往复绳索牵引输送系统的恒张力补偿机构的设计

2018-03-02史淑玲

机电产品开发与创新 2018年1期

秦成，史淑玲

（1.北京7220信箱，北京 100071；2.北京北方车辆集团有限公司，北京 100072）

0 引言

往复绳索滑车牵引系统在工业中应用较多，现有各种往复式牵引运送机构都需要用绳索进行牵引，在环形封闭式绳索往复牵引过程中，由于绳索长度随时变化而带来运送载物车不能平稳运行。例如，用于轮船之间相互转移物资的轨道运输载物车，就需要随着水面的起伏和船位的移动而不断调整导轨的长度和角度，牵引载物车的绳索需要时刻保持一定的张力才能平稳运行。

现有技术一种是采用遥控恒压泵＋比例溢流阀＋检测卷筒钢丝层数的电限位开关＋计算或实测处每层钢丝恒张力时对应的压力在PLC中预设。另一种是通过采用以恒功率油马达作为执行元件的液压控制系统来控制卷取机的驱动功率为恒功率，从而使卷取机形成恒张力。以上两种技术措施都存在结构复杂，成本高昂以及故障率较高的缺点。

本文提供一种结构简单，成本低，安全可靠的用于环形封闭式绳索往复牵引的恒张力补偿机构。

1 恒张力补偿机械设计

1.1 机械系统

本恒张力补偿机构的目的是这样实现的：一种用于环形封闭式绳索往复牵引的恒张力补偿机构，包括液压绞车和两端固定于液压绞车上的闭环绳索，闭环绳索上固定有载物车并绕过一远端定滑轮，其特征在于：在液压绞车与远端定滑轮之间固定一恒张力补偿油缸和一绞车端定滑轮，在恒张力补偿油缸的活塞端头安装有油缸活塞滑轮，闭环绳索从固定在液压绞车的任一端开始，先绕过油缸活塞滑轮再通过绞车端定滑轮后，再绕过定滑轮后回到液压绞车固定于另一端。

本机构将液压绞车1装于水平导轨2端部，绞车卷盘装绳索的一头系固于滑车9的A端，另一端绳索5过固定在水平导轨2的恒张力补偿油缸4及绞车端定滑轮3系固于滑车的B端，形成闭环式绳索双向往复牵引运动。水平导轨通过支架7与伸缩导轨8铰接，两导轨之间拐角处采用柔性导轨6链接，伸缩导轨在波浪升沉作用下，与水平导轨的铰接角度不断变化时，绳索的长度也相应不断变化，利用液压回路中加装一低压溢流阀，见图3，驱动恒张力油缸对绳索实时进行恒张力补偿，解决了在不同舷差和波浪作用下，滑车往复牵引系统的安全、平稳和可靠的作业。

图1 恒张力补偿机构示意图Fig.1 Schematic diagram of constant tension compensation mechanism

图2 恒张力补偿机构封闭环形牵引示意图Fig.2 Closed loop traction diagram of constant tension compensation mechanism

1.2 液压系统

在不同舷差条件下或波浪作业下，导轨角度发生变化时，牵引绳索的长度也同样发生变化，为了保证滑车牵引的平稳性和安全性，就需要牵引绳索保持一定的张力。恒张力补偿油缸油路并联于液压主油路，并在主油路上设置一低压溢流阀。

本结构解决了往复式牵引运送机构由于绳索长度随时间变化而带来运送载物车不能平稳运行的问题，实现载物车往复牵引系统的安全、平稳和可靠的作业。

该机构采用使牵引绳索通过一个浮动式液压油缸活塞顶端的滑轮，并在主油路上设置一个低压溢流阀（设定一定的溢流压力值，保证恒张力）。

绞车采用5.5kW电机驱动，电机转速1450r/min，工作电压380V，绝缘等级为F级。卷筒缠绕钢丝绳3层，容绳量35m，平均绳速0.43m/s，最小牵引力3kN。可用于各种工况的环形封闭式绳索往复牵引。

1.3 电控系统

该绞车的电控部分采用嵌入式控制技术。通过ARM9控制器对系统进行闭环控制，可以自动调节牵引索的张紧力，使滑车一直在良好的工况下运行。另外，该控制系统还能对油温过高、油压超限等一系列故障进行报警和显示，大大提高了安全可靠性。

控制系统是为往复绳索滑车牵引系统实现机电液一体化控制的高可靠性运行的设备。主要有配电单元、检测控制单元和控制台组成。配电单元主要有继电器、交流接触器、电源变压器和开关、按钮等组成，安装在控制台内，为液压系统和检测控制单元供电；检测控制单元主要有ARM9嵌入式控制器、位置传感器、比例操作遥杆、输出放大器等组成，控制平台翻转、轨道伸缩补偿、滑车运行、提升释放等操作平滑启停，启停斜率可以在系统调试时调整到最佳输出状态和有效的防止误操作等功能。

操控台采用组装式结构，结构组成如图4所示。底部装有四个减振器，通过减振器、隔振器的使用，可以达到减振和隔冲的效果。