一种高传动效率收缆装置及收缆方法与流程

本发明涉及收缆技术领域，更具体地说，涉及一种高传动效率收缆装置及收缆方法。

背景技术

系留气球是一种无动力气球飞行器，能作为各种通讯、监测和雷达等设备的搭载平台，这种平台一般通过系留绳收放装置牵引和放出系留电缆或者缆绳实现气球的空中驻留和升降功能，所以说系留电缆或者缆绳作为系留气球与地面联系的纽带，具有至关重要的作用。除了系留气球之外，还有很多领域都涉及到电缆或者缆绳的收放，都需要一个系留平台为其提供支撑，为了保证系留平台工作的可靠性和安全性，系留电缆或者缆绳收放装置必须能够可靠地实现承载牵引、驻留、升降以及对缆绳的保护等功能。

传统的系留绳收放装置通常采用电机减速机等机械传动或电气控制，其驱动部件大多存在体积尺寸大，安装布局复杂的问题，并且现有的系留绳收放装置在缠绕缆绳时，缆绳会受到很大的侧压力，系留绳外部保护皮经过多次收放后会发生磨损，从而降低系留电缆或者缆绳的使用寿命，甚至导致系留电缆或者缆绳失效危及整个收放系统的安全。

经检索，中国专利号zl201610207709.8，授权公告日为2017年9月15日，发明创造名称为：一种系留绳收放装置，该申请案包括收卷装置、牵引装置和排线装置，收卷装置包括与液压传动装置相连的收卷筒，牵引装置包括与液压传动装置相连的第一牵引轮和第二牵引轮，第一牵引轮和第二牵引轮上刻有相互对应的斜槽，缆绳缠绕在第一牵引轮与第二牵引轮上是以8字形反复交替缠绕并以单层多圈缠绕方式，排线装置位于收卷装置和牵引装置之间，排线装置采用多个伺服电机控制缆绳收卷方向和力度。该申请案虽然能够对系留绳进行收放，但该申请案采用液压传动方式，存在各部件装配难度较大，设备维护严格，并且占地面积较大，传动效率低的问题。

中国专利申请号201611099885.0，申请公布日为2017年4月26日，发明创造名称为：一种系留绳收放装置，该申请案包括储缆绞车马达、储缆绞车支架、储缆卷筒、双向丝杠、导杆、排绳滑轮和可调传动机构；可调传动机构包括滑轨、滑座、滚轮。滑轨安装在储缆绞车支架上，滑座安装在滑轨上，并能够沿滑轨移动；滚轮安装在滑座上；滚轮轴线与储缆卷筒的转动轴向垂直相交，且当滚轮随滑座在滑轨上移动时，滚轮轴线方向不变；滚轮与储缆卷筒的一端法兰面滚动摩擦配合，滚轮能够通过传动轴以及减速器带动双向丝杠转动。该申请案通过储缆绞车马达控制储缆卷筒转动，能够将系留绳进行收放，但该装置对拉力较大的系留绳进行排缆的效果不理想，影响系留绳的使用寿命。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中收缆装置结构不紧凑、占地空间大和传动效率低的缺点，提供了一种高传动效率收缆装置及收缆方法，本发明采用功率分流传动，即先分流后合流的方式，通过两个较低功率的卷筒驱动电机就能控制系留电缆或者缆绳收放的平稳性，并且通过齿轮传动有效减小装置的占地面积，提高传动效率和增加系留电缆或者缆绳的使用寿命。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高传动效率收缆装置，包括缆绳、牵引卷筒、卷筒驱动电机、齿轮传动单元、改向单元、排缆单元和储缆单元，所述的齿轮传动单元设置在牵引卷筒和卷筒驱动电机之间，卷筒驱动电机经齿轮传动单元控制牵引卷筒转动，缆绳缠绕于牵引卷筒上，缆绳经过牵引卷筒输出，经改向单元改向后，由排缆单元将缆绳缠绕在储缆单元上。

作为本发明更进一步的改进，所述的牵引卷筒和卷筒驱动电机均设置有两个，两个垂直设置的卷筒驱动电机带动齿轮传动单元内部的齿轮转动，进而带动两个牵引卷筒旋转。

作为本发明更进一步的改进，所述的齿轮传动单元包括第一分流轴、第一锥齿轮、第一齿轮、第二齿轮、主轴、行星传动单元、第三齿轮、第四齿轮和第二分流轴；其中，第一分流轴设有两根，第一分流轴上套设有第一锥齿轮和第一齿轮，卷筒驱动电机轴上安装第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮相互啮合，两第一齿轮分设于第二齿轮两侧，且均与第二齿轮啮合；第二齿轮和行星传动单元均套设在主轴；第二齿轮经行星传动单元带动第三齿轮转动，第三齿轮两侧设置有第四齿轮，且第三齿轮与第四齿轮啮合，第四齿轮套设在第二分流轴上，第二分流轴连接牵引卷筒。

作为本发明更进一步的改进，所述的行星传动单元包括太阳齿轮、行星齿轮、内齿圈、行星齿轮轴和行星架；太阳齿轮安装在主轴上，且太阳齿轮与三个行星齿轮啮合，三个行星齿轮分别以三个行星齿轮轴为中心进行自转，且三个行星齿轮以太阳齿轮为中心绕着内齿圈进行公转，三个行星齿轮轴固定在行星架上，行星架背面中心设有转轴，第三齿轮套设在转轴上。

作为本发明更进一步的改进，所述的改向单元包括改向固定架、滑轮固定板、弹簧和改向滑轮；缆绳绕设于改向滑轮上，改向滑轮设置在滑轮固定板上，滑轮固定板两端套设在改向固定架上，在滑轮固定板和改向固定架之间设有弹簧。

作为本发明更进一步的改进，所述的排缆单元包括固定架和排缆滑轮，固定架中部设有固定轴，固定轴处设置有轴销式传感器，排缆滑轮安装在固定轴上，经改向单元输出的缆绳绕设于滑轮上。

作为本发明更进一步的改进，所述的排缆单元还包括编码器、摆杆和支架；在固定架上设有编码器，编码器与摆杆相连，且摆杆能够以编码器为中心摆动；固定架在缆绳进出排缆滑轮处设置有支架，支架上安装有滑轮，缆绳通过滑轮进行导向，绕排缆滑轮后经过摆杆再缠绕在储缆单元上。

作为本发明更进一步的改进，所述的固定架安装在进给单元的丝杆副上，丝杆副设置在丝杆上，丝杆副的两端套设在两根滑杆上，丝杆的一端与进给电机相连。

作为本发明更进一步的改进，所述的储缆单元包括储缆卷筒、限位板、安装架和伺服电机；储缆卷筒的两端设有限位板，限位板上设有接近开关，伺服电机带动储缆卷筒转动。

本发明的一种高传动效率收缆方法，其步骤为：

步骤一、启动两个卷筒驱动电机，使安装在卷筒驱动电机轴上的第二锥齿轮带动齿轮传动单元内部齿轮转动，进而带动两个牵引卷筒转动；

步骤二、外界缆绳缠绕于两个牵引卷筒上，经过两个卷筒驱动电机带动缆绳在两个牵引卷筒上转动，通过两个牵引卷筒上的缆绳输送至下一单元；

步骤三、经过牵引卷筒后的缆绳经改向单元的改向滑轮，通过改向滑轮将缆绳的移动方向进行改变，并送往下一单元；

步骤四、经过改向滑轮后的缆绳经排缆单元的排缆滑轮，由进给电机控制排缆单元在丝杆和滑杆上来回移动，缆绳经排缆滑轮后缠绕于储缆单元的储缆卷筒上，通过储缆单元的伺服电机与进给电机相互配合，使缆绳平稳地缠绕在储缆卷筒上；

步骤五、缆绳的释放与上述步骤顺序相反。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种高传动效率收缆装置，采用两个垂直的电机以先分流后合流的方式带动齿轮传动单元内部的齿轮转动，进而带动两个牵引卷筒旋转，与传统的一个电机带动一个卷筒旋转相比，该结构设计紧凑，占地面积小，增加齿轮传动单元内部齿轮的使用寿命。

(2)本发明的一种高传动效率收缆装置，在齿轮传动单元内部设置有多个齿轮，通过齿轮的啮合带动牵引卷筒旋转，实现高效率平稳传动；行星齿轮传动采用三个相同的行星齿轮，均布于太阳齿轮周围，使行星齿轮与转动力臂的惯性力相互平衡，充分利用了行星齿轮体积小，结构紧凑，承载能力高的特点；此外也使参与啮合的齿数增多，使用行星齿轮传动平稳、抗振和抗冲击力比较强，运动可靠。

(3)本发明的一种高传动效率收缆装置，其改向单元的滑轮固定板和改向固定架之间设有弹簧，且弹簧套设在改向固定架上，改向滑轮整个可以沿着固定架水平方向移动，目的在于当缆绳的张力发生突变时进行缓冲，增加设备的使用寿命。

(4)本发明的一种高传动效率收缆装置，其排缆单元的固定轴上设置有轴销式传感器，缆绳经过排缆滑轮，轴销式传感器能够检测缆绳对滑轮形成压力，如果压力过大，让进给电机转速降低；如果压力过小，让进给电机转速增加，通过对进给电机的转速进行调整，让拉力始终保持在一定范围内，使缆绳平稳的缠绕在储缆卷筒上。

(5)本发明的一种高传动效率收缆装置，其排缆单元的固定架上设有编码器，该编码器与摆杆相连，当缆绳在储缆卷筒上的运行速度与排缆单元在丝杆上的运行速度不一致时，缆绳会带动摆杆转动，其上的编码器发出信号，控制电机转速，使得缆绳在储缆卷筒的运行速度与排缆单元在丝杆上的运行速度保持一致。

(6)本发明的一种高传动效率收缆装置，在储缆卷筒的两端上设有限位板，该限位板上设有接近开关，当缆绳从储缆卷筒的一端缠绕至另一端，缆绳接触到另一端上的限位板时，接近开关发出信号，当缆绳继续在储缆卷筒缠绕一圈后，进给电机带动排缆单元反方向运动，进而使缆绳往储缆卷筒反方向缠绕。

附图说明

图1为本发明的一种高传动效率收缆装置的结构示意图；

图2为本发明中齿轮传动单元结构示意图；

图3为本发明中行星传动单元的结构示意图；

图4为本发明中改向单元的结构示意图；

图5为本发明中排缆单元的结构示意图；

图6为本发明中排缆和储缆单元的结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、缆绳；200、牵引卷筒；300、齿轮传动单元；301、第一分流轴；302、第一锥齿轮；303、第一齿轮；304、第二齿轮；305、主轴；306、太阳齿轮；307、行星齿轮；308、内齿圈；309、行星齿轮轴；310、行星架；311、第三齿轮；312、第四齿轮；313、第二分流轴；400、卷筒驱动电机；401、第二锥齿轮；500、改向单元；501、改向固定架；502、滑轮固定板；503、弹簧；504、改向滑轮；600、进给单元；601、进给电机；602、丝杆；603、滑杆；604、丝杆副；700、排缆单元；701、固定架；702、固定轴；703、排缆滑轮；704、编码器；705、摆杆；706、支架；707、滑轮；800、储缆单元；801、储缆卷筒；802、限位板；803、安装架；804、伺服电机。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1，本实施例的一种高传动效率收缆装置，包括缆绳100、牵引卷筒200、齿轮传动单元300、卷筒驱动电机400、改向单元500、排缆单元700和储缆单元800，所述的齿轮传动单元300设置在牵引卷筒200和卷筒驱动电机400之间，其牵引卷筒200和卷筒驱动电机400均设置有两个，两个垂直设置的卷筒驱动电机400经齿轮传动单元300控制牵引卷筒200转动，外界缆绳100进入该收缆装置时，首先缆绳100缠绕于牵引卷筒200上，缆绳100经过牵引卷筒200输出，经改向单元500改向后，由排缆单元700将缆绳100缠绕在储缆单元800上。

本实施例中缆绳100经过牵引卷筒200过程中，能够将外界缆绳100的力量由8顿左右衰减至几十公斤，使得之后缆绳100的改向、排缆和储缆更加方便。

实施例2

结合图1、图2和图3，本实施例的一种高传动效率收缆装置，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例中两个卷筒驱动电机400启动后，各自带动卷筒驱动电机轴上的第二锥齿轮401旋转，由于第二锥齿轮401与第一锥齿轮302相互啮合，第一锥齿轮302跟着转动；两个第一锥齿轮302分别套设在第一分流轴301上，两根第一分流轴301转动带动其上的第一齿轮303转动；两个第一齿轮303分设于第二齿轮304两侧，且均与第二齿轮304啮合，因此两个第一齿轮303共同带动第二齿轮304转动；第二齿轮304和行星传动单元均套设在主轴305，进而带动行星传动单元上均布于太阳齿轮306周围的三个相同的行星齿轮307转动，三个行星齿轮307分别以三个行星齿轮轴309为中心进行自转，且三个行星齿轮307以太阳齿轮306为中心绕着内齿圈308进行公转，并带动三个行星齿轮轴309共同转动；由于三个行星齿轮轴309固定在行星架310上，在行星架310背面中心设有转轴，第三齿轮311套设在转轴上，即三个行星齿轮轴309会带动转轴转动，进而带动第三齿轮311转动；在第三齿轮311两侧设置有第四齿轮312，且第三齿轮311与第四齿轮312啮合，第三齿轮311带动两个第四齿轮312转动；由于两个第四齿轮312分别套设在第二分流轴313上，两个第二分流轴313上分别设有一个牵引卷筒200，牵引卷筒200在第二分流轴313转动下也跟着转动。

本实施例的两个垂直设置的卷筒驱动电机400以先分流后合流的方式带动齿轮传动单元300内部的齿轮转动，进而带动两个牵引卷筒200旋转，实现高效率平稳传动，且卷筒驱动电机400垂直设置，其重心稳定，且能够减小横向的占地面积。其中齿轮传动单元300中的行星传动单元一方面充分利用了行星齿轮307体积小，结构紧凑，承载能力高的特点；另一方面也使参与啮合的齿数增多，使用行星齿轮307传动平稳、抗振和抗冲击力比较强，运动可靠。与传统的一个电机带动一个卷筒旋转相比，该结构设计紧凑，占地面积小，传动效率高和增加齿轮传动单元300内部齿轮的使用寿命。

实施例3

结合图4、图5和图6，本实施例的一种高传动效率收缆装置，基本同实施例2，其不同之处在于：本实施例的改向单元500包括改向固定架501、滑轮固定板502、弹簧503和改向滑轮504；缆绳100绕设于改向滑轮504上，改向滑轮504设置在滑轮固定板502上，滑轮固定板502两端套设在改向固定架501上，在滑轮固定板502和改向固定架501之间设有弹簧503，且弹簧503套设在改向固定架501上(图4中弹簧503仅作示意，未画完全)，当缆绳100的张力发生突变时，改向滑轮504可以沿着改向固定架501水平方向移动进行缓冲，防止设备损坏，增加设备的使用寿命。

如图5所示，缆绳100经过改向滑轮504改向后，输送至排缆单元700，所述的排缆单元700包括固定架701和排缆滑轮703，固定架701中部设有固定轴702，并在固定轴702处设置有轴销式传感器，排缆滑轮703安装在固定轴702上，缆绳100经过排缆滑轮703时，固定轴702上的轴销式传感器能够检测缆绳100对排缆滑轮703所形成压力；此外在固定架701在缆绳100进出排缆滑轮703处设置有支架706，支架706上安装有滑轮707，缆绳100通过滑轮707进行导向；在固定架701上设有编码器704，该编码器704与摆杆705相连，摆杆705能够以编码器704为中心摆动，且在摆杆705的顶部设置有两个滚轮，缆绳100能够在这两个滚轮之间进行移动。

如图6所示，排缆单元700的固定架701安装在进给单元600的丝杆副604上，丝杆副604设置在丝杆602上，丝杆副604的两端套设在两根滑杆603上，丝杆602的一端与进给电机601相连。进给电机601启动，带动丝杆602转动，使丝杆602上的丝杆副604运动，进而使排缆单元700整体沿着丝杆602和滑杆603的长度方向上来回移动。

缆绳100经过排缆单元700后，缠绕在储缆单元800上。其中储缆单元800包括储缆卷筒801、限位板802、安装架803和伺服电机804；储缆卷筒801的两端设有限位板802，该限位板802上设有接近开关，伺服电机804带动储缆卷筒801转动；缆绳100从储缆卷筒801的一端缠绕至另一端的过程中，当缆绳100接触到另一端上的限位板802时，接近开关发出信号，缆绳100继续在储缆卷筒801缠绕一圈后，进给电机601会带动排缆单元700反方向运动，进而使缆绳100往储缆卷筒801反方向缠绕。

本实施例中缆绳100在排缆和储缆的过程中，需要通过储缆单元800的伺服电机804与进给电机601相互配合，才能使缆绳100高效平稳地缠绕在储缆卷筒801上。当缆绳100对排缆滑轮703的压力过大时，固定轴702上的轴销式传感器会发出信号，控制进给电机601，使进给电机601的转速降低；当缆绳100对排缆滑轮703的压力过小时，固定轴702上的轴销式传感器会发出信号，控制进给电机601，使进给电机601的转速增加，让缆绳100对排缆滑轮703的压力始终保持在一定范围内。此外当缆绳100在储缆卷筒801上的运行速度与排缆单元700在丝杆602上的运行速度不一致时，缆绳100会带动摆杆705转动，其上的编码器704发出信号，控制进给电机601和伺服电机804的转速，使得缆绳100在储缆卷筒801上的运行速度与排缆单元700在丝杆602上的运行速度保持一致，进而使缆绳100平稳的缠绕在储缆卷筒801上。

利用本实施例的一种高传动效率收缆装置进行的收缆过程如下：

步骤一、启动两个卷筒驱动电机400，使安装在卷筒驱动电机400轴上的第二锥齿轮401带动齿轮传动单元300的第一锥齿轮(302)转动，使得齿轮传动单元300内部齿轮转动，进而带动与齿轮传动单元300相连的两个牵引卷筒200转动；

步骤二、外界缆绳100缠绕于两个牵引卷筒200上，经过两个卷筒驱动电机400带动缆绳100在两个牵引卷筒200上转动，将缆绳100的张力进行衰减，通过两个牵引卷筒200后的缆绳100输送至下一单元；

步骤三、经过牵引卷筒200后的缆绳100经改向单元500的改向滑轮504，通过改向滑轮504将缆绳100的移动方向进行改变，并送往下一单元；

步骤四、经过改向滑轮504后的缆绳100经排缆单元700的排缆滑轮703，由进给电机601控制排缆单元700在丝杆602和滑杆603上来回移动，缆绳100经排缆滑轮703后缠绕在储缆单元800的储缆卷筒801上，通过储缆单元800的伺服电机804与进给电机601相互配合，以及轴销式传感器和编码器704等结构的辅助，使缆绳100平稳地缠绕在储缆卷筒801上；

步骤五、缆绳100的释放与上述步骤顺序相反。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。