通過物體的扭轉力矩計算其張力的裝置及方法
【專利摘要】本發明的通過物體的扭轉力矩計算其張力的裝置，包括由上橫梁、下橫梁、左支架和右支架組成的四邊形框架，特征在于：上橫梁、下橫梁上均開設有與繩索相配合的弧形槽，繩索上設置有由第一夾板、第二夾板和力矩板組成的扭轉結構，力矩板上設置有應變傳感器。本發明的張力計算方法包括：a).固定繩索；b).固定扭轉結構；c).旋轉扭轉結構；d).通過繩索做功；e).獲取扭轉力矩；f).計算繩索的張力；g).對繩索的張力進行判斷。本發明張力計算裝置和方法，根據應變傳感器測得的繩索的扭轉力矩，可準確、可靠地計算出繩索所受張力的大??；當測量得繩索的張力T大于最大安全張力為時，則發出報警信號，提醒工作人員采取防范措施。
【專利說明】通過物體的扭轉力矩計算其張力的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種通過物體的扭轉力矩計算其張力的裝置及方法，更具體的說，尤其涉及一種適用于纖維纏繞所形成繩索的通過扭轉力矩計算其張力的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]金屬絲、化學纖維構成的繩索在諸多場合被廣泛應用，如電梯的牽引鋼絲繩、集裝箱的懸掛繩、船舶的牽引繩等，這種牽引繩索工作時主要施加沿其長度方向的拉力，這使得其以受張力為主。但目前還沒有一種有效、可靠的計算這種繩索所受張力大小的裝置，在繩索施加的拉力超出其承受張力的最大范圍時，不能給出有效的警示或報警，以提示使用者注意和采取積極的防范措置，來避免危險事故的發生。
[0003]譬如，在用繩索懸掛吊運貨物的過程中，經常會出現“壓偏”現象，會使某一根繩索的受力遠遠大于其余繩索的受力，如果不能及時判斷出每根繩索所受張力的狀態，容易造成貨物跌落，引發安全事故。再如，為了有效增加橋梁的跨度，諸多橋梁上均使用懸掛繩索，在行人、車輛經過以及風雨等不同天氣條件的作用下，不同時間段內每根橋梁繩索的受力狀態是不同的，如果不能獲取每根繩索的所受張力狀態，極有可能會使繩索長期處于過拉狀態，時間久了，容易引發安全事故。
【發明內容】
[0004]本發明為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種適用于纖維纏繞所形成繩索的通過扭轉力矩計算其張力的裝置及方法。
[0005]本發明的通過物體的扭轉力矩計算其張力的裝置，包括由上橫梁、下橫梁、左支架和右支架組成的四邊形框架，上橫梁、下橫梁平行地固定于左支架和右支架的兩端；其特別之處在于:所述上橫梁、下橫梁上均開設有與繩索相配合的弧形槽，上橫梁、下橫梁上分別設置有將繩索固定于弧形槽內的上固定板、下固定板，上橫梁與下橫梁之間的繩索上設置有扭轉結構；所述扭轉結構由第一夾板、第二夾板和力矩板組成，第一夾板和第二夾板上設置有與繩索相配合的弧形槽，力矩板與第一夾板和第二夾板均相固定，力矩板上設置有應變傳感器；所述左支架和右支架上均開設有與力矩板相配合的定位槽，定位槽的上方設置有對力矩板進行固定的限位板。
[0006]本發明的通過物體的扭轉力矩計算其張力的裝置，所述上固定板、下固定板通過緊固螺栓分別與上橫梁、下橫梁相固定，第一夾板與第二夾板通過緊固螺栓固定在一起；所述限位板通過旋轉軸轉動固定于左支架或右支架上。
[0007]本發明的通過物體的扭轉力矩計算其張力的裝置，還包括具有采集、運算和控制作用的電路部分，所述電路部分包括微控制器、放大電路、顯示電路和報警電路，放大電路的輸出端與微控制器的A/D轉換接口相連接，顯示電路和報警電路均與微控制器的輸出端相連接，應變傳感器的輸出端經濾波電路后與放大電路的輸入端相連接。
[0008]本發明的通過物體的扭轉力矩計算其張力裝置的計算方法，設上橫梁與下橫梁之間的距離為2 At，扭轉結構位于上橫梁與下橫梁之間的中間位置，繩索由F條螺旋纖維絲構成；力矩板相對于初始位置的旋轉角度為4長度為2 H的繩索中螺旋纖維絲的旋轉角度為;并以上橫梁與下橫梁之間的繩索的中心為坐標原點O，繩索的軸線為z軸，建立空間直角坐標系o-xyz ;設在繩索受到的張力為T時，其所對應的扭轉力矩為設繩索所能承受的最大安全張力為I ;張力計算方法包括以下步驟:a).固定繩索，將繩索置于上
橫梁和下橫梁上的弧形槽中，并分別通過上固定板、和下固定板進行固定，以使繩索在上橫梁和下橫梁的固定處可沿其長度方向運動、而不能繞其長度方向轉動；b).固定扭轉結構，將第一夾板和第二夾板放置于上橫梁與下橫梁之間繩索的中間位置，使繩索位于第一夾板與第二夾板上的弧形槽內，通過緊固螺栓將第一夾板與第二夾板牢固地固定在一起，以使繩索不可相對于第一夾板和第二夾板轉動；c).旋轉扭轉結構，沿繩索纖維的旋轉方向轉動扭轉結構，將力矩板置于左支架上的定位槽中，并將限位板旋轉至朝下位置，以利用限位板實現對力矩板的限位作用；d).通過繩索做功，利用繩索對物體進行牽引，繩索會受到張力作用；繩索受到張力的同時會使力矩板發生形變；e).獲取扭轉力矩，電路部分通過測量應變傳感器的形變量，來獲取此時的扭轉力矩，設扭轉力矩為/ ;f).計算繩索的張力，依據步驟e)中測得的扭轉力矩，通過公式(I)計算出繩索所受到的張力r ；
【權利要求】
1.一種通過物體的扭轉力矩計算其張力的裝置，包括由上橫梁(I)、下橫梁(2)、左支架(3)和右支架(4)組成的四邊形框架，上橫梁、下橫梁平行地固定于左支架和右支架的兩端；其特征在于:所述上橫梁、下橫梁上均開設有與繩索(5)相配合的弧形槽，上橫梁、下橫梁上分別設置有將繩索固定于弧形槽內的上固定板(6)、下固定板(7)，上橫梁與下橫梁之間的繩索上設置有扭轉結構；所述扭轉結構由第一夾板(8)、第二夾板(9)和力矩板(10)組成，第一夾板和第二夾板上設置有與繩索相配合的弧形槽，力矩板與第一夾板和第二夾板均相固定，力矩板上設置有應變傳感器(11);所述左支架和右支架上均開設有與力矩板相配合的定位槽(13)，定位槽的上方設置有對力矩板進行固定的限位板(14)。
2.根據權利要求1所述的通過物體的扭轉力矩計算其張力的裝置，其特征在于:所述上固定板(6)、下固定板(7)通過緊固螺栓(12)分別與上橫梁(I)、下橫梁(2)相固定，第一夾板(8)與第二夾板(9)通過緊固螺栓固定在一起；所述限位板(14)通過旋轉軸(15)轉動固定于左支架(3)或右支架(4)上。
3.根據權利要求1或2所述的通過物體的扭轉力 矩計算其張力的裝置，其特征在于:還包括具有采集、運算和控制作用的電路部分，所述電路部分包括微控制器(18)、放大電路(17)、顯示電路(19)和報警電路(30)，放大電路的輸出端與微控制器的A/D轉換接口相連接，顯示電路和報警電路均與微控制器的輸出端相連接，應變傳感器的輸出端經濾波電路后與放大電路的輸入端相連接。
4.一種根據權利要求1所述的通過物體的扭轉力矩計算其張力裝置的計算方法，設上橫梁(I)與下橫梁(2)之間的距離為2 I，扭轉結構位于上橫梁(I)與下橫梁(2)之間的中間位置，繩索(5)由￥條螺旋纖維絲構成；力矩板(10)相對于初始位置的旋轉角度為f，長度為2 H的繩索中螺旋纖維絲的旋轉角度為;并以上橫梁與下橫梁之間的繩索的中心為坐標原點O，繩索的軸線為z軸，建立空間直角坐標系o-xyz ;設在繩索受到的張力為T時，其所對應的扭轉力矩為，設繩索所能承受的最大安全張力為U ;張力計算方法包括以下步驟: a).固定繩索，將繩索(5)置于上橫梁(I)和下橫梁(2)上的弧形槽中，并分別通過上固定板(6)、和下固定板(7)進行固定，以使繩索在上橫梁和下橫梁的固定處可沿其長度方向運動、而不能繞其長度方向轉動； b).固定扭轉結構，將第一夾板(8)和第二夾板(9)放置于上橫梁與下橫梁之間繩索的中間位置，使繩索位于第一夾板與第二夾板上的弧形槽內，通過緊固螺栓(12)將第一夾板與第二夾板牢固地固定在一起，以使繩索不可相對于第一夾板和第二夾板轉動； c).旋轉扭轉結構，沿繩索纖維的旋轉方向轉動扭轉結構，將力矩板置于左支架(3)上的定位槽(13)中，并將限位板(14)旋轉至朝下位置，以利用限位板(14)實現對力矩板的限位作用； d).通過繩索做功，利用繩索對物體進行牽引，繩索會受到張力作用；繩索受到張力的同時會使力矩板發生形變； e).獲取扭轉力矩，電路部分通過測量應變傳感器(11)的形變量，來獲取此時的扭轉力矩，設扭轉力矩為i?; f).計算繩索的張力，依據步驟e)中測得的扭轉力矩，通過公式(I)計算出繩索所受到的張力T ;
【文檔編號】G01L5/04GK103759875SQ201410029085
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】楊英, 李蓓, 陳麗娟, 陳振婭, 文立強, 王繼志, 楊光 申請人:山東省計算中心
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