田 野，趙福祥，趙明鈺，宋勁松，王 蕾

(1.承德石油高等專(zhuān)科學(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(kāi)發(fā)區(qū)學(xué)院路2號(hào) 067000；2.河北省承德水文水資源勘測(cè)局，承德市雙橋區(qū)武烈路20號(hào) 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(jìn)行操縱控制可進(jìn)行江河流量、泥沙等測(cè)驗(yàn)工作的水文測(cè)驗(yàn)專(zhuān)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(chē)等部分組成[1-3]。與其他傳統(tǒng)水文測(cè)驗(yàn)設(shè)施相比，水文纜道定位精度較高，高洪水時(shí)無(wú)需測(cè)驗(yàn)人員下水，安全可靠，操作簡(jiǎn)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(zhǎng)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(hào)的傳遞，或腐蝕斷裂造成經(jīng)濟(jì)損失，給水文測(cè)驗(yàn)工作增添不便[4]。

根據(jù)《水文渡河設(shè)施設(shè)計(jì)與維修》等國(guó)家相關(guān)文件及實(shí)踐要求，必須定期對(duì)水文纜道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，一般每年需去污清潔和涂油1次，牽引索及其它運(yùn)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(rùn)滑脂以防生銹。傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)方法主要是依靠工作人員乘坐吊車(chē)手工作業(yè)，整個(gè)清潔涂油過(guò)程歷時(shí)長(zhǎng)，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(jì)制作了一套簡(jiǎn)便、高效、安全并易推廣的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立自動(dòng)對(duì)水文纜道進(jìn)行清潔涂油工作，降低水文纜道維護(hù)保養(yǎng)成本，提高維護(hù)保養(yǎng)的工作效率，改善維護(hù)保養(yǎng)的操作環(huán)境，增加維護(hù)保養(yǎng)的安全性，減少生命財(cái)產(chǎn)的損失。

1 自動(dòng)清潔涂油器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水文纜道自動(dòng)清潔涂油器主要由動(dòng)力裝置、清潔裝置、涂油裝置、儲(chǔ)油裝置、耐高壓油管及連接件等組成，見(jiàn)圖1。其工作原理主要是依靠?jī)蓚€(gè)鋰電池對(duì)兩個(gè)大扭矩減速電機(jī)供電，兩個(gè)電機(jī)作為主要?jiǎng)恿Ψ謩e通過(guò)鍵連接半開(kāi)合式箱體的驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪和三個(gè)可調(diào)節(jié)副輪形成張緊結(jié)構(gòu)帶動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)，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(guò)耐高壓油管連接儲(chǔ)油裝置，可隨時(shí)按要求精準(zhǔn)控制提供工作所需油脂[6-9]。

1.1 動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)

動(dòng)力裝置主要采用可通過(guò)旋轉(zhuǎn)式卡托鎖緊的半開(kāi)合式箱體結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。下箱體設(shè)置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪表面鑲嵌聚氨酯套，以便工作時(shí)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(dòng)輪、副輪、安裝軸、限位板及調(diào)節(jié)孔等。工作時(shí)通過(guò)開(kāi)口扳手調(diào)節(jié)升降螺桿和夾緊螺母，進(jìn)而帶動(dòng)安裝架和副輪沿著豎直的限位槽上下移動(dòng)，使三個(gè)副輪與驅(qū)動(dòng)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(yùn)行。上箱體和下箱體左側(cè)連接處對(duì)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(duì)應(yīng)設(shè)置有右卡接口，用于卡接涂油裝置。裝置的動(dòng)力主要是由可循環(huán)充電鋰電池鍵連接的兩個(gè)大扭矩電機(jī)提供，直接將電機(jī)的動(dòng)力傳送給驅(qū)動(dòng)輪，增大傳動(dòng)扭矩。此外，為保證兩臺(tái)大扭矩電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，將兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線交叉連接在遙控控制板上，可通過(guò)遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。為保證動(dòng)力裝置工作時(shí)平衡運(yùn)行，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)分布下箱體兩側(cè)，將鋰電池和儲(chǔ)油裝置等裝置通過(guò)連接件懸掛在下箱體下方的掛板上。

1-儲(chǔ)油裝置；2-動(dòng)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(dòng)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(dòng)輪；7-掛板；8-下箱體圖2 動(dòng)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(jì)

清潔裝置以動(dòng)力裝置的運(yùn)動(dòng)為主要?jiǎng)恿?，采用半圓柱分體對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，見(jiàn)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(jī)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(dòng)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(jiàn)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，防止清潔時(shí)清潔爪張開(kāi)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(jī)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(guò)對(duì)應(yīng)開(kāi)有安裝孔的弧形板，以螺栓連接固定的方式，將兩個(gè)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(diǎn)是工業(yè)推桿電機(jī)由獨(dú)立電源和無(wú)線遙控控制，在裝置工作時(shí)推桿電機(jī)默認(rèn)為收縮狀態(tài)，在清潔涂油工作結(jié)束需要裝置返程時(shí)，可通過(guò)無(wú)線遙控使操作桿通電遠(yuǎn)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(jī)；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(jì)

涂油裝置也是以動(dòng)力裝置的運(yùn)動(dòng)為主要?jiǎng)恿?，結(jié)構(gòu)與清潔裝置類(lèi)似，見(jiàn)圖4，同樣采用半圓柱分體對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，外殼和卡座之間也設(shè)置有用于卡接動(dòng)力裝置卡接口的卡接槽。為便于自動(dòng)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(jiàn)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(gè)可拆卸的涂油組件通過(guò)螺栓連接固定弧形板的方式組裝一起，其中一個(gè)涂油組件的外殼上開(kāi)有上油口，并設(shè)置有便于拆卸的C式快速接頭進(jìn)油嘴，能夠隨時(shí)通過(guò)耐高壓油管提供儲(chǔ)油裝置內(nèi)的油脂。

1-外殼；2-卡座；3-進(jìn)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(chǔ)油裝置的設(shè)計(jì)

儲(chǔ)油裝置主要包括油筒、底板、頂板、連接拉桿、螺桿電機(jī)、移動(dòng)螺桿、出油嘴及活塞板等，見(jiàn)圖5。油筒臥向設(shè)置，通過(guò)連接件懸掛于動(dòng)力裝置下箱體的掛板，增大清潔涂油器的重量以提高動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)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(wú)法通過(guò)軟管依靠重力進(jìn)入涂油倉(cāng)，因此，頂板外側(cè)固定有螺桿電機(jī)，其移動(dòng)螺桿貫穿頂板，并伸入到油筒內(nèi)，通過(guò)獨(dú)立的螺桿電機(jī)控制移動(dòng)螺桿帶動(dòng)油筒內(nèi)的活塞板做活塞運(yùn)動(dòng)，從而精確控制油脂進(jìn)入涂油裝置的油量和速度，而且在儲(chǔ)油裝置兩端安裝有傳感器，當(dāng)儲(chǔ)油裝置內(nèi)沒(méi)有油時(shí)，電機(jī)控制器接受指令停止行走提示返回加油。此外，電機(jī)控制系統(tǒng)的無(wú)線遙控裝置也能及時(shí)控制電機(jī)工作起停，有效地避免裝置在返程過(guò)程中出現(xiàn)二次涂油的現(xiàn)象，從而解決了空程油脂浪費(fèi)的問(wèn)題。

1-移動(dòng)螺桿；2-螺桿電機(jī)；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(chǔ)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(jìn)行組裝，注意必須將涂油裝置放置在清潔裝置右側(cè)，解開(kāi)動(dòng)力裝置的卡扣，將纜道鋼索夾在驅(qū)動(dòng)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(dòng)力裝置的左右卡接口，合上箱體后鎖緊卡扣，通過(guò)連接件將充滿(mǎn)油脂的儲(chǔ)油裝置懸掛在動(dòng)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(kāi)電源總開(kāi)關(guān)，按動(dòng)遙控裝置的電機(jī)啟動(dòng)鍵，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶著動(dòng)力裝置沿著纜道鋼索移動(dòng)，此時(shí)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(dòng)時(shí)對(duì)纜道鋼索螺旋槽進(jìn)行油泥清潔。清潔裝置在移動(dòng)時(shí)，自身也能適應(yīng)纜道鋼索螺旋槽路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺桿電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使移動(dòng)螺桿推動(dòng)活塞板移動(dòng)，通過(guò)耐高壓油管對(duì)涂油裝置進(jìn)行加油，從而對(duì)已經(jīng)經(jīng)過(guò)清潔的纜道鋼索重新涂油。工作結(jié)束后，通過(guò)控制遠(yuǎn)距離無(wú)線遙控電機(jī)反轉(zhuǎn)，使動(dòng)力裝置返程，將裝置從鋼絲繩索上拆下。需要說(shuō)明的是，涂油操作可以在清潔時(shí)進(jìn)行，也可以在返程時(shí)進(jìn)行，但在返程時(shí)，需要通過(guò)遠(yuǎn)距離無(wú)線遙控使電動(dòng)推桿推動(dòng)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(diǎn)

水文纜道自動(dòng)清潔涂油器的技術(shù)指標(biāo)如表1所示，研制成功后進(jìn)行了多次試運(yùn)行，完全能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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

(1)可開(kāi)合清潔裝置和可張合清潔爪的設(shè)計(jì)，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(yuǎn)程反饋和遙控操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程掌握儲(chǔ)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(shí)提高了維護(hù)保養(yǎng)的安全性。

(3)由自身獨(dú)立電源提供動(dòng)力，無(wú)需輔助裝置牽引，而互換性較強(qiáng)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(yǔ)

水文纜道自動(dòng)清潔涂油器采用可開(kāi)合的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)精心選擇各零部件,實(shí)現(xiàn)了自主驅(qū)動(dòng)、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(mǎn)足水文纜道的養(yǎng)護(hù)需求，實(shí)現(xiàn)了操作方便、安全可靠、高效快捷的設(shè)計(jì)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(jì)市場(chǎng)效益和推廣應(yīng)用前景。