CN115303878A - 一种可调控圆度的电缆绕线机 - Google Patents

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胡毅
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黄静
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Abstract

本发明公开了一种可调控圆度的电缆绕线机，属于电力线缆技术领域。该绕线机包括行走机构、升降机构、绕线驱动机构，以及绕线盘圆度检测机构；行走机构的水平导轨与滑动底座构成行走移动副；升降机构的垂向导轨与支撑绕线盘转轴的提升架构成垂向移动副；绕线驱动机构包括与提升架固连的轮胎驱动电机导轨，轮胎驱动电机导轨与支撑驱转轮胎的轮胎驱动电机滑块构成轮胎驱动电机驱动的水平移动副，驱转轮胎的轮胎连接轴与绕线盘转轴平行、且与轮胎驱动电机传动连接；绕线盘圆度检测机构含有位于绕线盘一侧可水平移位的测距模块。采用本发明可以通过相应的调试实现左右绕线速度的恰当控制，从而减小绕线盘滚筒圆度不规则对绕线效果的影响。

Description

一种可调控圆度的电缆绕线机
技术领域
本发明涉及一种绕线机，尤其是一种可调控圆度的电缆绕线机，属于电力线缆技术领域。
背景技术
电缆绕线机是将电缆缠绕到绕线盘上的专用装置。现有电缆绕线机的典型结构为申请号201420749450.6的中国专利所公开，其绕线盘通过转轴安装在整体支架上，转轴一端通过齿轮和皮带与步进电机传动连接，实现绕线盘的转动收放线，转轴另一端通过齿轮和皮带与双向丝杠传动连接，双向丝杠和导向滑轨上设有可左右滑动并能适应不同规格线缆的导向排线滑车。该装置存在缺点是未考虑绕线盘圆度对绕线效果的影响，结果容易因绕线盘圆度不规则使得线缆缠绕时间隙过大、产生电缆叠加和扭曲等现象，影响绕线质量。此外，其绕线盘的安装和拆卸都较为繁琐。
检索可知，申请号为201720101273.4的中国专利文献公开了一种线缆码盘圆度的检测装置，该装置可用于检测线缆码盘圆度，但功能单一。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的局限性，提出一种可调控圆度的电缆绕线机，从而及时有效地抑制绕线盘不圆对绕线质量的不利影响。
为了达到上述目的，本发明可调控圆度的电缆绕线机基本技术方案为：包括安置在行走机构上的一对升降机构、分别支撑于相应升降机构上的绕线驱动机构，以及分别安置于相应升降机构上的绕线盘圆度检测机构；
所述行走机构包括水平导轨，所述水平导轨与一对滑动底座分别构成行走电机驱动的移动副；
所述升降机构包括固定在对应滑动底座上、且具有垂向导轨的设备支撑架，所述垂向导轨与借助对顶轴支撑绕线盘转轴的提升架构成升降电机驱动的垂向移动副；
所述绕线驱动机构包括与所述提升架固连的轮胎驱动电机导轨，所述轮胎驱动电机导轨与支撑驱转轮胎的轮胎驱动电机滑块构成轮胎驱动电机驱动的水平移动副，所述驱转轮胎的轮胎连接轴与所述绕线盘转轴平行、且与轮胎驱动电机传动连接；
所述绕线盘圆度检测机构含有位于绕线盘一侧可水平移位的测距模块。
绕线前，操控行走机构的两滑动底座向两侧移开，使两升降机构的提升架之间留出安置绕线盘所需空间，同时操控提升架使其对顶轴和绕线盘的转轴处于同一水平面；接着将绕线盘移至与提升架的对顶轴同轴位置，并操控行走机构的两滑动底座对合移位，借助对顶轴夹紧绕线盘；再按需操控升降机构，使绕线盘升至外缘与驱转轮胎相切位置，启动轮胎驱动电机即可带动绕线盘转动绕线。
当需要进行圆度检测和调整时：绕线盘圆度检测机构通过调节电动推杆，使得测距模块对准绕线盘的边沿，的绕线盘驱动机构驱动绕线盘转动一周，测距模块进行轮廓扫描，获取绕线盘边沿的测距数据，根据测距结果进行建模，得到绕线盘边沿的圆度特征；然后再调节电动推杆，使得测距模块对准绕线盘滚筒，驱动绕线盘转动，进行轮廓扫描，得到绕线盘滚筒的测距数据，同样的，根据测距结果进行建模，得到绕线盘滚筒部分的圆度特征。之后可以进行相应的调控：首先控制调节驱转轮胎中心与绕线盘中心的距离来减小绕线盘边沿圆度不规则的影响，根据上述对绕线盘边沿的建模结果，可知大部分绕线盘边沿不规则时呈椭圆，同时可以得到椭圆的参数，即椭圆的长轴a、短轴b，已知驱转轮胎半径为r，这时通过调节驱转轮胎位置控制机构，改变驱转轮胎的水平位置，使得驱转轮胎中心到绕线盘中心的距离尽量接近r+(a+b)/2，从而达到减小绕线盘边沿圆度不规则的影响。其次控制左右绕线驱动机构的绕线速度，根据上述对绕线盘滚筒的建模结果，可知滚筒不规则时大多表现呈圆锥台的形状，即滚筒左右部分的半径不同，根据建模结果可以得到左右部分的半径，再根据该数据调节左右绕线速度，半径较小的一侧绕线速度适当增加，半径较大的一侧绕线速度适当减小，通过相应的调试实现左右绕线速度的恰当控制，从而减小绕线盘滚筒圆度不规则对绕线效果的影响。
本发明进一步的完善是：所述驱转轮胎驱动机构含有驱转轮胎转动机构和驱转轮胎位置控制机构；所述驱转轮胎转动机构包括通过减速机与驱转轮胎连接轴传动连接的轮胎驱动电机；所述驱转轮胎位置控制机构包括用于驱动驱转轮胎位移的驱转轮胎驱动推杆以及用于安置所述驱转轮胎驱动推杆的驱动推杆连接件，所述驱动推杆连接件通过导轨连接件与轮胎驱动电机导轨固连；所述驱转轮胎驱动推杆的伸缩端与轮胎驱动电机滑块固连。
本发明更进一步的完善是：所述绕线盘圆度检测机构包括安装在支撑框架上的电动推杆，所述电动推杆的伸缩端装有测距模块。
本发明还进一步的完善是：所述升降机构包括升降电机组、设备支撑架、提升架；设备支撑架的支撑框架固定一对垂向导轨，并装有限位开关；所述支撑框架固定安装在行走机构的滑动底座上；所述提升架包括主要由齿轮箱支架和顶壳构成的顶部固定支架，所述顶部固定支架与含有绕线盘提升滑座的绕线盘提升机构通过丝杆传动连接，所述丝杆的下端通过丝杆底托和丝杆底托支架支撑。
本发明又进一步的完善是：所述绕线盘提升滑座包括截面呈凹字形的滑座支架，所述滑座支架通过与之固连的滑座连接板与对应的垂向导轨构成垂向移动副。
本发明仍进一步的完善是：所述对顶轴支撑于带座滚动轴承之间，内端顶住绕线盘的转轴端。
进一步还有：
所述行走机构的矩形框架上通过相应的导轨底板固定三条平行的水平导轨，并且通过齿条底板固定与水平导轨平行的地轨齿条；各水平导轨与左滑动底座和右滑动底座分别构成左行走电机组和右行走电机组驱动的移动副；
所述左行走电机组和右行走电机组分别包括固定于滑动底座的带啮合齿轮的下轨电机，所述啮合齿轮与所述地轨齿条啮合；
所述左滑动底座的行车支架下分别固定与相应水平轨道滑动配合的三个底部滑块。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1是本发明一个实施例的总体结构框图。
图2是图1实施例的立体结构示意图。
图3是图1实施例另一个视角的立体结构示意图。
图4是图1实施例的行走机构立体结构示意图。
图5是图1实施例的行走机构地轨立体结构示意图。
图6是图1实施例的行走底座和行走电机组立体结构示意图。
图7是图1实施例的升降机构立体结构示意图。
图8是图1实施例的升降支撑架立体结构示意图。
图9是图1实施例的绕线盘提升架立体结构示意图。
图10是图1实施例的绕线驱动机构立体示意图。
图11是图1实施例的驱转轮胎位置控制机构立体结构示意图。
图12是图1实施例的绕线盘圆度检测机构立体结构示意图。
图中：行走机构1、地轨1-1、左行走电机组1-2、右行走电机组1-4、左滑动底座1-3、右滑动底座1-5、底槽钢支架1-1-1、导轨底板一1-1-2、导轨底板二1-1-3、导轨底板三1-1-5、齿条底板1-1-4、下导轨一1-1-6、下导轨二1-1-7、下导轨三1-1-9、地轨齿条1-1-8、左行走限位支架1-1-10、右行走限位支架1-1-11、下轨电机1-2-1、啮合齿轮1-2-2、下轨电机背板一1-2-3、下轨电机背板二1-2-4、下轨电机固定件一1-2-5、下轨电机固定件二1-2-6、行走限位开关固定件1-2-7和行走限位开关1-2-8、行车支架1-3-1、底部滑块一1-3-2、底部滑块二1-3-3、底部滑块三1-3-4、左升降机构2、右升降机构6、左升降电机组2-1、右升降电机组2-2、左设备支撑架2-3、右设备支撑架2-4、伺服电机2-1-1、硬齿面减速机2-1-2、减速机支撑板2-1-3、支撑框架2-3-1、垂向导轨一2-3-2、垂向导轨二2-3-3、限位开关一2-3-4、限位开关二2-3-5、左提升架2-5、右提升架2-6、丝杆2-5-1、联轴器2-5-2、齿轮箱2-5-3、齿轮箱支架2-5-4、顶壳2-5-5、滑座支架2-5-6、滑座连接板一2-5-7、滑座连接板一2-5-8、对顶轴2-5-9、带座滚动轴承一2-5-10、带座滚动轴承二2-5-11、丝杆底托2-5-12、丝杆底托支架2-5-13、左绕线驱动机构3、右绕线驱动机构7、轮胎转动机构3-1、轮胎位置控制机构3-2、轮胎驱动电机3-1-1、电机减速机3-1-2、减速机托架3-1-3、轮胎连接轴3-1-4、轮胎3-1-7、轮胎驱动推杆3-2-1、驱动推杆连接件3-2-2、轮胎驱动电机滑块3-2-3、轮胎驱动电机导轨3-2-4、导轨连接件3-2-5、轮胎驱动导轨一3-2-6、轮胎驱动导轨二3-2-7、左绕线盘圆度检测机构4、右绕线盘圆度检测机构5、推杆支架连接件4-1、电动推杆4-2、测距模块连接件4-3、测距模块4-4、固定销钉4-5。
具体实施方式
实施例一
本实施例的电缆智能绕线机基本结构如图1至图3所示，主要由行走机构1，安置在行走机构1上的左升降机构2、右升降机构6，分别支撑于左升降机构2、右升降机构6上的左绕线驱动机构3、右绕线驱动机构7，以及分别安置于左升降机构2、右升降机构6的左绕线盘圆度检测机构4、右绕线盘圆度检测机构5组成 。其中，行走机构1用于绕线盘的就位和左右移动，左升降机构2和右升降机构6用于将绕线盘提升到与驱转轮胎相切的位置，使得驱转轮胎转动能够带动绕线盘的转动，左驱转轮胎驱动机构3和右驱转轮胎驱动机构7通过驱转轮胎转动带动绕线盘的转动，实现绕线功能，同时可以移动驱转轮胎位置，适当调节驱转轮胎中心到绕线盘中心的距离，左绕线盘圆度检测机构4和右绕线盘圆度检测机构5用于检测绕线盘边沿和滚筒部分的圆度，检测到边沿圆度不规则时，借助左驱转轮胎驱动机构3和右驱转轮胎驱动机构7调节驱转轮胎位置；检测到滚筒圆度不规则时，通过左驱转轮胎驱动机构3和右驱转轮胎驱动机构7调节左右绕线速度。
具体而言，行走机构1如图4和图5所示，放置在地面上的多根底槽钢支架1-1-1构成矩形框架，该矩形框架上固定平行的导轨底板一1-1-2、导轨底板二1-1-3、齿条底板1-1-4、导轨底板三1-1-5，水平导轨一1-1-6、水平导轨二1-1-7、水平导轨三1-1-8分别固定在对应的导轨底板上，各水平导轨与左滑动底座1-4和右滑动底座1-5分别构成左行走电机组1-2和右行走电机组1-3驱动的移动副。地轨齿条1-1-8则固定齿条底板1-1-4上。左行走限位支架1-1-10和右行走限位支架1-1-11分别固定在导轨底板二1-1-3两端旁边。
左行走电机组1-2（右行走电机组1-4结构相同，左右对称），如图6所示，包括借助下轨电机背板一1-2-3、下轨电机背板二1-2-4、下轨电机固定件一1-2-5、下轨电机固定件二1-2-6连接固定于左滑动底座1-3带啮合齿轮1-2-2的下轨电机1-2-1，以及行走限位开关固定件1-2-7和行走限位开关1-2-8。啮合齿轮1-2-2与地轨齿条1-1-8啮合。左滑动底座1-3的行车支架1-3-1下分别固定与相应水平轨道滑动配合的底部滑块一1-3-2、底部滑块二1-3-3、底部滑块三1-3-4。
左升降机构2如图7所示，包括左升降电机组2-1、左设备支撑架2-3、左提升架2-5。右升降机构6结构相同，包括右升降电机组2-2、右设备支撑架2-4和右提升架2-6。
如图8所示，左设备支撑架2-3（右设备支撑架2-4结构相同）的支撑框架2-3-1一侧固定垂向导轨一2-3-2和垂向导轨二2-3-3，并装有限位开关一2-3-4和限位开关二2-3-5，支撑框架2-3-1固定安装在行走机构的滑动底座1-4上。左升降电机组2-1包括安装在支撑框架2-3-1上的伺服电机2-1-1，该电机与位于减速机支撑板2-1-3上的硬齿面减速机2-1-2传动连接。
左提升架2-5（右提升架2-6结构相同）如图9所示，主要由齿轮箱支架2-5-4和顶壳2-5-5构成的顶部固定支架与绕线盘提升机构通过丝杆2-5-1传动连接；具体为，顶部固定支架装有硬齿面减速机2-1-2同轴连接的联轴器2-5-2，该联轴器2-5-2通过齿轮箱2-5-3与丝杆2-5-1传动连接。丝杆2-5-1的下端通过丝杆底托2-5-12和丝杆底托支架2-5-13支撑。绕线盘提升滑座包括截面呈凹字形的滑座支架2-5-6，该滑座支架通过与之固连的滑座连接板一2-5-7、滑座连接板一2-5-8分别与对应的垂向导轨一2-3-2、垂向导轨二2-3-3构成垂向移动副。水平的对顶轴2-5-9支撑于带座滚动轴承2-5-10和带座滚动轴承2-5-11；内端用于夹紧绕线盘的转轴两端。带座滚动轴承2-5-10和带座滚动轴承2-5-11固定在滑座支架2-5-6的底部。
驱转轮胎驱动机构3安装在左升降机构2和右升降机构6背面，左右各一组，结构相同，分别包括驱转轮胎转动机构3-1和驱转轮胎位置控制机构3-2。驱转轮胎转动机构3-1如图10所示，包括通过位于减速机托架3-1-3上的电机减速机3-1-2与驱转轮胎连接轴3-1-4传动连接的轮胎驱动电机3-1-1。减速机托架3-1-3通过与之固连的轮胎驱动电机滑块3-2-3与固连在提升架上的轮胎驱动电机导轨3-2-4构成水平移动副。轮胎连接轴3-1-4与绕线盘转轴平行。当驱转轮胎3-1-7与绕线盘相切时，可以带动绕线盘转动。驱转轮胎位置控制机构3-2如图11所示，包括用于驱动驱转轮胎位移的驱转轮胎驱动推杆3-2-1以及用于安置该推杆的驱动推杆连接件3-2-2，驱动推杆连接件3-2-2通过导轨连接件3-2-5与轮胎驱动电机导轨3-2-4固连；驱转轮胎驱动推杆3-2-1的伸缩端通过减速机托架3-1-3与轮胎驱动电机滑块3-2-3固连，可以推动其水平方向移位；从而改变驱转轮胎3-1-7与绕线盘的相对位置。
绕线盘圆度检测机构4如图12所示，在左升降机构2和右升降机构6侧面各安装一组，结构对称，包括通过推杆支架连接件4-1安装在支撑框架2-3-1上的电动推杆4-2，该电动推杆4-2的伸缩端通过测距模块连接件4-3装有测距模块4-4（本实施例采用维特公司的VT53R-485型智能激光测距传感器），测距模块4-4位于绕线盘一侧可按需水平移位。
绕线时的操控步骤如下：
S1：安装前将绕线盘推到绕线机正前方，控制左右行走机构向两侧移动，留好绕线盘安装所需要的空间，同时控制绕线盘的升降机构的提升架，使得提升架的对顶轴和绕线盘的转轴在同一水平面；
S2：将绕线盘推到绕线机左右行走机构之间，调整绕线盘位置，使得绕线盘的转轴和绕线机提升架的对顶轴同轴心；
S3：控制左右行走机构向中间行走，使对顶轴插入绕线盘转轴，尽量夹紧绕线盘；
S4：控制左右升降机构同步向上，将绕线盘位置上升到与驱转轮胎相切的位置，使驱转轮胎转动可以带动绕线盘的转动。
绕线盘圆度检测和控制过程为：
S1：绕线盘安装完成后，通过调节电动推杆，使得测距模块对准绕线盘的边沿，绕线盘驱动机构驱动绕线盘转动一周，测距模块进行轮廓扫描，获取绕线盘边沿的测距数据；
S2：再调节电动推杆，使得测距模块对准绕线盘滚筒，驱动绕线盘转动，进行轮廓扫描，得到绕线盘滚筒的测距数据；
S3：根据绕线盘边沿和滚筒的测距结果进行建模，得到绕线盘边沿和滚筒部分的圆度特征；
S4：根据对绕线盘边沿的建模结果，若出现圆度不规则的情况则进行相应控制，大部分绕线盘边沿不规则时呈椭圆，同时可以得到椭圆的参数，即椭圆的长轴a、短轴b，已知驱转轮胎半径为r，这时通过调节上述的驱转轮胎位置控制机构，改变驱转轮胎的水平位置，使得驱转轮胎中心到绕线盘中心的距离尽量接近r+(a+b)/2，尽量减小由于绕线盘的椭圆形状所带来的绕线波动，从而达到减小绕线盘边沿圆度不规则的影响。
S5：根据对绕线盘滚筒的建模结果，若出现圆度不规则的情况则进行相应控制，滚筒不规则时大多表现呈圆锥台的形状，即滚筒左右部分的半径不同，根据建模结果可以得到左右部分的半径，再根据该数据调节左右绕线速度，半径较小的一侧绕线速度适当增加，半径较大的一侧绕线速度适当减小，通过相应的调试得到恰当的左右绕线速度的控制方法，尽量平衡滚筒左右部分的绕线速度，从而减小绕线盘滚筒圆度不规则对绕线效果的影响。
与现有技术相比，采用本实施例具有如下显著优点：
（1）升降机构可以将对顶轴插入绕线盘的中间轴，来进行绕线盘两侧的固定，只要绕线盘的中间轴满足对顶轴的半径要求则可以进行绕线操作，使得绕线机可以安装多种规格的绕线盘，应对工厂生产时可能会遇到多种型号绕线盘的情况。
（2）绕线盘安装时，放置在左右行走机构之间，适当对准升降机构的对顶轴，然后控制左右的行走机构，运行到贴近绕线盘的边缘的位置以夹紧绕线盘，再控制升降机构运行到适当高度，使得绕线盘与绕线盘驱转轮胎相切；这套绕线盘装载方法较为简单，只需将绕线盘推到指定位置，后续可以操作相应机构完成，有效提高了绕线效率和灵活性。
（3）圆度检测机构可以检测绕线盘的圆度，圆度检测机构可以控制测距模块的水平位置，对绕线盘边沿和绕线盘滚筒分别进行轮廓扫描，得到相应的圆度特征；再根据绕线盘边沿的圆度特征控制绕线盘驱转轮胎的位置，根据绕线盘滚筒部分的圆度特征控制左右绕线速度。因此本发明设计的圆度检测机构和绕线控制方法可以有效减小绕线盘圆度不规则对绕线效果的影响，极大提高了绕线机在不规则绕线盘均匀绕线的能力。
（4）行走机构可以控制绕线盘的左右移动，在水平导轨位置安装有限位开关，使得电缆缠绕到靠近绕线盘边沿时，行走机构可以进行折返运动，进行新的一层绕线操作，实现了绕线过程的全自动化，大大减少了人工干预。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种可调控圆度的电缆绕线机，包括安置在行走机构（1）上的一对升降机构（2、6）、分别支撑于相应升降机构上的绕线驱动机构（3、7），其特征在于：还包括分别安置于相应升降机构上的绕线盘圆度检测机构（4、5）；
所述行走机构包括水平导轨（1-1-6、1-1-7、1-1-8），所述水平导轨与一对滑动底座（1-3、1-5）分别构成行走电机（1-2、1-4）驱动的移动副；
所述升降机构包括固定在对应滑动底座上、且具有垂向导轨（2-3-2、2-3-3）的设备支撑架（2-3、2-4），所述垂向导轨与借助对顶轴（2-5-9）支撑绕线盘转轴的提升架（2-5、2-6）构成升降电机（2-1、2-2）驱动的垂向移动副；
所述绕线驱动机构包括与所述提升架固连的轮胎驱动电机导轨（3-2-4），所述轮胎驱动电机导轨与支撑驱转轮胎的轮胎驱动电机滑块（3-2-3）构成轮胎驱动电机（3-1-1）驱动的水平移动副，所述驱转轮胎的轮胎连接轴（3-1-4）与所述绕线盘转轴平行、且与轮胎驱动电机传动连接；
所述绕线盘圆度检测机构含有位于绕线盘一侧可水平移位的测距模块（4-4）。
2.根据权利要求1所述可调控圆度的电缆绕线机，其特征在于：所述驱转轮胎驱动机构含有驱转轮胎转动机构和驱转轮胎位置控制机构；所述驱转轮胎转动机构包括通过减速机与驱转轮胎连接轴传动连接的轮胎驱动电机；所述驱转轮胎位置控制机构包括用于驱动驱转轮胎位移的驱转轮胎驱动推杆以及用于安置所述驱转轮胎驱动推杆的驱动推杆连接件，所述驱动推杆连接件通过导轨连接件与轮胎驱动电机导轨固连；所述驱转轮胎驱动推杆的伸缩端与轮胎驱动电机滑块固连。
3.根据权利要求2所述可调控圆度的电缆绕线机，其特征在于：所述绕线盘圆度检测机构包括安装在支撑框架上的电动推杆，所述电动推杆的伸缩端装有测距模块。
4.根据权利要求3所述可调控圆度的电缆绕线机，其特征在于：所述升降机构包括升降电机组、设备支撑架、提升架；设备支撑架的支撑框架固定一对垂向导轨，并装有限位开关；所述支撑框架固定安装在行走机构的滑动底座上；所述提升架包括主要由齿轮箱支架和顶壳构成的顶部固定支架，所述顶部固定支架与含有绕线盘提升滑座的绕线盘提升机构通过丝杆传动连接，所述丝杆的下端通过丝杆底托和丝杆底托支架支撑。
5.根据权利要求4所述可调控圆度的电缆绕线机，其特征在于：所述绕线盘提升滑座包括截面呈凹字形的滑座支架，所述滑座支架通过与之固连的滑座连接板与对应的垂向导轨构成垂向移动副。
6.根据权利要求5所述可调控圆度的电缆绕线机，其特征在于：所述对顶轴支撑于带座滚动轴承之间，内端顶住绕线盘的转轴端。
7.根据权利要求6所述可调控圆度的电缆绕线机，其特征在于：所述行走机构的矩形框架上通过相应的导轨底板固定三条平行的水平导轨，并且通过齿条底板固定与水平导轨平行的地轨齿条；各水平导轨与左滑动底座和右滑动底座分别构成左行走电机组和右行走电机组驱动的移动副。
8.根据权利要求7所述可调控圆度的电缆绕线机，其特征在于：所述左行走电机组和右行走电机组分别包括固定于滑动底座的带啮合齿轮的下轨电机，所述啮合齿轮与所述地轨齿条啮合。
9.根据权利要求8所述可调控圆度的电缆绕线机，其特征在于：所述左滑动底座的行车支架下分别固定与相应水平轨道滑动配合的三个底部滑块。
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