CN101973217A - 恒张力涡簧补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明是恒张力涡簧补偿装置，其特征是转轴的两端固定连接两阿基米德螺线槽轮，阿基米德螺线槽轮上缠绕钢丝绳，转轴的中间刚性连接若干线性变扭矩平面涡簧的一端，线性变扭矩平面涡簧的另一端固接在弹性补偿装置的外壳上，外壳通过一转销与铁道的锚桩或其他物体相连；阿基米德螺线槽轮与外壳体间装有断线止动装置，转轴与外壳两端有支承，转轴在阿基米德螺线槽轮上缠绕的钢丝绳的拉动下，带动线性变扭矩平面涡簧绕自身轴线转动，实现钢丝绳拉力F的恒定不变；优点：能有效地实现张力的恒定，并可以通过自身的结构特点，来补偿接触线等由于环境变化引起的长度变形。具有尺寸小、结构简单、性能稳定、可靠性高、造价便宜、安装方便等优点。

Description

恒张力涡簧补偿装置

技术领域

本发明涉及的是一种恒张力涡簧补偿装置，。用于电气化铁道、轨道交通的接触网(承力索、接触线或软横跨)，保持恒定张力，减少电弓离线率。属于电气化铁道、轨道交通的接触网供电技术领域以及化工石油的管道吊架技术领域。

背景技术

随着我国的铁路事业飞速发展，高速铁路、城际铁路、电气化铁路的建造以及已有线路的电气化改造，机车的类型已转变为电力机车、动车等新型机车，需要通过电弓与接触线保持接触来维持供电运行，为防止接触线在纵向或横向出现弹性变形过大而造成电弓离线，使机车停运，需要一种可以保持恒张力的弹性补偿装置来连接承力索、接触线或软横跨。目前铁路使用的混凝土或坠跎与滑轮组合的铅垂吊挂式恒张力装置，其尺寸大，受环境影响大，无法在隧道等小空间范围内使用，使用的拉压簧式恒张力装置(专利号：200420025333.1，200510038827.2)性能不稳定、尺寸较大，一些以气体、液压油为介质的恒张力装置(专利号：03235102.X，03218606.1)存在尺寸较大、流体易泄漏的缺点，因而迫切需要一种尺寸紧凑、结构简单、性能稳定、可靠性高的恒张力补偿装置出现。在化工石油领域，大量的吊装管道由于环境原因其刚性吊装变形很严重，易造成泄露，为防止出现此类问题，一般在管道的吊装上采用恒张力装置吊装。目前使用的恒张力装置主要是拉压簧式恒张力装置，尺寸较大，性能不稳定，一些以流体为介质的恒张力装置有的需要恒压源或易发生流体泄漏，也需要一种尺寸紧凑、结构简单、性能稳定、可靠性高的恒张力补偿装置出现。

发明内容

本发明提出的是一种可实现电气化铁道、轨道交通的接触网供电以及化工石油的管道吊架领域对要求保持恒张力，并可补偿变形要求的恒张力涡簧补偿装置，能有效地实现张力的恒定，并可以通过自身的结构特点，来补偿接触线等由于环境变化引起长度变形。具有尺寸小、结构简单、性能稳定、可靠性高、造价便宜、安装方便等优点。

本发明所采用的技术方案是：其结构是转轴的两端固定连接两阿基米德螺线槽轮，阿基米德螺线槽轮上缠绕钢丝绳，转轴的中间刚性连接若干线性变扭矩平面涡簧的一端，线性变扭矩平面涡簧的另一端固接在弹性补偿装置的外壳上，外壳通过一转销与铁道的锚桩或其他物体相连；阿基米德螺线槽轮与外壳体间装有断线止动装置，转轴与外壳两端有支承，转轴在阿基米德螺线槽轮上缠绕的钢丝绳的拉动下，带动线性变扭矩平面涡簧绕自身轴线转动，实现钢丝绳拉力F的恒定不变。

确定钢丝绳拉力F恒定不变：

设槽轮半径为：r，线性变扭矩平面涡簧的弹性系数为：k，钢丝绳拉力为：F，槽轮处的扭矩为：M₁，线性变扭矩平面涡簧个数为：n，线性变扭矩平面涡簧扭矩为：M₂，转轴转角为：θ。有：

M₁＝F·r

                    M₂＝k·θ·n

由M₁＝M₂知：

                F·r＝k·θ·n

$F=k\·n\·\frac{\mathrm{\θ}}{r}$

因为阿基米德螺线的方程为：r＝C·θ  (C----常数)

所以：

$F=k\·n\·\frac{\mathrm{\θ}}{r}=k\·n\·\frac{1}{C}$

若线性变扭矩平面涡簧的个数与型号确定，则k与n也是常数，因而钢丝绳拉力F为常数，恒定不变，从而使装置成为一恒张力装置。

本发明的优点：能有效地实现张力的恒定，并可以通过自身的结构特点，来补偿接触线等由于环境变化引起长度变形。具有尺寸小、结构简单、性能稳定、可靠性高、造价便宜、安装方便等优点。

附图说明

附图1是恒张力涡簧补偿装置的结构示意图。

附图2是图1的剖面结构示意图。

附图3是阿基米德螺线槽轮的结构示意图。

附图4是槽轮的结构端面示意图。

附图5是断线止动装置示意图。

图中的1是外壳、2是轴承、3是轴端端盖、4是密封圈、5是转轴、6是线性变扭矩平面涡簧、7是外壳吊耳、8是阿基米德螺线槽轮、9是挡板、10是轴端螺钉、11是键、12是端盖螺钉、13是弹性垫片、14是断线止动装置、15是内棘轮、16是圆板、17是拉簧、18是定位销、19是棘齿。

具体实施方式

对照附图，其结构是转轴的两端固定连接两阿基米德螺线槽轮，阿基米德螺线槽轮上缠绕钢丝绳，转轴的中间刚性连接若干线性变扭矩平面涡簧的一端，线性变扭矩平面涡簧的另一端固接在弹性补偿装置的外壳上，外壳通过一转销与铁道的锚桩或其他物体相连；阿基米德螺线槽轮与外壳体间装有断线止动装置，转轴与外壳两端有支承，转轴在阿基米德螺线槽轮上缠绕的钢丝绳的拉动下，带动线性变扭矩平面涡簧绕自身轴线转动，实现钢丝绳拉力的恒定不变。

确定钢丝绳拉力F恒定不变：

设槽轮半径为：r，线性变扭矩平面涡簧的弹性系数为：k，钢丝绳拉力为：F，槽轮处的扭矩为：M₁，线性变扭矩平面涡簧个数为：n，线性变扭矩平面涡簧扭矩为：M₂，转轴转角为：θ。有：

                          M₁＝F·r

                        M₂＝k·θ·n

由M₁＝M₂知：

                       F·r＝k·θ·n

$F=k\·n\·\frac{\mathrm{\θ}}{r}$

因为阿基米德螺线的方程为：r＝C·θ  (C----常数)

所以：

$F=k\·n\·\frac{\mathrm{\θ}}{r}=k\·n\·\frac{1}{C}$

若线性变扭矩平面涡簧的个数与型号确定，则k与n也是常数，因而钢丝绳拉力F为常数，恒定不变，从而使装置成为一恒张力装置。

当使用过程中由于环境温度的变化使钢丝绳出现变形时，钢丝绳拉力发

生变化。由于本装置是一恒张力装置，为保证钢丝绳拉力F为常数，需要绕在槽轮上的钢丝绳释放或绕紧来补偿外界环境变化引起的钢丝绳变形，从而使钢丝绳拉力F维持恒定。这时转轴转角θ在使用过程中发生变化，即绕在槽轮上的钢丝绳长度发生变化，钢丝绳拉力F与之无关，仍为常数，从而使本装置又具有了长度补偿功能。

本恒张力补偿装置中钢丝绳拉力F的大小可通过多种方式调节：(1)改变线性变扭矩平面涡簧个数，(2)改变线性变扭矩平面涡簧性能参数，(3)改变槽轮的直径，(4)改变槽轮的个数，(5)采用不同的线性变扭矩平面涡簧预紧扭矩。

本恒张力补偿装置中钢丝绳长度补偿量的大小可也通过多种方式调节：(1)改变阿基米德螺线槽轮的起止半径，(2)改变阿基米德螺线槽轮的大小端槽线转动圈数。

为了防止恒张力补偿装置中钢丝绳突然断裂引起转轴突然加速反转造成装置损坏或其他设施的损坏，在恒张力补偿装置的一端的槽轮与外壳体间装有断线止动装置。

由外壳1、轴承2、轴端端盖3、密封圈4、端盖螺钉12、弹性垫片13组成封闭箱体，外壳1上的外壳吊耳7通过转销与锚桩相连，两个同向的阿基米德螺线槽轮8通过键11、挡板9、轴端螺钉10与转轴5刚性连接，转轴5通过轴承2形成的两支承与封闭箱体发生相对转动，线性变扭矩平面涡簧6一端与转轴5固连，线性变扭矩平面涡簧6的另一端与外壳1固连，起到承受钢丝绳拉力作用。

对照图3、图4，其结构是阿基米德螺线槽轮的一端直径大，一端直径小，成锥台型，阿基米德螺线槽轮的上面加工有钢丝绳缠绕的绳槽，从阿基米德螺线槽轮的端面看，绳槽的线型是阿基米德螺线。

对照附图5，其结构是由内棘轮15、圆板16、拉簧17、定位销18、转轴5和棘齿19构成，其中圆板16通过铰链连接棘齿19、拉簧17，圆板16固定于阿基米德螺线槽轮8上，圆板16与棘齿19与转轴5相连，定位销18在圆板16上，当内棘轮15不动，圆板16与棘齿19随转轴5的转动而转动，没发生断线情况时，棘齿19被连接于圆板16上的拉簧17拉力作用而处于与内棘轮15脱开状态，此时钢丝绳可以绕阿基米德螺线槽轮缓慢转动；当发生断线时，阿基米德螺线槽轮上的拉力突然减小，在线性变扭矩平面涡簧扭矩作用下转轴5加速反转，在离心力的带动下，棘齿19相对圆板16向外摆动，使得棘齿19与内棘轮15发生啮合，由于内棘轮15是不动的，从而使圆板16、阿基米德螺线槽轮与转轴5一起停止转动，防止进一步的快速转动损坏其他设施。

Claims (4)

1.恒张力涡簧补偿装置，其特征是转轴的两端固定连接两阿基米德螺线槽轮，阿基米德螺线槽轮上缠绕钢丝绳，转轴的中间刚性连接若干线性变扭矩平面涡簧的一端，线性变扭矩平面涡簧的另一端固接在弹性补偿装置的外壳上，外壳通过一转销与铁道的锚桩或其他物体相连；阿基米德螺线槽轮与外壳体间装有断线止动装置，转轴与外壳两端有支承，转轴在阿基米德螺线槽轮上缠绕的钢丝绳的拉动下，带动线性变扭矩平面涡簧绕自身轴线转动，实现钢丝绳拉力F的恒定不变；

确定钢丝绳拉力F恒定不变：

设槽轮半径为r，线性变扭矩平面涡簧的弹性系数为k，钢丝绳拉力为F，槽轮处的扭矩为M₁，线性变扭矩平面涡簧个数为n，线性变扭矩平面涡簧扭矩为M₂，转轴转角为θ，有：

                    M₁＝F·r

                  M₂＝k·θ·n

由M₁＝M₂知：

                 F·r＝k·θ·n

$F=k\·n\·\frac{\mathrm{\θ}}{r}$

因为阿基米德螺线的方程为：r＝C·θ    (C----常数)

所以：

$F=k\·n\·\frac{\mathrm{\θ}}{r}=k\·n\·\frac{1}{C}$

若线性变扭矩平面涡簧的个数与型号确定，则k与n也是常数，因而钢丝绳拉力F为常数，恒定不变；当使用过程中由于环境温度的变化使钢丝绳出现变形时，钢丝绳拉力发生变化，为保证钢丝绳拉力F为常数，需要绕在槽轮上钢丝绳释放或绕紧来补偿外界环境变化引起的钢丝绳变形，从而使钢丝绳拉力F维持恒定；这时转轴转角θ在使用过程中发生变化，即绕在槽轮上钢丝绳长度发生变化，钢丝绳拉力F与之无关，仍为常数，从而使本装置又具有了长度补偿功能；钢丝绳拉力F的大小通过改变线性变扭矩平面涡簧个数或改变线性变扭矩平面涡簧性能参数或改变槽轮的直径或改变槽轮的个数以及采用不同的线性变扭矩平面涡簧预紧扭矩来实现；

钢丝绳长度补偿量的大小通过改变阿基米德螺线槽轮的起止半径或改变阿基米德螺线槽轮的大小端槽线转动圈数来实现。

2.根据权利要求1所述的恒张力涡簧补偿装置，其特征是外壳与轴承、轴端端盖、密封圈、端盖螺钉、弹性垫片组成封闭箱体，外壳上的外壳吊耳通过转销与锚桩相连，两个同向的阿基米德螺线槽轮通过键、挡板、轴端螺钉与转轴刚性连接，转轴通过轴承形成的两支承与封闭箱体发生相对转动。

3.根据权利要求1所述的恒张力涡簧补偿装置，其特征是阿基米德螺线槽轮的一端直径大，一端直径小，成锥台型，阿基米德螺线槽轮的上面加工有钢丝绳缠绕的绳槽，绳槽的线型是阿基米德螺线，即绳槽的半径变化满足方程：r＝C·θ  (C----常数)。

4.根据权利要求1所述的恒张力涡簧补偿装置，其特征是断线止动装置由内棘轮、圆板、拉簧、定位销、转轴和棘齿构成，其中圆板通过铰链连接棘齿、拉簧，圆板固定于阿基米德螺线槽轮上，圆板与棘齿与转轴5相连，定位销在圆板上，当内棘轮不动，圆板与棘齿随转轴的转动而转动，没发生断线情况时，棘齿被连接于圆板上的拉簧拉力作用而处于与内棘轮脱开状态，此时钢丝绳可以绕阿基米德螺线槽轮缓慢转动；当发生断线时，阿基米德螺线槽轮上的拉力突然减小，在线性变扭矩平面涡簧扭矩作用下转轴5加速反转，在离心力的带动下，棘齿相对圆板向外摆动，使得棘齿与内棘轮发生啮合，由于内棘轮是不动的，从而使圆板、阿基米德螺线槽轮与转轴一起停止转动，起到刹车保护作用。

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