缆绳导向装置的设计

2014-07-08王光越

机械工程师 2014年9期

王光越

（中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，湖北宜昌 443003）

0 引言

空中气象观测系统，以及定点热气球系统等空中作业设备都需要有储缆放缆设备。缆绳经由储缆绞车和放缆设备连接升空设备。受空气对流等因素的影响，空中物体具有不确定的方向性，缆绳的出缆方向也在不断变化。为了防止缆绳从放缆设备的导轮槽内滑出，同时也为了尽量减少缆绳摩擦的损害，设计了一种导轮机构，使缆绳能够在一定的角度范围内摆动，同时也不会脱离导轮槽。

1 结构设计

导向装置主要由导向滑轮、滑轮支架、导轮机构、挡板支架等主要零部件组成。为保证线缆在前后摆动时始终沿着导轮的切线方向，要求在线缆垂直向上的位置时，线缆正好穿过导轮机构中心孔的中间位置,因此导向装置的总体结构如图1 所示。

2 主要零部件

1）回转装置。回转装置起回转和支撑导向装置的作用，主要由回转法兰和回转轴承两部分组成。回转法兰右边与滑轮支架焊接为一体，左边通过回转轴承与陆地上的绞车系统连接，使整个导向装置能在水平面内做回转运动［1］。

2）滑轮支架。滑轮支架作为整个导向装置的基体部件，主要由导向滑轮侧面安装板、滑轮底部安装板和支撑板组成，主要由结构钢板Q235-A 焊接而成。焊接完成后，两侧的导向滑轮安装板进行校直处理，以防止过大的焊接变形。同时，两侧的导向滑轮安装板的中心孔需要安装轴承，因此需要一次加工出来，以保证两侧中心孔的同轴度［2］。

图1 导向装置结构图

3）导向滑轮。缆绳绕过导向滑轮的沟槽内向上连接升空设备，向下与绞车的储缆系统连接。导向滑轮通过两个圆柱滚子轴承与芯轴连接，为了减轻导向滑轮的重量，整个导向滑轮采用铸铝铸造成型后再加工。由于导向滑轮的沟槽与缆绳直接接触，为了避免滑轮棱边将缆绳割伤，减少缆绳在沟槽内的磨损，滑轮的棱边需倒圆角，同时，沟槽的内表面应保证一定的粗糙度。滑轮沟槽的放大图如图2 所示。

4）侧面挡板。侧面挡板主要用来支撑导轮机构，主要结构由Q235-A 的钢板组成。为了减轻挡板重量，采用薄钢板表面焊接加强筋的方式。为了尽量减少线缆的磨损，使线缆沿着导轮机构切线的方向伸出，应将侧面挡板弯曲一定的角度，保证导轮机构的出口始终与线缆相切。为了保证整个导轮装置在静止时平衡在图1 所示的位置上，减轻导轮装置对线缆的压力，侧面挡板的的左半部分需要安装配重铅块，以实现整体机构的平衡。

5）导轮机构。导轮机构主要由侧面安装板以及上部的滑动装置组成。导向滑轮的结构图如图3 所示。其主要组成包括滚轮轴、内套筒、挡环、轴承、外套筒。滚轮轴、内套筒以及挡环的材质均为不锈钢，外套筒可以采用聚氨酯，因聚氨酯表面光滑，且具有一定的弹性。设计导轮机构的结构时，需要考虑安装、维护的方便性，进行可更换设计。

图2 导向滑轮沟槽放大图

图3 导轮机构结构图

3 导轮机构平衡设计计算

导轮机构静止时要求能平衡在图4 中静止的位置上，以保证线缆在工作时受到的摩擦力最小。因此，需要在侧面挡板的左下部位安装配重铅块，以使整个机构工作在平衡状态下。本文将结合Pro/E 软件完成机构的平衡设计工作。

Pro/E 具有强大的建模功能，可以进行参数化设计，大大地提高了建模的速度。同时，Pro/E 也具有强大的分析和仿真能力［3］。在Pro/E 中建立零件的三维模型，给各零件分配质量属性。在侧面挡板中心圆孔的位置建立坐标系ACS0，X 方向为水平方向，Y 方向为垂直方向，Z 方向为中心孔轴线方向（垂直纸面方向向里）。根据质量分析得到各部分重量表如表1。