岸電電纜輸送機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計與改進(jìn)

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(江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引言

電纜輸送機(jī)作為電纜提升輸送裝置的重要組成部分，其設(shè)計也相當(dāng)重要。電纜輸送機(jī)在國內(nèi)外生產(chǎn)和研究均處于基礎(chǔ)開發(fā)階段[1-7]。因此，針對電纜輸送機(jī)進(jìn)行設(shè)計、制造與改進(jìn)具有十分重要的意義。

為確保施工質(zhì)量，減輕人工鋪設(shè)電纜的勞動強(qiáng)度,目前已開發(fā)出多種用于牽引輸送電纜的電纜輸送裝置。但是，這些現(xiàn)有電纜輸送機(jī)基本采用雙軸、雙電機(jī)驅(qū)動，不僅外形尺寸大、重量重、搬運不方便，而且采用剛性夾緊,只適合鎧裝電纜，用于其他電纜輸送很容易損傷電纜且推力不足，特別是在傾斜的地方，電纜很容易打滑，不僅影響工作質(zhì)量，還存在安全隱患。因此，設(shè)計了一種適合船舶岸電電纜輸送的電纜輸送機(jī)，并對此機(jī)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)化的改進(jìn)以達(dá)到最優(yōu)輸送效果。

1 電纜輸送機(jī)工作原理及設(shè)計方案

1.1 電纜輸送機(jī)工作原理

所設(shè)計的電纜輸送機(jī)由電機(jī)、減速器、夾持摩擦輪、夾緊裝置、機(jī)架等部分組成。所輸送的電纜在夾緊裝置的作用下由夾持摩擦輪夾緊，再以設(shè)計好的傳動方案由驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動摩擦輪轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)電纜的輸送。

1.2 整體方案設(shè)計與改進(jìn)

改進(jìn)前的設(shè)計方案如圖1所示。輸送裝置的兩側(cè)設(shè)置用于固定的安裝板，安裝板4個角上穿設(shè)有導(dǎo)柱，導(dǎo)柱中間穿設(shè)有摩擦輪板，摩擦輪板與安裝板之間分別設(shè)置有彈簧，從而實現(xiàn)電纜的柔性夾緊，不損傷電纜，使電纜的輸送更為安全可靠。4個驅(qū)動軸的一端設(shè)置有摩擦輪，另一端通設(shè)有鏈輪，并通過1根鏈繞過，保證4個驅(qū)動軸同步轉(zhuǎn)動，且兩兩同向、兩兩反向轉(zhuǎn)動。工作時，分別調(diào)節(jié)2個手柄對摩擦輪板進(jìn)行粗調(diào)和微調(diào)，實現(xiàn)電纜的夾緊，在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用下，摩擦輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)電纜的輸送。

圖1 改進(jìn)前輸送裝置結(jié)構(gòu)示意

改進(jìn)流程，如圖2所示。

圖2 改進(jìn)流程

a.發(fā)現(xiàn)問題。運行一段時間后發(fā)現(xiàn)電纜無法正常輸送。

b.原因分析。通過多方面考慮得出原因是電纜輸送機(jī)牽引力不足。

c.找出根本原因。由具體結(jié)構(gòu)得出牽引力不足的根本原因是僅1組摩擦輪提供的摩擦力不夠且夾緊力不足。

d.解決措施?？梢酝ㄟ^增加1組摩擦輪來增加摩擦力并改進(jìn)夾緊裝置。

e.提出設(shè)想。是否可以在不增加電機(jī)數(shù)的前提下增加1組摩擦輪。

f.研究細(xì)化方案。細(xì)化方案包括傳動方案，夾緊方案。

g.得出最優(yōu)細(xì)化方案。綜合分析以得出最合理的傳動方案，夾緊方案。

h.整合各方案得出最優(yōu)布局?？紤]內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)緊湊性，重心位置等。

改進(jìn)后的設(shè)計方案如圖3所示。由安裝支架底座可以看出，改進(jìn)前裝置的夾持摩擦輪是水平放置的并且僅有1組(4個)來夾持輸送電纜，由實際應(yīng)用得知，改進(jìn)前的裝置在安裝到電纜提升輸送裝置上輸送效率不高且會出現(xiàn)牽引力不足而無法輸送電纜的問題。改進(jìn)后的裝置由原來的1組(4個)摩擦輪改為2組(8個)摩擦輪，2組摩擦輪由2條鏈來傳動，8個摩擦輪驅(qū)動軸同時轉(zhuǎn)動。工作時，同時調(diào)節(jié)2個手柄對摩擦輪進(jìn)行粗調(diào)，實現(xiàn)電纜的夾緊，在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用下，摩擦輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)電纜的輸送。

圖3 改進(jìn)后輸送裝置結(jié)構(gòu)示意

2 傳動方案的設(shè)計與改進(jìn)

2.1 改進(jìn)前傳動方案設(shè)計

改進(jìn)前輸送裝置傳動結(jié)構(gòu)如圖4所示。由電機(jī)、減速器帶動主軸傳動鏈輪1，鏈輪1經(jīng)鏈條分別帶動鏈輪2、鏈輪3、鏈輪4、鏈輪5和鏈輪6，調(diào)節(jié)張緊輪使鏈條張緊使得鏈條形成有效的封閉回路，從而使得鏈輪2、鏈輪3、鏈輪4、鏈輪5兩兩同向、兩兩反向轉(zhuǎn)動，再經(jīng)4根軸帶動相應(yīng)的摩擦輪同轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)電纜的輸送。

圖4 改進(jìn)前輸送裝置傳動示意

2.2 改進(jìn)后傳動方案設(shè)計

改進(jìn)后輸送裝置傳動結(jié)構(gòu)如圖5所示。但與之前方案不同的是改進(jìn)后1個電機(jī)帶動2組(8個)摩擦輪，可實現(xiàn)上面一層4個摩擦輪同向轉(zhuǎn)動，下面一層4個摩擦輪反向轉(zhuǎn)動，每組的工作原理同改進(jìn)前方案。如圖5中同樣是由電機(jī)、減速器帶動主軸傳動齒輪1，齒輪1帶動齒輪2，齒輪2帶動鏈輪1同向轉(zhuǎn)動，鏈輪1經(jīng)鏈條分別帶動鏈輪2、鏈輪3、鏈輪4、鏈輪5和鏈輪6轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)張緊輪使鏈條張緊并使鏈條形成有效的封閉回路，左側(cè)一組同理，最終實現(xiàn)電纜的輸送。

圖5 改進(jìn)后輸送裝置傳動示意

3 夾緊裝置的設(shè)計與改進(jìn)

3.1 改進(jìn)前夾緊裝置的設(shè)計

改進(jìn)前夾緊裝置如圖6所示。使用時，通過安裝座將設(shè)備固定在預(yù)期位置后，旋轉(zhuǎn)距離調(diào)節(jié)手柄，帶動距離調(diào)節(jié)螺栓旋轉(zhuǎn)，迫使支架及摩擦輪調(diào)整板發(fā)生水平移動，使兩兩配合的摩擦輪分開，分開距離需大于電纜直徑，將電纜放在2個摩擦輪中間，逆向旋轉(zhuǎn)距離調(diào)節(jié)手柄，帶動距離調(diào)節(jié)螺栓旋轉(zhuǎn)，迫使支架及摩擦輪調(diào)整板發(fā)生反方向水平移動，使兩兩配合的摩擦輪夾緊，直至摩擦輪的圓弧面與電纜表面完全貼合，同時張緊輪拉簧也隨之發(fā)生水平移動，帶動張緊輪實現(xiàn)鏈條的張緊，完成距離調(diào)節(jié)動作后，小幅度旋轉(zhuǎn)彈簧調(diào)節(jié)手柄，帶動彈簧調(diào)節(jié)螺栓旋轉(zhuǎn)，迫使彈簧限位板發(fā)生水平移動向摩擦輪微調(diào)板靠攏，由于彈簧限位板與摩擦輪微調(diào)板之間的彈簧作用，使摩擦輪微調(diào)板對電纜進(jìn)一步產(chǎn)生柔性壓緊，既可以提高壓緊力，又不損傷電纜，完成柔性壓緊動作后，開啟動力機(jī)構(gòu)帶動輸出軸轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)電纜的輸送。

圖6 改進(jìn)前夾緊裝置示意

3.2 改進(jìn)后夾緊裝置的設(shè)計

改進(jìn)后夾緊裝置如圖7所示。4根導(dǎo)柱分別穿過安裝限位板1和限位板2以及摩擦輪調(diào)整板1和摩擦輪調(diào)整板2，導(dǎo)柱上下以螺母固定在安裝限位板上，摩擦輪調(diào)整板1和摩擦輪調(diào)整板2可在垂直方向移動。距離調(diào)節(jié)螺桿1和距離調(diào)節(jié)螺桿2分別通過安裝限位板1上的螺紋孔，螺桿底部固定于摩擦輪調(diào)整板1和摩擦輪調(diào)整板2上。使用時，通過安裝座將設(shè)備固定在預(yù)期位置后，旋轉(zhuǎn)手柄帶動距離調(diào)節(jié)螺桿1和距離調(diào)節(jié)螺桿2旋轉(zhuǎn)，迫使摩擦輪調(diào)整板1和摩擦輪調(diào)整板2發(fā)生豎直方向移動，使兩兩配合的摩擦輪分開，分開距離需大于電纜直徑，將電纜放在2個摩擦輪中間，逆向旋轉(zhuǎn)手柄帶動距離調(diào)節(jié)螺桿1和距離調(diào)節(jié)螺桿2旋轉(zhuǎn)，迫使摩擦輪調(diào)整板1和摩擦輪調(diào)整板2發(fā)生反方向豎直移動，使兩兩配合的摩擦輪夾緊，直至摩擦輪的圓弧面與電纜表面完全貼合，再向下旋轉(zhuǎn)2～3 mm使得摩擦輪上的聚氨酯橡膠與電纜實現(xiàn)柔性夾緊，同時調(diào)節(jié)張緊輪安裝座上的調(diào)節(jié)螺桿1和調(diào)節(jié)螺桿2帶動張緊輪實現(xiàn)鏈條的張緊，最后開啟動力機(jī)構(gòu)帶動輸出軸轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)電纜的輸送。

圖7 改進(jìn)后夾緊裝置示意

4 改進(jìn)前后參數(shù)對比分析

在設(shè)計過程中，利用三維造型軟件進(jìn)行建模及修改，并進(jìn)行虛擬模型的裝配及細(xì)化改進(jìn)[8]。通過不斷地調(diào)整模型結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)整個電纜輸送裝置模型的建立，在保證電纜輸送牽引力的同時也提高了電纜輸送機(jī)的輸送效率。

通過現(xiàn)場測試測得輸送機(jī)2 min輸送電纜的總長度，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 改進(jìn)前、后輸送機(jī)2 min輸送電纜長度

相對效率由實際輸送電纜長度/理論輸送電纜長度求得。改進(jìn)前理論輸送長度L1和改進(jìn)后理論輸送長度L2為：

L1=v1·t=32.4 m

L2=v2·t=21.6 m

v1，v2分別為改進(jìn)前和改進(jìn)后電纜輸送機(jī)的傳輸速度。

改進(jìn)前與改進(jìn)后電纜輸送機(jī)相對效率為：

N1，N2分別為改進(jìn)前和改進(jìn)后裝置在現(xiàn)場3次測試的實際輸送電纜長度的均值，數(shù)值如表1所示。改進(jìn)前、后各參數(shù)對比，如表2所示。

由表2可知，改進(jìn)后的電纜輸送裝置相比改進(jìn)前，雖然質(zhì)量有一定的增加，但傳輸效率大幅度提升，降低了重心高度提高了整機(jī)的穩(wěn)定性。改進(jìn)后可以保證電纜更穩(wěn)定地輸送，不會出現(xiàn)牽引力不足導(dǎo)致電纜無法正常輸送的問題。改進(jìn)前、后電纜輸送裝置實物如圖8所示。

表2 改進(jìn)前、后電纜輸送裝置各參數(shù)對比

圖8 改進(jìn)前、后電纜輸送裝置實物

5 結(jié)束語

解決了原有電纜輸送機(jī)動力不足無法正常輸送電纜的問題，將相對效率由原來的68.5%提高到98.6%，且增加了整機(jī)的穩(wěn)定性。此裝置是電纜提升輸送裝置的主要動力裝置，也是輸送電纜的核心裝置。目前，針對港口岸電電纜輸送裝置的研究較少，由于所設(shè)計及改進(jìn)的電纜輸送裝置可調(diào)節(jié)度較高，因此可以適用于很多型號的電纜，對今后研究電纜輸送機(jī)提供了一定的參考。