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导电滑环在船舶用绞车系统中的应用

日期：11-08  点击：5819  属于：滑环结构原理
[摘要]本文较详细地介绍了船用绞车系统中滑环装置的结构、设计考虑、性能和与国外同类先进技术的比较及应用趋势。
1引言
为了在海上争取主动，及早发现远方海域内的变化，国内外的声纳工作者做了大量的工作。拖曳漂浮线列阵声纳系统，通过几十个子声纳系统由连接器相接成一个大的线列阵，各个子声纳探测到的不同声波信号通过电缆传输到轮船上的主计算机。多接触对、旋转水密导电滑环就是为了使线列阵能方便地收放而进行研制的。多接触对、旋转防水导电滑环安装在船上的收放绞车上，通过前后两个接线系统，一端与拖缆相接，另一端与计算机主机电缆相连。当在海上收放线列阵时，通过导电滑环的转动使得线列阵收放自如，另一端与计算机相通的电缆则不会发生扭绞性损坏，也就是说，该导电滑环的使用既保证了机械方面电缆的收放，又保证了系统的电气连接。另外该导电滑环具有积木式结构，可根据需要在一定范围内增加或减少接触对数目，以适应不同的需要。
2主要技术性能指标
接触芯数：四根同轴线、八对双绞线输入，四根同轴线，八对双绞线输出
接触电阻：≤10MΩ
绝缘电阻：>100MΩ(500V)
电流：1A
耐静水压力：5.25MPa
接触损失：<6dB
寿命：10年
3简要设计原理
3．1导电滑环主要结构
运用于海洋环境中的导电滑环很容易受到盐雾、潮湿、结冰及大温差等恶劣环境的影响。由船体或绞车引起的振动，特别是在一些情况下的冲击负载可能会很大。因此导电滑环必须满足在以上这些条件下能正常工作。导电滑环被固定在绞车上，一端是可以转动的，两头的导线分别与两个接线盒相接。导电滑环由四大部件组成：一个芯轴，一个支架法兰／轴承组件，一组电刷及外壳。进线端电缆分别从后盖的两个进线口引人。电刷为弹性材料的合金丝，首先把合金丝扳成特定的形状焊接在焊片上，然后通过绝缘子固定并安装在支架板中，最终使电刷卡在滑环的槽内。出线端电缆先转换成出线引线，然后穿过芯轴的中心，由轴的一端引出。一组电刷固定在支架的适当位置，每一个电刷对应一个滑环，金属滑环间用绝缘子隔开。电刷的接线从法兰上的孔中引出。芯轴相对法兰而转动，且两者中的任何一方都能被固定。
3．2材料选择
1)外壳材料
导导电滑环在海水中使用，防腐蚀性能应首先考虑。因此，导电滑环的外壳、法兰等直接接触海水的零件，都采用了耐海水腐蚀的不锈钢。
2)接触件材料
为了保证产品优良的电接触性能，选用了低锌黄铜来加工滑环，并在表面镀硬金。
3)绝缘材料
经比较选择，我们选用了能满足产品机械电气性能要求、耐环境性能好、使用温度范围大的聚砜材料。
4)密封材料
为保证连接器在5.25MPa水压下径向密封，我们选用了耐海水性能优良的氯丁橡胶加工密封圈。
4主要技术关键及解决方法
4．1接触体与导线的连接
进出引线为四根同轴线、八对双绞线，由于同轴线要在旋转中实现同轴连接是极为困难的，因此四根同轴线同时进出转动几乎是不可能的。但考虑到使用频率不高，所以采用同轴线变平行线，平行线再变同轴线的方式。为了让同轴线的屏蔽效果更佳，则采用一根同轴线接三只滑环，中间一只环接同轴线的内导体，两边两只环接同轴线的外导体，这样四根同轴线就共需12只环。其余八对双绞线则分别接16只滑环，这样就总共需要28只滑环来与电缆导线相接，导线可通过转轴上的槽孔焊在每一片滑环的内侧。
4．2电刷组件形式
由于该导电滑环是特定环境下使用的，如果采用通常的材料及工艺很难达到要求。经多方查阅，在国外样本中发现，转动速度在50r／min下，电刷寿命大于100万圈，这与本组件的指标相近。现参照他们的结构，选用低锌黄铜表面镀硬金作精环。在电刷采用何种形式的问题上，经过多方调查并进行了模拟试验，从几种可行性方案中，确定了用金基合金(金、银、铜、镍台金)来做成丝状弹性电刷。把具有一定弹性的台金丝扳成特定的形状，卡在精环的槽内。经实践检验，此形式在耐磨损方面有着极其优异的特性，完全可以达到指标要求。但其公差要求较高，对电镀等有很高的要求，故在加工上有一定的难度。
4．3绝缘板组件结构
先将绝缘板分割为一小块一小块的绝缘子和压板，并采用模压方式加工，然后再把每一小块的绝缘子象积木一样连接拼装起来。这样的结构不仅解决了加工上的困难，而且对安装时的一致性也有了保证，可以避免产生累积误差。
4．4相邻两路窜漏问题
为了减小窜漏，在滑环与滑环之问安置了适当厚度的绝缘子，另外，对各路信号作适当的排列组合，如一根同轴线隔两对双纹线。
4．5水密问曩
为保证导电滑环的水密性，在几个会进水的部位，都用“o”形圈进行密封，在不需转动处采用一道“o”形圈，而在两端法兰与轴转动处及外壳与支架接触的两端，均采用两道“o”形圈，从而保证做到能耐静水压5.25MPa，另外，还考虑在进线处及出线处对电缆进行特殊的密封处理，从而保证不会有海水渗人。该导电滑环装置的测试结果如下表所示。

5结论
漂浮线列阵中配套使用的多接触对、防水导电滑环，具有转动灵活，在转动过程中能保证优异的纵向水密性能，接触件寿命长，抗海水腐蚀等特点。该项目的研制成功，填补了国内在这方面的空白，达到了国外同类技术先进水平。另外由于本产品的创造性结构与灵活机动的组合方式，使其在很多领域有广泛的应用前景，该产品还可用于海底勘探的通信系统和石油勘探的线列阵中。


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