CN105139966A - 一种多功能立式绞合退扭成缆机 - Google Patents

Abstract

一种多功能立式绞合退扭成缆机，包括主减速变频电机和绞体转盘，所述的绞体转盘上均匀设置有三个大转盘和三个固定式小转盘，所述的大转盘与固定式小转盘交叉分布，所述的绞体转盘的圆周外侧固定安装有九个均匀分布的移动式小转盘，所述的三个大转盘和三个固定式小转盘实现海底电缆的加工，所述的三个固定式小转盘和九个移动式小转盘实现多芯脐带电缆的加工，所述的绞体转盘下端设置有环形大齿圈，所述的大齿圈上安装有均匀分布的托轮装置，所述的托轮装置与导轨配合连接，所述的大齿圈的外侧与安装在主减速变频电机上的小齿轮啮合，该成缆机可实现大长度多芯海缆成缆绞合前的充分退扭和多功能型脐带电缆的绞合成缆。

Description

一种多功能立式绞合退扭成缆机

技术领域

本发明涉及一种成缆机，具体地说就是一种多功能立式绞合退扭成缆机。

背景技术

目前中国海底电缆生产厂家生产三芯光纤复合海底电缆多采用立式成缆机，其放线盘数量一般为六个，即“三大三小”式放线，这种放线装置最多可实现包含3根电力电缆和3根光缆的多芯复合海缆的绞合成缆，其中三根小直径光缆采用盘具式放线，光缆收线于盘具内，盘具置于固定式放线架上，放线架安装在小退扭托盘上；其余三根大直径电力电缆线芯采用托盘式放线，直接收、排线于被动放线的退扭托盘中，这种结构设计的退扭大托盘的直径、堆放高度以及小盘具式放线架的尺寸，将是制约缆芯满盘装载时可储存长度的关键参数，这也将是制约海缆厂家生产大长度、整根无接头海缆成品交货长度的瓶颈，同时，所有装载满盘缆芯的托盘和盘具共计施加约千吨重的负载到绞合大转盘上，对绞合转盘的支承要求颇高。

这种立式绞合退扭成缆机，在线芯绞合成缆过程中，每根线芯都有直线和旋转两种运动，通过绞合大转盘的转动实现多线芯的旋转绞合；通过后道工序生产线上配置的动力驱动，实现线芯放线、收线等轴向直线运动，当线芯旋转一周时，绝缘线芯沿轴向前进的距离即为“成缆节距”，所述“成缆节距”是衡量成缆工序半产品质量好坏和退扭是否完全的关键控制参数，若生产线上没有配置大吨位牵引机和传动系统的退扭驱动，将很难实现线芯绞合时的退扭功能，达不到生产工艺上对成缆节距的标准要求。

这种“三大三小”式的六盘放线配置，在生产深海用脐带电缆产品时将受到限制，脐带电缆是一种由液压管线、电力单元和光纤单元组成的多芯数海洋工程用产品，根据敷设水深、用户要求功能的需要，常用脐带电缆有9芯、10芯、11芯、13芯、24芯、63芯等多芯数结构，单从芯数要求来看，这种六盘放线配置远远不能满足脐带电缆的生产要求。

同时这种托盘式被动放线的结构，在工厂内成缆工序之前，需将电力电缆线芯通过高空导轮装置垂直收排线于退扭托盘内，通过工人手动调整最终线芯按层盘绕堆放，堆放高度每增加一层线芯将会因扭力产生360°的自扭转，三芯光纤复合海缆成缆放线时，又将堆放于托盘内的缆芯向上拎起，随着放线过程的进行，每拎起一圈，线芯将反向扭转360°，综上反复的扭转过程，线芯极易受到机械损伤，同时因收、排线不规整及退扭不完全等原因将在线芯上产生内应力，导致缆芯打结和打圈，整个成缆过程失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能立式绞合退扭成缆机，该成缆机可实现大长度多芯海缆成缆绞合前的充分退扭和多功能型脐带电缆的绞合成缆。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种多功能立式绞合退扭成缆机，包括主减速变频电机和绞体转盘，所述的绞体转盘上均匀设置有三个大转盘和三个固定式小转盘，所述的大转盘与固定式小转盘交叉分布，所述的绞体转盘的圆周外侧固定安装有九个均匀分布的移动式小转盘，所述的三个大转盘和三个固定式小转盘实现海底电缆的加工，所述的三个固定式小转盘和九个移动式小转盘实现多芯脐带电缆的加工；所述的绞体转盘下端设置有环形大齿圈，所述的大齿圈上安装有均匀分布的托轮装置，所述的托轮装置与导轨配合连接，所述的大齿圈的外侧与安装在主减速变频电机上的小齿轮啮合；所述的绞体转盘的上端为操作平台，所述的操作平台上设置有电气退扭系统，所述的电气退扭系统包括分线板、跟踪传感器、张力控制器、空压气缸、舞蹈轮。

作为优化，所述的大转盘通过大转盘支撑固定安装在绞体转盘上，大转盘上设置有大转盘齿轮，所述的大转盘齿轮与大转盘驱动电机上的齿轮啮合，所述的大转盘上设置有光栅编码器。

作为优化，所述的移动式小转盘包括小转盘驱动装置、小转盘转动盘、小转盘回转支承和线盘，所述的小转盘回转支承上设置有外齿圈，所述的小转盘通过支座固定安装在绞体转盘上，所述的线盘的两侧设置有放线架，所述的放线架上设置有放线驱动，线盘与放线架的连接处设置有夹紧驱动。

作为优化，所述的大转盘的一侧设置有排线装置，所述的排线装置包括转向支架、过线轧辊、位置传感器、加紧装置和机械排线手臂，所述的加紧装置由夹紧电机通过蜗轮蜗杆传动带动蜗杆实现顶针的夹紧和放松，所述的机械排线手臂在动力控制下的移动角度为21°，所述的位置传感器设置在机械排线手臂和夹紧装置内。

作为优化，所述的绞体转盘内部设置有主滑环，所述的主滑环一端连接PLC电气控制系统，另一端连接主减速变频电机、大转盘驱动电机、小转盘驱动装置和位置传感器。

作为优化，所述的固定式小转盘倾斜安装，所述的移动式小转盘竖直安装。

作为优化，所述的绞体转盘的底部安装有井式导线架。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种多功能立式绞合退扭成缆机，采用不同的转盘放线组合形式，多功能生产海底电缆和多芯脐带电缆产品，提高大型设备的开机利用率，实现一机多用，增加企业产能的同时降低配套设备投入成本，可根据生产海缆或脐带缆等不同产品工艺的需要，移动车间转盘放线装置的位置，合理调整设备空间占用，节约厂房建设的投资成本；采用大直径托盘收、放线装置，排线高度高达3米，排线整齐，线速度稳定，避免了因人工收线造成的交叉压线等现象，可完全消除因线芯堆压、扭曲等不良现象产生的应力集中损伤交联聚乙烯绝缘层，完全消除因绞合成缆退扭不完全造成的缆芯内应力集中，因而损伤缆芯绝缘层和缆芯打结、打圈的现象；配有机械退扭与电气退扭等两套系统，因生产时其中一方发生故障时可最大程度保护缆芯绞合成缆不受其影响，提高产品质量可靠性；采用自主研发设计的可承重1400吨的19米绞体转盘，这种大规格的设备配置将突破生产大长度、大截面海缆生产时对绞合转盘承重的要求的“瓶颈”限制，满足几十公里交货长度的要求，实现海缆单根无接头最大长度45km的生产，绞合转盘上3个固定式小转盘放线装置倾斜安装，保证每个放线架放线顺畅，避免缆芯和线盘盘边相擦造成的磕碰、伤线、毛刺等影响产品质量的缺陷；通过PLC电气控制系统和主控触摸屏，实现远程参数的设定，无需工人进入转盘内进行设定，从而保障作业人员的人身安全，同时利用西门子高自动化电气响应系统，减少传递信号的失真及衰减，实现开机操作指令的快速响应。

附图说明

图1为本发明总体结构图；

图2为本发明的多芯脐带电缆加工的主视图；

图3为本发明的多芯脐带电缆加工的俯视图；

图4为本发明的电气退扭系统的放大图；

图5为本发明的大转盘的放大图；

图6为本发明的移动小转盘的放大图；

其中，1主减速变频电机、2小齿轮、3大齿圈、4回转支承、5主滑环、6托轮装置、7导轨、8井式导线架、9绞体转盘、10大转盘、11固定式小转盘、12移动式小转盘、13光栅编码器、14操作平台、15转向支架、16过线轧辊、17位置传感器、18夹紧装置、19机械排线手臂、20电气退扭系统、20-1分线板、20-2跟踪传感器、20-3张力控制器、20-4空压气缸、20-5舞蹈轮、21小转盘驱动装置、22小转盘转动盘、23小转盘回转支承、24支座、25线盘、26放线盘、27放线驱动、28夹紧驱动、29大转盘驱动电机、30大转盘齿轮、31大转盘回转支承、32PLC电气控制系统。

具体实施方式

如图1-6所示实施例中，一种多功能立式绞合退扭成缆机，包括主减速变频电机1和绞体转盘9，绞体转盘9上均匀设置有三个大转盘10和三个固定式小转盘11，大转盘10与固定式小转盘11交叉分布，绞体转盘9的圆周外侧固定安装有九个均匀分布的移动式小转盘12，三个大转盘10和三个固定式小转盘11实现海底电缆的加工，三个固定式小转盘11和九个移动式小转盘12实现多芯脐带电缆的加工；绞体转盘9下端设置有环形大齿圈3，大齿圈3上安装有均匀分布的托轮装置6，托轮装置6与导轨7配合连接，大齿圈3的外侧与安装在主减速变频电机上的小齿轮2啮合；绞体转盘9的上端为操作平台14，操作平台14上设置有电气退扭系统20，电气退扭系统包括分线板20-1、跟踪传感器20-2、张力控制器20-3、空压气缸20-4、舞蹈轮20-5。

大转盘10通过大转盘支撑31固定安装在绞体转盘9上，大转盘10上设置有大转盘齿轮30，大转盘齿轮30与大转盘驱动电机29上的齿轮啮合，大转盘10上设置有光栅编码器13。

移动式小转盘11包括小转盘驱动装置21、小转盘转动盘22、小转盘回转支承23和线盘25，小转盘回转支承23上设置有外齿圈，小转盘11通过支座24固定安装在绞体转盘9上，线盘25的两侧设置有放线架26，放线架26上设置有放线驱动27，线盘25与放线架26的连接处设置有夹紧驱动28。

大转盘10的一侧设置有排线装置，排线装置包括转向支架15、过线轧辊16、位置传感器17、加紧装置18和机械排线手臂19，加紧装置18由夹紧电机通过蜗轮蜗杆传动带动蜗杆实现顶针的夹紧和放松，机械排线手臂19在动力控制下的移动角度为21°，位置传感器17设置在机械排线手臂19和夹紧装置18内。

绞体转盘9内部设置有主滑环5，主滑环5一端连接PLC电气控制系统32，另一端连接主减速变频电机1、大转盘驱动电机29、小转盘驱动装置21和位置传感器17。

固定式小转盘11倾斜安装，移动式小转盘12竖直安装。

绞体转盘的底部安装有井式导线架8。

海底电缆加工工作原理：通过安装在绞体转盘上的三个10米大转盘放线和三个3.15米固定式小转盘放线，PLC电气控制系统控制主滑环，通过主滑环给不同转盘放线提供动力和输送通讯信号，主减速变频电机为绞体转盘的旋转提供动力，大转盘驱动电机为大转盘旋转提供动力，小转盘驱动装置为固定式小转盘的旋转提供动力，同时放线驱动为固定式小转盘的线盘旋转提供动力，固定式小转盘和大转盘与绞体转盘的转度相同，转向相反，这种组合用于实现三芯光纤复合海海缆的放线。

多芯脐带电缆加工工作原理：通过缆芯经由井式导线架，三个3.15米固定式小转盘和九个3.15米移动式小转盘同时放线，形成内圈3个，外圈9个的布局，这种组合用于实现多芯脐带电缆的放线。

机械退扭：绞体转盘的转动通过主减速变频电机驱动大齿圈传动至绞体转盘，绞体转盘依靠机械回转支承进行转动，绞体转盘回转以形成成缆节距，并实现10米大转盘的主动放线，在缆芯绞合成缆过程中，10米大转盘和3.15米固定式小转盘放线装置与19米绞体转盘的转速相同，旋转方向相反，以此实现机械退扭。

电气退扭：通过设在转盘上方的退扭系统，在绞合成缆过程中，张力控制器模拟量开关反馈，设定不同张力及空压气缸压力值，当超出其设定线径值的±5%时，反馈信号给主减速变频电机1，跟踪传感器将在线监控并调整放线速度，保证张力恒定，通过舞蹈轮和分线板上设置的行程开关，对绞合海缆的退扭率进行在线检测，保护缆芯过度扭转，将在线测试数据反馈给绞体PLC电气控制系统，并与主控触摸屏上设定的理论退扭率比较，通过计算得出实际退扭率与设定值的偏差，退扭度可在50%~150%范围内调节，以此实现电气退扭。

绞体转盘的支承由回转支承与托轮装置共同承担，回转支承安装在转盘回转中心，起承载与回转定位的作用；托轮装置固定于转盘上，导轨安装于地面，托轮起承载作用，井式导线架用于电缆二次绞合，中心放线电缆从设备地下通道通过中心管，根据线径大小，井式导线架可调井口大小，以此来满足多芯脐带电缆的加工生产。

排线装置由位置传感器、夹紧装置、导向架和机械排线手臂等组成，所述夹紧装置由夹紧电机通过蜗轮蜗杆传动带动螺杆实现顶针夹紧与放松，通过夹紧保护接近开关反馈信号确定夹紧到位，同样通过放松保护接近开关反馈信号确定放松到位，所述机械排线手臂可在动力控制下在21°角度范围内移动，调节排线质量，所述位置传感器对机械排线手臂出口的位置及缆芯在夹紧装置内位置进行检测，检测的数据传递给绞体PLC电气控制系统，针对机械排线手臂出口处缆芯的位置在10米大转盘上对应点处于不同周长的圆环上，绞体PLC控制系统根据检测数据情况对变频电机进行电气控制，实现对10米大转盘转速的控制。

大转盘收线同步解决方案：采用位置传感器对机械排线手臂出口的位置进行检测，检测的数据传递给单体PLC电气控制系统，排线手臂出线口的位置垂直投影落于下方大转盘内，当排线手臂落于大转盘边缘时，大转盘上的缆线也收至外圈边缘；排线手臂落于大转盘内圆时，大转盘上的缆芯也将收至大转盘内圆，根据这一垂直对应关系，用检测排线手臂位置的方法来检测大转盘上缆芯的排线位置情况，采用自主研发的排线装置和单体PLC电气控制柜电气系统，可将排线手臂出口位置设定在21°角度范围内移动，准确控制出现口在转盘内的垂直对应关系，绞体主PLC电气控制系统根据检测的数据对主减速变频电机进行控制，根据转盘上的收线位置不同来调节转盘转动速度，保持缆芯恒定速度收线。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书的一种多功能立式绞合退扭成缆机且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种多功能立式绞合退扭成缆机，包括主减速变频电机（1）和绞体转盘（9），其特征在于：所述的绞体转盘（9）上均匀设置有三个大转盘（10）和三个固定式小转盘（11），所述的大转盘（10）与固定式小转盘（11）交叉分布，所述的绞体转盘（9）的圆周外侧固定安装有九个均匀分布的移动式小转盘（12），所述的三个大转盘（10）和三个固定式小转盘（11）实现海底电缆的加工，所述的三个固定式小转盘（11）和九个移动式小转盘（12）实现多芯脐带电缆的加工；所述的绞体转盘（9）下端设置有环形大齿圈（3），所述的大齿圈（3）上安装有均匀分布的托轮装置（6），所述的托轮装置（6）与导轨（7）配合连接，所述的大齿圈（3）的外侧与安装在主减速变频电机上的小齿轮（2）啮合；所述的绞体转盘（9）的上端为操作平台（14），所述的操作平台（14）上设置有电气退扭系统（20），所述的电气退扭系统包括分线板（20-1）、跟踪传感器（20-2）、张力控制器（20-3）、空压气缸（20-4）、舞蹈轮（20-5）。

2.根据权利要求1所述的一种多功能立式绞合退扭成缆机，其特征在于：所述的大转盘（10）通过大转盘支撑（31）固定安装在绞体转盘（9）上，大转盘（10）上设置有大转盘齿轮（30），所述的大转盘齿轮（30）与大转盘驱动电机（29）上的齿轮啮合，所述的大转盘（10）上设置有光栅编码器（13）。

3.根据权利要求1所述的一种多功能立式绞合退扭成缆机，其特征在于：所述的移动式小转盘（11）包括小转盘驱动装置（21）、小转盘转动盘（22）、小转盘回转支承（23）和线盘（25），所述的小转盘回转支承（23）上设置有外齿圈，所述的小转盘（11）通过支座（24）固定安装在绞体转盘（9）上，所述的线盘（25）的两侧设置有放线架（26），所述的放线架（26）上设置有放线驱动（27），线盘（25）与放线架（26）的连接处设置有夹紧驱动（28）。

4.根据权利要求1所述的一种多功能立式绞合退扭成缆机，其特征在于：所述的大转盘（10）的一侧设置有排线装置，所述的排线装置包括转向支架（15）、过线轧辊（16）、位置传感器（17）、加紧装置（18）和机械排线手臂（19），所述的加紧装置（18）由夹紧电机通过蜗轮蜗杆传动带动蜗杆实现顶针的夹紧和放松，所述的机械排线手臂（19）在动力控制下的移动角度为21°，所述的位置传感器（17）设置在机械排线手臂（19）和夹紧装置（18）内。

5.根据权利要求1所述的一种多功能立式绞合退扭成缆机，其特征在于：所述的绞体转盘（9）内部设置有主滑环（5），所述的主滑环（5）一端连接PLC电气控制系统（32），另一端连接主减速变频电机（1）、大转盘驱动电机（29）、小转盘驱动装置（21）和位置传感器（17）。

6.根据权利要求1所述的一种多功能立式绞合退扭成缆机，其特征在于：所述的固定式小转盘（11）倾斜安装，所述的移动式小转盘（12）竖直安装。

7.根据权利要求1所述的一种多功能立式绞合退扭成缆机，其特征在于：所述的绞体转盘的底部安装有井式导线架（8）。