线缆收放设备及其控制方法与流程

1.本技术涉及线缆传输技术领域，特别是涉及一种线缆收放设备及其控制方法。


背景技术：

2.线缆可以用于控制安装、连接设备、输送电力等，应用范围广。为确保线缆收放设备的正常工作，需要保证驱动轮和卷筒速度同步，即在放缆时使驱动轮的线缆回拉速度与卷筒的线缆释放速度相等，在收缆时使驱动轮的线缆输送速度与卷筒的线缆缠绕速度相等。目前的控制方法是通过控制驱动电机和卷筒电机转速比例来实现驱动轮和卷筒速度同步，对于转速控制的精度要求高，若两者的速度不能完全同步，将可能导致放缆收缆不整齐、线缆损伤甚至断裂。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种线缆收放设备及其控制方法，降低对于驱动电机和卷筒电机转速的控制精度要求，避免放缆收缆不整齐、线缆损伤及断裂的风险。
4.根据本技术的一个方面，提供一种线缆收放设备，包括：
5.卷缆单元，所述卷缆单元包括卷筒电机、第一磁粉离合器和卷筒，所述卷筒电机通过所述第一磁粉离合器与所述卷筒传动连接，所述第一磁粉离合器用于控制所述卷筒的力矩和转速；及
6.驱动缆单元，所述驱动缆单元包括驱动电机、减速器和驱动轮，所述驱动电机通过所述减速器与所述驱动轮传动连接；
7.其中，线缆缠绕于所述卷筒，所述驱动轮用于向外输送或回拉所述线缆；
8.当所述驱动轮和所述卷筒正向转动时，将缠绕于所述卷筒上的所述线缆向外输送；
9.当所述驱动轮和所述卷筒反向转动时，将所述线缆回拉并缠绕于所述卷筒上。
10.在其中一个实施例中，所述驱动缆单元还包括第二磁粉离合器，所述驱动电机通过所述减速器和所述第二磁粉离合器与所述驱动轮传动连接，所述第二磁粉离合器用于控制所述驱动轮的力矩和转速。
11.在其中一个实施例中，所述驱动电机的输出端连接于所述第二磁粉离合器的输入端，所述第二磁粉离合器的输出端连接于所述减速器的输入端，所述减速器的输出端连接于所述驱动轮。
12.根据本技术的另一个方面，提供一种基于上述线缆收放设备的控制方法，包括：
13.当所述线缆收放设备向外输送所述线缆时，控制所述驱动电机正向转动，并控制所述卷筒电机正向转动或停转；以所述驱动轮向外输送所述线缆的线速度理论值为理论输送速度，所述理论输送速度与所述驱动电机的转速正相关；以所述卷筒释放所述线缆的线速度理论值为理论释放速度，所述理论释放速度与所述卷筒电机的转速正相关；设定所述驱动电机的转速与所述卷筒电机的转速，以使所述理论输送速度大于所述理论释放速度；
14.在所述线缆收放设备回拉所述线缆时，控制所述驱动电机反向转动，并控制所述卷筒电机反向转动；以所述驱动轮回拉所述线缆的线速度理论值为理论回拉速度，所述理论回拉速度与所述驱动电机的转速正相关；以所述卷筒缠绕所述线缆的线速度理论值为理论缠绕速度，所述理论缠绕速度与所述卷筒电机的转速正相关；设定所述驱动电机的转速与所述卷筒电机的转速，以使所述理论缠绕速度大于所述理论回拉速度。
15.在其中一个实施例中，在所述线缆收放设备向外输送所述线缆或回拉所述线缆之前，所述控制方法还包括：
16.控制所述第一磁粉离合器以第一预设力矩输出，以调节所述卷筒对所述线缆的作用力，所述卷筒对所述线缆的作用力与所述第一预设力矩正相关。
17.在其中一个实施例中，所述第一预设力矩小于所述卷筒电机的堵转力矩。
18.在其中一个实施例中，设定所述第一预设力矩，以使所述卷筒对所述线缆的作用力大于所述线缆缠绕于所述卷筒的膨胀力。
19.在其中一个实施例中，所述驱动缆单元还包括第二磁粉离合器，所述驱动电机通过所述减速器和所述第二磁粉离合器与所述驱动轮传动连接，所述第二磁粉离合器用于控制所述驱动轮的力矩和转速；
20.在所述线缆收放设备向外输送所述线缆或回拉所述线缆之前，所述控制方法还包括：
21.控制所述第二磁粉离合器以第二预设力矩输出，以调节所述驱动轮对所述线缆的作用力，所述驱动轮对所述线缆的作用力与所述第二预设力矩正相关。
22.在其中一个实施例中，所述第二预设力矩小于所述驱动电机的堵转力矩。
23.在其中一个实施例中，设定所述第二预设力矩，以使所述驱动轮对所述线缆的作用力小于所述线缆的拉断力及压溃力。
24.上述线缆收放设备及其控制方法在卷筒与卷筒电机之间设置第一磁粉离合器，不必控制驱动电机和卷筒电机转速比例，利用第一磁粉离合器的滑差功能，保证卷筒的速度跟随驱动轮的速度，即可实现驱动轮与卷筒速度同步。上述线缆收放设备及其控制方法降低了对于驱动电机和卷筒电机转速的控制精度要求，避免了放缆收缆不整齐、线缆损伤及断裂的风险。
附图说明
25.图1为本技术一实施例中的线缆收放设备的结构示意图。
26.附图标记说明
27.1、卷筒电机；2、第一磁粉离合器；3、卷筒；4、驱动电机；5、减速器；6、驱动轮；7、第二磁粉离合器；8、线缆。
具体实施方式
28.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
29.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“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。
31.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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；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技术中的具体含义。
32.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.线缆可以用于控制安装、连接设备、输送电力等，应用范围广。为确保线缆收放设备的正常工作，需要保证驱动轮和卷筒速度同步，即在放缆时使驱动轮的线缆回拉速度与卷筒的线缆释放速度相等，在收缆时使驱动轮的线缆输送速度与卷筒的线缆缠绕速度相等。目前的控制方法是通过控制驱动电机和卷筒电机转速比例来实现驱动轮和卷筒速度同步，对于转速控制的精度要求高，若两者的速度不能完全同步，将可能导致放缆收缆不整齐、线缆损伤甚至断裂。
35.基于此，有必要提供一种线缆收放设备及其控制方法，降低对于驱动电机和卷筒电机转速的控制精度要求，避免放缆收缆不整齐、线缆损伤及断裂的风险。
36.根据本技术的一个方面，提供一种线缆收放设备。参阅图1，本技术一实施例提供的线缆收放设备包括卷缆单元和驱动缆单元。卷缆单元包括卷筒电机1、第一磁粉离合器2和卷筒3，卷筒电机1通过第一磁粉离合器2与卷筒3传动连接，第一磁粉离合器2用于控制卷筒3的力矩和转速。驱动缆单元包括驱动电机4、减速器5和驱动轮6，驱动电机4通过减速器5与驱动轮6传动连接。其中，线缆8缠绕于卷筒3，驱动轮6用于向外输送或回拉线缆8。当驱动轮6和卷筒3正向转动时，将缠绕于卷筒3上的线缆8向外输送；当驱动轮6和卷筒3反向转动时，将线缆8回拉并缠绕于卷筒3上。
37.应当理解，磁粉离合器具有滑差功能，即磁粉离合器的输出端转速可以与输入端转速不一致，从而对联动部件间的速度差进行补偿，实现速度同步。在卷筒3与卷筒电机1之间设置第一磁粉离合器2，不必控制驱动电机4和卷筒电机1转速比例，利用第一磁粉离合器2的滑差功能，保证卷筒3的速度跟随驱动轮6的速度，即可实现驱动轮6与卷筒3速度同步。如此，降低了对于驱动电机4和卷筒电机1转速的控制精度要求，避免了放缆收缆不整齐、线缆损伤及断裂的风险。
38.特别指出，磁粉离合器是根据电磁原理并利用磁粉来传递力矩，其传递的力矩与激磁电流基本成线性关系。因此，只要改变激磁电流的大小，便可轻易地控制输出力矩的大小。如此，可通过设置第一磁粉离合器2的输出力矩来控制卷筒3对线缆8的作用力，保持线缆收放设备处于良好的工作状态。
39.当线缆收放设备外部的线缆8遇到卡涩情况，若维持原速度继续向外输送或回拉线缆8，则驱动轮6所需的驱动力矩将不断增大，最终使驱动电机4过载堵转。驱动力矩增大还会导致驱动轮6对线缆8的作用力增大，从而导致驱动轮6与牵引物体之间的线缆8被拉断或压溃。
40.在一些实施例中，驱动缆单元还包括第二磁粉离合器7，驱动电机4通过减速器5和第二磁粉离合器7与驱动轮6传动连接，第二磁粉离合器7用于控制驱动轮6的力矩和转速。通常情况下，第二磁粉离合器7无滑差，即第二磁粉离合器7的输入端转速与输出端转速一致，通过调节驱动电机4转速即可调节线缆8向外输送的速度或回拉的速度。当线缆收放设备外部的线缆8遇到卡涩情况，第二磁粉离合器7将产生滑差，即第二磁粉离合器7的输入端转速与输出端转速不一致，避免驱动电机4过载堵转。同时，可通过设置第二磁粉离合器7的输出力矩来控制驱动轮6对线缆8的作用力，保持线缆收放设备处于良好的工作状态。
41.具体到一些实施例中，驱动电机4的输出端连接于第二磁粉离合器7的输入端，第二磁粉离合器7的输出端连接于减速器5的输入端，减速器5的输出端连接于驱动轮6。如此，将第二磁粉离合器7设置于减速器5的高速级，减小了第二磁粉离合器7控制驱动轮6所需的输出力矩，选型时可以选择较小规格的第二磁粉离合器7，有助于降低体积和成本。具体到另一些实施例中，驱动电机4的输出端连接于减速器5的输入端，减速器5的输出端连接于第二磁粉离合器7的输入端，第二磁粉离合器7的输出端连接于驱动轮6，即，将第二磁粉离合器7设置于减速器5的低速级，以增大输出力矩降低滑差转速。
42.根据本技术的另一个方面，提供一种基于上述线缆收放设备的控制方法，包括：当线缆收放设备向外输送线缆8时，控制驱动电机4正向转动，并控制卷筒电机1正向转动或停转。以驱动轮6向外输送线缆8的线速度理论值为理论输送速度，理论输送速度与驱动电机4的转速正相关。以卷筒3释放线缆8的线速度理论值为理论释放速度，理论释放速度与卷筒电机1的转速正相关。设定驱动电机4的转速与卷筒电机1的转速，以使理论释放速度小于理论输送速度。应当理解，当卷筒电机1停转时，理论释放速度为零，必定小于理论输送速度。
43.在图1所示的实施例中，卷筒3的半径为r1，驱动轮6的半径为r2，减速器5的减速比为p，设定卷筒电机1的放缆转速为v
11
，驱动电机4的放缆转速为v
12
，理论释放速度为s
11
，理论输送速度为s
12
，s
11
和s
12
的计算式如下：
44.s
11
＝6.28
×v11
×
r145.s
12
＝6.28
×v12
×
r2/p
46.当卷筒电机1与驱动电机4刚启动时，卷筒3与驱动轮6之间的线缆8尚未张紧，此时实际输送速度等于理论输送速度，实际释放速度等于理论释放速度，故实际输送速度大于实际释放速度，一段时间内驱动轮6向外输送的线缆8长度大于卷筒3释放的线缆8长度，直到卷筒3与驱动轮6之间的线缆8张紧。此后，实际释放速度在第一磁粉离合器2的滑差作用下与实际输送速度保持同步，保证线缆8在张紧状态下持续从卷筒3释放并经驱动轮6向外输送。
47.在线缆收放设备回拉线缆时，控制驱动电机4反向转动，并控制卷筒电机1反向转动。以驱动轮6回拉线缆8的线速度理论值为理论回拉速度，理论回拉速度与驱动电机4的转速正相关。以卷筒3缠绕线缆8的线速度理论值为理论缠绕速度，理论缠绕速度与卷筒电机1的转速正相关。设定驱动电机4的转速与卷筒电机1的转速，以使理论缠绕速度大于理论回拉速度。
48.在图1所示的实施例中，卷筒3的半径为r1，驱动轮6的半径为r2，减速器5的减速比为p，设定卷筒电机1的收缆转速为v
21
，驱动电机4的收缆转速为v
22
，理论缠绕速度为s
21
，理论回拉速度为s
22
，s
21
和s
22
的计算式如下：
49.s
21
＝6.28
×v21
×
r150.s
22
＝6.28
×v22
×
r2/p
51.当卷筒电机1与驱动电机4刚启动时，卷筒3与驱动轮6之间的线缆8尚未张紧，此时实际回拉速度等于理论回拉速度，实际缠绕速度等于理论缠绕速度，故实际缠绕速度大于实际回拉速度，一段时间内卷筒3缠绕的线缆8长度大于驱动轮6回拉的线缆8长度，直到卷筒3与驱动轮6之间的线缆8张紧。此后，实际缠绕速度在第一磁粉离合器2的滑差作用下与实际回拉速度保持同步，保证线缆8在张紧状态下经驱动轮6持续回拉并缠绕于卷筒3。
52.在线缆收放设备向外输送线缆8或回拉线缆8之前，控制方法还包括控制第一磁粉离合器2以第一预设力矩输出，以调节卷筒3对线缆8的作用力，卷筒3对线缆8的作用力与第一预设力矩正相关，从而保持线缆收放设备处于良好的工作状态。具体地，向第一磁粉离合器2通入稳定的第一预设电流，即可使第一磁粉离合器2的输出端稳定输出相应的第一预设力矩，间接控制卷筒3对线缆8的作用力。
53.进一步地，第一预设力矩小于卷筒电机1的堵转力矩。卷筒电机1的堵转力矩是指当卷筒电机1转速为零(堵转)时的力矩。如此，可控制卷筒电机1的输出力矩小于卷筒电机1的堵转力矩，避免卷筒电机1过载堵转。
54.更进一步地，设定第一预设力矩，以使卷筒3对线缆8的作用力大于线缆8缠绕于卷筒3的膨胀力。当线缆8缠绕于卷筒3时，膨胀力使线缆8具有远离卷筒3的趋势，影响线缆8在卷筒3上的缠绕效果，因此卷筒3对线缆8的作用力需大于膨胀力以保证线缆8紧密缠绕于卷筒3。膨胀力由卷筒3的半径和线缆8的自身性质决定。
55.在图1所示的实施例中，卷筒3的半径为r1，第一预设力矩为m1，卷筒3对线缆8的输出力为f1，f1的计算式如下：
56.f1＝m1/r157.在一些实施例中，驱动缆单元还包括第二磁粉离合器7，驱动电机4通过减速器5和第二磁粉离合器7与驱动轮6传动连接，第二磁粉离合器7用于控制驱动轮6的力矩和转速。
58.通常情况下，第二磁粉离合器7无滑差，即第二磁粉离合器7的输入端转速与输出
端转速一致，理论输送速度等于实际输送速度，理论回拉速度等于实际回拉速度，通过调节驱动电机4转速即可调节实际输送速度和实际回拉速度。当线缆收放设备外部的线缆8遇到卡涩情况，第二磁粉离合器7产生滑差，即第二磁粉离合器7的输入端转速与输出端转速不一致，理论输送速度大于实际输送速度，理论回拉速度大于实际回拉速度，避免驱动电机4过载堵转。
59.在线缆收放设备向外输送线缆8或回拉线缆8之前，控制方法还包括控制第二磁粉离合器7以第二预设力矩输出，以调节驱动轮6对线缆8的作用力，驱动轮6对线缆8的作用力与第二预设力矩正相关，从而保持线缆收放设备处于良好的工作状态。具体地，向第二磁粉离合器7通入稳定的第二预设电流，即可使第二磁粉离合器7的输出端稳定输出相应的第二预设力矩，间接控制驱动轮6对线缆8的作用力。
60.进一步地，第二预设力矩小于驱动电机4的堵转力矩。驱动电机4的堵转力矩是指当驱动电机4转速为零(堵转)时的力矩。如此，可控制驱动电机4的输出力矩小于驱动电机4的堵转力矩，避免驱动电机4过载堵转。
61.更进一步地，设定第二预设力矩，以使驱动轮6对线缆8的作用力小于线缆8的拉断力及压溃力。如此，可避免线缆8受到的作用力过大导致线缆8被拉断或压溃，线缆8的拉断力及压溃力由线缆8的自身性质决定。
62.在图1所示的实施例中，驱动轮6的半径为r2，减速器5的减速比为p，第二预设力矩为m2，驱动轮6对线缆8的作用力为f2，f2的计算式如下：
63.f2＝m2×
p/r264.上述线缆收放设备及其控制方法在卷筒3与卷筒电机1之间设置第一磁粉离合器2，不必控制驱动电机4和卷筒电机1转速比例，利用第一磁粉离合器2的滑差功能，保证卷筒3的速度跟随驱动轮6的速度，即可实现驱动轮6与卷筒3速度同步。上述线缆收放设备及其控制方法降低了对于驱动电机4和卷筒电机1转速的控制精度要求，避免了放缆收缆不整齐、线缆损伤及断裂的风险。
65.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
66.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，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，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本专利的保护范围应以所附权利要求为准。