CN110185474B - 一种布料机的定位结构以及定位控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种布料机的定位结构，包括齿条、行走齿轮、行走传感器、摆动齿轮和摆动传感器；齿条固定在布料机移动导轨上，行走齿轮固定在布料机移动小车上，行走齿轮与齿条相互啮合；行走传感器设置在行走齿轮周围；摆动齿轮固定在布料机移动小车上，摆动齿轮与布料机上的泵管齿条啮合；摆动传感器设置在摆动齿轮周围。本发明还提供了一种布料机的定位控制方法，通过读取行走齿轮和摆动齿轮的齿数，确定布料机所处的位置。本发明通过设置行走传感器和摆动传感器，分别记录两组齿轮的齿数变化，通过两组齿数就能确定布料机上泵管的摆角位置；整体结构设计简单，传感器使用数量少，减少了大量的布线，维护方便，同时也大大降低了设备成本。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种布料机的定位结构以及定位控制方法。
背景技术
现有的布料机共有12个位置需要检测，因此需要在每一个检测位置安装1个接近传感器，当布料机行走或者摆动至某一个位置时，对应的传感器发出信号，通过控制器发送至显示器进行位置显示。这样的话使用的传感器数量众多，同时布料机上布置的电气线束也很复杂，当需要监测更多位置时，所需增加的传感器和电气线路也更多。这样的话，设备的故障点就会很多，故障率很高，同时设备的成本也会大大增加。
综上所述，急需一种布料机的定位结构以及定位控制方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种布料机的定位结构以及定位控制方法，以解决现有定位结构线路复杂、成本造价高、检修繁琐等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种布料机的定位结构，包括齿条、行走齿轮、行走传感器、摆动齿轮和摆动传感器；齿条固定在布料机移动导轨上，行走齿轮固定在布料机移动小车上，行走齿轮与齿条相互啮合；行走传感器设置在行走齿轮周围，用以感应行走齿轮的齿数变化；摆动齿轮固定在布料机移动小车上，摆动齿轮与布料机上的泵管齿条啮合；摆动传感器设置在摆动齿轮周围，用以感应摆动齿轮的齿数变化。
一种布料机的定位结构，还包括控制器，控制器通过信号线与行走传感器连接，用以记录行走传感器读取的行走齿轮齿数；控制器通过信号线与摆动传感器连接，用以记录摆动传感器读取的行走齿轮齿数。
一种布料机的定位结构，还包括显示器，显示器与控制器连接，用以显示控制器记录的数据。
优选地，所述行走传感器和摆动传感器均为接近传感器。
本发明还提供了一种布料机的定位控制方法，采用了上述一种布料机的定位结构，包括以下步骤：
步骤一：控制器计数清零，确定行走齿轮和摆动齿轮的初始位置；
步骤二：布料机移动小车在导轨上行走带动齿条和行走齿轮啮合，行走传感器感应到行走齿轮的齿数变化，并通过控制器记录行走齿轮的齿数M；
步骤三：布料机移动小车停止行走，布料机上的泵管摆动，带动摆动齿轮转动；摆动传感器感应到摆动齿轮的齿数变化，并通过控制器记录摆动齿轮的齿数N；
步骤四：通过公式计算得到移动小车的行走距离与行走齿轮齿数M的关系；
步骤五：通过公式计算得到泵管摆动角度与摆动齿轮齿数N的关系；
步骤六：读取显示器上的数值，确定布料机以及布料机上泵管的位置。
优选地，所述步骤四中的公式为：
S＝π·m1·M；
式中，S表示移动小车的行走距离，m1表示行走齿轮的模数，M表示行走齿轮转过的齿数。
优选地，所述步骤五中的公式为：
式中，θ表示泵管摆过的角度；N表示摆动齿轮转过的齿数；Z2表示摆动齿轮的总齿数。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明一种布料机的定位结构中，通过设置行走传感器和摆动传感器，分别记录行走齿轮和摆动齿轮的齿数变化，通过两组齿数就能确定布料机的位置以及布料机上泵管的摆角位置；整体结构设计简单，传感器使用数量少，减少了大量的布线，维护方便，同时也大大降低了设备成本。
(2)本发明一种布料机的定位结构中，齿条与行走齿轮啮合，将布料机移动小车的直线运动转换成了行走齿轮的转动，有利于行走传感器感应行走齿轮的齿数变化，结构设计巧妙，通过控制器记录齿数，数据记录精准；通过显示器显示测得的数据，更加直观明了，方便了施工人员对设备的操作。
(3)本发明一种布料机的定位控制方法，每一组行走齿轮和摆动齿轮的齿数就可以确定一个位置，可以实现M×N个位置的定位，突破传统的一个传感器对应一个位置的定位方法，定位效率大大提高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是定位结构的控制原理图；
图2是传感器在布料机中安装位置示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是图2中A部局部视图；
图5是图3中B部局部视图；
图6是台车左侧浇筑口位置示意图；
图7是台车顶部浇筑口位置示意图；
图8是台车右侧浇筑口位置示意图；
其中，1、布料机移动小车，2、布料机移动导轨，3、齿条，4、行走齿轮，5、行走传感器，6、摆动齿轮，7、摆动传感器，8、浇筑口，9、台车。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
参见图1～图8，一种布料机的定位结构以及定位控制方法，本实施例应用于隧道施工中布料机泵管摆臂浇筑口的定位。
一种布料机的定位结构，包括齿条3、行走齿轮4、行走传感器5、摆动齿轮6和摆动传感器7；齿条3固定在布料机移动导轨2上，行走齿轮4固定在布料机移动小车1上，行走齿轮4与齿条3相互啮合；行走传感器5设置在行走齿轮4的周围，用以感应行走齿轮4的齿数变化；摆动齿轮6固定在布料机移动小车1上，摆动齿轮6与布料机上的泵管齿条啮合；摆动传感器7设置在摆动齿轮6的周围，用以感应摆动齿轮6的齿数变化。
一种布料机的定位结构，还包括控制器和显示器，控制器通过信号线与行走传感器5连接，用以记录行走传感器5读取的行走齿轮4齿数；控制器通过信号线与摆动传感器7连接，用以记录摆动传感器7读取的行走齿轮4齿数。显示器与控制器连接，用以显示控制器记录的数据。所述行走传感器5和摆动传感器7均为接近传感器。
上述一种布料机的定位结构中，通过设置行走传感器和摆动传感器，分别记录行走齿轮和摆动齿轮的齿数变化，通过两组齿数就能确定布料机的位置以及布料机上泵管的摆角位置；整体结构设计简单，传感器使用数量少，减少了大量的布线，维护方便，同时也大大降低了设备成本。
上述一种布料机的定位结构中，齿条与行走齿轮啮合，将布料机移动小车的直线运动转换成了行走齿轮的转动，有利于行走传感器感应行走齿轮的齿数变化，结构设计巧妙，通过控制器记录齿数，数据记录精准；通过显示器显示测得的数据，更加直观明了，方便了施工人员对设备的操作。
一种布料机的定位控制方法，采用了上述一种布料机的定位结构，包括以下步骤：
步骤一：控制器计数清零，确定行走齿轮和摆动齿轮的初始位置；
步骤二：布料机移动小车在导轨上行走带动齿条和行走齿轮啮合，行走传感器感应到行走齿轮的齿数变化，并通过控制器记录行走齿轮的齿数M；
步骤三：布料机移动小车停止行走，布料机上的泵管摆动，带动摆动齿轮转动；摆动传感器感应到摆动齿轮的齿数变化，并通过控制器记录摆动齿轮的齿数N；
步骤四：通过公式计算得到移动小车的行走距离与行走齿轮齿数M的关系；
步骤五：通过公式计算得到泵管摆动角度与摆动齿轮齿数N的关系；
步骤六：读取显示器上的数值，确定布料机以及布料机上泵管的位置。
假设行走齿轮的模数为m1，行走齿轮的总齿数为Z1，行走齿轮转动时的角速度为ω，行走齿轮分度圆上的线速度为va，行走齿轮分度圆的半径为ra，移动小车的行走速度为v，移动小车行走的时间为t，S表示移动小车的行走距离。
移动小车在导轨上行走，使行走齿轮和齿条啮合，带动行走齿轮转动。因为行走齿轮与齿条啮合传动，则行走齿轮与齿条啮合处的线速度即为移动小车的行走速度；
v＝va (1)；
根据标准齿轮的参数关系可知，
由线速度与角速度的关系可知，
va＝ω·ra (3)；
角速度表示单位时间内转过的弧度，所以有：
又假设小车匀速运动，
S＝v·t (5)；
联立式(1)～(5)，可以得到移动小车的行走距离S与行走齿轮齿数M的关系，即所述步骤四中的计算公式:
S＝π·m1·M (6)；
所述步骤五中的公式为：
式中，θ表示泵管摆过的角度；N表示摆动齿轮转过的齿数；Z2表示摆动齿轮的总齿数。
上述一种布料机的定位控制方法，每一组行走齿轮和摆动齿轮的齿数就可以确定一个位置，可以实现M×N个位置的定位，突破传统的一个传感器对应一个位置的定位方法，定位效率大大提高。
本实施例中行走齿轮选用模数为2的标准齿轮，摆动齿轮选用总齿数为24的标准齿轮。本实施例中布料机有12个位置需要检测，如图6所示，沿台车行走方向(假设为X轴方向)，在台车9的左侧有4个浇筑口8，分别标记为1#位置、2#位置、3#位置和4#位置，相邻两位置的间距为10π；如图7所示，台车9的顶部有4个浇筑口8，分别标记为5#位置、6#位置、7#位置和8#位置，相邻两位置的间距为10π，5#位置与1#位置处于同一X轴位置，泵管从1#位置摆动到5#位置的夹角为45°；如图8所示，台车9的右侧有4个浇筑口8，分别标记为9#位置、10#位置、11#位置和12#位置，相邻两位置的间距为10π，9#位置与5#位置处于同一X轴位置，泵管从5#位置摆动到9#位置的夹角为45°。
每个位置都可以用行走车轮和摆动齿轮的齿数表示，即(M，N)。假设1#位置为初始位置，即坐标为(0,0)。将上述数值代入公式(6)和公式(7)即可求得另外11个位置的坐标。2#位置为(5,0)，3#位置为(10,0)，4#位置为(15,0)，5#位置为(0,3)，6#位置为(5,3)，7#位置为(10,3)，8#位置为(15,3)，9#位置为(0,6)，10#位置为(5,6)，11#位置为(10,6)，12#位置为(15,6)。那么，根据显示器上的数据显示即可判定布料机的泵管是否到达了指定位置，实现了布料机的定位功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种布料机的定位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：控制器计数清零，确定行走齿轮和摆动齿轮的初始位置；
步骤二：布料机移动小车在导轨上行走带动齿条和行走齿轮啮合，行走传感器感应到行走齿轮的齿数变化，并通过控制器记录行走齿轮的齿数M；
步骤三：布料机移动小车停止行走，布料机上的泵管摆动，带动摆动齿轮转动；摆动传感器感应到摆动齿轮的齿数变化，并通过控制器记录摆动齿轮的齿数N；
步骤四：通过公式计算得到移动小车的行走距离与行走齿轮齿数M的关系；
步骤五：通过公式计算得到泵管摆动角度与摆动齿轮齿数N的关系；
步骤六：读取显示器上的数值，确定布料机以及布料机上泵管的位置；
其中，布料机的定位结构包括齿条(3)、行走齿轮(4)、行走传感器(5)、摆动齿轮(6)和摆动传感器(7)；齿条(3)固定在布料机移动导轨(2)上，行走齿轮(4)固定在布料机移动小车(1)上，行走齿轮(4)与齿条(3)相互啮合；行走传感器(5)设置在行走齿轮(4)周围，用以感应行走齿轮(4)的齿数变化；摆动齿轮(6)固定在布料机移动小车(1)上，摆动齿轮(6)与布料机上的泵管齿条啮合；摆动传感器(7)设置在摆动齿轮(6)周围，用以感应摆动齿轮(6)的齿数变化；还包括控制器和显示器。
2.根据权利要求1所述的一种布料机的定位控制方法，其特征在于，控制器通过信号线与行走传感器(5)连接，用以记录行走传感器(5)读取的行走齿轮(4)齿数；控制器通过信号线与摆动传感器(7)连接，用以记录摆动传感器(7)读取的行走齿轮(4)齿数。
3.根据权利要求1或2所述的一种布料机的定位控制方法，其特征在于显示器与控制器连接，用以显示控制器记录的数据。
4.根据权利要求2所述的一种布料机的定位控制方法，其特征在于，所述行走传感器(5)和摆动传感器(7)均为接近传感器。
5.根据权利要求1所述的一种布料机的定位控制方法，其特征在于，所述步骤四中的公式为：
S＝π·m1·M；
式中，S表示移动小车的行走距离，m1表示行走齿轮的模数，M表示行走齿轮转过的齿数。
6.根据权利要求1所述的一种布料机的定位控制方法，其特征在于，所述步骤五中的公式为：
式中，θ表示泵管摆过的角度；N表示摆动齿轮转过的齿数；Z2表示摆动齿轮的总齿数。
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