Кабельный барабан с пружинным приводом

Область техники
Полезная модель относится к грузоподъемной технике и может быть использована в устройствах для измерения линейного перемещения секций телескопической стрелы грузоподъемной машины и передачи электроэнергии и электрических сигналов на оборудование, установленное на ее выдвижной секции.
Уровень техники
Известен барабан с пружинным приводом, входящий в состав устройства для определения длины телескопической стрелы грузоподъемного крана. Корпус барабана включает в себя шкив с ребордами и торцевую стенку, выполненные из легкого сплава за одно целое. На шкив намотан гибкий элемент в виде троса. В барабане размещен пружинный блок, включающий в себя собственный корпус с крышкой и размещенную в этом корпусе спиральную ленточную пружину, внутренний конец которой заведен во втулку, консольно закрепленную на торцевой стенке барабана, а внешний конец пружины закреплен на корпусе пружинного блока (Приборы безопасности грузоподъемных кранов. Часть II - учебно-методическое пособие. СПб.; 2001, с. 77-79, рис. 3.6, 3.7).
Барабан имеет простую конструкцию, но для его изготовления необходимо специализированное оборудование.
Наиболее близким к предложенной полезной модели по совокупности существенных признаков является кабельный барабан открытого типа с пружинным приводом, входящий в состав устройства для определения длины телескопической стрелы грузоподъемной машины. Кабельный барабан имеет обечайку, на которую намотан гибкий элемент в виде кабеля-троса, две торцевые стенки, связанные между собой с помощью крепежных элементов, два опорных элемента с установленными в них подшипниками качения, закрепленные на внутренних поверхностях торцевых стенок барабана, и установленную в подшипниках пустотелую неподвижную ось, один из концов которой жестко закреплен на донной части стакана, снабженного фланцем для крепления барабана на телескопической стреле грузоподъемной машины. В полости барабана размещена спиральная ленточная пружина, ограниченная с боков дискообразными элементами и зафиксированная от смещения в полости барабана втулками. Один конец пружины закреплен на оси барабана, а другой конец - на одном из крепежных элементов. Кабельный барабан снабжен: преобразователем угла поворота кабельного барабана в электрический информационный сигнал, выполненным в виде многооборотного потенциометра, ось которого кинематически связана с барабаном, и многоканальным токосъемным устройством, включающим в себя неподвижные контакты в виде набора изолированных друг от друга, последовательно расположенных по оси кабельного барабана и связанных между собой с помощью резьбовых крепежных элементов в единый узел плоских металлических колец, образующих группу неподвижных контактов токосъемного устройства, к которым подсоединены провода для подвода электроэнергии и электрических сигналов, пропущенные через пустотелую ось барабана, и подвижные лепестковые контакты, к которым подключены провода кабеля-троса, установленные на стенке кабельного барабана с возможностью взаимодействия с кромками указанных металлических колец (RU 154954 U1, В66С 13/46, 20.09.2015).
В данной конструкции кабельного барабана использовано многоканальное токосъемное устройство, имеющее сравнительно большие габариты в осевом направлении, что увеличивает габариты кабельного барабана в целом и усложняет процесс его сборки из-за необходимости предварительной сборки металлических колец токосъемного устройства в единый узел с пропусканием проводов, подключаемых к металлическим кольцам, через пустотелую неподвижную ось кабельного барабана. При этом консольное закрепление пустотелой оси кабельного барабана на донной части стакана, установленного на корневой секции стрелы, приводит к тому, что донная часть стакана точечно воспринимает изгибающие нагрузки от кабельного барабана в процессии транспортировки грузоподъемной машины и ее эксплуатации, что может привести к отклонению оси кабельного барабана от заданного положения, перпендикулярного к боковой поверхности корневой части телескопической стрелы, с неправильной намоткой кабеля-троса на кабельный барабан, и снизить тем самым точность определения длины телескопической стрелы грузоподъемной машины. Недостатком данного кабельного барабана является также расположение спиральной ленточной пружины в его полости, что усложняет процесс сборки кабельного барабана и не исключает возможность травмирования сборщика при случайной размотке пружины в процессе сборки пружинного привода. Кроме этого, при работе грузоподъемной машины в суровых климатических условиях, например на Крайнем Севере, возможен отказ в работе кабельного барабана из-за смерзания витков спиральной ленточной пружины вследствие резкого перепада температур и образования конденсата в закрытой полости барабана при въезде и последующем выезде грузоподъемной машины из теплого бокса. В случае поломки пружины в таком кабельном барабане ее замена оперативно на месте не возможна, так как надо разбирать и собирать кабельный барабан полностью с перепайкой разъемов.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание простого по конструкции кабельного барабана с пружинным приводом, с уменьшенными габаритами в осевом направлении и повышенной ремонтопригодностью.
Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что в кабельном барабане с пружинным приводом, содержащем шкив с намотанным на него гибким элементом в виде кабеля-троса, две связанные между собой торцевые стенки, ось кабельного барабана, установленную в опорных подшипниках, размещенную в полости кабельного барабана спиральную ленточную пружину, внутренний конец которой закреплен на оси кабельного барабана, преобразователь угла поворота кабельного барабана в электрический информационный сигнал, токосъемное устройство, включающее в себя контакты в виде металлических колец и взаимодействующие с ними лепестковые контакты, и стакан с фланцем для установки кабельного барабана на корневой секции телескопической стрелы, согласно полезной модели, спиральная ленточная пружина снабжена цилиндрическим защитным кожухом с крышкой, включающим в себя обечайку, на которой закреплен внешний конец данной пружины, и две торцевые стенки, на одной из которых закреплена подшипниковая опора для оси кабельного барабана с установленными в ней опорными подшипниками, выполненная с фланцем, закрепленным на торцевой поверхности кромки стакана, а другая торцевая стенка выполнена кольцеобразной и на ней закреплена крышка защитного кожуха, один из концов оси кабельного барабана соединен с его внешней торцевой стенкой; преобразователь угла поворота кабельного барабана в электрический информационный сигнал размещен в полости стакана и вал преобразователя кинематически связан со свободным концом оси кабельного барабана, токосъемное устройство включает в себя закрепленную на внутренней поверхности внешней торцевой стенки кабельного барабана первую дискообразную пластинку, выполненную из изоляционного материала с концентрически расположенными на ее внешней поверхности электропроводящими кольцами, образующими подвижные контакты токосъемного устройства с подключенными к ним проводами кабеля-троса, и лепестковые неподвижные контакты, закрепленные на внешней поверхности крышки защитного кожуха с возможностью взаимодействия с плоской внешней поверхностью электропроводящих колец, а внутренняя торцевая стенка кабельного барабана, расположенная напротив стакана, выполнена кольцеобразной и через отверстие в этой стенке пропущен кабель для подвода электроэнергии и электрических сигналов к неподвижным контактам токосъемного устройства.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Электропроводящие кольца токосъемного устройства выполнены из металлической пластины с расположенными на их внешней и внутренней цилиндрических поверхностях токоподводами в виде ушек, отогнутых перпендикулярно электропроводящим кольцам, а первая дискообразная пластинка выполнена с отверстиями, в которых закреплены токоподводы электропроводящих колец.
Первая дискообразная пластинка выполнена в виде печатной платы с металлизированными отверстиями, в которых закреплены с помощью пайки токоподводы электропроводящих колец, и с нанесенными на ее внутреннюю поверхность контактными площадками, соединенными с металлизированными отверстиями для токоподводов электропроводящих колец, при этом к контактным площадкам припаяны провода кабеля-троса.
Лепестковые неподвижные контакты закреплены на внешней поверхности крышки защитного кожуха с помощью второй дискообразной пластинки, выполненной в виде печатной платы, на которой закреплены лепестковые неподвижные контакты с возможностью взаимодействия с плоской внешней поверхностью электропроводящих колец.
Внешняя торцевая стенка кабельного барабана прижата с помощью резьбового крепежного элемента к торцу оси кабельного барабана плоским кольцевым опорным элементом, а сам кабельный барабан снабжен средством для стопорения его оси от проворачивания.
В предлагаемом кабельном барабане многоканальное токосъемное устройство выполнено практически плоским, с возможностью пропускания кабеля для подвода электроэнергии и электрических сигналов к неподвижным контактам токосъемного устройства через расположенную напротив стакана кольцеобразную стенку кабельного барабана, что существенно упрощает процесс его сборки. При этом снабжение спиральной ленточной пружины цилиндрическим защитным кожухом исключает возможность травмирования сборщика кабельного барабана при случайной размотке пружины во время сборки пружинного привода, так как защитный кожух с установленной в нем пружиной может быть поставлен на сборку в виде заранее собранного пружинного блока, что также упрощает процесс сборки кабельного барабана. Кроме того, в случае поломки пружины в кабельном барабане возможна ее оперативная замена, так как доступ к пружинному блоку осуществляется снятием шкива в сборе с кабелем-тросом путем отворачивания одного крепежного элемента, что существенно повышает ремонтопригодность пружинного привода.
Технический результат, получаемый при использовании полезной модели, заключается в упрощении конструкции кабельного барабана, уменьшении его габаритов в осевом направлении и повышение его ремонтопригодности.
Приведенные далее описание предлагаемого устройства и сопровождающие чертежи предназначены только для иллюстрации полезной модели и ни в коем случае не ограничивают объема формулы полезной модели.
Краткое описание чертежей На фиг. 1 показан кабельный барабан открытого типа с пружинным приводом, установленный на телескопической стреле грузоподъемной машины; на фиг. 2 - место А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на подвижные контакты токосъемного устройства; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - место Д на фиг. 5; на фиг 7 - место Е на фиг. 5; на фиг. 8 - второй пример крепления неподвижных контактов токосъемного устройства; На приведенных рисунках одни и те же детали обозначены одинаковыми позициями.
Осуществление полезной модели
Кабельный барабан с пружинным приводом содержит шкив 1 с намотанным на него гибким элементом в виде кабеля-троса 2; стакан 3 с фланцем 4 для установки кабельного барабана на корневой секции телескопической стрелы; размещенный в полости стакана 3 преобразователь угла поворота кабельного барабана в электрический информационный сигнал в виде многооборотного потенциометра 5; и размещенные в полости кабельного барабана пружинный привод 6 и многоканальное токосъемное устройство 7 для передачи электроэнергии и электрических сигналов по кабелю-тросу 2 на оборудование, установленное на выдвижной секции телескопической стрелы.
Кабельный барабан включает в себя также две торцевые стенки 8 и 9, связанные между собой с помощью резьбовых крепежных элементов в виде болтов 10 с гайками 11, пропущенных через отверстия в шкиве 1, и поворотную ось 12, установленную в подшипниковой опоре 13, выполненной с фланцем 14, закрепленным на торцевой поверхности кромки стакана 3 при помощи винтов 15. При этом торцевая стенка 8 кабельного барабана, расположенная напротив стакана 3, выполнена кольцеобразной, а один из концов оси 12 кабельного барабана прижат к его внешней торцевой стенке 9 с помощью резьбового крепежного элемента 16.
Пружинный привод 6 включает в себя спиральную ленточную пружину 17, снабженную цилиндрическим защитным кожухом 18 с крышкой 19. Защитный кожух 18 включает в себя обечайку 20 и две кольцеобразные торцевые стенки 21 и 22. Торцевая стенка 21 защитного кожуха 18 снабжена примыкающей к ней дополнительной кольцеобразной пластиной 23 и опорной втулкой 24, выполненной с кольцеобразным выступом, вставленным в отверстие стенки 21, и кольцеобразным углублением для кромки подшипниковой опоры 13. Стенка 21 защитного кожуха 18, дополнительная кольцеобразная пластина 23 и опорная втулка 24 жестко соединены между собой с помощью сварки в неразборную конструкцию, закрепленную на торце подшипниковой опоры 13 с помощью винтов 25. При этом в подшипниковой опоре 13 и в опорной втулке 24 установлены два шариковых подшипника 26 для оси 12 кабельного барабана. Один конец пружины 17 закреплен на оси 12 кабельного барабана, а другой конец - на обечайке 20 защитного кожуха 18. На кольцеобразной торцевой стенке 22 защитного кожуха 18 закреплена крышка 19 с помощью винтов 27.
Многоканальное токосъемное устройство 7 включает в себя: размещенную в полости кабельного барабана соосно его оси 12 и закрепленную на внутренней поверхности внешней торцевой стенки 9 кабельного барабана дискообразную пластинку 28, выполненную из изоляционного материала с концентрически расположенными на ее внешней поверхности электропроводящими кольцами 29, образующими подвижные контакты токосъемного устройства; и лепестковые неподвижные контакты 30 (контактные ламели), закрепленные на внешней поверхности крышки 19 защитного кожуха 18 с помощью электроизоляционных колодок 31 с возможностью взаимодействия лепестковых неподвижных контактов 30 с внешней поверхностью электропроводящих колец 29.
Электропроводящие кольца 29 токосъемного устройства 7 выполнены из металлической пластины, преимущественно из листовой нержавеющей стали, с расположенными на их внешней и внутренней цилиндрических поверхностях токоподводами 32 в виде ушек, отогнутых перпендикулярно электропроводящим кольцам 29, а дискообразная пластинка 28 выполнена из изоляционного материала в виде печатной платы с металлизированными отверстиями, в которых закреплены токоподводы 32 электропроводящих колец 29 с помощью пайки, и с нанесенными на ее внутреннюю поверхность (противоположную поверхности, на которой расположены электропроводящие кольца 29) контактными площадками 33, соединенными с металлизированными отверстиями для токоподводов 32. К контактным площадкам 33 припаяны провода кабеля-троса 2, а через отверстие в стенке 8 кабельного барабана пропущен кабель 34 со штепсельным разъемом 35 на конце для подвода электроэнергии и электрических сигналов к лепестковым неподвижным контактам 30 токосъемного устройства 7. При этом торцевая стенка 9 кабельного барабана снабжена закрепленным на ее внутренней поверхности с помощью сварки или клепки торцевым элементом, выполненным в виде звездочки 36, на которой закреплена с помощью винтов 37, снабженных электроизоляционными втулками 38, первая дискообразная пластинка 28 с электропроводящими кольцами 29.
Свободный конец оси 12 кабельного барабана кинематически связан с валом многооборотного потенциометра 5 с помощью одноступенчатой зубчатой передачи с параллельным расположением осей, снабженной приспособлением для выборки зазоров в зубчатом зацеплении, конструкция которого не является предметом настоящей полезной модели и не представляет труда для специалистов в данной области.
На боковой стенке стакана 3 закреплен гермовывод 39 для подключения потенциометра 5 к регистрирующему прибору.
На фиг.6 и 7 показано крепление внутреннего и внешнего концов спиральной ленточной пружины 17, аналогичное креплению концов одной из пружин в кабельном барабане по патенту заявителя на полезную модель №162490.
Внешний конец пружины 17 представляют собой захватное средство, выполненное в виде крюка 40 с глубоким зевом, образованным загнутым плоским концом 41 пружины 17. Крюк 40 заведен в щель 42, образованную кромками обечайки 20, выполненной с незамкнутой цилиндрической поверхностью, и находится в зацеплении с одной из ее кромок.
Внутренний конец пружины 17 также представляют собой захватное средство, выполненное в виде крюка 43, находящегося в зацеплении с осью 12 кабельного барабана. Крюк 43 образован загнутым плоским концом 44 пружины 17, кромка которого дополнительно загнута по дуге окружности с образованием цилиндрического захватного элемента 45.
Для зацепления крюка 43 с осью 12 кабельного барабана в оси выполнен продольный паз 46, имеющий плоскую направляющую поверхность 47 для цилиндрического захватного элемента 45, параллельную диаметральной плоскости оси 12, и две изогнутые по дуге окружности поверхности 48 и 49. Поверхность 48 совмещена с плоской направляющей поверхностью 47 и образует в теле оси 12 углубление под цилиндрический захватной элемент 45, а поверхность 49 образует скругленную кромку продольного паза 46, контактирующую с плоским концом 44 пружины 17. Такое крепление внутреннего конца пружины 17 в продольном пазу 46 оси 12 кабельного барабана предотвращает возможность поломки пружины 17 при внезапном обрыве кабеля-троса 2, что повышает надежность пружинного привода.
Торцевая стенка 9 кабельного прижата плоским кольцевым опорным элементом 50 к торцу оси 12 кабельного барабана с помощью резьбового крепежного элемента 16, а сам кабельный барабан снабжен средством для стопорения его оси от проворачивания, выполненным в виде опорного выступа 51 на внутренней цилиндрической поверхности звездочки 36, находящегося в зацеплении с продольным пазом 46 на оси 12. Снабжение кабельного барабана средством для стопорения его оси исключает возможность нарушения соединения внешней торцевой стенки 9 кабельного барабана с его осью 12 в процессе эксплуатации кабельного барабана, что повышает его надежность.
Кабельный барабан с пружинным приводом работает следующим образом.
В исходном положении на шкив 1 кабельного барабана намотан гибкий элемент в виде кабеля-троса 2. Подпружиненный кабельный барабан, взаимодействующий с кабелем-тросом, обеспечивает его постоянное натяжение. Перемещение секций телескопической стрелы вызывает поворот кабельного барабана, передаваемый через зубчатую передачу на вал многооборотного потенциометра 5. Очевидно, что угол поворота вала потенциометра 5 пропорционален длине телескопической стрелы. Дальнейшая обработка сигналов с потенциометра 5 и определение длины телескопической стрелы грузоподъемной машины не представляет труда для специалистов в данной области.
При обрыве кабеля-троса 2 под действием пружинного привода 6, начинается вращение шкива 1. После того как пружина 17 полностью разжалась, шкив по инерции будет продолжать вращаться. При этом момент инерции шкива передается через пружину 17 на захватное средство в виде крюка 43. Крюк 43 начнет перемещаться по направляющей поверхности 47 и далее по цилиндрической поверхности оси 12 кабельного барабана до того момента когда крюк 43 не вернется обратно в исходное состояние. Такое вращение будет происходить до тех пор, пока не остановится шкив. После ремонта кабеля-троса 2 при вращении шкива в сторону, когда пружина 17 начнет сжиматься, крюк 43 установится в исходное состояние и будет удерживаться неподвижно на оси 12 кабельного барабана.
На фиг. 8 приведен второй пример крепления неподвижных лепестковых контактов 30 токосъемного устройства 7 на внешней поверхности крышки 19 защитного кожуха 18 с помощью второй дискообразной пластинки 52, выполненной из изоляционного материала в виде печатной платы, на которой закреплены лепестковые неподвижные контакты 30 с возможностью взаимодействия с плоской внешней поверхностью электропроводящих колец 29. Пластинка 52 закреплена на внешней поверхности крышки 19 защитного кожуха 18 с помощью винтов 53, снабженных электроизоляционными втулками 54.
Полезная модель допускает также иные примеры реализации предлагаемого кабельного барабана с пружинным приводом при сохранении общего изобретательского замысла, изложенного в формуле полезной модели. При реализации полезной модели могут использоваться также различные конструктивные исполнения его элементов, отличающиеся от описанных в данной заявке. Все элементы и узлы предлагаемого устройства, не раскрытые в настоящей заявке, известны из уровня техники и не являются предметом правовой охраны данной полезной модели.
Промышленная применимость
Предлагаемое устройство может быть изготовлено промышленным способом с использованием современных материалов и технологий. В качестве преобразователя угла поворота кабельного барабана в электрический информационный сигнал можно использовать, например, многооборотные потенциометры фирмы Vishay или известные магнитные энкодеры, имеющие собственный вал с закрепленным на нем постоянным магнитом и расположенную на печатной плате напротив магнита магниточувствительную микросхему-преобразователь, например, микросхему MLX 90316 фирмы "Milexis". Торцевые стенки кабельного барабана, элементы защитного кожуха и электропроводящие кольца токосъемного устройства могут быть выполнены из листовой стали с использованием высокоточной лазерной резки.