一種新型簡易張力檢測裝置的設計

吳 慧，馮家輝

( 九州職業技術學院，江蘇 徐州 221116)

0 引言

張力的檢測和控制在很多行業都有涉及，如礦山設備刮板輸送機主要起到煤炭運輸并支撐采煤機往返運行功能，是綜采工作面核心設備之一，其運行平穩性會直接影響工作面生產效率[1]。刮板輸送機刮板鏈張緊力直接影響其運行性能，張力過大會造成設備磨損嚴重并增加刮板鏈運行工作阻力，張力過小則容易出現卡鏈、跳鏈等事故[2]。除此之外，海洋勘探中要用到收放繩張力檢測，造紙業中要用到復卷機張力檢測等。目前大多采用張力傳感器對張力進行監控，比如復卷機就是利用張力傳感器控制張力的平衡，當紙帶張力大小發生變化時，導紙輥受到的張力發生變化使得測量臂發生微小的彎曲，電阻應變計的變形使得阻值發生變化，從而可檢測出紙帶張力大小[3]。傳統的張力傳感器需要在傳感器內部安裝電路，這樣不僅使得張力傳感器結構復雜，造價成本較高，且在使用過程中容易造成傳感器的損壞。并且，現有的張力傳感器在實際工作過程中密封性難以達到要求，在高溫高濕的環境下工作時，容易造成傳感器內部零件的損壞。

針對上述現有技術存在的問題，本文設計了一種簡易全密封張力檢測裝置，可以更好地對內部零件起到保護作用，在高溫高濕的環境下工作時也不易造成內部零件的損壞；通過測力彈簧替代張力傳感器獲得張力值，從而降低成本簡化結構。

1 新型簡易張力檢測裝置總體方案及工作原理

針對新型簡易張力檢測裝置的使用要求，首先對總體方案進行設計。

1.1 總體設計

為了增強內部零件保護和簡化內部結構,本設計方案通過簡單的機械零件組合, 將測力彈簧安裝在密封箱內部，通過連接裝置連接待測工件以獲得張力值。

該檢測裝置包括密封箱體、布置在密封箱體頂部用于固定密封箱體的固定機構、布置在密封箱體內用于測試張力的測力彈簧和通過連桿與測力彈簧相連接且位于密封箱體外的連接機構。測力彈簧底端靠近連接機構的一側連接有指針，密封箱體內的底部布置有刻度盤，刻度盤上有刻度標識，密封箱體上對應刻度盤的位置設有觀察窗。新型簡易張力檢測裝置主體結構如圖1所示，內部結構如圖2所示。

1-滑塊；2-滑桿； 3-彈簧夾；4-固定機構；5-固定螺栓；6-連接架；7-連接機構；8-刻度標識；9-密封箱體；10-觀察窗；11-指針；12-刻度盤

1.2 工作原理

如圖1和圖2所示,首先通過彈簧夾3將全密封張力傳感器固定在指定位置，彈簧夾3可以通過滑塊1在滑桿2滑動，從而便于改變彈簧夾的位置，方便對本全密封張力傳感器進行固定。其中，滑塊與滑桿之間具有較大的摩擦力，除非在人力控制下，滑塊與滑桿不會發生相對移動。工作時將待測試張力工件的一端放入連接架6的內部，并通過固定螺栓5對工件進行固定。在工件自身的張力作用下，測力彈簧13帶動指針11產生一定的位移，通過觀察窗10讀取指針11位于刻度盤12上的刻度標識，進而檢測出工件張力的大小。

13-測力彈簧；14-連桿；15-支撐桿；16-連接塊；17-手孔端

2 全密封張力檢測裝置結構實施方案

2.1 主體結構實施方案

新型簡易張力檢測裝置主體結構包括：密封箱體 9、布置在密封箱體頂部用于固定密封箱體的固定機構 4、布置在密封箱體內用于測試張力的測力彈簧13、通過連桿與測力彈簧相連接且位于密封箱體外的連接機構 7。除此之外，測力彈簧底端靠近連接機構的一側連接有指針11，密封箱體內的底部布置有刻度盤12，刻度盤上有刻度標識，密封箱體上對應刻度盤的位置設有觀察窗 10。

使用者可以直接在外部獲得張力數值，方便快捷。

2.2 固定機構實施方案

新型簡易張力檢測裝置固定機構包括：滑桿2、滑塊1和彈簧夾3。

固定機構的主要作用是將該裝置固定于需要張力檢測的機器上進行工作。滑桿與密封箱體進行固定連接，同時在滑桿上安裝兩個滑塊，每個滑塊上均布置有彈簧夾，便于對本檢測裝置進行固定。為了保證張力檢測裝置的安全性和可靠性，在彈簧夾上設有防滑墊，進一步提高了全密封張力檢測裝置的固定效果。彈簧夾結構如圖3所示。

圖3 彈簧夾結構

2.3 連接機構實施方案

新型簡易張力檢測裝置連接機構包括連桿14、連接塊16、連接架6和固定螺栓4。

連接機構的主要作用是連接待測工件和測力彈簧。連接塊與連桿一端固定連接，連接塊上遠離連桿的一側布置有連接架，連接架上螺紋連接有若干個固定螺栓。通過連接機構將待檢測張力的工件連接到全密封張力檢測裝置上，方便對工件進行檢測。每個固定螺栓上均連接有橡膠防護墊，防止對待檢測工件造成損壞。

另外，密封箱體9內布置有兩個用于支撐測力彈簧的支撐桿15，保證了測力彈簧的水平度，在一定程度上提高了對工件張力檢測的精確度。

2.4 其他技術說明

新型簡易張力檢測裝置屬于小型儀器儀表，箱體部分對力學性能要求不高。密封箱體可以采用普通碳素結構鋼板材，在內部結構安裝完成后，通過焊接工藝形成整體以保障密封性能。

觀察窗口建議采用有機玻璃，這種材質透光率達到92%，比玻璃的透光度高；其次，其機械強度高，抗拉伸和抗沖擊的能力比普通玻璃高7倍～18倍。這樣在使用過程中既可以保證安全，觀察的清晰度也可以得到提高。

3 新型簡易張力檢測裝置的特點

與現有的張力傳感器相比，新型簡易張力檢測裝置的特點如下：

(1) 通過設置的密封箱體，使得新型簡易張力檢測裝置具有較好的密封性，可以較好地對機器內部零件起到保護作用，在高溫高濕的環境下工作時也不易造成內部零件的損壞。

(2) 通過布置在密封箱體內的測力彈簧、測力彈簧底端靠近連接機構一側連接的指針和在密封箱體底部布置的刻度盤，使得本張力檢測裝置內部無需安裝電路等電氣元件，結構較為簡單，成本較低，且在使用過程中不易造成儀器的損壞。

(3) 通過在密封箱體頂部連接的固定機構，便于對張力檢測裝置進行固定，在一定程度上方便了相關人員的張力檢測工作。

(4) 通過密封箱體內底部布置的刻度盤和密封箱體上對應刻度盤位置設置的觀察窗，使用者可以直接在外部獲得張力數值，方便快捷。

(5) 測量精度不高。

4 結束語

本次設計的新型簡易張力檢測裝置具有較好的密封性，可以對儀器內部零件起到較好的保護作用，在高溫高濕的環境下工作時不易造成儀器內部零件的損壞。同時，該張力檢測裝置內部無需安裝電路等電氣元件，結構較為簡單，成本較低，且使用方便。