水文纜道自動清潔涂油器的設(shè)計及研究

田 野，趙福祥，趙明鈺，宋勁松，王 蕾

(1.承德石油高等?？茖W(xué)校 工業(yè)技術(shù)中心，河北省承德市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)學(xué)院路2號 067000；2.河北省承德水文水資源勘測局，承德市雙橋區(qū)武烈路20號 067000)

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，水文行業(yè)的現(xiàn)代化設(shè)施、技術(shù)裝備不斷創(chuàng)新迭代和研發(fā)應(yīng)用。水文纜道作為一種由岸上進行操縱控制可進行江河流量、泥沙等測驗工作的水文測驗專用設(shè)備，主要由承載索(主索)、牽引索(循環(huán)索、起重索)、支柱(架)、拉線、行車等部分組成[1-3]。與其他傳統(tǒng)水文測驗設(shè)施相比，水文纜道定位精度較高，高洪水時無需測驗人員下水，安全可靠，操作簡便，應(yīng)用廣泛[1]。但由于水文纜道常常鋪設(shè)在野外，其承載索和拉線一經(jīng)安裝就始終保持靜止，長期暴露于外界，受日曬、風(fēng)吹、雨淋、沙塵侵蝕，纜道螺旋槽內(nèi)極易形成油泥，很容易滋生抗體，干擾信號的傳遞，或腐蝕斷裂造成經(jīng)濟損失，給水文測驗工作增添不便[4]。

根據(jù)《水文渡河設(shè)施設(shè)計與維修》等國家相關(guān)文件及實踐要求，必須定期對水文纜道進行養(yǎng)護，一般每年需去污清潔和涂油1次，牽引索及其它運行的鋼絲繩每年不少于2～3次，經(jīng)常入水部分應(yīng)適當(dāng)增加次數(shù)，還需定期檢查繩索與錨碇接頭部分，涂潤滑脂以防生銹。傳統(tǒng)養(yǎng)護方法主要是依靠工作人員乘坐吊車手工作業(yè)，整個清潔涂油過程歷時長，清潔不徹底，涂油不均，且高空操作容易造成意外人身傷害[5]。

因此，在分析水文纜道現(xiàn)有清潔涂油技術(shù)及裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計制作了一套簡便、高效、安全并易推廣的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)獨立自動對水文纜道進行清潔涂油工作，降低水文纜道維護保養(yǎng)成本，提高維護保養(yǎng)的工作效率，改善維護保養(yǎng)的操作環(huán)境，增加維護保養(yǎng)的安全性，減少生命財產(chǎn)的損失。

1 自動清潔涂油器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

水文纜道自動清潔涂油器主要由動力裝置、清潔裝置、涂油裝置、儲油裝置、耐高壓油管及連接件等組成，見圖1。其工作原理主要是依靠兩個鋰電池對兩個大扭矩減速電機供電，兩個電機作為主要動力分別通過鍵連接半開合式箱體的驅(qū)動輪，驅(qū)動輪和三個可調(diào)節(jié)副輪形成張緊結(jié)構(gòu)帶動整個裝置運動，箱體前端安裝可拆卸調(diào)節(jié)的清潔裝置，箱體后端安裝可拆卸調(diào)節(jié)的涂油裝置，涂油裝置通過耐高壓油管連接儲油裝置，可隨時按要求精準(zhǔn)控制提供工作所需油脂[6-9]。

1.1 動力裝置的設(shè)計

動力裝置主要采用可通過旋轉(zhuǎn)式卡托鎖緊的半開合式箱體結(jié)構(gòu)，見圖2。下箱體設(shè)置兩個驅(qū)動輪，驅(qū)動輪表面鑲嵌聚氨酯套，以便工作時增大與纜道鋼索的接觸面積和松緊度。上箱體設(shè)置三組上夾結(jié)構(gòu)，主要包括升降螺桿、夾緊螺母、安裝架、驅(qū)動輪、副輪、安裝軸、限位板及調(diào)節(jié)孔等。工作時通過開口扳手調(diào)節(jié)升降螺桿和夾緊螺母，進而帶動安裝架和副輪沿著豎直的限位槽上下移動，使三個副輪與驅(qū)動輪形成張緊結(jié)構(gòu)，夾緊纜道鋼索防止脫落，保證裝置沿鋼索正常運行。上箱體和下箱體左側(cè)連接處對應(yīng)設(shè)置有左卡接口，用于卡接清潔裝置，右側(cè)連接處對應(yīng)設(shè)置有右卡接口，用于卡接涂油裝置。裝置的動力主要是由可循環(huán)充電鋰電池鍵連接的兩個大扭矩電機提供，直接將電機的動力傳送給驅(qū)動輪，增大傳動扭矩。此外，為保證兩臺大扭矩電機同步運轉(zhuǎn)，將兩個電機驅(qū)動線交叉連接在遙控控制板上，可通過遠程遙控調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。為保證動力裝置工作時平衡運行，將驅(qū)動電機分布下箱體兩側(cè)，將鋰電池和儲油裝置等裝置通過連接件懸掛在下箱體下方的掛板上。

1-儲油裝置；2-動力裝置；3-清潔裝置 4-涂油裝置；5-耐高壓油管；6-連接件圖1 水文纜道自動清潔涂油器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure drawing of automatic cleaning oiler for hydrological cableway

1-上箱體；2-升降螺桿；3-副輪；4-左卡接口 5-右卡接口；6-驅(qū)動輪；7-掛板；8-下箱體圖2 動力裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Internal structure diagram of power plant

1.2 清潔裝置的設(shè)計

清潔裝置以動力裝置的運動為主要動力，采用半圓柱分體對稱設(shè)計，見圖3，主要包括外殼、卡座、安裝板、安裝環(huán)、鉸接座、清潔爪、推桿電機及推片等。外殼一端設(shè)置有卡座，二者之間設(shè)置有用于卡接動力裝置接口的卡接槽。外殼的另一端設(shè)有外徑固定、內(nèi)徑比常見纜道鋼索直徑大2-3mm的成套安裝環(huán)，鑒于常用的纜道鋼索多采用六股鋼絲繩制成，具有六道螺旋槽，因而安裝環(huán)上周向均勻設(shè)置六組鉸接座和清潔爪，清潔爪尾端和鉸接座鉸接并設(shè)有扭簧，扭簧使清潔爪內(nèi)尖端存在逆時針轉(zhuǎn)動的趨勢，防止清潔時清潔爪張開彈起，清潔爪內(nèi)尖端扭出偏角，適應(yīng)于纜道鋼索螺旋槽的螺旋角。清潔爪內(nèi)側(cè)設(shè)置推片，推片連接另一端固定在外殼上的工業(yè)推桿電機的伸縮端。此外，外殼外壁還設(shè)置有帶安裝孔的安裝板，通過對應(yīng)開有安裝孔的弧形板，以螺栓連接固定的方式，將兩個清潔組件組裝成可拆卸地圓筒結(jié)構(gòu)。該裝置的一大亮點是工業(yè)推桿電機由獨立電源和無線遙控控制，在裝置工作時推桿電機默認為收縮狀態(tài)，在清潔涂油工作結(jié)束需要裝置返程時，可通過無線遙控使操作桿通電遠行將清潔爪頂起，防止刮除纜道鋼索螺旋槽內(nèi)新涂的油脂。

1-外殼；2-卡座；3-卡接槽；4-推桿電機；5-安裝板 6-安裝環(huán)；7-鉸接座；8-推片；9-清潔爪圖3 清潔裝置的結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure drawing of cleaning device

1.3 涂油裝置的設(shè)計

涂油裝置也是以動力裝置的運動為主要動力，結(jié)構(gòu)與清潔裝置類似，見圖4，同樣采用半圓柱分體對稱設(shè)計，外殼和卡座之間也設(shè)置有用于卡接動力裝置卡接口的卡接槽。為便于自動清潔涂油器能夠適應(yīng)不同直徑纜道，配套有卡接槽外徑固定、通孔內(nèi)徑比常見纜道鋼索直徑大2-3mm的成套涂油裝置，可根據(jù)不同的工況選擇適宜的裝置。兩個可拆卸的涂油組件通過螺栓連接固定弧形板的方式組裝一起，其中一個涂油組件的外殼上開有上油口，并設(shè)置有便于拆卸的C式快速接頭進油嘴，能夠隨時通過耐高壓油管提供儲油裝置內(nèi)的油脂。

1-外殼；2-卡座；3-進油口；4-安裝板圖4 涂油裝置的結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure drawing of oiler

1.4 儲油裝置的設(shè)計

儲油裝置主要包括油筒、底板、頂板、連接拉桿、螺桿電機、移動螺桿、出油嘴及活塞板等，見圖5。油筒臥向設(shè)置，通過連接件懸掛于動力裝置下箱體的掛板，增大清潔涂油器的重量以提高動力裝置驅(qū)動輪的摩擦。筒兩端分別設(shè)置有頂板和底板，二者之間周向均勻設(shè)置4根連接拉桿。底板上設(shè)有便于拆卸的C式快速接頭出油嘴，外接有耐高壓油管為涂油裝置供油。由于在自然狀態(tài)下的油脂較為粘稠，無法通過軟管依靠重力進入涂油倉，因此，頂板外側(cè)固定有螺桿電機，其移動螺桿貫穿頂板，并伸入到油筒內(nèi)，通過獨立的螺桿電機控制移動螺桿帶動油筒內(nèi)的活塞板做活塞運動，從而精確控制油脂進入涂油裝置的油量和速度，而且在儲油裝置兩端安裝有傳感器，當(dāng)儲油裝置內(nèi)沒有油時，電機控制器接受指令停止行走提示返回加油。此外，電機控制系統(tǒng)的無線遙控裝置也能及時控制電機工作起停，有效地避免裝置在返程過程中出現(xiàn)二次涂油的現(xiàn)象，從而解決了空程油脂浪費的問題。

1-移動螺桿；2-螺桿電機；3-頂板；4-活塞板 5-連接拉桿；6-油筒；7-底板；8-出油嘴圖5 儲油裝置的結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure drawing of oil storage device

2 安裝使用

將清潔裝置和涂油裝置均在包住纜道鋼索后進行組裝，注意必須將涂油裝置放置在清潔裝置右側(cè)，解開動力裝置的卡扣，將纜道鋼索夾在驅(qū)動輪和副輪之間，調(diào)整升降螺桿和夾緊螺母，控制夾持松緊度，接著，分別將清潔裝置和涂油裝置卡接在動力裝置的左右卡接口，合上箱體后鎖緊卡扣，通過連接件將充滿油脂的儲油裝置懸掛在動力裝置下方，并連通耐高壓油管。按要求連接好電源及控制線，打開電源總開關(guān)，按動遙控裝置的電機啟動鍵，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動帶著動力裝置沿著纜道鋼索移動，此時清潔裝置的清潔爪在扭簧作用下和纜道鋼索螺旋槽配合，并在移動時對纜道鋼索螺旋槽進行油泥清潔。清潔裝置在移動時，自身也能適應(yīng)纜道鋼索螺旋槽路徑進行轉(zhuǎn)動，驅(qū)動螺桿電機轉(zhuǎn)動，使移動螺桿推動活塞板移動，通過耐高壓油管對涂油裝置進行加油，從而對已經(jīng)經(jīng)過清潔的纜道鋼索重新涂油。工作結(jié)束后，通過控制遠距離無線遙控電機反轉(zhuǎn)，使動力裝置返程，將裝置從鋼絲繩索上拆下。需要說明的是，涂油操作可以在清潔時進行，也可以在返程時進行，但在返程時，需要通過遠距離無線遙控使電動推桿推動推片將清潔爪頂起，使其脫離纜道鋼索螺旋槽，防止刮除纜道鋼索螺旋槽內(nèi)新涂的油脂。

3 裝置優(yōu)點

水文纜道自動清潔涂油器的技術(shù)指標(biāo)如表1所示，研制成功后進行了多次試運行，完全能夠達到設(shè)計要求。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)Tab.1 Main technical indicators

(1)可開合清潔裝置和可張合清潔爪的設(shè)計，不僅除銹去油泥效果明顯，保證涂油均勻滲入繩紋，而且返程不影響工作。

(2)可遠程反饋和遙控操作，實現(xiàn)遠程掌握儲油裝置內(nèi)剩余油量和精準(zhǔn)調(diào)節(jié)出油量，節(jié)約工作人員體力的同時提高了維護保養(yǎng)的安全性。

(3)由自身獨立電源提供動力，無需輔助裝置牽引，而互換性較強的配套的零部件，使裝置適合多直徑纜繩和多角度爬坡的不同工作環(huán)境。

4 結(jié)語

水文纜道自動清潔涂油器采用可開合的設(shè)計理念，通過精心選擇各零部件,實現(xiàn)了自主驅(qū)動、精準(zhǔn)供油和多纜徑涂油的工作，符合涂油均勻的要求并能滿足水文纜道的養(yǎng)護需求，實現(xiàn)了操作方便、安全可靠、高效快捷的設(shè)計目標(biāo)，為防汛備汛、渡河設(shè)備的正常安全使用提供了有力保障，具有良好的經(jīng)濟市場效益和推廣應(yīng)用前景。