专利名称：一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机械与电子技术领域，具体涉及一种数字式液压机立柱应力多点在线
检测方法及装置。
背景技术：
液压机本体一股由上横梁、活动横梁、下横梁以及立柱等结构组成。液压机的立 柱起着支撑液压机本体以及为活动横梁导向的作用，承受着液压机加压时所施加的拉伸载 荷，在正常的工作情况下，立柱所承受的载荷是在设计允许的范围内，但是， 一旦操作失误 或者液压机的同步系统出现故障，或者加工时存在较大的偏心载荷，活动横梁都可能发生 较大倾斜，则会对立柱产生一个较大的侧推力，立柱将承受附加应力，一旦应力值超过极限 值后，立柱将会出现断裂等严重事故，将会给企业造成不可挽回的重大损失。据文献记载， 2000吨液压机、6000吨液压机、8000吨液压机等都出现过立柱断裂的严重事故，虽然技术 人员采用了现场焊接等技术来縮短维修时间，但是仍然对企业造成了重大的经济损失。在 没有立柱应力检测与保护系统的情况下，这些事故将会不断的出现。 目前，国内外提出了多种液压机立柱应力检测的方法，主要有应变片法、振弦法、 附着法、电涡流法等。液压机立柱应力检测的核心为传感器的选择及其安装方式。应变片 法采用在液压机立柱表面黏贴应变片的方式来检测立柱的应力，但是应变片本身的检测精 度低，并且容易脱落，无法长期运行；附着法即目前在工程中常用的电阻应变片测量方法， 是考虑到应变片无法长期黏贴在液压机立柱表面而提出的一种方法，但是此类传感器需要 专门定做，并且精度和稳定性也是无法保证的，只是一种方案性研究；振弦法采用振弦式传 感器，其系统构成复杂，不便于安装，环境温度对振弦的影响大，也是一种方案性研究，不适 合应用到液压机复杂的环境下；电涡流法采用电涡流传感器，是一种测位型的检测方法，此 法曾在1万吨和3万吨液压机上使用过，但未运行多久便失效，电涡流传感器本身的热稳定 性和抗干扰能力差，无法胜任液压机复杂的工作环境，即使将电涡流传感器的信号进行模 数转换，采用动态零点的方法，也无法改变电涡流传感器的致命弱点——热稳定性差。
上述检测方法采用的检测元件均为模拟元件，模拟元件本身的检测精度低、稳定 性差、抗干扰能力弱，而液压机工作环境的恶劣，现场的湿度大，温度波动大，电磁环境复 杂，再加上传输的信号为模拟信号，故整个系统的抗干扰能力差，检领U精度低，稳定性差，这 些方法都无法在液压机上进行长期可靠的应力检测。总之，目前还没有一套实用的液压机 立柱应力多点在线检测装置。
发明内容
本发明要解决技术问题是提供一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法及
装置，该装置抗干扰能力强，可靠性高，测量准确性高、实用性强。 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是 —种数字式液压机立柱应力多点在线检测装置，其特征在于，包括设置在液压机立柱上的多个立柱形变检测机构、多个数字接触式位移传感器、可编程逻辑控制器和上位
机；每一个数字接触式位移传感器对应一个立柱形变检测机构； 所有的数字接触式位移传感器均与可编程逻辑控制器通信连接； 可编程逻辑控制器与上位机通信连接； 所述的立柱形变检测机构包括上抱箍、下抱箍、上支架、下支架和位移传递杆；上 抱箍和下抱箍沿竖直方向设置在立柱上；所述的上支架和下支架分别设置在上抱箍和下抱 箍上；在上支架上设有竖直方向的导向铜套；位移传递杆的下端固定在下支架上，上端为 自由端，插装在导向铜套中； 所述的数字接触式位移传感器与所述的自由端相接触。 所述的数字接触式位移传感器为英国Solartron Metrology DP/2/S型号，数字接 触式位移传感器通过RS485总线与可编程逻辑控制器连接。 —种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法，采用多个立柱形变检测机构检测 不同立柱的形变；该形变反应了液压机立柱的应力状况；再由数字接触式位移传感器将该 形变转变成数字信号；多个数字接触式位移传感器输出的数字信号经可编程逻辑控制器实 时汇集到上位机，由上位机根据接收到的数字信号对液压机立柱应力进行实时监控；
所述的立柱形变检测机构包括上抱箍、下抱箍、上支架、下支架和位移传递杆；上 抱箍和下抱箍竖直方向设置在立柱上；所述的上支架和下支架分别设置在上抱箍和下抱箍 上；在上支架上设有竖直方向的导向铜套；位移传递杆的下端固定在下支架上，上端为自 由端，插装在导向铜套中； 所述的数字接触式位移传感器与所述的自由端相接触。 所述的数字接触式位移传感器为英国Solartron Metrology DP/2/S型号，数字接 触式位移传感器通过RS485总线与可编程逻辑控制器连接。 位移传递杆下端具有2个用于调节数字接触式位移传感器线性中点的定位台阶， 且2个定位台阶之间的垂直距离为数字接触式位移传感器的探头从自由位置下压至线性 中点时的行程。两抱箍之间的距离为200mm-500mm。两抱箍之间的测点数为多个。 由位移连杆来传递立两抱箍的微变形，再通过位移-应力的转换关系来转换为应力值。 传感器与位移连杆上端一直保持接触状态。
本发明的有益效果 本发明公开了一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法及装置，采用数字式 的传感器作为核心检测元件，传感器的位移检测精度< 0. 2um(见图6)，温度系数< 0. 01% FS/°C (见图7b)，检测精度和和抗干扰性能优越，特别是温度特性大大的优于电涡流传感 器；所有传感器挂接在一条RS485总线上，形成一个数字化的网络；传感器检测的数据由 PLC负责采集与处理，上位机监控系统实现数据的显示、参数的设定以及故障的报警等，可 以对立柱应力值进行实时在线监控；上位机与PLC之间使用现场总线连接。整个系统从数 据的采集到数据的处理，全部实现了数字化，使得整个系统的检测精度、抗干扰能力都有了 显著的提高；另外传感器安装支架的结构设计更加的精巧，使得传感器的调节与维护更加 的方便。
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本发明已经成功在3万吨液压机上成功运行，经过工业生产恶劣条件下的考证表 明该系统运行稳定，检测精度高，抗干扰能力强，能有效的实现立柱应力的在线监测，可避 免立柱应力值过大而引起的安全隐患，可以提高设备的安全性，延长设备的使用寿命。
本发明可推广至各类大型构件的应力检测。
图1 :数字式液压机立柱应力多点在线检测系统结构原理图； 图2 :传感器安装支架结构图； 图3 :位移传递杆局部放大图； 图4 :数字式传感器输出特性图。
图5 :上位机软件结构框图； 图6 :数字式传感器的误差特性； 图7 :电涡流传感器与数字式传感器的温度特性曲线(a为电涡流传感器的温度特 性曲线，b为数字式传感器的温度特性曲线) 标号说明1-上位机；2-主站PLC ;3-现场总线；4-从站PLC ;5_通讯�？椋� 6-RS485总线；7-传感器接口模块；8-传感器探头；9-上抱箍；10-立柱；ll-下抱箍；12-位 移安装支架；13-位移传递杆；14-下定位块；15-上支架；16-上定位块；17-挡板；18-夹
块；19-螺钉；20-导向铜套；21-下支架；22-螺钉；23-第一定位台阶；22-第二定位台阶。
具体实施例方式
—种数字式液压机立柱应力多点在线检测装置，包括数字式传感器、传感器安装 支架、通讯�？�、可编程逻辑控制器(PLC)、上位机监控系统等。其特征在于，在立柱表面需
要检测的位置固定两抱箍，使用位移传递杆来传递立柱受力时两抱箍之间立柱的微变形，
该微变形由数字式传感器检测，数字式传感器与位移传递杆相接触；PLC与传感器之间的 通讯通过通讯�？槔词迪郑写衅鞴医釉谝惶鮎S485总线上；上位机监控系统具有立 柱应力显示与报警、传感器状态监测、零位及报警值的设定等功能。 图l描述了本发明——一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法及装置结构 原理图。在立柱10表面需要检测的位置固定上抱箍9和下抱箍ll，通过位移传递杆13传 递两抱箍之间立柱的微位移，用传感器探头8检测位移值。传感器安装支架12上，并分布 到现场，负责立柱微位移的采集；通讯模块5与从站PLC4、主站PLC2置于控制室，上位机1 置于操作室；从站PLC4与传感器接口�？�7之间的通讯由通讯�？�5来实现；通讯�？�5 与传感器接口模块7以及传感器接口�？�7之间采用RS485总线6相连接；从站PLC4与通 讯�？�5采用半双工的串行通讯方式进行通讯；从站PLC4通过现场总线3挂接在原有的控 制系统中，负责数据的采集与处理，实现位移-应力的转换并判断应力是否超限；主站PLC2 将从站PLC4采集的数据传递到上位机1中；上位机1具有应力状态的显示与报警、传感器 状态显示，传感器零位的设定，应力阀值的确定等功能。 图2描述了本发明——一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法及装置传感 器安装支架的装配关系在液压机立柱10表面需要检测的位置固定上抱箍9和下抱箍11， 上抱箍9和下抱箍11之间的距离为200mm-500mm(其距离根据实际情况确定)；在上抱箍9
5表面焊接上定位块16，下抱箍11表面焊接下定位块14 ;在上定位块16上通过螺钉固定上 支架15，在下定位块14上通过螺钉固定下支架21 ;导向铜套20固定在上支架15下部的通 孔中；位移传递杆13下部通过螺钉22与下支架21相连，上部穿过导向铜套20 ;传感器探 头8由夹块18和螺钉19固定在上支架15上，传感器探头8与位移传递杆13上部相接触； 传感器探头8处于由上支架15、盖板17所组成的一个密闭的空间内，以保护传感器探头，可 防止现场的油污水汽等的污染，还可屏蔽现场的电磁干扰。 图3和图4描述了本发明——一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法及装 置传感器线性中点的调节方法。安装时，先将位移传递杆13上端穿过导向铜套20，下端的 第一定位台阶23与下支架21的上表面相接触，拧上螺钉22，然后将传感器探头8与位移传 递杆13上端轻微接触，拧紧螺钉19，然后松开螺钉22，将位移传递杆13向上推，使第二定 位台阶24与下支架21的上表面接触，拧紧螺钉22。第一定位台阶23与第二定位台阶24 之间的距离为传感器探头从自由位置下压至线性中点时的行程。如图4所示，自由位置为 传感器探头自然伸长时的位置(即图4中探头压下量为0处)，线性中点为传感器输出量程 的中点(即图4中探头压下量为1. 15mm处)。此调节方法可以快速的将传感器调节至线性 中点，确保传感器在线性范围内工作。使用时，位移传递杆13上端外径大约比导向铜套20 内径小0. 5mm_lmm。 图5描述了本发明——一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法及装置的上 位机软件结构。应力检测系统由5个模块组成实时显示、历史曲线、参数设定、故障诊断和 故障查询。其中实时显示�？榭梢允凳钡南允靖鞲隽⒅鞲霾獾愕挠αχ档拇笮。⒂冒� 图直观动态的显示出应力值的大�。焕肥菽？橐郧叩男问郊锹枷铝⒅挠αχ担� 具有数据查询的功能；参数设定模块可以进行应力报警阀值的设定、传感器零点的设置以 及报警的屏蔽等设置；故障诊断�？槭凳钡募锹枷麓衅鞯淖刺背鱿止收鲜备稣锒� 建议，调整或者更换传感器；故障查询�？榭梢圆檠饭收�。
权利要求
一种数字式液压机立柱应力多点在线检测装置，其特征在于，包括设置在液压机立柱上的多个立柱形变检测机构、多个数字接触式位移传感器、可编程逻辑控制器和上位机；每一个数字接触式位移传感器对应一个立柱形变检测机构；所有的数字接触式位移传感器均与可编程逻辑控制器通信连接；可编程逻辑控制器与上位机通信连接；所述的立柱形变检测机构包括上抱箍、下抱箍、上支架、下支架和位移传递杆；上抱箍和下抱箍沿竖直方向设置在立柱上；所述的上支架和下支架分别设置在上抱箍和下抱箍上；在上支架上设有竖直方向的导向铜套；位移传递杆的下端固定在下支架上，上端为自由端，插装在导向铜套中；所述的数字接触式位移传感器与所述的自由端相接触。
2. 根据权利要求1所述的数字式液压机立柱应力多点在线检测装置，其特征在于，所 述的数字接触式位移传感器为英国Solartron Metrology DP/2/S，数字接触式位移传感器 通过RS485总线与可编程逻辑控制器连接。
3. 根据权利要求3所述的数字式液压机立柱应力多点在线检测装置，其特征在于，位 移传递杆下端具有2个用于调节数字接触式位移传感器线性中点的定位台阶，且2个定位 台阶之间的垂直距离为数字接触式位移传感器的探头从自由位置下压至线性中点时的行 程。
4. 一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法，其特征在于，采用多个立柱形变检 测机构检测不同立柱的形变；该形变反应了液压机立柱的应力状况；再由数字接触式位移 传感器将该形变转变成数字信号；多个数字接触式位移传感器输出的数字信号经可编程逻 辑控制器实时汇集到上位机，由上位机根据接收到的数字信号对液压机立柱应力进行实时 监控；所述的立柱形变检测机构包括上抱箍、下抱箍、上支架、下支架和位移传递杆；上抱箍 和下抱箍竖直方向设置在立柱上；所述的上支架和下支架分别设置在上抱箍和下抱箍上； 在上支架上设有竖直方向的导向铜套；位移传递杆的下端固定在下支架上，上端为自由端， 插装在导向铜套中；所述的数字接触式位移传感器与所述的自由端相接触。
5. 根据权利要求4所述的数字式液压机立柱应力多点在线检测方法，其特征在于，所 述的数字接触式位移传感器为英国Solartron Metrology DP/2/S型号，数字接触式位移传 感器通过RS485总线与可编程逻辑控制器连接。
全文摘要
本发明公开了一种数字式液压机立柱应力多点在线检测方法和装置，该装置包括设置在液压机立柱上的多个立柱形变检测机构、多个数字接触式位移传感器、可编程逻辑控制器和上位机；每一个数字接触式位移传感器对应一个立柱形变检测机构；所有的数字接触式位移传感器均与可编程逻辑控制器通信连接；可编程逻辑控制器与上位机通信连接；所述的立柱形变检测机构包括上抱箍、下抱箍、上支架、下支架和位移传递杆；所述的数字接触式位移传感器与位移传递杆的自由端相接触。该装置抗干扰能力强，可靠性高，测量准确性高、实用性强。
文档编号G01L1/04GK101793572SQ20101012434
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者谭建平, 陈晖 , 龚金利 申请人:中南大学
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