CN112490925B - 一种船舶电缆切割车 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种船舶电缆切割车。通过电缆切割车上卷缆装置、电缆筒放置架、电缆切割装置与排缆装置的配合，利用PLC作为控制器，PC作为上位机，同时建立电缆册数据库，数据处理速度快，通信实时性好；基于激光测距原理的外径装置，实现监测发现数据超限后快速报警；步进电机驱动的排缆装置，实现精细的速度和方向控制；液压刀切割方式，切割速度快，能够快速切割各种规格的电缆，独创的电缆连接卡扣，有效克服了麻绳强度小，易断裂，易滑脱等缺点，同时卡扣实现自动化安装，安装速度快，提高了可靠性连接速度。本发明能够实现自动化操作，降低人员操作难度，降低劳动强度，同时提高切割作业的精度，减少电缆浪费。适宜作为船舶电缆切割车使用。

Description

一种船舶电缆切割车

技术领域

本发明涉及船舶电缆切割技术领域，具体涉及一种船舶电缆切割车。

背景技术

随着电力电子技术的进步和电子技术在船舶中的大量应用，船舶上的各类电子技术更加丰富，结构功能也变得更加复杂，为实现各种电气设备的供电、控制、通信使用的电缆也变得更加多种多样。电缆种类普遍超过100种，全船电缆总长普遍在十万米到三十万米之间，然而如此种类繁多数量巨大的电缆造船厂全都是按型号统一购买的，在到达造船厂后再根据电缆册进行切割，切割过程中，需要由工人将电缆拉放开，套入过线器，再查看电缆的长度标记同时利用卷尺测量长度后利用断线器或电动切割器将电缆切割开，再将切割好的电缆用麻绳连接起来，如此循环操作，电缆逐段切割并盘放好，最后搬运到船台进行敷设。

上述整个电缆切割过程几乎全由人工完成，人工卷缆速度慢，速度不恒定，拉力时大时小，拉力大时极易造成电缆内部损坏，而外部很难发现，存在较大的安全隐患。

电缆外径测量采用过线器测量，外径过大的电缆无法通过过线器，不能采集实际的外径数据，发现外径过大时，过线器无法通过，只能将过线器从头取出后，再穿入下一节电缆；外径过小时也不能顺利通过过线器，且外径过小无法被有效发现。此种测量方法具有外径测量精度低，测量数据不准确，灵活性差，操作繁琐，无法测量外径过小等缺点。

电缆长度测量主要靠观察电缆长度标记和钢卷尺，因为在电缆拉放时很难将电缆完全拉直，同时钢卷尺本身存在拉不直的问题，直接影响电缆长度测量的精度，在测量精度较差的情况下，工人通常会将每节电缆多留余量，以防止电缆敷设过程中出现电缆长度不足导致的一系列问题，造成了实际敷设结束后电缆两端剩余较多电缆，需要截去这些多余部分，产生了大量不必要的浪费。

人工切割电缆存在操作人员多，工作效率低，切割精度差，操作繁琐等问题，极大的影响了电缆敷设和设备安装的施工进度，同时占用了大量人力，增大了工人的劳动负荷，因此急需对电缆切割工艺流程和方法进行改进，提高工作效率和工作质量。

发明内容

为了解决电缆切割效率低、测量精度差、切割过程测量困难、操作繁琐、影响施工进度等技术问题，本发明提出了一种船舶电缆切割车。通过电缆切割车上卷缆装置、电缆筒放置架、电缆切割装置与排缆装置的配合，解决电缆切割效率低、测量精度差、切割过程测量困难、操作繁琐、影响施工进度的技术问题，适宜作为电缆安装测量及切割装置应用。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案：船舶电缆切割车，包括：四轮车体，蓄电池，转向机构，卷缆装置，外径测量装置，长度测量装置，电缆切割装置，卡扣安装座，伺服控制机构，上位机，操作系统，人机交互界面等组成。各组成部分集成在四轮车体上，通过光电、激光、压电等传感器采集数据，运动控制系统控制各电机和液压机构，完成电缆长度和外经测量，电缆盘卷，排缆，电缆定长切割，卡扣安装等功能的一体化操作，人机交互界面简单直观，便于操作，对电缆数据建立数据库，便于数据调取和存储。

整车由蓄电池供电，内部工作电压为直流48V，通过车内电力电缆为各分系统供电，同时设有交流220V电源接口，也可以通过外部电源供电。方便移动的同时工作方式灵活。车行驶时，蓄电池只给驱动供电；卷缆装置工作时，蓄电池只给卷缆装置供电，互为联锁。

控制部分集成在车体内部，分为上位机和下位机两部分，上位机为PC机，主要工作为建立电缆数据库，存储、显示和监测卷缆切割过程中采集的各项数据，为下位机提供各种电缆数据；下位机为PLC(型号为西门子S7-200)，主要工作为控制各装置运行逻辑、运算各个传感器采集的数据、将各种数据同步上传到上位机。控制部分与各个执行装置之间通过信号电缆实现控制和通信。

卷缆装置主要由动力装置和电缆卷筒放置架构成，卷缆时电缆卷筒放置在电缆卷筒放置架内，通过万向节与动力装置相连，通过PLC控制伺服电机的转速及方向实现可控的动力输出。排缆装置由步进电机带动丝杠转动实现限位器的左右运动，移动速度由不同的电缆型号匹配。外径测量装置采用两对四个十字相交排布的激光测距模块，两对激光测距模块分别相对共线放置，实现横竖两轴的外径测量，提高外径测量的精度。长度测量装置、电缆切割装置和电缆连接卡扣安装座集成在一起，滚转式长度测量装置利用转动实现长度测量。电缆切割装置和电缆连接卡扣安装座通过液压动力总成提供动力，实现对多种型号电缆的切割和连接。液压切割装置和卡扣安装座联动，实现电缆切割和电缆连接卡扣安装同时进行，极大的节约切割和连接的时间。

卷缆装置、排缆装置、电缆长度测量装置、外径测量装置、电缆切割装置、卡扣安装座集成在车前安装平台上，不工作时安装平台能够折叠到电缆卷筒放置结构上，折叠后通过固定销锁紧，保证在电缆切割车移动时安装平台不会发生剧烈的振动，同时方便电缆切割车移动转移。待切割车开到指定位置后，打开固定销将安装平台放下固定，将电缆卷筒放置在电缆卷筒放置架上后，将电缆逐一穿过安装平台上的电缆长度、外径测量等装置，再固定在电缆卷筒的固定孔上。之后在电缆切割数据库中调取需要切割的电缆信息，开始工作。自动卷排缆到指定长度后，卡扣安装座将卡扣安装在电缆上，之后液压刀将电缆切开，再继续进行卷排缆，同时将测量的电缆外径和实际长度信息回传给上位机，同时在上位机上形成电缆外径折线图，若外径超限，则暂停卷缆并报警，如此往复循环操作。

积极效果：针对电缆切割过程测量困难，测量精度差,切割效率低下，工人施工费时费力影响造船施工进度等问题，本发明一种船舶电缆切割车。适用于船舶电缆切割作业。整车由PLC作为控制器，利用计算机作为上位机，电缆的切割长度等各项数据由上位机在其数据库中调取，处理后传输给PLC，PLC根据上位机提供的指令进行工作，同时将各种测量数据实时同步到上位机，实现控制器和数据库之间实时通信，实现自动化操作，降低人员操作难度，降低劳动强度。同时采用高精度滚转计数器作为长度测量装置，测量精度更高，采样频率高，数据连续性好，保证切割作业过程长度数据的精准性。基于激光测距的外径测量装置，摆脱了传统过线器只能测量外径过大不能测量外径过小，且出现外径过大后只能将过线器取出，才可以再次测量等缺点，有效提高了电缆外径测量的精度，激光测距可实时连续测量，连续输出数据实时传输到上位机，形成折线图，有效提高外经测量速度，且外经测量装置由两对激光测距模块组成，对电缆横纵轴外径进行实时测量，有效减小卷缆过程中电缆抖动对外径测量精度的影响。本发明将卷缆和排缆的控制进行一体化设计，根据电缆型号、卷缆速度和盘卷电缆的层数自行匹配排缆速度，在不影响卷缆速度的同时，使电缆在电缆卷筒上的排布更加整齐，卷缆速度更快，电缆拉力均匀，有效提高了排卷缆效率，克服了人工卷排缆速度慢，电缆排布不整齐等问题。本发明设计了一款新型电缆连接卡扣，在电缆切割开之后，卡扣安装座自动将卡扣安装在两节电缆的端头位置，卷缆装置再次工作，进行下一次工作循环，电缆连接卡扣的使用实现了电缆切割后再连接的自动化操作，避免了传统连接方式（猪蹄扣）容易滑落的问题，且卡扣采用金属材料，较传统的麻绳强度高很多，在连接较粗电缆时也不会被拉断，有效解决了麻绳强度不高的问题。

附图说明

图1为本发明立体图；

图2为本发明外径测量装置立体图；

图3为本发明排缆装置立体图；

图4为本发明卷缆装置立体图；

图5为本发明电缆切割装置立体图；

图6为本发明卡扣立体图；

图7为本发明限位装置立体图；

图8为本发明主视图；

图9为本发明侧视图；

图10为本发明俯视图。

图中：1.四轮车体，2.卷缆装置，3.排缆装置，4.限位装置，5.外径测量装置，6.电缆切割装置，7.电缆筒放置架，8.上位机，9.安装平台，10.步进电机Ⅰ，11.限位器，12.滑杆，13.丝杠，14.激光测距模块，15.支架，16.电缆切割刀，17.钢制挡板，18.长度测量装置，19.卡扣安装座，20.卡扣锁紧装置，21.步进电机Ⅱ，22.锥形齿轮箱，23.万向节，24.套筒，25.卡扣，26.锥形齿咬，27.钢丝绞绳，28.液压动力总成，29.横向限位柱，30.纵向限位柱，31.限位装置支架。

具体实施方式

一种船舶电缆切割车具有四轮车体1，在四轮车体1上设置有卷缆装置2和控制装置，卷缆装置2的下部设有电缆筒放置架7，用于放置电缆卷筒；电缆筒放置架7的侧向连接有能够折叠的安装平台9，安装平台9上依次安装有排缆装置3、限位装置4、外径测量装置5和电缆切割装置6，电缆切割装置6具有电缆切割刀16、长度测量装置18和卡扣安装座19，卡扣安装座19上放置有卡扣25，电缆依次从电缆长度测量装置18、卡扣安装座19上、电缆切割刀16、外径测量装置5、限位装置4、排缆装置3穿过，缠绕在卷缆装置2端部套筒24上的电缆卷筒上，经控制装置操控、根据事先设定好的电缆长度数据进行切割。

所述四轮车体1由蓄电池供电，内部工作电压为直流48V，通过车内电力电缆为各分系统供电，同时设有交流220V电源接口，也可以通过外部电源供电；车行驶时，蓄电池只给驱动供电；卷缆装置2工作时，蓄电池只给卷缆装置2供电，互为联锁。

所述控制装置集成在四轮车体1内部，分为上位机8和下位机两部分，上位机8为PC机，主要工作为建立电缆数据库，存储、显示和监测卷缆切割过程中采集的各项数据，为下位机提供各种电缆数据；下位机为PLC，主要工作为控制各装置运行逻辑、运算各个传感器采集的数据、将各种数据同步上传到上位机8；所述下位机为西门子S7-200；控制装置与各个执行装置之间通过信号电缆实现控制和通信。

所述卷缆装置2由步进电机Ⅱ21、锥形齿轮箱22、万向节23、套筒24、电缆卷筒和电缆筒放置架7构成，步进电机Ⅱ21提供动力，通过锥形齿轮箱22改变传动方向后连接万向节23，万向节23外侧连接套筒24，安装在电缆卷筒上，万向节23能够避免电缆筒直径公差造成的套筒24与电缆卷筒对不上，导致安装困难的问题；卷缆时电缆卷筒放置在电缆筒放置架7内，通过万向节23与步进电机Ⅱ21相连，通过PLC控制步进电机Ⅱ21的转速及方向实现可控的动力输出。

所述排缆装置3由限位器11、丝杠13、滑杆12和步进电机Ⅰ10组成，限位器11装配在平行排列的丝杠13与滑杆12上，丝杠13的一端连接有步进电机Ⅰ10驱动丝杠13旋转，限位器11在滑杆12上直线运动，通过控制步进电机Ⅰ10的正反转能够控制限位器11的左右运动方向，通过控制步进电机Ⅰ10的转动速度能够控制限位器的运动速度，与不同的电缆型号匹配。

所述外径测量装置5由激光测距模块14和支架15组成，两对四个十字相交排布的激光测距模块14安装在支架15上，两对激光测距模块14分别相对共线放置，同时连续测量X、Y两个轴上的电缆外径，并将外径测量的数据实时传输给PLC，经处理后上传给上位机形成实时折线图，且当外径超限时暂停卷缆并报警。

所述限位装置4由横向限位柱29、纵向限位柱30和限位装置支架31构成，所述纵向限位柱30共4份，设置于限位装置支架31上，前后各两个。所述横向限位柱29置于纵向限位柱30之间，横、纵限位柱配合，使通过限位装置的电缆稳定行进，避免电缆震动摇晃。

所述电缆切割装置6包括液压动力总成28、电缆切割刀16、长度测量装置18和卡扣安装座19；长度测量装置18为滚转式凹圆柱体测距模块，通过转动测量电缆盘卷的长度；卡扣安装座19为旋转连接的圆弧片，圆弧片一端连接在卡扣锁紧装置20上，两圆弧片能够围绕电缆线折叠；液压动力总成28上连接电缆切割刀16，液压动力总成28外侧设有钢制挡板17，当电缆线到达指定长度后，液压动力总成28驱动卡扣安装座19向上运动，电缆连接卡扣25抵在电缆上，然后液压动力总成28驱动电缆切割刀16向钢制挡板17运动，完成电缆切割，同时电缆两侧的卡扣锁紧装置20也向钢制挡板17运动，按压电缆卡扣25，将卡扣25锁紧，完成一次电缆切割和卡扣安装作业；卷缆装置2继续工作，如此循环工作，实现电缆切割以及切割之后的卡扣25连接工作。

所述卡扣25由两个卡扣单体通过钢丝绞绳27连接构成，卡扣单体为两个圆弧片旋转连接形成，圆弧片内排列有针刺状的锥形齿咬26，进行电缆切割作业之前，将卡扣25放置到卡扣安装座19上，之后开始盘电缆作业，电缆切割刀16将电缆切割开两端后，卡扣安装座19将卡扣25安装在两段电缆上，锁紧锥形齿咬26进入电缆端头处，咬紧两段电缆连接完成之后，后边那段电缆靠钢丝绞绳27牵引，从而完成下一段电缆的盘卷。

实施例：

据图1所示，一种船舶电缆切割车包括：四轮车体1，卷缆装置2，外径测量装置5，长度测量装置18，电缆切割装置6，卡扣安装座19，上位机8，限位装置4等结构。图中电缆筒放置架7，用于放置电缆筒。图中安装平台9，切割车运动转移场地时能够折叠起来，方便切割车操作，同时在不使用时节约空间。装置安装平台9放置安装稳妥后，将电缆从电缆长度测量装置18依次穿过安装平台9上的各个装置后固定在电缆筒放置架7上，将卷缆装置2端头套筒24安装在电缆筒的卷缆筒上，根据事先设定好的电缆长度等数据进行切割。

图2所示为外径测量装置5，图中激光测距模块14，安装在支架15上，可同时连续测量X、Y两个轴上的电缆外径，并将测量的数据实时传输给PLC，经处理后上传给上位机形成实时折线图，且当外径超限时暂停卷缆并报警。

图3所示为排缆装置3，图中步进电机I10，驱动丝杠13旋转，限位器11在滑杆12上运动，通过控制电机I10的正反转能够控制限位器11的运动方向，通过控制步进电机I10的转动速度能够控制限位器的运动速度。

图4所示为卷缆装置2，步进电机Ⅱ21提供动力，通过锥形齿轮箱22改变传动方向后，连接万向节23，万向节后连接套筒24，可安装在电缆筒的卷缆筒上，万向节23能够避免电缆筒直径公差造成的套筒24与卷缆筒对不上导致安装困难的问题。

图5所示为电缆切割装置6，装置最前部的凹圆柱为长度测量装置18，通过转动测量电缆盘卷长度，当到达指定长度后，液压动力总成28驱动卡扣安装座19向上运动，电缆连接卡扣25抵在电缆上，之后液压动力总成28驱动电缆切割刀16向钢制挡板17运动，完成电缆切割，同时电缆两侧的卡扣锁紧装置20也向钢制挡板17运动，按压电缆卡扣25，将卡扣25锁紧，完成一次电缆切割和卡扣安装作业，之后卷缆装置继续工作，如此循环工作，实现电缆切割以及切割之后的连接工作。

图6所示为电缆连接卡扣25，进行电缆切割作业之前，将卡扣25放置到卡扣安装座19上，之后开始盘电缆作业，液压刀将电缆切割开后，卡扣安装座19将卡扣25安装在两段电缆上，锁紧锥形齿咬26进电缆端头处，咬紧后两段电缆连接完成之后，后边那段电缆靠钢丝绞绳27牵引，从而完成下一段电缆的盘卷。

本发明的优点：

本发明克服了人工切割电缆过程中，卷缆速度慢，费时费力等问诸多缺点，是一种高度智能化、便于移动作业、各种参数测量精确、能进行实时监测、显示、报警和数据存储上传的船舶电缆切割车。移动转场时操作简单快速，占地小，可快速移动，工作时可快速展开，供电方式灵活，可脱离固定电源，方便户外操作。利用PLC作为控制器，PC作为上位机，同时建立电缆册数据库，控制稳定，数据处理速度快，通信实时性好，操作简单，简单培训后就可熟练操作。基于激光测距原理的外径装置，数据采集精度高，采样频率快，可实时精确测量电缆外径，从而实现监测发现数据超限后快速报警。步进电机驱动的排缆装置，响应速度快，控制精度高，可实现精细的速度和方向控制。滚转式长度传感器，测量精度高，采样频率高，可快速准确的采集长度信息，避免因长度测量不精确导致多留余量，减少电缆浪费。液压刀切割方式，切割速度快，适合切割的电缆种类多，快速切割各种规格的电缆。独创的电缆连接卡扣，避免使用麻绳系猪蹄扣连接切割后的电缆，有效克服了麻绳强度小，易断裂，电缆较粗时易滑脱等缺点，同时卡扣实现自动化安装，安装速度快，可靠性提高的同时，提高了连接速度。

以上内容并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内的任何其他修改、替换以及改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种船舶电缆切割车，其特征是：一种船舶电缆切割车具有四轮车体（1），在四轮车体（1）上设置有卷缆装置（2）和控制装置，卷缆装置（2）的下部设有电缆筒放置架（7），用于放置电缆卷筒；电缆筒放置架（7）的侧向连接有能够折叠的安装平台（9），安装平台（9）上依次安装有排缆装置（3）、限位装置（4）、外径测量装置（5）和电缆切割装置（6），电缆切割装置（6）具有电缆切割刀（16）、长度测量装置（18）和卡扣安装座（19），卡扣安装座（19）上放置有卡扣（25），电缆依次从电缆长度测量装置（18）、卡扣安装座（19）、电缆切割刀（16）、外径测量装置（5）、限位装置（4）、排缆装置（3）穿过，缠绕在卷缆装置（2）端部套筒（24）上的电缆卷筒上，经控制装置操控、根据事先设定好的电缆长度数据进行切割；

所述电缆切割装置（6）包括液压动力总成（28）、电缆切割刀（16）、长度测量装置（18）和卡扣安装座（19）；长度测量装置（18）为滚转式凹圆柱体测距模块，通过转动测量电缆盘卷的长度；卡扣安装座（19）为旋转连接的圆弧片，圆弧片一端连接在卡扣锁紧装置（20）上，两圆弧片能够围绕电缆线折叠；液压动力总成（28）上连接电缆切割刀（16），液压动力总成（28）外侧设有钢制挡板（17），当电缆线到达指定长度后，液压动力总成（28）驱动卡扣安装座（19）向上运动，电缆连接卡扣（25）抵在电缆上，然后液压动力总成（28）驱动电缆切割刀（16）向钢制挡板（17）运动，完成电缆切割，同时电缆两侧的卡扣锁紧装置（20）也向钢制挡板（17）运动，按压电缆卡扣（25），将卡扣（25）锁紧，完成一次电缆切割和卡扣安装作业；卷缆装置（2）继续工作，如此循环工作，实现电缆切割以及切割之后的卡扣（25）连接工作。

2.根据权利要求1所述的一种船舶电缆切割车，其特征是：

所述四轮车体（1）由蓄电池供电，内部工作电压为直流48V，通过车内电力电缆为各分系统供电，同时设有交流220V电源接口，也能够通过外部电源供电；车行驶时，蓄电池只给驱动供电；卷缆装置（2）工作时，蓄电池只给卷缆装置（2）供电，互为联锁。

3.根据权利要求1所述的一种船舶电缆切割车，其特征是：

所述控制装置集成在四轮车体（1）内部，分为上位机（8）和下位机两部分；上位机（8）为PC机，主要工作为建立电缆数据库，存储、显示和监测卷缆切割过程中采集的各项数据，为下位机提供各种电缆数据；下位机为PLC，主要工作为控制各装置运行逻辑、运算各个传感器采集的数据、将各种数据同步上传到上位机（8）；所述下位机为西门子S7-200；控制装置与各个执行装置之间通过信号电缆实现控制和通信。

4.根据权利要求1所述的一种船舶电缆切割车，其特征是：

所述卷缆装置（2）由步进电机Ⅱ（21）、锥形齿轮箱（22）、万向节（23）、套筒（24）、电缆卷筒和电缆筒放置架（7）构成，步进电机Ⅱ（21）提供动力，通过锥形齿轮箱（22）改变传动方向后连接万向节（23），万向节（23）外侧连接套筒（24），安装在电缆卷筒上，万向节（23）能够避免电缆筒直径公差造成的套筒（24）与电缆卷筒对不上，导致安装困难的问题；卷缆时电缆卷筒放置在电缆筒放置架（7）内，通过万向节（23）与步进电机Ⅱ（21）相连，通过PLC控制步进电机Ⅱ（21）的转速及方向实现可控的动力输出。

5.根据权利要求1所述的一种船舶电缆切割车，其特征是：

所述排缆装置（3）由限位器（11）、丝杠（13）、滑杆（12）和步进电机Ⅰ（10）组成，限位器（11）装配在平行排列的丝杠（13）与滑杆（12）上，丝杠（13）的一端连接有步进电机Ⅰ（10）驱动丝杠（13）旋转，限位器（11）在滑杆（12）上直线运动，通过控制步进电机Ⅰ（10）的正反转就能够控制限位器（11）的左右运动方向，通过控制步进电机Ⅰ（10）的转动速度能够控制限位器的运动速度，与不同的电缆型号匹配。

6.根据权利要求1所述的一种船舶电缆切割车，其特征是：

所述外径测量装置（5）由激光测距模块（14）和支架（15）组成，两对四个十字相交排布的激光测距模块（14）安装在支架（15）上，两对激光测距模块（14）分别相对共线放置，同时连续测量X、Y两个轴上的电缆外径，并将外径测量的数据实时传输给PLC，经处理后上传给上位机形成实时折线图，且当外径超限时暂停卷缆并报警。

7.根据权利要求1所述的一种船舶电缆切割车，其特征是：

所述限位装置（4）由横向限位柱（29）、纵向限位柱（30）和限位装置支架（31）构成，所述纵向限位柱（30）共4个，设置于限位装置支架（31）上，前后各两个，所述横向限位柱（29）置于纵向限位柱（30）之间，横、纵限位柱配合，使通过限位装置的电缆稳定行进，避免电缆震动摇晃。

8.根据权利要求1所述的一种船舶电缆切割车，其特征是：

所述卡扣（25）由两个卡扣单体通过钢丝绞绳（27）连接构成，卡扣单体为两个圆弧片旋转连接形成，圆弧片内排列有针刺状的锥形齿咬（26），进行电缆切割作业之前，将卡扣（25）放置到卡扣安装座（19）上，之后开始盘电缆作业，电缆切割刀（16）将电缆切割开两端后，卡扣安装座（19）将卡扣（25）安装在两段电缆上，锁紧锥形齿咬（26）进入电缆端头处，咬紧两段电缆连接完成之后，后边那段电缆靠钢丝绞绳（27）牵引，从而完成下一段电缆的盘卷。

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