1、引言
在起重机械超载保护装置技术领域，旁压式传感器应用较多。旁压式传感器作为一种起重量限制器，可以探测、感受外界信号并将探知的信息传递给相应装置，实现起重机在起吊作业中超载状态运行下的安全保护功能。旁压式传感器适用于起重、水利、煤矿、冶金等行业的超载控制和过程显示，如用于电动葫芦、钢丝绳直吊等起重设备上；冶金企业中氧枪张力、天车称重传感器等一般都使用旁压式传感器。本文对旁压式传感器受力情况进行分析，分析了传感器中轮受力、钢丝绳对滑轮的施力分析等，以更好的了解掌握旁压式传感器，有效应用于起重机械中。
2、旁压式传感器概念及应用
旁压式传感器，又称旁压式张力传感器，专门用于测量钢丝绳和柔性绳索的的张力,是一种可靠性高，互换性好，使用方便，称重测力类型的传感器。旁压式传感器主要用于电动葫芦、钢丝绳直吊等起重设备上，适用于起重、水利、煤矿等行业的超载控制和过程显示。
旁压式传感器为双孔剪切梁结构，一般由主体、钢丝绳支撑座、压块、压紧螺栓等构成，压块通过两个压紧螺栓固定在主体上，钢丝绳支撑座连接在主体的两端，将钢丝绳嵌入传感器两侧槽内，钢丝绳通过U形螺栓（或压块+螺栓）固定在传感器上，当钢丝绳受拉力时，通过张力传感器传递给壳体内部的线路板，完成对钢丝绳张力的采集。
旁压式传感器工作时，起重设备上起吊的载荷引起钢丝绳张力变化，旁压式传感器感应到钢丝绳的张力产生与荷载成正比的电压信号，通过仪表对信号进行放大处理后，产生超载控制信号，激发继电器动作，从而切断起重设备的上升回路，实现超载限制功能。在使用时，钢丝绳的张力并非实际起吊重量，用户应根据实际倍率选择合适量程。
旁压式传感器报警点可以设置预报警点、延时报警点和立即报警点。预报警点为当达到额定起重量的90%时，蜂鸣器发出断续报警，但不切断起升控制回路电源；延时报警点为达到额定起重量的105%，延时1-2秒后，发出连续报警声，并切断起升控制回路电源；立即报警点为达到额定起重量的110%，蜂鸣器发出连续报警，并立即切断起升控制回路电源。
3、旁压式传感器受力分析
3.1相关性能参数
旁压式张力传感器的技术参数有灵敏度、非线性、滞后、重复性、蠕变、零点输出、零点温度系数、灵敏度温度系数、工作温度范围、输入电阻、输出电阻、安全过载、绝缘电阻、推荐激励电阻等。大部分厂家对钢丝绳拉力、传感器容量、量程的定义如下：
表3.1钢丝绳拉力、传感器容量、量程的定义
可见，这里传感器的规格与钢丝绳拉力不一样，基本上为1/2，但无规律。可能指的是弹性体。也有厂家直接定义钢丝绳拉力与传感器量程相同的。
3.2传感器中轮受力分析
旁压式传感器中轮受力情况如下图：
图3.1旁压式传感器中轮受力示意图
设钢丝绳张力为,在中轮上的夹角为，中轮受力为,
有： ；随着角度的角度减小而增大，但摩擦力增大，力传递
效果差一些。当角为0°、120°、151度、180°时计算得到中轮受力如下表：
表3.1中轮受力及说明
从上表可见，钢丝绳的张力、与传感器的弹性体受力，是两码事。在本处的讨论中，张力T是固定的，探讨F随角度θ的变化情况。
弹性体受力为钢丝绳张力一半时的夹角，如欲使弹性体受力为钢丝绳张力
T的1/2，即
，得
因此一般旁压式传感器的角常取150°左右。
理论表明，无论钢丝绳与导向轮的切点在何处，钢丝绳对导向轮的施力方向永远通过轴心，所以，其垂直方向的分力也通过轴心；
对于确定的钢丝绳张力T，由于弹性体受力仅与钢丝绳夹角有关，因此，它仅与两个导向轮的直径D和间距、导向轮与中轮高度差等3个机械要素有关；即：在L确定的情况下，张力大范围的变动可变D；张力小范围的变动可变H。
进行传感器中轮处模拟测试时，应根据传感器尺寸，算出中轮受力，在两端以导向轮为支点，在中间中轮处向下施加中轮应承受的压力。进行传感器实际测试时，应加钢丝绳施压测试。
3.3钢丝绳对滑轮的施力分析
假设钢丝绳无质量、无摩擦力，钢丝绳张力为T，对滑轮的包角为θ，分析钢丝绳对滑轮的施力情况。
图3.1钢丝绳对滑轮施力示意图
一般是已知动滑轮的载重量，求钢丝绳的受力，本文讨论已知钢丝绳的张力，求滑轮的受力情况。
滑轮受力的作用点、方向、数值：滑轮两侧的钢丝绳张力均为T。其中，在A、B两点处，由于钢丝绳与滑轮相切，所以对滑轮的正压力为0；滑轮包角内各点的钢丝绳张力也均为T。但是，由于钢丝绳与滑轮不再相切，所以，各点对滑轮均有正压力； 从微观上看，包角内任一点（确切地说应是一个小区间）钢丝绳对滑轮的正压力数值是相等的（因为张力相等），且正压力的方向通过滑轮中心O。从宏观上看，钢丝绳对滑轮的作用是两个T的合力，合力通过滑轮中心O。好像是两个T作用到P点。当然，此合力在滑轮中心O又可分解为X、Y两个不同方向的分力。也就是说，对如图所示的滑轮（类似旁压传感器的导向轮），钢丝绳向下的正压力是合力在滑轮中心O的Y向分量。从另一方面看，钢丝绳对滑轮的正压力，从A点（或B点）到P点逐渐增大，均从0到T。
张力T不变时，包角越大，钢丝绳对滑轮的作用力（合力）越大；当包角为180°时，合力为2T。
钢丝绳张力T对滑轮的正压力只是改变了力的方向，力的大小并未改变。就好像用一根一端固定的绳子绕过一个滑轮，绳子拉力未变，但绳子对滑轮施加有正压力，此正压力只是改变了拉力的方向。
传感器导向轮处的模拟测试，以中轮为支点，计算导向轮承受的正压力：
先计算钢丝绳包角
钢丝绳合力
导向轮承受的正压力
4、总结
本文对旁压式传感器受力情况进行分析，分析了传感器中轮受力、钢丝绳对滑轮的施力分析等。旁压式传感器广泛应用在起重、水利、煤矿、冶金等行业的超载控制和过程显示中，结构简单、安全性能好，安装方便，在起重机械中将发挥越来越重要的作用。
参考文献
[1]张蔚，姚文斌，双跨接触式钢索张力传感器的设计[J]，传感器技术，2004,（23）.
[2]刘桦，姜琳，电容式动态张力传感器的研究与设计[J]，山东科技大学学报（自然科学版），2001,20（03）.
