补偿平衡式缠丝机 技术领域：
本发明涉及一种缠丝机，是生产大型预应力钢筒混凝土输水管(PRESTRESSED CYLINDER CONCRET PIPE，简称：PCCP)的主要设备。PCCP主要用于长距离，高压力的输水工程中，如南水北调工程等。
背景技术：
目前国内同类设备通常采用差速法。即节旋转台绕丝电机及与旋转台不同轴的放丝电机的转速，放丝的线速度略低于绕丝的线速度，使钢丝产生张拉应力。
差速法的缺点是：1)缠丝过程中如果需要停车，由于机械惯性，两台电机无法做到同步停车。如果绕丝电机停车快于放丝电机，则应力出现松弛；反之则会拉断钢丝。我国标准中规定：应力波动不能超过总应力的10％。2)同样原理，差速法倒车时也无法保持应力不变；3)由于机械响应速度慢，要保持应力不变缠丝速度不能太快；4)能耗大。
国外同类产品在缠丝时是先将钢丝在混凝土管芯上缠4-6圈作为引导圈，再将钢丝引至在轨道上移动的补偿轮后返回到混凝土管芯。由于钢丝受到的张力很大(断裂强度的70-75％)，钢丝的伸长变形使补偿轮不断后退，其移动距离可达50-100米(与缠丝的管径有关)，这种缠丝方法虽然能耗较小，但占地面积很大，用户不愿采用。
附图说明：
附图为本发明的结构示意图。
如附图所示，本发明由导引盘(1)、钢丝(2)、升降架(4)、支撑架(5)、钢丝伸长补偿架(6)、补偿轮(7)、配重钢缆(8)、配重块(9)、旋转台(10)、配重台(12)、配重块提升电机(13)、放丝轮(14)等部分构成，其中导引盘(1)为一托架，其下端固接在旋转台(10)上，导引盘(1)缠钢丝(2)部分的直径比旋转台(10)上所需缠的水泥管芯(3)的外径小20-80mm，升降架(4)可以在支撑架(5)上移动，补偿轮(7)在钢丝伸长补偿架(6)上移动，配重块(9)与配重钢缆(8)连接，配重钢缆(8)通过滑轮挂接在配重台(12)上，并与配重块提升电机(13)相连，放丝轮(14)与钢丝(2)相连。
发明内容：
本发明的目的在于设计一种补偿平衡式缠丝机，使其：(1)能解决目前国内同类设备在缠丝过程中停车时会出现应力波动(应力消失或拉断钢丝)的问题，(2)能解决大口径管缠丝速度慢，设备能耗高等问题，(3)能解决目前国内缠丝管径不够大的问题(目前国内最大缠丝机可缠管径3200毫米)。
本发明的工作原理为：
(1)在旋转台(10)上设置导引盘(1)，钢丝(2)从放丝轮(14)出来先在导引盘(10)上绕4-5圈后，经若干滑轮后再缠绕到所需缠丝的水泥管芯(3)上。旋转台(10)受到的两个方向相反，大小几乎相等的力矩平衡作用，使得旋转台(10)的驱动功率大幅度降低。
(2)采用了缠丝部分的外径比所需缠丝地水泥管芯(3)略小的引导盘(1)，使补偿轮(7)在钢丝伸长补偿架(6)上的移动距离大大缩短，进而缠丝机的占地面积大幅度减少。
由于导引盘(1)与水泥管芯(3)同轴同步旋转，即从引导盘(1)每放出一圈钢丝(2)就要在水泥管芯(3)上缠绕一圈钢丝(2)。导引盘(1)的外径比管芯小，因此，从表面上看，放出的钢丝(2)比缠到水泥管芯(3)上的短；但实际上钢丝(2)从导引盘(1)放出后受到了高张力的作用后钢丝(2)本身被弹性拉长。经过科学的计算从导引盘(1)放出的钢丝(2)加上钢丝(2)本身的弹性拉长恰好等于缠到水泥管芯(3)上的钢丝(2)长度。
如附图所示，在旋转台(10)上设置导引盘(1)，其缠钢丝(2)部分的外径比水泥管芯(3)略小；钢丝(2)从放丝轮(12)出来先在导引盘(1)上绕数圈后，沿箭头方向再经补偿轮(7)及支撑架(5)上的升降架(4)缠绕到水泥管芯(3)上；配重块(9)经配重钢缆(8)使钢丝(2)产生恒定拉力；由于导引盘上(1)与缠钢丝(2)部分外径比水泥管芯(3)小，从而使补偿轮(7)在钢丝伸长补偿架(6)上的移动距离大大缩短，进而缠丝机的占地面积减少；由附图可看出，水泥管芯(3)被放置在导引盘(1)上，两者由旋转台(10)带动旋转(旋转台的驱动装置未示出)，导引盘(1)出线端钢丝(2)(C点)对旋转台(10)产生的转矩恰好与升降架(4)导出钢丝(2)(A点)对旋转台(10)产生的转矩方向相反，两个力矩互相抵消，因而使旋转台(10)旋转的驱动功率及传动装置都大为缩小；由于配重块(9)悬于空中，当旋转台(10)停车或反转时，缠在水泥管芯(3)上的钢丝(2)的张力都不会松弛，从而大大提高了缠丝质量。升降架(4)的移动靠电机驱动(为简化版面未画出)，升降架(4)驱动电机的转速与旋转台(10)的转速自动保持某一设定的比例(由可编程序控制器控制)，以始终保证正确的缠丝间距。
采用补偿平衡法的优点是：1)缠丝过程中可根据需要随时停车并保持应力不变；2)倒车时可保持应力不变；3)由于不采用两台电机配合工作，没有机械响应速度问题，缠丝速度大大提高；4)能耗大幅度降低；5)占地面积较小。
本缠丝机的主要性能指标为：
(1).适用管径 1400-4000毫米
(2).管长 5000-6000毫米
(3).适用钢丝直径 4-8毫米
(4).钢丝间距 4-38毫米
(5).缠丝速度(max) 140米/分
(6).钢丝拉力(max) 5500公斤
(7).张力误差 +/-3％
(8).装机容量 小于110千瓦
具体实施方式：
实施例：
本发明补偿平衡式缠丝机的工作过程为(以用5毫米钢丝缠4000毫米管子为例)：
(1)将水泥管芯(3)吊至旋转台(10)上；
(2)钢丝(2)按图示方向穿好，并将钢丝(2)锚固于水泥管芯(3)的A点锚固位(11)上(上端、下端均可)；
(3)此时配重块(9)的重量调整为2200公斤(钢丝抗拉强度的70％)；
(4)启动配重块提升电机(13)使配重块(9)离开地面，钢丝(2)被张紧；
(5)转动旋转台(10)开始缠丝，旋转台(10)由慢到快，钢丝(2)最快的线速度可达140米/分(与被缠管径有关)。由于作用在A点和C点的高张力对于水泥管芯(3)产生两个方向相反、大小基本相等的力矩，相互抵消，因此，旋转台(10)只需很小的驱动力便能驱动，旋转台(10)的驱动电机的功率(55KW)只有差速式缠丝机(150KW以上)的1/3左右。
(6)缠丝时升降架(4)的驱动电机始终与旋转台(10)的驱动电机保持着设定的比例(无论旋转台的转速快慢)，以保证缠丝间距。
(7)缠丝机中途需要停车时只需对旋转台刹车即可，钢丝(2)应力不会松弛。而差速式缠丝机的绕丝电机和放丝电机由于机械惯性不同(响应时间也不同)无法做到同步停车，钢丝或松弛或拉断。中途停车功能的主要作用是途中钢丝用完，需接另一盘新的钢丝以及出现其它故障时需停车接丝或检查故障，待处理完后仍可继续缠丝，无需报废以前缠好的钢丝。另外，差速式缠丝机由于不能中途停车，无法进行接丝，造成钢丝(不够缠一根整管)浪费。
(8)当缠丝接近结束时(最后几圈)，钢丝(2)必须到达一个特定的锚固位(11)(预埋件)以便将末端固定住。为实现这一目的，缠最后几圈时需调整钢丝(2)间距，有时需要倒车。差速式缠丝机不能倒车，锚固时常采用撬杠人工把钢丝撬至锚固位，这种做法危险性很大，极易造成断丝伤人事故。采用补偿平衡式缠丝机只需倒转旋转台，调整钢丝间距，重新缠丝便可。
(9)钢丝(2)在缠丝过程中由于受到应力的作用，会被拉长。缠一根直径4000毫米的管子，钢丝的纵伸长量约100米。国外的配重式缠丝机通常是靠补偿轮(7)在钢丝伸长补偿架(6)上不断后退将伸长部分消耗掉。因此对于缠大口径管子需要近百米的补偿架，占地面积很大。本实用新型补偿平衡式缠丝机采用了导引盘(1)缠丝部分的直径小于水泥管芯(3)外径的方法，使钢丝(2)的伸长部分被补偿，补偿轮(7)基本保持不动。这样就大大地减少了土地的使用，提高了设备的紧凑性。导引盘(1)尺寸与被缠水泥管芯(3)的直径有关，其高度约60-80毫米，缠丝部分的直径比水泥管芯(3)的外径小约20-80毫米。
(10)缠丝结束后，钢丝(2)进入锚固位(11)(B点处)停车，锚固钢丝(2)后再次启动配重块驱动电机(13)，使配重块(9)落地；
(11)剪断钢丝(2)，整个缠丝工作结束。