专利名称：具有刹车功能的张力补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电缆技术领域，特别是一种主要用于为电气化铁路的供电网络中的电 缆承力索或接触线提供张力的张力补偿装置，也适用于电厂或钢铁厂之相同应用。
背景技术：
在电气化铁路的供电接触网中，在任何气候条件下，架空的电缆承力索(或吊 索)、接触线(或线缆)要始终处于张紧的状态，以保障供电接触网的正常工作。但由于热 胀冷缩等客观环境条件的影响，电缆承力索(或吊索)、接触线(或线缆)在不同的气候条 件下会有长度的变化。因此现有技术的供电接触网中广泛地使用了电缆承力索或接触线的 张力补偿装置，该类张力补偿装置按照行业规范规定的距离固定在供电接触网的线杆或墙 上或隧道顶部等处。如图1所示，该类张力补偿装置1的原理是，通过一与电缆承力索或接触线连接的 张拉部件30为电缆承力索或接触线提供一外来的补偿张力，以保障电缆承力索或接触线 始终处于张紧的正常工作状态。上述外力既可以通过负重绳悬挂一定的负重40来产生，也可以由张力补偿装置 内置的扭力弹簧、涡卷弹簧或者重力弹簧提供，张力可以达到IOKN之巨。但上述技术方案在实现时，一旦张紧的电缆承力索、接触线或张拉部件30发生断 裂，整个张力补偿装置1会突然失去来自上述部件的反作用力，在负重或弹力的回复力作 用下向反方向旋转，迅速卷收张拉部件30，拉动断裂的电缆承力索、接触线的尾端或张拉部 件尾端猛烈抽打，不仅损坏了张力补偿装置自身，甚至可能发生补偿负重的坠落造成人身 伤害，还可能引发一系列严重的安全事故。为此，现有技术中也设计了一些安全锁止机构，用来抑制或阻止可能发生的张力 补偿装置快速反转状况。如，在DE 963 784中公开了一种可扣合的锁牙结构，在DE 199 32 195 Cl中公开 了一种锥形的卡槽单元,在EP 1 418 084 Bi、DE 10 2006 032 816 B4中公开了一种负重 绳制动或者制动带结构，在线缆或吊索发生断裂时被制动。但是上述各种结构都具有以下缺陷，比如负重的垂直作用方向，非常高的系统安 装位置，以及负重易遭到未经许可的人员破坏等等。此外，此类装置要么不能适用隧道和桥 梁的安装应用，要么实施条件复杂，成本过高。此外，欧洲专利(W02008/037 386 Al)、加拿大专利(CA 2008/2 629 334A1)和 中国专利(W0 2008/092 296 A1,CN 2008/102 009 71.5)也都公开了紧凑型的弹簧驱动张
力补偿装置。该类装置在实际中应用广泛，但其安全装置的结构通常非常复杂，成本高昂， 还有一些没有设置安全装置。再如，专利WO 2008/092 296 Al中公开了一种安全装置，它由一可摇摆的锁止楔 和一嵌入在绳轨中的锁止槽构成。此类附加的刹车机构不仅结构复杂，且易被弄脏或因结 冰而被冻住，在系统老化和环境因素的作用下其可靠性很难保障。
因此，本领域的技术人员一直致力于开发一种结构简单，应用性好，功能优化，成 本低的具有刹车功能的张力补偿装置。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、 应用性好、成本低的具有刹车功能的张力补偿装置。为实现上述目的，本发明提供了一种具有刹车功能的张力补偿装置，所述张力补 偿装置至少包括可相对转动的主轴与壳体，所述主轴与所述壳体之一用于连接张拉部件， 所述主轴与所述壳体之间设置有弹性部件以在两者之间提供一反作用于所述张拉部件的 扭矩；所述张力补偿装置还包括一刹车机构的全部或部分；当所述张拉部件断裂导致所述 张力补偿装置失效时，所述刹车机构被重力触发实现刹车功能。在具体实施中，所述刹车机构至少包括主动刹车部及被动刹车部，所述张力补偿 装置至少包括所述主动刹车部；在正常工作状态时所述张力补偿装置被所述张拉部件牵引 偏离所述张力补偿装置自然悬垂状态的重心而成重心向上偏移的姿态；当所述张拉部件断 裂导致所述张力补偿装置失效时，所述张力补偿装置重心下移提供所述重力，触发所述主 动刹车部与所述被动刹车部制动配合。进一步地，所述壳体的全部或局部为空心圆柱体；所述张拉部件通过绳轮设置在 所述主轴或所述壳体上，所述绳轮上开设有单槽或多槽的绳轨；所述绳轨为圆柱曲线形或 圆锥曲线形。本发明的发明构思是，利用简单的安装支架使张力补偿装置的重心在正常工作状 态时上移，并偏离于该装置自然悬垂状态时的重心。此正常工作状态下，本发明的张力补偿 装置依据现有技术中的工作原理实现张力补偿功能。但当张紧的张拉部件和/或电缆承力索、接触线发生断裂时，张力补偿装置由于 失去来自上述部件的反作用力，受力平衡被破坏，基于重心回复的原理，触发了主动刹车部 向被动刹车部移动，利用摩擦、卡合、棘爪棘爪槽等各种机械配合制动，实现刹车功能。由于上述发明构思和结构设计，本发明的张力补偿装置利用重力触发刹车机构的 工作，以简单的结构实现了张力补偿装置的刹车功能，具有成本低廉，可靠性高，应用广泛 等优点，提升了现有技术中各种张力补偿装置的使用价值。在其他具体实施中，一旋转臂通过枢轴可旋转地设置在固定物上，所述主轴与所 述壳体之一固定设置在所述旋转臂上。进一步地，所述被动刹车部设置在所述固定物上，或 所述被动刹车部为所述固定物的一部分。在其他具体实施中，所述张力补偿装置还包括固定支架，一旋转臂通过枢轴设置 在所述固定支架上；所述主轴或所述壳体之一固定设置在所述旋转臂上，所述壳体或所述 主轴之另一上连接有所述张拉部件；所述固定支架还包括用于限制所述旋转臂运动轨迹的 阻挡部。进一步地，所述被动刹车部设置在所述固定支架上，或所述被动刹车部为所述固定 支架的一部分。在其他具体实施中，所述主动刹车部设置在所述主轴与所述壳体两者中连接有所 述张拉部件者上，或所述主动刹车部为所述主轴与所述壳体两者中连接有所述张拉部件者 的一部分。
在其他具体实施中，所述主动刹车部为所述主轴与所述壳体两者中连接有所述张 拉部件者面对所述被动刹车部的圆弧外表面；所述被动刹车部为一圆心与所述枢轴的中心 错位的圆弧表面或变直径曲面，或所述被动刹车部为一圆心与所述枢轴的中心重叠的变直 径曲面。进一步地，所述主动刹车部的圆弧外表面为主动摩擦面，所述被动刹车部的圆弧 表面或变直径曲面为被动摩擦面，所述主动摩擦面与所述被动摩擦面构成的摩擦角的角度 随着所述张力补偿装置重心的下移而逐步减小。在其他具体实施中，所述主动刹车部为设置在所述主轴与所述壳体两者中连接有 所述张拉部件者上的棘爪；所述被动刹车部为至少一棘爪槽；或所述主动刹车部为设置在 所述主轴与所述壳体两者中连接有所述张拉部件者上的轮齿；所述被动刹车部为至少一轮 齿槽。在其他具体实施中，所述张力补偿装置还包括带有固定臂的固定支架，所述固定 臂上开设有倾斜设置的滑槽；所述主轴或所述壳体之一通过所述滑槽滑动地设置在所述固 定臂上，所述主轴或所述壳体之另一上连接有所述张拉部件，所述主动刹车部设置在所述 主轴与所述壳体两者中连接有所述张拉部件者上。进一步地，所述主动刹车部为所述主轴与所述壳体两者中连接有所述张拉部件者 面对所述被动刹车部的圆弧外表面；所述被动刹车部为设置在所述固定支架上的一可转动 的偏心轮。进一步地，所述主动刹车部的圆弧外表面为主动摩擦面，所述偏心轮的变直径曲 面为被动摩擦面，所述主动摩擦面与所述被动摩擦面构成的摩擦角的角度随着所述张力补 偿装置重心的下移而逐步减小。在其他具体实施中，所述恒张力补偿装置包括，用作所述弹性部件的平面涡卷弹 簧，所述平面涡卷弹簧设置在所述壳体与所述主轴之间；所述主轴或所述壳体的端部设置 有绳轮，所述绳轮上开设有圆锥曲线形的绳轨，所述张拉部件通过所述绳轮设置在所述主 轴或所述壳体上。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以 充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是现有技术中的一张力补偿装置的结构示意图； 图2是本发明第一具体实施例正常工作状态的结构示意图；图3是本发明第一具体实施例失效状态的结构示意图； 图4是本发明第二具体实施例正常工作状态的结构示意图；图5是本发明第二具体实施例失效状态的结构示意图；图6是本发明第三具体实施例正常工作状态的结构示意图；图7是本发明第三具体实施例失效状态的结构示意图； 图8是本发明第四具体实施例正常工作状态的结构示意图； 图9是本发明第四具体实施例失效状态的结构示意图；图10是本发明第五具体实施例正常工作状态的结构示意图11是本发明第五具体实施例失效状态的结构示意图。
具体实施例方式具体实施例1 如图2所示，该张力补偿装置至少包括主轴10与壳体20，还包括用做张拉部件的 钢丝绳30，及配重40。壳体20为金属的空心圆柱体，可在外力驱动下转动。壳体20上设置有绳轮21，绳 轮21上开设有单槽的绳轨，绳轨为圆柱曲线形。钢丝绳30通过绳轨与壳体20连接。主轴10设置在壳体20的轴心线位置，不可自转。壳体20内设置有扭力弹簧(图中未示出)，扭力弹簧的一端与壳体20的内壁固定 连接，另一端与主轴10固定连接。一旋转臂50的一端通过枢轴51可旋转地设置在一固定物60上。该固定物60为 悬挂张力补偿装置的墙体，或立柱，或隧道顶端等。旋转臂50的另一端与张力补偿装置的 主轴10连接。本实施例中，张力补偿装置还包括刹车机构的一部分。具体地，刹车机构包括主动刹车部及被动刹车部。本实施例中，张力补偿装置包括 了主动刹车部，该主动刹车部为壳体20的外圆周表面。上述被动刹车部为该固定物60的一部分，如本实施例所示，在该固定物60上固定 有一支架体61，该支架体61的工作面611为一内凹的圆弧面，该内凹的圆弧面即为被动刹 车部，朝向壳体20的外圆周表面(即主动刹车部)。本发明的张力补偿装置在安装时，被钢丝绳30牵引偏离其自然悬垂状态的重心， 而成重心向上偏移的姿态。配重40用于平衡张力补偿装置的受力，使张力补偿装置与支架 体61的工作面611靠近但不接触。
在张力补偿装置的正常工作状态时，张力补偿装置利用壳体20内的扭力弹簧平 衡钢丝绳30的受力，使钢丝绳30在任何环境条件下保持张紧的工作状态。特别地，支架体61上的圆弧的工作面611与主轴10绕枢轴51摆动的轨迹相交， 该工作面611的弧度能满足两者相交产生的摩擦角随主轴10的下移而逐步减小。如图3所示，当钢丝绳30突然断裂导致张力补偿装置失效时，由于来自钢丝绳30 的力突然消失，张力补偿装置的受力平衡被打破，张力补偿装置的重心下移提供重力，旋转 并下落的壳体20的外圆周表面(即主动刹车部)与支架体61的工作面611(即被动刹车 部)发生摩擦，触发主动刹车部与被动刹车部制动配合。由于作为被动刹车部的该圆弧面与作为主动刹车部的壳体外圆周表面摩擦，并且 摩擦角逐步减小，最终壳体20因被抱死而停止转动，实现刹车功能。在本发明的其他具体实施例中，钢丝绳30也可以设置在主轴10上，主轴10可自 转，而壳体20不可自转并固定在旋转臂50的一端。在此实施例中，被动刹车部的结构与上述实施例相同。主动刹车部为主轴的外圆 表面，或是固定在主轴上的一轮毂的外圆表面。在本发明的又一具体实施例中，主动刹车部与被动刹车部之间也可以通过齿轮齿 槽配合，或棘爪棘爪槽配合实现制动。
具体实施例2 如图4所示，本具体实施中，该张力补偿装置至少包括主轴10与壳体20，主轴10 布置在壳体20的轴心线位置，不可转动。壳体20为金属的空心圆柱体，可在外力驱动下绕 主轴10转动。张拉部件为钢丝绳30，通过绳轮21设置在壳体20上，绳轮上开设有多槽的绳轨， 绳轨为圆锥曲线形。壳体20内设置有用作扭力弹簧的平面涡卷弹簧(图中未示出)，平面涡卷弹簧的 一端与壳体20的内壁固定连接，另一端与主轴10固定连接。壳体20用于连接钢丝绳30， 主轴10与壳体20之间设置的平面涡卷弹簧用于在两者之间提供一反作用于钢丝绳30的 扭矩。张力补偿装置还包括一刹车机构的全部，该刹车机构包括主动刹车部及被动刹车 部。张力补偿装置还包括固定支架60，一旋转臂50通过枢轴51设置在固定支架60 上。固定支架60上还设置有用于限制旋转臂50运动轨迹的阻挡部62。主轴10固定设置在旋转臂50上，不可转动，但可随旋转臂50 —起摆动。本实施例中，被动刹车部61为固定支架60的一部分，具体为一圆心与枢轴51的 中心错位的变直径曲面，该变直径曲面为被动摩擦面。主动刹车部22为壳体20上面对被动刹车部61的圆弧外表面，主动刹车部22的 圆弧外表面为主动摩擦面。在正常工作状态时张力补偿装置被钢丝绳30牵引，偏离张力补偿装置自然悬垂 状态的重心而成重心向上偏移的姿态。如图5所示，当钢丝绳30断裂导致张力补偿装置失效时，主轴10带着壳体20 — 起随旋转臂50摆动下移，同时壳体20还发生自转。壳体20在下摆过程中，主动刹车部22 与被动刹车部61发生摩擦产生制动效果。张力补偿装置的重力G在主动摩擦面与被动摩擦面的摩擦过程中被分解为一个 垂直于摩擦点的压力F，和一个与摩擦圆弧面成切线的摩擦力f。由于被动刹车部61是一 圆心与枢轴51的中心错位的变直径曲面，主动摩擦面与被动摩擦面构成的摩擦角的角度 随着张力补偿装置重心的下移而逐步减小，重力G分解得到的摩擦力f逐步增大，逐步达到 完全克服壳体20中平面涡卷弹簧的弹性作用力，最终实现刹车功能。因此，本发明中的刹车机构被张力补偿装置的重力G触发而实现刹车功能。在其他具体实施中，壳体20可以固定设置在旋转臂50上，主轴10上连接有钢丝 绳30。被动刹车部设置在固定支架60上，为一圆心与枢轴51的中心错位的圆弧表面。主 动刹车部设置在主轴10上，为主轴10面对被动刹车部的圆弧外表面。在其他具体实施中，被动刹车部也可以为一圆心与枢轴51的中心重叠的变直径 曲面，也可以满足主动摩擦面与被动摩擦面构成的摩擦角的角度随着张力补偿装置重心的 下移而逐步减小的技术要求，获得基本相同的技术效果。具体实施例3 如图6所示，本具体实施与上述实施例2的结构基本相同，也包括主轴10，壳体 20，张拉部件30，旋转臂50，固定支架60等部件，所不同之处在于，主动刹车部为设置在壳体20外圆周表面上的多个棘爪22，被动刹车部为设置在固定支架60上的多个棘爪槽61。如图7所示，在张力补偿装置失效状态时，由于张力补偿装置的重力作用，主轴 10、壳体20随旋转臂50下摆，壳体20在下摆的过程中还有自转，促使棘爪22张开，使棘爪 22与棘爪槽61配合制动。在其他具体实施例中，张拉部件30也可以设置在主轴20上。此时，主动刹车部为 设置在主轴外圆周表面上的多个棘爪，被动刹车部的结构不变。具体实施例4 如图8所示，本具体实施与上述实施例3的结构基本相同，也包括主轴10，壳体 20，张拉部件30，旋转臂50，固定支架60等部件，所不同之处在于，主动刹车部为设置在壳 体20外圆周表面上的轮齿22，被动刹车部为设置在固定支架60上的多个轮齿槽61。如图9所示，在张力补偿装置失效状态时，由于张力补偿装置的重力作用，主轴 10、壳体20随旋转臂50下摆，壳体20在下摆的过程中还有自转，轮齿22与轮齿槽61配合 制动。在其他具体实施例中，张拉部件也可以设置在主轴10上。此时，主动刹车部为设 置在主轴外圆周表面上的多个轮齿，被动刹车部的结构不变。具体实施例5:如图10所示，本具体实施与上述实施例2的结构基本相同，也包括主轴10，壳体 20，张拉部件30，固定支架60等部件，所不同之处在于，固定支架60上设置有固定臂50，固 定臂50不可转动，其上开设有倾斜设置的滑槽51。主轴10通过滑槽51滑动地设置在固定臂50中。壳体20上连接有张拉部件30， 主动刹车部设置在壳体20上。被动刹车部为设置在固定支架60上的一可转动的偏心轮61，偏心轮61的变直径 曲面为被动摩擦面。进一步地，主动刹车部22为壳体20上面对被动刹车部的圆弧外表面，主动刹车部 22的圆弧外表面为主动摩擦面。如图11所示，在张力补偿装置失效状态时，由于张力补偿装置的重力作用，主轴 10带着壳体20沿滑槽51下滑，壳体20在下滑的过程中还有自转，壳体20上的主动刹车部 22与偏心轮61摩擦，主动摩擦面与被动摩擦面摩擦。由于偏心轮在转动中，半径为逐步增 大，最终主动刹车部22与偏心轮61的摩擦作用中摩擦力逐步增大，获得制动效果，实现刹 车功能。在其他具体实施例中，也可以采用壳体20通过滑槽51滑动地设置在固定臂50 上，主轴10上连接有张拉部件30。主动刹车部设置在主轴10上，被动刹车部的结构不变。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创 造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员 依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术 方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。
权利要求
1.一种具有刹车功能的张力补偿装置，所述张力补偿装置至少包括可相对转动的主轴 与壳体，所述主轴与所述壳体之一用于连接张拉部件，所述主轴与所述壳体之间设置有弹 性部件以在两者之间提供一反作用于所述张拉部件的扭矩；其特征在于所述张力补偿装 置还包括一刹车机构的全部或部分；当所述张拉部件断裂导致所述张力补偿装置失效时， 所述刹车机构被重力触发实现刹车功能。
2.如权利要求1所述的张力补偿装置，其特征在于所述刹车机构至少包括主动刹车 部及被动刹车部，所述张力补偿装置至少包括所述主动刹车部；在正常工作状态时所述张 力补偿装置被所述张拉部件牵引偏离所述张力补偿装置自然悬垂状态的重心而成重心向 上偏移的姿态；当所述张拉部件断裂导致所述张力补偿装置失效时，所述张力补偿装置重 心下移提供所述重力，触发所述主动刹车部与所述被动刹车部制动配合。
3.如权利要求2所述的张力补偿装置，其特征在于一旋转臂通过枢轴可旋转地设置 在固定物上，所述主轴与所述壳体之一固定设置在所述旋转臂上。
4.如权利要求3所述的张力补偿装置，其特征在于所述被动刹车部设置在所述固定 物上，或所述被动刹车部为所述固定物的一部分。
5.如权利要求2所述的张力补偿装置，其特征在于所述张力补偿装置还包括固定支 架，一旋转臂通过枢轴设置在所述固定支架上；所述主轴或所述壳体之一固定设置在所述 旋转臂上，所述壳体或所述主轴之另一上连接有所述张拉部件；所述固定支架还包括用于 限制所述旋转臂运动轨迹的阻挡部。
6.如权利要求5所述的张力补偿装置，其特征在于所述被动刹车部设置在所述固定 支架上，或所述被动刹车部为所述固定支架的一部分。
7.如权利要求2至6任一所述的张力补偿装置，其特征在于所述主动刹车部设置在 所述主轴与所述壳体两者中连接有所述张拉部件者上，或所述主动刹车部为所述主轴与所 述壳体两者中连接有所述张拉部件者的一部分。
8.如权利要求7所述的张力补偿装置，其特征在于所述主动刹车部为所述主轴与所 述壳体两者中连接有所述张拉部件者面对所述被动刹车部的圆弧外表面；所述被动刹车部 为一圆心与所述枢轴的中心错位的圆弧表面或变直径曲面，或所述被动刹车部为一圆心与 所述枢轴的中心重叠的变直径曲面。
9.如权利要求8所述的张力补偿装置，其特征在于所述主动刹车部的圆弧外表面为 主动摩擦面，所述被动刹车部的圆弧表面或变直径曲面为被动摩擦面，所述主动摩擦面与 所述被动摩擦面构成的摩擦角的角度随着所述张力补偿装置重心的下移而逐步减小。
10.如权利要求7所述的张力补偿装置，其特征在于所述主动刹车部为设置在所述主 轴与所述壳体两者中连接有所述张拉部件者上的棘爪；所述被动刹车部为至少一棘爪槽； 或所述主动刹车部为设置在所述主轴与所述壳体两者中连接有所述张拉部件者上的轮齿； 所述被动刹车部为至少一轮齿槽。
11.如权利要求2所述的张力补偿装置，其特征在于所述张力补偿装置还包括带有固 定臂的固定支架，所述固定臂上开设有倾斜设置的滑槽；所述主轴或所述壳体之一通过所 述滑槽滑动地设置在所述固定臂上，所述主轴或所述壳体之另一上连接有所述张拉部件， 所述主动刹车部设置在所述主轴与所述壳体两者中连接有所述张拉部件者上。
12.如权利要求11所述的张力补偿装置，其特征在于所述主动刹车部为所述主轴与所述壳体两者中连接有所述张拉部件者面对所述被动刹车部的圆弧外表面；所述被动刹车 部为设置在所述固定支架上的一可转动的偏心轮。
13.如权利要求12所述的张力补偿装置，其特征在于所述主动刹车部的圆弧外表面 为主动摩擦面，所述偏心轮的变直径曲面为被动摩擦面，所述主动摩擦面与所述被动摩擦 面构成的摩擦角的角度随着所述张力补偿装置重心的下移而逐步减小。
14.如权利要求1或2所述的张力补偿装置，其特征在于所述壳体的全部或局部为空 心圆柱体；所述张拉部件通过绳轮设置在所述主轴或所述壳体上，所述绳轮上开设有单槽 或多槽的绳轨；所述绳轨为圆柱曲线形或圆锥曲线形。
15.如权利要求1至6任一所述的张力补偿装置，其特征在于所述张力补偿装置为恒 张力补偿装置。
16.如权利要求15所述的张力补偿装置，其特征在于所述恒张力补偿装置包括，用作 所述弹性部件的平面涡卷弹簧，所述平面涡卷弹簧设置在所述壳体与所述主轴之间；所述 主轴或所述壳体的端部设置有绳轮，所述绳轮上开设有圆锥曲线形的绳轨，所述张拉部件 通过所述绳轮设置在所述主轴或所述壳体上。
全文摘要
本发明公开了一种具有刹车功能的张力补偿装置，所述张力补偿装置至少包括可相对转动的主轴与壳体，所述主轴与所述壳体之一用于连接张拉部件，所述主轴与所述壳体之间设置有弹性部件以在两者之间提供一反作用于所述张拉部件的扭矩；所述张力补偿装置还包括一刹车机构的全部或部分；当所述张拉部件断裂导致所述张力补偿装置失效时，所述刹车机构被重力触发实现刹车功能。本发明利用重力触发刹车机构的工作，以低廉的成本实现了刹车功能，具有结构简单，成本低廉，可靠性高，应用广泛等优点。
文档编号H02G7/02GK102092314SQ20101018189
公开日2011年6月15日 申请日期2010年5月5日 优先权日2009年12月15日
发明者张臻伟, 沃纳·曼德尔 申请人:克恩-里伯斯(太仓)有限公司