CN104627886A - 绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置及自动排缆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置及自动排缆方法。自动排缆装置包括安装在绞车上的基座、连接在两基座之间的丝杆和光杆及安装在丝杆上的动轨座，丝杆和设有丝杆编码器的伺服电机相连，丝杆两端各有限位开关，限位开关、丝杆编码器分别和与伺服电机相连的伺服电机驱动控制器相连，绞车上的卷筒和设有卷筒编码器的变频电机相连，卷筒编码器和与变频电机相连的变频电机驱动控制器相连。自动排缆方法为：伺服电机驱动控制器根据限位开关的信号控制伺服电机的正反转，实现换向排缆；伺服电机驱动控制器、变频电机驱动控制器根据丝杆编码器、卷筒编码器的信号将丝杆和卷筒调整到新的同步速度，实现变直径自动排缆，确保排缆整齐有序。

Description

绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置及自动排缆方法
技术领域
本发明涉及一种绞车，尤其涉及一种能自动对多种直径缆线进行多层次布阵的绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置及自动排缆方法。
背景技术
目前能实现收放多种规格直径缆绳的绞车陆续出现，排缆机构和控制形式也比较多样化。如某绞车采用双螺杆结构，链轮、链条传递方式，通过调节减速器的减速比来实现行走机构与绞车卷绕速度的同步，但是这种结构的绞车，减速比需要在停车状态下手动转换，该绞车结构复杂，换向困难，尤其丝杆加工难度大，控制精度不高。申请号为“201110370699.7”、名称为“机械式绞车自动换向排缆器机构”的专利，设计了换向锥齿轮组和换向触发机构，该技术方案虽然能够实现自动排缆换向功能，但是只能对固定直径线缆进行排布，而且机械结构比较复杂。又如某电动绳索绞车，排绳螺旋杆无独立的动力源，其动力来自于卷筒输出轴，同时采用双向螺杆实现钢丝绳的自动换向，该绞车虽然能够进行自动排绳，也适用于不同直径的钢丝绳，但是这种结构在变直径排布时需要更换链轮，操作使用很不方便。以上几种绞车，机械结构复杂，设计难度大，操作不方便，自动化程度低，在环境比较恶劣的情况下，会给实际应用带来一定的难度。
发明内容
本发明主要解决原有绞车排缆机构结构复杂、操作不方便、自动化程度低、对多种直径缆线排布比较困难、缆阵排布不够整齐且效率低的技术问题；提供一种绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置及自动排缆方法，其能对多种直径缆线进行自动排布，排缆整齐有序，有效避免骑缆、跳缆现象，操作方便，自动化程度高，缆阵排布效率高。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置，包括基座、动轨座、丝杆和光杆，基座安装在绞车上，丝杆及光杆分别连接在两个基座之间，光杆和丝杆平行，动轨座通过丝杆螺母安装在丝杆上，光杆穿过所述的动轨座，所述的一个基座上设有伺服电机，伺服电机和所述的丝杆相连，丝杆的两端各设有一个限位开关，两个限位开关分别位于两个基座的内侧，伺服电机和伺服电机驱动控制器相连，绞车上的卷筒和变频电机相连，变频电机和变频电机驱动控制器相连，所述的伺服电机上设有丝杆编码器，所述的变频电机上设有卷筒编码器，卷筒编码器和所述的变频电机驱动控制器相连，限位开关、丝杆编码器分别和所述的伺服电机驱动控制器相连。变频电机控制绞车卷筒工作，伺服电机控制丝杆工作。限位开关检测动轨座是否靠近丝杆的两端，丝杆编码器实时检测伺服电机的转速和圈数，卷筒编码器实时检测变频电机的转速和圈数。限位开关、丝杆编码器测得的信号输送给伺服电机驱动控制器，控制伺服电机的运转，即控制丝杆的旋转，卷筒编码器测得的信号输送给变频电机驱动控制器，控制变频电机的运转，即控制卷筒的旋转。当动轨座移动到丝杆的边界时，限位开关动作，动作信号输送给伺服电机驱动控制器进行处理，再由伺服电机驱动控制器输出控制信号驱动伺服电机反转，则丝杆反转，使动轨座反向行进，卷筒上的缆阵顺利换向排布。由于本装置缠绕的缆线，每段缆的长度和直径是已知的，因此只要测出前面一段缆线走过的长度，就能测出缆线直径什么时候变化。卷筒编码器检测卷筒的转速和圈数，从卷筒转了多少圈，就能算出缆线已经缠绕了多长，当这个长度到达前一段缆线的长度时，说明缆线直径要变化了。当缆径变大时，在伺服电机驱动控制器和变频电机驱动控制器的控制下，增大伺服电机和变频电机的转速比，丝杆的旋转速度和卷筒的旋转速度比也相应增大，则动轨座的前进步距增大，使丝杆和卷筒调整到新的同步速度。同理，当缆径变小时，在伺服电机驱动控制器和变频电机驱动控制器的控制下，减小伺服电机和变频电机的转速比，丝杆的旋转速度和卷筒的旋转速度比也相应减小，则动轨座的前进步距减小，使丝杆和卷筒又调整到新的同步速度。因此，本装置根据缆阵直径的变换、卷筒和丝杆的运行速度就能够自动调整缆阵的行进步距以及丝杆和卷筒的同步速度，从而实现绞车上多种规格直径缆阵的电气自动排缆，排缆整齐有序，操作方便，自动化程度高，缆阵排布效率高。
作为优选，所述的绞车上多种直径缆阵的电气自动排缆装置包括控制柜，控制柜内设有PLC控制器，所述的伺服电机驱动控制器及变频电机驱动控制器均设于所述的控制柜内，伺服电机驱动控制器、变频电机驱动控制器分别和所述的PLC控制器相连。由PLC控制器对伺服电机、变频电机的工作状态进行监测。电气控制机构集中安装，结构整齐，便于维护，运行安全。
作为优选，所述的绞车上安装有操作盒，操作盒设有显示屏、指示灯、卷筒操作手柄和丝杆控制按钮，显示屏、指示灯分别和所述的PLC控制器相连，卷筒操作手柄和所述的变频电机驱动控制器相连，丝杆控制按钮和所述的伺服电机驱动控制器相连。PLC控制器用来监视电机及排缆的工作情况，在操作盒上显示输出，并将丝杆和卷筒的工作状态信息输送到操作盒的显示器上显示或由指示灯指示。操作盒主要用来选择绞车的工作方式，显示绞车的工作状态，如果有故障出现及时通过指示灯告知。操作盒上的卷筒操作手柄用来控制绞车卷筒的收放速度，使绞车能按照使用需求随时调整收放速度。操作盒上的丝杆控制按钮可以在手动状态下自由调整动轨座在丝杆上的位置。既可自动缠绕缆阵，又可手动缠绕缆阵，使用更加灵活。
作为优选，所述的光杆有两根，所述的丝杆穿过所述的动轨座的中心，两根光杆位于同一水平面，并且两根光杆位于所述的丝杆的下方，光杆、丝杆和动轨座的连接点形成三角形结构。丝杆控制动轨座的行进速度和方向，光杆只起到导轨作用，确保动轨座的行进更加稳定，不会摇摆和偏离。三角形结构确保动轨座的安装和行进更趋稳定，排缆更加整齐。
本发明的绞车上多种直径缆阵的自动排缆方法为：所述的限位开关检测所述的动轨座是否靠近所述的丝杆的两端，所述的丝杆编码器实时检测所述的伺服电机的转速和圈数，所述的卷筒编码器实时检测所述的变频电机的转速和圈数，限位开关及丝杆编码器测得的信号输送给所述的伺服电机驱动控制器，卷筒编码器测得的信号输送给所述的变频电机驱动控制器，伺服电机驱动控制器经过处理再输出信号控制伺服电机的运转，即控制所述的丝杆的旋转，变频电机驱动控制器经过处理再输出信号控制变频电机的运转，即控制所述的卷筒的旋转；当所述的动轨座移动到丝杆的边界时，所述的限位开关动作，动作信号输送给伺服电机驱动控制器进行处理，伺服电机驱动控制器再输出控制信号驱动伺服电机反转，则丝杆反转，动轨座反向行进，卷筒上的缆阵顺利换向排布；变频电机驱动控制器根据卷筒编码器送来的数据，计算出已缠绕在卷筒上的缆线长度，由于一个缆阵的不同直径的缆段长度是已知的，故通过卷筒上已缠绕缆线长度可判断出缆阵直径是否开始切换；当缆阵直径变大时，通过伺服电机驱动控制器和变频电机驱动控制器的处理，增大伺服电机和变频电机的转速比，丝杆的旋转速度和卷筒的旋转速度比也相应增大，则丝杆上动轨座的前进步距增大，使丝杆和卷筒调整到新的同步速度；当缆阵直径变小时，通过伺服电机驱动控制器和变频电机驱动控制器的处理，减小伺服电机和变频电机的转速比，丝杆的旋转速度和卷筒的旋转速度比也相应减小，则丝杆上动轨座的前进步距减小，使丝杆和卷筒又调整到新的同步速度。因此，本方法根据缆阵直径的变换、卷筒和丝杆的运行速度就能够自动调整缆阵的行进步距以及丝杆和卷筒的同步速度，从而实现绞车上多种规格直径缆阵的自动排缆，排缆整齐有序，有效避免骑缆、跳缆现象的发生，缆阵排布效率高。
本发明的有益效果是：采用丝杆，通过伺服电机正反转实现换向排缆，结构更加简单、紧凑，占用空间小，缆阵换向更加方便。缆阵排布自动化程度高，变频电机和伺服电机的控制精度和同步精度高，可以根据缆阵的不同直径和卷筒转速，自动调整线缆间距和排缆速度，排缆整齐有序，缆阵排布效率高。结构轻巧简便，运行安全，维护方便。
附图说明
图1是本发明绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置的一种立体结构示意图。
图2是本发明绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置的一种电路原理连接结构框图。
图3是本发明绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置中操作盒的操作面板结构示意图。
图中1.基座，2.动轨座，3.丝杆，4.光杆，5.伺服电机，6.限位开关，7.伺服电机驱动控制器，8.卷筒，9.变频电机，10.变频电机驱动控制器，11.丝杆编码器，12.卷筒编码器，13.控制柜，14.PLC控制器，15.操作盒，16.显示屏，17.指示灯，18.卷筒操作手柄，19.丝杆控制按钮。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置，如图1所示，包括动轨座2、丝杆3、两个基座1和两根光杆4，基座1由底板和垂直连接在底板上的安装板构成，两个基座1安装在绞车上，丝杆3及光杆4分别连接在两个基座1之间，光杆4和丝杆3平行，丝杆3穿过动轨座2的中心，两根光杆4位于同一水平面，并且两根光杆4位于丝杆3的下方，动轨座2通过丝杆螺母、轴承安装在丝杆3上，光杆4穿过动轨座2，两根光杆4、一根丝杆3和动轨座2的三个连接点形成三角形结构。位于右边的基座1上安装有伺服电机5，伺服电机5和丝杆3相连。丝杆3的两端各有一个限位开关6，两个限位开关6分别位于两个基座1的内侧。伺服电机5轴侧安装有丝杆编码器11，控制绞车上的卷筒8旋转的变频电机9轴侧安装有卷筒编码器12。
如图2、图3所示，控制柜13内安装有PLC控制器14和伺服电机驱动控制器7、变频电机驱动控制器10，绞车上安装有操作盒15，操作盒15的操作面板上安装有显示屏16、指示灯17、卷筒操作手柄18和丝杆控制按钮19，显示屏16、指示灯17分别和PLC控制器14相连，卷筒操作手柄18、卷筒编码器12分别和变频电机驱动控制器10相连，丝杆控制按钮19、限位开关6及丝杆编码器11分别和伺服电机驱动控制器7相连，伺服电机驱动控制器7、变频电机驱动控制器10又分别和PLC控制器14相连，伺服电机驱动控制器7和伺服电机5相连，伺服电机5控制丝杆3旋转，变频电机驱动控制器10和变频电机9相连，变频电机9控制卷筒8旋转。
本实施例中，变频电机采用斜齿轮-伞齿轮减速电机，型号选用K157DRS180S4/BE20/TH/AG7W，伺服电机型号选用K37CMP63M/KY/AS1H/SM1，电机的控制精度可以达到360×5/4096度(电机轴输出)，电机的同步精度可以达到360×50/4096度(电机轴输出)。丝杆编码器、卷筒编码器均选用型号为DEH11B的编码器，PLC控制器选用型号为DHE41B的PLC控制器。
变频电机控制绞车卷筒工作，伺服电机控制丝杆工作。限位开关检测动轨座是否靠近丝杆的两端，丝杆编码器实时检测伺服电机的转速和圈数，卷筒编码器实时检测变频电机的转速和圈数。限位开关及丝杆编码器测得的信号输送给伺服电机驱动控制器，卷筒编码器测得的信号输送给变频电机驱动控制器，伺服电机驱动控制器、变频电机驱动控制器分别控制伺服电机、变频电机的运转，即分别控制丝杆、卷筒的旋转。PLC控制器用来监视电机及排缆的工作情况，在操作盒上显示输出，并将丝杆和卷筒的工作状态信息输送到操作盒的显示器上显示或由指示灯指示。操作盒主要用来选择绞车的工作方式，显示绞车的工作状态，如果有故障出现及时通过指示灯告知，同时警报器报警。操作盒上的卷筒操作手柄用来控制绞车卷筒的收放速度，使绞车能按照使用需求随时调整收放速度。操作盒上的丝杆控制按钮可以在手动状态下自由调整动轨座在丝杆上的位置。
上述绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置的自动排缆方法为：
绞车上电，操作盒15上电，操作盒上的显示器16进入操作主页面，在页面上选择自动排缆，变频电机9带动卷筒8正向转动(要释放缆线时，使变频电机反转即可)，伺服电机5带动丝杆3正向或反向旋转，丝杆3带动动轨座2同步向左或向右行进，缆线经过动轨座2导引自动缠绕到绞车卷筒8上；
限位开关6检测动轨座2是否靠近丝杆3的两端，丝杆编码器11实时检测伺服电机5的转速和圈数，卷筒编码器12实时检测变频电机9的转速和圈数，限位开关6、丝杆编码器11测得的信号输送给伺服电机驱动控制器7，卷筒编码器12测得的信号输送给变频电机驱动控制器10，再由伺服电机驱动控制器7、变频电机驱动控制器10分别控制伺服电机5、变频电机9的运转，即分别控制丝杆3、卷筒8的旋转；
当动轨座2移动到丝杆3的边界时，缆阵在卷筒上正好排满一层，限位开关6动作，动作信号输送给伺服电机驱动控制器7进行处理，伺服电机驱动控制器7再输出控制信号驱动伺服电机5反转，则丝杆3反转，动轨座2反向行进，卷筒8上的缆阵顺利换向排布；
动轨座到达极限位置或者缆阵直径变化时，卷筒上的缆阵排布容易发生骑缆、跳缆等现象，为了解决这些问题，本发明在动轨座接近极限位置时提前降低卷筒和丝杆的行进速度，在缆阵直径变化时，及时调整丝杆和卷筒的同步速度。由于本装置缠绕的缆线，每段缆的长度和直径是已知的，因此只要测出前面一段缆线走过的长度，就能测出缆线直径什么时候变化。卷筒编码器检测卷筒的转速和圈数，从卷筒转了多少圈，就能算出缆线已经缠绕了多长，当这个长度到达前一段缆线的长度时，说明缆线直径要变化了。在已知缆阵直径的情况下，不论卷筒排布的是哪一种直径的缆阵，卷筒转过一圈的时间应该与丝杆上动轨座走过一个缆阵直径φ所需的时间相等，即则丝杆与卷筒的转速比为由此，将丝杆的旋转速度视为卷筒旋转速度的正比例函数即nS＝KnJ，其比例系数K与缆阵直径φ成正比，即K＝aφ，其中系数a是变频电机减速比、伺服电机减速比和丝杆螺距的综合考虑得出的。变频电机驱动控制器10根据卷筒编码器12送来的数据，计算出已缠绕在卷筒8上的缆线长度，由于一个缆阵的不同直径的缆段长度是已知的，故通过卷筒8上已缠绕缆线长度可判断出缆阵直径是否开始切换。当缆阵直径φ变大时，在伺服电机驱动控制器7和变频电机驱动控制器10的控制下，比例系数K增大，丝杆3的旋转速度和卷筒8的旋转速度比也相应增大，则丝杆3上动轨座2的前进步距增大，使丝杆3和卷筒8调整到新的同步速度；当缆阵直径φ变小时，在伺服电机驱动控制器7和变频电机驱动控制器10的控制下，比例系数K减小，丝杆3的旋转速度和卷筒8的旋转速度比也相应减小，则丝杆3上动轨座2的前进步距减小，使丝杆3和卷筒8又调整到新的同步速度，实现变直径缆阵的自动排布。
因此，本发明根据缆阵直径的变换、卷筒和丝杆的运行速度就能够自动调整缆阵的行进步距以及丝杆和卷筒的同步速度，从而实现绞车上多种规格直径缆阵的电气自动排缆。本发明缆阵排布自动化程度高，变频电机和伺服电机的控制精度和同步精度高，排缆整齐有序，缆阵排布效率高，而且运行安全，维护方便。

Claims (5)

1.一种绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置，其特征在于包括基座(1)、动轨座(2)、丝杆(3)和光杆(4)，基座(1)安装在绞车上，丝杆(3)及光杆(4)分别连接在两个基座(1)之间，光杆(4)和丝杆(3)平行，动轨座(2)通过丝杆螺母安装在丝杆(3)上，光杆(4)穿过所述的动轨座(2)，所述的一个基座(1)上设有伺服电机(5)，伺服电机(5)和所述的丝杆(3)相连，丝杆(3)的两端各设有一个限位开关(6)，两个限位开关(6)分别位于两个基座(1)的内侧，伺服电机(5)和伺服电机驱动控制器(7)相连，绞车上的卷筒(8)和变频电机(9)相连，变频电机(9)和变频电机驱动控制器(10)相连，所述的伺服电机(5)上设有丝杆编码器(11)，所述的变频电机(9)上设有卷筒编码器(12)，卷筒编码器(12)和所述的变频电机驱动控制器(10)相连，限位开关(6)、丝杆编码器(11)分别和所述的伺服电机驱动控制器(7)相连。
2.根据权利要求1所述的绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置，其特征在于包括控制柜(13)，控制柜内设有PLC控制器(14)，所述的伺服电机驱动控制器(7)及变频电机驱动控制器(10)均设于所述的控制柜(13)内，伺服电机驱动控制器(7)、变频电机驱动控制器(10)分别和所述的PLC控制器(14)相连。
3.根据权利要求2所述的绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置，其特征在于所述的绞车上安装有操作盒(15)，操作盒(15)设有显示屏(16)、指示灯(17)、卷筒操作手柄(18)和丝杆控制按钮(19)，显示屏(16)、指示灯(17)分别和所述的PLC控制器(14)相连，卷筒操作手柄(18)和所述的变频电机驱动控制器(10)相连，丝杆控制按钮(19)和所述的伺服电机驱动控制器(7)相连。
4.根据权利要求1或2或3所述的绞车上多种直径缆阵的自动排缆装置，其特征在于所述的光杆(4)有两根，所述的丝杆(3)穿过所述的动轨座(2)的中心，两根光杆(4)位于同一水平面，并且两根光杆(4)位于所述的丝杆(3)的下方，光杆(4)、丝杆(3)和动轨座(2)的连接点形成三角形结构。
5.一种绞车上多种直径缆阵的自动排缆方法，其特征在于所述的限位开关(6)检测所述的动轨座(2)是否靠近所述的丝杆(3)的两端，所述的丝杆编码器(11)实时检测所述的伺服电机(5)的转速和圈数，所述的卷筒编码器(12)实时检测所述的变频电机(9)的转速和圈数，限位开关(6)及丝杆编码器(11)测得的信号输送给所述的伺服电机驱动控制器(7)，卷筒编码器(12)测得的信号输送给所述的变频电机驱动控制器(10)，伺服电机驱动控制器(7)经过处理再输出信号控制伺服电机(5)的运转，即控制所述的丝杆(3)的旋转，变频电机驱动控制器(10)经过处理再输出信号控制变频电机(9)的运转，即控制所述的卷筒(8)的旋转；当所述的动轨座(2)移动到丝杆(3)的边界时，所述的限位开关(6)动作，动作信号输送给伺服电机驱动控制器(7)进行处理，伺服电机驱动控制器(7)再输出控制信号驱动伺服电机(5)反转，则丝杆(3)反转，动轨座(2)反向行进，卷筒(8)上的缆阵顺利换向排布；变频电机驱动控制器(10)根据卷筒编码器(12)送来的数据，计算出已缠绕在卷筒(8)上的缆线长度，由于一个缆阵的不同直径的缆段长度是已知的，故通过卷筒(8)上已缠绕缆线长度可判断出缆阵直径是否开始切换；当缆阵直径变大时，通过伺服电机驱动控制器(7)和变频电机驱动控制器(10)的处理，增大伺服电机(5)和变频电机(9)的转速比，丝杆(3)的旋转速度和卷筒(8)的旋转速度比也相应增大，则丝杆(3)上动轨座(2)的前进步距增大，使丝杆(3)和卷筒(8)调整到新的同步速度；当缆阵直径变小时，通过伺服电机驱动控制器(7)和变频电机驱动控制器(10)的处理，减小伺服电机(5)和变频电机(9)的转速比，丝杆(3)的旋转速度和卷筒(8)的旋转速度比也相应减小，则丝杆(3)上动轨座(2)的前进步距减小，使丝杆(3)和卷筒(8)又调整到新的同步速度。
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