一种非接触式螺杆启闭机行程和磨损量实时监测装置

摘要

本发明公开了一种非接触式螺杆启闭机行程和磨损量实时监测装置，包括检测装置和丝杠，所述检测装置有外壳，所述外壳的一侧表面设有感应面，所述感应面内侧固定安装有PCB板，所述PCB板上布设有线性霍尔元件阵列和控制元件，所述线性霍尔元件阵列位于PCB板的一面，所述控制元件位于PCB板的另一面，所述PCB板布置有线性霍尔元件的一面紧贴外壳感应面的内侧一面，PCB板布置有控制元件的一面布置有永磁铁，所述永磁铁与PCB板有一定的间隙，所述永磁铁的磁场覆盖整个PCB板，所述丝杠上加工有梯形螺纹，梯形螺纹的牙顶表面加工有纵向槽，所述检测装置安装在启闭机机架上，能够实现非接触式监测，满足恶劣环境下的运行要求。

说明书

技术领域

本发明涉及丝杠监测领域，更具体地说，涉及一种非接触式螺杆启闭机行程和磨损量实时监测装置。

背景技术

螺杆启闭机控制着水闸的运行，由于其结构简单，价格低廉，工作稳定可靠，在水利水电行业中得到了广泛的应用，但由于螺杆启闭机工作环境恶劣，大部分都在比较偏远或风沙较大的地方。

随着水资源利用的精细化管理，需要对螺杆启闭机的开度进行精确的控制才能获得较好的水资源收益，目前螺杆启闭机上适用的传感器均为位移监测型传感器，精度不高且容易损坏，其次，螺杆启闭机的频繁运行会造成螺母与丝杠间的磨损，该磨损达到一定程度会造成启闭偏差和其它安全问题，目前只能通过人工的方式进行监测发现，有待提出一种新的监测装置来解决这一问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种非接触式螺杆启闭机行程和磨损量实时监测装置，利用霍尔原理，将线性霍尔元件以阵列的形式布置在PCB板上，装入外壳并固定好永磁铁后，即具备了感知铁磁性材靠近程度的能力，当监测装置靠近丝杠的梯形螺牙时，牙顶距离线性霍尔元件阵列较近，牙底距离霍尔器件较远，距离的偏差会引起线性霍尔元件阵列的输出组成不同，通过阵列定位即可获得牙顶和牙底在丝杠轴向上的变化，从而获得丝杠的磨损量信息。由于丝杠梯形螺牙的牙顶上加工有凹槽，当丝杠转动时，阵列上一个或多个线性霍尔器件(取决于丝杠的大小)会感知到丝杠牙顶凹槽接近和离去时的磁场变化，从而通过凹槽经过的个数进行计数操作，进而精确计算出启闭机的开度，当启闭机反向操作时，由于启闭机本身的螺母与丝杠存在着空程差，从而丝杠的梯形螺纹在监测装置霍尔阵列中的定位也会存在变化，由此可以判断启闭机是正转还是反转。

本发明解决了螺杆启闭机行程监测精度不高和没有螺母和丝杠磨损量监测的难题，且能够实现非接触式监测，满足恶劣环境下的运行要求。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种非接触式螺杆启闭机行程和磨损量实时监测装置，包括检测装置和丝杠，所述检测装置有外壳，所述外壳的一侧表面设有感应面，所述感应面内侧固定安装有PCB板，所述PCB板上布设有线性霍尔元件阵列和控制元件，所述线性霍尔元件阵列位于PCB板的一面，所述控制元件位于PCB板的另一面，所述PCB板布置有霍尔元件的一面紧贴外壳感应面的内侧一面，PCB板布置有控制元件的一面布置有永磁铁，所述永磁铁与PCB板有一定的间隙，所述永磁铁的磁场覆盖整个PCB板，所述丝杠上加工有梯形螺纹，梯形螺纹的牙顶表面加工有纵向槽，所述检测装置安装在启闭机机架上，所述检测装置的外壳的感应面与丝杠的外圆形成面与圆相切的配合关系，所述外壳的感应面与丝杠留有一定的间隙。

进一步的，所述PCB板的表面设有安装孔，所述安装孔对位连接于外壳的一侧表面，通过设置安装孔，利于安装定位，所述PCB板的一侧表面设有电气触点，所述电气触点成线性排布，利于接线连接，方便监测控制，所述外壳的一端表面两侧均固定连接有固定孔，所述固定孔通过螺钉固定安装于机架的表面，可以固定安装，方便组合定位，所述外壳的一侧表面设有穿线孔，所述穿线孔对位于PCB板的一侧表面，可以穿线连接，利于通电控制。

进一步的，所述外壳的侧面两端均设有卡接槽，所述卡接槽的侧面卡接于永磁铁的两端表面，利于卡接安装，方便对位连接。

进一步的，所述永磁铁的一侧表面固定连接有盖板，所述盖板的表面固定安装于外壳的一侧表面，能够隔离防护，利于安装定位。

进一步的，所述线性霍尔元件阵列平行于感应面，所述永磁铁为宽度方向充磁，且磁极方向垂直于感应面。

进一步的，所述感应面、线性霍尔元件阵列和永磁铁的方向均平行于丝杠的轴向移动。

进一步的，所述丝杠的牙顶加工了纵向槽。

进一步的，所述检测装置的一种传感器同时监测行程和磨损量两个物理参数的检测。

进一步的，所述检测装置外壳感应面与丝杠的外圆形成面与圆相切的配合关系，外壳的感应面与丝杠之间有一定的间隙，检测装置在不影响丝杠运行的同时实现非接触式的行程与磨损量监测。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案利用霍尔原理，将线性霍尔元件以阵列的形式布置在PCB板上，装入外壳并固定好永磁铁后，即具备了感知铁磁性材靠近程度的能力，当监测装置靠近丝杠的梯形螺牙时，牙顶距离线性霍尔元件阵列较近，牙底距离霍尔器件较远，距离的偏差会引起线性霍尔元件阵列的输出组成不同，通过阵列定位即可获得牙顶和牙底在丝杠轴向上的变化，从而获得丝杠的磨损量信息。由于丝杠梯形螺牙的牙顶上加工有凹槽，当丝杠转动时，阵列上一个或多个线性霍尔器件(取决于丝杠的大小)会感知到丝杠牙顶凹槽接近和离去时的磁场变化，从而通过凹槽经过的个数进行计数操作，进而精确计算出启闭机的开度，当启闭机反向操作时，由于启闭机本身的螺母与丝杠存在着空程差，从而丝杠的梯形螺纹在监测装置霍尔阵列中的定位也会存在变化，由此可以判断启闭机是正转还是反转。

(2)为非接触式，无机械磨损便进行密封操作，达到防水和水下工作的要求。

(3)在螺牙上加工的凹槽不影响螺母和丝杠的机械强度，同时凹槽还有携带润滑脂的能力，便于螺母和丝杠间的润滑。

(4)采用磁性原理的传感器具有抗油污和其它污物的能力，适用性强。

(5)传感器记录丝杠的旋转角度并计数，通过角度换算行程，实现了高精度测量的目的。

(6)采用线性霍尔元件阵列布局，实现了丝杠轴向运动的监测，不仅实现了丝杠旋转方向的辨识，同时也实现了螺母与丝杠磨损量的监测。

附图说明

图1为本发明的整体结构外部立体示意图；

图2为本发明的平面结构局部示意图；

图3为本发明的外部爆炸示意图；

图4为本发明的内部结构爆炸示意图；

图5为本发明的外壳的结构示意图；

图6为本发明的PCB板的一侧表面结构示意图；

图7为本发明的PCB板的另一侧表面结构示意图。

图中标号说明：

1丝杠、10检测装置、11调节螺母、12蜗轮、13圆形定杆、14外壳、15PCB板、16永磁铁、17线性霍尔元件阵列、18感应面、19安装孔、2固定孔、21穿线孔、22卡接槽、23盖板、25纵向槽、26电气触点、27控制元件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，一种非接触式螺杆启闭机行程和磨损量实时监测装置，包括检测装置10和丝杠1，请参阅图1、图2、图5、图6和图7，检测装置10有外壳14，外壳14的一侧表面设有感应面18，感应面18内侧固定安装有PCB板15，PCB板15上布设有线性霍尔元件阵列17和控制元件27，线性霍尔元件可以感知磁场的大小和方向，当磁铁与线性霍尔元件的相对位置固定时，线性霍尔元件会输出固定的值以显示当前磁场的大小，当铁磁性材料靠近该磁场时，靠的越近，穿过线性霍尔元件的磁感线密度也越大，因此线性霍尔元件可以检测到铁磁性材料靠近的程度，从而获得相应的输出，线性霍尔元件阵列17位于PCB板15的一面，控制元件27位于PCB板15的另一面，PCB板15布置有霍尔元件的一面紧贴外壳14感应面18的内侧一面，PCB板15布置有控制元件27的一面布置有永磁铁16，永磁铁16与PCB板15有一定的间隙，永磁铁16的磁场覆盖整个PCB板15，丝杠1上加工有梯形螺纹，梯形螺纹的牙顶表面加工有纵向槽25，检测装置10安装在启闭机机架上，检测装置10的外壳的感应面18与丝杠1的外圆形成面与圆相切的配合关系，外壳的感应面18与丝杠1留有一定的间隙，丝杠1的牙顶加工了纵向槽，检测装置10的一种传感器同时监测行程和磨损量两个物理参数的检测，检测装置10外壳感应面与丝杠1的外圆形成面与圆相切的配合关系，外壳的感应面与丝杠之间有一定的间隙，检测装置10在不影响丝杠1运行的同时实现非接触式的行程与磨损量监测。

请参阅图3和图6，PCB板15的表面设有安装孔19，安装孔19对位连接于外壳14的一侧表面，通过设置安装孔19，利于安装定位，PCB板15的一侧表面设有电气触点26，电气触点26成线性排布，利于接线连接，方便监测控制。

请参阅图4和图5，外壳14的一端表面两侧均固定连接有固定孔2，固定孔2通过螺钉固定安装于机架的表面，可以固定安装，方便组合定位，外壳14的一侧表面设有穿线孔21，穿线孔21对位于PCB板15的一侧表面，可以穿线连接，利于通电控制，外壳14的侧面两端均设有卡接槽22，卡接槽22的侧面卡接于永磁铁16的两端表面，利于卡接安装，方便对位连接，永磁铁16的一侧表面固定连接有盖板23，盖板23的表面固定安装于外壳14的一侧表面，能够隔离防护，利于安装定位。

使用前，对丝杠1进行，首先对圆钢进行轴向开槽加工，并且保证这些轴向槽在圆钢的圆周方向上均匀分布。开槽后加工再加工梯形螺牙，将该装置装配至螺杆启闭机上后，此时装置感应面18即靠近丝杠1并与丝杠1圆切面平行，同时可以将电线通过穿线孔21与电气触点26在电气上连接即可进入PLC进行识别，当丝杠1向一个方向转动时，线性霍尔元件阵列17中总有一个(或多个)线性霍尔元件会因凹槽的扫过而发生变化，此时计数代表丝杠旋转了一定的角度，通过旋转的角度累加即可计算得出启闭机的开度信息，当丝杠1换向运动时，由于丝杠1和调节螺母11存在着空程差，所以在线性霍尔元件阵列17上将会出现轴向的平移，通过平移信息的获取，可以获得丝杠1为正向旋转还是反向旋转，该平移信息在丝杠1和调节螺母11未磨损前是相对固定的，当丝杠1和调节螺母11磨损后，空程差将增大，此时线性霍尔元件阵列17上的平移信息也将增大，进而可计算出磨损量，实现实时监控。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。