水文缆道自动清洁涂油器的设计及研究

田 野，赵福祥，赵明钰，宋劲松，王 蕾

(1.承德石油高等专科学校 工业技术中心，河北省承德市高新技术产业开发区学院路2号 067000；2.河北省承德水文水资源勘测局，承德市双桥区武烈路20号 067000)

随着科学技术的高速发展，水文行业的现代化设施、技术装备不断创新迭代和研发应用。水文缆道作为一种由岸上进行操纵控制可进行江河流量、泥沙等测验工作的水文测验专用设备，主要由承载索(主索)、牵引索(循环索、起重索)、支柱(架)、拉线、行车等部分组成[1-3]。与其他传统水文测验设施相比，水文缆道定位精度较高，高洪水时无需测验人员下水，安全可靠，操作简便，应用广泛[1]。但由于水文缆道常常铺设在野外，其承载索和拉线一经安装就始终保持静止，长期暴露于外界，受日晒、风吹、雨淋、沙尘侵蚀，缆道螺旋槽内极易形成油泥，很容易滋生抗体，干扰信号的传递，或腐蚀断裂造成经济损失，给水文测验工作增添不便[4]。

根据《水文渡河设施设计与维修》等国家相关文件及实践要求，必须定期对水文缆道进行养护，一般每年需去污清洁和涂油1次，牵引索及其它运行的钢丝绳每年不少于2～3次，经常入水部分应适当增加次数，还需定期检查绳索与锚碇接头部分，涂润滑脂以防生锈。传统养护方法主要是依靠工作人员乘坐吊车手工作业，整个清洁涂油过程历时长，清洁不彻底，涂油不均，且高空操作容易造成意外人身伤害[5]。

因此，在分析水文缆道现有清洁涂油技术及装置的基础上，设计制作了一套简便、高效、安全并易推广的装置，能够实现独立自动对水文缆道进行清洁涂油工作，降低水文缆道维护保养成本，提高维护保养的工作效率，改善维护保养的操作环境，增加维护保养的安全性，减少生命财产的损失。

1 自动清洁涂油器的结构设计

水文缆道自动清洁涂油器主要由动力装置、清洁装置、涂油装置、储油装置、耐高压油管及连接件等组成，见图1。其工作原理主要是依靠两个锂电池对两个大扭矩减速电机供电，两个电机作为主要动力分别通过键连接半开合式箱体的驱动轮，驱动轮和三个可调节副轮形成张紧结构带动整个装置运动，箱体前端安装可拆卸调节的清洁装置，箱体后端安装可拆卸调节的涂油装置，涂油装置通过耐高压油管连接储油装置，可随时按要求精准控制提供工作所需油脂[6-9]。

1.1 动力装置的设计

动力装置主要采用可通过旋转式卡托锁紧的半开合式箱体结构，见图2。下箱体设置两个驱动轮，驱动轮表面镶嵌聚氨酯套，以便工作时增大与缆道钢索的接触面积和松紧度。上箱体设置三组上夹结构，主要包括升降螺杆、夹紧螺母、安装架、驱动轮、副轮、安装轴、限位板及调节孔等。工作时通过开口扳手调节升降螺杆和夹紧螺母，进而带动安装架和副轮沿着竖直的限位槽上下移动，使三个副轮与驱动轮形成张紧结构，夹紧缆道钢索防止脱落，保证装置沿钢索正常运行。上箱体和下箱体左侧连接处对应设置有左卡接口，用于卡接清洁装置，右侧连接处对应设置有右卡接口，用于卡接涂油装置。装置的动力主要是由可循环充电锂电池键连接的两个大扭矩电机提供，直接将电机的动力传送给驱动轮，增大传动扭矩。此外，为保证两台大扭矩电机同步运转，将两个电机驱动线交叉连接在遥控控制板上，可通过远程遥控调节电机的转速。为保证动力装置工作时平衡运行，将驱动电机分布下箱体两侧，将锂电池和储油装置等装置通过连接件悬挂在下箱体下方的挂板上。

1-储油装置；2-动力装置；3-清洁装置 4-涂油装置；5-耐高压油管；6-连接件图1 水文缆道自动清洁涂油器结构图Fig.1 Structure drawing of automatic cleaning oiler for hydrological cableway

1-上箱体；2-升降螺杆；3-副轮；4-左卡接口 5-右卡接口；6-驱动轮；7-挂板；8-下箱体图2 动力装置的内部结构图Fig.2 Internal structure diagram of power plant

1.2 清洁装置的设计

清洁装置以动力装置的运动为主要动力，采用半圆柱分体对称设计，见图3，主要包括外壳、卡座、安装板、安装环、铰接座、清洁爪、推杆电机及推片等。外壳一端设置有卡座，二者之间设置有用于卡接动力装置接口的卡接槽。外壳的另一端设有外径固定、内径比常见缆道钢索直径大2-3mm的成套安装环，鉴于常用的缆道钢索多采用六股钢丝绳制成，具有六道螺旋槽，因而安装环上周向均匀设置六组铰接座和清洁爪，清洁爪尾端和铰接座铰接并设有扭簧，扭簧使清洁爪内尖端存在逆时针转动的趋势，防止清洁时清洁爪张开弹起，清洁爪内尖端扭出偏角，适应于缆道钢索螺旋槽的螺旋角。清洁爪内侧设置推片，推片连接另一端固定在外壳上的工业推杆电机的伸缩端。此外，外壳外壁还设置有带安装孔的安装板，通过对应开有安装孔的弧形板，以螺栓连接固定的方式，将两个清洁组件组装成可拆卸地圆筒结构。该装置的一大亮点是工业推杆电机由独立电源和无线遥控控制，在装置工作时推杆电机默认为收缩状态，在清洁涂油工作结束需要装置返程时，可通过无线遥控使操作杆通电远行将清洁爪顶起，防止刮除缆道钢索螺旋槽内新涂的油脂。

1-外壳；2-卡座；3-卡接槽；4-推杆电机；5-安装板 6-安装环；7-铰接座；8-推片；9-清洁爪图3 清洁装置的结构图Fig.3 Structure drawing of cleaning device

1.3 涂油装置的设计

涂油装置也是以动力装置的运动为主要动力，结构与清洁装置类似，见图4，同样采用半圆柱分体对称设计，外壳和卡座之间也设置有用于卡接动力装置卡接口的卡接槽。为便于自动清洁涂油器能够适应不同直径缆道，配套有卡接槽外径固定、通孔内径比常见缆道钢索直径大2-3mm的成套涂油装置，可根据不同的工况选择适宜的装置。两个可拆卸的涂油组件通过螺栓连接固定弧形板的方式组装一起，其中一个涂油组件的外壳上开有上油口，并设置有便于拆卸的C式快速接头进油嘴，能够随时通过耐高压油管提供储油装置内的油脂。

1-外壳；2-卡座；3-进油口；4-安装板图4 涂油装置的结构图Fig.4 Structure drawing of oiler

1.4 储油装置的设计

储油装置主要包括油筒、底板、顶板、连接拉杆、螺杆电机、移动螺杆、出油嘴及活塞板等，见图5。油筒卧向设置，通过连接件悬挂于动力装置下箱体的挂板，增大清洁涂油器的重量以提高动力装置驱动轮的摩擦。筒两端分别设置有顶板和底板，二者之间周向均匀设置4根连接拉杆。底板上设有便于拆卸的C式快速接头出油嘴，外接有耐高压油管为涂油装置供油。由于在自然状态下的油脂较为粘稠，无法通过软管依靠重力进入涂油仓，因此，顶板外侧固定有螺杆电机，其移动螺杆贯穿顶板，并伸入到油筒内，通过独立的螺杆电机控制移动螺杆带动油筒内的活塞板做活塞运动，从而精确控制油脂进入涂油装置的油量和速度，而且在储油装置两端安装有传感器，当储油装置内没有油时，电机控制器接受指令停止行走提示返回加油。此外，电机控制系统的无线遥控装置也能及时控制电机工作起停，有效地避免装置在返程过程中出现二次涂油的现象，从而解决了空程油脂浪费的问题。

1-移动螺杆；2-螺杆电机；3-顶板；4-活塞板 5-连接拉杆；6-油筒；7-底板；8-出油嘴图5 储油装置的结构图Fig.5 Structure drawing of oil storage device

2 安装使用

将清洁装置和涂油装置均在包住缆道钢索后进行组装，注意必须将涂油装置放置在清洁装置右侧，解开动力装置的卡扣，将缆道钢索夹在驱动轮和副轮之间，调整升降螺杆和夹紧螺母，控制夹持松紧度，接着，分别将清洁装置和涂油装置卡接在动力装置的左右卡接口，合上箱体后锁紧卡扣，通过连接件将充满油脂的储油装置悬挂在动力装置下方，并连通耐高压油管。按要求连接好电源及控制线，打开电源总开关，按动遥控装置的电机启动键，驱动电机转动带着动力装置沿着缆道钢索移动，此时清洁装置的清洁爪在扭簧作用下和缆道钢索螺旋槽配合，并在移动时对缆道钢索螺旋槽进行油泥清洁。清洁装置在移动时，自身也能适应缆道钢索螺旋槽路径进行转动，驱动螺杆电机转动，使移动螺杆推动活塞板移动，通过耐高压油管对涂油装置进行加油，从而对已经经过清洁的缆道钢索重新涂油。工作结束后，通过控制远距离无线遥控电机反转，使动力装置返程，将装置从钢丝绳索上拆下。需要说明的是，涂油操作可以在清洁时进行，也可以在返程时进行，但在返程时，需要通过远距离无线遥控使电动推杆推动推片将清洁爪顶起，使其脱离缆道钢索螺旋槽，防止刮除缆道钢索螺旋槽内新涂的油脂。

3 装置优点

水文缆道自动清洁涂油器的技术指标如表1所示，研制成功后进行了多次试运行，完全能够达到设计要求。

表1 主要技术指标Tab.1 Main technical indicators

(1)可开合清洁装置和可张合清洁爪的设计，不仅除锈去油泥效果明显，保证涂油均匀渗入绳纹，而且返程不影响工作。

(2)可远程反馈和遥控操作，实现远程掌握储油装置内剩余油量和精准调节出油量，节约工作人员体力的同时提高了维护保养的安全性。

(3)由自身独立电源提供动力，无需辅助装置牵引，而互换性较强的配套的零部件，使装置适合多直径缆绳和多角度爬坡的不同工作环境。

4 结语

水文缆道自动清洁涂油器采用可开合的设计理念，通过精心选择各零部件,实现了自主驱动、精准供油和多缆径涂油的工作，符合涂油均匀的要求并能满足水文缆道的养护需求，实现了操作方便、安全可靠、高效快捷的设计目标，为防汛备汛、渡河设备的正常安全使用提供了有力保障，具有良好的经济市场效益和推广应用前景。