導(dǎo)電滑環(huán)在船舶用絞車系統(tǒng)中的應(yīng)用
[摘要]本文較詳細(xì)地介紹了船用絞車系統(tǒng)中滑環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)考慮、性能和與國(guó)外同類先進(jìn)技術(shù)的比較及應(yīng)用趨勢(shì)。
1引言
為了在海上爭(zhēng)取主動(dòng)，及早發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)方海域內(nèi)的變化，國(guó)內(nèi)外的聲納工作者做了大量的工作。拖曳漂浮線列陣聲納系統(tǒng)，通過(guò)幾十個(gè)子聲納系統(tǒng)由連接器相接成一個(gè)大的線列陣，各個(gè)子聲納探測(cè)到的不同聲波信號(hào)通過(guò)電纜傳輸?shù)捷喆系闹饔?jì)算機(jī)。多接觸對(duì)、旋轉(zhuǎn)水密導(dǎo)電滑環(huán)就是為了使線列陣能方便地收放而進(jìn)行研制的。多接觸對(duì)、旋轉(zhuǎn)防水導(dǎo)電滑環(huán)安裝在船上的收放絞車上，通過(guò)前后兩個(gè)接線系統(tǒng)，一端與拖纜相接，另一端與計(jì)算機(jī)主機(jī)電纜相連。當(dāng)在海上收放線列陣時(shí)，通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)使得線列陣收放自如，另一端與計(jì)算機(jī)相通的電纜則不會(huì)發(fā)生扭絞性損壞，也就是說(shuō)，該導(dǎo)電滑環(huán)的使用既保證了機(jī)械方面電纜的收放，又保證了系統(tǒng)的電氣連接。另外該導(dǎo)電滑環(huán)具有積木式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)增加或減少接觸對(duì)數(shù)目，以適應(yīng)不同的需要。
2主要技術(shù)性能指標(biāo)
接觸芯數(shù)：四根同軸線、八對(duì)雙絞線輸入，四根同軸線，八對(duì)雙絞線輸出
接觸電阻：≤10MΩ
絕緣電阻：>100MΩ(500V)
電流：1A
耐靜水壓力：5.25MPa
接觸損失：<6dB
壽命：10年
3簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)原理
3．1導(dǎo)電滑環(huán)主要結(jié)構(gòu)
運(yùn)用于海洋環(huán)境中的導(dǎo)電滑環(huán)很容易受到鹽霧、潮濕、結(jié)冰及大溫差等惡劣環(huán)境的影響。由船體或絞車引起的振動(dòng)，特別是在一些情況下的沖擊負(fù)載可能會(huì)很大。因此導(dǎo)電滑環(huán)必須滿足在以上這些條件下能正常工作。導(dǎo)電滑環(huán)被固定在絞車上，一端是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，兩頭的導(dǎo)線分別與兩個(gè)接線盒相接。導(dǎo)電滑環(huán)由四大部件組成：一個(gè)芯軸，一個(gè)支架法蘭／軸承組件，一組電刷及外殼。進(jìn)線端電纜分別從后蓋的兩個(gè)進(jìn)線口引人。電刷為彈性材料的合金絲，首先把合金絲扳成特定的形狀焊接在焊片上，然后通過(guò)絕緣子固定并安裝在支架板中，最終使電刷卡在滑環(huán)的槽內(nèi)。出線端電纜先轉(zhuǎn)換成出線引線，然后穿過(guò)芯軸的中心，由軸的一端引出。一組電刷固定在支架的適當(dāng)位置，每一個(gè)電刷對(duì)應(yīng)一個(gè)滑環(huán)，金屬滑環(huán)間用絕緣子隔開(kāi)。電刷的接線從法蘭上的孔中引出。芯軸相對(duì)法蘭而轉(zhuǎn)動(dòng)，且兩者中的任何一方都能被固定。
3．2材料選擇
1)外殼材料
導(dǎo)導(dǎo)電滑環(huán)在海水中使用，防腐蝕性能應(yīng)首先考慮。因此，導(dǎo)電滑環(huán)的外殼、法蘭等直接接觸海水的零件，都采用了耐海水腐蝕的不銹鋼。
2)接觸件材料
為了保證產(chǎn)品優(yōu)良的電接觸性能，選用了低鋅黃銅來(lái)加工滑環(huán)，并在表面鍍硬金。
3)絕緣材料
經(jīng)比較選擇，我們選用了能滿足產(chǎn)品機(jī)械電氣性能要求、耐環(huán)境性能好、使用溫度范圍大的聚砜材料。
4)密封材料
為保證連接器在5.25MPa水壓下徑向密封，我們選用了耐海水性能優(yōu)良的氯丁橡膠加工密封圈。
4主要技術(shù)關(guān)鍵及解決方法
4．1接觸體與導(dǎo)線的連接
進(jìn)出引線為四根同軸線、八對(duì)雙絞線，由于同軸線要在旋轉(zhuǎn)中實(shí)現(xiàn)同軸連接是極為困難的，因此四根同軸線同時(shí)進(jìn)出轉(zhuǎn)動(dòng)幾乎是不可能的。但考慮到使用頻率不高，所以采用同軸線變平行線，平行線再變同軸線的方式。為了讓同軸線的屏蔽效果更佳，則采用一根同軸線接三只滑環(huán)，中間一只環(huán)接同軸線的內(nèi)導(dǎo)體，兩邊兩只環(huán)接同軸線的外導(dǎo)體，這樣四根同軸線就共需12只環(huán)。其余八對(duì)雙絞線則分別接16只滑環(huán)，這樣就總共需要28只滑環(huán)來(lái)與電纜導(dǎo)線相接，導(dǎo)線可通過(guò)轉(zhuǎn)軸上的槽孔焊在每一片滑環(huán)的內(nèi)側(cè)。
4．2電刷組件形式
由于該導(dǎo)電滑環(huán)是特定環(huán)境下使用的，如果采用通常的材料及工藝很難達(dá)到要求。經(jīng)多方查閱，在國(guó)外樣本中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度在50r／min下，電刷壽命大于100萬(wàn)圈，這與本組件的指標(biāo)相近。現(xiàn)參照他們的結(jié)構(gòu)，選用低鋅黃銅表面鍍硬金作精環(huán)。在電刷采用何種形式的問(wèn)題上，經(jīng)過(guò)多方調(diào)查并進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，從幾種可行性方案中，確定了用金基合金(金、銀、銅、鎳臺(tái)金)來(lái)做成絲狀彈性電刷。把具有一定彈性的臺(tái)金絲扳成特定的形狀，卡在精環(huán)的槽內(nèi)。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，此形式在耐磨損方面有著極其優(yōu)異的特性，完全可以達(dá)到指標(biāo)要求。但其公差要求較高，對(duì)電鍍等有很高的要求，故在加工上有一定的難度。
4．3絕緣板組件結(jié)構(gòu)
先將絕緣板分割為一小塊一小塊的絕緣子和壓板，并采用模壓方式加工，然后再把每一小塊的絕緣子象積木一樣連接拼裝起來(lái)。這樣的結(jié)構(gòu)不僅解決了加工上的困難，而且對(duì)安裝時(shí)的一致性也有了保證，可以避免產(chǎn)生累積誤差。
4．4相鄰兩路竄漏問(wèn)題
為了減小竄漏，在滑環(huán)與滑環(huán)之問(wèn)安置了適當(dāng)厚度的絕緣子，另外，對(duì)各路信號(hào)作適當(dāng)?shù)呐帕薪M合，如一根同軸線隔兩對(duì)雙紋線。
4．5水密問(wèn)曩
為保證導(dǎo)電滑環(huán)的水密性，在幾個(gè)會(huì)進(jìn)水的部位，都用“o”形圈進(jìn)行密封，在不需轉(zhuǎn)動(dòng)處采用一道“o”形圈，而在兩端法蘭與軸轉(zhuǎn)動(dòng)處及外殼與支架接觸的兩端，均采用兩道“o”形圈，從而保證做到能耐靜水壓5.25MPa，另外，還考慮在進(jìn)線處及出線處對(duì)電纜進(jìn)行特殊的密封處理，從而保證不會(huì)有海水滲人。該導(dǎo)電滑環(huán)裝置的測(cè)試結(jié)果如下表所示。
5結(jié)論
漂浮線列陣中配套使用的多接觸對(duì)、防水導(dǎo)電滑環(huán)，具有轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中能保證優(yōu)異的縱向水密性能，接觸件壽命長(zhǎng)，抗海水腐蝕等特點(diǎn)。該項(xiàng)目的研制成功，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在這方面的空白，達(dá)到了國(guó)外同類技術(shù)先進(jìn)水平。另外由于本產(chǎn)品的創(chuàng)造性結(jié)構(gòu)與靈活機(jī)動(dòng)的組合方式，使其在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，該產(chǎn)品還可用于海底勘探的通信系統(tǒng)和石油勘探的線列陣中。
