一种空心卷线托架盘的结构设计_牛建荣.pdf

一种空心卷线托架盘的结构设计牛建荣（中国二十冶集团有限公司，上海201900）摘要：围绕卷线电缆使用的托线盘进行了研究。根据机械结构设计基础，设计空心卷线托架盘的结构。该托盘只需要 4 步（按下手动转轴、转动手动转轴托架张开、根据卷线宽度抽出中间托架、拉出内托架旋转 90）就能完成空心卷线的更换挂盘，在使用效率、便捷性方面效果显著。关键词：齿轮托架滚珠弹簧圆齿嵌套中图分类号：TH213.6文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0098-02引言目前市场上采购的家装卷线电缆以及工业弱电控制回路配线用卷线电缆，出厂基本都是成卷的空心盘线，外包装缠绕一层塑封膜来固型。由于卷线是空心的，使用前撕掉塑封膜后，在抽取线芯过程中，电缆很快便会打结缠绕在一起，不仅影响使用效率，还对电缆线芯造成损伤。市面上对这种卷线电缆提供的托线盘种类较多，但基本需要借助工具来不断拆卸线盘，更换新的卷线上去，在使用效率、便捷性方面还有待进一步提升。笔者根据工作经验和亲身使用经历，在完全不依赖工具的情况下，根据机械机构设计，只需要轻松 4 步完成空心卷线的更换挂盘，在便捷、效率上真正做到事半功倍的效果1。1空心托架盘模型如图 1 所示，是卷线空心盘托架的基本模型，材质可以是镀锌铁板、塑料板、木板等。底盘可以采用磁力结构吸附在金属架、车间等铁质材料上，须吸附牢靠、方便移动，根据个人使用习惯安放在顺手的位置，也可以用螺丝固定在使用工位上。空心托架盘结构设计简单，如图 2 所示，托架移动机构是隐藏在空心底盘（直径 25 cm）内的中心轴齿轮传动部分。从图 2 观察到，顺时针转动中心齿轮，中心齿轮与左右 2 个托架直齿咬合，内外托架呈直线运动，以中心齿轮为圆心向外张开。反之，逆时针转动中心齿轮，内外托架向中心齿轮圆心收缩。2托盘结构选择从右视图角度观察空心盘托架，如图 3 所示，在中心轴前端位置上是手动转轴旋钮，与图 2 看到的中心齿轮是同一圆心轴。所以，逆时针转动手动转轴旋钮，转动中心齿轮带动内外托架做直线运动，从圆心向外张开直至方孔上端。假定底盘的方孔长度为 11 cm，那么内外托架只能在方孔长度内做往复运动，也就是调整空心卷线的内径范围在 415 cm 之间；在内外托架张开到极限的状态下，顺时针转动手动转轴旋钮，内外托架向中心轴运动，直至方孔的下端口位置，达到内外托架收缩极限状态。下页图 4-1 假设在底盘下配置磁力背板，可以吸附在金属框架上。此时 2 个托架位于缩回位置，也是轴心位置。下页图 4-2 是在逆时针转动手动转轴，使托架在底盘方孔下端向上端移动，直至托架张开到极限位置，此位置也是空心盘的有效使用空心卷线的内径最大（15 cm）位置，只要空心卷线的空心内径在这个范围内，都可以在这个托架盘上使用。2.1转轴结构当空心卷线电缆套进下页图 4-1 所示托架上，按收稿日期：2022-05-23作者简介：牛建荣（1985），男，陕西渭南人，大专，毕业于陕西国防工业技术学院电气自动化专业，中级工程师。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.037图 1空心盘托架图 2左视图图 3右视图直齿内外托架中心齿轮底盘方孔手动转轴外托架内托架方孔结构设计2023 年第 2 期下手动转轴旋钮后，手动转轴旋钮以逆时针转动，中心齿轮带动上下托架以轴心为圆心向外张开，直到 2个托架与空心卷线电缆内径贴合后，再松开手动转轴旋钮，使其在弹出位置。手动转轴旋钮在按下前，位于轴心的中心转轴与轴外壁圆齿嵌套在锁定位置，防止托架在使用过程中，因为振动、自由移动等原因，造成托架上的空心卷线与托架接触不紧密，在外牵引力拉动线芯时，空心卷线在托架上打滑，增大了线芯的牵引力，对线芯内部结构造成挤压，从而影响导线在导电状态下电荷分布不均匀，引起发热、短路等潜在故障。同时由于卷线在托架上打滑，对空心卷线的内径线芯外层绝缘层造成磨损，降低了线芯的绝缘保护，形成安全隐患，所以托架结构必须有锁定和解锁保护。图 4-2 中的 C-局部剖析图，如图 5 所示。图 5 需要说明的是，当外壁圆齿和手动转轴外圆齿的齿数越多，托架与空心卷线内径贴合的紧密度调整曲线越呈弧线形；如果这个圆齿越少，那么托架与空闲卷线内径贴合的紧密度调整曲线会以拐点折线呈现出来，并且紧密度调整受限。手动转轴旋钮处于锁定位置状态下，外力按下手动转轴按钮后，转轴会向底板方向有一个滑动过程。这个过程就是手动转轴外圆齿从外壁内圆齿滑出，完成解锁。手动转轴外圆齿在中心齿轮轴内圆齿之间滑动。弹簧受到外力挤压积蓄能量，当完成托架移动后，松开手动转轴按钮，积蓄能量的弹簧把手动转轴从齿轮转轴内圆齿滑出，与轴外壁咬合，完成中心齿轮的锁定。这一结构的目的是保证托架在使用过程中不会自由收缩或者张开，托架可以承受 10 kg 的卷线质量。这个锁定与解锁的过程如图 4-2 中 D-局部所示，详见图 6。2.2托架设计调整好托架位置后，根据空心卷线的宽度，调整托架的长度。托架由外托架、中间托架、内托架三部分组成，外托架主要托住卷线内径，而且与卷线贴合处做成弧形设计，既不损伤电缆线芯，也能增大与卷线的贴合面积。中间托架在使用不同宽度的空心卷线时，内托架从外托架内抽出，增加托架长度。外托架与中间托架滑槽处，设置了密集的凹槽，当中间托架在外力下拉出时，凹槽里的滚珠在弹簧的压缩与释放下，把中间托架固定在工作位置上，防止托架在使用中抖动、自由伸缩，起到锁定的作用。如图 4-2 中 B-局部所示，详见图 7。调整好托架与空心卷线的宽度后，由于卷线一侧与底盘贴合，这时候就需要一个上盘把卷线牢牢压紧。这个上盘其实并不是一个圆盘，而是隐藏在中间托架里的内托架。图 8 中可见内托架是隐藏在中间托架中，由于中间托架外口处是半开口形状，所以使用时外力下拉出内托架，直到弹簧挤压后，以中间托架开口处的销子为轴心，内托架旋转 90与卷线贴合。当释放掉内托架外力后，弹簧的挤压力在内托架与销子之前保持一个力，内托架底部设计成平角，与中间托架接触面积增大，起到 90垂直锁定作用，防止托盘在使用中内托架在离心力下自己抖动或者缩回。如4-1俯视图 14-2俯视图 2图 4俯视图图 5内外齿套6-2D-局部 26-1D-局部 1图 6D-局部7-1B-局部 17-2B-局部 2图 7B-局部8-1A-局部 18-2A-局部 28-3A-局部 3图 8A-局部B-局部磁力背板底盘A-局部直齿D-局部中心齿轮手动转轴C-局部手动转轴外圆齿外壁内圆齿中心齿轮锁定位置弹簧中心轴解锁位置1弹簧外托架外托架内托架中间托架滚珠滚珠外托架滚珠12外托架滚珠12外托架内托架滚珠弹簧牛建荣：一种空心卷线托架盘的结构设计（下转第 102 页）99机械管理开发第 38 卷Experimental Study on Electromechanical Short Range Cut-off Transmission System of CoalMining MachineGuo Erdou（Huayang Group No.1 Mine,Yangquan Shanxi 045000）Abstract:In order to solve the problems of low reliability and poor self-adaptive capability of the gear transmission system of coal miningmachine,the general design idea of electromechanical short-range cut-off transmission system and the matching design of hydraulic systemparameters are proposed with MG300/700 coal mining machine as an example,and the selection of key components including motor,hydraulic motor and hydraulic pump is completed;the simulation model of electromechanical short-range cut-off transmission system isconstructed based on AMESim,and the simulation of the rotational speed of the cut-off drum of the coal mining machine under the suddenchange of load is investigated.The simulation model of electromechanical short-range cut-off transmission system is built based onAMESim,and the tracking performance of the rotating speed of the cut-off drum of coal mining machine under the sudden change of loadis simulated and analyzed.It is indicated that the drum rotation speed can be adjusted in a short time and followa predetermined set speed.Key words:coal mining machine;electromechanical short-range cut-off transmission;hydraulic motor;hydraulic pump;drum rotation图 4-2 中 A-局部所示，详见图 8。3结语这个空心卷线托架盘，根据机械机构设计，使用过程中以弹簧、滚珠、齿轮等作为挂线盘的锁定和解锁保护结构，按照 4 步完成卷线的更换挂盘，顺序为按下手动转轴、转动手动转轴托架张开、根据卷线宽度抽出中间托架、拉出内托架旋转 90。参考文献1武成，袁振中，生瑞东，等.机械设计节能基本原理在矿山行业应用研究J.科学导报，2015（18）：281.（编辑：李俊慧）Structural Design of a Hollow Wire Reel Bracket TrayNiu Jianrong（China Twenty Metallurgical Group Limited,Shanghai 201900）Abstract:A study was carried out around the bobbin used for spooling cables.The structure of the hollow coiled wire tray is designedaccording to the basis of mechanical structure design.The tray requires only four steps(pressing the manual pivot,turning the manual pivotbracket to open,pulling out the middle bracket according to the width of the coiled cable,and pulling out the inner bracket to rotate 90)to complete the replacement of the hangin