CN111141510A - 一种摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，属于绞车技术领域，主要包括扭力限制器、电缆、第一卷筒、第一导向轮、储液箱、第四导向轮、第二卷筒、第一扭力传感器、第一减速箱、第一电机、第二扭力传感器、第二减速箱、第二电机、试验台架、第一固定板、第三导向轮、从动摩擦轮、主动摩擦轮、第一过渡齿轮、主驱动齿轮、第二固定板及第二导向轮，测试时，电缆一端缠绕并固定在第一卷筒上，另一端依次绕经第一导向轮、第二导向轮、主动摩擦轮、从动摩擦轮、第三导向轮和第四导向轮后，缠绕固定在第二卷筒上，在气体、液体环境下对电缆和摩擦轮的减力性能进行测试，可根据试验结果，针对不同工况绞车，提出最佳的摩擦轮和电缆组合形式。

Description

一种摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台

技术领域

本发明属于绞车技术领域，具体涉及一种摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台。

背景技术

绞车往往与电缆或钢缆配合使用，实现物体的提升。为了满足绞车小型化、轻量化的前提下仍能实现大负载的提升需求，通常在绞车内部设计安装减力机构，从而使减力机构主要用于承受较大载荷，绞车其他部件则受力较小。近年来随着深海、极地和外星勘探需求增大，摩擦轮式绞车减力机构得到了大量应用。摩擦轮式绞车减力机构是将电缆在摩擦轮上进行缠绕，当摩擦轮驱动电缆运动时，电缆与摩擦轮之间产生较大的摩擦力，从而实现电缆进线端和出线端受力改变，实现减力。减力效果受电缆和摩擦轮的材料、结构、缠绕方式、缠绕圈数等参数影响，目前针对不同电缆，如何合理配置摩擦轮，减力效果如何尚不明确。

电缆主要用于电力供给线缆使用，在某些特殊场合，电缆还需要作为设备吊装作业用缆绳来使用。所以吊装作业用电缆的破断拉力是电缆性能检测的重要指标。在某些特定领域中，电缆不仅需要在气体环境中使用，还要在某些液体环境中进行吊放作业使用，不同的环境介质对电缆材质产生的影响会导致其破断拉力性能变化，所以针对电缆在不同使用环境中的破断拉力测试有着十分重要的工程意义。另外电缆在绞车槽轮中缠绕，在绞车收放电缆时，电缆处于动态拉紧状态，其破断拉力性能会与静态性能有所差异，所以需要对电缆在槽轮中动态拉紧状态下受拉力的实际工况进行测试。

发明内容

本发明的目的是为了测试摩擦轮式绞车减力机构减力效果，提出了一种摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，可在气体、液体环境下对电缆和摩擦轮的减力性能进行测试，可根据试验结果，针对不同工况绞车，提出最佳的摩擦轮和电缆组合形式。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，其特征在于，该测试台包括：扭力限制器、电缆、第一卷筒、第一导向轮、第一导向轮支架、储液箱、第四导向轮、第四导向轮支架、第二卷筒、第一扭力传感器、第一减速箱、第一电机、第二扭力传感器、第二减速箱、第二电机、试验台架、第一固定板、第三导向轮、从动摩擦轮、主动摩擦轮、第一过渡齿轮、主驱动齿轮、第二固定板及第二导向轮，扭力限制器通过扭力限制器支架固定在试验台架上；第一卷筒通过第一卷筒支架固定在试验台架上，且第一卷筒与扭力限制器通过联轴器同轴连接；第一导向轮通过轴承自由旋转地设置在第一导向轮支架上；第一导向轮支架固定在储液箱上；第四导向轮与第一导向轮呈对称布置，第四导向轮通过轴承自由旋转地设置在第四导向轮支架上；第四导向轮支架固定在储液箱上；储液箱可拆卸式固定在试验台架上，储液箱与试验台架形成的空间用于存储测试环境介质；第二卷筒通过第二卷筒支架固定在试验台架上；第一扭力传感器设置在第一减速箱的输出轴和第二卷筒之间，第一扭力传感器通过第一扭力传感器支架固定在试验台架上；第一减速箱的输出轴、第一扭力传感器和第二卷筒顺次同轴键连接，第一减速箱通过第一减速箱支架固定在试验台架上；第一电机与第一减速箱的输入轴连接；第二电机与第二减速箱的输入轴连接；第二减速箱通过第二减速箱支架固定在试验台架上；第二扭力传感器通过第二扭力传感器支架固定在试验台架上；第一固定板和第二固定板的结构一致，第一固定板和第二固定板位于储液箱内部并固定在试验台架上，呈镜像布置；主驱动齿轮设置在第一固定板和第二固定板之间，主驱动齿轮的一端通过轴承安装在第一固定板上，另一端通过轴承安装在第二固定板上，主驱动齿轮、第二扭力传感器及第二减速箱的输出轴为同轴连接；主驱动齿轮和主动摩擦轮之间设置有第一过渡齿轮，主驱动齿轮通过第一过渡齿轮与主动摩擦轮啮合传动；第一过渡齿轮、主动摩擦轮、从动摩擦轮、第二导向轮和第三导向轮相互平行，且均通过轴承固定在第一固定板和第二固定板之间；

测试时，电缆的一端缠绕并固定在第一卷筒上，电缆的另一端依次绕经第一导向轮、第二导向轮、主动摩擦轮、从动摩擦轮、第三导向轮和第四导向轮后，缠绕固定在第二卷筒上。

进一步，所述储液箱和试验台架的接触端面之间设置有橡胶密封圈。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，其特征在于：还包括第二过渡齿轮，第二过渡齿轮通过轴承固定在第一固定板和第二固定板之间，主动摩擦轮通过第二过渡齿轮与从动摩擦轮啮合传动。

其中，在所述主动摩擦轮和从动摩擦轮的外表面均沿轴向等间隔均匀设置有环槽，且环槽宽度和深度根据电缆的直径确定。

进一步，所述环槽的表面形成喷丸处理层或激光喷涂处理层。

其中，所述第一导向轮、第二导向轮、第三导向轮及第四导向轮的材料为不锈钢，第一导向轮、第二导向轮、第三导向轮及第四导向轮的外表面均沿轴向等间隔均匀设置有环槽。

上述摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台中所述电缆3可以替换为钢缆。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、本发明摩擦轮和电缆置于储液箱内，可在不同环境介质中对摩擦轮的减力效果进行试验测试，从而为不同环境工况下，摩擦轮绞车减力机构的设计和使用提供指导；

2、本发明可实现单驱动摩擦轮和双驱动摩擦轮两种结构形式下的减力测试；

3、本发明通过更换摩擦轮表面处理方式、摩擦轮直径、摩擦轮环槽宽度和深度、摩擦轮材料以及电缆结构和材料，可实现对不同摩擦轮和电缆组合的减力效果测试；

4、本发明可以满足电缆极限破断拉力性能的测试；

5、本发明采用扭力限制器控制电缆输入端力矩，在保证电缆输入端具有一定负载的同时，保证了电缆的运动，实现动态测量；试验台的双摩擦轮设计可以模拟电缆缠绕于绞车的实际工况，在主驱动电机驱动下，双摩擦轮使电缆在动态过程中逐渐拉紧，满足动态拉力过程的测试，测试数据更符合实际工况。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台的总体结构图；

图2为双摩擦轮局部结构图；

图3为电缆与摩擦轮缠绕方式示意图。

图中各标记如下：1-扭力限制器；2-扭力限制器支架；3-电缆；4-第一卷筒；5-第一卷筒支架；6-第一导向轮；7-第一导向轮支架；8-储液箱；9-第四导向轮；10-第四导向轮支架；11-第二卷筒；12-第二卷筒支架；13-第一扭力传感器；14-第一扭力传感器支架；15-第一减速箱支架；16-第一减速箱；17-第一电机；18-第二扭力传感器；19-第二扭力传感器支架；20-第二减速箱支架；21-第二减速箱；22-第二电机；23-试验台架；24-第一固定板；25-第三导向轮；26-从动摩擦轮；27-第二过渡齿轮；28-主动摩擦轮；29-第一过渡齿轮；30-主驱动齿轮；31-第二固定板；32-第二导向轮。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

本发明提出了一种摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，如图1、图2及图3所示，该测试台包括扭力限制器1、第一卷筒4、第一导向轮6、第一导向轮支架7、储液箱8、第四导向轮9、第四导向轮支架10、第二卷筒11、第一扭力传感器13、第一减速箱16、第一电机17、第二扭力传感器18、第二减速箱21、第二电机22、试验台架23、第一固定板24、第三导向轮25、从动摩擦轮26、第二过渡齿轮27、主动摩擦轮28、第一过渡齿轮29、主驱动齿轮30、第二固定板31及第二导向轮32，试验台架23用于安装所有部件；第一卷筒4与扭力限制器1通过联轴器同轴连接，通过扭力限制器1可为第一卷筒4提供固定的旋转力矩，第一卷筒4通过第一卷筒支架5固定在试验台架23上，扭力限制器1通过扭力限制器支架2固定在试验台架23上；第一导向轮6通过轴承自由旋转地设置在第一导向轮支架7上；第一导向轮支架7固定在储液箱8上；第四导向轮9与第一导向轮6呈对称布置，第四导向轮9通过轴承自由旋转地设置在第四导向轮支架10上；第四导向轮支架10固定在储液箱8上；储液箱8可拆卸式固定在试验台架23上，储液箱8与试验台架23形成的空间用于存储测试环境介质；第二卷筒11通过第二卷筒支架12固定在试验台架23上；第一扭力传感器13设置在第一减速箱16的输出轴和第二卷筒11之间，第一减速箱16的输出轴、第一扭力传感器13和第二卷筒11顺次同轴键连接，第一扭力传感器13通过第一扭力传感器支架14固定在试验台架23上，第一减速箱16通过第一减速箱支架15固定在试验台架23上；第一电机17与第一减速箱16的输入轴连接；第二电机22与第二减速箱21的输入轴连接；第二减速箱21通过第二减速箱支架20固定在试验台架23上；第二扭力传感器18通过第二扭力传感器支架19固定在试验台架23上；第一固定板24和第二固定板31的结构一致，第一固定板24和第二固定板31位于储液箱8内部并固定在试验台架23上，呈镜像布置，主驱动齿轮30设置在第一固定板24和第二固定板31之间，主驱动齿轮30的一端通过轴承安装在第一固定板24上，另一端通过轴承安装在第二固定板31上，主驱动齿轮30、第二扭力传感器18及第二减速箱21的输出轴为同轴连接，主驱动齿轮30和主动摩擦轮28之间设置有第一过渡齿轮29，主驱动齿轮30通过第一过渡齿轮29与主动摩擦轮28啮合传动；主动摩擦轮28通过第二过渡齿轮27与从动摩擦轮26啮合传动；第一过渡齿轮29、主动摩擦轮28、第二过渡齿轮27、从动摩擦轮26、第二导向轮32和第三导向轮25均通过轴承固定在第一固定板24和第二固定板31之间。

其中，储液箱内选择填充不同液体或不填充，以空气作为环境介质，以模拟不同工况下摩擦轮与电缆3减力效果，储液箱8和试验台架23接触端面采用橡胶密封圈进行密封，保证液体不泄露。

其中，第二过渡齿轮27可选择安装或不安装，安装时，则主动摩擦轮28和从动摩擦轮26通过第二过渡齿轮27啮合在一起，两个摩擦轮均为主动转动，因此可验证双驱动摩擦轮结构下的减力效果；当不安装第二过渡齿轮27时，主动摩擦轮28在主驱动齿轮30驱动下转动，从动摩擦轮26则通过电缆3驱动转动，可测试单驱动摩擦轮结构下的减力效果。

在所述主动摩擦轮28和从动摩擦轮26的外表面均沿轴向等间隔均匀设置有环槽，且环槽宽度和深度根据电缆3的直径确定；环槽表面可根据试验需要进行不同表面处理工艺，如喷丸处理、激光喷涂等形成处理层，从而增加表面粗糙度。

其中，所述第一导向轮6、第二导向轮32、第三导向轮25及第四导向轮9的材料为不锈钢，第一导向轮6、第二导向轮32、第三导向轮25及第四导向轮9的外表面均沿轴向等间隔均匀设置有环槽，材料为不锈钢防止锈蚀，环槽表面尽量光滑，降低电缆3通过阻力。

本发明提供的摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台的工作过程：

一、准备工作：

第一步：采用本发明对摩擦轮式绞车减力机构减力性能进行测试时，首先将电缆3的一端缠绕并固定在第一卷筒4上，缠绕长度不小于2米；电缆3的另一端首先穿过第一导向轮6上部和第二导向轮32下部，并进入主动摩擦轮28靠近齿轮端的第一个环槽，然后进入从动摩擦轮26靠近齿轮端的第一个环槽，然后进入主动摩擦轮28第二个环槽，以此往复，多圈均匀缠绕在主动摩擦轮28的环槽和从动摩擦轮26的环槽中，缠绕圈数应小于等于摩擦轮环槽数；从摩擦轮出来的电缆3经过第三导向轮25下部和第四导向轮9上部进入第二卷筒11；电缆3在第二卷筒11上缠绕并固定，缠绕长度不少于2米；

第二步：根据实际工况，确定电缆3需承受的最大负载值，并根据第一卷筒4直径换算为扭矩值，从而将扭力限制器1设定为该扭矩值，保证电缆3上负载未达到设定值时，第一卷筒4不转动；当电缆3上负载大于设定值时，第一卷筒4将在电缆3的拉力作用下缓慢转动，从而实现电缆3承载情况下的动态测试；

第三步：根据绞车摩擦轮实际使用环境工况，将储液箱8内注入指定液体或不注入，以空气为介质，以模拟实际使用环境。

二、测试过程：

开启第一电机17和第二电机22，第二电机22通过第二减速箱21、第二扭力传感器18和主驱动齿轮30驱动主动摩擦轮28进而带动从动摩擦轮26转动，并带动电缆3缓慢运动，使缠绕于摩擦轮上的电缆3缓慢拉紧，在此过程中，靠近第一卷筒4端的电缆3上负载逐渐增大，直至达到最大负载设定值后，第一卷筒4跟随电缆3缓慢转动；第一电机17通过第一减速箱16、第一扭力传感器13带动第二卷筒11转动，使从摩擦轮出来的电缆3始终保持一定的预紧力；通过调节第二电机22速度，可对摩擦轮送缆速度进行无级调节，从而测试在不同运动速度情况下，摩擦轮的减力效果。第一电机17的速度需根据第二电机22速度进行调节，时刻保证从摩擦轮出来的电缆3始终保持一定的预紧力，当该力较小时，摩擦轮上缠绕的电缆3可能出现打滑现象，即不能与摩擦轮保持同步运动，此时，需适当增大第一电机17速度，使电缆3的预紧力增大；通过第一扭力传感器13可以对第二卷筒11的转动力矩进行测量，结合第二卷筒11绕缆外径，可计算出电缆3预紧力数值；通过第二扭力传感器15可以对主动摩擦轮28和从动摩擦轮26的转动力矩进行测量，从而为绞车减力机构驱动电机的扭矩选择提供依据。

通过以上测试过程可得出在固定的摩擦轮和电缆3结构的情况下，摩擦轮输入端电缆3负载和输出端电缆3负载数值，利用两数值比值或差值即可评价减力机构的减力效果；测试过程中，可通过万用表或其他检测设备针对电缆3的电学性能进行实时监测，观察电缆3在不同负载情况下，及与摩擦轮相互作用过程中的电缆3内导体导电性能变化。

同时如果将扭力限制器1数值设定大于电缆3的预估最大破断力值，即可对电缆3的最大破断力进行测量，最大破断力可通过第二扭力传感器18数值通过计算获得。

通过更换不同结构参数的主动摩擦轮28、从动摩擦轮26和电缆3，即可实现不同摩擦轮和电缆组合条件下的减力性能测试。同时，通过拆卸和安装第二过渡齿轮27，可实现单摩擦轮驱动和双摩擦轮驱动两种结构条件下的减力效果测试。

该装置中电缆3替换为钢缆，也可用于钢缆与摩擦轮间的减力性能测试。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的同等结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，其特征在于，该测试台包括：扭力限制器(1)、电缆(3)、第一卷筒(4)、第一导向轮(6)、第一导向轮支架(7)、储液箱(8)、第四导向轮(9)、第四导向轮支架(10)、第二卷筒(11)、第一扭力传感器(13)、第一减速箱(16)、第一电机(17)、第二扭力传感器(18)、第二减速箱(21)、第二电机(22)、试验台架(23)、第一固定板(24)、第三导向轮(25)、从动摩擦轮(26)、主动摩擦轮(28)、第一过渡齿轮(29)、主驱动齿轮(30)、第二固定板(31)及第二导向轮(32)，扭力限制器(1)通过扭力限制器支架(2)固定在试验台架(23)上；第一卷筒(4)通过第一卷筒支架(5)固定在试验台架(23)上，且第一卷筒(4)与扭力限制器(1)通过联轴器同轴连接；第一导向轮(6)通过轴承自由旋转地设置在第一导向轮支架(7)上；第一导向轮支架(7)固定在储液箱(8)上；第四导向轮(9)与第一导向轮(6)呈对称布置，第四导向轮(9)通过轴承自由旋转地设置在第四导向轮支架(10)上；第四导向轮支架(10)固定在储液箱(8)上；储液箱(8)可拆卸式固定在试验台架(23)上，储液箱(8)与试验台架(23)形成的空间用于存储测试环境介质；第二卷筒(11)通过第二卷筒支架(12)固定在试验台架(23)上；第一扭力传感器(13)设置在第一减速箱(16)的输出轴和第二卷筒(11)之间，第一扭力传感器(13)通过第一扭力传感器支架(14)固定在试验台架(23)上；第一减速箱(16)的输出轴、第一扭力传感器(13)和第二卷筒(11)顺次同轴键连接，第一减速箱(16)通过第一减速箱支架(15)固定在试验台架(23)上；第一电机(17)与第一减速箱(16)的输入轴连接；第二电机(22)与第二减速箱(21)的输入轴连接；第二减速箱(21)通过第二减速箱支架(20)固定在试验台架(23)上；第二扭力传感器(18)通过第二扭力传感器支架(19)固定在试验台架(23)上；第一固定板(24)和第二固定板(31)的结构一致，第一固定板(24)和第二固定板(31)位于储液箱(8)内部并固定在试验台架(23)上，呈镜像布置；主驱动齿轮(30)设置在第一固定板(24)和第二固定板(31)之间，主驱动齿轮(30)的一端通过轴承安装在第一固定板(24)上，另一端通过轴承安装在第二固定板(31)上，主驱动齿轮(30)、第二扭力传感器(18)及第二减速箱(21)的输出轴为同轴连接；主驱动齿轮(30)和主动摩擦轮(28)之间设置有第一过渡齿轮(29)，主驱动齿轮(30)通过第一过渡齿轮(29)与主动摩擦轮(28)啮合传动；第一过渡齿轮(29)、主动摩擦轮(28)、从动摩擦轮(26)、第二导向轮(32)和第三导向轮(25)相互平行，且均通过轴承固定在第一固定板(24)和第二固定板(31)之间；

测试时，电缆(3)的一端缠绕并固定在第一卷筒(4)上，电缆(3)的另一端依次绕经第一导向轮(6)、第二导向轮(32)、主动摩擦轮(28)、从动摩擦轮(26)、第三导向轮(25)和第四导向轮(9)后，缠绕固定在第二卷筒(11)上。

2.根据权利要求1所述的摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，其特征在于：所述储液箱(8)和试验台架(23)的接触端面之间设置有橡胶密封圈。

3.根据权利要求1所述的摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，其特征在于：还包括第二过渡齿轮(27)，第二过渡齿轮(27)通过轴承固定在第一固定板(24)和第二固定板(31)之间，主动摩擦轮(28)通过第二过渡齿轮(27)与从动摩擦轮(26)啮合传动。

4.根据权利要求1所述的摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，其特征在于：在所述主动摩擦轮(28)和从动摩擦轮(26)的外表面均沿轴向等间隔均匀设置有环槽，且环槽宽度和深度根据电缆(3)的直径确定。

5.根据权利要求4所述的摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，其特征在于：所述环槽的表面形成喷丸处理层或激光喷涂处理层。

6.根据权利要求1所述的摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，其特征在于：所述第一导向轮(6)、第二导向轮(32)、第三导向轮(25)及第四导向轮(9)的材料为不锈钢，第一导向轮(6)、第二导向轮(32)、第三导向轮(25)及第四导向轮(9)的外表面均沿轴向等间隔均匀设置有环槽。

7.根据权利要求1至6中任一一项所述的摩擦轮式绞车减力机构减力性能测试台，其特征在于：所述电缆(3)替换为钢缆。

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