一種新型光電纜線敷設(shè)車研究

謝澤兵

（廣東省機(jī)械研究所有限公司，廣州 510635）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)新一代信息通訊網(wǎng)絡(luò)，特別是5G通訊網(wǎng)絡(luò)正在急速發(fā)展和加快建設(shè)，而光纖通信為現(xiàn)代信息通訊的重要手段，也是5G通訊網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分[1-2]。光電纜線敷設(shè)是光纖通信的基礎(chǔ)，當(dāng)前光電纜線敷設(shè)技術(shù)主要有架空敷設(shè)、直埋敷設(shè)、管道敷設(shè)和隧道敷設(shè)4種，中國(guó)目前普遍采用管道敷設(shè)方式。管道敷設(shè)方式因其管道埋于地下，管道通常分段布置且直徑較小，施工過(guò)程中穿纜、拉纜、收纜、倒纜等多種作業(yè)需同時(shí)進(jìn)行，加上光電纜線質(zhì)量重、線徑大、收放困難等特點(diǎn)，造成管道敷設(shè)作業(yè)相對(duì)其他方式更為困難，中國(guó)目前尚未有針對(duì)光電纜線管道敷設(shè)施工而研發(fā)制造的一體化多功能全自動(dòng)專用設(shè)備；美國(guó)、日本等西方發(fā)達(dá)國(guó)家，因具有成熟、完善的地下隧道系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，其城市光電纜線敷設(shè)主要為利用現(xiàn)成的地下隧道系統(tǒng)進(jìn)行隧道敷設(shè)[3-4]，沒(méi)有先進(jìn)設(shè)備可以借鑒引進(jìn)，因此迫切需要研發(fā)一種專用的新型的全自動(dòng)光電纜線敷設(shè)設(shè)備，以解決電纜線管道敷設(shè)施工困難。

1 光電纜線敷設(shè)設(shè)備需求分析

光電纜線由于質(zhì)量重、線徑大、收放困難，作業(yè)時(shí)對(duì)敷設(shè)場(chǎng)地的空間需求大，加上中國(guó)正在加快5G 通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，目前光電纜線路建設(shè)工程量巨大，同時(shí)中國(guó)電纜敷設(shè)作業(yè)地域遼闊，可見(jiàn)未來(lái)光電纜的敷設(shè)工作必將越來(lái)越繁重[5]。為了加快和保障我國(guó)5G 通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，跟上中國(guó)新一代通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和強(qiáng)國(guó)的需求，及時(shí)、高效、高質(zhì)完成光電纜線敷設(shè)是基礎(chǔ)保障[6]。目前國(guó)內(nèi)在光電纜線敷設(shè)方面的設(shè)備均功能單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)陋，基本只有放纜功能或牽引功能，更缺乏自動(dòng)化操作。光電纜線管道敷設(shè)施工更主要依托人力進(jìn)行，且大部分光電纜線施工中最繁重的拽拉作業(yè)全部采用人力徒手作業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，光電纜線管道敷設(shè)施工10 人同時(shí)作業(yè)，全天最快施工長(zhǎng)度不超過(guò)5 km，不僅效率十分低下，且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效益低。隨著5G 通訊網(wǎng)絡(luò)加快建設(shè)，此種作業(yè)方式必將滿足不了需求，此外由于5G 通訊網(wǎng)絡(luò)的全面建設(shè)，光電纜線敷設(shè)施工分布在全國(guó)各地，其中不僅有城市，也有很多處在野外偏遠(yuǎn)地區(qū)，工人在進(jìn)行光電纜線施工時(shí)往往要長(zhǎng)時(shí)間暴露在嚴(yán)寒、高濕、高熱、高原、強(qiáng)紫外線等野外惡劣環(huán)境中，惡劣的環(huán)境對(duì)工人的身體健康威脅巨大[7-8]。

針對(duì)當(dāng)前光電纜線敷設(shè)設(shè)備功能單一、自動(dòng)化程度低的特點(diǎn)，光電纜線管道敷設(shè)施工中拽拉作業(yè)主要依托人力進(jìn)行，為進(jìn)一步提高光電纜線敷設(shè)速度，研究一種工作可靠性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、移動(dòng)能力好的新型設(shè)備，可降低工人作業(yè)強(qiáng)度、減少敷設(shè)作業(yè)時(shí)間，提高光電纜線鋪設(shè)效率和質(zhì)量，且該設(shè)備整體結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)耐用、操作方便簡(jiǎn)單，施工工人通過(guò)必要的培訓(xùn)即可快速應(yīng)用。

2 新型光電纜線敷設(shè)車設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)分析

根據(jù)光電纜線敷設(shè)設(shè)備的需求，本研究重點(diǎn)在解決光電纜線管道施工中人力拉纜、倒纜等拽拉作業(yè)存在的費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效率低下問(wèn)題，并適用各種不同地域環(huán)境和滿足不同線徑光電纜線的敷設(shè)作業(yè)。

在研究方向確定后，對(duì)研究的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，并提出如下結(jié)構(gòu)、功能構(gòu)想。

（1）研究的設(shè)備應(yīng)是一種帶輪子，可被拖行的新型光電纜線敷設(shè)車，該車配合保障車輛，具備快速移動(dòng)能力，可適應(yīng)各種不同地域環(huán)境。

（2）該車應(yīng)堅(jiān)固耐用，采用自動(dòng)化、智能化控制系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，工人只需簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可使用。

（3）該車應(yīng)集合光電纜線收纜、放纜、拉纜、倒纜、排纜、收放長(zhǎng)度計(jì)量等功能，具備全自動(dòng)獨(dú)立作業(yè)能力，由機(jī)械力代替?zhèn)鹘y(tǒng)人力作業(yè)。

（4）該設(shè)備應(yīng)可以快速更換光電纜線絞盤，可以滿足多個(gè)不同絞盤光電纜線的自動(dòng)收放作業(yè)。

（5）該車通過(guò)簡(jiǎn)單設(shè)置可以滿足不同線徑光電纜線的敷設(shè)作業(yè)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)光電纜線設(shè)定長(zhǎng)度的全自動(dòng)有序收放。

2.2 設(shè)計(jì)方案

在設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能和定位明確后，就可對(duì)新型光電纜線敷設(shè)車進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理設(shè)定。下面介紹依據(jù)以上構(gòu)想設(shè)計(jì)好的新型光電纜線敷設(shè)車的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理。如圖1～2所示。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 工作原理示意圖

2.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理

結(jié)合圖1～2對(duì)新型光電纜線敷設(shè)車的各機(jī)構(gòu)作用及工作原理作進(jìn)一步介紹：倒纜筒安裝在車體前側(cè)上部，用于承載光電纜線絞盤，其由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，且具有正反向旋轉(zhuǎn)和可拆卸功能，可更換不同光電纜線絞盤，滿足多個(gè)絞盤光電纜線的收放作業(yè)；線纜牽引輥安裝在車體中部位置，用于牽引光電纜線，其由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)和長(zhǎng)度計(jì)量功能，作業(yè)時(shí)與倒纜筒配合將光電纜線收拉盤繞在倒纜筒上或從倒纜筒上拖放出，并同時(shí)計(jì)算收放的光電纜線長(zhǎng)度；伺服排線器安裝在車體后側(cè)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并具有左右移動(dòng)功能，作業(yè)時(shí)其與線纜牽引輥和倒纜筒配合，在光電纜線收拉盤繞或拖放時(shí)，均勻有序逐圈緊挨地盤繞在光電纜線絞盤上或從光電纜線絞盤上有序平穩(wěn)釋放出；穿管絞盤安裝在車體左側(cè)，盤上設(shè)置有穿管，通過(guò)離合器可由倒纜筒的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，用于線纜穿管作業(yè)；牽引組件安裝在車體前側(cè)上，用于倒纜筒拆卸更換光電纜線絞盤時(shí)，輔助其上下車體，及用于固定在保障車尾部被牽引行駛；車體兩側(cè)安裝有車輪及可調(diào)式支撐腿，用于設(shè)備行駛移動(dòng)及固定作業(yè)時(shí)的支撐。此外電氣控制系統(tǒng)安裝在車體右側(cè)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)電源采用外接電源。

2.2.2 控制系統(tǒng)

在光電纜線敷設(shè)車整體結(jié)構(gòu)和工作原理確定后，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，圖3所示為設(shè)備控制系統(tǒng)界面。

圖3 控制系統(tǒng)界面

本研究的電纜線敷設(shè)車控制系統(tǒng)除滿足整車機(jī)械工作所需功能外，還具有以下自動(dòng)化、智能化和機(jī)械、電氣安全保護(hù)功能。

（1）系統(tǒng)設(shè)置有安全緊急開(kāi)關(guān)，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，控制系統(tǒng)可以在保護(hù)光電纜線的同時(shí)，緊急收放停機(jī)。

（2）系統(tǒng)設(shè)置有調(diào)速功能，可根據(jù)不同施工環(huán)境或作業(yè)條件，無(wú)極調(diào)節(jié)光電纜線的收放速度。

（3）系統(tǒng)設(shè)置有自動(dòng)排纜功能，可根據(jù)輸入作業(yè)的光電纜線徑，即可以使光電纜線緊密地纏繞在光電纜線絞盤上或有序平穩(wěn)釋放。

（4）系統(tǒng)設(shè)置有智能感知功能，設(shè)備作業(yè)過(guò)程中可根據(jù)輸入作業(yè)的光電纜線徑，自動(dòng)計(jì)算合適的拉力，同時(shí)可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)測(cè)，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生拉力過(guò)載、纜線脫、斷等故障時(shí)，發(fā)出聲、光警報(bào)。

（5）控制系統(tǒng)具有自動(dòng)收放線功能，系統(tǒng)不僅具有光電纜線的收放長(zhǎng)度精確計(jì)算功能，還可根據(jù)不同作業(yè)要求下設(shè)定的收放長(zhǎng)度，進(jìn)行全自動(dòng)收放運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文所研究的新型光電纜線敷設(shè)車采用自動(dòng)化、智能化控制系統(tǒng)，集合光電纜線的收纜、放纜、拉纜、倒纜、排纜、長(zhǎng)度計(jì)量等功能于一體，將機(jī)械作業(yè)替代以往光電纜線管道施工中的人力徒手作業(yè)，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)耐用，不僅可應(yīng)用于城市管道的光電纜線施工，也可應(yīng)用于各種地域環(huán)境的光電纜線施工。該車已經(jīng)取得國(guó)家實(shí)用新型專利，并已開(kāi)展成果應(yīng)用試驗(yàn)，將為管道光電纜線施工，提供更經(jīng)濟(jì)、省時(shí)、省力的解決方案，使施工效益提高了近10倍，并助力新一代信息通訊網(wǎng)絡(luò)的加速建設(shè)。