一种变缆径的缆绳自适应排缆的装置及实现方法
阅读说明：本技术 一种变缆径的缆绳自适应排缆的装置及实现方法 (Cable diameter-variable cable self-adaptive cable arranging device and implementation method ) 是由 陈洪兴 章远香 徐泳� 王颖 裘洪儿 于 2021-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种变缆径的缆绳自适应排缆的装置及实现方法,为针对粗细缓变的缆径不均匀的缆绳排列到储缆机构的一种自适应方法。在原有二个编码器的基础上,增加了一个绝对型编码器,采用液压比例阀驱动排缆机构进行自适应排缆,有效地克服了基于接近开关的排缆问题,解决了由于排缆机构的运动不均匀或振荡产生的排缆间隙不一致问题以及容易叠缆的问题,同时可以满足不同缆径的缆绳的排缆,也可以满足缓变缆径缆绳的排缆,得到很好的效果。(The invention provides a self-adaptive cable arranging device for cables with variable cable diameters and an implementation method, and provides a self-adaptive method for arranging cables with non-uniform cable diameters which are varied slowly to a cable storage mechanism. On the basis of two original encoders, an absolute encoder is added, the hydraulic proportional valve is adopted to drive the cable arrangement mechanism to carry out self-adaptive cable arrangement, the cable arrangement problem based on a proximity switch is effectively solved, the problems that the cable arrangement gap is inconsistent and the cables are easy to stack due to the fact that the movement of the cable arrangement mechanism is not uniform or oscillation generates are solved, the cable arrangement of cables with different cable diameters can be met, the cable arrangement of the cable with slowly-varying cable diameter can also be met, and a good effect is achieved.)
技术领域
本发明涉及绞车排缆领域，主要是一种变缆径的缆绳自适应排缆的装置及实现方法。
背景技术
对于一根有缆径变化的缆绳而言，经典的绞车排缆方法是使用基于接近开关的采用液压 开关阀驱动排缆机构来进行自适应排缆。在这种基于接近开关的自适应排缆中，当排缆机构 超前或滞后时，由于缆的张力会带动排缆机构的附属机构出现左/右偏角，从而使固定在左侧 或右侧的接近开关触发，由被触发的接近开关信号来激励排缆机构以固定速度向前(或向后) 的方式运行，从而使排缆机构跟踪上缆在储缆卷筒中的入缆位置，从而使缆可以排列在储缆 卷筒上。该排缆方式存在的问题是1)排缆机构运动不均匀,容易产生振荡，缆的排列间隙不 一；2)下一层缆的排列稍有问题，会导致缆还没有到达储缆卷筒的边沿就返回，从而容易引 起叠缆现象，甚至需要操控人员随时干预。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种变缆径的缆绳自适应排缆的装 置及实现方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种变缆径的缆绳自适应排缆的装置，主 要包括储缆卷筒、排缆机构和丝杆，排缆机构安装在丝杆，通过丝杠的旋转驱动排缆机构在 丝杠上进行左右移动引导缆绳均匀排列在储缆卷筒上；储缆卷筒上设有卷筒旋转编码器，丝 杆上设有丝杠旋转编码器，丝杠两端的各有一个接近开关传感器A和接近开关传感器B，用 于防止排缆机构超出允许的排缆区域；排缆机构上设置有绝对型编码器，储缆卷筒与排缆机 构间的缆绳穿过绝对型编码器安装处的机械结构，在缆绳力的作用下，将储缆卷筒的入缆位 置与排缆机构间的缆绳偏角通过该机械结构传递给绝对型编码器，通过绝对型编码器的计数 计算出缆绳排入储缆卷筒的入射角度β。
本发明同时提出了一种变缆径缆绳排缆的自适应实现方法，该方法包括如下步骤：
(1)、由卷筒旋转编码器实时测量储缆卷筒的当前编码数BN2RUN，
(2)、安装在排缆机构上的绝对型的编码器实时测量卷筒缆绳的入射角度β来完成储缆 卷筒当前入缆位置与排缆机构当前位置差值的计算；
(3)、对于储缆卷筒每层到排缆机构的距离DSC是固定的，即储缆卷筒当前入缆位置与排 缆机构当前位置差值ΔLP，通过期望ΔLP＝0，进行跟踪排缆，然后通过PID算法来调整丝杠 的运行速度完成跟踪。
本发明的有益效果为：在原有二个编码器的基础上，本发明增加了一个绝对型编码器， 采用液压比例阀驱动排缆机构进行自适应排缆，有效地克服了基于接近开关的排缆问题，解 决了由于排缆机构的运动不均匀或振荡产生的排缆间隙不一致问题以及容易叠缆的问题,同 时可以满足不同缆径的缆绳的排缆,也可以满足缓变缆径缆绳的排缆，得到很好的效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：储缆卷筒1、排缆机构2、卷筒旋转编码器11、丝杆21、丝杠旋转编码器22、 接近开关传感器A23、接近开关传感器B24、绝对型编码器25。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
如图1所示，一种变缆径的缆绳自适应排缆的装置，主要包括储缆卷筒1、排缆机构2 和丝杆21，排缆机构2安装在丝杆21，通过丝杠21的旋转驱动排缆机构22在丝杠21上进行左右移动引导缆绳均匀排列在储缆卷筒1上；丝杠21运动驱动是液压比例阀或变频电机，使丝杠速度进行无极调速。储缆卷筒1上设有卷筒旋转编码器11，丝杆21上设有丝杠旋转编码器22，丝杠21两端的各有一个接近开关传感器A23和接近开关传感器B24，用于防止排缆机构2超出允许的排缆区域；排缆机构2上设置有绝对型编码器25，储缆卷筒1与排缆机构2间的缆绳穿过绝对型编码器25安装处的机械结构(采用普通的滚轮穿孔结构)，在缆绳力的作用下，将储缆卷筒1的入缆位置与排缆机构2间的缆绳偏角通过该机械结构传递给绝对型编码器25，通过绝对型编码器25的计数计算出缆绳排入储缆卷筒的入射角度β。
机构工作原理：
上述的绞车装置中，收放缆的动力机构驱动储缆卷筒，随着储缆卷筒的正转/反转使缆绳 可以储入卷筒中或从储缆卷筒中释放出来，随着丝杠的转动,安装在丝杠上的排缆机构随丝杠 的转动左右移动引导缆绳均匀排列在储缆卷筒上。储缆卷筒与排缆机构间的缆绳穿过图1绝 对型编码器25安装处的机械结构，在缆绳力的作用下，将储缆卷筒的入缆位置与排缆机构间 的缆绳偏角通过该机械结构传递给绝对型编码器，通过绝对型编码器的计数计算出缆绳排入 储缆卷筒的入射角度β。丝杠两端的各有一个接近开关传感器(23，24)用于安全保护，防 止排缆机构过于靠左或靠右。
控制原理：
固定参数说明：
储缆卷筒的容缆宽度为W(mm)，丝杆上排缆机构的可运动长度大于W。丝杆旋转一圈的编 码数BN1,螺距长度为LS(mm),缆绳的基础缆直径DL±г，储缆卷筒的旋转一圈的编码数 BN2。储缆卷筒的总储缆层数L。
在缆绳的缆径一致的情况下：
排缆机构的运行编码值最小为0，最大为BNSMAX＝W/LS*BN1,排缆机构当前位置编码值：
储缆卷筒编码器的编码值最小为0，单层最大为：
BNJSMAX＝W/DL*BN2............①
运动参数说明：
排缆机构当前位置编码值(由排缆丝杆一端的编码器读出)：BN1RUN
储缆卷筒的当前编码数(由安装于储缆卷筒的编码器读出)：BN2RUN
因此，
储缆卷筒当前入缆位置(离0点距离)：
DS2RUN＝BN2RUN/BNJSMAX*W即：公式①代入得
DS2RUN＝BN2RUN*DL/BN2.............②
排缆机构当前位置(离0点距离)：
DS1RUN＝BN1RUN/BNSMAX*W..............③
ΔLP＝DS2RUN-DS1RUN..............④
对于同根缆绳其缆径固定或缆径的变化可以忽略的缆绳排缆中，可以通过调整丝杠速 度(即排缆机构的当前位置)利用上述公式②、③使DS1RUN与DS2RUN相等(即期望④式ΔLP＝ 0)来进行跟踪排缆。利用各类PID算法都可以完成不同精度的跟踪。
但，对于一根缆绳中，其缆径存在较大差异(或采用上述排缆方式时，其缆径变化已 经导致排缆无法排放整齐),由于DL±г的г变化足够大，使公式①无法完成BNJSMAX的计算， 从而公式②就无法得出储缆卷筒当前入缆位置(离0点距离)，排缆机构的跟踪就无法实现。
缓变缆径的缆绳排缆跟踪的实现：
本发明给出了在缆径存在较大差异时，利用BN2RUN以及安装在排缆机构上的绝对型的 编码器实时测量卷筒缆绳的入射角度β来完成储缆卷筒当前入缆位置与排缆机构当前位置差 值的计算。从而同样可以采用等缆径的跟踪算法进行排缆机构的跟踪。从而可以检测出从排 缆机构到储缆卷筒的缆绳入缆角度，对于储缆卷筒每层到排缆机构的距离DSC是固定的，即储 缆卷筒当前入缆位置与排缆机构当前位置差值ΔLP，通过期望ΔLP＝0，进行跟踪排缆。然后 通过PID算法来调整丝杠的运行速度完成跟踪。
根据绞车的实际结构、缆绳张力数据以及缆绳的不同材质可以测算出正常排缆下的最 大允许角度φ0，否则排缆就会出现跳缆或叠缆现象，因此通过反馈调节PID的步长，控制缆 绳的入射角度始终保持在β<φ0/2以内，以保证排缆顺利。
为避免缆径变化或卷筒速度等的变化导致排缆机构产生往反运动，需要对部分运行参 数进行时刻监控。
排缆换向参数监控：由于储缆卷筒宽度W以及丝杠的螺距LS是固定的，因此丝杠编码 器的累计值BNSMAX是固定的，与缆绳的缆径无关，通过排缆机构的当前绝对位置DS1RUN。当DS1 RUN≌W时可以准确控制丝杠的换向(排缆机构转向)。由于速度的变化入缆角度β可能是正 数或负数，当排缆机构超前时，排缆机构可以减速、等待，或适度的反向运动，但不会使排 缆机构在未到达终点时换向。
缆绳缆径动态测控：
DS1RUN给出了排缆机构的当前绝对位置，根据缆绳入射角β可以计算出储缆卷筒当前 入缆位置与排缆机构当前位置差值ΔLP，储缆卷筒当前入缆位置DS2RUN参数是可以确定的，当 前层缆的平均直径：
D缆平均＝DS2RUN*BN2/BN2RUN..............⑤
同样,当前缆绳的动态直径可以根据储缆卷筒单圈编码值的变化以及丝杠编码值的变化 以及缆绳入射角β可以实时计算出当前缆绳的实时缆径。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换 或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
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