可柔性收缆的电缆卷筒装置

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可柔性收缆的电缆卷筒装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及电缆收揽设备，特别是涉及到一种可柔性收缆的电缆卷筒装置。\n背景技术\n[0002] 电缆卷筒装置，顾名思义，主要是用于对电缆的收放。其被广泛应用于为移动设备提供动力电源、控制电源或控制信号。\n[0003] 目前的电缆卷筒装置主要包括卷筒和打滑机构，其中打滑机构多采用摩擦式离合器、液力耦合器、磁力耦合器、堵转力矩电机等，其设于卷筒中。\n[0004] 使用的时候，卷筒被安装在移动设备上并随移动设备一起走动。在收缆时，都使卷筒的卷缆线速度大于移动设备的行走速度，依靠打滑机构来保持卷筒卷缆线速度与移动设备的行走线速度一致，从而一方面张紧电缆，另一方面防止电缆被拉断，使卷筒可靠收缆。\n[0005] 通过以上描述可知，目前的采用上述结构的电缆卷筒装置在工作过程中，为了保持电缆能够可靠卷绕在卷筒上，电缆始终都保持有较大的张力，这就加剧了电缆的磨损，缩短了使用寿命。因此，目前的电缆卷筒装置存在着损伤电缆、缩短电缆使用寿命的问题。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的在于提供一种可柔性收缆的电缆卷筒装置，以解决现有的电缆卷筒装置损伤电缆的问题。\n[0007] 为了解决上述问题，本发明的可柔性收缆的电缆卷筒装置采用以下技术方案：可柔性收缆的电缆卷筒装置，包括卷筒，所述卷筒传动连接有调速装置，所述调速装置包括箱体和设于箱体中的行星差动传动机构，所述行星差动传动机构包括转动装配在箱体上的输入轴、调速轴和行星架，输入轴、调速轴和行星架的转动轴线共线，调速轴与箱体之间设有制动机构，行星差动传动机构通过其行星架与卷筒传动连接。\n[0008] 所述行星架与卷筒同步传动连接在一起。\n[0009] 所述行星架与卷筒同向传动连接在一起。\n[0010] 卷筒的卷轴和行星架上各设有齿轮，行星架与卷筒通过与所述齿轮同时啮合的过渡齿轮同步同向的传动连接在一起。\n[0011] 所述制动机构为打滑式制动机构。\n[0012] 所述打滑式制动机构包括固定装配在调速轴上的转动摩擦盘和沿轴向可移动的转动装配在调速轴上的移动摩擦盘，移动摩擦盘背向转动摩擦盘的一侧顶装有压缩弹簧。\n[0013] 所述移动摩擦盘传动连接有用于驱使其沿调速轴的轴向移动的调节机构。\n[0014] 所述调节机构包括固定在箱体上的调节座、套在调节座上并与调节座形成丝杠螺母机构的压盘以及用于驱使压盘转动的驱动手柄，压缩弹簧顶装在压盘与移动摩擦盘之间。\n[0015] 所述驱动手柄通过齿轮与压盘传动连接。\n[0016] 所述行星差动传动机构还包括转动装配在行星架上的中间轴，中间轴与输入轴互相平行并且通过齿轮传动连接，调节轴也通过齿轮与中间轴传动连接。\n[0017] 由于该可柔性收缆的电缆卷筒装置的卷筒传动连接有调速装置，所述调速装置的箱体中设有行星差动传动机构，并且输入轴、调速轴和行星架的转动轴线共线，调速轴与箱体之间设有制动机构，行星差动传动机构通过其行星架与卷筒传动连接，因此，在使用的时候，卷筒所受的驱动力可由行星差动传动机构分配，从而使卷筒只向电缆提供所需要的较小的拉力，依靠传动机构的自动变速完成对收缆所需力的自动调节，实现柔性收缆，由此可见，该可柔性收缆的电缆卷筒装置解决了现有的电缆卷筒装置损伤电缆的问题。\n附图说明\n[0018] 图1是可柔性收缆的电缆卷筒装置的实施例的原理图；\n[0019] 图2是可柔性收缆的电缆卷筒装置的实施例中卷筒的转轴受最大力矩的状态图；\n[0020] 图3是可柔性收缆的电缆卷筒装置的实施例的卷筒在起始状态的收缆示意图；\n[0021] 图4是可柔性收缆的电缆卷筒装置的实施例的卷筒收紧电缆时的示意图；\n[0022] 图5是可柔性收缆的电缆卷筒装置的实施例的卷筒在电缆放松时的示意图。\n具体实施方式\n[0023] 可柔性收缆的电缆卷筒装置的实施例，如图1-5所示，其包括箱体1，2K-H(WW)型正号行星差动传动机构2，行星架齿轮3、电动机4、蜗轮蜗杆减速机5、过渡齿轮6、卷筒轴齿轮7、集电器转动滑片8、集电器固定滑片9、移动设备自身的电源线10、卷筒11、供电电源电缆12、转动摩擦盘13、移动摩擦盘14、压缩弹簧15、调节座16、压盘17、驱动手柄18、轴承19、手柄齿轮20。在箱体1内加入有润滑油，保证箱体1内各转动部件都始终处于受润滑状态。\n[0024] 2K-H(WW)型正号行星差动传动机构2由输入轴Ⅰ、太阳轮a及太阳轮b、行星轮d及行星轮g、行星架H、调速轴组成。太阳轮a及太阳轮b、行星轮d及行星轮g的齿数分别为Za、Zb、Zd、Zg，电动机4产生的转速和力矩通过蜗轮蜗杆减速机5后传递到输入轴Ⅰ，输入轴Ⅰ的转速为nⅠ、力矩为MⅠ。输入轴Ⅰ的转速和力矩被行星差动传动机构2分配给调速轴和行星架H。调速轴的转速为nⅡ、力矩为MⅡ；行星架H的转速为nH、力矩为MH。行星架H的转速和力矩通过行星架齿轮3、过渡齿轮6、卷筒轴齿轮7传递给输出轴Ⅲ(卷筒轴)，输出轴Ⅲ的转速为nⅢ、力矩为MⅢ。MⅢ的最大值MⅢmax为供电电源电缆12悬垂长度部分的重力与卷筒11满缆时卷缆半径R的乘积，如图2所示。输出轴Ⅲ带动卷筒11和集电器转动滑片8一起转动。卷筒11是供电电源电缆12的卷绕及储存装置。供电电源电缆12通过卷筒11后，穿过输出轴Ⅲ中央的通孔与集电器转动滑片8相连，移动设备自身的电源线10与集电器固定滑片9相连，实现了固定供电电源向移动设备的供电。转动摩擦盘13随调速轴一起旋转，移动摩擦盘14的端面销子插入调节座16的端面孔中，不能转动。调节座16的外圆面有螺纹，压盘17的内孔有螺纹，通过螺纹与调节座16形成丝杠螺母机构。在移动摩擦盘14和压盘17之间安装有压缩弹簧15。转动驱动手柄18，就带动手柄齿轮20一起旋转，从而带动压盘17旋转。当压盘17旋转时，会同时横向移动，压紧或放松压缩弹簧15，改变转动摩擦盘13和移动摩擦盘14摩擦面间的摩擦力，从而改变调速轴的阻力矩。\n[0025] 其工作原理是这样的：\n[0026] 选择行星架齿轮3和卷筒轴齿轮7的齿数，使它们的齿数相等，即Z3＝Z7，则行星架H的转速等于输出轴Ⅲ的转速nⅢ，即\n[0027] nⅢ＝nH (1)\n[0028] 行星架H的力矩传递给轴Ⅲ的过程中，存在摩擦损失及搅动润滑油的力矩损失，各种力矩损失之和以Mf表示。因此有：\n[0029] MH＝MⅢ+Mf (2)\n[0030] 选择2K-H(WW)型正号行星差动传动机构2中Za、Zb、Zd、Zg的齿数，使该行星差动传动机构的特征参数α＝ZdZb/ZaZg＝0.5。则输入轴Ⅰ、调速轴和行星架H的转速、力矩满足如下关系式：\n[0031] nⅠ－0.5nⅡ－0.5nH＝0 (3)\n[0032] MⅠ＝－2MⅡ＝－2MH (4)\n[0033] 将式(1)代入式(3)，得到：\n[0034] nⅠ－0.5nⅡ－0.5nⅢ＝0 (5)\n[0035] 从式(4)可知，当电动机4旋转，向输入轴Ⅰ输入力矩时，输入轴Ⅰ将力矩平均分配给调速轴和行星架H，因此调速轴和行星架H受到的主动力矩始终相等。调节转动摩擦盘\n13和移动摩擦盘14摩擦面间的摩擦力，使调速轴受到的阻力矩MⅡ’＝MⅢmax+Mf，则当卷筒\n11满缆时，调速轴和行星架H受到的阻力矩也相等。当移动设备从起始位置开始以速度V向前行走，电动机4旋转，卷筒11收缆时，卷筒也处在起始状态，如图3所示，电缆施加给输出轴Ⅲ的力矩小于MⅢmax，从式(2)可知，行星架H受到的阻力矩也小于MⅡ’，则调速轴在阻力矩MⅡ‘的制动作用下不转动，nⅡ＝0，只有行星架H带动输出轴Ⅲ一起转动，根据式(5)，nⅢ＝2nⅠ，卷筒11以较高速度收缆。选择电动机4、蜗轮蜗杆减速机5的规格型号，使输出轴Ⅲ的转速稍高于收缆所需要的转速，从而使收缆线速度稍高于移动设备的行走速度V，就可实现电缆卷筒的收缆。当电缆刚好收紧时，如图4所示，电缆施加给输出轴Ⅲ的力矩等于MⅢmax，行星差动传动机构2的调速轴和行星架H受到的阻力矩相等，调速轴将会开始转动。\n从式(5)可知，输出轴Ⅲ的转速将会减小，卷筒收缆速度放慢，放松电缆的拉紧力。由于卷筒11和转动摩擦盘13都存在转动惯性，当收缆速度下降到某一值，电缆放松到一定程度时，如图5所示，转动摩擦盘13在制动力矩的作用下，又渐渐停止转动，而卷筒速度又慢慢升高到2nⅠ，卷筒11又开始以较高速度收缆，这就是该可柔性收缆的电缆卷筒装置的柔性收缆过程。\n[0036] 需要特别指出的是：从以上工作过程可以看出，本该实施例中的摩擦盘副虽然类似于摩擦离合器打滑式电缆卷筒的摩擦盘副，但其功能有明显的不同：该实施例中所述的摩擦盘副在打滑时，放松了对电缆的拉紧力，而摩擦离合器式电缆卷筒的摩擦盘在打滑时，始终对电缆保持有较高的拉紧力。\n[0037] 当移动行走设备在行走当中需要中途停下时，电动机4停止供电，输入轴Ⅰ在蜗轮蜗杆减速机5的自锁作用下停止转动，调速轴在阻力矩MⅡ’的制动作用下也不会转动，则行星架H也不会转动，输出轴Ⅲ也停止转动。即在这种情况下，调速轴阻止了输出轴Ⅲ反转，不会放出已经卷绕好的电缆。\n[0038] 综上所述，本发明所述的电缆卷筒在收缆时，以比移动设备行走速度稍高的速度收取电缆；当电缆收紧，电缆拉力增大到一定值时，收缆速度自动降低，电缆拉力下降；当收缆速度和电缆拉力都下降到某一程度时，电缆卷筒又开始以较快的速度收取电缆。这样就实现了电缆卷筒的柔性收缆。\n[0039] 本发明所述的可柔性收缆的电缆卷筒装置有两种工作方式。其一是供电电源电缆\n12的接入点在移动设备移动行程的中点。在这种情况下，只有在设备停止移动时，电动机\n4才会失电，卷筒才会停止工作。当设备移动，卷筒收缆时，如前所述正常收缆；当卷筒放缆时，电缆施加给输出轴Ⅲ的力矩为MⅢmax，方向不变，但电缆拉力使卷筒反向转动，最大反向速度为2nⅠ，根据式(5)，调速轴的最大转速为nⅡ＝4nⅠ。此时，输入轴Ⅰ的输入力矩仍为MⅠ，调速轴受到的主动力矩仍为MⅢmax。即在这种情况下，收缆时，柔性收缆；放缆时，调速轴加快转动，电缆卷筒实现放缆。\n[0040] 其二是供电电源电缆12的接入点在移动设备移动行程的端点。在这种情况下，当移动设备反向移动，电缆卷筒放缆时，电动机4无需供电，电动机4停止转动，输入轴Ⅰ在蜗轮蜗杆减速机5的自锁作用下也不会转动，nⅠ＝0，电缆施加给输出轴Ⅲ的力矩为MⅢmax，且nⅢ反向，其最大反向速度为2nⅠ，根据式(5)，调速轴的最大转速为nⅡ＝2nⅠ。即在这种情况下，收缆时，柔性收缆；放缆时，输出轴Ⅲ带动调速轴转动，电缆卷筒实现放缆。