往復繩索牽引輸送系統的恒張力補償機構的設計

2018-03-02 09:45:06史淑玲

機電產品開發與創新 2018年1期

秦成，史淑玲

（1.北京7220信箱，北京 100071；2.北京北方車輛集團有限公司，北京 100072）

0 引言

往復繩索滑車牽引系統在工業中應用較多，現有各種往復式牽引運送機構都需要用繩索進行牽引，在環形封閉式繩索往復牽引過程中，由于繩索長度隨時變化而帶來運送載物車不能平穩運行。例如，用于輪船之間相互轉移物資的軌道運輸載物車，就需要隨著水面的起伏和船位的移動而不斷調整導軌的長度和角度，牽引載物車的繩索需要時刻保持一定的張力才能平穩運行。

現有技術一種是采用遙控恒壓泵＋比例溢流閥＋檢測卷筒鋼絲層數的電限位開關＋計算或實測處每層鋼絲恒張力時對應的壓力在PLC中預設。另一種是通過采用以恒功率油馬達作為執行元件的液壓控制系統來控制卷取機的驅動功率為恒功率，從而使卷取機形成恒張力。以上兩種技術措施都存在結構復雜，成本高昂以及故障率較高的缺點。

本文提供一種結構簡單，成本低，安全可靠的用于環形封閉式繩索往復牽引的恒張力補償機構。

1 恒張力補償機械設計

1.1 機械系統

本恒張力補償機構的目的是這樣實現的：一種用于環形封閉式繩索往復牽引的恒張力補償機構，包括液壓絞車和兩端固定于液壓絞車上的閉環繩索，閉環繩索上固定有載物車并繞過一遠端定滑輪，其特征在于：在液壓絞車與遠端定滑輪之間固定一恒張力補償油缸和一絞車端定滑輪，在恒張力補償油缸的活塞端頭安裝有油缸活塞滑輪，閉環繩索從固定在液壓絞車的任一端開始，先繞過油缸活塞滑輪再通過絞車端定滑輪后，再繞過定滑輪后回到液壓絞車固定于另一端。

本機構將液壓絞車1裝于水平導軌2端部，絞車卷盤裝繩索的一頭系固于滑車9的A端，另一端繩索5過固定在水平導軌2的恒張力補償油缸4及絞車端定滑輪3系固于滑車的B端，形成閉環式繩索雙向往復牽引運動。水平導軌通過支架7與伸縮導軌8鉸接，兩導軌之間拐角處采用柔性導軌6鏈接，伸縮導軌在波浪升沉作用下，與水平導軌的鉸接角度不斷變化時，繩索的長度也相應不斷變化，利用液壓回路中加裝一低壓溢流閥，見圖3，驅動恒張力油缸對繩索實時進行恒張力補償，解決了在不同舷差和波浪作用下，滑車往復牽引系統的安全、平穩和可靠的作業。

圖1 恒張力補償機構示意圖Fig.1 Schematic diagram of constant tension compensation mechanism

圖2 恒張力補償機構封閉環形牽引示意圖Fig.2 Closed loop traction diagram of constant tension compensation mechanism

1.2 液壓系統

在不同舷差條件下或波浪作業下，導軌角度發生變化時，牽引繩索的長度也同樣發生變化，為了保證滑車牽引的平穩性和安全性，就需要牽引繩索保持一定的張力。恒張力補償油缸油路并聯于液壓主油路，并在主油路上設置一低壓溢流閥。

本結構解決了往復式牽引運送機構由于繩索長度隨時間變化而帶來運送載物車不能平穩運行的問題，實現載物車往復牽引系統的安全、平穩和可靠的作業。

該機構采用使牽引繩索通過一個浮動式液壓油缸活塞頂端的滑輪，并在主油路上設置一個低壓溢流閥（設定一定的溢流壓力值，保證恒張力）。

絞車采用5.5kW電機驅動，電機轉速1450r/min，工作電壓380V，絕緣等級為F級。卷筒纏繞鋼絲繩3層，容繩量35m，平均繩速0.43m/s，最小牽引力3kN。可用于各種工況的環形封閉式繩索往復牽引。

1.3 電控系統

該絞車的電控部分采用嵌入式控制技術。通過ARM9控制器對系統進行閉環控制，可以自動調節牽引索的張緊力，使滑車一直在良好的工況下運行。另外，該控制系統還能對油溫過高、油壓超限等一系列故障進行報警和顯示，大大提高了安全可靠性。

控制系統是為往復繩索滑車牽引系統實現機電液一體化控制的高可靠性運行的設備。主要有配電單元、檢測控制單元和控制臺組成。配電單元主要有繼電器、交流接觸器、電源變壓器和開關、按鈕等組成，安裝在控制臺內，為液壓系統和檢測控制單元供電；檢測控制單元主要有ARM9嵌入式控制器、位置傳感器、比例操作遙桿、輸出放大器等組成，控制平臺翻轉、軌道伸縮補償、滑車運行、提升釋放等操作平滑啟停，啟停斜率可以在系統調試時調整到最佳輸出狀態和有效的防止誤操作等功能。

操控臺采用組裝式結構，結構組成如圖4所示。底部裝有四個減振器，通過減振器、隔振器的使用，可以達到減振和隔沖的效果。