一种钢丝卷盘和钢丝卷盘机构的制作方法

1.本发明属于卷盘设备领域，具体设计一种能实现钢丝规律收放的钢丝卷盘和钢丝卷盘机构。


背景技术：

2.钢丝卷盘也称钢丝绳卷盘，主要用于实现钢丝的收放，可分为非电动式和电动式两大类。其中，电动式钢丝绳卷相比非电动式大大降低了操作人员的劳动强度，且具有更精确的钢丝收放速度，因而被广泛使用。
3.然而现在的电动卷盘大多体积较大，缺少可应用于小型机械设备上的钢丝绳卷盘。另外，为了增加卷盘的绕线量，现有卷盘往往采用轴向多排绕线方式，卷盘中的钢丝绳杂乱无章，难以实现钢丝的精确收放，甚至出现无法收放线的情况；再者，为了使出线稳定，现有卷盘的出线位置大都经一个位置固定的导向装置导出，以轴向单排绕线的卷盘为例，在卷盘转动过程中，钢丝在卷盘上的缠绕位置是变化的(缠绕位置逐渐远离导向装置或靠近导向装置)，这使得在卷盘转速相同的情况下，钢丝的收放线速度会发生变化的，导致在需要精确控制的中小型精密设备上难以应用卷盘装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的步骤，提供一种钢丝卷盘和钢丝卷盘机构，其可实现钢丝绳的规律收放，并可精确控制钢丝的线速度。
5.本发明首先提供了一种钢丝卷盘，其包括钢丝绕线筒和钢丝出线导向机构，钢丝绕线筒的筒体表面用于缠绕钢丝；钢丝绕线筒上缠绕的钢丝经所述钢丝导向机构的钢丝导向装置后出线，且所述导向装置可沿平行于钢丝绕线筒的中心轴线的方向移动。钢丝绕线筒的正反转用于钢丝的收线和放线。可控制所述钢丝导向装置的升降变化与钢丝绕线筒上出线位置的高度变化匹配，使收放线更为稳定。出线时，控制所述钢丝绕线筒的转速和钢丝导向装置的移动速度，使得钢丝绕线筒上钢丝出线位置变化值与钢丝导向装置的位置变化值相同；钢丝的出线经钢丝导向装置引出至所需方向；收线时，控制所述钢丝绕线筒的转速和钢丝导向装置的移动速度，使得钢丝绕线筒上钢丝出线位置变化值与钢丝导向装置的位置变化值相同；钢丝经钢丝导向装置的引导缠绕到筒体表面。
6.优选的，筒体表面设有螺旋形绕线槽用于缠绕钢丝，使钢丝更为有序的缠绕在筒体表面。
7.优选的，钢丝出线出线始终垂直于钢丝绕线筒的中心轴线方向；钢丝绕线筒上钢丝出线位置与钢丝导向机构上的钢丝导向装置的位置始终同步同速变化。
8.在本发明的一个优选实施例中，所述的钢丝导向机构包括丝杠螺母副、滑轨；钢丝绕线筒的筒体表面设有螺旋形绕线槽；螺旋形绕线槽上缠绕有钢丝；丝杠螺母副包括通过螺纹相互配合的丝杠和螺母，所述丝杠与钢丝绕线筒的中心轴线平行，所述螺母上设有钢丝导向装置，钢丝绕线筒上缠绕的钢丝经所述钢丝导向装置后出线；所述滑轨与丝杠平行
设置，螺母直接或间接设置在滑轨上可沿滑轨滑动。本发明的钢丝绕线筒和丝杠均可转动，钢丝绕线筒的正反转用于钢丝的收线和放线，丝杠的正反转用于带动螺母上的钢丝导向装置的升降。其中，钢丝绕线筒和丝杠可以是由一个外部电机经传动组件连接同步驱动的，也可以是由两个外部电机各自独立驱动的。
9.根据本发明的一个优选实施例，所述的钢丝卷盘自身还包括电机和传动组件。电机用于驱动所述钢丝绕线筒和丝杠转动；传动组件连接所述的钢丝绕线筒和丝杠，使钢丝绕线筒和丝杠以设定的转速比同步转动；所述传动组件的转速比根据丝杠和钢丝绕线筒的导程设置，使丝杠和钢丝绕线筒在电机驱动下同时转动时，钢丝绕线筒上钢丝出线位置高度变化值与丝杠上螺母高度变化值相同。传动组件可以是齿轮组件，齿轮组件可以为一个或多个齿轮，根据所需转速比选择合适的齿数。
10.进一步，所述的钢丝卷盘还包括钢丝锁紧机构，钢丝锁紧机构具有锁紧位置和松开位置；处于锁紧位置时，所述钢丝锁紧机构夹紧所述钢丝；钢丝锁紧机构处于松开位置，不与钢丝接触。钢丝锁紧机构用于提高钢丝卷盘工作的安全性。
11.进一步，所述的钢丝卷盘还包括钢丝松紧检测机构，所述的钢丝松紧检测机构用于检测钢丝绕线筒引出的钢丝线的松紧程度。
12.优选的，所述的钢丝松紧检测机构包括检测装置和反馈装置，检测装置与钢丝绕线筒引出的钢丝线接触，获取钢丝线的松紧程度；反馈装置将检测装置检测的钢丝线的松紧程度信号转化为电信号输出。
13.进一步优选的，所述的钢丝松紧检测机构包括：
14.检测杆，其头部设有滑轮，所述检测杆通过滑轮与钢丝线接触；
15.弹簧，其套设在检测杆上，弹簧一端与检测杆头部相连，另一端连接在固定座上；当钢丝线拉紧时，所述检测杆压缩弹簧并处于压缩位置；当钢丝线松弛时，弹簧部分或完全复位从而带动检测杆处于伸出位置；
16.固定座，其上设有将弹簧的压力信号转化为电信号的压力传感器，或者设有将检测杆的杆身位置信号转化为电信号的位移传感器。
17.根据本发明的一种优选实施方式，沿钢丝出线方向，所述钢丝松紧检测机构设置在钢丝锁紧机构的下游；所述钢丝锁紧机构设置在钢丝导向装置的下游；当钢丝出现松弛使，钢丝锁紧机构及时锁住钢丝，避免上游的钢丝导向装置和钢丝绕线筒处的钢丝出现紊乱或脱离螺旋形绕线槽和钢丝导向装置的情况。
18.优选的，所述的钢丝导向装置为滑轮；钢丝导向装置引导钢丝朝设定的方向出线，钢丝导向装置可以根据需要改变钢丝出线的方向。根据本发明的优选实施方式，钢丝在钢丝绕线筒上为轴向单排绕线。
19.本发明另一方面提供了一种钢丝卷盘机构，其包括钢丝绕线筒、丝杠螺母副、滑轨、钢丝松紧检测机构、钢丝锁紧机构、电机、传动组件和控制模块；
20.钢丝绕线筒的筒体表面设有用于缠绕钢丝的螺旋形绕线槽；丝杠螺母副包括通过螺纹相互配合的丝杠和螺母，所述丝杠与钢丝绕线筒的中心轴线平行，所述螺母上设有钢丝导向装置，钢丝绕线筒上缠绕的钢丝经所述钢丝导向装置后出线；所述滑轨与丝杠平行设置，螺母直接或间接设置在滑轨上可沿滑轨滑动；钢丝松紧检测机构用于检测钢丝绕线筒引出的钢丝线的松紧程度；钢丝锁紧机构用于在需要时锁紧从钢丝绕线筒出线的钢丝；
电机驱动所述钢丝绕线筒和丝杠转动；传动组件连接所述的钢丝绕线筒和丝杠，使钢丝绕线筒和丝杠以设定的转速比同步转动；所述传动组件的转速比根据丝杠和钢丝绕线筒的导程设置，使丝杠和钢丝绕线筒在电机驱动下同时转动时，钢丝绕线筒上钢丝出线位置高度变化值与丝杠上螺母高度变化值相同；所述控制模块与所述电机相连用于控制电机启、停和调节电机转速；
21.所述控制模块与钢丝松紧检测机构相连用于获取钢丝出线的松紧状态；所述控制模块与钢丝锁紧机构相连用于在需要时控制钢丝锁紧机构锁住钢丝出线。
22.本发明的钢丝绕线筒的筒体表面设有螺旋形绕线槽，钢丝绳被收纳在螺旋形绕线槽上，采用轴向单排的绕线方式，钢丝绳之间不接触、不缠绕。
23.本发明配置有螺母用于实现钢丝绳的出线；螺母可沿丝杠滑动，在钢丝绕线筒和丝杆导程已知的情况下，通过控制钢丝绕线筒和丝杆的转速比，可以使钢丝绕线筒上钢丝出线位置高度变化值与滑块高度变化值相同；即钢丝出线位置始终与滑块齐平；钢丝即可在钢丝筒上规律收放，且钢丝收放的线速度是固定的，取决于钢丝筒的转动速度。
24.本发明的优选方案进一步配置了钢丝松紧检测机构和钢丝锁紧机构，以实现钢丝出线的智能检测和安全运作。
附图说明
25.图1为本发明实施例中钢丝卷盘的结构示意图；
26.图2为实施例中带电机驱动的钢丝卷盘的结构示意图；
27.图3为本发明另一实施例中钢丝卷盘的结构示意图(拉紧状态)；
28.图4为本发明实施例中钢丝松紧检测机构的结构示意图(拉紧状态)；
29.图5为本发明实施例中钢丝卷盘的结构示意图(松弛状态)；
30.图6为钢丝松弛状态下钢丝松紧检测机构和钢丝锁紧机构的状态图；
31.图7为钢丝拉紧状态下钢丝松紧检测机构和钢丝锁紧机构的状态图。
32.图中，钢丝绕线筒1、丝杠2、螺母3、钢丝导向装置31、滑轨4、电机5、钢丝锁紧机构6、伸缩端61、钢丝松紧检测机构7、固定座70、头端71、弹簧72、检测杆73、传感器74、滑轮75、位移检测端76、辅助支架8，辅助滑轮81、挡块82、传动组件9、钢丝10。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
34.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可
以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
37.如图1所示，一种钢丝卷盘，其包括钢丝绕线筒1、丝杠螺母副、滑轨4；钢丝绕线筒1的筒体表面设有螺旋形绕线槽；螺旋形绕线槽上缠绕有钢丝；丝杠螺母副包括通过螺纹相互配合的丝杠2和螺母3，所述丝杠2与钢丝绕线筒1的中心轴线平行，所述螺母3上设有钢丝导向装置31，钢丝绕线筒1上缠绕的钢丝经所述钢丝导向装置31后出线；所述滑轨4与丝杠2平行设置，螺母3直接或间接设置在滑轨4上可沿滑轨4滑动。本发明的实施例中，钢丝在钢丝绕线筒1上为轴向单排绕线。本发明的螺母3指与丝杠2进行螺纹配合的组件，用于将丝杆2的转动运动转化为其在丝杠2上的直线运动，为了避免螺母3跟着丝杠2一起转动且导向螺母的移动方向，将螺母3直接或间接设置在滑轨4上。例如螺母直接与滑轨上的滑槽配合；也可以是在滑轨4上设置一滑块，螺母与滑块固定相连，即螺母间接设置在滑轨4上并可沿滑轨4滑动。
38.钢丝绕线筒1和丝杠2均可转动，钢丝绕线筒1的转动用于实现钢丝的收线和放线，丝杠2的转动用于带动其上套设的螺母3的升降，由于钢丝导向装置31固定在螺母3上，其随螺母3同步升降。根据钢丝绕线筒1螺旋形绕线槽的导程和丝杆的导程，控制钢丝绕线筒1和丝杠2上的转速，可实现钢丝导向装置31的高度变化值与钢丝绕线筒1上钢丝出线位置的高度变化值相同。例如在放线阶段刚开始放线时，钢丝缠满钢丝绕线筒1，钢线出线位置位于钢丝绕线筒1的底端，此时钢丝导向装置31也位于丝杆的底端；随着持续放线，钢丝出线位置将沿钢丝绕线筒1不断上升，而钢丝导向装置31也同步上升，从而使得钢丝出线稳定可控，钢丝出线位置与钢丝导向装置31之间的距离适中恒定，两者之间的钢丝处于水平状态，钢丝不会从钢丝绕线槽上脱离。在收线阶段，钢丝导向装置31与钢丝绕线筒1的出现位置仍然是同步下降的，从而引导钢丝会沿钢丝绕线槽缠绕在钢丝绕线筒1上，避免钢丝无规则缠绕或者脱离绕线槽。
39.本发明的钢丝绕线筒和丝杠可以是由一个外部电机经传动组件连接同步驱动的，也可以是由两个外部电机各自独立驱动的，当通过两个电机驱动时，只需控制电机输出转速使得钢丝出线位置与钢丝导向装置同步升降即可。
40.如图2所示，在一个优选实施例中，所述的钢丝卷盘自身还包括电机5和传动组件9。传动组件为齿轮或齿圈，钢丝绕线筒1和丝杠2的底部均同轴设置有齿轮(或齿圈)，相邻的齿轮之间互相啮合，电机5输出端也设备齿轮或齿圈；当电机5转动时，即可通过传动组件9驱动所述钢丝绕线筒1和丝杠2转动；钢丝绕线筒1和丝杠2以设定的转速比同步转动；所述传动组件的转速比根据丝杠2和钢丝绕线筒1的导程设置，使丝杠2和钢丝绕线筒1在电机5驱动下同时转动时，钢丝绕线筒1上钢丝出线位置高度变化值与丝杠2上螺母3高度变化值相同。
41.如图3所示，所述的钢丝卷盘还包括钢丝锁紧机构6。钢丝锁紧机构6具有锁紧位置和松开位置；处于锁紧位置时，所述钢丝锁紧机构6夹紧所述钢丝；钢丝锁紧机构6处于松开位置，不与钢丝接触。钢丝锁紧机构6用于提高钢丝卷盘工作的安全性，例如当钢丝发生断裂或钢丝与牵引对象失去连接时，可以及时锁住钢丝。钢丝锁紧机构6在一般情况下均是夹
紧钢丝出线的，仅当钢丝绕线筒1要转动时，才进行解锁。因此钢丝锁紧机构6的驱动信号与电机5的工作驱动信号是可以同步的，钢丝锁紧机构6可以是电磁铁组件，其在断电情况下夹紧钢丝，在得电情况下松开钢丝。
42.如图3和5所示，所述的钢丝卷盘还包括钢丝松紧检测机构7，所述的钢丝松紧检测机构7用于检测钢丝绕线筒1引出的钢丝线的松紧程度。所述的钢丝松紧检测机构7包括检测装置和反馈装置，检测装置与钢丝绕线筒1引出的钢丝线接触，获取钢丝线的松紧程度；反馈装置将检测装置检测的钢丝线的松紧程度信号转化为电信号输出。
43.如图4所示，在一个具体实施例中，所述的钢丝松紧检测机构包括固定座70、检测杆73、弹簧72。检测杆73头端71设有滑轮75，所述检测杆通过滑轮75与钢丝线接触；即滑轮75顶着钢丝；弹簧72套设在检测杆73上，弹簧一端与检测杆头端相连，另一端连接在固定座70上；当钢丝线拉紧时，所述检测杆73压缩弹簧并处于压缩位置；当钢丝线松弛时，弹簧部分或完全复位从而带动检测杆处于伸出位置。通过传感器检测弹簧的受压情况，即可判断钢丝松紧程度。
44.在一个可选实施例中，传感器还可以通过检测检测杆的杆身位置来判断钢丝松紧程度。
45.如图6
‑
7所示，在一个具体实施例中，检测杆上设有位移检测端76，其为一设置在检测杆上并与检测杆呈垂直设置的杆。在一种实施方式中，传感器为压力传感器，钢丝线拉紧时，位移检测端76与传感器74接触施加压力，当钢丝松弛时，位移检测端76与传感器74脱离，传感器不受压，传感器以此来判断钢丝松紧情况。
46.在另一具体实施例中，所述传感器74为激光检测传感器，其具有相对设置的发射端和接收端；当钢丝线拉紧时，位移检测端76处于激光发射端和接收端之间，遮挡激光；当钢丝松弛时，位移检测端76不遮挡激光，此时接收端可以接受到激光信号，传感器以此来判断钢丝松紧情况。
47.如图5所示，即为钢丝松弛状态的示意图，此时钢丝对弹簧的压力将减少，弹簧将部分或全部复位。
48.如图3
‑
7所示，在本发明的多个优选实施例中，沿钢丝出线方向，所述钢丝松紧检测机构7设置在钢丝锁紧机构6的下游；所述钢丝锁紧机构6设置在钢丝导向装置31的下游；当钢丝出现松弛使，钢丝锁紧机构6及时锁住钢丝，避免上游的钢丝导向装置31和钢丝绕线筒1处的钢丝出现紊乱或脱离螺旋形绕线槽和钢丝导向装置31的情况。
49.在本发明的实施例中，所述的钢丝导向装置31为滑轮；钢丝卡在滑轮的滚槽内，钢丝导向装置引导钢丝朝设定的方向出线，钢丝导向装置可以根据需要改变钢丝出线的方向。在本发明的一个优选实施例中，钢丝从钢丝绕线筒出线后到钢丝导向装置这一段是水平的，经钢丝导向装置的滑轮导向后，钢丝以90
°
竖直向上引出。
50.如图6和7所示，为了更好的引导钢丝出线以及配合钢丝松紧检测机构7和钢丝锁紧机构6，所述的钢丝卷盘还具有辅助支架8，辅助支架8上设置有两个辅助滑轮81和一个挡块82；挡块与钢丝锁紧机构6正对设置。本实施例的钢丝经导向装置导向后是竖直向上出线的，检测杆就设置为水平，两个辅助滑轮81则在高度方向上上下布置；钢丝穿过挡块82与钢丝锁紧机构6之间的空隙(非锁紧状态下)，再依次与下方的辅助滑轮、检测杆头部滑轮和上方的辅助滑轮接触，并继续向上出线。当需要夹紧钢丝时，钢丝锁紧机构6的伸缩端推出，与
挡块82一起紧紧锁住钢丝。检测杆73的安装高度处于两个辅助滑轮之间，如图7所示，为钢丝拉紧时的状态，如图6所示，为钢丝松弛时的状态。
51.如图3和5所示，在本发明的钢丝卷盘机构，其包括钢丝绕线筒1、丝杠螺母副、滑轨4、钢丝松紧检测机构7、钢丝锁紧机构6、电机5、传动组件9和控制模块；
52.钢丝绕线筒的筒体表面设有用于缠绕钢丝的螺旋形绕线槽；丝杠螺母副包括通过螺纹相互配合的丝杠和螺母，所述丝杠与钢丝绕线筒的中心轴线平行，所述螺母上设有钢丝导向装置，钢丝绕线筒上缠绕的钢丝经所述钢丝导向装置后出线；所述滑轨与丝杠平行设置，螺母直接或间接设置在滑轨上可沿滑轨滑动；钢丝松紧检测机构用于检测钢丝绕线筒引出的钢丝线的松紧程度；钢丝锁紧机构用于在需要时锁紧从钢丝绕线筒出线的钢丝；电机驱动所述钢丝绕线筒和丝杠转动；传动组件连接所述的钢丝绕线筒和丝杠，使钢丝绕线筒和丝杠以设定的转速比同步转动；所述传动组件的转速比根据丝杠和钢丝绕线筒的导程设置，使丝杠和钢丝绕线筒在电机驱动下同时转动时，钢丝绕线筒上钢丝出线位置高度变化值与丝杠上螺母高度变化值相同；所述控制模块与所述电机相连用于控制电机启、停和调节电机转速；
53.所述控制模块与钢丝松紧检测机构相连用于获取钢丝出线的松紧状态；所述控制模块与钢丝锁紧机构相连用于在需要时控制钢丝锁紧机构锁住钢丝出线。
54.初始状态下，钢丝锁紧机构锁住钢丝出线；
55.首先由钢丝松紧检测机构检测钢丝出线的松紧状态；若钢丝处于松弛状态，则控制模块控制钢丝锁紧机构锁住钢丝出线，且控制模块控制电机使其无法启动；
56.仅当钢丝处于拉紧状态，才允许出线；当出线时，钢丝锁紧机构解锁，电机正转，钢丝绕线筒和丝杠同时转动，钢丝绕线筒上钢丝出线位置高度变化值与螺母高度变化值相同；螺旋形绕线槽上绕制的钢丝的出线经钢丝导向装置引出至所需方向；
57.当收线时，电机反转，钢丝锁紧机构解锁，钢丝绕线筒和丝杆同时转动，使得钢丝绕线筒上钢丝出线位置高度变化值与螺母高度变化值相同；钢丝经钢丝导向装置的引导缠绕到所述螺旋形绕线槽上。
58.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。