专利名称：主缆缠丝机及其缠丝方法
技术领域：
本发明涉及一种在悬索桥主缆上密匝缠绕镀锌软钢丝的装置及其缠丝方法。
背景技术：
悬索桥符合现代桥梁大跨、重载、美观的发展方向，由于主缆是悬索桥的主体结 构，其防护尤显重要，主缆防护的传统做法是先涂不千性防腐膏，再密匝缠丝，最后 油漆。故主缆缠丝机是悬索桥安装施工的主要专用设备。以往国外有类似设备但因价 格高昂，功能不全而使研制者下决心研制国产设备，其结构、功能均以达到或优于国 际先进设备为目标，经十几年努力，终于研制出主缆缠丝机及其缠丝方法，并成功地 应用于国内多座特大悬索桥施工中。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种悬索桥主缆缠丝防护的主缆缠丝机 及其缠丝方法。
本发明目的的实现方式为，主缆缠丝机，由主机、前、后夹持架、导向梁四大部 分组成，
主机的机架1是一个门型下开口框架，机架横梁和前立柱上安装大齿圈托辊，旁 侧立柱上安装4套夹紧机构7，顶面两侧安装传动系统3、 4，正中安装走行机构6，两 侧下方装有液压泵站5及工具箱，框架的开口处相应夹紧点的立柱下方有拉杆，导向 梁8联结前、后夹持架，
传动机构的调频电机21联接行星齿轮减速器22，通过牙嵌离合器26联接前端传 动装置23、小齿轮24与大齿圈12联接，前端传动装置23上有棘轮装置25，
大齿圈12端面上安装缠丝机构2，大齿圈12开有跨越索夹的缺口，缺口处装连接 板14、活动门13、锥销15，贮丝轮16是个巻丝筒，它的内孔两端及固定轴上装有摩 擦轮，张紧装置17由两组摩擦轮及一个弹簧补偿装置18组成，端部缠丝附件19装在 大齿圈(12)上,用于索夹附近的主缆缠丝。
主缆缠丝机的缠丝方法，具体步骤如下 〔1) ^t即将缠丝的节段，清除主缆11上杂物，用溶剂清洗主缆表面的油污及沙
尘；
(2)调整好缠丝与走行的速度匹配关系，即缠丝齿圈每转一圈，机器走行两倍钢 丝直径或节距，张力调整至所需数值；
(3) 起始端，索夹端部的主缆缠丝-
A、安装贮丝轮16和端部缠丝附件19，并穿绕钢丝20，主机行进至端部缠丝附 件前端距索夹端部间距30ran处，
B、 将电机速度调至150r/min左右，
C、 用钢丝钳将缠丝丝头扭挂在索夹的螺栓上，
D、 进行端部缠丝，缠至3圈后停机按要求进行并接焊，焊后用磨光机打磨焊坡， 保留焊坡高度3mm,将缠好的钢丝推入索夹10端部槽内，
E、 点动端部缠丝3 4圈并推向索夹端部后停机，脱开缠丝牙嵌离合器26，机器 反向走行，直至端部缠丝附件的出丝与己缠好钢丝平齐后停车，
F、 合上牙嵌离合器26，继续点动缠丝，正常后，连续缠丝，缠丝至距索夹端部约 600mm停止，
G、 按要求并焊钢丝，并打磨焊坡，
H、 机器反向点动，松开端部缠丝附件上的钢丝，拆除端部缠丝附件，
I、 脱开牙嵌离合器26，机器反向走行，空车走行直至张紧装置的张紧轮的出丝与 已缠好的钢丝平齐停止，
(4) 节间缠丝
起始端缠丝完成后，接着进行节间缠丝，节间缠丝每间隔1米进行一次并接焊， 焊部位应在主缆上表面30°圆心角所对应得圆弧范围内，
(5) 末端索夹端部的主缆缠丝
A、 节间缠丝靠近下一索夹时，缠丝速度放慢，在主缆倾斜段要当心丝巻或大齿圈 刮碰悬索，
B、 焊钢丝，截断一头，
C、 将己缠好的一节钢丝慢慢推打至进索夹端槽内，并与索夹加楔焊固，
D、 继续推打第二节己缠好的钢丝，直至密匝排丝己至先前停机位置，
E、 焊钢丝，并截断，
F、 退回至被推移钢丝后，无缠丝部分的起端、丝头与起端接丝焊牢固，
G、 继续正常缠丝至先前停机处，与先前推向前的一节段钢丝靠拢，焊接，然后 切断丝头，打磨平整，
(6) 齿圈过夹
A、 将齿圈旋至开口于正下方，拆下活动门的销钉及压板14、 15，打开活动门13，
B、 挂好齿圈防转拴拉链条，脱开牙嵌离合器26，
C、 启动主机走行系统4，使齿圈慢速过索夹10，直至齿圈前端面越过索夹端面 约600mm停止，
D、 关闭复原并栓固齿圈活动门13,合上牙嵌离合器26，
E、 装上端部缠丝附件19，摘除齿圈上的栓挂链条，准备第二个节间的起始端端 部缠丝。
主缆缠丝机工作时，大齿圈的旋转运动带动其上的缠丝装置，双股镀锌软钢丝对 主缆进行缠绕，以调频控制旋转及走行电机转速，使缠丝与走行精确匹配，以速度反 馈纠正偏差，实现密匝缠丝。
本发明有以下特点
(1) 主缠丝机和夹持架可沿主缆交替自行，作业范围可达主缆全程，不需要外 部机构牵引，快速行走机构，大幅度提高了作业效率；
(2) 遇到索夹和吊索，液压驱动，发送信号，自动跨越，能连续行走；
(3) 旋转部分转速与走行速度自动匹配，做到缠丝一圈紧扣一圈，通过微调装 置，可适应缠丝节距或直径公差的变化范围。
(4) 缠丝时钢丝最大张力可达2.810\，并可有效调节和固定；
(5) 可缠丝主缆节间全程，通过端部缠丝附件，克服了索夹与齿圈间形成的死 角，可缠丝至索夹端部，也克服了索夹两端嵌入缠丝的难题；
(6) 操作容易，数字显示、 一目了然，安全可靠。 主缠丝机适应直径为4)250 小1200mm悬索桥主缆，主要用途是在悬索桥架设后
期作主缆防腐，然后密匝缠绕镀锌软钢丝，形成永久保护层，延长悬索桥主缆使用寿 命。
图la、 b是主缠丝机构主、侧视图 图2是缠丝机构装置结构示意图 图3是主传动机构结构示意图 图4是走行机构结构示意图 图5是液压系统原理图
具体实施例方式
参照图la、 b，主缠丝机由主机、前、后夹持架、导向梁四大部分组成。 各机构的作用及原理分述如下 (1)主机主机的机架l是一个门型下开口框架，由型钢和钢板拼焊而成。在它
的横梁和前立柱上安装大齿圈托辊；其旁侧立柱上安装四套夹紧机构7;顶面两侧安装
传动系统3、 4，正中安装走行机构6。为使重心降低，机架两侧下方装有液压泵站5 及工具箱。框架的开口处相应夹紧点的立柱下方有拉杆，欲将主机夹紧时应先安装好拉杆再 夹紧主机于主缆11上，但松开主机夹紧机构后，应拆下此拉杆，将其用在夹持架9上。
(2) 夹紧机构全机共有八套夹紧机构7，主机四套，前、后夹持架9各两套。夹 紧为手动，辅以专用扳手，夹住手轮，两人一起使劲，使之至少产生80Kg-m的夹紧力 矩。夹紧机构的基本结构是丝杆、螺母和闸瓦。
(3) 传动机构参照图3，主传动机构3由调频电机21驱动，额定功率15KW，在 U6 1450r. p.m范围内可调速，并采用行星齿轮减速器22减速。电机联接液压推杆制 动器，使制动平稳无冲击。前端有牙嵌离合器26，联接前端传动装置与小齿轮23，然 后传至大齿圈12，赋予缠丝的旋转运动。牙嵌离合器可控制大齿圈转与不转，以适应 跨越索夹及悬索时齿圈活动缺口打开通过的要求。前端传动装置上有棘轮装置25，防 止停车时因钢丝张力作用使齿圈反转，防止已缠好的丝松开。大齿圈旋转既可与走行 动作匹配，亦可单独旋转，如在过索夹前齿圈位置调整及缠绕索夹端嵌入部分时就地 转几圈。
(4) 缠丝机构参照图2，缠丝机构2安装在大齿圈12端面上， 一靠大齿圈的旋 转运动实现缠绕动作，二靠与旋转相匹配的走行速度实现排钢丝。"S"形断面钢丝 的宽为7mm，但缠丝节距为4.5mm，即大齿圈转一圈，主机行走9ram，完全在机器的无 级调速包容范围之内。本机采用双头缠丝方式，故齿圈上有两套相同的机构。
缠丝机构2包括有大齿圈12、贮丝轮16、张紧装置17，都装在大齿圈12端面上。 对索夹端部缠丝，还设计有端部缠丝附件19。
A、 大齿圈大齿圈12既是传动元件，又是缠丝部件的载体。在跨越索夹时，齿 圈为避开悬索，其上开有缺口，缺口处装活动门13，过夹时使缺口朝下，卸下锥销15， 取下连接板14，打开活动门13。跨越索夹后再关上活动门13，装上连接板14和锥销 15。
大齿圈的旋转运动带动其上的缠丝装置2，双股镀锌软钢丝20对主缆进行缠绕， 以调频控制旋转及走行电机转速，使缠丝与走行精确匹配，以速度反馈纠正偏差，实 现密匝缠丝。主机架在主缆上的走行及夹持架的走行为同一套传动机构，二者交替进 行。缠丝的张紧力有可调机构，满足主缆不周施工阶段缠丝的张力值要求。
B、 贮丝轮16的基本结构是个巻丝筒。它的内孔两端及固定轴上均装有摩擦轮， 摩擦力依靠轴端螺母和弹簧调节。当钢丝在张紧装置上形成张力时，贮丝轮上的摩擦 力只起"打稍"的作用(牵制作用)。贮丝轮贮丝量多些则节间钢丝接头少些，既縮短了接头的辅助时间，又提高了缠丝质量，故本机每个JJt丝轮可预巻丝300Kg (两盘 600Kg)，完全满足节间不接头或少接头的要求。
C、 张紧装置张紧装置17由两组摩擦轮17及一个弹簧补偿装置18组成。缠丝 时的张力由数组摩擦轮的摩擦阻力形成，力的大小通过螺母施加的正压力大小来调整。 安在两摩擦轮间的弹簧补偿装置上的张力补偿轮18是用以补偿IC丝轮上放丝过程中松 紧的微小变化，以及大齿圈中心与主缆中心不重合造成的长度变化量。
张力大小可从操作箱显示屏上读出，张力检测装置将张力产生的弹簧变形转换成 位移变化量AL，通过Tzf(AL)的函数关系将信号传输给旋转齿圈上的无线发射装置， 发射装置可在20m范围内使固定操作箱接收到，并用数字显示于显示屏上，精确度 0. 1KN。
张力过小或过大都会对缠丝产生不利影响。张力过小缠丝过松，会使防护失效， 而张力过大易拉断钢丝，影响缠丝工作顺利进行。张力过大亦使缠丝机功率增大，结 构亦要求更强，可通过调整装置改变预紧力而得到修正
D、 索夹端部缠丝时，为了最大限度靠近索夹，设计有端部缠丝附件19。
(5) 走行传动系统参照图4，走行传动系统由慢速系统及快速传动组成。当正常 缠丝时，用的是慢速系统。慢速系统由可调频电机带动双级摆线针轮减速器及蜗杆箱 传动。将动力传至巻扬机上，巻扬机另一端的绳头固定在主缆缠丝机前方第二个索夹 旁的走行牵引固定端销轴上。走行与齿圈匹配由数传模块控制，通过行程开关，速度 检测，故障检测，跟踪补偿等方式达到精密匹配，避免缠丝中出现间隙过大或过密罗 迭现象，达到密匝之要求。
巻扬机的钢丝绳选用不旋转型，安装前作1/2的破断荷载预张拉，消除其非弹性 变形。
通过牙嵌离合器的离合(最好在主机夹紧状态下离合)，走行传动可变快速。当 需要快速移动主机时，它可以14.56m/min的速度移动主机。而移动夹持架9时快速更 是节省辅助时间，提高功效的可靠保证。此时需将牵引索绕过机器前方的走行牵引固
定端卡箍的滑轮，转头固定在夹持架9端头牵引销上，夹持架9快速移动的速度为 14. 56m/miru
(6) 液压跨越索夹系统
走行机构6中的高强尼龙走行轮做成双曲线形，滚动中不伤主缆镀锌层，走行轮 抬升与下落由液压油缸执行。当走行轮6临近索夹IO端部时，其前方的一组固定轮正 好上了索夹面，起到临时支撑作用。遇到索夹前发信号，便将信号发至控制箱中的PLC， 控制系统发出指令，液压换向陶27自动换向，使油缸动作，将走行轮抬起至上索夹的 高度。走行轮顺利通过索夹，过完索夹，走行轮又自动落下。
走行轮的安装位置可通过调整垫块改变，不同位置可与主缆不同直径的中心吻合， 因而改变走行轮的安装高度可改变机器适于主缆的直径，从而达到一机多用。
液压系统工作压力16MPa，由于设计有蓄能器及液压锁，使得系统更为可靠、安全。 主机有走行轮四套，夹持架9有走行轮二套，均与固定轮、传感器配套使用。 (7)电气系统
本系统采用交流三相四线380/220V 50HZ供电制式，由猫道上配电板供电；控制 系统采用以一个PLC为控制核心，采用带测速传感器的高性能矢量控制变频器为缠丝 及主机走行运动速度的精确匹配进行控制；采用微功率无线数传模块将缠丝张力传送 至显示单元显示；采用电磁感应接近开关，自动控制液压系统跨越索夹。
① 主旋转电机与缠丝(慢速)走行电机的控制
主旋转电机M1与缠丝(慢速)走行电机M2均为变频调速电机，分别采用G7系列 变频调速器U1、 U2进行变频调速控制。在主旋转电机及缠丝(慢速)走行电机的高速 轴均装有一个测速光电编码器(PG1、 PG2)，速度信号分别反馈至变频器U1、 U2，此速 度信号一方面与PLC通过MEM0BUS网络(物理接口 RS485)传送过来的目标速度比较， 提高控制精度及改善力矩特性，另一方面通过MEMOBUS网络，将速度传送至PLC， PLC 根据主旋转电机与缠丝(慢速)走行电机之间的速度匹配关系算法，分别发出主旋转 电机M1、走行电机M2的速度控制命令，以达到对主旋转电机M1与走行电机M2之间的 速度较精确匹配。对于缠丝累积误差可通过操作箱上加速或减速微调按钮进行手动调 整。
② 缠丝张力的测量及显示
张力检测装置将张力产生的弹簧变形转换成位移变化量，此变化量与张力成正比 例函数关系。本机在大齿圈上安装有2个高精度的位移传感器，可与2套张力检测装 置弹簧的变形同步位移，此位移量经安装在大齿圈上的微功率数传模块进行数字处理 及高效前向纠错编码，再经FSK高频调制后，以无线电的形式发送至接收装置。接收 装置收到此信号后，经过解调及解码后传送至PLC，经PLC处理后送至显示单元进行显 示。当张力异常时，PLC可及时发出声光报警信号，且报警值可调。
③ 液压系统自动跨越索夹的控制
参照图5，夹持架油缸6及主机走行油缸前、后均安装有电磁接近开关，当走行 轮接近索夹时，前端接近开关闭合，PLC控制液压换向阀27，控制油缸6抬起至上索 -夹的高度，当走行轮离开索夹吋，后端接近开关探知走行轮已离开索夹，开关断开， PLC控制液压换向阀，控制油缸下落至缆索表面。控制箱上还设有电磁阀自动/手动转 换开关，当开关打至手动时，可手动控制油缸的升降。
权利要求
1、主缆缠丝机，其特征在于由主机、前、后夹持架、导向梁四大部分组成，主机的机架(1)是一个门型下开口框架，机架横梁和前立柱上安装大齿圈托辊，旁侧立柱上安装四套夹紧机构(7)，顶面两侧安装传动系统(3、4)，正中安装走行机构(6)，两侧下方装有液压泵站(5)及工具箱，框架的开口处相应夹紧点的立柱下方有拉杆，导向梁(8)联结前、后夹持架(9)，传动机构的调频电机(21)联接行星齿轮减速器(22)，通过牙嵌离合器(26)联接前端传动装置(23)、小齿轮(24)与大齿圈(12)联接，前端传动装置(23)上有棘轮装置(25)，大齿圈(12)端面上安装缠丝机构(2)，大齿圈(12)开有跨越索夹的缺口，缺口处装连接板(14)、活动门(13)、锥销(15)，贮丝轮(15)是个卷丝筒，它的内孔两端及固定轴上装有摩擦轮，张紧装置(17)由两组摩擦轮及一个弹簧补偿装置(18)组成，端部缠丝附件(19)装在大齿圈(12)上，用于索夹附近的主缆缠丝。框架的开口处相应夹紧点的立柱下方有拉杆。
2、 权利要求1所述的主缆缠丝机的缠丝方法，其特征在于具体步骤如下(1) 对即将缠丝的节段，清除主缆上杂物，用溶剂清洗主缆表面的油污及沙尘；(2) 调整好缠丝与走行的速度匹配关系，即缠丝齿圈每转一圈，机器走行两倍钢 丝直径或节距，张力调整至所需数值；(3) 起始端，索夹端部的主缆缠丝A、 安装JJC丝轮(16)和端部缠丝附件(19),并穿绕钢丝(20)，主机行进至端 部缠丝附件前端距索夹端部间距30mm处，B、 将电机速度调至150r/min左右，C、 用钢丝钳将缠丝丝头扭挂在索夹的螺栓上，D、 进行端部缠丝，缠至3圈后停机按要求进行并接焊，焊后用磨光机打磨焊坡， 保留焊坡高度3ram，将缠好的钢丝推入索夹(10)端部槽内，E、 点动端部缠丝3 4圈并推向索夹端部后停机，脱开缠丝牙嵌离合器(26)，机 器反向走行，直至端部缠丝附件的出丝与已缠好钢丝平齐后停车，F、 合上牙嵌离合器(26)，继续点动缠丝，正常后，连续缠丝，缠丝至距索夹端 部约600mm停止，G、 按要求并焊钢丝，并打磨焊坡，H、 机器反向点动，松开端部缠丝附件上的钢丝，拆除端部缠丝附件，I、脱开牙嵌离合器(26),机器反向走行，空车走行直至张紧装置的张紧轮的出 丝与已缠好的钢丝平齐停止，(4) 节间缠丝起始端缠丝完成后，接着进行节间缠丝，节间缠丝每间隔1米进行一次并接焊， 焊部位应在主缆上表面30。圆心角所对应得圆弧范围内，(5) 末端索夹端部的主缆缠丝A、 节间缠丝靠近下一索夹时，缠丝速度放慢，在主缆倾斜段要当心丝巻或大齿圈 刮碰悬索，B、 焊钢丝，截断一头，C、 将已缠好的一节钢丝慢慢推打至进索夹端槽内，并与索夹加楔焊固，D、 继续推打第二节已缠好的钢丝，直至密匝排丝己至先前停机位置，E、 焊钢丝，并截断，F、 退回至被推移钢丝后，无缠丝部分的起端、丝头与起端接丝焊牢固，G、 继续正常缠丝至先前停机处，与先前推向前的一节段钢丝靠拢，焊接，然后 切断丝头，打磨平整，(6) 齿圈过夹A、 将齿圈旋至开口于正下方，拆下活动门的销钉及压板(14、 15)，打开活动门 (13)，B、 挂好齿圈防转拴拉链条，脱开牙嵌离合器(26)，C、 启动主机走行系统(4)，使齿圈慢速过索夹(10)，直至齿圈前端面越过索夹 端面约600mm停止，D、 关闭复原并栓固齿圈活动门(13)，合上牙嵌离合器(26)，E、 装上端部缠丝附件(19)，摘除齿圈上的栓挂链条，准备第二个节间的起始端 端部缠丝。
全文摘要
主缆缠丝机及其缠丝方法，涉及一种在悬索桥主缆上密匝缠绕镀锌软钢丝的装置及其缠丝方法。主缆缠丝机由主机，前、后夹持架，导向梁组成。缠丝方法是，先索夹端部主缆缠丝，再节间缠丝，末端索夹端部主缆缠丝，齿圈过夹，再准备第二个节间的起始端端部缠丝。本发明主机与夹持架可交替在主缆上走行；主机的旋转速度与走行速度可无级调速，精确匹配，能密匝缠丝；旋转齿圈有活动门，索夹和悬索便于通过，走行轮能自动跨越索夹；本主缆缠丝机缠丝张力稳定、大小可调、调控方便、缠丝效率高、质量好，适于不同工况下缠丝，操作容易、安全可靠。本发明主要用在悬索桥架设后期作主缆防腐，然后密匝缠绕镀锌软钢丝，形成永久保护层，主缆使用寿命长。
文档编号E01D21/00GK101200875SQ20071016846
公开日2008年6月18日 申请日期2007年11月26日 优先权日2007年11月26日
发明者夏朝鹃, 巫书郁, 庞凤起, 汪西昌, 王员根, 赵梅桥, 鄢怀斌 申请人:中铁大桥局集团第七工程有限公司