CN103613023A - 基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车，包括主动绞盘、从动绞盘、减速电机、支撑箱体、驱动轴；所述主动绞盘两端还对称设有插销盘，在主动绞盘两端的支撑箱体上表面还对称设有两套安全插销装置；在主动绞盘和从动绞盘之间的中箱体内还设置有摩擦制动装置，所述摩擦制动装置内设有两块制动楔盘同步对从动绞盘两端的摩擦楔盘实施制动。本摩擦驱动绞车具有结构简洁、安全可靠及良好的维护性，适用于基于特殊承载电缆的收放驱动。

Description

基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车

技术领域

本发明涉及一种绞车，尤其是涉及一种基于承重、输电、通信于一体的特殊缆绳的摩擦驱动绞车。

背景技术

普通卷扬机一般采用钢丝绳来提升负载，并将缆绳缠绕在绞车上，绞车缆筒既是驱动装置，又是储缆装置。当多层排缆时，由于缆绳受载荷的作用，缆绳之间存在挤压力，排列不齐会使上层缆绳会嵌入下层，放缆时缆绳会产生弹蹦。对于集承重、输电、通电功能一体的特殊缆绳时，由于表皮和承重层为非金属材料，易受挤压而损伤。因此，为了提高缆绳使用寿命和运行可靠性，必须将缆绳收放驱动与储缆功能分开，由基于摩擦驱动的张力衰减绞车驱动缆绳收放，将缆绳张力大大衰减后传给储缆绞车进行排缆和储缆，这样储缆绞车可实现大容量缆绳的储存和收放缆绳时的整齐排缆，缆绳储存长度可达数千米以上。基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车和储缆绞车分离式绞车系统在海洋工程，海上拖曳，有缆水下机器人，有缆气球升空回收等应用领域具有良好的应用前景。

本申请人已申请的“一种卧式斜置缆绳张力衰减绞车”，申请号为：201210330129.X的发明专利，提供了一种基于摩擦驱动的特殊缆绳收放驱动装置，给出了一种卧式斜置式缆绳张力衰减绞车结构形式，并内置了手动摩擦制动装置和缆绳张力测量装置，具有结构紧凑、安全性好的特点。已申请的“一种双端楔盘同步摩擦制动装置”，申请号为：201310377669.8的发明专利，针对前者所采用的“一种具有楔块增力结构的摩擦制动装置”（ZL201110356539.7），提出了一种抵消轴向力、制动力矩更大的摩擦制动装置。而本申请则是在将双端楔块同步摩擦制动装置实际应用的基础上，提供一种改进型的基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车。

发明内容

本发明提供一种基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车，采用的技术方案如下：

一种基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车，包括主动绞盘1、从动绞盘2、减速电机3、支撑箱体6、驱动轴12及缆绳13；其特征在于：所述主动绞盘1两端还对称设置有插销盘1a，两插销盘1a端面与主动绞盘1轴线为圆心的同一圆周上均布设置了若干圆弧腰形槽孔1b，两插销盘1a上的圆弧腰形槽孔1b数量相等且位置对称，在主动绞盘1两端的支撑箱体6上还对称设置有两套安全插销装置4；所述安全插销装置4每套内设有两组独立的插销机构，每组插销机构包括插销4a、支撑法兰套4c、接近开关一4d、支撑座4e、轴承法兰套4f、旋钮4g、端盖4h、丝杆轴4i及止转螺钉4j；所述支撑座4e水平方向设有两个直径相同的通孔，底面一端设有与通孔轴线垂直的定位面，与支撑箱体6的顶面通过螺钉紧固，支撑座4e水平通孔内安装支撑法兰套4c；所述支撑法兰套4c法兰端面设有螺钉与支撑座4e固定连接，在中心轴线设有直径较大的沉孔和直径较小的通孔，沉孔内装有轴承法兰套4f，通孔内装有插销4a；所述插销4a外圆为阶梯轴，大直径段轴颈外圆与支撑座4e通孔滑动配合，外圆还设有一段导向槽4b，通过由支撑座4e上平面的通孔对准支撑法兰套4c上设置的螺纹孔旋入止转螺钉4j至槽内限制插销4a的转动，小直径段轴颈可插入插销盘1a的圆弧腰形槽孔1b内，插销4a的大直径端面中心处设有一段螺纹孔；所述轴承法兰套4f在设有止端的沉孔内设有一对角接触轴承用于支撑丝杆轴4i，所述丝杆轴4i左部为螺纹轴，中部设有轴肩，轴肩右部依次为一段与轴承配合的光轴、一段供锁紧螺母轴向锁定丝杆轴4i的螺纹和一段与旋钮4g配合的轴颈，左部螺纹旋入插销4a的螺纹孔内提供插销4a的插销和拔销的驱动；在主动绞盘1和从动绞盘2之间的中箱体8内还设置有摩擦制动装置5，所述摩擦制动装置5内设有两块制动楔盘同步对从动绞盘2两端的摩擦楔盘实施制动。

所述主动绞盘1两端插销盘1a上设置的若干圆弧腰形槽孔1b，使得主动绞盘1在任意停止位置时，两个安全插销装置4的两组插销机构中至少有一个插销4a可插入圆弧腰形槽孔1b内，通过转动旋钮4g带动丝杆轴4i旋转实现插销4a的伸出和缩进移动。

所述安全插销装置4的插销4a头部直径尺寸小于插销盘1a圆弧腰形槽孔1b槽宽尺寸0.5-1mm，以保证插销4a顺利插入圆弧腰形槽孔1b。

所述安全插销装置4支撑座4e的上部设有一螺纹孔，在支撑法兰套4c套壁设有直径稍大的通孔与该螺纹孔对准，螺纹孔内旋入接近开关一4d，用于探测插销回位时的状态，只有当插销4a退回至接近开关一4d有信号输出时方能启动减速电机3。

所述摩擦制动装置5的一端设置有制动手轮5a，制动手轮5a一端的法兰盘上设有接近开关二5b，只有通过制动手轮5a将摩擦制动装置5内的两块制动楔盘与从动绞盘2两端的摩擦锥盘2a脱开到位时，接近开关二5b感应到信号后才能启动减速电机3。

所述主动绞盘1和从动绞盘2的外圆上下还分别各设有一套与支撑箱体6相连接的可旋转护缆套11，通过可旋转的护缆套11封住主动绞盘1和从动绞盘2，阻止缠绕缆绳13b滑出绞盘绳槽。

本发明的特点和有益效果是：采用一对具有多圈绳槽的主从绞盘卧式结构，两绞盘在支撑箱体6上以轴线平行、前高后低布置，主动绞盘和从动绞盘上的圆弧绳槽水平错位1/2槽距，通过主动绞盘旋转过程中缆绳与绞盘多圈绳槽间产生的摩擦力驱动缆绳的收放，并逐步衰减缆绳所受张力。支撑箱体6采用三段剖分式结构，在中箱体两绞盘安装孔之间设有可针对从动绞盘实施制动的双端楔盘同步摩擦制动装置；在箱体上平面主动绞盘两侧各设有一套双安全插销装置，可保证在绞盘停止时，两套安全插销装置各自至少有一个插销插入主动绞盘两端插销盘的腰形槽孔内。本发明具有结构简洁、安全可靠及良好的维护性，适用于基于特殊承载电缆的收放驱动。

附图说明

附图1为本发明主视图（未装缆绳）；

附图2为图1的左视图；

附图3为图1的俯视图；

附图4为图1的A-A剖视图；

附图5为图1的左前侧轴测图（安装缆绳）：

图中：1、主动绞盘，1a、插销盘，1b、腰形槽孔，2、从动绞盘，2a、摩擦锥盘，3、减速电机，4、安全插销装置，4a、插销，4b、导槽，4c、支撑法兰套，4d、接近开关一，4e、支撑座，4f、轴承法兰套，4g、旋钮，4h、端盖，4i、丝杆轴，4j、止转螺钉，5，摩擦制动装置，5a、制动手轮，5b、接近开关二，6、支撑箱体，7、前箱体，7a、前端缆绳口，8、中箱体，8a、维护窗口，9、后箱体，9a、后端缆绳口，10、底板，11、护缆套，12、驱动轴，13、缆绳，13a、前端缆绳，13b、缠绕缆绳，13c、后端缆绳。

具体实施方式

下面通过本发明用于承载特殊装备的某系留气球升空回收装置为实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

图1是本发明实施例未安装缆绳时的主视图，图2为图1的左视图，图3为图1的俯视图，图4为图1中A-A剖视图，图5是本发明安装缆绳后的轴测立体图。本发明的绞车基于双绞盘摩擦驱动原理，在轴线平行安装的两个具有多绳槽的绞盘之间的缠绕缆绳，通过减速电机3驱动主动绞盘1转动，借助缆绳13与主动绞盘1圆弧绳槽之间的接触包角提供的摩擦力驱动承载缆绳13的收放运动。由于升空气球及其所承载的设备非常重要且价值昂贵，因此本绞车除满足气球收放功能外需特别注重使用过程中的安全性，保障气球和承载设备的绝对安全。

缆绳13是一种集承重、输电、通信于一体的特殊电缆，由外而内分别为外层、屏蔽网、承重层、4根电源导线和三根光纤构成；外表皮为以聚乙烯材料为基础的半导体材料。为保证系留气球的绝对安全，所选缆绳13的破断拉力大约是所受额定张力的8-10倍，以保证升空气球在极端天气，如强风的作用下不会拉断。但如果作主动绞盘1驱动的减速电机3的功率按如此高的安全系数选用，一方面增大结构尺寸和供电容量，另一方面将大大增加建造成本。因此本绞车考虑在结构上设置安全保障装置来提高绞车的安全性。

安全插销装置4的作用是实现系留气球空中长期滞留（15-21天）时的安全保护作用，当系留气球在空中遭遇大风和瞬间强气流时会成倍增加缆绳13所受张力，有可能会接近甚至瞬间超过减速电机3内部制动器的制动力矩，使主动绞盘1产生转动，影响空中气球的安全性甚至发生溜球事故。为了保障气球和球上设备的安全，在主动绞盘1两侧设置安全插销装置4，通过将插销4a插入插销盘1a的圆弧腰形槽孔1b可防止主动绞盘1在张力过大时的转动，避免瞬间张力波动产生的转矩传递给减速电机3的制动器。当摩擦制动装置5和安全插销装置4同时作用时，此外当减速电机3内的制动器需要更换维修时起制动作用。

安全插销4的具体结构参见图4，在主动绞盘1两端对称设有插销盘1a，与主动绞盘1固连成一体，两插销盘1a端面与主动绞盘1轴线为圆心的同一圆周上均布设置了若干圆弧腰形槽孔1b，两插销盘1a上的圆弧槽孔1b数量相等且位置对称，在主动绞盘1两端的支撑箱体6上对称设有两套安全插销装置4；每套全插销装置4内设两组独立的插销机构，每组插销机构包括插销4a、支撑法兰套4c、接近开关一4d、支撑座4e、轴承法兰套4f、旋钮4g、端盖4h、丝杆轴4i及止转螺钉4j；支撑座4e水平方向设有两个直径相同的通孔，底面一端设有与通孔轴线垂直的定位面，与支撑箱体6的顶面通过螺钉紧固，支撑座4e水平通孔内安装支撑法兰套4c；支撑法兰套4c法兰端面设有螺钉与支撑座4e固定连接，在中心轴线设有直径较大的沉孔和直径较小的通孔，沉孔内装有轴承法兰套4f，通孔内装有插销4a；插销4a外圆为左小右大的阶梯轴，大直径段轴颈外圆与支撑座4e通孔滑动配合，外圆还设有一段导向槽4b，通过由支撑座4e上平面的通孔对准支撑法兰套4c上设置的螺纹孔旋入止转螺钉4j至槽内限制插销4a的转动，小直径段轴颈可插入插销盘1a的圆弧腰形槽孔1b内，插销4a右端面中心处设有一段螺纹孔供丝杆轴旋入；轴承法兰套4f在设有止端的沉孔内设有一对角接触轴承用于支撑丝杆轴4i，丝杆轴4i左部为螺纹轴，中部设有轴肩，轴肩右部依次为一段与轴承配合的光轴、一段供锁紧螺母轴向锁定丝杆轴4i的螺纹和一段与旋钮4g配合的轴颈，左部螺纹旋入插销4a的螺纹孔内提供插销4a的插销（伸出）和拔销（缩进）的驱动。

在安全插销装置4支撑座4e的上部设有一螺纹孔，在支撑法兰套4c套壁设有直径稍大的通孔与该螺纹孔对准，螺纹孔内旋入接近开关一4d，用于探测插销回位时的状态，只有当插销4a退回至接近开关一4d有信号输出时方能启动减速电机3。插销装置4的插销4a头部直径尺寸小于插销盘1a圆弧腰形槽孔1b槽宽尺寸0.5-1mm，以保证插销4a顺利插入圆弧腰形槽孔1b。

摩擦制动装置5设置在主动绞盘1和从动绞盘2之间的中箱体8内，以从动绞盘2两端的摩擦锥盘2a为制动对象，通过箱体外部的制动手轮5a实施对从动绞盘2两端摩擦锥盘2a的同步制动和脱开。从动绞盘2的作用是形成缆绳13在两绞盘之间的缠绕过渡，其与缠绕缆绳13b之间的接触包角并不提供缆绳13张力衰减功能，这样的好处是当对从动绞盘2实施制动时使前端缆绳13a与从动绞盘2之间的包角产生摩擦阻力，本实施例中的主动绞盘1外圆上设有8个圆弧绳槽，产生8π的摩擦包角。

主动绞盘1与驱动轴12之间采用呈120°均布的三个平键传递扭矩，较单键传递扭矩可使主动绞盘1和驱动轴12受力分布合理，减小应力集中。

图5显示了本发明缠绕缆绳13后的状态，前端缆绳13a与系留气球相连，后端缆绳13c导入储缆绞车，本发明未涉及系留气球和储缆绞车。

附图未表示摩擦制动装置的内部结构，其具体结构说明可参见在先申请的专利“一种双端楔盘同步摩擦制动装置”，申请号为201310377669.8，该专利设置的摩擦锥盘2a具有外锥面的制动环结构，由制动手轮2a通过双螺纹丝杆轴的左旋螺纹和右旋螺纹分别与一对在绞盘两端对称设置的制动楔盘中心处的螺母啮合驱动，通过制动楔盘上的圆锥环形摩擦片压紧从动绞盘两端摩擦锥盘2a的外锥面，依靠双向丝杆轴一端的花键轴的轴向浮动保证同步制动，并将制动时一对制动楔盘所承受的方向相反大小相等的轴向力转变为双螺纹丝杆轴的拉伸内应力且相互抵消，该制动装置具有结构合理、支撑刚度好，制动力大、操作简便的特点。

本绞车装配的顺序是：先将前箱体7立起安装主动绞盘1及其支撑组件，然后合上中箱体8并与前箱体7连接固定，再安装从动绞盘2及其支撑组件，合上后箱体9并与中箱体连接固定，将支撑箱体6卧式平放后安装摩擦制动装置5，最后安装减速电机3、安全插销装置4、护缆装置等。

本实施例通过在结构上尽可能缩小绞盘绳槽间距，利用两绞盘之间设置摩擦制动装置5的空间需求延展了两绞盘安装距离，与之前申请的专利“一种卧式斜置缆绳张力衰减绞车”，申请号为：201210330129.X相比，取消了从动绞盘与主动绞盘相对倾角及内置的张力测量装置，改进了摩擦制动器的结构、安装位置和制动对象，将针对主动绞盘的单侧制动改为针对从动绞盘的双端同步制动，制动能力更大。两者可满足不同要求的摩擦驱动，前者结构紧凑，具有内置式张力测量装置及单侧摩擦制动和单侧安全插销装置；后者结构简洁，不含内置张力测量装置，绞盘无倾角，并利用加长的绞盘间距设置的双端摩擦制动装置使轴向受力对称抵消，在主动绞盘1两端对称设置安装插销装置4，通过双端同时插入改善绞盘受力状态，安全性更高。简言之，当绞车需要缆绳张力测量功能时选择前者，当不需要张力测量时选择本装置，本装置除不含有张力测量装置外，摩擦制动及安全性能得到加强，是一种可供选择的结构方案。

需要说明的是，在“一种卧式斜置缆绳张力衰减绞车”（申请号为：201210330129.X）中设置绞盘倾角的目的是为了使缆绳进出绞盘时两绞盘的绳槽保持对齐，避免缆绳与绳槽侧壁碰擦，保护缆绳，提高缆绳使用寿命。但是，绞盘偏角并不能避免缆绳折弯，而是将缆绳折弯限制在绞盘绳槽内。采用绞盘倾角方案时，倾角为1/2槽距与绞盘半径之比的反正切，倾角与绞盘圆弧槽间距和绞盘半径相关，而与两绞盘的中心距无关。因此采用绞盘倾角方案可尽可能缩小两绞盘的中心距，使箱体长度减小，结构紧凑。当不采用倾角方案时，两绞盘错位1/2槽距安装，进出绞盘的缆绳与绳槽产生偏斜，偏斜角度为1/2槽距与两绞盘中心距之比的反正切，与绞盘倾角方案不同，这时缆绳的偏斜角度与槽距和两绞盘中心距有关而与绞盘半径无关。由于两绞盘中心距至少是绞盘半径的两倍以上，这时的缆绳偏斜角度小于绳槽对准方案时绞盘倾角的1/2。适当拉开绞盘中心距可以减小缆绳偏角。

当缆绳直径较大，绞盘绳槽间距较大时宜采用绞盘偏角方案，当缆绳直径较小，绳槽间距相应较小，通过适当加长绞盘中心距，可选择不偏角方案，以简化结构和加工制造的难度。

Claims (5)

1.一种基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车，包括主动绞盘（1）、从动绞盘（2）、减速电机（3）、支撑箱体（6）、驱动轴（12）及缆绳（13）；其特征在于：所述主动绞盘（1）两端对称设有插销盘（1a），两插销盘（1a）端面与主动绞盘（1）轴线为圆心的同一圆周上对称均布设置了若干圆弧腰形槽孔（1b），在主动绞盘（1）两端的支撑箱体（6）上表面上对称设有两套安全插销装置（4）；所述安全插销装置（4）每套内设有两组独立的插销机构，每组插销机构包括插销（4a）、支撑法兰套（4c）、接近开关一（4d）、支撑座（4e）、轴承法兰套（4f）、旋钮（4g）、端盖（4h）、丝杆轴（4i）及止转螺钉（4j）；所述支撑座（4e）水平方向设有两个直径相同的通孔，底面与支撑箱体（6）的顶面通过螺钉连接，支撑座（4e）水平通孔内安装支撑法兰套（4c）；所述支撑法兰套（4c）法兰端面设有螺钉与支撑座（4e）固定连接，在中心轴线设有直径较大的沉孔和直径较小的通孔，沉孔内装有轴承法兰套（4f），通孔内装有插销（4a）；所述插销（4a）外圆为阶梯轴，大直径段轴颈外圆与支撑座（4e）通孔滑动配合，外圆还设有一段导向槽（4b），通过由支撑座（4e）上平面的通孔对准支撑法兰套（4c）上设置的螺纹孔旋入止转螺钉（4j）至槽内限制插销（4a）的转动，小直径段轴颈可插入插销盘（1a）的圆弧腰形槽孔（1b）内，插销（4a）的大直径端面中心处设有一段螺纹孔；所述轴承法兰套（4f）在设有止端的沉孔内设有一对角接触轴承用于支撑丝杆轴（4i），所述丝杆轴（4i）左部为螺纹轴，中部设有轴肩，轴肩右部依次为一段与轴承配合的光轴、一段供锁紧螺母轴向锁定丝杆轴（4i）的螺纹和一段与旋钮（4g）配合的轴颈，左部螺纹旋入插销（4a）的螺纹孔内提供插销（4a）的插销和拔销的驱动；在主动绞盘1和从动绞盘2之间的中箱体8内还设置有摩擦制动装置5，所述摩擦制动装置（5）内设有两块制动楔盘同步对从动绞盘（2）两端的摩擦楔盘实施制动。

2.根据权利要求1所述的一种基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车，其特征在于：所述主动绞盘（1）两端插销盘（1a）上设置的圆弧腰形槽孔（1b）的数量相同且位置对应。

3.根据权利要求1所述的一种基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车，其特征在于：所述安全插销装置（4）的插销（4a）头部的直径尺寸小于插销盘（1a）圆弧腰形槽孔（1b）的槽宽尺寸0.5-1mm，以保证插销（4a）顺利插入圆弧腰形槽孔（1b）。

4.根据权利要求1所述的一种基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车，其特征在于：所述主动绞盘（1）和从动绞盘（2）的外圆上下还分别各设有一套与支撑箱体6相连接的可旋转护缆套11，通过可旋转的护缆套（11）封住主动绞盘（1）和从动绞盘（2），阻止缠绕缆绳（13b）滑出绞盘绳槽。

5.根据权利要求1所述的一种基于特殊缆绳的摩擦驱动绞车，其特征在于：所述摩擦制动装置（5）的一端还设置有制动手轮（5a），制动手轮（5a）一端的法兰盘上设有接近开关二（5b），通过制动手轮（5a）将摩擦制动装置（5）内设有的两块制动楔盘与从动绞盘（2）两端的摩擦锥盘（2a）脱开到位时，接近开关二5b感应到信号后才能启动减速电机3。

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