一种小型系留气球的缆绳收放装置的制作方法

本发明涉及系留气球技术领域，具体涉及一种小型系留气球的缆绳收放装置。

背景技术：

系留气球是一种浮空器，它依靠气球的浮力升空到一定高度。气球底部连接一根用于电力及信号传输的缆绳，缆绳另一端和地面系留设施连接。系留气球依靠缆绳的牵引，可实现长时驻空。系留气球作为一个载荷平台，通过搭载不同功能的设备，可以广泛应用于环境监测、遥感通讯、低空预警、气象预报等领域。

缆绳收放装置是系留气球系统的重要组成部分，它是地面系留设施的关键设备之一，其集成了缆绳的存储、放出及收回等功能。对于体积小于100立方米的小型系留气球，缆绳收放装置最初仅由一个交流电机和一个具有固定支座的卷筒组成，在收放缆绳的过程中，需要操作人员全程参与，人工干预排缆过程，防止排缆过程中出现缆绳交错重叠或者卡死等故障。在设计改良过程中，缆绳收放装置需要在满足功能的前提下，向更加自动化、安全可靠等方向发展。

申请号为“201811606461.8”的发明专利公开了一种小型高机动式系留气球平台系统，包括球上设备、系留缆绳、地面系留设备；所述地面系留设备通过所述系留缆绳与所述球上设备连接；所述系留缆绳具备电力和信号传输功能；所述地面系留设备通过所述系留缆绳控制所述球上设备的升降及监控数据的传输。该专利方案涉及到一种缆绳收放装置，通常的缆绳收放装置在无人干预情况下，是无法实现自动、可靠有序的缠绕缆绳的，常常会有一部分缆绳会集中缠绕在卷筒中的部分位置，而且通常的缆绳收放装置体积较大，不易于安装和维修，无法与该专利记载的一种小型高机动式系留气球平台系统相配合使用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种小型系留气球的缆绳收放装置，解决无人干预情况下，无法实现自动、可靠有序的缠绕缆绳的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种小型系留气球的缆绳收放装置，包括驱动装置、安装座、卷筒组件、传动箱、换向组件及导向组件，所述驱动装置设置于安装座上，且所述驱动装置的输出轴贯穿安装座并与卷筒组件的一端固定连接，所述卷筒组件的另一端贯穿传动箱且驱动传动箱工作，所述卷筒组件与缆绳的一端连接，所述换向组件的一端与安装座的一侧面相连，所述换向组件的另一端和传动箱与安装座的相对面连接并由传动箱驱动换向组件转动，所述导向组件设置于安装座与传动箱的顶部。

驱动装置工作能够驱动卷筒组件转动，从而完成缆绳的收放；传动箱与换向组件的一端相连，驱动换向组件转动，完成缆绳的有序排列，导向组件用于导向，方便卷筒组件完成缆绳的收放。

作为本发明进一步的方案：所述卷筒组件为“工”字型的焊接结构，且内部设有空腔，所述卷筒组件包括卷筒、缆绳固定块，所述卷筒的一端固定设置有连接轴，所述连接轴为空腔圆柱体，内部中空，且连接轴与所述卷筒共旋转轴设置，所述卷筒的另一端与驱动装置的输出轴固定连接，所述卷筒缠绕缆绳的缠绕面靠近连接轴的一侧设置有圆孔，圆孔用于容纳缆绳穿过，所述卷筒外壁沿着圆孔所在同一圆形截面拆卸设置有缆绳固定块。

卷筒的两端设置有圆盘，且圆盘上均设置有若干个减重孔，用来减少整体重量，方便运输以及转动，同时所述卷筒上开设有维修孔，维修孔大小与人手相适应，容纳人手伸入，用于辅助安装缆绳，而且方便备故障时的维修，驱动装置的输出轴伸入卷筒内部空腔安装，充分利用卷筒的内部空间，达到结构最优化。

作为本发明进一步的方案：所述传动箱包括齿轮箱体、齿轮箱盖、齿轮组，所述齿轮箱体与齿轮箱盖相连组成一个封闭的箱体，且齿轮箱体与齿轮箱盖通过螺栓拆卸式连接，所述齿轮组与齿轮箱体的内壁转动连接，同时所述齿轮组与连接轴固定相连，卷筒组件通过连接轴驱动齿轮组转动。

作为本发明进一步的方案：所述齿轮组包括从动轮、圆锥离合器、惰轮、主动轮，所述从动轮安装于圆锥离合器上，同时所述圆锥离合器的一端与齿轮箱体内壁通过第一轴座转动相连，所述第一轴座与齿轮箱体的内壁固定相连，所述从动轮与下方的惰轮相互啮合，所述惰轮通过第一转动杆与第二轴座转动连接，所述第二轴座与齿轮箱体的内壁固定连接，所述惰轮与下方主动轮相互啮合，且主动轮固定安装在连接轴上，同时齿轮箱盖上还设置有容纳连接轴穿过的连接孔，连接轴贯穿连接孔于齿轮箱体外部与光电汇流环相连。

连接轴贯穿连接孔于齿轮箱体外部与光电汇流环相连，且于齿轮箱体内部与主动轮固定相连，进而当卷筒转动时，连接轴驱动主动轮转动，主动轮、惰轮啮合，惰轮、从动轮啮合，即可实现从动轮转动，调节圆锥离合器与从动轮的接触、分离，可实现动力向换向组件的传递和阻断；传动箱的传动形式为齿轮组传动，结构紧凑，传递效率高，圆锥离合器可满足在缆绳收放装置工作中途故障或缆绳缠绕错乱时，能够人力转动所述双向丝杠进行相应的维修或调整操作。

作为本发明进一步的方案：所述换向组件包括双向丝杠、滑轨、滑块、夹辊、滑梭，所述双向丝杠的一端通过第三轴座和安装座转动连接，所述双向丝杠的另一端与圆锥离合器固定相连，所述第三轴座固定安装于安装座上，所述双向丝杠上还设置有双向螺纹，双向螺纹的长度与卷筒的长度相同，所述双向丝杠贯穿滑梭并且通过双向螺纹与滑梭相连，所述滑梭内开设有与双向丝杠平行的螺纹空腔，所述滑梭通过夹辊与滑块固定相连，所述夹辊数量为两个，两个夹棍将缆绳导向夹持，且夹棍之间的中心距大于缆绳线径，所述滑块内部设置有与滑轨相平行的滑动空腔，滑轨贯穿滑动空腔且两端分别通过连接座螺栓安装在安装座与齿轮箱体的相对面上，双向丝杠与滑轨相互平行。

双向螺纹由两个方向相反的螺纹组成，螺纹空腔内部设置有与双向螺纹配合的内螺纹，这样可以实现双向丝杠转动时，带动滑梭沿着双向丝杠往复运动，双向螺纹应满足卷筒转动一圈，带动滑梭轴向移动一个缆绳线径，且两个夹辊之间的间隙大于缆绳线径，这样可以方便缆绳通过，当滑梭滑动时候，带动滑块沿着滑轨滑动，而两个夹辊之间留有容纳缆绳通过的间隙，这样可以实现缆绳在卷筒上有序排列；换向组件通过双向丝杠实现滑梭到达极限位置自动换向，换向方式为纯机械形式的换向，可靠性更高。

作为本发明进一步的方案：所述导向组件包括纵向支座、纵向导辊、横向支座及横向导辊，所述纵向支座为两组，每组纵向支座之间设置有转动开口，纵向导辊贯穿两个转动开口并可以与转动开口相配合转动，所述横向支座为两个，分别通过螺栓固定安装于齿轮箱体与安装座上，两个横向支座相对面之间设置有两个转动连接的横向导辊。横向导辊与纵向导辊呈“井字型”。

缆绳通过井字型导辊中心与上方的气球连接，当受到风力或者其他因素影响，缆绳会多个方向摆动，此时缆绳会与纵向导辊或横向导辊相接触，这样可以减少进行导向的同时起到限位作用，并且滚动连接可以减少摩擦力，有利于延长缆绳的使用寿命。

本发明的优点在于：

1)本发明中，驱动装置工作能够驱动卷筒组件转动，从而完成缆绳的收放；传动箱与换向组件的一端相连，驱动换向组件转动，完成缆绳的有序排列，导向组件用于导向，方便卷筒组件完成缆绳的收放，即使在无工人干预的条件下，也能够实现自动且可靠有序的收放缆绳。

2)本发明共用同一动力源，多传动联动设计实现缆绳收卷、缠绕，排线换向等；多级齿轮传动，效率高，结构紧凑，且易于缆绳的安装和维修，外形美观，能够与申请号为“201811606461.8”的发明专利相配合使用，并不受限于锚泊拖车安装空间。

3)本发明中，两个夹辊之间留有容纳缆绳通过的间隙，双向丝杠实现缆绳自动换向排线，可靠性高；这样可以实现缆绳在卷筒上有序排列；换向组件通过双向丝杠实现滑梭到达极限位置自动换向，换向方式为纯机械形式的换向，可靠性更高。

4)本发明中还设置有圆锥离合器，实现丝杠排线归位调整，维修性能佳。

5)本发明中，缆绳通过井字型导辊中心与上方的气球连接，当受到风力或者其他因素影响，缆绳会多个方向摆动，此时缆绳会与纵向导辊或横向导辊相接触，这样可以减少进行导向的同时起到限位作用，提高排线精度，并且滚动连接可以减少摩擦力，有利于延长缆绳的使用寿命。

附图说明

图1为本发明中缆绳收放装置结构立体示意图。

图2为本发明中卷筒组件的立体示意图。

图3为本发明中传动箱的立体示意图。

图4为本发明中齿轮组的立体示意图。

图5为本发明中换向组件的立体示意图。

图6为本发明中导向组件的立体示意图。

图中，1-驱动装置、2-安装座、3-卷筒组件、31-卷筒、32-缆绳固定块、4-传动箱、41-齿轮箱体、42-齿轮箱盖、43-齿轮组、431-从动轮、432-圆锥离合器、433-惰轮、434-主动轮、5-换向组件、51-双向丝杠、52-滑轨、53-滑块、54-夹辊、55-滑梭、6-导向组件、61-纵向支座、62-纵向导辊、63-横向支座、64-横向导辊。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明中缆绳收放装置结构立体示意图，如图1，一种小型系留气球的缆绳收放装置，包括驱动装置1、安装座2、卷筒组件3、传动箱4、换向组件5及导向组件6，所述驱动装置1设置于安装座2上，且所述驱动装置1的输出轴贯穿安装座2并与卷筒组件3的一端固定连接，所述卷筒组件3的另一端贯穿传动箱4且可以驱动传动箱4工作，所述卷筒组件3与缆绳的一端连接，所述换向组件5的一端与安装座2的一侧面相连，所述换向组件5的另一端和传动箱4侧面连接并由传动箱4驱动换向组件5工作，所述导向组件6设置于安装座2与传动箱4的顶部。

所述驱动装置1可以为气缸或者电机，为了结构简单，方便携带，本实施例中驱动装置1优选为伺服电机，具体型号可以根据实际工作需要来确定，如acsm110-g04030lz，但是不限于该型号。

驱动装置1工作能够驱动卷筒组件3转动，卷筒组件3作为传动箱4的动力源为传动箱4提供动力，传动箱4与换向组件5的一端相连，驱动换向组件5工作，完成缆绳的有序排列，导向组件6用于导向夹持，方便卷筒组件3完成缆绳的收放。

为了使整体结构紧凑，采用卧式法兰安装驱动装置1，且驱动装置1嵌设于安装座2的空腔内，这样还可以缩短缆绳收放装置总体长度。

图2为本发明中卷筒组件的立体示意图，如图2，进一步的，所述卷筒组件3为“工”字型的焊接结构，且内部设有空腔，所述卷筒组件3包括卷筒31、缆绳固定块32，所述卷筒31的两端设置有圆盘，且圆盘上均设置有若干个减重孔，用来减少整体重量，方便运输以及转动，所述卷筒31的一端固定设置有连接轴，且连接轴与所述卷筒共旋转轴设置，所述连接轴为空腔圆柱体，内部中空，所述卷筒31的另一端与驱动装置1的输出轴固定连接，驱动装置1的输出轴伸入卷筒31内部空腔安装，充分利用卷筒31的内部空间，达到结构最优化；同时所述卷筒31上开设有维修孔，维修孔的开设位置优选于中部，但是不限于中部，维修孔大小与人手相适应，容纳人手伸入，用于辅助安装缆绳，而且方便备故障时的维修。所述卷筒31缠绕缆绳的缠绕面靠近连接轴的一侧设置有圆孔，用于容纳缆绳穿过，所述卷筒31缠绕面沿着圆孔所在同一圆形截面拆卸设置有缆绳固定块32，本实施例中优选为通过螺钉使缆绳固定块32固定于卷筒31上，缆绳固定块32用于固定缆绳端部。

图3为本发明中传动箱的立体示意图，如图3，进一步的，所述传动箱4包括齿轮箱体41、齿轮箱盖42、齿轮组43，所述齿轮箱体41与齿轮箱盖42相连组成一个封闭的箱体，且齿轮箱体41与齿轮箱盖42通过螺栓拆卸式连接，方便后续进行维修等操作，所述齿轮组43与齿轮箱体41的内壁转动连接，同时所述齿轮组43与连接轴固定相连，卷筒组件3转动通过连接轴驱动齿轮组43转动。

图4为本发明中齿轮组的立体示意图，如图4，进一步的，所述齿轮组43包括从动轮431、圆锥离合器432、惰轮433、主动轮434，所述从动轮431安装于圆锥离合器432上，同时所述圆锥离合器432的一端与齿轮箱体41内壁通过第一轴座转动相连，所述第一轴座与齿轮箱体41的内壁固定相连，所述从动轮431与下方的惰轮433相互啮合，所述惰轮433通过第一转动杆插入第二轴座中并与第二轴座转动连接，所述第二轴座与齿轮箱体41的内壁固定连接，第二轴座与第一转动杆起到支撑惰轮433的作用，所述惰轮433与下方主动轮434相互啮合，且主动轮434的安装孔固定连接在连接轴上，同时齿轮箱盖42上还设置有容纳连接轴穿过的连接孔，连接轴贯穿连接孔于齿轮箱体41外部与光电汇流环相连，且于齿轮箱体41内部与主动轮434固定相连，进而当卷筒31转动时，连接轴驱动主动轮434转动，主动轮434、惰轮433啮合，惰轮433、从动轮431啮合，即可实现从动轮431转动，调节圆锥离合器432与从动轮431的接触、分离，可实现动力向换向组件5的传递和阻断。

传动箱4的传动形式为齿轮组传动，结构紧凑，传递效率高，圆锥离合器432可满足在缆绳收放装置工作中途故障或缆绳缠绕错乱时，能够人力转动所述双向丝杠51进行相应的维修或调整操作。

图5为本发明中换向组件的立体示意图，如图5，进一步的，所述换向组件5包括双向丝杠51、滑轨52、滑块53、夹辊54、滑梭55，所述双向丝杠51的一端通过第三轴座和安装座2转动连接，所述第三轴座固定安装于安装座2上，所述双向丝杠51的另一端插入圆锥离合器432的安装孔并与其固定，第三轴座的安装方式可以根据实际需要来选择，通过螺栓拆卸安装或者是焊接均可，本实施例为通过螺栓拆卸安装，所述双向丝杠51上还设置有双向螺纹，双向螺纹之间的螺纹长度可以根据实际需要设定，需要保证缆绳能够缠绕在卷筒31上，本实施例中，所述双向螺纹的螺纹长度与卷筒31的长度相同，其中，双向螺纹由两个方向相反的螺纹组成，螺纹长度是指双向螺纹沿着双向丝杠51旋转轴心方向的总长度；

所述双向丝杠51贯穿滑梭55并且通过双向螺纹与滑梭55相连，所述滑梭55内开设有与双向丝杠51平行的螺纹空腔，螺纹空腔内部设置有与双向螺纹配合的内螺纹，这样可以实现双向丝杠51转动时，带动滑梭55沿着双向丝杠51往复运动，所述双向螺纹满足卷筒31转动一圈，带动滑梭55轴向移动一个缆绳线径。所述滑梭55通过夹辊54与滑块53固定相连，所述夹辊54数量为两个，且两个夹辊54之间的间隙大于缆绳线径，这样可以方便缆绳通过，两个夹辊54之间的间隙根据实际缆绳线径确定即可，本实施例中缆绳线径10mm，两个夹辊54之间的间隙为11mm；所述滑块53内部设置有与滑轨52相平行的滑动空腔，滑轨52贯穿滑动空腔且两端分别通过连接座螺栓安装在安装座2与齿轮箱体41的相对面上，双向丝杠51与滑轨52相互平行。

当滑梭55滑动时候，带动滑块53沿着滑轨52滑动，而两个夹辊54之间留有容纳缆绳通过的间隙，这样可以实现缆绳在卷筒31上有序排列；换向组件5通过双向丝杠51实现滑梭55到达极限位置自动换向，换向方式为纯机械形式的换向，可靠性更高。

图6为本发明中导向组件的立体示意图，如图6，进一步的，所述导向组件6整体布置成“井字型”，缆绳经过导向组件6调整方向后进入两个夹辊54之间，所述导向组件6包括纵向支座61、纵向导辊62、横向支座63及横向导辊64，其中，每个纵向导辊62与横向导辊64在水平面的投影夹角不为零；本实施例中，每个纵向导辊62与横向导辊64在水平面的投影相互垂直，且所述横向导辊64与卷筒31相互平行设置，其中，

所述纵向支座61为两组，每组纵向支座61之间设置有转动开口，所述纵向导辊62贯穿两个转动开口并可以与转动开口相配合转动，所述横向支座63为两个，分别通过螺栓固定安装于齿轮箱体41与安装座2上。

两个横向支座63相对面之间设置有两个转动连接的横向导辊64，横向导辊64的两端均与第四轴承转动连接，所述第四轴承安装于横向支座63上，从而实现两个横向导辊64的转动，两个横向导辊64之间的间隙大于缆绳线径，两个横向导辊64之间的间隙根据实际缆绳线径确定即可，本实施例中缆绳线径10mm，两个横向导辊64之间的间隙为20mm。

本实施例中，所述横向导辊64的长度能够保证缆绳不会与传动箱4、安装座2相互接触，防止磨损，优选的，所述横向支座63的长度小于等于卷筒31的长度。

缆绳通过井字型导辊中心与上方的气球连接，当受到风力或者其他因素影响，缆绳会多个方向摆动，此时缆绳会与纵向导辊62或横向导辊64相接触，这样可以减少进行导向的同时起到限位作用，并且滚动连接可以减少摩擦力，有利于延长缆绳的使用寿命。

工作原理：

将缆绳通过卷筒31上的圆孔穿入，从连接轴中心穿出与外部光电汇流环连接，使用螺钉固定缆绳固定块32，将缆绳端部与卷筒组件3固定。缆绳另一端从两个夹棍54之间的空隙、“井字型”导辊中心穿出与气球相连。调节圆锥离合器432与从动轮431的接触、分离，可实现动力向换向组件5的传递和阻断，滑轨52贯穿滑动空腔且两端分别通过连接座螺栓安装在安装座2与齿轮箱体41的相对面上，双向丝杠51与滑轨52相互平行，当滑梭55滑动时候，带动滑块53沿着滑轨52滑动，而两个夹辊54之间留有容纳缆绳通过的间隙，这样可以实现缆绳在卷筒31上有序排列；换向组件5通过双向丝杠51实现滑梭55到达极限位置自动换向，换向方式为纯机械形式的换向，可靠性更高。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。