CN115321398A - 一种用于绞车排缆的钢丝绳减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，包括滑轮减振机构、磁流变阻尼机构、反馈测距机构和控制系统；滑轮减振机构包括滑轮固定壳体、滑轮和压缩弹簧；滑轮的两侧与滑轮固定壳体之间分别安装有压缩弹簧；磁流变阻尼机构包括上端盖、密封圈、导磁盘、活塞筒、绕线筒、下端盖和活塞杆；活塞筒内部设置有密封圈和导磁盘，绕线筒两端分别与活塞筒内部上、下两端的导磁盘紧贴；活塞杆顶部固定安装于滑轮固定壳体；反馈测距机构括角度传感器、法兰盘、扭转弹簧、齿轮、转轴、转轴支架和滑轨；活塞杆两侧分别设置一组反馈测距机构；扭转弹簧通过螺栓固定安装于法兰盘；角度传感器安装于转轴。本发明解决了绞车排缆工作过程中钢丝绳振动的问题。

Description

一种用于绞车排缆的钢丝绳减振装置
技术领域
本发明涉及排缆装置技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于绞车排缆的钢丝绳减振装置。
背景技术
绞车排缆是一种柔性传动提升过程，提升钢丝绳是其主要构成部件，故提升系统高效运行必须以钢丝绳的安全性可靠性为前提。由于钢丝绳的柔性特性与复杂的工况条件，在绞车排缆工作过程中对外界的干扰变得更加地敏感，容易发生异常振动。此外在高速缠绕过程中，钢丝绳在通过绳槽层间弧线区和圈间折线区时会产生瞬时冲击，使得钢丝绳在卷筒出绳端产生两个方向上的振动(横向振动，纵向振动)，该振动的存在影响了提升系统的动态特性，严重时会造成松绳、跳绳，导致系统失稳，缩短钢丝绳的使用寿命，影响绞车排缆时的安全性，稳定性，目前，针对绞车排缆工作过程中钢丝绳振动的问题，尚未提出有效方案。
发明内容
根据上述提出绞车排缆工作过程中钢丝绳振动的技术问题，而提供一种用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，在绞车排缆过程中，通过抑制和吸收钢丝绳的振动，提升排缆过程的安全性，稳定性，延长钢丝绳使用寿命。
本发明采用的技术手段如下：
一种用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，其特征在于，包括滑轮减振机构、磁流变阻尼机构、反馈测距机构和控制系统；
所述滑轮减振机构包括滑轮固定壳体、滑轮和压缩弹簧；所述滑轮安装于所述滑轮固定壳体内部，所述滑轮的轴向两侧与所述滑轮固定壳体之间分别安装有一个所述压缩弹簧；
所述磁流变阻尼机构包括上端盖、密封圈、导磁盘、活塞筒、绕线筒、下端盖和活塞杆；所述上端盖和所述下端盖分别固定安装于所述活塞筒的顶部和底部；所述密封圈、所述导磁盘和所述绕线筒均位于所述活塞筒内部，所述活塞筒内部上、下两端分别设置有所述密封圈和所述导磁盘，所述绕线筒两端分别与所述活塞筒内部上、下两端的所述导磁盘紧贴；所述活塞杆穿过所述上端盖、所述密封圈、所述导磁盘、所述绕线筒、所述活塞筒和所述下端盖，顶部固定安装于所述滑轮固定壳体；所述绕线筒外侧缠绕有线圈，所述绕线筒与所述活塞筒内壁之间形成了磁流变液通道；
所述反馈测距机构括角度传感器、法兰盘、扭转弹簧、齿轮、转轴、转轴支架和滑轨；所述活塞杆下部两侧设置有齿条结构，所述活塞杆两侧分别设置一组所述反馈测距机构，每一组所述反馈测距机构的所述齿轮能够与相应的所述齿条结构啮合；所述扭转弹簧通过螺栓固定安装于所述法兰盘，同时与所述齿轮同轴心固定安装于所述转轴；所述角度传感器安装于所述转轴；所述转轴固定安装于所述转轴支架，所述转轴支架通过电机控制滑动安装于所述滑轨；
所述线圈的输入端和所述角度传感器分别与所述控制系统电连接，所述控制系统用于根据所述角度控制器检测到的振动信号控制所述线圈的电流大小。
进一步地，所述上端盖和所述下端盖分别加工有内螺纹，所述活塞筒的顶部和底部分别加工有螺纹，所述上端盖和所述下端盖分别通过螺纹固定安装于所述活塞筒的顶部和底部。
进一步地，所述滑轮减振机构包括三个呈品字型布置的所述滑轮，防止跳绳。
进一步地，所述上端盖、所述密封圈、所述导磁盘、所述活塞筒、所述绕线筒、所述下端盖和所述活塞杆同轴设置。
进一步地，所述活塞筒的上、下两端开口分别通过所述密封圈密封。
进一步地，所述活塞杆两侧的所述齿轮和所述扭转弹簧的旋向不同。
进一步地，通过所述电机控制所述转轴支架带动所述转轴移动，能够实现所述齿轮与所述齿条结构的啮合与分离。
进一步地，所述减振装置还包括减振装置支架和两个丝杠；所述减振装置支架安装于所述磁流变阻尼机构的所述下端盖；所述下端盖和所述减振装置支架底部分别安装于一个所述丝杠，所述丝杠安装于绞车，通过调整所述下端盖和所述减振装置支架在所述丝杠上的安装位置能够实现对所述减振装置工作位姿的调节。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，能吸收钢丝绳在卷筒出绳端产生的振动，提升系统稳定性，延长钢丝绳寿命。
2、本发明提供的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，通过振动反馈机构，缆绳收放时均可张紧缆绳，有效的防止了松绳问题，安装的角度传感器能对钢丝绳振动量进行实时监测，通过反馈调节，调整磁流变阻尼结构外接电流大小，改变其磁场强度，基于磁流变液外加磁场后反应速度极快的优点，实现磁流变阻尼结构的刚度和阻尼动态可调。
3、本发明提供的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，占用空间小，布置方便，可自由调整位姿，灵活调节缆绳的出缆角度，可直接安装在原有绞车排缆结构上，大大降低了成本。
基于上述理由本发明可在绞车排缆装置领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述用于绞车排缆的钢丝绳减振装置结构示意图。
图2为本发明所述滑轮减振机构结构示意图。
图3为本发明所述磁流变阻尼机构结构剖视图。
图4为本发明所述反馈测距机构结构示意图。
图中：1、滑轮减振机构；1.1、滑轮固定壳体；1.2、滑轮；1.3、压缩弹簧；2、磁流变阻尼机构；2.1、上端盖；2.2、密封圈；2.3、导磁盘；2.4、活塞筒；2.5、绕线筒；2.6、下端盖；2.7、活塞杆；3、反馈测距装置；3.1、角度传感器；3.2、法兰盘；3.3、扭转弹簧；3.4、齿轮；3.5、转轴；3.6、转轴支架；3.7、滑轨；4、卷筒；5、钢丝绳；6、减振装置支架；7、丝杠。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1-4所示，本发明提供了一种用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，包括滑轮减振机构1、磁流变阻尼机构2、反馈测距机构3和控制系统；
所述滑轮减振机构1包括滑轮固定壳体1.1、滑轮1.2和压缩弹簧1.3；
所述滑轮1.2通过螺栓安装于所述滑轮固定壳体1.1内部，所述滑轮1.2的轴向两侧与所述滑轮固定壳体1.1之间分别安装有一个所述压缩弹簧1.3；
所述磁流变阻尼机构2包括上端盖2.1、密封圈2.2、导磁盘2.3、活塞筒2.4、绕线筒2.5、下端盖2.6和活塞杆2.7；
所述上端盖2.1和所述下端盖2.6分别加工有内螺纹，所述活塞筒2.4的顶部和底部分别加工有螺纹，所述上端盖2.1和所述下端盖2.6分别通过螺纹固定安装于所述活塞筒2.4的顶部和底部；
所述密封圈2.2、所述导磁盘2.3和所述绕线筒2.5均位于所述活塞筒2.4内部，所述活塞筒2.4内部上、下两端分别设置有所述密封圈2.2和所述导磁盘2.3，所述绕线筒2.5两端分别与所述活塞筒2.4内部上、下两端的所述导磁盘2.3紧贴；
所述活塞杆2.7穿过所述上端盖2.1、所述密封圈2.2、所述导磁盘2.3、所述绕线筒2.5、所述活塞筒2.4和所述下端盖2.6，顶部固定安装于所述滑轮固定壳体1.1；
所述活塞筒2.4的上、下两端开口分别通过所述密封圈2.2密封；
所述绕线筒2.5外侧缠绕有线圈，所述绕线筒2.5与所述活塞筒2.4内壁之间形成了用于放入磁流变液的磁流变液通道；
所述活塞杆2.7为空心圆柱体结构；
所述反馈测距机构3括角度传感器3.1、法兰盘3.2、扭转弹簧3.3、齿轮3.4、转轴3.5、转轴支架3.6和滑轨3.7；
所述活塞杆2.7伸出所述下端盖2.6的下部两侧设置有齿条结构，所述活塞杆2.7两侧分别设置一组所述反馈测距机构3，每一组所述反馈测距机构3的所述齿轮3.4能够与相应的所述齿条结构啮合；
所述扭转弹簧3.3通过螺栓固定安装于所述法兰盘3.2，同时与所述齿轮3.4同轴心固定安装于所述转轴3.5；当所述活塞杆2.7发生上下运动，会通过所述齿条结构带动相应的所述齿轮3.4转动，进而带动所述转轴3.5的转动，所述转轴3.5的转动又能够带动所述扭转弹簧3.3的旋紧，通过所述扭转弹簧3.3的弹性可以帮助所述活塞杆2.7复位；
所述角度传感器3.1安装于所述转轴3.5；
所述转轴3.5固定安装于所述转轴支架3.6，所述转轴支架3.6通过电机控制滑动安装于所述滑轨3.7；
所述减振装置还包括反馈测距机构外壳体，所述反馈测距机构外壳体固定安装于所述下端盖2.6底部，所述活塞杆2.7设置有所述齿条结构的部分以及所述反馈测距机构3均位于所述反馈测距机构外壳体内部，所述滑轨3.7固定安装于所述反馈测距机构外壳体内壁；
通过所述电机控制所述转轴支架3.6带动所述转轴3.5移动，能够实现所述齿轮3.4与所述齿条结构的啮合与分离；
所述线圈的输入端和所述角度传感器3.1分别与所述控制系统电连接，所述控制系统用于根据所述角度控制器3.1检测到的排缆作业时由于钢丝绳的纵向振动而产生的振动信号控制所述线圈的电流大小，从而调节所述磁流变阻尼机构2的刚度和阻尼，实现对绞车排缆时钢丝绳振动能量的吸收与抑制，形成对绞车排缆时钢丝绳振动的闭环控制；具体的，通过控制系统加大所述线圈的电流，能够使磁场强度变大，根据磁流变液的特性，磁流变液具有良好的流变效应，其在无磁场下表现为自由流动的牛顿流体，在垂直于流体流动方向上施加磁场时，流体内部铁磁性颗粒可在几毫秒内的极短时间里从无规则排列状态下迅速地形成有序整齐排列的链状结构，此类结构对流动的母液形成了阻力，当母液试图去剪切由磁化的铁磁性颗粒形成的链状结构时形成了较大的阻尼，从而达到阻尼的输出，因此电流越大，所述磁流变阻尼机构2的刚度和阻尼也越大，通过调节电流大小，可以对所述磁流变阻尼机构2刚度和阻尼大小进行调节。
进一步地，所述控制系统为单片机。
进一步地，所述滑轮减振机构1包括三个呈品字型布置的所述滑轮1.2，防止跳绳。
进一步地，所述上端盖2.1、所述密封圈2.2、所述导磁盘2.3、所述活塞筒2.4、所述绕线筒2.5、所述下端盖2.6和所述活塞杆2.7同轴设置。
进一步地，所述活塞杆2.7两侧的所述齿轮3.4和所述扭转弹簧3.3的旋向不同。
进一步地，所述减振装置还包括减振装置支架6和两个丝杠7；所述减振装置支架6安装于所述磁流变阻尼机构2的所述下端盖2.6，用于固定所述磁流变阻尼机构2的位置；所述下端盖2.6和所述减振装置支架6底部分别安装于一个所述丝杠7，所述丝杠7安装于绞车，通过调整所述下端盖2.6和所述减振装置支架6在所述丝杠7上的安装位置能够实现对所述减振装置工作位姿的调节。
如图1所示，本发明所述用于绞车排缆的钢丝绳减振装置工作时，钢丝绳5一端缠绕于绞车的卷筒4，另一端穿过所述滑轮减振机构1，通过电机控制转轴支架3.6在滑轨3.7上的位置，使得活塞杆2.7只有一侧与反馈测距机构3的齿轮3.4啮合，另一侧的反馈测距机构3与活塞杆2.7分离；
绞车排缆作业之前，可以根据需要通过人工调节所述活塞杆2.7的初始位置，从而调整所述滑轮减振机构1的位置，实现对出绳的初始角度的灵活调整；
绞车排缆作业时，所述滑轮减振机构1通过在所述滑轮1.2两侧设置的所述压缩弹簧1.3来吸收绞车排缆作业时钢丝绳5产生的横向振动；
通过控制系统调节所述磁流变阻尼机构2内所述线圈电流大小，可以改变所述磁流变阻尼机构2的内部磁场强度，实现所述磁流变阻尼结构2的刚度和阻尼动态可调，从而吸收绞车排缆作业时钢丝绳5的纵向振动；
具体的，卷筒4放绳时，控制左侧齿轮3.4与所述活塞杆2.7啮合，右侧分离，此时钢丝绳5有向下方松绳的趋势，会通过所述滑轮减振机构1带动所述活塞杆2.7下行，此时，左侧扭转弹簧3.3会利用旋紧产生的形变提供给所述活塞杆2.7向上复位的力，保持钢丝绳5处于张紧状态；
卷筒4收绳时，控制右侧齿轮3.4与所述活塞杆2.7啮合，左侧分离，此时钢丝绳5有向上方松绳的趋势，会通过所述滑轮减振机构1带动所述活塞杆2.7上行，右侧扭转弹簧3.3旋紧产生的形变提供给所述活塞杆2.7向下复位的力，保持钢丝绳5处于张紧状态；
齿轮3.4的转动带动转轴3.5转动，通过转轴3.5上的角度传感器3.1可对钢丝绳5的纵向振动幅度进行测量，通过所述角度传感器3.1能够对钢丝绳5的纵向振动幅度进行测量，再通过所述控制系统反馈调节所述磁流变阻尼机构2内线圈的电流大小，从而实现所述磁流变阻尼机构2的刚度和阻尼动态可调，达到良好的减振效果；
本发明提供的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，上部的滑轮吸振结构能吸收钢丝绳横向振动，中部的磁流变阻尼结构可以吸收钢丝绳的纵向振动，通过下部的反馈测距机构对振动量进行测量，通过控制系统的反馈调节，调整磁流变阻尼结构外接电流大小，改变其磁场强度，基于磁流变液外加磁场后反应速度极快的优点，实现磁流变阻尼结构的刚度和阻尼动态可调。
本发明提供的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，可以迅速、有效的吸收高速缠绕时钢丝绳的瞬时冲击能量，提升了绞车排缆工作时的稳定性，可靠性，延长了钢丝绳的使用寿命；可以直接安装在绞车排缆装置中，也适用于缠绕式提升机，应用范围广，发展前景广阔。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，其特征在于，包括滑轮减振机构、磁流变阻尼机构、反馈测距机构和控制系统；
所述滑轮减振机构包括滑轮固定壳体、滑轮和压缩弹簧；所述滑轮安装于所述滑轮固定壳体内部，所述滑轮的轴向两侧与所述滑轮固定壳体之间分别安装有一个所述压缩弹簧；
所述磁流变阻尼机构包括上端盖、密封圈、导磁盘、活塞筒、绕线筒、下端盖和活塞杆；所述上端盖和所述下端盖分别固定安装于所述活塞筒的顶部和底部；所述密封圈、所述导磁盘和所述绕线筒均位于所述活塞筒内部，所述活塞筒内部上、下两端分别设置有所述密封圈和所述导磁盘，所述绕线筒两端分别与所述活塞筒内部上、下两端的所述导磁盘紧贴；所述活塞杆穿过所述上端盖、所述密封圈、所述导磁盘、所述绕线筒、所述活塞筒和所述下端盖，顶部固定安装于所述滑轮固定壳体；所述绕线筒外侧缠绕有线圈，所述绕线筒与所述活塞筒内壁之间形成了磁流变液通道；
所述反馈测距机构括角度传感器、法兰盘、扭转弹簧、齿轮、转轴、转轴支架和滑轨；所述活塞杆下部两侧设置有齿条结构，所述活塞杆两侧分别设置一组所述反馈测距机构，每一组所述反馈测距机构的所述齿轮能够与相应的所述齿条结构啮合；所述扭转弹簧通过螺栓固定安装于所述法兰盘，同时与所述齿轮同轴心固定安装于所述转轴；所述角度传感器安装于所述转轴；所述转轴固定安装于所述转轴支架，所述转轴支架通过电机控制滑动安装于所述滑轨；
所述线圈的输入端和所述角度传感器分别与所述控制系统电连接，所述控制系统用于根据所述角度控制器检测到的振动信号控制所述线圈的电流大小。
2.根据权利要求1所述的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，其特征在于，所述上端盖和所述下端盖分别加工有内螺纹，所述活塞筒的顶部和底部分别加工有螺纹，所述上端盖和所述下端盖分别通过螺纹固定安装于所述活塞筒的顶部和底部。
3.根据权利要求1所述的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，其特征在于，所述滑轮减振机构包括三个呈品字型布置的所述滑轮，防止跳绳。
4.根据权利要求1所述的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，其特征在于，所述上端盖、所述密封圈、所述导磁盘、所述活塞筒、所述绕线筒、所述下端盖和所述活塞杆同轴设置。
5.根据权利要求1所述的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，其特征在于，所述活塞筒的上、下两端开口分别通过所述密封圈密封。
6.根据权利要求1所述的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，其特征在于，所述活塞杆两侧的所述齿轮和所述扭转弹簧的旋向不同。
7.根据权利要求1所述的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，其特征在于，通过所述电机控制所述转轴支架带动所述转轴移动，能够实现所述齿轮与所述齿条结构的啮合与分离。
8.根据权利要求1所述的用于绞车排缆的钢丝绳减振装置，其特征在于，所述减振装置还包括减振装置支架和两个丝杠；所述减振装置支架安装于所述磁流变阻尼机构的所述下端盖；所述下端盖和所述减振装置支架底部分别安装于一个所述丝杠，所述丝杠安装于绞车，通过调整所述下端盖和所述减振装置支架在所述丝杠上的安装位置能够实现对所述减振装置工作位姿的调节。
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