一种新型光电缆线敷设车研究

谢泽兵

（广东省机械研究所有限公司，广州 510635）

0 引言

近年来，我国新一代信息通讯网络，特别是5G通讯网络正在急速发展和加快建设，而光纤通信为现代信息通讯的重要手段，也是5G通讯网络的重要组成部分[1-2]。光电缆线敷设是光纤通信的基础，当前光电缆线敷设技术主要有架空敷设、直埋敷设、管道敷设和隧道敷设4种，中国目前普遍采用管道敷设方式。管道敷设方式因其管道埋于地下，管道通常分段布置且直径较小，施工过程中穿缆、拉缆、收缆、倒缆等多种作业需同时进行，加上光电缆线质量重、线径大、收放困难等特点，造成管道敷设作业相对其他方式更为困难，中国目前尚未有针对光电缆线管道敷设施工而研发制造的一体化多功能全自动专用设备；美国、日本等西方发达国家，因具有成熟、完善的地下隧道系统基础设施，其城市光电缆线敷设主要为利用现成的地下隧道系统进行隧道敷设[3-4]，没有先进设备可以借鉴引进，因此迫切需要研发一种专用的新型的全自动光电缆线敷设设备，以解决电缆线管道敷设施工困难。

1 光电缆线敷设设备需求分析

光电缆线由于质量重、线径大、收放困难，作业时对敷设场地的空间需求大，加上中国正在加快5G 通讯网络建设，目前光电缆线路建设工程量巨大，同时中国电缆敷设作业地域辽阔，可见未来光电缆的敷设工作必将越来越繁重[5]。为了加快和保障我国5G 通讯网络建设，跟上中国新一代通信网络建设和强国的需求，及时、高效、高质完成光电缆线敷设是基础保障[6]。目前国内在光电缆线敷设方面的设备均功能单一、结构简陋，基本只有放缆功能或牵引功能，更缺乏自动化操作。光电缆线管道敷设施工更主要依托人力进行，且大部分光电缆线施工中最繁重的拽拉作业全部采用人力徒手作业。据统计，光电缆线管道敷设施工10 人同时作业，全天最快施工长度不超过5 km，不仅效率十分低下，且费时、费力、效益低。随着5G 通讯网络加快建设，此种作业方式必将满足不了需求，此外由于5G 通讯网络的全面建设，光电缆线敷设施工分布在全国各地，其中不仅有城市，也有很多处在野外偏远地区，工人在进行光电缆线施工时往往要长时间暴露在严寒、高湿、高热、高原、强紫外线等野外恶劣环境中，恶劣的环境对工人的身体健康威胁巨大[7-8]。

针对当前光电缆线敷设设备功能单一、自动化程度低的特点，光电缆线管道敷设施工中拽拉作业主要依托人力进行，为进一步提高光电缆线敷设速度，研究一种工作可靠性强、自动化程度高、移动能力好的新型设备，可降低工人作业强度、减少敷设作业时间，提高光电缆线铺设效率和质量，且该设备整体结构坚实耐用、操作方便简单，施工工人通过必要的培训即可快速应用。

2 新型光电缆线敷设车设计

2.1 设计分析

根据光电缆线敷设设备的需求，本研究重点在解决光电缆线管道施工中人力拉缆、倒缆等拽拉作业存在的费时、费力、效率低下问题，并适用各种不同地域环境和满足不同线径光电缆线的敷设作业。

在研究方向确定后，对研究的设备进行设计分析，并提出如下结构、功能构想。

（1）研究的设备应是一种带轮子，可被拖行的新型光电缆线敷设车，该车配合保障车辆，具备快速移动能力，可适应各种不同地域环境。

（2）该车应坚固耐用，采用自动化、智能化控制系统，操作简单，工人只需简单培训即可使用。

（3）该车应集合光电缆线收缆、放缆、拉缆、倒缆、排缆、收放长度计量等功能，具备全自动独立作业能力，由机械力代替传统人力作业。

（4）该设备应可以快速更换光电缆线绞盘，可以满足多个不同绞盘光电缆线的自动收放作业。

（5）该车通过简单设置可以满足不同线径光电缆线的敷设作业，同时可以实现光电缆线设定长度的全自动有序收放。

2.2 设计方案

在设备的结构、功能和定位明确后，就可对新型光电缆线敷设车进行整体结构设计及工作原理设定。下面介绍依据以上构想设计好的新型光电缆线敷设车的机械结构和工作原理。如图1～2所示。

图1 机械结构示意图

图2 工作原理示意图

2.2.1 机械结构及工作原理

结合图1～2对新型光电缆线敷设车的各机构作用及工作原理作进一步介绍：倒缆筒安装在车体前侧上部，用于承载光电缆线绞盘，其由变频电机驱动旋转，且具有正反向旋转和可拆卸功能，可更换不同光电缆线绞盘，满足多个绞盘光电缆线的收放作业；线缆牵引辊安装在车体中部位置，用于牵引光电缆线，其由伺服电机驱动，具有正反转旋转和长度计量功能，作业时与倒缆筒配合将光电缆线收拉盘绕在倒缆筒上或从倒缆筒上拖放出，并同时计算收放的光电缆线长度；伺服排线器安装在车体后侧，由伺服电机驱动，并具有左右移动功能，作业时其与线缆牵引辊和倒缆筒配合，在光电缆线收拉盘绕或拖放时，均匀有序逐圈紧挨地盘绕在光电缆线绞盘上或从光电缆线绞盘上有序平稳释放出；穿管绞盘安装在车体左侧，盘上设置有穿管，通过离合器可由倒缆筒的变频电机驱动旋转，用于线缆穿管作业；牵引组件安装在车体前侧上，用于倒缆筒拆卸更换光电缆线绞盘时，辅助其上下车体，及用于固定在保障车尾部被牵引行驶；车体两侧安装有车轮及可调式支撑腿，用于设备行驶移动及固定作业时的支撑。此外电气控制系统安装在车体右侧，设备驱动电源采用外接电源。

2.2.2 控制系统

在光电缆线敷设车整体结构和工作原理确定后，对控制系统进行设计，图3所示为设备控制系统界面。

图3 控制系统界面

本研究的电缆线敷设车控制系统除满足整车机械工作所需功能外，还具有以下自动化、智能化和机械、电气安全保护功能。

（1）系统设置有安全紧急开关，当发生紧急情况时，控制系统可以在保护光电缆线的同时，紧急收放停机。

（2）系统设置有调速功能，可根据不同施工环境或作业条件，无极调节光电缆线的收放速度。

（3）系统设置有自动排缆功能，可根据输入作业的光电缆线径，即可以使光电缆线紧密地缠绕在光电缆线绞盘上或有序平稳释放。

（4）系统设置有智能感知功能，设备作业过程中可根据输入作业的光电缆线径，自动计算合适的拉力，同时可以对设备的运行进行实时监控、监测，当设备运行过程中发生拉力过载、缆线脱、断等故障时，发出声、光警报。

（5）控制系统具有自动收放线功能，系统不仅具有光电缆线的收放长度精确计算功能，还可根据不同作业要求下设定的收放长度，进行全自动收放运行。

3 结束语

本文所研究的新型光电缆线敷设车采用自动化、智能化控制系统，集合光电缆线的收缆、放缆、拉缆、倒缆、排缆、长度计量等功能于一体，将机械作业替代以往光电缆线管道施工中的人力徒手作业，设备整体结构简单、结实耐用，不仅可应用于城市管道的光电缆线施工，也可应用于各种地域环境的光电缆线施工。该车已经取得国家实用新型专利，并已开展成果应用试验，将为管道光电缆线施工，提供更经济、省时、省力的解决方案，使施工效益提高了近10倍，并助力新一代信息通讯网络的加速建设。