一種新型卷管機的設計方案

周文領，楊逸君，徐桂華

（江蘇省防汛防旱搶險中心，江蘇 南京 211500）

0 引言

江蘇省防汛防旱搶險中心抗旱排澇隊現擁有各型號大口徑扁平復合排水軟管，主要材質為聚氨酯或涂塑。壁厚為3±0.2 mm，延伸率為0.2%，膨脹率為3.4%，附著強度為72.8 N/25 mm，單位長度質量為2560 g/m。扁平復合軟管，具有彎曲度高、體積小、運輸方便等優點，在抗旱排澇和防汛搶險工作中，作為抗旱排澇輸水的主要設備，得到了廣泛的運用，在歷年的防汛工作中出動數量、使用頻率上都占據重要地位。隨著水利工程管理科學化發展和倉庫物資管理的高標準、嚴要求，現排水軟管的盤卷、安置主要存在以下問題：① 排水軟管材質較軟、重量較大，收卷時需要將軟管完全平鋪于地面上，需要很大的工作場地，常常受到限制。② 人工盤卷所消耗的人力、時間代價較高，占用了大量的維修養護時間；③ 人工盤卷的排水軟管，形狀不規則，不均勻，無法滿足倉儲可視化、精細化的要求。

1 設計目標

1.1 采用電動盤卷的方式，降低排水軟管盤卷作業損耗，提高工作效率

1.2 通過設計卷管機的直徑、構造方式，滿足下列要求：

1）卷好的排水軟管易于拆卸。

2）線盤收縮可卷不同規格及長短的排水軟管。

3）裝置使得每一卷排水軟管的形狀、直徑統一且美觀。

4）能在各種復雜條件下順利、方便地進行導線收放。

5）具有結構合理、體積小、重量輕、操作靈活、搬運方便的優點。

6）針對不同外徑的排水軟管，裝置上配有可以調節寬度的整形器。

7）卷管機盤內徑為240 mm，外徑為1100 mm，寬度為500 mm。

8）卷管機右側板可以拆卸，并調整繞線盤內寬度范圍在450~500 mm。

9）通過變頻器三擋調速，根據不同使用情況下具體需求，調整卷筒轉動速度，實現三擋調速功能。

10）通過控制箱實現卷筒的正反轉功能。

11）當排水軟管全部收縮到卷管盤后，可通過手柄縮小繞線盤的內徑，使排水軟管可容易地從盤上取下。

2 設計方案

2.1 示意圖片

圖1 卷管機示意圖Fig.1 Schematic diagramof Coiling machine

2.2 卷管機有關參數

卷管機外形尺寸（長×寬×高）：1500 mm×900 mm×1350 mm；重量：250Kg。

表1 卷管機有關參數Tab.1 Coiling machine related parameters

2.3 工作原理

1）卷管機用電動機直接安裝在減速箱上，無需采用皮帶傳動。

2）卷管機前置有整形器，整形器無需電機驅動。

3）底框用6#槽鋼，底部有安裝用的孔，方便固定。

4）右側板的拆裝采用拼帽方式，自動夾緊固定方式。

5）卷管機內徑采用變徑式，當收管完成后將排水軟管捆扎好，然后通過在卷管機減速箱左側的手柄轉動達到減小內徑，從而輕松將排水軟管從卷管機上取下。

6）卷管機的變徑方式采用四爪卡盤方式。

7）配有電氣控制箱，卷管機控制采用接觸器直接啟動方式控制，工作時有報警燈指示。

8）卷管機收排水軟管時從卷管機左側進管，方便快捷。

9）減速箱輸出軸配有安裝繞線盤用法蘭，繞線盤與法蘭間通過螺釘安裝。

10）整形器夾棍均采用內置軸承式，軸承型號6204。

11） 卷筒活動側板夾塊軸承為6012。

2. 4 操作方法

1）開機前，先變徑到最大位置（直徑約為240 mm）。

2）將排水軟管穿過整形器進入卷管機，將排水軟管固定在卷管機上，二側板上進行固定。

3）啟動收管按鈕，卷管機開始轉動收管。

4）當收卷完排水軟管后，按停止按鈕，電機停止。

5）將排水軟管捆扎固定好。

6）在減速箱左側裝上手搖手柄，轉動使繞線盤內徑減小，使排水軟管與線盤內徑處于松馳狀態。

7）拆下卷管機活動右側板

8）從卷管機上取下排水軟管。

9）裝上右側板，轉動手搖手柄，使卷管機內徑放大到最大240 mm，取下手搖手柄，即可進入下一工作過程。

注：在收放軟管過程中，手搖手柄必須固定好，否則在收放軟管過程中手柄會同時轉動而跌落，以免產生危險。

注：為保證設備的正常使用，使妥善保管，及時清潔，除油膩。

2.5 卷管機內徑變化使用說明

在卷管機內徑由4根幅條組成，每根幅條與四爪卡盤的四爪分別焊接

牢固，通過四爪保證幅條能在卷管機在徑向上下滑動，以便能改變卷管機的內徑大小。四爪卡盤的四抓活動通過減速箱左側的手柄進行調節。

2.6 卷管機定速設置方法

1）設定速度時必須在停止狀態下進行。

2）通過卷管機的變頻器上參數設置進行調速。

3）共有三檔速度，對應于電氣控制箱的三個開關。即每個開關對應一個速度。

4）三檔速度分別對應變頻器的參數 F4-18~F4-20設置速度。

變頻器參數設置方法：按 MENU 鍵，顯示 F0--,按四次▲鍵，顯示 F4--，按 ENTER 鍵，按▲鍵，連續按 18 次，顯示 F4-18，按 ENTER 鍵，顯示原設置的速度頻率值。按▲▼鍵即可修改修值（▲為增加，▼為減小），當數據修改至需要的數值后，按ENTER 健，說明數據已修改成功。然按 MENU 鍵三次，直至顯示頻率值。（以上以設置 F4-18 為例。設置其余兩個數據的方法相同）。

2.7 正反轉電氣原理圖

表2 變頻器有關參數Tab.2 Inverter related parameters

2.8 卷管機的維修和安全使用

為了保持卷管機的正常運行，延長電機的使用壽命 ，必須對電機、變速箱的維護和保養。操作者必須了解整設備的結構、性能，熟練掌握使用方法。

圖2 正反轉電氣原理圖Fig.2 Positive and negative electrical schematic

3 設計效果

3.1 提高工作效率

卷管機采用自動化設計，減少了作業需要人工數，縮短了水管盤卷時間，提高了工作效率。

經測算，每一卷水管盤卷由的卷管機盤卷后可減少2個人工，工時由原先的30分鐘縮減到5分鐘,在大規模水管收卷作業中起到至關重要的作用。

表3 人機工作效率對比Tab.3 Man-machine efficiency comparison

3.2 改善作業環境

自動化、可視化的設計方式，使得卷管機工作時不會出現工人手忙腳亂、水管隨地亂鋪等情況，使得作業過程緊緊有條，符合水利行業的可視化、精細化要求，大大改善了工作環境。

3.3 延長使用壽命

摒棄了原始的人工手動盤卷方式，避免了因蠻力彎折、地面拖拉摩擦等盤卷時出現的情況帶來的水管磨損、彎折等問題，大大延長了水管的使用壽命。

3.4 社會經濟效益顯著

新型卷管機的設計，是水利行業的一次創新之舉。大大提高了應急搶險管理水平和能力，是適應水利行業發展的新型機器設備，產生了良好的經濟效益，同時是一項值得推廣和廣泛應用的設計，具有顯著的社會效益。

4 結論

大口徑扁平復合軟管卷管機通過齒輪變徑的方式，可達到自動盤卷、多次盤卷，可調速、可拆卸的目的，極大程度上減少了人力資源成本和工作時間，提高工作效率，推動倉儲可視化、規范化、精細化發展，服務于我國的防汛防旱搶險工程。

[1] 代詩林. 自動化技術在機械制造中的應用[J]. 南方農機, 2016，47(1): 61- 65.DAI Shi-lin. Application of Automation Technology in Machinery Manufacturing[J]. Southern farm machinery, 2016, 47(1): 61-65.

[2] 王匡濟. 機械設計制造及其自動化的發展方向[J]. 科技與企業, 2016(1): 85-87.WANG Kuang-ji. Mechanical design and manufacturing and automation of the development[J]. Technology and Business,2016(1):85-87.

[3] 何玉強. 機械設計制造及其自動化的發展前景分析[J]. 南方農機, 2015, 46(5): 21-23.HE Yu-qiang. Machinery design and manufacture and automation of the development prospects [J]. Southern Agricultural Machinery, 2015,46 (5): 21-23.

[4] 唐先軍,唐方紅,龍青.基于實訓教學環境的普通車床安全裝置改造[J]. 新型工業化，2017，7（4）：102-105.TANG xian-jun,TANG Fang-hong, LONG Qing. Based On The Training of the Teaching Envrioment Lathe Safety Device Transformation [J].The Journal of New Industrialization，2017，7（4）：102-105.

[5] 梁喜佳，張洪偉.淺析機械設計制造及其自動化的特點與優勢及發展趨[J]. 科技創新與應用, 2016(6): 126.LIANG Xi-jia,ZHANG Hong-wei. Analysis on the characteristics, advantages and development trends of mechanical design, manufacture and automation [J]. Science and Technology Innovation and Application, 2016 (6): 126.

[6] 王輝，徐錕 . 熱處理工藝對 30Cr3MoV 低合金鋼力學性能影響 [J].新型工業化，2017，7（10）：43-48.WANG Hui, XU Kun. Effect of Heat Treatment Process on Mechanics Properties of Low-alloy 30Cr3MoV Steel[J]. The Journal of New Industrialization， 2017， 7（10）： 43-48.

[7] 黃安寧 . 一類簡單線性惡化加工時間的單機調度問題研究 [J].新型工業化，2017，7（10）：57-62.HUANG An-ning. Research on the Single Machine Scheduling with Simple Linear Deterioration [J].The Journal of New Industrialization，2017， 7（10）： 57-62.

[8] 李艷，陳盛偉. 十六大以來新型工業化理論研究綜述[J]. 新型工業化，2017，7（8）：11-19.LI Yan, CHEN Sheng-wei. A Review of New Industrial Theories Since the Sixteenth National Congress[J]. The Journal of New Industrialization，2017，7（8）：11-19.

[9] 陳秀生,侯志堅.機械制造技術基礎課程實踐教學研究[J].學園:教育科研,2012(19):28-29.CHEN Xiu-sheng, HOU Zhi-jian. Research on Practical Teaching of Basic Course of Machinery Manufacturing [J]. Gakuen: Educational Research, 2012 (19): 28-29.

[10] 王亮.探討機械設計制造及其自動化的發展趨勢[J].中小企業管理與科技，2015，（1）：171-172.WANG Liang.Explore the development trend of mechanical design and manufacture and its automation [J]. Management Science and Technology for SMEs, 2015, (1): 171-172.

[11] 劉偉.“機械制造技術”教學改革方法研究[J].工業設計,2016(6):128-129.LIU Wei.“Mechanical Manufacturing Technology” Teaching Reform Methods [J]. Industrial Design, 2016 (6): 128-129.

[12] 崔健平，陳婷，詹昌海，等 . 多功能復合插座棘輪部件數值分析 [J].新型工業化，2017，7（12）：62-68.CUI Jian-ping, CHEN Ting, ZHAN Chang-hai, et al . Numerical Analysis of Ratchet Parts of Multifunction Composite[J]. The Journal of New Industrialization， 2017， 7（12）： 62-68.

[13] 王佳智. 機械設計制造及其自動化的設計及發展[J]. 中國新技術新產品, 2016(1): 18.WANG Jia-zhi. Design and development of mechanical design and manufacture and its automation [J]. New Technology and New Products in China, 2016 (1): 18.

[14] 唐武勤,黃璐,方超文,等.一種新型電力系統穩定器的控制方法[J]. 新型工業化，2017，7（4）：55-61.TANG wu-qin, HUANG Lu, FANG Chao-wen et al. Research on Spacecraft Braking Energy Management Technology [J]. The Journal of New Industrialization，2017，7（4）：55-61.

[15] 黨飛飛，王飛.機械自動化在煤礦機械制造中的應用［J］.科技展望，2016，26(14):78.DANG Fei-fei, WANG Fei. Mechanical automation in coal mine machinery manufacturing applications [J]. Technology Outlook, 2016,26 (14): 78.

[16] 常鐳民, 馬金虎.U型渠成型機的設計[J]. 新型工業化，2017，7（7）：19-22.CHANG Lei-min, MA Jin-hu. Design of U-shaped Channel Forming Machine[J]. The Journal of New Industrialization，2017，7（7）：19-22.

[17] 張蘭勇，張雷，王五桂 . 船舶三軸轉臺建模與非線性分析 [J]. 新型工業化，2017，7（11）： 89-95.ZHANG Lan-yong, ZHANG Lei, WANG Wu-gui. Modeling and Nonlinear Analysis of Marine Three Axis Turntable [J]. The Journal of New Industrialization， 2017， 7（11）： 89-95.

[18] VALENTE I, CRUZ P J S. Experimental analysis of Perfobond shear connection between steel and lightweight concrete [J]. Journal of Constructional Steel Research, 2004(60): 465-479.

[19] SUN P, XUE G, WANG C, et al. A Combined Finite Element-Upwind Finite Volume Method for Liquid-Feed Direct Methanol Fuel Cell Simulations[J]. Journal of Fuel Cell Science & Technology, 2010, 7(4):16-22.

[20] QUIN S,WINDRA G E O. Use of Stress-strength Model in Determination of Safety Factor for Pressure Vessel Design [J]. Journal of Press ure Vessel Technology，1996，118（27）：109-114.