CN109095372A - 用于纤维绳的卷绕装置、纤维绳卷绕方法和工程机械 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工程机械领域，公开了一种用于纤维绳的卷绕装置、纤维绳卷绕方法和工程机械，用于纤维绳的卷绕装置包括纤维绳卷筒(10)、工作卷筒(20)，和中间卷筒(30)，在所述中间卷筒(30)中，与所述纤维绳卷筒(10)连接的纤维绳端侧为进绳端侧，所述中间卷筒(30)包括：夹绳装置(33)、制动装置(34)和卷绕筒体(31)，所述夹绳装置(33)设置在所述中间卷筒(30)的所述进绳端侧，所述制动装置(34)能够向所述卷绕筒体(31)施加制动力，所述卷绕筒体(31)的表面设置为能够使所述纤维绳(1)在该表面滑动。该卷绕装置能够以提供预紧力的方式进行纤维绳的卷绕，还能够避免纤维绳磨损，提高排绳质量。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械，具体地涉及用于纤维绳的卷绕装置、纤维绳卷绕方法和工程机械。
背景技术
现有钢丝绳预紧装置的核心部件有中间卷筒和制动装置等，主要有以下几种：
CN102040173B公开有一种钢丝绳预紧装置，其具有2个并列的中间卷筒，制动***，测力装置和导向滑轮等；预紧装置工作时钢丝绳卷绕在预紧卷筒上，由制动***提供阻力，从而使钢丝绳带有预紧力地卷绕至目标卷筒上。
CN204111228U公开有一种卷扬钢丝绳预紧装置，其具有引绳卷扬，预紧卷扬，预紧力矩施加装置，滑轮和牵引绳等，工作时由预紧力矩施加装置作用在预紧卷扬上，目标卷筒克服阻力将钢丝绳卷绕。
CN205151624U公开有一种钢丝绳预紧装置，其具有卷筒，制动装置和制动带等；制动装置为棘轮构造，可张紧制动带，从而提供阻力。
CN201762048U公开有一种卷扬机的钢丝绳预紧和排线机构，具有轮轴、卷筒、力矩电机、计米器和减速器等；阻力由力矩电机提供。
可见，目前国内相关行业已经注意到钢丝绳卷绕时预紧力安装问题，进行了相关研究并发表了上述相关技术方案。使钢丝绳在第一次卷绕到卷筒上时，通过施加适当的预紧力，避免引起绳索的相互挤压、增加磨损。而当使用多层卷绕卷筒时，上层绳索排布在下层绳索形成的沟槽内，若下层绳索不带有预紧力，则下层绳索容易松弛，无法形成稳定的沟槽，则上层绳索容易陷入下层，造成排绳混乱，严重影响绳索的使用寿命。
但是，现有卷扬机构的预紧装置都只针对钢丝绳设计，并未考虑纤维绳的工作特性，即相比钢丝绳具有摩擦系数小，受力变形大等特点。直接将现有钢丝绳预紧装置用于纤维绳必然出现问题。
由于纤维绳的摩擦系数小，将纤维绳卷绕在预紧卷筒上，受载之后可能出现纤维绳打滑等现象，无法承受所需的预紧力；纤维绳受载之后变形较大，绕进时的偏斜角不应过大，否则会降低绕绳质量，增加不必要的磨损，无法准确绕进至卷筒的绳槽。
另外，现有技术都将制动装置作用在预紧卷筒上，而非直接作用于预紧卷筒的进绳端；其所需制动力大，造成制动装置结构复杂；由于纤维绳质量轻且柔软，预紧卷筒进绳端的拉力接近于零，仅将制动力作用于预紧卷筒将无法产生预期效果。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的无法以稳定的预紧力实施纤维绳排绳的问题，提供一种用于纤维绳的卷绕装置，该卷绕装置能够以提供预紧力的方式进行纤维绳的卷绕，还能够避免纤维绳磨损，提高排绳质量。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于纤维绳的卷绕装置，包括纤维绳卷筒、工作卷筒，和中间卷筒，卷绕在所述纤维绳卷筒的纤维绳经所述中间卷筒卷绕到所述工作卷筒上，在所述中间卷筒中，与所述纤维绳卷筒连接的纤维绳端侧为进绳端侧，与所述工作卷筒连接的纤维绳端侧为出绳端侧，所述中间卷筒包括：夹绳装置、制动装置和用于卷绕所述纤维绳的卷绕筒体，所述夹绳装置设置在所述中间卷筒的所述进绳端侧以向所述纤维绳施加绳夹持力，所述制动装置能够向所述卷绕筒体施加制动力，以使所述卷绕筒体匀速旋转，所述卷绕筒体的表面设置为能够使所述纤维绳在该表面滑动。
优选地，所述中间卷筒还包括筒体限位轨道，所述卷绕筒体包括筒体、从所述筒体向轴向两端突出的卷绕轴、在轴向的不同位置上从所述筒体分别向外突出的第一限位板和第二限位板；所述卷绕轴可旋转地设置在所述筒体限位轨道中，且能够沿所述筒体限位轨道相对所述工作卷筒移动。
优选地，所述制动装置包括能够挟持所述第一限位板和第二限位板中任意一者的刹车片、使所述刹车片压向所述所述第一限位板或第二限位板的压紧机构、和能够使所述制动装置随所述卷绕筒体移动的滑轨。
优选地，所述中间卷筒还包括旋转编码器，该旋转编码器设置在所述卷绕轴的一端。
优选地，所述筒体限位轨道包括分别位于所述筒体轴向两侧的第一限位轨道和第二限位轨道，所述第一限位轨道和第二限位轨道以使所述卷绕轴平行于所述纤维绳卷筒的卷绕轴的形式设置，所述纤维绳卷筒的卷绕轴平行于所述工作卷筒的卷绕轴。
优选地，所述表面为光滑表面，该光滑表面与所述纤维绳的摩擦系数小于0.1。
本发明第二方面提供一种卷绕装置的纤维绳卷绕方法，包括：分别设置卷绕有纤维绳的纤维绳卷筒、工作卷筒和中间卷筒的准备步骤；所述纤维绳的自由端经由所述中间卷筒的夹绳装置在所述中间卷筒的卷绕筒体上卷绕预定圈数后，固定到所述工作卷筒的设置步骤；启动所述工作卷筒，使所述纤维绳绕进所述工作卷筒的卷绕步骤。
优选地，该方法还包括在所述设置步骤之后，所述卷绕步骤之前进行的调整步骤，在所述调整步骤中包括调整所述夹绳装置使其向所述纤维绳施加绳夹持力F1，以产生纤维绳预紧力S2，所述绳夹持力F1满足下述公式：其中，e为自然对数底，n为卷绕到所述卷绕筒体上的所述预定圈数，f为所述纤维绳的摩擦系数，S2为工作卷筒的纤维绳预紧力。
优选地，所述调整步骤中还包括调整所述中间卷筒的制动装置使其向所述卷绕筒体施加制动力F2，该制动力F2满足下述公式：其中，r1为所述卷绕筒体的卷绕半径，r2为所述制动装置的作用力臂长度，μ为所述制动装置相对所述卷绕筒体的摩擦系数，其中，S1满足
本发明第三方面提供一种工程机械，所述工程机械上设置有工作卷筒，该工作卷筒用根据上述技术方案中任意一项所述的用于纤维绳的卷绕装置卷绕形成，或者用根据上述技术方案任意一项所述的纤维绳卷绕方法卷绕形成。
通过上述技术方案，通过在所述中间卷筒的所述进绳端侧设置有向所述纤维绳施加绳夹持力的夹绳装置，充分地考虑纤维绳摩擦系数小的特点，该夹绳装置只需要提供较小的绳夹持力就能够使纤维绳以较大的纤维绳预紧力经过中间卷筒绕进所述工作卷筒。同时通过设置有能够向所述卷绕筒体31施加制动力制动装置，使所述卷绕筒体匀速旋转，保持稳定的卷绕状态。另外，将卷绕筒体的表面设置为能够使所述纤维绳在该表面滑动，从而能够确保纤维绳在筒体形成连续的绕进绕出状态。
附图说明
图1是本发明所述用于纤维绳的卷绕装置的一种具体实施方式的结构示意图；
图2是本发明所述用于纤维绳的卷绕装置在进行卷绕时的状态示意图；
图3是本发明所述用于纤维绳的卷绕装置的受力分析图。
附图标记说明
1、纤维绳；
10、纤维绳卷筒；20、工作卷筒；21、工作筒体；22、驱动装置；
30、中间卷筒；31、卷绕筒体；311、筒体；312、卷绕轴；313、第一限位板；314、第二限位板；32、筒体限位轨道；321、第一限位轨道；322、第二限位轨道；33、夹绳装置；34、制动装置；341、压紧机构；342、刹车片；35、旋转编码器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图的上、下、左、右。“内、外”是指相对于部件本身轮廓的内、外。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本发明提供一种用于纤维绳的卷绕装置，如图1-3所示，包括纤维绳卷筒10、工作卷筒20，和中间卷筒30，卷绕在纤维绳卷筒10的纤维绳经中间卷筒30卷绕到所述工作卷筒20上，在所述中间卷筒30中，与所述纤维绳卷筒10连接的纤维绳端侧为进绳端侧，与所述工作卷筒20连接的纤维绳端侧为出绳端侧。
在本发明中，纤维绳卷筒10、工作卷筒20，和中间卷筒30分别绕各自的卷绕轴旋转。优选纤维绳卷筒10的卷绕轴、工作卷筒20的卷绕轴，和中间卷筒30的卷绕轴312均平行设置。
所述中间卷筒30包括：夹绳装置33、制动装置34和用于卷绕所述纤维绳的卷绕筒体31，所述夹绳装置33设置在所述中间卷筒30的所述进绳端侧以向所述纤维绳施加绳夹持力，所述制动装置34能够向所述卷绕筒体31施加制动力，以使所述卷绕筒体31匀速旋转，所述卷绕筒体31的表面设置为能够使所述纤维绳在该表面滑动。
具体地，本发明通过在所述中间卷筒30的所述进绳端侧设置夹绳装置33，利用该所述夹绳装置33向所述纤维绳施加绳夹持力，充分地考虑纤维绳摩擦系数小的特点，该夹绳装置33只需要提供较小的绳夹持力就能够使纤维绳以较大的纤维绳预紧力经过中间卷筒30绕进所述工作卷筒20。
具体地，夹绳装置33能够通过两片相对布置的压板夹持纤维绳1，以压紧纤维绳，从而在纤维绳绕进时产生摩擦阻力；夹绳装置的作用力来源能够采用液压或机械式千斤顶等。
在上述技术方案的基础上，所述中间卷筒30还包括制动装置34，该制动装置34能够向所述卷绕筒体31施加制动力，以使所述卷绕筒体31匀速旋转。
制动装置34能够为机械式、液压式或气动式等。作为一种具体实施方式制动装置34包括能够挟持第一限位板313和第二限位板314中任意一者的刹车片342，和能够使刹车片342以制动力F2进行夹持的压紧机构341。
在上述技术方案的基础上，所述中间卷筒30还包括筒体限位轨道32。该卷绕筒体31包括筒体311、从所述筒体311向轴向两端突出的卷绕轴312、在轴向的不同位置上从所述筒体311分别向外突出的第一限位板313和第二限位板314。作为一种具体的实施方式，如图1-3所示，在筒体311轴向两端面分别设置有第一限位板313和314。
第一限位板313和第二限位板314之间形成卷绕筒体31的卷绕空间，其长度应能够使纤维绳卷绕较多圈数，例如8-12圈。
卷绕轴312相比筒体311较长，能够以可旋转的方式设置在筒体限位轨道32中，且能够沿筒体限位轨道32相对所述工作卷筒20移动。
由于纤维绳相比钢丝绳具有摩擦系数小，受力变形大，因此纤维绳1受力后变形较大，截面直径减小、径向伸长较多。当工作卷筒的进绳端侧处于筒体端部时，纤维绳绕进时的偏斜角较大，容易造成纤维绳的磨损，同时影响排绳质量。
而本发明通过使卷绕筒体31设置为能够沿轴向相对工作卷筒20移动，如图2所示，当工作卷筒20的进绳端侧位于下端时，纤维绳预紧力在卷绕筒体31的轴向产生向下的分力，在该分力作用下卷绕筒体31向下滑动，相比图中卷绕筒体31原位置(虚线所示)，卷绕筒体31向下滑动后减小了纤维绳在工作卷筒进绳位置的偏斜角度，从而有利于避免纤维绳磨损，提高排绳质量。
另外，当中间卷筒30设置为能够相对工作卷筒20移动时，制动装置34还包括能够使所述制动装置34随所述卷绕筒体31移动的滑轨，该滑轨与卷绕轴312平行，从而使制动装置34能够跟随卷绕筒体31在轴向滑动，优选该滑轨的长度和位置与筒体限位轨道32相应设置，在卷绕过程中始终对中间卷筒30施加压力，使中间卷筒30匀速转动。
在上述技术方案的基础上，所述中间卷筒30还包括旋转编码器35，该旋转编码器35设置在卷绕轴312的一端，例如通过柔性联轴器等。利用该旋转编码器35能够测量卷绕筒体31的转速，从而计算绕绳长度，且利用柔性联轴器设置，确保在卷绕轴312沿轴向移动时仍能够正常工作。
另外，工作卷筒20包括工作筒体21和使工作筒体21旋转的驱动装置22。驱动装置22驱动工作筒体21旋转，从而将纤维绳卷筒10上的纤维绳以预定的纤维绳预紧力经中间卷筒30卷绕到工作卷筒20上。
所述筒体限位轨道32包括分别位于筒体311轴向两侧的第一限位轨道321和第二限位轨道322，所述第一限位轨道321和第二限位轨道322以使所述卷绕轴312平行于所述纤维绳卷筒10的卷绕轴的形式设置，所述纤维绳卷筒10的卷绕轴平行于所述工作卷筒20的卷绕轴。
所述第一限位轨道321和第二限位轨道322与工作卷筒20的卷绕空间相应设置。通过该设置方式，当工作卷筒20的进绳端侧沿轴向往复运动的过程中，纤维绳预紧力始终能够拉动卷绕筒体31沿筒体限位轨道往复运动，使纤维绳始终能够以相对工作卷筒的偏斜角较小的方式进行卷绕，有效地避免排绳混乱。
另外，所述卷绕筒体31的表面设置为能够使所述纤维绳在该表面滑动。优选纤维绳1在筒体的整个表面均能够不受阻碍地滑动，从而使纤维绳1能够在筒体整个表面滑动，形成连续的绕进绕出状态，保持稳定的卷绕。具体地，当纤维绳1的进绳端侧的位置到达卷绕筒体的第一限位板313或第二限位板314时，第一限位板313或第二限位板314对纤维绳1形成挤压，推动纤维绳1在筒体表面沿轴向滑动，由于筒体表面上不存在能够阻碍纤维绳滑动的槽等，不会在卷绕过程中使中间卷筒30发生扰动，确保纤维绳在筒体形成连续的绕进绕出状态。进一步优选所述表面为光滑表面，该光滑表面与纤维绳1的摩擦系数小于0.1，从而使纤维绳1在筒体表面之间能够存在较小的滑动。
另外，本发明还提供一种卷绕装置的绳纤维绳卷绕方法，包括分别设置卷绕有纤维绳的纤维绳卷筒10、工作卷筒20和中间卷筒30的准备步骤；所述纤维绳的自由端经由所述中间卷筒30的夹绳装置33在所述中间卷筒30的卷绕筒体31上卷绕预定圈数后，固定到所述工作卷筒20。在卷绕步骤中，启动所述工作卷筒20，使所述纤维绳绕进所述工作卷筒20的卷绕步骤。
另外，由于纤维绳1的密度小且较为柔软，纤维绳自由端在中间卷筒30上的卷绕和在工作卷筒20上的固定，能够由人工完成。
作为本发明的优选实施方式，该方法还包括在所述设置步骤之后，所述卷绕步骤之前进行的调整步骤，所述纤维绳的自由端经中间卷筒30的夹绳装置33设置到卷绕筒体31上，在所述调整步骤中包括调整所述夹绳装置33使其向所述纤维绳施加绳夹持力F1，以产生纤维绳预紧力S2，
所述绳夹持力F1满足下述公式：其中，e为自然对数底，n为卷绕到所述卷绕筒体31上的所述预定圈数，f为所述纤维绳的摩擦系数，S2为工作卷筒的纤维绳预紧力。
具体地，纤维绳在卷绕筒体31上绕进绕出时的受力情况图如3所示，例如，纤维绳1的预紧力能够根据纤维绳的直径、强度和工作载荷等有所变化，以直径22mm的高性能纤维绳为例，其破断拉力为380KN，预紧力可取为破断拉力的2％，即S2＝7.6KN，f取0.04，n取10，此时F1＝1.014S2＝7.71KN。
进一步第，所述调整步骤中还包括调整所述中间卷筒30的制动装置34使其向所述卷绕筒体31施加制动力F2，该制动力F2满足下述公式：其中，r1为所述卷绕筒体31的卷绕半径，r2为所述制动装置34的作用力臂长度，μ为所述制动装置34相对所述卷绕筒体31的摩擦系数，其中，S1满足另外，d1＝2r1，d2＝r2。
通过调整制动装置的压力，从而调节卷绕筒体31的转速，使预紧卷筒匀速转动。当r2＝2r1，μ取0.3，此时，F2＝0.766S2＝5.82KN。
通过上述可知，利用本发明所述纤维绳卷绕方法，只需要对纤维绳施加较小的绳夹持力F1和制动力F2，因此能够通过结构较为简单的夹绳装置33和制动装置34容易地实现。
另外，本发明还提供一种工程机械，所述工程机械上设置有工作卷筒20，该工作卷筒20用根据上述技术方案中任意一项所述的用于纤维绳的卷绕装置卷绕形成，或者用根据上述技术方案中任意一项所述的纤维绳卷绕方法卷绕形成。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于纤维绳的卷绕装置，其特征在于，包括纤维绳卷筒(10)、工作卷筒(20)，和中间卷筒(30)，卷绕在所述纤维绳卷筒(10)的纤维绳(1)经所述中间卷筒(30)卷绕到所述工作卷筒(20)上，
在所述中间卷筒(30)中，与所述纤维绳卷筒(10)连接的纤维绳端侧为进绳端侧，与所述工作卷筒(20)连接的纤维绳端侧为出绳端侧，
所述中间卷筒(30)包括：夹绳装置(33)、制动装置(34)和用于卷绕所述纤维绳(1)的卷绕筒体(31)，
所述夹绳装置(33)设置在所述中间卷筒(30)的所述进绳端侧以向所述纤维绳(1)施加绳夹持力，所述制动装置(34)能够向所述卷绕筒体(31)施加制动力，以使所述卷绕筒体(31)匀速旋转，所述卷绕筒体(31)的表面设置为能够使所述纤维绳(1)在该表面滑动。
2.根据权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于，所述中间卷筒(30)还包括筒体限位轨道(32)，所述卷绕筒体(31)包括筒体(311)、从所述筒体(311)向轴向两端突出的卷绕轴(312)、在轴向的不同位置上从所述筒体(311)分别向外突出的第一限位板(313)和第二限位板(314)；所述卷绕轴(312)可旋转地设置在所述筒体限位轨道(32)中，且能够沿所述筒体限位轨道(32)相对所述工作卷筒(20)移动。
3.根据权利要求2所述的卷绕装置，其特征在于，所述制动装置(34)包括能够挟持所述第一限位板(313)和第二限位板(314)中任意一者的刹车片(342)、使所述刹车片(342)压向所述所述第一限位板(313)或第二限位板(314)的压紧机构(341)、和能够使所述制动装置(34)随所述卷绕筒体(31)移动的滑轨。
4.根据权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于，所述中间卷筒(30)还包括旋转编码器(35)，该旋转编码器(35)设置在所述卷绕轴(312)的一端。
5.根据权利要求2所述的卷绕装置，其特征在于，所述筒体限位轨道(32)包括分别位于所述筒体(311)轴向两侧的第一限位轨道(321)和第二限位轨道(322)，所述第一限位轨道(321)和第二限位轨道(322)以使所述卷绕轴(312)平行于所述纤维绳卷筒(10)的卷绕轴的形式设置，所述纤维绳卷筒(10)的卷绕轴平行于所述工作卷筒(20)的卷绕轴。
6.根据权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于，所述表面为光滑表面，该光滑表面与所述纤维绳(1)的摩擦系数小于0.1。
7.一种卷绕装置的纤维绳卷绕方法，其特征在于，包括：
分别设置卷绕有纤维绳(1)的纤维绳卷筒(10)、工作卷筒(20)和中间卷筒(30)的准备步骤；
所述纤维绳(1)的自由端经由所述中间卷筒(30)的夹绳装置(33)在所述中间卷筒(30)的卷绕筒体(31)上卷绕预定圈数后，固定到所述工作卷筒(20)的设置步骤；
启动所述工作卷筒(20)，使所述纤维绳(1)绕进所述工作卷筒(20)的卷绕步骤。
8.根据权利要求7所述的卷绕装置的纤维绳卷绕方法，其特征在于，该方法还包括在所述设置步骤之后，所述卷绕步骤之前进行的调整步骤，在所述调整步骤中包括调整所述夹绳装置(33)使其向所述纤维绳(1)施加绳夹持力F1，以产生纤维绳预紧力S2，
所述绳夹持力F1满足下述公式：其中，e为自然对数底，n为卷绕到所述卷绕筒体(31)上的所述预定圈数，f为所述纤维绳的摩擦系数，S2为工作卷筒的纤维绳预紧力。
9.根据权利要求8所述的卷绕装置的纤维绳卷绕方法，其特征在于，所述调整步骤中还包括调整所述中间卷筒(30)的制动装置(34)使其向所述卷绕筒体(31)施加制动力F2，该制动力F2满足下述公式：其中，r1为所述卷绕筒体(31)的卷绕半径，r2为所述制动装置(34)的作用力臂长度，μ为所述制动装置(34)相对所述卷绕筒体(31)的摩擦系数，其中，S1满足
10.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械上设置有工作卷筒(20)，该工作卷筒(20)用根据权利要求1-6中任意一项所述的用于纤维绳的卷绕装置卷绕形成，或者用根据权利要求7-9中任意一项所述的纤维绳卷绕方法卷绕形成。
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