一种用于自升式平台升降装置的扭矩传感器的制作方法

本发明涉及扭矩传感器的领域，尤其是涉及一种用于自升式平台升降装置的扭矩传感器。

背景技术：

1、自升式平台分为自升式钻井平台和liftboat(自升自航式多功能平台)。自升式平台带有能够自由升降的桩腿，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用升降系统托起平台(船体)，并使平台底部离开海面一定的距离(气隙)。当作业完成后，桩腿收回，船体处于漂浮状态。liftboat相较于自升式钻井平台配备有推进系统可以自航到新的作业区域，避免了海上拖曳作业。liftboat可搭载修井设备，重型吊机等，多用于油田、风电安装、水上建筑安装等。

2、升降装置作为自升式平台的关键核心部件，对于保证平台的作业安全起着至关重要的作用。一般每条平台安装36-144台不等的同规格升降单元，在平台或桩腿升降时，所有升降单元同时工作，协同完成平台升降或桩腿升降的任务。如此多的升降单元同时工作，需保证每台升降单元承载均匀，如果平台倾斜且不能及时调整，就会造成各升降单元之间受力不均，致使个别升降单元过载，严重会导致升降单元损毁失效，甚至平台倾覆等重大事故。因此，及时有效的监测各升降单元的承载情况，对于平台作业的事故预警及防范也是非常有效的。

3、现有技术中，目前自升式平台升降系统常通过监测电机的运行电流或液压马达的工作压力来判断升降单元的载荷。但是，无论是监测电机的运行电流还是液压马达的工作压力，均是一种间接测量方式，通过测得的电流值或压力值，综合升降单元的理论传动比和传递效率计算出升降单元输出端的载荷。由于升降单元(即齿轮箱)在不同载荷或不同的速度下其传动效率都是有差异的，因此这种间接测量的方式其准确性较低。

4、现有技术中，还有一种扭矩监测是应用普通成熟的扭矩传感器加装在电机轴和升降单元输入轴之间，每台传感器都需要配一台测量仪，输出信号通常为0-5v或4-20ma模拟量信号，需要考虑传动链的效率才能转化为载荷显示，载荷显示不够精确。

5、所以，现有技术中的扭矩检测受到传动效率差异的影响，使测量的准确性较低。

技术实现思路

1、为了避免传动效率差异的影响对扭矩检测的影响，提高测量的准确性，本申请提供一种用于自升式平台升降装置的扭矩传感器。

2、第一方面，本申请提供的一种用于自升式平台升降装置的扭矩传感器采用如下的技术方案：

3、一种用于自升式平台升降装置的扭矩传感器，用于检测套设在转轴上的爬升齿轮轴的受载数据，包括：编码器、安装在编码器上的转子与定子，所述编码器、定子与爬升齿轮轴连接，所述转子与转轴连接；所述转轴与转子连接的一端与爬升齿轮轴转动连接，另一端与爬升齿轮轴固定连接；所述编码器包括测量单元与转换单元，所述测量单元用于测量转子与定子之间产生相对角位移，所述转换单元将相对角位移转化成信号输出。

4、通过采用上述技术方案，由于轴类零件是一种弹性零件，在受载时将会发生一定的形变或扭转，产生的形变量与载荷大小成等比例关系，当爬升齿轮轴受载时，会产生一定的扭转变形，转子与定子即会记录下该扭转角，利用形变与载荷成线性的关系可得出此时爬升齿轮轴所承受的载荷。扭矩传感器直接安装在爬升齿轮的轴端，安装维护更加方便，能够直接测量受载爬升齿轮轴的承载情况，测量方式更直接，结果更精确，可以对作业平台的状态进行实时的监测，使操船员可以及时的对平台出现的不良状况做出应对；

5、本申请可实现直接测量升降单元的输出端承受的外部载荷，规避了升降单元传动链上的影响因素，测量结果更加直接、准确，动态和静态载荷均可测量。

6、优选的，所述转子为转动设置在编码器上的芯轴。

7、优选的，所述定子为固定设置在编码器上的壳体。

8、优选的，所述扭矩传感器提供接口或现场总线，支持多种编程语言的应用开发。

9、通过采用上述技术方案,可以方便地与不同的系统进行数据交换和通信，为应用程序的开发提供了更大的可选择性和灵活性，支持多种编程语言的应用开发可以满足不同开发者的不同需求，为扭矩传感器在多个领域的应用提供了广泛的可能性。

10、优选的，所述转子与所述转轴之间设置有适配轴。

11、通过采用上述技术方案，以使不同直径的转子与转轴能够同轴固定。

12、第二方面，本申请公开一种载荷检测方法，使用了上述扭矩传感器，包括以下步骤：获取爬升齿轮受扭后两端的所述相对角位移；基于所述相对角位移，根据预设的计算公式，计算载荷数据。

13、通过采用上述技术方案，由于轴类零件是一种弹性零件，其在受载时将会发生一定的形变或扭转，并且此形变量与载荷大小成等比例关系，通过测量出爬升齿轮两端的相对角位移即可确定该轴所承受载荷的大小。可实现直接测量升降单元的输出端承受的外部载荷，规避了升降单元传动链上的影响因素，测量结果更加直接、准确，并且动态和静态载荷均可测量。

14、优选的，所述计算公式为：f＝(a/g)*(l/e)*φ；其中，材料的比例系数为g，爬升齿轮轴的长度为l，截面积为a，相对角位移为φ，载荷为f，材料的弹性模量为e。

15、通过采用上述技术方案，将相对角位移代入计算公式内，能够计算出载荷。

16、第三方面，本申请公开一种载荷检测检测系统，使用了上述扭矩传感器，包括：角位移采集模块，采集所述相对角位移，并转化为数字脉冲信号输出；中控模块，读取数字脉冲信号并利用所述计算公式，将所述相对角位移转化为升降单元的载荷数据；显示模块，将所述载荷数据进行可视化的显示。

17、通过采用上述技术方案，当爬升齿轮轴受载时编码器上的转子与定子即会产生一定的相对角位移，编码器将其转化为数字脉冲信号输出，并传送至驾驶室，经过中控模块的电脑读取并利用编程软件将其转为升降单元的载荷数据显示在显示模块上。

18、第四方面，本申请公开一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了上述的载荷检测方法。

19、通过采用上述技术方案，通过上述的载荷检测方法生成计算机程序，并存储于存储器中，以被处理器加载并执行，从而，根据存储器及处理器制作终端设备，方便用户使用。

20、第五方面，本申请公开一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行时，采用了上述的载荷检测方法。

21、通过采用上述技术方案，通过上述的载荷检测方法生成计算机程序，并存储于计算机可读存储介质中，以被处理器加载并执行，通过计算机可读存储介质，方便计算机程序的可读及存储。

技术特征：

1.一种用于自升式平台升降装置的扭矩传感器，用于检测套设在转轴(5)上的爬升齿轮轴(4)的受载数据，其特征在于，包括:

2.根据权利要求1所述的用于自升式平台升降装置的扭矩传感器，其特征在于，所述转子(2)为转动设置在编码器(1)上的芯轴。

3.根据权利要求1所述的用于自升式平台升降装置的扭矩传感器，其特征在于，所述定子(3)为固定设置在编码器(1)上的壳体。

4.根据权利要求1所述的用于自升式平台升降装置的扭矩传感器，其特征在于，所述扭矩传感器提供接口或现场总线，支持多种编程语言的应用开发。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于自升式平台升降装置的扭矩传感器，其特征在于，所述转子(2)与所述转轴(5)之间固定设置有适配轴(6)。

6.一种载荷检测方法，使用了上述权利要求1-5任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求4所述的载荷检测方法，其特征在于，所述计算公式为：

8.一种载荷检测检测系统，采用了权利要求6或7所述的载荷检测方法，其特征在于，包括：

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了权利要求6或7所述的载荷检测方法。

10.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器加载并执行时，采用了权利要求6或7所述的载荷检测方法。

技术总结
本申请涉及扭矩传感器的领域，尤其是涉及一种用于自升式平台升降装置的扭矩传感器，用于检测套设在转轴上的爬升齿轮轴的受载数据，包括:编码器、安装在编码器上的转子与定子，所述编码器、定子与爬升齿轮轴连接，所述转子与转轴连接；所述转轴与转子连接的一端与爬升齿轮轴转动连接，另一端与爬升齿轮轴固定连接；所述编码器包括测量单元与转换单元，所述测量单元用于测量转子与定子之间产生相对角位移，所述转换单元将相对角位移转化成信号输出。本申请能够避免传动效率差异的影响对扭矩检测的影响，且动态载荷和静态载荷均可测量。

技术研发人员：徐金虎,李大伟,宋旭东,齐雨,燕峰,冯小东
受保护的技术使用者：郑州天时海洋石油装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14