一种新型简易张力检测装置的设计

吴 慧，冯家辉

( 九州职业技术学院，江苏 徐州 221116)

0 引言

张力的检测和控制在很多行业都有涉及，如矿山设备刮板输送机主要起到煤炭运输并支撑采煤机往返运行功能，是综采工作面核心设备之一，其运行平稳性会直接影响工作面生产效率[1]。刮板输送机刮板链张紧力直接影响其运行性能，张力过大会造成设备磨损严重并增加刮板链运行工作阻力，张力过小则容易出现卡链、跳链等事故[2]。除此之外，海洋勘探中要用到收放绳张力检测，造纸业中要用到复卷机张力检测等。目前大多采用张力传感器对张力进行监控，比如复卷机就是利用张力传感器控制张力的平衡，当纸带张力大小发生变化时，导纸辊受到的张力发生变化使得测量臂发生微小的弯曲，电阻应变计的变形使得阻值发生变化，从而可检测出纸带张力大小[3]。传统的张力传感器需要在传感器内部安装电路，这样不仅使得张力传感器结构复杂，造价成本较高，且在使用过程中容易造成传感器的损坏。并且，现有的张力传感器在实际工作过程中密封性难以达到要求，在高温高湿的环境下工作时，容易造成传感器内部零件的损坏。

针对上述现有技术存在的问题，本文设计了一种简易全密封张力检测装置，可以更好地对内部零件起到保护作用，在高温高湿的环境下工作时也不易造成内部零件的损坏；通过测力弹簧替代张力传感器获得张力值，从而降低成本简化结构。

1 新型简易张力检测装置总体方案及工作原理

针对新型简易张力检测装置的使用要求，首先对总体方案进行设计。

1.1 总体设计

为了增强内部零件保护和简化内部结构,本设计方案通过简单的机械零件组合, 将测力弹簧安装在密封箱内部，通过连接装置连接待测工件以获得张力值。

该检测装置包括密封箱体、布置在密封箱体顶部用于固定密封箱体的固定机构、布置在密封箱体内用于测试张力的测力弹簧和通过连杆与测力弹簧相连接且位于密封箱体外的连接机构。测力弹簧底端靠近连接机构的一侧连接有指针，密封箱体内的底部布置有刻度盘，刻度盘上有刻度标识，密封箱体上对应刻度盘的位置设有观察窗。新型简易张力检测装置主体结构如图1所示，内部结构如图2所示。

1-滑块；2-滑杆； 3-弹簧夹；4-固定机构；5-固定螺栓；6-连接架；7-连接机构；8-刻度标识；9-密封箱体；10-观察窗；11-指针；12-刻度盘

1.2 工作原理

如图1和图2所示,首先通过弹簧夹3将全密封张力传感器固定在指定位置，弹簧夹3可以通过滑块1在滑杆2滑动，从而便于改变弹簧夹的位置，方便对本全密封张力传感器进行固定。其中，滑块与滑杆之间具有较大的摩擦力，除非在人力控制下，滑块与滑杆不会发生相对移动。工作时将待测试张力工件的一端放入连接架6的内部，并通过固定螺栓5对工件进行固定。在工件自身的张力作用下，测力弹簧13带动指针11产生一定的位移，通过观察窗10读取指针11位于刻度盘12上的刻度标识，进而检测出工件张力的大小。

13-测力弹簧；14-连杆；15-支撑杆；16-连接块；17-手孔端

2 全密封张力检测装置结构实施方案

2.1 主体结构实施方案

新型简易张力检测装置主体结构包括：密封箱体 9、布置在密封箱体顶部用于固定密封箱体的固定机构 4、布置在密封箱体内用于测试张力的测力弹簧13、通过连杆与测力弹簧相连接且位于密封箱体外的连接机构 7。除此之外，测力弹簧底端靠近连接机构的一侧连接有指针11，密封箱体内的底部布置有刻度盘12，刻度盘上有刻度标识，密封箱体上对应刻度盘的位置设有观察窗 10。

使用者可以直接在外部获得张力数值，方便快捷。

2.2 固定机构实施方案

新型简易张力检测装置固定机构包括：滑杆2、滑块1和弹簧夹3。

固定机构的主要作用是将该装置固定于需要张力检测的机器上进行工作。滑杆与密封箱体进行固定连接，同时在滑杆上安装两个滑块，每个滑块上均布置有弹簧夹，便于对本检测装置进行固定。为了保证张力检测装置的安全性和可靠性，在弹簧夹上设有防滑垫，进一步提高了全密封张力检测装置的固定效果。弹簧夹结构如图3所示。

图3 弹簧夹结构

2.3 连接机构实施方案

新型简易张力检测装置连接机构包括连杆14、连接块16、连接架6和固定螺栓4。

连接机构的主要作用是连接待测工件和测力弹簧。连接块与连杆一端固定连接，连接块上远离连杆的一侧布置有连接架，连接架上螺纹连接有若干个固定螺栓。通过连接机构将待检测张力的工件连接到全密封张力检测装置上，方便对工件进行检测。每个固定螺栓上均连接有橡胶防护垫，防止对待检测工件造成损坏。

另外，密封箱体9内布置有两个用于支撑测力弹簧的支撑杆15，保证了测力弹簧的水平度，在一定程度上提高了对工件张力检测的精确度。

2.4 其他技术说明

新型简易张力检测装置属于小型仪器仪表，箱体部分对力学性能要求不高。密封箱体可以采用普通碳素结构钢板材，在内部结构安装完成后，通过焊接工艺形成整体以保障密封性能。

观察窗口建议采用有机玻璃，这种材质透光率达到92%，比玻璃的透光度高；其次，其机械强度高，抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7倍～18倍。这样在使用过程中既可以保证安全，观察的清晰度也可以得到提高。

3 新型简易张力检测装置的特点

与现有的张力传感器相比，新型简易张力检测装置的特点如下：

(1) 通过设置的密封箱体，使得新型简易张力检测装置具有较好的密封性，可以较好地对机器内部零件起到保护作用，在高温高湿的环境下工作时也不易造成内部零件的损坏。

(2) 通过布置在密封箱体内的测力弹簧、测力弹簧底端靠近连接机构一侧连接的指针和在密封箱体底部布置的刻度盘，使得本张力检测装置内部无需安装电路等电气元件，结构较为简单，成本较低，且在使用过程中不易造成仪器的损坏。

(3) 通过在密封箱体顶部连接的固定机构，便于对张力检测装置进行固定，在一定程度上方便了相关人员的张力检测工作。

(4) 通过密封箱体内底部布置的刻度盘和密封箱体上对应刻度盘位置设置的观察窗，使用者可以直接在外部获得张力数值，方便快捷。

(5) 测量精度不高。

4 结束语

本次设计的新型简易张力检测装置具有较好的密封性，可以对仪器内部零件起到较好的保护作用，在高温高湿的环境下工作时不易造成仪器内部零件的损坏。同时，该张力检测装置内部无需安装电路等电气元件，结构较为简单，成本较低，且使用方便。