭转力矩计算其张力的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过物体的扭转力矩计算其张力的装置及方法，更具体的说，尤其涉及一种适用于纤维缠绕所形成绳索的通过扭转力矩计算其张力的装置及方法。
【背景技术】
[0002]金属丝、化学纤维构成的绳索在诸多场合被广泛应用，如电梯的牵引钢丝绳、集装箱的悬挂绳、船舶的牵引绳等，这种牵引绳索工作时主要施加沿其长度方向的拉力，这使得其以受张力为主。但目前还没有一种有效、可靠的计算这种绳索所受张力大小的装置，在绳索施加的拉力超出其承受张力的最大范围时，不能给出有效的警示或报警，以提示使用者注意和采取积极的防范措置，来避免危险事故的发生。
[0003]譬如，在用绳索悬挂吊运货物的过程中，经常会出现“压偏”现象，会使某一根绳索的受力远远大于其余绳索的受力，如果不能及时判断出每根绳索所受张力的状态，容易造成货物跌落，引发安全事故。再如，为了有效增加桥梁的跨度，诸多桥梁上均使用悬挂绳索，在行人、车辆经过以及风雨等不同天气条件的作用下，不同时间段内每根桥梁绳索的受力状态是不同的，如果不能获取每根绳索的所受张力状态，极有可能会使绳索长期处于过拉状态，时间久了，容易引发安全事故。

【发明内容】

[0004]本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种适用于纤维缠绕所形成绳索的通过扭转力矩计算其张力的装置及方法。
[0005]本发明的通过物体的扭转力矩计算其张力的装置，包括由上横梁、下横梁、左支架和右支架组成的四边形框架，上横梁、下横梁平行地固定于左支架和右支架的两端；其特别之处在于:所述上横梁、下横梁上均开设有与绳索相配合的弧形槽，上横梁、下横梁上分别设置有将绳索固定于弧形槽内的上固定板、下固定板，上横梁与下横梁之间的绳索上设置有扭转结构；所述扭转结构由第一夹板、第二夹板和力矩板组成，第一夹板和第二夹板上设置有与绳索相配合的弧形槽，力矩板与第一夹板和第二夹板均相固定，力矩板上设置有应变传感器；所述左支架和右支架上均开设有与力矩板相配合的定位槽，定位槽的上方设置有对力矩板进行固定的限位板。
[0006]本发明的通过物体的扭转力矩计算其张力的装置，所述上固定板、下固定板通过紧固螺栓分别与上横梁、下横梁相固定，第一夹板与第二夹板通过紧固螺栓固定在一起；所述限位板通过旋转轴转动固定于左支架或右支架上。
[0007]本发明的通过物体的扭转力矩计算其张力的装置，还包括具有采集、运算和控制作用的电路部分，所述电路部分包括微控制器、放大电路、显示电路和报警电路，放大电路的输出端与微控制器的A/D转换接口相连接，显示电路和报警电路均与微控制器的输出端相连接，应变传感器的输出端经滤波电路后与放大电路的输入端相连接。
[0008]本发明的通过物体的扭转力矩计算其张力装置的计算方法，设上横梁与下横梁之间的距离为2 At，扭转结构位于上横梁与下横梁之间的中间位置，绳索由F条螺旋纤维丝构成；力矩板相对于初始位置的旋转角度为4长度为2 H的绳索中螺旋纤维丝的旋转角度为;并以上横梁与下横梁之间的绳索的中心为坐标原点O，绳索的轴线为z轴，建立空间直角坐标系o-xyz ;设在绳索受到的张力为T时，其所对应的扭转力矩为设绳索所能承受的最大安全张力为I ;张力计算方法包括以下步骤:a).固定绳索，将绳索置于上
横梁和下横梁上的弧形槽中，并分别通过上固定板、和下固定板进行固定，以使绳索在上横梁和下横梁的固定处可沿其长度方向运动、而不能绕其长度方向转动；b).固定扭转结构，将第一夹板和第二夹板放置于上横梁与下横梁之间绳索的中间位置，使绳索位于第一夹板与第二夹板上的弧形槽内，通过紧固螺栓将第一夹板与第二夹板牢固地固定在一起，以使绳索不可相对于第一夹板和第二夹板转动；c).旋转扭转结构，沿绳索纤维的旋转方向转动扭转结构，将力矩板置于左支架上的定位槽中，并将限位板旋转至朝下位置，以利用限位板实现对力矩板的限位作用；d).通过绳索做功，利用绳索对物体进行牵引，绳索会受到张力作用；绳索受到张力的同时会使力矩板发生形变；e).获取扭转力矩，电路部分通过测量应变传感器的形变量，来获取此时的扭转力矩，设扭转力矩为/ ;f).计算绳索的张力，依据步骤e)中测得的扭转力矩，通过公式(I)计算出绳索所受到的张力r ；
【权利要求】
1.一种通过物体的扭转力矩计算其张力的装置，包括由上横梁(I)、下横梁(2)、左支架(3)和右支架(4)组成的四边形框架，上横梁、下横梁平行地固定于左支架和右支架的两端；其特征在于:所述上横梁、下横梁上均开设有与绳索(5)相配合的弧形槽，上横梁、下横梁上分别设置有将绳索固定于弧形槽内的上固定板(6)、下固定板(7)，上横梁与下横梁之间的绳索上设置有扭转结构；所述扭转结构由第一夹板(8)、第二夹板(9)和力矩板(10)组成，第一夹板和第二夹板上设置有与绳索相配合的弧形槽，力矩板与第一夹板和第二夹板均相固定，力矩板上设置有应变传感器(11);所述左支架和右支架上均开设有与力矩板相配合的定位槽(13)，定位槽的上方设置有对力矩板进行固定的限位板(14)。
2.根据权利要求1所述的通过物体的扭转力矩计算其张力的装置，其特征在于:所述上固定板(6)、下固定板(7)通过紧固螺栓(12)分别与上横梁(I)、下横梁(2)相固定，第一夹板(8)与第二夹板(9)通过紧固螺栓固定在一起；所述限位板(14)通过旋转轴(15)转动固定于左支架(3)或右支架(4)上。
3.根据权利要求1或2所述的通过物体的扭转力 矩计算其张力的装置，其特征在于:还包括具有采集、运算和控制作用的电路部分，所述电路部分包括微控制器(18)、放大电路(17)、显示电路(19)和报警电路(30)，放大电路的输出端与微控制器的A/D转换接口相连接，显示电路和报警电路均与微控制器的输出端相连接，应变传感器的输出端经滤波电路后与放大电路的输入端相连接。
4.一种根据权利要求1所述的通过物体的扭转力矩计算其张力装置的计算方法，设上横梁(I)与下横梁(2)之间的距离为2 I，扭转结构位于上横梁(I)与下横梁(2)之间的中间位置，绳索(5)由￥条螺旋纤维丝构成；力矩板(10)相对于初始位置的旋转角度为f，长度为2 H的绳索中螺旋纤维丝的旋转角度为;并以上横梁与下横梁之间的绳索的中心为坐标原点O，绳索的轴线为z轴，建立空间直角坐标系o-xyz ;设在绳索受到的张力为T时，其所对应的扭转力矩为，设绳索所能承受的最大安全张力为U ;张力计算方法包括以下步骤: a).固定绳索，将绳索(5)置于上横梁(I)和下横梁(2)上的弧形槽中，并分别通过上固定板(6)、和下固定板(7)进行固定，以使绳索在上横梁和下横梁的固定处可沿其长度方向运动、而不能绕其长度方向转动； b).固定扭转结构，将第一夹板(8)和第二夹板(9)放置于上横梁与下横梁之间绳索的中间位置，使绳索位于第一夹板与第二夹板上的弧形槽内，通过紧固螺栓(12)将第一夹板与第二夹板牢固地固定在一起，以使绳索不可相对于第一夹板和第二夹板转动； c).旋转扭转结构，沿绳索纤维的旋转方向转动扭转结构，将力矩板置于左支架(3)上的定位槽(13)中，并将限位板(14)旋转至朝下位置，以利用限位板(14)实现对力矩板的限位作用； d).通过绳索做功，利用绳索对物体进行牵引，绳索会受到张力作用；绳索受到张力的同时会使力矩板发生形变； e).获取扭转力矩，电路部分通过测量应变传感器(11)的形变量，来获取此时的扭转力矩，设扭转力矩为i?; f).计算绳索的张力，依据步骤e)中测得的扭转力矩，通过公式(I)计算出绳索所受到的张力T ;
【文档编号】G01L5/04GK103759875SQ201410029085
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】杨英, 李蓓, 陈丽娟, 陈振娅, 文立强, 王继志, 杨光 申请人:山东省计算中心