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专利名称：齿轮-齿条传动模式的运行位置检测计数装置的制作方法
技术领域：
本实用新型技术涉及一种用于机械设备的检测装置，具体说是齿轮-齿条传动模 式的运行位置检测计数装置。
背景技术：
在港口装卸系统存在有大量的由开放式齿轮_齿条传动模式驱动的机械设备。在 正常作业当中需要实时监测这些设备的位置。目前国内普遍采用编码器技术进行位置信号 的测量。但是在由于这些设备工作在强震动、高湿度、高粉尘、频繁起停的环境当中，编码器 及其驱动钢丝拉线极易锈蚀、卡滞或损坏。而编码器又因为变频电机的强电磁干扰，读数经 常出现误差，造成设备操作人员对设备位置的误判，影响装卸生产作业。一台旋转编码器及 其附属设备的市场采购价格近两万元，极大地增加了日常维护的成本。
发明内容鉴于上述现状，本实用新型提供了一种齿轮_齿条传动模式的运行位置检测计数 装置，利用检测传动齿轮计数来确定机械位置的装置，通过计算转换，监测驱动齿轮旋转方 向和齿数，计算出对应的机械设备的位置或开度，保证了操作人员对设备位置的准确监测。本实用新型发明的齿轮-齿条传动模式的运行位置检测计数装置，包括在齿轮的 对应一侧设置运动感应器；该运动感应器与信号接收转换器连接。当运动感应器检测到齿 轮运动的信号，信号接收转换器接收到感应器信号后，进行齿轮运动方向判断、计数转换、 显示、输出计数。根据上述方案，所提及的运动感应器由三个电感式接近开关组成，主要用于检测 齿轮运动，并发出齿轮运动的信号。进一步的，信号接收转换器包括转接继电器、方向判断继电器、运算集成电路和4 位显示数码管组成。通过信号接收转换器进行齿轮运动方向判断、计数转换、显示、输出计 数。上述中，运算集成电路选用8031。总之，本实用新型经过运行试验、检查证明，采用脉冲计数测量方法，完成机械位置检测方法完全可行。接近开关检测装置的测量读数，与旋转编码器的测量度吻合度很高， 基本满足预先设计精度，符合操作人员控制要求。其主要体现1抗干扰能力明显高于原系 统模式。主要由于检测数据只是一个开关量的脉冲信号，没有连续的通讯传输，完全可以避 免作业现场大量的电磁谐波对数据通讯的附加干扰。且由于提高工作电压又进一步加强 了抗干扰性能。2采用无接触测量，解决了原来无法解决的机械震动、潮湿、粉尘等一系列 对机械系统的影响，除对开关本体加装简单的防砸防碰撞外，一次调整好，基本无需维护。3 本装置安装于煤二期给料器共有八套。另一深远的意义在于目前港口装卸系统大量采用齿 轮-齿条传动模式，如翻车机、推车机以及定位车等。此类检测方法可以拓展应用于其他大 型设备，做为安全保护的冗余措施，可以取代复杂昂贵的进口装置。也可以做为一种编码器测量的必要保护，以冗余的模式发挥作用。4该装置安装简单，无需改变原机械结构，也无需 复杂的机械加工。装置本身造价低廉，主要三只开关价格仅为一千八百元左右。比起原装 置成本仅为十分之一。

图1是齿轮运动感应器安装示意图；图2是齿轮运动感应器中的检测开关与信号接收转换器电路接口图；图3是1#检测开关经过信号接收转换器电路继电器K1转接后，在方向判断、计数 回路的连接原理图；图4是2#检测开关经过信号接收转换器电路继电器K2转接后，在方向判断、计数 回路的连接原理图；图5是3#检测开关经过信号接收转换器电路继电器K3转接后，在方向判断、计数 回路的连接原理图；图6是检测开关判断齿轮运动方向的原理示意图；图7是检测开关经信号接收转换器电路转接后，信号接收转换器内部继电器判断 齿轮运动方向的原理示意图；图8是转换装置原理框图；图9是信号接收转换器外部接口电路原理图；图10是信号接收转换器内部判断齿轮运动方向、计数继电器原理图；图11是方向判断回路互锁继电器原理图；图12是集成电路双向计数、及距离、开度转换原理框图；图13是信号接收转换器数据显示面板布置图。
具体实施方式
下面将结合附图实施例对本实用新型作进一步说明。由图1所示的齿轮-齿条传动模式的运行位置检测计数装置，在驱动销齿齿轮1 一侧安装用于检测齿轮运动的齿轮运动感应器3，并与驱动销齿齿轮1相对应；该齿轮运动 感应器3与外设的信号接收转换器连接。本实施例中的运动感应器3是采用三个接近开关 SQ1、SQ2、SQ3组成。其检侧方式是通过驱动销齿齿轮1转动时的齿顶2与三个接近开关 SQ1、SQ2、SQ3导通次序来检测开放式齿轮的旋转方向和运动齿数。本实施例的信号接收转 换器包括转接继电器1(1、1(2、1(3、方向判断继电器1(11、1(12、1(13、1(21、1(22、1(23、运算集成电 路8031和4位显示数码管、运动状态灯，调整按键组成。信号接收转换器接收到感应器信 号后，进行齿轮运动方向判断、计数转换、显示、输出计数。为了保证一定的检测精度，在一个齿距尺寸内，采用三只等距离排列的接近开关 SQ1、SQ2、SQ3形成的检测开关，因此可以把单齿齿距的分辨率提高到3倍水平。因此，在满 足检测开关本身的相互安全距离(36毫米)同时又不能超出单齿距的尺寸范围，在齿轮宽 度尺寸范围。所以，采用斜线布置的方式来解决这一问题。上述中，齿轮运动感应器3安装时要求处于中间位置的SQ2检测开关的中心线应 与齿轮轴的轴线平齐。[0026]图2给出了齿轮运动感应器中的检测开关与信号接收转换器电路接口图。三个接 近开关SQ1、SQ2、SQ3分别连接于信号接收转换器中的转接继电器Kl、K2、K3。该接近开关 SQ1称为1#检测开关；接近开关SQ2称为2#检测开关；接近开关SQ3称为3#检测开关。三 个接近开关SQ1、SQ2、SQ3分别连接于信号接收转换器1#-3#端口(见图8)；信号接收转换 器1#_3#端口分别连接于内部转接继电器Kl、K2、K3。接近开关SQ1、SQ2、SQ3导通时，与之 相连接的继电器也导通，向后一级电路传递信号。图3给出了 1#检测开关SQ1经过信号接收转换器电路继电器K1转接后，在方向 判断、计数回路的连接原理图。继电器K21和继电器K13的触点并联后，与K1的触点、KT1 的触点串联接控制继电器K11的线圈的a段；继电器K11接K1的触点和KT1的触点之间。 继电器K12与K22的触点并联后，与K1的触点KT1的触点串联接控制继电器K23的线圈的 f段；继电器K23接K1的触点和KT1的触点之间。图4给出了 2#检测开关SQ2经过信号接收转换器电路继电器K2转接后，在方向 判断、计数回路的连接原理图。继电器K23与继电器K11的触点并联后，与K2的触点KT2 的触点串联接控制继电器K12的线圈的b段；继电器K12接K2的触点和KT2的触点之间。 继电器K13与K21的触点并联后，与K2的触点和KT2的触点串联接控制继电器K22的线圈 e段；继电器K22接K2的触点和KT2的触点之间。图5给出了 3#检测开关经过信号接收转换器电路继电器K3转接后，在方向判断、 计数回路的连接原理图。继电器K22与继电器K12的触点并联后，与K3的触点和KT3的触 点串联接控制继电器K13的线圈的c段；继电器K13接K3的触点和KT3的触点之间。继电 器K11与K23的触点并联后，与K3的触点和KT3的触点串联接控制继电器K21的线圈的d 段；继电器K21接K3的触点和KT3的触点之间。图6给出了检测开关判断齿轮运动方向的原理示意图。当齿轮逆时针旋 转时，闸板向上移动，齿顶与检测开关SQ1 — SQ2 — SQ3之间顺序靠近；检测开关 SQ1 — SQ2 — SQ3 — SQ1按次序循环导通。反之齿轮顺时针转动，闸板向下移动，齿顶与接 近开关SQ3 — SQ2 — SQ1按顺序靠近；接近开关SQ3 — SQ2 — SQ1 — SQ3按照次序循环导通。由此可知，当检测到开关由SQ1 — SQ2或是SQ2 — SQ3、SQ3 — SQ1导通时，就可以 判断闸板是在作上升运动。而检测到开关由SQ3 — SQ2或是SQ2 — SQ1、SQ1 — SQ3导通 时，就可以判断闸板是在作下降运动。图7是检测开关经信号接收转换器电路转接后，信号接收转换器内部继电器判断 齿轮运动方向的原理示意图。由于接近开关SQ1、SQ2、SQ3分别连接于内部继电器K1、继电 器K2、继电器K3，所以继电器K1、继电器K2、继电器K3的接通次序也可以说明外部机械运 动情况。当继电器逆时针旋转为向上方向；反之继电器顺时针转动为向下方向。而由于齿 轮和齿条之间是齿齿啮合的一对一，所以计算出驱动齿轮的运动齿数，即可计算出齿条的 相对运动齿数。图8是转换装置原理框图。三个接近开关SQ1、SQ2、SQ3通过检测开关接口 1#_3# 与信号接收转换器内部转接继电器K1、K2、K3连接，经过方向及计数判断电路处理，向后一 级计数运算电路传递信号，通过计数运算集成电路(8031)处理，最后通过运动状态数据显 示器显示齿轮运动方向及运动齿数。[0034]图9是信号接收转换器外部接口电路原理图。检测用的三个接近开关SQ1、SQ2、 SQ3通过1#、2#、3#号接口，分别连接于内部继电器K1、K2、K3。当齿轮运动接近某一检测 开关时，检测开关将所感应的齿轮运动经过继电器转换，向下一级电路提供脉冲信号。SQ4、 SQ5分别是闸板系统运动机构(被检测系统运动机构)的上下限位，它们分别与信号接收转 换器的低位校验接口 4#、内部继电器K4 ；高位校验接口 5#、内部继电器K5连接，用于确定 系统初始位置数值。图10是信号接收转换器内部判断齿轮运动方向、计数继电器原理图。方向 判断回路当挡板传动齿轮逆时针转动、挡板向上运动时，齿轮齿顶将依次与检测开关 SQ1 — SQ2 — SQ3 — SQ3接近，并使继电器K1、K2、K3依次也导通。而与之相对应的继电器 K11、K12、K13分别得电，进行上升计数。当挡板传动齿轮顺时针转动、挡板向下运动时，齿轮齿顶将依次与检测开关 SQ3 — SQ2 — SQ1 — SQ3接近，并使其依次导通，而与三个开关相对应的三个继电器K21、 K22、K23分别得电，进行下降计数。上升与下降转换原理挡板在任何时刻和位置都有可能发生运动方向的变化，例 如当挡板在上升状态时，齿轮的齿顶停留在检测开关SQ1的位置，此时继电器K11得电导 通，如果电路检测到检测开关SQ2导通，则继电器K12得电继续上升计数；而电路检测到是 检测开关SQ3导通，那么继电器K21将会得电，转而进行下降计数。图11是方向判断回路互锁继电器原理图。连锁回路继电器K1、K2输出触点并联 连接电子式时间继电器KT1 ；继电器K1、K3输出触点并联连接电子式时间继电器KT2 ；继电 器K2、K3输出触点并联连接电子式时间继电器KT3。继电器Kl、K2，K3其中任意一个被接 通后，都启动两个电子式时间继电器，这两个时间继电器将相应计数回路断开。此部分电路 的设置是为了让任一检测开关导通，使本级方向判断与计数继电器得电后，经一个时间周 期后切除前一级计数回路。此电路克服了传统继电器电路无法实现三组电路互锁的难题。图12是集成电路双向计数、及距离、开度转换原理框图。计数及开度转换回路上 升计数继电器K11、K12、K13与计数寄存器401123上升接口连接，下降计数继电器K21、K22、 K23与计数寄存器401123下降接口连接。计数寄存器401123判读的计数脉冲度数，经过减 法寄存器401125和除法寄存器401126的计算，将读数存储在显示寄存器401128中。闸板 的有效行程为1000毫米，在出厂设计时将这1000毫米折算成操作台屏幕显示的100个开 度。本次改造中，间板在1000毫米的行程里，检测电路的计数为51个计数单位，一个计数 单位折合1.964个开度。寄存器401128中的数值即为闸板的开度值。图13是信号接收转换器数据显示面板布置图。其显示面板上升和下降两排运动 状态指示灯1-6 ；4位显示数码管；位于下面的设定键、齿数方向键；距离键。调试方法按 下设定键5S进入系统设置，按下齿数+_键设定齿条齿数；按下距离设置+_键设定行程距 离。然后再驱动所检测的传动机械，使其通过低位校验或高位校验开关，则可完成系统设 置。
权利要求齿轮-齿条传动模式的运行位置检测计数装置，其特征是，包括在齿轮(1)的对应一侧设置齿轮运动感应器(3)；该齿轮运动感应器(3)与信号接收转换器连接。
2.按权利要求1所述的计数检测装置，其特征是，齿轮运动感应器由三个电感式接近 开关组成。
3.按权利要求1所述的计数检测装置，其特征是，信号接收转换器包括转接继电器、方 向判断继电器、运算集成电路和4位显示数码管组成。
专利摘要本实用新型公开了齿轮-齿条传动模式的运行位置检测计数装置，其特征是，包括在齿轮的对应一侧设置齿轮运动感应器；该齿轮运动感应器与信号接收转换器连接。当齿轮运动感应器检测到齿轮运动的信号，信号接收转换器接收到感应器信号后，进行齿轮运动方向判断、计数转换、显示、输出计数。因此，利用电感式接近开关，检测传动齿轮计数来确定机械位置，通过计算转换电路，监测驱动齿轮旋转方向和齿数，经过电路转换处理，计算出对应的机械设备的位置或开度，保证了操作人员对设备位置的准确监测，提高机械位置检测的可靠性。
文档编号G01D5/04GK201575817SQ20092025487
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者李健, 杨孟江, 王余禾, 石岩 申请人:秦皇岛港股份有限公司