王光越

（中國船舶重工集團(tuán)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(tǒng)，以及定點(diǎn)熱氣球系統(tǒng)等空中作業(yè)設(shè)備都需要有儲纜放纜設(shè)備。纜繩經(jīng)由儲纜絞車和放纜設(shè)備連接升空設(shè)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(shè)備的導(dǎo)輪槽內(nèi)滑出，同時(shí)也為了盡量減少纜繩摩擦的損害，設(shè)計(jì)了一種導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)，使纜繩能夠在一定的角度范圍內(nèi)擺動，同時(shí)也不會脫離導(dǎo)輪槽。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

2 主要零部件

1）回轉(zhuǎn)裝置?；剞D(zhuǎn)裝置起回轉(zhuǎn)和支撐導(dǎo)向裝置的作用，主要由回轉(zhuǎn)法蘭和回轉(zhuǎn)軸承兩部分組成?；剞D(zhuǎn)法蘭右邊與滑輪支架焊接為一體，左邊通過回轉(zhuǎn)軸承與陸地上的絞車系統(tǒng)連接，使整個(gè)導(dǎo)向裝置能在水平面內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動［1］。

2）滑輪支架?；喼Ъ茏鳛檎麄€(gè)導(dǎo)向裝置的基體部件，主要由導(dǎo)向滑輪側(cè)面安裝板、滑輪底部安裝板和支撐板組成，主要由結(jié)構(gòu)鋼板Q235-A 焊接而成。焊接完成后，兩側(cè)的導(dǎo)向滑輪安裝板進(jìn)行校直處理，以防止過大的焊接變形。同時(shí)，兩側(cè)的導(dǎo)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(cè)中心孔的同軸度［2］。

圖1 導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)圖

3）導(dǎo)向滑輪。纜繩繞過導(dǎo)向滑輪的溝槽內(nèi)向上連接升空設(shè)備，向下與絞車的儲纜系統(tǒng)連接。導(dǎo)向滑輪通過兩個(gè)圓柱滾子軸承與芯軸連接，為了減輕導(dǎo)向滑輪的重量，整個(gè)導(dǎo)向滑輪采用鑄鋁鑄造成型后再加工。由于導(dǎo)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(nèi)的磨損，滑輪的棱邊需倒圓角，同時(shí)，溝槽的內(nèi)表面應(yīng)保證一定的粗糙度?；啘喜鄣姆糯髨D如圖2 所示。

4）側(cè)面擋板。側(cè)面擋板主要用來支撐導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)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(qiáng)筋的方式。為了盡量減少線纜的磨損，使線纜沿著導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)切線的方向伸出，應(yīng)將側(cè)面擋板彎曲一定的角度，保證導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)的出口始終與線纜相切。為了保證整個(gè)導(dǎo)輪裝置在靜止時(shí)平衡在圖1 所示的位置上，減輕導(dǎo)輪裝置對線纜的壓力，側(cè)面擋板的的左半部分需要安裝配重鉛塊，以實(shí)現(xiàn)整體機(jī)構(gòu)的平衡。

5）導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)。導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)主要由側(cè)面安裝板以及上部的滑動裝置組成。導(dǎo)向滑輪的結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。其主要組成包括滾輪軸、內(nèi)套筒、擋環(huán)、軸承、外套筒。滾輪軸、內(nèi)套筒以及擋環(huán)的材質(zhì)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(shè)計(jì)導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮安裝、維護(hù)的方便性，進(jìn)行可更換設(shè)計(jì)。

圖2 導(dǎo)向滑輪溝槽放大圖

圖3 導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

3 導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)平衡設(shè)計(jì)計(jì)算

導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)靜止時(shí)要求能平衡在圖4 中靜止的位置上，以保證線纜在工作時(shí)受到的摩擦力最小。因此，需要在側(cè)面擋板的左下部位安裝配重鉛塊，以使整個(gè)機(jī)構(gòu)工作在平衡狀態(tài)下。本文將結(jié)合Pro/E 軟件完成機(jī)構(gòu)的平衡設(shè)計(jì)工作。

Pro/E 具有強(qiáng)大的建模功能，可以進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，大大地提高了建模的速度。同時(shí)，Pro/E 也具有強(qiáng)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(zhì)量屬性。在側(cè)面擋板中心圓孔的位置建立坐標(biāo)系A(chǔ)CS0，X 方向?yàn)樗椒较?，Y 方向?yàn)榇怪狈较颍琙 方向?yàn)橹行目纵S線方向（垂直紙面方向向里）。根據(jù)質(zhì)量分析得到各部分重量表如表1。

表1 重量表

配重之后機(jī)構(gòu)整體重心距芯軸中心的距離為

在Pro/E 中，裝配各個(gè)零件，建立組件模型。根據(jù)模型質(zhì)量分析，以ACS0 坐標(biāo)為基準(zhǔn)坐標(biāo)，確定重心相對于基準(zhǔn)坐標(biāo)的位置：

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

與表格中的計(jì)算數(shù)據(jù)基本一致，經(jīng)過配重之后，水平方向重心與基準(zhǔn)坐標(biāo)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(jié) 論

經(jīng)過試驗(yàn)和現(xiàn)場測試，安裝導(dǎo)向裝置能夠有效地保護(hù)電纜，減少電纜的磨損。同時(shí)纜繩繞一定的角度旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的靈活性。

［1］ 孫志禮，冷興聚，魏延剛，等．機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.沈陽：東北大學(xué)出版社，2000．

［2］ 聞邦椿．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

［3］ 林清安．完全精通Pro/ENGINEER 野火5.0 中文版模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)入門［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2011.