纜繩導向裝置的設計

王光越

（中國船舶重工集團公司 第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引 言

空中氣象觀測系統，以及定點熱氣球系統等空中作業設備都需要有儲纜放纜設備。纜繩經由儲纜絞車和放纜設備連接升空設備。受空氣對流等因素的影響，空中物體具有不確定的方向性，纜繩的出纜方向也在不斷變化。為了防止纜繩從放纜設備的導輪槽內滑出，同時也為了盡量減少纜繩摩擦的損害，設計了一種導輪機構，使纜繩能夠在一定的角度范圍內擺動，同時也不會脫離導輪槽。

1 結構設計

導向裝置主要由導向滑輪、滑輪支架、導輪機構、擋板支架等主要零部件組成。為保證線纜在前后擺動時始終沿著導輪的切線方向，要求在線纜垂直向上的位置時，線纜正好穿過導輪機構中心孔的中間位置,因此導向裝置的總體結構如圖1 所示。

2 主要零部件

1）回轉裝置。回轉裝置起回轉和支撐導向裝置的作用，主要由回轉法蘭和回轉軸承兩部分組成。回轉法蘭右邊與滑輪支架焊接為一體，左邊通過回轉軸承與陸地上的絞車系統連接，使整個導向裝置能在水平面內做回轉運動［1］。

2）滑輪支架。滑輪支架作為整個導向裝置的基體部件，主要由導向滑輪側面安裝板、滑輪底部安裝板和支撐板組成，主要由結構鋼板Q235-A 焊接而成。焊接完成后，兩側的導向滑輪安裝板進行校直處理，以防止過大的焊接變形。同時，兩側的導向滑輪安裝板的中心孔需要安裝軸承，因此需要一次加工出來，以保證兩側中心孔的同軸度［2］。

圖1 導向裝置結構圖

3）導向滑輪。纜繩繞過導向滑輪的溝槽內向上連接升空設備，向下與絞車的儲纜系統連接。導向滑輪通過兩個圓柱滾子軸承與芯軸連接，為了減輕導向滑輪的重量，整個導向滑輪采用鑄鋁鑄造成型后再加工。由于導向滑輪的溝槽與纜繩直接接觸，為了避免滑輪棱邊將纜繩割傷，減少纜繩在溝槽內的磨損，滑輪的棱邊需倒圓角，同時，溝槽的內表面應保證一定的粗糙度。滑輪溝槽的放大圖如圖2 所示。

4）側面擋板。側面擋板主要用來支撐導輪機構，主要結構由Q235-A 的鋼板組成。為了減輕擋板重量，采用薄鋼板表面焊接加強筋的方式。為了盡量減少線纜的磨損，使線纜沿著導輪機構切線的方向伸出，應將側面擋板彎曲一定的角度，保證導輪機構的出口始終與線纜相切。為了保證整個導輪裝置在靜止時平衡在圖1 所示的位置上，減輕導輪裝置對線纜的壓力，側面擋板的的左半部分需要安裝配重鉛塊，以實現整體機構的平衡。

5）導輪機構。導輪機構主要由側面安裝板以及上部的滑動裝置組成。導向滑輪的結構圖如圖3 所示。其主要組成包括滾輪軸、內套筒、擋環、軸承、外套筒。滾輪軸、內套筒以及擋環的材質均為不銹鋼，外套筒可以采用聚氨酯，因聚氨酯表面光滑，且具有一定的彈性。設計導輪機構的結構時，需要考慮安裝、維護的方便性，進行可更換設計。

圖2 導向滑輪溝槽放大圖

圖3 導輪機構結構圖

3 導輪機構平衡設計計算

導輪機構靜止時要求能平衡在圖4 中靜止的位置上，以保證線纜在工作時受到的摩擦力最小。因此，需要在側面擋板的左下部位安裝配重鉛塊，以使整個機構工作在平衡狀態下。本文將結合Pro/E 軟件完成機構的平衡設計工作。

Pro/E 具有強大的建模功能，可以進行參數化設計，大大地提高了建模的速度。同時，Pro/E 也具有強大的分析和仿真能力［3］。在Pro/E 中建立零件的三維模型，給各零件分配質量屬性。在側面擋板中心圓孔的位置建立坐標系ACS0，X 方向為水平方向，Y 方向為垂直方向，Z 方向為中心孔軸線方向（垂直紙面方向向里）。根據質量分析得到各部分重量表如表1。

表1 重量表

配重之后機構整體重心距芯軸中心的距離為

在Pro/E 中，裝配各個零件，建立組件模型。根據模型質量分析，以ACS0 坐標為基準坐標，確定重心相對于基準坐標的位置：

X=8.4649070E-02 mm，Y=-1.9390529E+01 mm，Z=1.4655701E-03 mm。

與表格中的計算數據基本一致，經過配重之后，水平方向重心與基準坐標基本重合，滿足裝配之后平衡在圖1 位置的要求。

圖4 重心平衡模型

4 結 論

經過試驗和現場測試，安裝導向裝置能夠有效地保護電纜，減少電纜的磨損。同時纜繩繞一定的角度旋轉，增強了整個系統的靈活性。

［1］ 孫志禮，冷興聚，魏延剛，等．機械設計［M］.沈陽：東北大學出版社，2000．

［2］ 聞邦椿．機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010．

［3］ 林清安．完全精通Pro/ENGINEER 野火5.0 中文版模具設計基礎入門［M］．北京：電子工業出版社，2011.