CN107640669A - 一种包角可调整的缆绳收放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置。包括电机、减速器、上牵引轮、下牵引轮和缆绳；还包括用于缆绳包角调整的包角调整机构和控制机构；包角调整机构包括导向机构和电动缸；导向机构包括一对以上的导向轮；一对以上的导向轮夹持着缠绕在上牵引轮和下牵引轮上的缆绳的中部；导向机构固定设于电动缸的伸缩杆的外伸端；电动缸位于上牵引轮和下牵引轮之间外轮廓切线的垂直平分线上；控制机构包括编码器和控制器等；工作时，控制器计算某一包角对应的电动缸的位置，并控制电动缸运动，实现缆绳在上牵引轮和下牵引轮上包角的精确调整。缆绳的包角减小可以减低缆绳因循环弯曲造成的疲劳损伤，提高缆绳的使用寿命。

Description

一种包角可调整的缆绳收放装置

技术领域

本发明属于系留气球技术领域，具体涉及用于系留气球的缆绳收放装置。

背景技术

用于系留气球的缆绳收放装置通过牵引缆绳实现系留气球的升空与回收，是系留气球系统的重要组成部分。一般的收放装置上缆绳形成包角为固定值，无法根据实际情况进行调整。一种用于系留气球收放和驻留的缆绳牵引装置包括电机、减速箱、上牵引轮和下牵引轮；电机与减速箱通过联轴器连接，在联轴器上安装制动器；电机、减速箱和制动器安装在安装座上。缆绳直接缠绕在牵引轮的轮槽中，单圈缆绳在该牵引装置的牵引轮上形成的包角为固定值2π，无法根据需要进行调整。缆绳形成的包角不能调整存在的问题是：当需要手动更换缆绳时，缆绳上负载特别小，此时由于缆绳包角不能调，极易造成中间几圈缆绳无法有效的被压紧在上牵引轮和下牵引轮的轮槽中，甚至出现缆绳脱槽，进而损坏缆绳。另一种情况，缆绳上负载较大，或者缆绳表面发生变化(凝结水雾、积累灰尘)需要增大缆绳与牵引轮包角时，此时由于缆绳包角不能调，极易造成缆绳在牵引轮上打滑，造成收放装置无法完成系留气球的收放，对系统造成安全隐患。

发明内容

为了解决缆绳在牵引轮上的包角调整问题，本发明提供一种包角可调整的缆绳收放装置。

一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置包括电机10、减速器9、上牵引轮12、下牵引轮8和缆绳；电机10和减速器9通过联轴器连接，减速器9上设有同步的两根输出轴，两根输出轴上分别设有上牵引轮12和下牵引轮8；上牵引轮12和下牵引轮8直径相同，呈上下平行排列，且通过两块支撑板11固定设于底板7上；所述缆绳分别缠绕在上牵引轮12和下牵引轮8上，改进在于：

还包括用于缆绳包角调整的包角调整机构和控制机构3；

所述包角调整机构包括导向机构1、电动缸2；

所述导向机构1包括一对以上的导向轮；一对以上的导向轮夹持着缠绕在上牵引轮12和下牵引轮8上的缆绳的中部；所述导向机构1固定设于电动缸2的伸缩杆的外伸端；所述电动缸2位于上牵引轮12和下牵引轮8之间外轮廓切线的垂直平分线上；电动缸2通过推杆支撑座4固定在底板7上；

工作时，使驱动电机10得电工作，通过减速器9带动上牵引轮12和下牵引轮8旋转；包角调整时，电动缸2得电工作，伸缩杆的伸缩运动，实现缆绳在上牵引轮12和下牵引轮8上包角的精确调整。

进一步限定的技术方案如下：

所述导向机构1包括一对以上的导向轮101和固定架102；所述固定架102为U形架，一对以上的导向轮101上下平行设于U形架的开口端内；固定架102的底部外侧设有连接杆103，连接杆103固定连接着电动缸2的伸缩杆的外伸端。

所述一对以上的导向轮101和缆绳之间为滚动摩擦，以减少对缆绳的磨损。

所述电动缸2为伺服电动缸。

所述电机10为普通异步电机或伺服电机。

所述编码器为绝对值编码器。

所述输入机构为触摸屏显示器。

以上牵引轮12和下牵引轮8中心连线的中点为起点，以导向机构1夹持的缆绳处为止点，所述起点和止点之间的连线长度为包角调整机构的电动缸2的行程L。所述上牵引轮12的半径和下牵引轮8的半径均为R，上牵引轮12与下牵引轮8之间的中心距为d；电动缸2伸缩杆的伸缩通过导向机构1带动缆绳的前后运动，实现缆绳在牵引轮上形成的包角角度的变化；当所述行程L大于R时，每圈缆绳在牵引轮上形成的包角θ小于2π；当所述行程L小于R时，每圈缆绳在牵引轮上形成的包角大于2π。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明采用电动缸带动导向机构实现缆绳的包角可控调节。当使用工况良好，实际使用负载小于设计最大负载时，操作人员可以通过控制机构的操作面板输入减小缆绳缠绕包角指令，编码器根据几何换算关系自动计算导向机构应该所处于的位置，并控制电动缸带动导向机构到达预定位置，实现缆绳的包角减小的目的。缆绳的包角减小可以减低缆绳因循环弯曲造成的疲劳损伤，提高缆绳的使用寿命。

2.在某些特殊应用场合(如：手动更换缆绳)缆绳上负载特别小时，缆绳张力经过上牵引轮12和下牵引轮8上的前几圈后迅速衰减至较小值，甚至低于缆绳通过上牵引轮12和下牵引轮8的弯曲应力，极易造成中间几圈缆绳无法有效的被压紧在上牵引轮12和下牵引轮8的轮槽中，甚至出现缆绳脱槽，进而损坏缆绳。此时也可以通过减小缆绳包角，减慢缆绳张力经过牵引轮槽后的衰减速度，实现每一圈缆绳张力都足够将缆绳压紧至上牵引轮12和下牵引轮8的轮槽上，防止缆绳脱槽的危险。

3.当某些工况出现缆绳负载较大，或者缆绳表面发生变化(凝结水雾、积累灰尘)需要增大缆绳与牵引轮包角时，操作人员可以通过控制机构的操作面板输入增大缆绳缠绕包角指令，编码器根据几何换算关系自动计算导向装置应该所处于的位置，并控制电动缸动作带动导向机构到达预定位置，实现缆绳在上牵引轮12和下牵引轮8上的包角增大。

4.控制机构3包括张力信号采集单元和缆绳表面湿度检测单元，控制器能够根据当前缆绳的张力、缆绳表面湿度自动进行缆绳在上牵引轮12和下牵引轮8上的包角的调整；当使用工况良好或者负载特别小的情况下能够自动调小缆绳在上牵引轮12和下牵引轮8上的包角，最大限度减低缆绳因循环弯曲造成的疲劳损伤，提高缆绳的使用寿命；当缆绳负载较大或者缆绳表面湿度较大时能够自动调大缆绳在上牵引轮12和下牵引轮8上的包角，最大限度保证系统安全。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为包角减小状态示意图。

图3为包角增大状态示意图。

图4为导向机构结构示意图。

图5为图4中导向轮布置的横截面图。

图6包角减小状态下包角与装置其他参数几何关系结构简图。

图7包角增大状态下包角与装置其他参数几何关系结构简图。

上图中序号：导向机构1、电动缸2、控制机构3、推杆支撑座4、导向轮5、固定架6、底板7、下牵引轮8、减速器9、牵引驱动电机10、支撑板11、上牵引轮12、导向轮101、固定架102、连接杆103。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

参见图1，一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置包括电机10、减速器9、上牵引轮12、下牵引轮8和缆绳。电机10为伺服电机，电机10和减速器9通过联轴器连接，减速器9上安装有同步的两根输出轴，两根输出轴上分别安装有上牵引轮12和下牵引轮8；上牵引轮12和下牵引轮8直径相同，呈上下平行排列；上牵引轮12和下牵引轮8通过两块支撑板11固定安装于底板7上；缆绳分别缠绕在上牵引轮12和下牵引轮8上。

缆绳收放装置还包括用于缆绳包角调整的包角调整机构和控制机构3。

包角调整机构包括导向机构1和电动缸2，导向机构1固定安装于电动缸2的伸缩杆的外伸端上，电动缸2为伺服电动缸。

参见图4和图5，导向机构1包括三对导向轮101和固定架102。固定架102为U形架，参见图5，三对导向轮101上下平行安装于U形架的开口端内；固定架102的底部外侧固定安装有连接杆103，连接杆103固定连接着电动缸2的伸缩杆的外伸端。三对导向轮101夹持着缠绕在上牵引轮12和下牵引轮8上的缆绳的中部，三对导向轮101和缆绳之间为滚动摩擦，以减少对缆绳的磨损。电动缸2位于上牵引轮12和下牵引轮8之间外轮廓切线的垂直平分线上；电动缸2通过推杆支撑座4固定在底板7上。

以上牵引轮12和下牵引轮8中心连线的中点为起点，以导向机构1夹持的缆绳处为止点，所述起点和止点之间的连线长度为包角调整机构的电动缸2的行程L。所述上牵引轮12的半径和下牵引轮8的半径均为R，上牵引轮12与下牵引轮8之间的中心距为d；电动缸2伸缩杆的伸缩通过导向机构1带动缆绳的前后运动，实现缆绳在牵引轮上形成的包角角度的变化；当所述行程L大于R时，每圈缆绳在牵引轮上形成的包角θ小于2π；当所述行程L小于R时，每圈缆绳在牵引轮上形成的包角大于2π。

控制机构3包括编码器、输入机构、缆绳张力传感器、湿度传感器和控制器；控制器包括电动缸驱动单元、电机驱动单元、张力信号采集单元和缆绳表面湿度检测单元。

本发明工作时控制机构3中的控制器通过电机驱动器驱动电机10带动减速器9、上牵引轮12、下牵引轮8运动，进而通过摩擦力带动缆绳实现系留气球收放。

工作时，具有手动调整模式或自动调整模式，两种模式均通过输入机构进行设置。

手动模式工作时，通过触摸屏显示器输入包角目标值；电机驱动器接收控制指令驱动电机10通过减速器9带动上牵引轮12和下牵引轮8旋转；电动缸驱动器接收控制指令驱动电动缸2运动；编码器与电动缸2同轴安装，实时反馈电动缸2伸缩杆的位置，为包角调整提供位置信息；控制器根据包角的目标值实时进行运算，计算某一包角对应的电动缸2的位置，并依据编码器反馈的位置通过电动缸驱动器控制电动缸2运动，实现缆绳在上牵引轮12和下牵引轮8上包角的精确调整。

自动模式工作时，控制器实时采集当前缆绳的张力、缆绳表面湿度，根据缆绳张力和缆绳表面的湿度与绳在上牵引轮12和下牵引轮8上包角的对应关系自动得到包角目标值，控制器在根据该目标值实时进行运算，计算对应的电动缸2的位置，并依据编码器反馈的位置通过电动缸驱动器控制电动缸2运动，实现缆绳在上牵引轮12和下牵引轮8上包角的自动精确调整。

参见图2和图6，

系统默认状态为电动缸2的行程L为500mm，此时缆绳在牵引轮上形成的单圈包角为2π，当需要将缆绳在牵引轮上形成的单圈包角减小为4π/3时，操作人员在控制机构3上的触摸屏输入该值，并启动包角调整。控制机构3中的控制器根据下式进行换算，得到电动缸2的行程L必须为d/2＝1000mm。

然后控制机构3的控制器通过电动缸驱动器驱动电动缸2缓慢将伸缩杆缩回直至电动缸当前行程为1000mm，调整过程中，控制机构3的控制器实时通过采集绝对值编码器对电动缸2进行位置闭环控制，提高包角调整的精度。

参见图3和图7

系统正常进行系留气球的回收工作。工作过程中突发出现下雨和大风情况，控制机构3的缆绳表面湿度检测装置自动检测出缆绳表面出现大量雨水，控制机构3的张力信号采集装置自动检测出气球由于大风出现造成缆绳张力急剧增大，控制机构3的控制器根据当前缆绳表面湿度及当前缆绳的张力自动计算出缆绳在上牵引轮12和下牵引轮8上所需的包角目标值，并通过电动缸驱动器驱动电动缸2缓慢将伸缩杆伸出，增大缆绳在上牵引轮12和下牵引轮8上包角，直至达到目标值。调整过程中，控制机构3的控制器实时通过采集绝对值编码器对电动缸2进行位置闭环控制，提高包角调整的精度。

Claims (8)

1.一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置，包括电机（10）、减速器（9）、上牵引轮（12）、下牵引轮（8）和缆绳；电机（10）和 减速器（9）通过联轴器连接，减速器（9）上设有同步的两根输出轴，两根输出轴上分别设有上牵引轮（12）和下牵引轮（8）；上牵引轮（12）和下牵引轮（8）直径相同，呈上下平行排列，且通过两块支撑板（11）固定设于底板（7）上；所述缆绳分别缠绕在上牵引轮（12）和下牵引轮（8）上，其特征在于：

还包括用于缆绳包角调整的包角调整机构和控制机构（3）；

所述包角调整机构包括导向机构（1）、电动缸（2）；

所述导向机构（1）包括一对以上的导向轮；一对以上的导向轮夹持着缠绕在上牵引轮（12）和下牵引轮（8）上的缆绳的中部；所述导向机构（1）固定设于电动缸（2）的伸缩杆的外伸端；所述电动缸（2）位于上牵引轮（12）和下牵引轮（8）之间外轮廓切线的垂直平分线上；电动缸（2）通过推杆支撑座（4）固定在底板（7）上；

工作时，使驱动电机（10）得电工作，通过减速器（9）带动上牵引轮（12）和下牵引轮（8）旋转；包角调整时，电动缸（2）得电工作，电动缸（2）的伸缩杆做伸缩运动，实现缆绳在上牵引轮（12）和下牵引轮（8）上包角的精确调整。

2.根据权利要求1所述的一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置，其特征在于：所述导向机构（1）包括一对以上的导向轮（101）和固定架（102）；所述固定架（102）为U形架，一对以上的导向轮（101）上下平行设于U形架的开口端内；固定架（102）的底部外侧设有连接杆（103），连接杆（103）固定连接着电动缸（2）的伸缩杆的外伸端。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置，其特征在于：所述一对以上的导向轮（101）和缆绳之间为滚动摩擦，以减少对缆绳的磨损。

4.根据权利要求1所述的一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置，其特征在于：所述电动缸（2）为伺服电动缸。

5.根据权利要求1所述的一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置，其特征在于：所述电机（10）为普通异步电机或伺服电机。

6.根据权利要求1所述的一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置，其特征在于：所述编码器为绝对值编码器。

7.根据权利要求1所述的一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置，其特征在于：所述输入机构为触摸屏显示器。

8.根据权利要求1所述的一种用于系留气球的包角可调整的缆绳收放装置，其特征在于：以上牵引轮（12）和下牵引轮（8）中心连线的中点为起点，以导向机构（1）夹持的缆绳处为止点，所述起点和止点之间的连线长度为包角调整机构的电动缸（2）的行程L，所述上牵引轮（12）的半径和下牵引轮（8）的半径均为R，上牵引轮（12）与下牵引轮（8）之间的中心距为d；电动缸（2）伸缩杆的伸缩通过导向机构（1）带动缆绳的前后运动，实现缆绳在牵引轮上形成的包角角度的变化；当所述行程L大于R时，每圈缆绳在牵引轮上形成的包角θ小于2π；当所述行程L小于R时，每圈缆绳在牵引轮上形成的包角大于2π。