一种基于冲击响应的钢丝绳收放装置的制作方法

本发明涉一种钢丝绳收放装置，尤其是涉及一种液压支架直线度检测用的基于冲击响应的钢丝绳收放装置。

背景技术：

液压支架是综采工作面必备的支护设备，其工作过程主要包括升柱、降柱、推溜和拉架等；完成上述工作过程的液压支架需要通过位姿检测以确定新状态下支架间的位置关系；目前，拉线式直线度检测是液压支架直线度检测的重要分支，其主要依靠钢丝绳穿过布置于工作面上所有的液压支架上的直线位移传感器，钢丝绳两端分别固定于工作面端头和传感器；其通过液压支架牵拽钢丝绳进而强迫与钢丝绳接触的直线位移传感器产生位移量，从而得到液压支架的位姿状态变化。

由于钢丝绳在液压支架状态发生改变前须处于张紧状态时得到位移量是准确的，而液压支架状态发生改变时，钢丝绳会由于液压支架的带动而出现较大的瞬时冲击力，而且钢丝绳的需求长度也会增加，这就要求钢丝绳长度在支架状态改变后的瞬间能够调整，从而避免绳上张力过大影响钢丝绳及其他部件的寿命，为避免上述情况的出现，就需要在钢丝绳的末端增设基于冲击响应的钢丝绳收放装置。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于冲击响应的钢丝绳收放装置，能够基于钢丝绳上的冲击响应自动收放钢丝绳。

技术方案：一种基于冲击响应的钢丝绳收放装置，包括主支架、进线器、张力检测器、张紧器、滑轮支架、回位电动机、预紧器、总集线环、限位销、电机驱动机构；所述主支架底部固定有底板；

所述张紧器包括紧线结构和止转结构；所述紧线结构包括卷筒、连心板以及支撑板，所述支撑板竖直固定，连心板整体为凸形条状结构，并关于中轴线左右对称，连心板的左右两端各固定有一个卷筒，在中轴线上的凸出部分上固定连接有转轴，所述支撑板的顶部设有转轴安装孔，连心板通过转轴与支撑板顶部的转轴安装孔连接，连心板能够绕转轴旋转；回位电动机固定在底板上，并位于张紧器整体结构的左侧，回位电动机通过张紧线连接回位滑轮连心板右端，能够带动连心板绕转轴转动；所述连心板上的两个卷筒位于同一竖直面内时，所述止转结构能够保持所述连心板姿态不动，当需要放线时所述连心板能够恢复到两个卷筒处于同一水平面内；

所述预紧器包括外壳、导向块、底座、弹簧；总集线环位于底座上并在外壳内侧，外壳固定在底座上，外壳靠近张紧器的一侧面设置有钢丝绳进线槽，底座的两侧面分别设置两个导向块，电机驱动机构固定于外壳顶部；集线环中心轴的一端穿过所述总集线环中心孔并与其通过涡簧连接，涡簧一端与总集线环中心孔连接，另一端与集线环中心轴连接；集线环中心轴的另一端从外壳顶部通孔穿出，并连接电机驱动机构，电机驱动机构能够带动总集线环旋转；

所述底板左侧水平相对设置有两根导向杆，所述导向杆右侧的底板上设有下凹的限位槽，限位槽靠近所述导向杆的一面呈斜坡；所述预紧器通过导向块与导向杆滑动连接；所述导向杆上套有两端分别连接导向杆固定座以及所述导向块的弹簧，弹簧在预紧器远离限位槽的位置时处于自然伸长状态；

所述限位销固定于所述总集线环下端面上，当所述预紧器移动到所述限位槽上方时，所述限位销能够伸入所述限位槽来限制所述预紧器继续向右滑动并限制所述总集线环转动；

钢丝绳从所述进线器进入后，经过所述张力检测器到达所述张紧器，所述钢丝绳从连心板左侧的卷筒上方穿入，从连心板右侧的卷筒下方穿出，然后经滑轮支架上的滑轮换向后进入张紧器上的钢丝绳进线槽并绕制在所述总集线环上。

作为本发明的优选方案，所述止转结构包括止转板、涡簧、连架杆；所述止转板由圆弧结构和阶梯结构组成，所述圆弧结构的圆弧直径大于所述卷筒的直径，所述阶梯结构的一端与圆弧结构连接，其另一端与所述底板上的固定座通过销轴和涡簧连接，涡簧一端固定于固定座，涡簧的另一端固定于销轴；连架杆的两端分别与止转板圆弧结构以及支撑板底侧固定连接；当连心板上的两个卷筒处于同一竖直面内时，位于下方的卷筒正好处于所述圆弧结构中，所述涡簧能够阻止紧线结构体转动。

作为本发明的优选方案，总集线环的下端面上设有限位销孔，限位销的顶部定位结构直径大于限位销主体部分直径，限位销主体底部为直径等于限位销主体部分直径的半球；限位销主体部分穿过所述限位销孔并通过顶部定位结构与总集线环的下端面进行限位，所述限位销主体部分上套有弹簧，所述弹簧通过所述总集线环的下端面以及限位销主体部分侧面的限位结构来限位；限位销主体部分及限位销主体底部半球的总高度大于总集线环限位销孔所在端面到底板的高度。

作为本发明的优选方案，所述进线器包括支架、四根弹簧、四个第一导向块、四根第一导向杆、滑轮架和对称排布的两个尺寸一致的滑轮；进线器固定在主支架上，两滑轮水平相对设置，且两滑轮的中心距等于滑轮直径，两滑轮相对的滑槽形成钢丝绳的穿过通道；滑轮通过销轴固定于滑轮架上，每个滑轮架的两侧分别固定有一个第一导向块，第一导向块安装在一端固定在支架上的第一导向杆上，每根第一导向杆上套接有一根弹簧；在进线器的两滑轮之间未有钢丝绳穿过时，弹簧处于自然状态。

作为本发明的优选方案，张力检测装置包括支架、若干弹簧、两个尺寸一致的滑轮、压力传感器、四个第二导向块、两根第二导向杆；张力检测装置固定在主支架上，两滑轮一上一下竖直相对设置，且两滑轮的中心距等于滑轮直径了，两滑轮相对的滑槽形成钢丝绳的穿过通道；两根导向杆竖直且相对平行的固定在支架上，穿过滑轮的销轴两端分别固定连接一个第二导向块，第二导向块套接在第二导向杆上；每根第二导向杆上，在第二导向块与第二导向块之间以及第二导向块与第二导向杆分别固定的支架上下部之间均分别套有弹簧，位于上方的第二导向块的下端面上还设有压力传感器并与弹簧接触。

作为本发明的优选方案，所述支撑板竖直固定在中间板上，所述中间板设置在底板上方，中间板与底板之间通过套有弹簧的第三导向杆连接。

作为本发明的优选方案，所述张紧器采用双板结构，即采用两块结构一致的拱形支撑板，相对并竖直固定在底板上；连心板由两块结构一致的连心板相对设置，卷筒设置在两块连心板之间，通过两端与连心板固定；止转结构包括结构相同的两块止转板和连架杆相对设置，相对的止转板和连架杆之间固定连接；双板结构的连心板和止转结构均设置在两块拱形支撑板之间，双板结构的连心板通过一根转轴连接两侧的拱形支撑板。

有益效果：本发明的基于冲击响应的钢丝绳收放装置主要应用于液压支架直线度检测中，液压支架通过拉线式进行直线度检测的时候需要用到钢丝绳，但存在若干问题，比如移架过程中由于移架速度较快而钢丝绳的长度得不到及时补充，使得钢丝绳上的张力急剧增加，长期以往会使得钢丝绳寿命降低；同时由于钢丝绳上的拉力急剧增加，也会使得与钢丝绳相连的其他装置承受较大的冲击。本装置能够基于钢丝绳上的冲击响应自动收放钢丝绳，响应速度快，无需人工干预，自动化程度高，兼具预紧、二次张紧功能，同时可对钢丝绳上的张力进行检测，保证钢丝绳上张力始终处于安全范围，提高钢丝绳使用寿命，该装置可用于位姿检测中钢丝绳的收放，尤其是液压支架位姿检测的钢丝绳收放。

附图说明

图1是钢丝绳收放装置的整体结构示意图；

图2是进线器结构示意图；

图3是张力检测器构示意图，(a)为张力检测器右视图，(b)为张力检测器主视图；

图4是张紧器结构示意图；

图5是滑轮支架结构示意图；

图6是预紧器结构示意图，(a)为预紧器主视图，(b)为预紧器俯视图；

图7是底板及组件结构示意图，(a)为底板及组件主视图，(b)为底板及组件俯视图；

图8是总集线环及限位销组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种基于冲击响应的钢丝绳收放装置主要由主支架1、进线器2、张力检测器3、张紧器4、滑轮支架5、回位电动机6、预紧器7、总集线环8、限位销9、电机驱动机构11组成。

如图2所示，进线器2包括支架2-1、四根弹簧2-2、四个第一导向块2-3、四根第一导向杆2-4、滑轮架2-5和对称排布的两个尺寸一致的滑轮2-6。进线器2固定在主支架1上，两滑轮2-6水平相对设置，且两滑轮的中心距等于滑轮直径，两滑轮相对的滑槽形成钢丝绳的穿过通道。滑轮2-6通过销轴固定于滑轮架2-5上，每个滑轮架2-5的两侧分别固定有一个第一导向块2-3，第一导向块2-3安装在一端固定在支架2-1上的第一导向杆2-4上，每根第一导向杆2-4上套接有一根弹簧2-2。在进线器2的两滑轮2-6之间未有钢丝绳穿过时，弹簧2-2处于自然状态。

如图3所示，张力检测装置3包括支架3-1、若干弹簧3-2、两个尺寸一致的滑轮3-3、若干压力传感器3-4、四个第二导向块3-5、两根第二导向杆3-6。张力检测装置3固定在主支架1上，两滑轮3-3一上一下竖直相对设置，且两滑轮的中心距等于滑轮直径了，两滑轮相对的滑槽形成钢丝绳的穿过通道。两根导向杆3-6竖直且相对平行的固定在支架3-1上，穿过滑轮3-3的销轴两端分别固定连接一个第二导向块3-5，第二导向块3-5套接在第二导向杆3-6上。每根第二导向杆3-6上，在第二导向块3-5与第二导向块3-5之间以及第二导向块3-5与第二导向杆3-6分别固定的支架3-1上下部之间均分别套有弹簧3-2，位于上方的第二导向块3-5的下端面上还设有压力传感器并与弹簧3-2接触。

如图4所示，张紧器4包括紧线结构和止转结构。其中，紧线结构包括卷筒4-1、连心板4-2、拱形支撑板4-4、回位滑轮4-11。拱形支撑板4-4竖直固定在一块中间板4-9上，主支架1底部固定有底板1-1，中间板4-9设置在底板1-1上方，中间板4-9与底板1-1之间通过套有弹簧4-8的第三导向杆4-7连接。连心板4-2整体为凸形条状结构，并关于中轴线左右对称，在中轴线上的凸出部分上固定连接一根转轴4-3，拱形支撑板4-4的顶部设有一个转轴安装孔，转轴安装孔内设有轴承，连心板4-2通过转轴4-3与拱形支撑板4-4顶部的转轴安装孔连接，即连心板4-2能够绕转轴旋转。

连心板4-2的左右两端各固定有一个卷筒4-1，在右侧的卷筒4-1上还固定有回位滑轮4-11。回位电动机6固定在底板1-1上，并位于张紧器4整体结构的左侧，回位电动机6通过一根张紧线连接回位滑轮4-11。回位滑轮4-11在张紧线的牵引下带动连心板4-2绕着转轴4-3旋转，使张紧器4的紧线结构中的两个卷筒的水平高度位置发生改变。

止转结构主要包括止转板4-5、涡簧4-6、连架杆4-10。止转板4-5主要包括圆弧结构和阶梯结构，圆弧结构的圆弧直径略大于紧线结构体中卷筒4-1的直径。当连心板4-2上的两个卷筒4-1一上一下位于同一条竖直面上时，位于下方的卷筒4-1正好处于止转板4-5的圆弧结构中并由其限位。

止转板4-5阶梯结构的一端与圆弧结构连接，其另一端与底板1-1上的固定座1-5通过销轴和涡簧4-6连接，涡簧4-6一端固定于固定座1-5，另一端固定于销轴，销轴与止阶梯结构侧面的轴孔采用过盈配合。连架杆4-10通过两端处的销轴孔分别与止转板圆弧结构处的销轴通孔和拱形支撑板4-4底侧的通孔通过销轴固定连接。当紧线结构由水平位置变为竖直位置时，止转结构能够在涡簧的作用下起到阻止紧线结构体转动的作用；当紧线结构由竖直位置变为水平位置时，涡簧起到使圆弧结构回复位置的作用。

需要说明的是，为了增加张紧器4的稳定性，还可以将拱形支撑板4-4设计成对称的结构，即采用两块结构一致的拱形支撑板4-4，相对并竖直固定在底板1-1上。连心板4-2同样采用双板结构，即由两块结构一致的连心板4-2相对设置，卷筒4-1设置在两块连心板4-2之间，通过两端与连心板4-2固定。止转结构也采用双板结构，即由结构相同的止转板4-5、涡簧4-6、连架杆4-10相对设置，相对的止转板4-5和连架杆4-10之间通过销钉连接，加强结构的刚性。双板结构的连心板4-2和止转结构均设置在两块拱形支撑板4-4之间，双板结构的连心板4-2通过一根转轴4-3连接两侧的拱形支撑板4-4。

如图5所示，滑轮支架5主要由架体和四个滑轮组成，架体端部竖直设置两个滑轮5-2，两个滑轮一上一下设置，并位于同一竖直面内，在滑轮架最高处的滑轮中心轴与张紧器4的两个卷筒4-1处于水平位置时卷筒4-1的中心轴线基本处于同一水平面上。另外两个滑轮并排水平相对设置在滑轮架底部，其滑槽中心位置与总集线环8处于同一水平位置。

如图6所示，预紧器7包括外壳7-1、第三导向块7-2、钢丝绳进线槽7-3、底座7-4、弹簧7-5。总集线环8位于底座7-4上并在外壳7-1内侧，外壳7-1通过螺栓固定在底座7-4上，外壳7-1顶部与总集线环中心孔8-1对应的位置设置有通孔，外壳7-1靠近张紧器4的一侧面设置有钢丝绳进线槽7-3，钢丝绳进线槽7-3形状不限，底座7-4的两侧面分别设置两个带有导向孔的第三导向块7-2。电机驱动机构11固定于外壳顶部，电机驱动机构11的减速器采用二级减速装置。

集线环中心轴11-7的一端穿过总集线环中心孔8-1并与其通过涡簧10连接，涡簧一端与中心孔8-1连接，另一端与中心轴11-7连接；集线环中心轴11-7的另一端从外壳7-1顶部通孔穿出，并连接电机驱动机构11的减速器，电机驱动机构11能够带动总集线环8旋转。

如图7所示，底板1-1上水平相对设置有两根导向杆1-3，预紧器7由底座7-4上的第三导向块7-2中的导向孔穿入底板1-1的导向杆1-3，预紧器7能够在导向杆1-3上左右滑动。导向杆固定座1-2与底座上的第三导向块7-2之间设置有弹簧7-5，弹簧7-5两端分别固定于导向杆固定座1-2和第三导向块7-2。弹簧7-5在预紧器7远离限位槽1-8的位置时处于自然伸长状态，弹簧7-5在预紧器7处于限位槽1-8时的位置时处于拉伸状态。第三导向块7-2安装于导向杆后应保证导向块不与底板1-1接触，二者之间有间隙，从而减少预紧器和底板之间的摩擦力。

如图8所示，总集线环的下端面8-3上设有限位销孔8-2，限位销9的主体部分9-2直径略大于限位销孔8-2直径，限位销9主体顶部定位结构9-1直径大于主体部分9-2直径，限位销主体底部9-3由直径等于主体部分9-2直径的半球组成。限位销的主体部分9-2靠近半球体的位置设置有部分螺纹，限位销的主体部分9-2穿过总集线环的下端面8-3上的限位销孔8-2并通过定位结构9-1与总集线环的下端面8-3进行限位，弹簧9-5由限位销主体底部9-3穿入并通过限位销的主体部分9-2上的螺母9-4端面配合限位。限位销9的主体部分9-2及主体底部9-3半球的总高度和略大于总集线环限位销孔8-2所在端面与底板上底面之间的高度，从而保证当限位销9进入底板的限位槽1-8后能够有充分的长度深入限位槽中从而达到限位的目的，底板1-1上的限位槽1-8沿着总集线环8反向旋转的一面呈斜坡。

进线器2与张紧力检测装置3的相对安装位置应满足张力检测装置3中两个滑轮3-3接触部分的中心线位置与进线器2两滑轮2-8接触部分的中心线位置处于同一水平位置。张力检测装置3与张紧器4的相对安装位置应满足当张紧器的两个卷筒4-1位于一个水平面位置时，卷筒4-1中心轴线的位置高于张力检测装置3中两个滑轮3-3接触部分的中心线位置，从而保证钢丝绳在经过线张力检测装置3时能够对与之接触且接触相对位置居上的滑轮产生竖直向上的分力，进而对安装在第二导向块3-5端面的压力传感器产生压力，通过人为设定，可以实现当拉力达到某数值后停止拉绳动作。

张紧器4与滑轮支架5的安装位置应满足滑轮支架5相对位置居顶部的滑轮5-2与张紧器4中两卷筒位于同一水平面内时卷筒4-1中心轴线处于同一水平高度。同时，滑轮支架5上滑轮端面平行于水平面的一组滑轮5-3安装后，应该保证两个滑轮5-3接触部分的中心线位置与总集线环8绕线槽的中心位置大致处于同一水平面；由于滑轮支架5安装于整个装置的中心轴线的位置，而总集线环8也安装于装置的中心线位置，但由于总集线环8的半径较大，这样的话，若没有这对换向滑轮，会使得钢丝绳在连接滑轮支架5上的滑轮与总集线环8时与滑轮产生干涉，影响钢丝绳的平滑移动，添加这对端面平行于水平面的滑轮组后，能够起到换向的作用，能够使得钢丝绳与其连接的滑轮和总集线环8是相切的布置方式。

本装置的钢丝绳收放工作过程：

锁紧状态为初始状态，初始状态下，张紧器4上的卷筒4-1的状态为：张紧器紧线结构的两个卷筒4-1位于一上一下竖直位置时，张紧器4阻转结构中的涡簧4-6处于张紧状态，弹性变形量接近最大，限位销9位于底板限位槽1-8中，总集线环8与集线环中心轴11-7之间的涡簧10处于最大变形状态，位于导向杆固定座1-2与预紧器底座第三导向块7-2间的弹簧7-5处于拉伸状态，此时整个钢丝绳上有张力，钢丝绳上的张力等于涡簧10的弹力，小于钢丝绳可能出现的最大张力；初始状态下钢丝绳处于锁定状态，锁定方式是由限位槽阻止总集线环的旋转进而阻止放线行为的产生，同时钢丝绳经过卷筒位置产生的水平分力不足以克服涡簧4-6的弹力使得紧线结构旋转，使得钢丝绳与卷筒处于“自锁”的状态。

当液压支架产生移架行为时，穿过液压支架上直线度检测机构的钢丝绳会随着移架而出现绳长增加的需求，由于初始状态下钢丝绳处于锁定状态，当绳长增加需求产生而实际上又由于钢丝绳锁定而不能增加时，绳上的张力会增加且增加的冲击力较大，使得钢丝绳经过卷筒4-1位置产生的水平方向分力大于止转板4-5圆弧面对卷筒的阻力，从而能够带动张紧器的紧线结构绕着转轴4-3旋转，进而使得张紧器紧线结构处于新状态：紧线结构的两个卷筒4-1位于同一水平面，此时距离张力检测器3最近的卷筒4-1上的钢丝绳到张力检测器2出线口的距离远远小于初始状态下二者的距离，所以此时钢丝绳处于瞬时松弛状态，钢丝绳上张力减少；又由于初始状态下总集线环8受到的钢丝绳拉力和涡簧10的弹力属于相反力，故当钢丝绳上张力减少时，涡簧10的弹力会带动总集线环8反向旋转，即沿着松线方向旋转，由于底板1-1上的限位槽1-8沿着集线环8反向旋转的一面呈斜坡，故限位销主体底部9-3的半球可以在涡簧10弹力作用下“滑”出限位槽1-8，同时在导向杆固定座1-2和底座第三导向块7-2的弹簧7-5会拉动预紧器7向远离张紧器3的方向运动，总集线环8的锁定状态被打破，进而能够实现自由放线的功能。

当钢丝绳长度满足液压支架产生移架位移时所需增加的足够长度时，此时钢丝绳整体处于松弛状态，安装在总集线环8上的角度传感器检测到总集线环8的转动停止时，此时会通过控制器控制电机驱动机构11带动总集线环8正向转动，由于总集线环8位于预紧器7上，预紧器8能够沿着第四导向杆1-3移动，所以当总集线环8绕中心轴11-7转动开始收线时，总集线环8不但转动，同时总集线环8会沿着第四导向杆1-3向张紧器4方向运动直至安装在总集线环8的限位销主体底部9-3的半球体进入限位槽1-8中，从而总集线环8的转动会由于限位销9的限位而停止转动。当总集线环8再次停止旋转后，回位电动机6带动紧线结构绕转轴4-3旋转，连心板4-2右端的卷筒4-1重新滑入止转板4-5的圆弧结构内，即紧线结构的两个卷筒4-1位置重新由位于同一水平面内变为一上一下位于一个竖直面内，张紧器由此完成二次张紧功能。

上述就是本装置的收线和松线过程；

下面的过程是总集线环8对于收线和放线的处理方法：

收线时，电机驱动机构11带动总集线环8克服集线环中心轴11-7与总集线环8之间的涡簧10做功旋转，此时预紧器7在水平方向上受到弹簧7-5拉力和钢丝绳张力作用，电机驱动机构11带动总动集线环8转动会使得钢丝绳上的张力越来越大，当大于弹簧7-5拉力后，预紧器7会带动总集线环8沿着第四导向杆1-3向张紧器4方向移动，这个过程属于克服弹簧做功，所以绳上的张紧力会逐渐增加；由于预紧器7导向孔与第四导向杆1-3为间隙配合，所以预紧器7会在钢丝绳的牵引下克服弹簧7-5的拉力向张紧器4方向运动。当预紧器7带动总集线环8运动到限位槽1-8附近时，尤其是总集线环上的限位销9进入限位槽1-8后，由于限位槽1-8对限位销9的转动起到限位作用，故与限位销9相连的总集线环8也停止转动；此时钢丝绳上的张紧力等于涡簧10的弹力，钢丝绳上的张力已经能够达到一定的数值，同时涡簧10上蓄积一定的势能，使得当电机驱动机构11停止工作时总集线环8能够在钢丝绳上拉力和涡簧10的弹力作用下保持相对静止的状态，这个过程称为预紧过程。

放线时，由于张紧器4会在钢丝绳突然增加的拉力下首先动作，钢丝绳上的张紧力会由于张紧器的动作而迅速下降，其原因是张紧器4前后的两个状态中卷筒4-1最高位置与张力检测器3的出线口距离发生变化，会使钢丝绳长度增加，张力下降；由于涡簧上10的拉力与下降前的钢丝绳拉力相等，故当钢丝绳上拉力下降，总集线环8水平方向受力不平衡，因此总集线环8会在涡簧10的带动下反向旋转，由于限位槽1-8的坡面设计会使得总集线环8中的限位销9处于限位槽1-8时只能反转，故在涡簧10的带动下总集线环8反向旋转，止推销9会旋离限位槽1-8。同时总集线环8在第四导向杆1-3上的弹簧7-5拉力作用下向远离张紧器4的方向运动，坡面设计同样会使得止推销9较容易从限位槽1-8中离开；离开限位槽后1-8的总集线环8其旋转运动不受任何约束，故可以按照液压支架移架的需求释放钢丝绳长度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。