CN105858364A - 可移动设备用电缆收放装置 - Google Patents

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Abstract

可移动设备用电缆收放装置，安装在可移动电源装置的顶部，用于连接可移动电源装置中的电源装置并向外部用电设备传输电力，电缆收放装置包括垂直固定于可移动电源装置的固定轴、卷筒及电缆；电力连接装置用于可移动电源装置中的电源装置与电缆间的电力传输；动力装置为卷筒提供扭矩用于收放电缆；电缆中有电力传输线及信号传输线，可同时传输电力和信号。本发明克服电动工程机械在边移动边工作时，供电设备与用电设备之间的电缆连接问题，既保证电缆不妨碍用电设备在一定范围内的自由移动，又保证可靠的电力供应；电缆一定程度地张紧使其保持悬空，避免电缆散落在地面上，被机械碾压或被拖拉磨损，从而提高安全性并能延长电缆的使用寿命。

Description

可移动设备用电缆收放装置
技术领域
本发明属于工程机械和农业机械等室外用电动设备技术领域，涉及机械技术，通信技术，控制技术。具体来说，是一种可以为在一定范围内工作的工程机械或农业机械提供电力的可移动设备用电缆收放装置。
背景技术
当今，工程机械等室外用机械行业中普遍使用燃油作为动力源， 作为不可再生能源，燃油最终会消耗殆尽；同时燃油发动机还具有噪音高，排气污染严重，使用成本和维护成本高的缺陷。为提倡环境保护，可持续发展，国家开始大力倡导清洁能源、再生能源的使用。任何一种能源如水力，太阳能，风能等可再生能源都可以转换为电力，使用电力作为能源的供给，比使用燃油等化石能源具有更好的可持续性。如果在工程机械领域中使用电驱动，不仅可以节约资源，还可以减小污染物的排放。
工程机械电动化第一个困难是：如何在野外环境下及时找到电源，一种比较合理的解决方案是用一个可移动的电源车为机械提供电力，电源车内的电源可以是蓄电池，可以是燃料电池，也可以是其它任何清洁能源发电机。在这种电源方式的前提下的第二个困难是：电缆的管理，工程机械，比如挖掘机，要频繁的前后移动，左右旋转，这就会拖着电缆前后左右走。为担心踩压或拉断电缆，操作者在工作中要非常小心地照顾电缆，这就会大大的影响机械的工作效率，从而限制了电动工程机械普及。
过去也有矿山用的电动挖掘机把电缆收放装置放在工程机械上，当机械远离电源时，自动放出电缆，当机械走近电源时，把电缆收卷起来。但一般用于工程机械的电缆都很粗大，电缆收放装置也会很大，这种放置于工程机械上的挖掘机往往适合于在矿山机械等上有足够大空间的中型或大型机械，而不容易安置在小型机械上。而且工程机械在野外工作状态下，使用环境非常恶劣，电缆收放装置又是一个需要频繁启动停止的装置，把收放装置放在工程机械上很难实现寿命、性能和成本的平衡。
用于为一般电动机械用的电缆收放装置也有很多，但能够适合于用可移动电源供电，而且能满足上述工作条件的电缆收放装置还没有。
发明内容
本发明要解决的课题是：如何在工程机械的外部制造一个可移动的供电车为工程机械供电，并在起上面安放一个电缆收放装置，当工程机械在以供电车位中心的一定的范围内工作时，供电车上的电缆收放装置可以根据工程机械的工作状态，自动调节电缆收放装置，使电缆不影响工程机械的自由移动和正常工作。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
可移动设备用电缆收放装置，安装在可移动的可移动电源装置的顶部，用于连接可移动电源装置中的电源装置并向外部用电设备传输电力，所述电缆收放装置包括垂直固定于可移动电源装置的固定轴、通过轴承安装在固定轴上的卷筒及绕于卷筒的电缆；
设有电力连接装置，用于可移动电源装置中的电源装置与电缆之间的电力传输；
设有动力装置，为卷筒提供转力用于自动收放电缆。并且在工作时始终对电缆保持一定设为拉力使其悬空。
优选的，所述电缆收放装置设有传感装置，用于检测电缆收放装置中残余的电缆长度；
所述传感装置中设有：
报警装置，用于当传感装置检测到电缆收放装置中残余的电缆长度不足时，向外部发出报警信号；
紧急停止装置，用于当传感装置检测到电缆收放装置中残余的电缆长度不足发出报警信号后，继续拉伸电缆至限定长度时，自动停止可移动电源装置中的电源装置的电力输出。
优选的，所述固定轴为空心结构，所述电力连接装置包括电刷、集流环和导线，电刷设于电缆的电力输入端，集流环装配在固定轴上，导线一端穿过固定轴与集流环连接，另一端与可移动电源装置中的电源装置连接，电刷与集流环滑动连接。卷筒在收卷或放卷转动时，电刷与集流环始终接触，保证电力输出稳定。
优选的，所述动力装置可以为卷簧或伺服电机。为卷簧时，卷簧的内圈与固定轴相连接，卷簧外圈与卷筒相连接，卷簧不受力状态为将电缆全部绕在卷筒上的状态，卷簧受力状态为电缆伸出状态；为伺服电机时，结合拉力传感器，拉力传感器检测到外部拉力增大，则伺服电机控制卷筒的转动放出电缆，反之则收回电缆，实现自动收放卷功能；为电机时，电机的驱动轴经减速装置驱动卷筒运动，电机的转动和转动方向由电机控制器控制，电机上装有可感知电机轴上所受扭矩的扭矩传感装置；控制器既可接受手动操作指令，也可根据电机轴上所感知扭矩自动控制电机的启动，停止，和转动方向；在自动控制状态下，当电机的扭矩传感装置所感知的扭矩大于所指定最大扭矩时，电机向电缆放出的方向转动，当所感的扭矩小于规定值的最小扭矩时，电机向电缆回收方向旋转。
优选的，所述电缆收放装置的电缆输出端设有导向装置，使电缆收放装置在收放电缆时排列整齐，导向装置包括位于相同水平位置的前后两组导向轮组，每组导向轮组包含四个导向轮，分别位于电缆的上下左右四个方向，两组导向轮组的距离为电缆直径的1.0倍以上。
优选的，所述电缆收放装置中设有制动装置，可停止或减缓电缆收放装置的自动收放电缆的动作。一些特定的情况需要使用到，如电缆脱离外部用电设备进行收卷时，制动装置避免电缆快速抽回。
优选的，在所述前后两组导向轮组之间的任意方向上，装有一个可以压向电缆，并可以调节压力大小的螺杆，螺杆底部设有滚轮。
优选的，所述电缆收放装置中卷筒的高度不超过电缆直径的八倍。
优选的，所述电力连接装置和所述电缆不仅可以传输电力，也可以传输信号。在电缆的传输电力的电线中间加入一组信号线，交互传输用电设备向供电车方的供电要求指令信号，和从供电车向用电设备的电源方的电源工作状态、报警信号等。
优选的，在所述电缆中心或表面增加可以承受拉力的材料，材料的一端与卷筒连接在一起，另一端连接到用电设备上，用于承担两者在相互移动中电缆所受到的拉力。
本发明的有益效果在于：把电缆收放装置安放在电动工程机械的外部的可移动供电车上，可以大幅度降低工程机械主机的电动化成本。而电缆收放装置本身只要不在工程机械之上，就容易维修，容易降低成本。电缆收放装置可以在电缆长度范围内，根据工程机械的工作状态自动调节电缆伸出量的大小，而能让工程机械既能享受电动化的好处，又不降低其工作效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明中的导向装置与制动装置示意图。
图4是本发明中导向装置与制动装置中的导向轮部分的剖面图。
图5是本发明的导向装置与制动装置中制动装置部分的剖面图。
图中：1、可移动电源装置；2、固定轴；3、卷筒；4、轴承；5、电缆；6、电刷；7、集流环；8、导线；9、卷簧；10、导向装置；10.1、导向轮；11、螺杆；11.1、滚轮；12、外壳。
具体实施方式
下面通过具体实施方式和附图对本发明作进一步的说明。
实施例一：如图1和图2所示，可移动设备用电缆收放装置，安装在可移动电源装置1的顶部，用于连接可移动电源装置1中的电源装置并向外部用电设备传输电力，电缆收放装置包括垂直固定于可移动电源装置1上的固定轴2、通过轴承4安装在固定轴2上的卷筒3及绕于卷筒3的电缆5，固定轴2为空心结构，电缆收放装置罩有外壳12。
工程机械如挖掘机，在工作过程中会经常前后移动，左右旋转，如果它拖着一根长长的电缆5在地上，一方面很难避免在工作中不踩压到电缆5上，另一方面也很难避免拖着电缆5在地面上来回滑动，而造成电缆5的磨损。为避免上面两个问题，就希望电缆5能尽量不落在地面上或尽量少接触到地面上，这样就需要把电缆收放线装置尽量的放在高一点的地方。
但是，本提案的这种电缆收放装置主要是为可移动的电源车所使用的，也就是说需要整个供电装置有良好的机动性，这就要求电缆收放装置不要把整个电源车的重心提的很高，所以，把电缆收放装置做成扁平状是适合于这种供电形态的最佳形状。又因为电缆5的自重较大，在卷筒3上缠绕电缆5时，很容易造成电缆5集中在卷筒3下部的问题，所以，这种方式不可能容许电缆5在重力方向绕很多层，卷筒3的高度控制在电缆5直径的8倍以内，是比较理想的条件。
电缆收放装置中，设有电力连接装置，包括电刷6、集流环7和导线8，电刷6设于电缆5的电力输入端，集流环7装配在固定轴2上，导线8一端穿过固定轴2与集流环7连接，另一端与可移动电源装置1中的电源装置连接，电刷6与集流环7滑动连接，用于可移动电源装置1中的电源装置与电缆5之间的电力传输和信号传输。
电缆5内部至少有4根动力传输用导线和不少于两根的信号传输用导线。每根导线都对应一套电刷6和集电环7。当用电机械上的电机用直流电机时，可以只用其中的2根动力传输线，当用电机械上的电机是三相交流电机时，则需要用4根动力线。在用电机械和供电车之间需要有很多信号传输，但如果每个信号都需要用一个信号线来传输，就需要太多的信号线，而不适合用本专利提供的电缆收放装置。本专利提供的收放线装置只使用于传输少量必须信号的传输，如报警，紧急停止等信号；或者是把多个信号编排成一个数据串，在信号线的两边，即供电装置和用电装置上分别设有一个信号编码和解码装置，这样就只需要最低两根信号线就能传输任意多路信号了。
另外，在本专利提案中的电缆收放装置，会使电缆5经常处于频繁拉伸的状态，而且因为用于电动工程机械的电缆5都比较粗大，所以这种拉力也是很大的。而电缆5中的导线往往不适于承受拉力，让导线经常处于这种受力状态，容易造成断线的故障。为缓解导线的受力状态，可以在电缆5的中心夹一根钢丝，或者在电缆5表面增加一种可以承担电缆5所受拉力的材料，这样就能缓解导线所受的拉力，同时也能适应这种卷筒3收放电缆5的方式。
电缆收放装置内还设有卷簧9为动力装置，卷簧9的内圈与固定轴2相连接，卷簧9外圈与卷筒3相连接；卷簧9不受力状态为将电缆5全部绕在卷筒3上的状态，卷簧9受力状态为电缆5伸出状态。
结合图3和图4所示，电缆收放装置的电缆5输出端设有导向装置10，其作用是使卷筒3在卷绕收放电缆5时能把电缆5排列整齐，导向装置10包括前后两组导向轮组，每组导向轮组包含四个导向轮10.1，分别位于电缆5的上下左右四个方向，两组导向轮组的距离大于电缆5直径的一倍以上。这样就能保证机械无论在供电车的那个方位，电缆5在通过导向轮10.1，进入卷筒3时就基本保证一定的角度。
图5是制动装置的断面图，在两组导向轮组之间安装一个可以通过螺杆11来调节高度的滚轮11.1，松开螺杆11，滚轮11.1就向上移动，不压在电缆5上，电缆5可以在两组导向轮10.1中间自由移动，拧紧螺杆11，滚轮11.1下行，压住电缆5，压得越紧，电缆5受到的阻力就越大，就起到了让电缆5不能被卷簧9收回的制动机能。
制动机能也可以用其他方式来实现，比如，在卷筒3旁边安置一个手动或电动的摩擦块，就象自行车上的闸皮，让橡胶块压到卷筒3上，就能对卷筒3起到制动作用，让橡胶快离开卷筒3，卷筒3就可以自由转动。
电缆收放装置中还设有传感装置，用于检测电缆收放装置中残余的电缆5长度；传感装置中还包括报警装置和紧急停止装置，报警装置用于当传感装置检测到电缆收放装置中残余的电缆5长度不足时，向外部发出报警信号；而紧急停止装置用于当传感装置检测到电缆收放装置中残余的电缆5长度不足发出报警信号后，继续拉伸电缆5至限定长度时，自动停止可移动电源装置1中的电源装置的电力输出。
检测电缆5剩余长度的方法可以是：在电缆5的某一个位置上安装一个磁铁环或任何可识别用的标示，在电缆5的出口处或者在导向装置10上安放一个受磁力控制的脉冲开关，当磁环通过脉冲开关时，就闭合了报警回路，而让报警器一直发出报警信号，而当这个金属环再次通过脉冲开关时，就打开了报警回路，而停止报警。也就是说，可以把这个磁环安装在标志残留电缆5典型余量的地方，比如2米左右，当这个还通过导向装置10时，就开始报警，引起操作者的注意，而当操作者移动用电机械或供电车，使电缆5收回，磁环再度通过导向装置10时，就停止报警。
检测需紧急停止的电缆5残留距离的方法是：在电缆5与卷筒3的缠绕的根部附近安放一个行程开关，这个行程开关平时处于关闭状态，电源输出装置在这个开关处于关闭状态时，才可以对外送电；当电缆5不断伸出，压在行程开关上的电缆5也开始脱离卷筒3，而时行程开关打开时，电源输出装置也就自动停止电力的输出，操作中的机械也会被强制停止，从而保护电缆5不被从卷筒3上拉断。
实施例二：与实施例一的区别在于，采用电机为动力装置，电机的驱动轴经减速装置驱动卷筒3运动，电机的转动和转动方向由电机控制器控制，电机上装有可感知电机轴上所受扭矩的扭矩传感装置；控制器既可接受手动操作指令，也可根据电机轴上所感知扭矩自动控制电机的启动，停止，和转动方向；在自动控制状态下，当电机的扭矩传感装置所感知的扭矩大于所指定最大扭矩时，电机控制卷筒3向电缆5放出的方向转动，当所感的扭矩小于规定值的最小扭矩时，电机控制卷筒3向电缆5回收方向旋转。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1. 可移动设备用电缆收放装置，安装在可移动电源装置的顶部，用于连接电源装置中的电源输出端与外部用电设备，其特征在于：所述电缆收放装置包括垂直固定于可移动电源装置的固定轴、通过轴承安装在固定轴上的卷筒及绕于卷筒的电缆；
设有可相对滑动的电力连接装置，用于可移动电源装置中的电源输出端与电缆之间的电力及信号的传输；
设有动力装置，为卷筒提供收放电缆的旋转动力。
2.根据权利要求1所述的可移动设备用电缆收放装置，其特征在于：所述电缆收放装置设有传感装置，用于检测电缆收放装置中残余的电缆长度；
所述传感装置中设有：
报警装置，用于当传感装置检测到电缆收放装置中残余的电缆长度不足时，向外部发出报警信号；
紧急停止装置，用于当传感装置检测到电缆收放装置中残余的电缆长度不足发出报警信号后，继续拉伸电缆至限定长度时，自动停止可移动电源装置中的电源装置的电力输出。
3.根据权利要求1所述的可移动设备用电缆收放装置，其特征在于：所述固定轴为空心结构，所述电力连接装置包括电刷、集流环和导线，电刷设于电缆的电力输入端，集流环装配在固定轴上，导线一端穿过固定轴与集流环连接，另一端与可移动电源装置中的电源装置连接，电刷与集流环滑动连接。
4.根据权利要求1所述的可移动设备用电缆收放装置，其特征在于：所述电缆收放装置的电缆输出端设有导向装置和制动装置，导向装置使电缆收放装置在收放电缆时排列整齐，制动装置在不需要卷筒转动时使其不能自由转动。
5.根据权利要求1-4任一项所述的可移动设备用电缆收放装置，其特征在于：所述动力装置为卷簧；卷簧的内圈与固定轴相连接，卷簧外圈与卷筒相连接；卷簧不受力状态为将电缆全部绕在卷筒上的状态，卷簧受力状态为电缆伸出状态。
6.根据权利要求1-4任一项所述的可移动设备用电缆收放装置，其特征在于：所述动力装置为电机；电机的驱动轴经减速装置驱动卷筒运动，电机的转动和转动方向由电机控制器控制，电机上装有可感知电机轴上所受扭矩的扭矩传感装置；控制器既可接受手动操作指令，也可根据电机轴上所感知扭矩自动控制电机的启动，停止，和转动方向；在自动控制状态下，当电机的扭矩传感装置所感知的扭矩大于所指定最大扭矩时，电机控制卷筒向电缆放出的方向转动，当所感的扭矩小于规定值的最小扭矩时，电机控制卷筒向电缆回收方向旋转。
7.根据权利要求4所述的可移动设备用电缆收放装置，其特征在于：所述导向装置包括前后两组导向轮组，每组导向轮组包含四个导向轮，分别位于电缆的上下左右四个方向，两组导向轮组的距离为电缆的直径的一倍以上。
8.根据权利要求7所述的可移动设备用电缆收放装置，其特征在于：所述前后两组导向轮组之间的任意方向上，装有一个可以压向电缆，并可以调节压力大小的螺杆，螺杆底部设有滚轮。
9.根据权利要求1所述的可移动设备用电缆收放装置，其特征在于：所述电力连接装置和所述电缆不仅可以传输电力，也可以传输信号，在电缆的传输电力的电线中间加入一组信号线，传输从用电设备向可移动电源装置的供电要求指令信号，和从可移动电源装置向用电设备的电源工作状态及报警信号。
10.根据权利要求1所述的可移动设备用电缆收放装置，其特征在于：所述电缆中心或表面设有可以承受拉力的材料，材料的一端与卷筒连接在一起，另一端连接到用电设备上，用于承担两者在相互移动中电缆所受到的拉力。
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