一种超长线缆自动收放机构的研究与设计

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　　摘要：对于超长电缆的展开和撤收，大多比较繁琐和凌乱，本文通过计算和分析，设计了一种电缆自动收放机构，解决了超长电缆在展开和撤收过程中容易凌乱的问题，使用和操作更加简单有序。
　　关键词：超长电缆，自动收放，机构
　　
　　1引言
　　在某些工业环境中，由于电缆的长度太长，在使用过程中展开和撤收都比较繁琐和凌乱，特别是对于电缆的展开和撤收有时间限制要求的工况，本文针对超长电缆的展开和撤收，通过计算分析，设计了一种能自动有序展开和撤收电缆的电缆收放机构。
　　2电缆收放机构的计算
　　2.1电缆盘体的结构设计及计算
　　建立如图1所示的盘体结构模型：盘体卷筒直径φD的大小根据电缆的最小弯曲半径确定。电缆直径φd，第一层电缆的直径为φd1最后一层（即最大一圈）电缆的直径为φdn(n=1,2,3,...,n)在盘体轴方向缠绕m(m=1,2,3,...,m)圈，电缆总长度L。
　　分析图1结构可得盘体可容电缆的最大长度空间A为：
　　
　　A=md+C
　　
　　
　　式中：C－为盘体在m圈电缆后的预留空间，通常一般取电缆直径的（0.3~0.5）倍。
　　盘体能容电缆的最大长度L为：
　　 L=m×{}
　　
　　
　　图1盘体结构模型图
　　根据电缆的长度，安装位置的空间尺寸，就可以确定m和n的数值。即可以确定盘体的基本结构尺寸。
　　2.2盘体转速的计算
　　盘体的转速受电缆能承受的拖拽速度限制，不能太快，太慢又不能够保证收放时间。
　　如图1结构，盘体的转速Nv为:
　　
　　2.3输入扭矩的计算
　　电缆收放机构输入扭矩，受电缆拖拽力F的限制。电缆拖拽力F产生的扭矩通过一定的减速比，传递给原动机。为了保护电缆不被拽断，收放机构的输入扭矩（即原动机的输出扭矩）就不能超过某一限定值。
　　
　　图2拉力扭矩图
　　如图2所示，收放机构的输入扭矩T为：
　　
　　2.4电缆同步导线机构的计算
　　电缆同步导线机构要求能控制电缆在展开和撤收过程中电缆的运动方向，只有这样，电缆才能在每一层都能有序排列。
　　同步导线机构有多种方式实现，如匀速电动推杆、步进电机、机械双螺旋螺杆等；采用电动推杆及步进电机方式将增加新的动力源，本设计中采用了机械双螺旋螺杆方式来实现有序布线；该结构设计简单，工作可靠，直接由盘体通过同步带轮带动，无需增加新的动力源，双螺旋槽螺杆结构如图3所示;
　　
　　图3双螺旋槽螺杆模型图
　　采用双螺旋槽螺杆结构，其螺杆导程S为：
　　S=di2
　　式中：d－电缆直径
　　i2－同步带轮减速比
　　3电缆自动收放机构的设计
　　在电缆自动收放机构的设计过程中，原动机的输出扭矩往往都有很大的冗余量，所以完全依靠原动机输出扭矩来保证电缆收放的安全性，不是很可靠。
　　为了解决这一问题，需要在原动机与电缆盘体之间增加一个过载保护装置。本设计中采用电磁离合器来对原动机的输出扭矩进行控制，同时，本设计中的电缆自动收放机构具有手动收放功能，在电磁离合器不工作时，将原动机脱开，降低手动操作力，以减轻操作者的劳动强度。
　　在电缆自动收放机构设计中，可根据具体的设计要求设计成不同的结构形式，笔者所设计的电缆自动收放机构的整体结构如下图所示，以供读者参考。
　　
　　图4电缆自动收放机构整体布置图
　　4结论
　　通过本文的描述，对电缆自动收放机构的设计要点进行了分析研究，电缆自动收放机构的使用，可方便、快捷的有序收放超长电线电缆，大大降低操作人员的劳动强度；并对同类产品的设计具有较强的指导意义。
　　
　　参考文献
　　吴宗泽，《机械设计师手册》机械工业出版社2003版