电缆、油管绕曲装置设计*

王 雁

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

电缆、油管绕曲装置设计*

王 雁

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

文中针对在有限转动范围内大功率电源和液压油的传输要求，探索设计新型电缆、油管绕曲装置。介绍了电缆、油管绕曲装置的构成、工作原理和结构特点，详细阐述了电缆、油管等绕曲装置的设计方法，提出了结构上径向嵌套、轴向组合的结构设计以及固定盘和升降盘不同直径绕曲装置的具体结构设计。该装置结构紧凑、成本低、组合性强、适用范围广、性能安全可靠，可在有限空间内用最简单、最可靠的方法实现功率电源、信号以及液压油的旋转连接传输，可同时解决多根电缆、光缆、油管等的绕曲问题。

电缆；绕曲装置；固定盘；转动升降盘

引 言

在天线转动范围有限的情况下，大功率电源、信号和液压油等的传输不用汇流环、油铰链，而用软电缆和油管直接传输，为避免天线转动时电缆、光缆、油管磨损和擦伤甚至拉断，需设计特种绕曲装置。一般绕曲装置有大卷轮套小卷轴结构以及平面链条式定、动圈结构[1]，他们的径向尺寸相对较大，可同时卷绕的电缆根数少。此外，还有固定钢圈和转动钢圈结构，其轴向和径向尺寸都较大。可根据用途、转动范围、空间尺寸等来进行绕曲装置的具体结构设计。在有限空间内用最简单可靠的方法使功率电源、信号以及液压油等多种介质在不连续旋转的同时进行连接传输具有极大的难度，是设计师要探索和解决的问题。本文设计了结构上径向嵌套、轴向组合的绕曲装置以及不同直径固定盘和升降盘结构的绕曲装置，解决了同时绕曲多根电缆、光缆、油管的问题。

1 电缆、油管绕曲装置的构成及工作原理

1.1 电缆、油管绕曲装置的构成

在天线方位转动范围±180°的情况下，电缆、油管绕曲装置采用固定盘和转动升降盘结构，它主要由固定盘和升降盘、中心柱、钢丝绳、拉绳、托盘支架、固定夹等组成。固定盘和升降盘是同轴的，固定盘安装在天线转台上，升降盘套在中心柱外，固定盘在上，升降盘在下，用钢丝绳连接固定盘和升降盘，固定盘圆周上的出线孔和升降盘外周的安装孔形成圆柱状(也可为圆台状)，固定夹把电缆和油管夹在固定盘和升降盘及托盘支架上。该装置适用于天线座内轴向尺寸相对大、径向尺寸小的条件。

1.2 电缆、油管绕曲装置原理

从天线下来的电缆通过天线座转台，转台内有1个与其固定的固定盘，下面还有1个(或多个)升降盘，用钢丝绳悬挂在固定盘上，再用固定夹把电缆夹在固定盘和升降盘上，电缆经过天线基座上的托盘支架通到天线座外。

如图1所示，在方位0°时，悬挂的钢丝绳和盘间电缆都沿轴线下垂。方位转动某一角度时，固定盘转动同样的角度，通过钢丝绳带动升降盘既转动又轴向移动。方位转到180°时，固定盘随天线座转180°，钢丝绳就成斜线，升降盘转动同时向上移动，固定盘和升降盘间距缩小，盘间电缆更加松弛。这样，即使电缆较多，也不至于乱绞，可以减少磨损，避免擦伤。升降盘可用拉绳与天线座固定支座连接，起保护作用。

图1 绕曲装置原理图

2 电缆、油管绕曲装置设计方法

电缆、油管绕曲装置的设计方法包括以下3个方面：

1)根据用途、安装部位、转动范围、可用空间，要绕曲的电缆、油管的根数和直径，采用运动学的计算方法，对构件进行运动分析[2]，确定结构和尺寸。如图2所示，主要尺寸有升降盘直径φB，固定盘直径φC，从托盘支架A点到旋转中心的距离L，升降盘与固定盘之间的距离H1，升降盘与托盘支架之间的距离H2，升降盘与电缆最低点之间的距离H3。首先确定升降盘直径φB和固定盘直径φC，两直径应尽量相同。本例在尺寸不允许时探索性地采用了升降盘直径小于固定盘直径的倒圆台结构，以增大电缆、油管的弯曲空间，从托盘支架A点到旋转中心的距离L必须大于固定盘半径与2倍电缆直径之和，越大越好，由空间尺寸决定。其次，升降盘与固定盘之间的距离H1一般大于固定盘直径的1.1倍，升降盘与托盘支架之间的距离H2一般大于H1/2，升降盘与电缆最低点之间的距离H3一般也大于H1/2。当天线座方位从0°转到180°时，固定盘从C点转到C1点，升降盘B点转动并上升到B1点，电缆最低点D转动并上升到D1点。为了保证电缆在绕曲过程中状态良好，一般要求θ角小于15°，α角在120°左右，β角在80°左右。

图2 绕曲装置位置图

2)根据结构尺寸、转动范围确定电缆、油管的理论长度，可采用理论计算、运动图解法[3]确定长度。一般先根据理论计算长度，再通过运动图解法或三维建模图形的方法校核长度，或采用作图法确定电缆长度，再通过理论计算校核长度。实际长度应比理论长度长一些，约长5%～10%，以留出一定的运动余量。

3)进行固定盘和升降盘、中心柱、钢丝绳、拉绳、托盘支架、固定夹等结构件的设计。

3 电缆、油管绕曲装置设计

以在常用雷达天线转动±180°、天线座内空间有限的条件下，方位固定盘和转动升降盘结构电缆、油管绕曲装置的结构为例，进行结构设计。

3.1 电缆、油管绕曲装置的特点

1) 结构上径向嵌套、轴向组合，扩展性强，可同时绕曲多根电缆、光缆、油管，适用范围广；

2) 升降盘外周安装孔和固定盘四周的出线孔形成倒圆台，以增大电缆、油管的弯曲空间，充分利用有限的资源；

3) 采用支座、中心柱定位，同轴度好，运动阻力小；

4) 方位上采用相差120°的3根钢丝绳, 以减小管缆承受的重力。

3.2 电缆、油管绕曲装置的结构

如图3所示，绕曲装置包括中心柱、 支座、 固定盘、 升降盘、绳夹、 固定夹、托盘支架、 旋转接头、 钢丝绳、液压油管、电缆、光缆、电缆夹等。中心柱外侧为光滑柱面，其上下定位面必须与方位转轴同心。支座与天线座底座定位固定并支撑中心柱，能保证同心度。固定盘与天线座转台定位固定，随天线座一起转动。升降盘套在中心柱外侧，并通过方位上相差120°的3根钢丝绳与固定盘连结，升降盘既能转动也能上下移动。托盘支架安装在天线座底座的内侧圆周上，保证天线座内电缆有一定的转动空间，经过托盘支架固定的电源电缆、光缆、液压油管再用固定夹固定在升降盘外周，最后穿出固定盘圆周上的出线孔并固定。为了在有限的空间内实现电缆的绕曲，将电缆分成若干根，并采用弯曲半径较小的软电缆，结构上升降盘外周安装孔和固定盘圆周上的出线孔形成倒圆台(在空间允许的条件下常为圆柱状)，以增大电缆的弯曲空间。液压油管的绕曲与电缆、光缆的绕曲用同一装置，安装在不同位置，托盘支架和升降盘之间以及升降盘和固定盘之间的油管各用1个旋转接头，以减少液压油管的扭曲。升降盘和固定盘之间的电缆、光缆、油管长度比悬挂的3根钢丝绳要长些，以减小电缆、光缆、油管承受的重力，3根缆绳带护套，不会磨破电缆。升降盘下面悬挂的电缆、油管等要比拉绳长些。

图3 绕曲装置结构示意图

3.3 主要构件的结构设计

3.3.1 固定盘的结构设计

固定盘直接与天线座转台定位固定，随天线座一起转动，固定盘上安装方位上相差120°的3个绳夹。根据需装电缆的数量和直径，在圆周上开过线孔，对每个孔都进行编号，并与升降盘上的安装孔编号一一对应，每个过线孔装相应的固定夹,如图4所示。

图4 固定盘俯视图

3.3.2 升降盘的结构设计

升降盘由3块120°的扇形盘、套筒、弹子座、绳夹、 固定夹等构成，如图5所示。弹子座由轴、钢球、座构成，如图6所示。弹子座分上下2层均匀分布在套筒上，可以通过轴调节钢球的伸出长度，钢球可以在座中自由转动，这样可以保证升降盘在中心柱外表面运动自如。升降盘直径小于固定盘直径时，四周固定夹的安装孔上下错开排列，增加了升降盘四周电缆和油管的分布数量。对于电缆直径很粗的电缆，升降盘电缆固定夹可采用其它结构，但要能浮动。

图5 升降盘结构

图6 弹子座结构

4 结束语

本文介绍的电缆、油管绕曲装置结构紧凑，功能多，适用范围广，性能安全可靠，成本低，可同时解决多根电缆、光缆、油管等的绕曲问题。可在有限空间内用最简单可靠的方法实现功率电源、信号以及液压油的不连续旋转的连接传输。由于采用组合化结构，因而可根据旋转传输要求和品种的增减，方便地增减构件，适用范围广。

[1] 吴风高. 天线座结构设计[M]. 西安: 西北电讯工程学院出版社,1986.

[2] 黄真, 孔令富, 方跃法. 并联机器人机构学理论及控制[M]. 北京: 机械工业出版社,1997.

[3] 黄锡恺, 郑文纬. 机械原理[M]. 北京: 人民教育出版社,1981.

Design of Wind Equipment of Cable and Oil Pipe

WANG Yan

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

Aiming at the transmitting requirements of high power supply and hydraulic oil in the limited rotation range, the design of new wind equipment of the cable and oil pipe is discussed. In this paper, the wind equipment of the cable and oil pipe including its composition, operation principle and structural feature is introduced. The design method of the wind equipment of the cable and oil pipe is described in detail. The structures inlayed in radius and composed in axle, the fixed plate and motive plate with different diameters are illustrated. The wind equipment is characterized by compact structure, low cost, combination function, wide application scope, safe and reliable performance. It can achieve transmitting of the power supply, signal and hydraulic oil in limited room with the simplest and the most reliable method and can resolve simultaneously the winding problem of several cables, optical fiber cables and oil pipes.

cable; wind equipment; fixed plate; motive plate

2014-07-23

TN81

A

1008-5300(2014)06-0027-03

王 雁(1964-)，女, 硕士, 研究员级高级工程师, 主要从事机械设计与优化以及雷达结构研究工作。