專利名稱：齒輪-齒條傳動模式的運行位置檢測計數(shù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型技術(shù)涉及一種用于機械設(shè)備的檢測裝置，具體說是齒輪-齒條傳動模 式的運行位置檢測計數(shù)裝置。
背景技術(shù)：
在港口裝卸系統(tǒng)存在有大量的由開放式齒輪_齒條傳動模式驅(qū)動的機械設(shè)備。在 正常作業(yè)當中需要實時監(jiān)測這些設(shè)備的位置。目前國內(nèi)普遍采用編碼器技術(shù)進行位置信號 的測量。但是在由于這些設(shè)備工作在強震動、高濕度、高粉塵、頻繁起停的環(huán)境當中，編碼器 及其驅(qū)動鋼絲拉線極易銹蝕、卡滯或損壞。而編碼器又因為變頻電機的強電磁干擾，讀數(shù)經(jīng) 常出現(xiàn)誤差，造成設(shè)備操作人員對設(shè)備位置的誤判，影響裝卸生產(chǎn)作業(yè)。一臺旋轉(zhuǎn)編碼器及 其附屬設(shè)備的市場采購價格近兩萬元，極大地增加了日常維護的成本。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)狀，本實用新型提供了一種齒輪_齒條傳動模式的運行位置檢測計數(shù) 裝置，利用檢測傳動齒輪計數(shù)來確定機械位置的裝置，通過計算轉(zhuǎn)換，監(jiān)測驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)方 向和齒數(shù)，計算出對應(yīng)的機械設(shè)備的位置或開度，保證了操作人員對設(shè)備位置的準確監(jiān)測。本實用新型發(fā)明的齒輪-齒條傳動模式的運行位置檢測計數(shù)裝置，包括在齒輪的 對應(yīng)一側(cè)設(shè)置運動感應(yīng)器；該運動感應(yīng)器與信號接收轉(zhuǎn)換器連接。當運動感應(yīng)器檢測到齒 輪運動的信號，信號接收轉(zhuǎn)換器接收到感應(yīng)器信號后，進行齒輪運動方向判斷、計數(shù)轉(zhuǎn)換、 顯示、輸出計數(shù)。根據(jù)上述方案，所提及的運動感應(yīng)器由三個電感式接近開關(guān)組成，主要用于檢測 齒輪運動，并發(fā)出齒輪運動的信號。進一步的，信號接收轉(zhuǎn)換器包括轉(zhuǎn)接繼電器、方向判斷繼電器、運算集成電路和4 位顯示數(shù)碼管組成。通過信號接收轉(zhuǎn)換器進行齒輪運動方向判斷、計數(shù)轉(zhuǎn)換、顯示、輸出計 數(shù)。上述中，運算集成電路選用8031。總之，本實用新型經(jīng)過運行試驗、檢查證明，采用脈沖計數(shù)測量方法，完成機械位置檢測方法完全可行。接近開關(guān)檢測裝置的測量讀數(shù)，與旋轉(zhuǎn)編碼器的測量度吻合度很高， 基本滿足預先設(shè)計精度，符合操作人員控制要求。其主要體現(xiàn)1抗干擾能力明顯高于原系 統(tǒng)模式。主要由于檢測數(shù)據(jù)只是一個開關(guān)量的脈沖信號，沒有連續(xù)的通訊傳輸，完全可以避 免作業(yè)現(xiàn)場大量的電磁諧波對數(shù)據(jù)通訊的附加干擾。且由于提高工作電壓又進一步加強 了抗干擾性能。2采用無接觸測量，解決了原來無法解決的機械震動、潮濕、粉塵等一系列 對機械系統(tǒng)的影響，除對開關(guān)本體加裝簡單的防砸防碰撞外，一次調(diào)整好，基本無需維護。3 本裝置安裝于煤二期給料器共有八套。另一深遠的意義在于目前港口裝卸系統(tǒng)大量采用齒 輪-齒條傳動模式，如翻車機、推車機以及定位車等。此類檢測方法可以拓展應(yīng)用于其他大 型設(shè)備，做為安全保護的冗余措施，可以取代復雜昂貴的進口裝置。也可以做為一種編碼器測量的必要保護，以冗余的模式發(fā)揮作用。4該裝置安裝簡單，無需改變原機械結(jié)構(gòu)，也無需 復雜的機械加工。裝置本身造價低廉，主要三只開關(guān)價格僅為一千八百元左右。比起原裝 置成本僅為十分之一。

圖1是齒輪運動感應(yīng)器安裝示意圖；圖2是齒輪運動感應(yīng)器中的檢測開關(guān)與信號接收轉(zhuǎn)換器電路接口圖；圖3是1#檢測開關(guān)經(jīng)過信號接收轉(zhuǎn)換器電路繼電器K1轉(zhuǎn)接后，在方向判斷、計數(shù) 回路的連接原理圖；圖4是2#檢測開關(guān)經(jīng)過信號接收轉(zhuǎn)換器電路繼電器K2轉(zhuǎn)接后，在方向判斷、計數(shù) 回路的連接原理圖；圖5是3#檢測開關(guān)經(jīng)過信號接收轉(zhuǎn)換器電路繼電器K3轉(zhuǎn)接后，在方向判斷、計數(shù) 回路的連接原理圖；圖6是檢測開關(guān)判斷齒輪運動方向的原理示意圖；圖7是檢測開關(guān)經(jīng)信號接收轉(zhuǎn)換器電路轉(zhuǎn)接后，信號接收轉(zhuǎn)換器內(nèi)部繼電器判斷 齒輪運動方向的原理示意圖；圖8是轉(zhuǎn)換裝置原理框圖；圖9是信號接收轉(zhuǎn)換器外部接口電路原理圖；圖10是信號接收轉(zhuǎn)換器內(nèi)部判斷齒輪運動方向、計數(shù)繼電器原理圖；圖11是方向判斷回路互鎖繼電器原理圖；圖12是集成電路雙向計數(shù)、及距離、開度轉(zhuǎn)換原理框圖；圖13是信號接收轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)顯示面板布置圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步說明。由圖1所示的齒輪-齒條傳動模式的運行位置檢測計數(shù)裝置，在驅(qū)動銷齒齒輪1 一側(cè)安裝用于檢測齒輪運動的齒輪運動感應(yīng)器3，并與驅(qū)動銷齒齒輪1相對應(yīng)；該齒輪運動 感應(yīng)器3與外設(shè)的信號接收轉(zhuǎn)換器連接。本實施例中的運動感應(yīng)器3是采用三個接近開關(guān) SQ1、SQ2、SQ3組成。其檢側(cè)方式是通過驅(qū)動銷齒齒輪1轉(zhuǎn)動時的齒頂2與三個接近開關(guān) SQ1、SQ2、SQ3導通次序來檢測開放式齒輪的旋轉(zhuǎn)方向和運動齒數(shù)。本實施例的信號接收轉(zhuǎn) 換器包括轉(zhuǎn)接繼電器1(1、1(2、1(3、方向判斷繼電器1(11、1(12、1(13、1(21、1(22、1(23、運算集成電 路8031和4位顯示數(shù)碼管、運動狀態(tài)燈，調(diào)整按鍵組成。信號接收轉(zhuǎn)換器接收到感應(yīng)器信 號后，進行齒輪運動方向判斷、計數(shù)轉(zhuǎn)換、顯示、輸出計數(shù)。為了保證一定的檢測精度，在一個齒距尺寸內(nèi)，采用三只等距離排列的接近開關(guān) SQ1、SQ2、SQ3形成的檢測開關(guān)，因此可以把單齒齒距的分辨率提高到3倍水平。因此，在滿 足檢測開關(guān)本身的相互安全距離(36毫米)同時又不能超出單齒距的尺寸范圍，在齒輪寬 度尺寸范圍。所以，采用斜線布置的方式來解決這一問題。上述中，齒輪運動感應(yīng)器3安裝時要求處于中間位置的SQ2檢測開關(guān)的中心線應(yīng) 與齒輪軸的軸線平齊。[0026]圖2給出了齒輪運動感應(yīng)器中的檢測開關(guān)與信號接收轉(zhuǎn)換器電路接口圖。三個接 近開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3分別連接于信號接收轉(zhuǎn)換器中的轉(zhuǎn)接繼電器Kl、K2、K3。該接近開關(guān) SQ1稱為1#檢測開關(guān)；接近開關(guān)SQ2稱為2#檢測開關(guān)；接近開關(guān)SQ3稱為3#檢測開關(guān)。三 個接近開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3分別連接于信號接收轉(zhuǎn)換器1#-3#端口(見圖8)；信號接收轉(zhuǎn)換 器1#_3#端口分別連接于內(nèi)部轉(zhuǎn)接繼電器Kl、K2、K3。接近開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3導通時，與之 相連接的繼電器也導通，向后一級電路傳遞信號。圖3給出了 1#檢測開關(guān)SQ1經(jīng)過信號接收轉(zhuǎn)換器電路繼電器K1轉(zhuǎn)接后，在方向 判斷、計數(shù)回路的連接原理圖。繼電器K21和繼電器K13的觸點并聯(lián)后，與K1的觸點、KT1 的觸點串聯(lián)接控制繼電器K11的線圈的a段；繼電器K11接K1的觸點和KT1的觸點之間。 繼電器K12與K22的觸點并聯(lián)后，與K1的觸點KT1的觸點串聯(lián)接控制繼電器K23的線圈的 f段；繼電器K23接K1的觸點和KT1的觸點之間。圖4給出了 2#檢測開關(guān)SQ2經(jīng)過信號接收轉(zhuǎn)換器電路繼電器K2轉(zhuǎn)接后，在方向 判斷、計數(shù)回路的連接原理圖。繼電器K23與繼電器K11的觸點并聯(lián)后，與K2的觸點KT2 的觸點串聯(lián)接控制繼電器K12的線圈的b段；繼電器K12接K2的觸點和KT2的觸點之間。 繼電器K13與K21的觸點并聯(lián)后，與K2的觸點和KT2的觸點串聯(lián)接控制繼電器K22的線圈 e段；繼電器K22接K2的觸點和KT2的觸點之間。圖5給出了 3#檢測開關(guān)經(jīng)過信號接收轉(zhuǎn)換器電路繼電器K3轉(zhuǎn)接后，在方向判斷、 計數(shù)回路的連接原理圖。繼電器K22與繼電器K12的觸點并聯(lián)后，與K3的觸點和KT3的觸 點串聯(lián)接控制繼電器K13的線圈的c段；繼電器K13接K3的觸點和KT3的觸點之間。繼電 器K11與K23的觸點并聯(lián)后，與K3的觸點和KT3的觸點串聯(lián)接控制繼電器K21的線圈的d 段；繼電器K21接K3的觸點和KT3的觸點之間。圖6給出了檢測開關(guān)判斷齒輪運動方向的原理示意圖。當齒輪逆時針旋 轉(zhuǎn)時，閘板向上移動，齒頂與檢測開關(guān)SQ1 — SQ2 — SQ3之間順序靠近；檢測開關(guān) SQ1 — SQ2 — SQ3 — SQ1按次序循環(huán)導通。反之齒輪順時針轉(zhuǎn)動，閘板向下移動，齒頂與接 近開關(guān)SQ3 — SQ2 — SQ1按順序靠近；接近開關(guān)SQ3 — SQ2 — SQ1 — SQ3按照次序循環(huán)導通。由此可知，當檢測到開關(guān)由SQ1 — SQ2或是SQ2 — SQ3、SQ3 — SQ1導通時，就可以 判斷閘板是在作上升運動。而檢測到開關(guān)由SQ3 — SQ2或是SQ2 — SQ1、SQ1 — SQ3導通 時，就可以判斷閘板是在作下降運動。圖7是檢測開關(guān)經(jīng)信號接收轉(zhuǎn)換器電路轉(zhuǎn)接后，信號接收轉(zhuǎn)換器內(nèi)部繼電器判斷 齒輪運動方向的原理示意圖。由于接近開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3分別連接于內(nèi)部繼電器K1、繼電 器K2、繼電器K3，所以繼電器K1、繼電器K2、繼電器K3的接通次序也可以說明外部機械運 動情況。當繼電器逆時針旋轉(zhuǎn)為向上方向；反之繼電器順時針轉(zhuǎn)動為向下方向。而由于齒 輪和齒條之間是齒齒嚙合的一對一，所以計算出驅(qū)動齒輪的運動齒數(shù)，即可計算出齒條的 相對運動齒數(shù)。圖8是轉(zhuǎn)換裝置原理框圖。三個接近開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3通過檢測開關(guān)接口 1#_3# 與信號接收轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)接繼電器K1、K2、K3連接，經(jīng)過方向及計數(shù)判斷電路處理，向后一 級計數(shù)運算電路傳遞信號，通過計數(shù)運算集成電路(8031)處理，最后通過運動狀態(tài)數(shù)據(jù)顯 示器顯示齒輪運動方向及運動齒數(shù)。[0034]圖9是信號接收轉(zhuǎn)換器外部接口電路原理圖。檢測用的三個接近開關(guān)SQ1、SQ2、 SQ3通過1#、2#、3#號接口，分別連接于內(nèi)部繼電器K1、K2、K3。當齒輪運動接近某一檢測 開關(guān)時，檢測開關(guān)將所感應(yīng)的齒輪運動經(jīng)過繼電器轉(zhuǎn)換，向下一級電路提供脈沖信號。SQ4、 SQ5分別是閘板系統(tǒng)運動機構(gòu)(被檢測系統(tǒng)運動機構(gòu))的上下限位，它們分別與信號接收轉(zhuǎn) 換器的低位校驗接口 4#、內(nèi)部繼電器K4 ；高位校驗接口 5#、內(nèi)部繼電器K5連接，用于確定 系統(tǒng)初始位置數(shù)值。圖10是信號接收轉(zhuǎn)換器內(nèi)部判斷齒輪運動方向、計數(shù)繼電器原理圖。方向 判斷回路當擋板傳動齒輪逆時針轉(zhuǎn)動、擋板向上運動時，齒輪齒頂將依次與檢測開關(guān) SQ1 — SQ2 — SQ3 — SQ3接近，并使繼電器K1、K2、K3依次也導通。而與之相對應(yīng)的繼電器 K11、K12、K13分別得電，進行上升計數(shù)。當擋板傳動齒輪順時針轉(zhuǎn)動、擋板向下運動時，齒輪齒頂將依次與檢測開關(guān) SQ3 — SQ2 — SQ1 — SQ3接近，并使其依次導通，而與三個開關(guān)相對應(yīng)的三個繼電器K21、 K22、K23分別得電，進行下降計數(shù)。上升與下降轉(zhuǎn)換原理擋板在任何時刻和位置都有可能發(fā)生運動方向的變化，例 如當擋板在上升狀態(tài)時，齒輪的齒頂停留在檢測開關(guān)SQ1的位置，此時繼電器K11得電導 通，如果電路檢測到檢測開關(guān)SQ2導通，則繼電器K12得電繼續(xù)上升計數(shù)；而電路檢測到是 檢測開關(guān)SQ3導通，那么繼電器K21將會得電，轉(zhuǎn)而進行下降計數(shù)。圖11是方向判斷回路互鎖繼電器原理圖。連鎖回路繼電器K1、K2輸出觸點并聯(lián) 連接電子式時間繼電器KT1 ；繼電器K1、K3輸出觸點并聯(lián)連接電子式時間繼電器KT2 ；繼電 器K2、K3輸出觸點并聯(lián)連接電子式時間繼電器KT3。繼電器Kl、K2，K3其中任意一個被接 通后，都啟動兩個電子式時間繼電器，這兩個時間繼電器將相應(yīng)計數(shù)回路斷開。此部分電路 的設(shè)置是為了讓任一檢測開關(guān)導通，使本級方向判斷與計數(shù)繼電器得電后，經(jīng)一個時間周 期后切除前一級計數(shù)回路。此電路克服了傳統(tǒng)繼電器電路無法實現(xiàn)三組電路互鎖的難題。圖12是集成電路雙向計數(shù)、及距離、開度轉(zhuǎn)換原理框圖。計數(shù)及開度轉(zhuǎn)換回路上 升計數(shù)繼電器K11、K12、K13與計數(shù)寄存器401123上升接口連接，下降計數(shù)繼電器K21、K22、 K23與計數(shù)寄存器401123下降接口連接。計數(shù)寄存器401123判讀的計數(shù)脈沖度數(shù)，經(jīng)過減 法寄存器401125和除法寄存器401126的計算，將讀數(shù)存儲在顯示寄存器401128中。閘板 的有效行程為1000毫米，在出廠設(shè)計時將這1000毫米折算成操作臺屏幕顯示的100個開 度。本次改造中，間板在1000毫米的行程里，檢測電路的計數(shù)為51個計數(shù)單位，一個計數(shù) 單位折合1.964個開度。寄存器401128中的數(shù)值即為閘板的開度值。圖13是信號接收轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)顯示面板布置圖。其顯示面板上升和下降兩排運動 狀態(tài)指示燈1-6 ；4位顯示數(shù)碼管；位于下面的設(shè)定鍵、齒數(shù)方向鍵；距離鍵。調(diào)試方法按 下設(shè)定鍵5S進入系統(tǒng)設(shè)置，按下齒數(shù)+_鍵設(shè)定齒條齒數(shù)；按下距離設(shè)置+_鍵設(shè)定行程距 離。然后再驅(qū)動所檢測的傳動機械，使其通過低位校驗或高位校驗開關(guān)，則可完成系統(tǒng)設(shè) 置。
權(quán)利要求齒輪-齒條傳動模式的運行位置檢測計數(shù)裝置，其特征是，包括在齒輪(1)的對應(yīng)一側(cè)設(shè)置齒輪運動感應(yīng)器(3)；該齒輪運動感應(yīng)器(3)與信號接收轉(zhuǎn)換器連接。
2.按權(quán)利要求1所述的計數(shù)檢測裝置，其特征是，齒輪運動感應(yīng)器由三個電感式接近 開關(guān)組成。
3.按權(quán)利要求1所述的計數(shù)檢測裝置，其特征是，信號接收轉(zhuǎn)換器包括轉(zhuǎn)接繼電器、方 向判斷繼電器、運算集成電路和4位顯示數(shù)碼管組成。
專利摘要本實用新型公開了齒輪-齒條傳動模式的運行位置檢測計數(shù)裝置，其特征是，包括在齒輪的對應(yīng)一側(cè)設(shè)置齒輪運動感應(yīng)器；該齒輪運動感應(yīng)器與信號接收轉(zhuǎn)換器連接。當齒輪運動感應(yīng)器檢測到齒輪運動的信號，信號接收轉(zhuǎn)換器接收到感應(yīng)器信號后，進行齒輪運動方向判斷、計數(shù)轉(zhuǎn)換、顯示、輸出計數(shù)。因此，利用電感式接近開關(guān)，檢測傳動齒輪計數(shù)來確定機械位置，通過計算轉(zhuǎn)換電路，監(jiān)測驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)方向和齒數(shù)，經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換處理，計算出對應(yīng)的機械設(shè)備的位置或開度，保證了操作人員對設(shè)備位置的準確監(jiān)測，提高機械位置檢測的可靠性。
文檔編號G01D5/04GK201575817SQ20092025487
公開日2010年9月8日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者李健, 楊孟江, 王余禾, 石巖 申請人:秦皇島港股份有限公司