CN101799577A - 深海光纤细缆收放绞车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深海光纤细缆收放绞车，其特征在于包括机架、液压控制系统、动力机构、卷筒机构、排缆机构、输送机构及出缆装置，光纤细缆穿过出缆口，顺序绕过输送机构的主动轮及排缆机构的排缆滚轮，卷绕在卷筒上。本发明结构紧凑，体积小，重量轻，操作及维护方便；利用液压马达作为动力源，通过两套同步带传动机构分别驱动卷筒机构、排缆机构及输送机构，并通过输送机构的超越离合器实现光纤细缆的收缆及放缆，提高收、放缆的工作效率，并且收缆时不需要切断光纤细缆，减少对光纤细缆的损伤，省时又省力；设有切割机构，当光纤细缆在水中与其它障碍物发生缠绕时，切割机构可切断光纤细缆，保护深海空间站和人员的安全。

Description

深海光纤细缆收放绞车

技术领域

本发明涉及一种绞车，尤其是涉及一种用于水下环境或深海环境中光纤细缆收缆及放缆的深海光纤细缆收放绞车，安装于深海空间站(或深海潜水器、潜艇)上，供水下机器人在水下布放和回收时进行光纤细缆的收放工作，也可安装于水面母船上。

背景技术

无人遥控潜水器(Remotely Operated Vehicle，简称ROV)是目前进行水下观测、取样和作业的最有效和最重要手段之一，已经在海洋科学研究、近海油气开发和其他矿物资源开采、打捞和军事等方面获得广泛应用。尤其是在大深度和有危险的区域，它已经开始大量取代过去由潜水员和载人潜水器所承担的工作。

上述作业型ROV由于可以通过脐带缆从母船获取动力源和通讯，所以能够进行长时间、大功率的作业。然而，同样是因为脐带缆的原因，使其作业范围受到很大限制，并影响到ROV的运动性能。因此，所谓混合型水下机器人(Autonomous Remote Vehicle，简称ARV)应运而生，它是一种集自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)和遥控水下机器人(RemotelyOperated Vehicle，简称ROV)的功能于一体的新概念水下机器人：即ARV自带动力源(如锂电池组)及作业机械手，与母船之间的物理连接仅为高速通信媒介。由于ARV自身携带能源，与母船的物理连接仅为通信光纤细缆，与ROV脐带缆相比，光纤细缆的直径远远小于常规ROV系统中的脐带缆，质量轻，在水中对ARV操纵性能和机动性能影响较小，以及相应的母船支持设备也就大大简化，不需要庞大笨重的绞车和吊放装置，特别适合在深海空间站中使用。

ARV在水下布放和回收时，需要用光纤细缆绞车对光纤细缆进行放缆和收缆，由于光纤细缆内部是光纤，承受横向压力和轴向力有限，所以传统的收放普通缆绳的绞车不适合光纤细缆的收放，容易使光纤细缆受到损伤。目前，在国内外的光纤细缆绞车使用电机作为动力源，通常只能在水面母船上使用，并且只能进行放缆作业，收缆需要依靠手工来完成，这种光纤细缆绞车无法在深海空间站中使用；并且在收缆时，首先要切断光纤细缆，然后进行人工收缆作业，这样收缆效率低，且光纤细缆切割后，要对光纤细缆进行人工对接和焊接处理，费时又费力。

发明内容

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种深海光纤细缆收放绞车，适合用于深海空间站中，既可收缆，又可放缆，省去繁琐的手工收缆作业，提高收缆效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种深海光纤细缆收放绞车，包括：

机架及液压控制系统；

动力机构，安装在机架的中部，由液压马达、制动器及减速器组成；

卷筒机构，安装在机架的中部，包括卷筒及卷筒轴，卷筒通过卷筒轴连接动力装置的减速器，卷筒轴的轴端安装有与卷筒轴的光纤旋转接头；

排缆机构，安装在卷筒机构右侧的机架上，包括双向螺杆及滑块，双向螺杆外套有开有轴向长槽的导向套筒，滑块滑套在导向套筒上并穿过导向套筒上的长槽与双向螺杆配合，滑块上安装有排缆滚轮，双向螺杆的一端通过第一同步带传动机构连接所述卷筒轴；

输送机构，安装在卷筒机构左侧的机架上，包括输送轴、主动轮及压轮，主动轮固定连接输送轴，用于将光纤细缆压紧在主动轮上的压轮安装在主动轮一侧的活动支座上，弹簧抵在活动支座与机架之间，输送轴的一端连接超越离合器，超越离合器通过第二同步带传动机构连接所述卷筒轴；在放缆时，所述主动轮的线速度是卷筒满盘时线速度的1.05～1.1倍；

出缆装置，安装在所述输送机构主动轮的上方机架上，呈喇叭形；

光纤细缆穿过出缆口，顺序绕过输送机构的主动轮及排缆机构的排缆滚轮，卷绕在卷筒上。

进一步的：

所述出缆装置的下方设有用于切断光纤细缆的切割机构。

所述切割机构包括上座架及下刀座架，上座架与下刀座架之间连接有四根导杆，活动刀座与四根导杆滑动连接；液压油缸安装在上座架上，液压油缸的活塞杆连接活动刀座，活动刀座下连接切割刀；下刀座架两侧固定安装有刀座，切割刀滑动安装在两个刀座之间，刀座上设有供光纤细缆通过的U形槽，压缆板套装在刀座中，并与所述U形槽构成供光纤细缆通过的槽孔。

所述排缆机构的滑块上设有两个相对的导轮。

所述活动支座上设有两个压轮。

本发明的技术效果在于：

本发明公开的一种深海光纤细缆收放绞车，结构紧凑，体积小，重量轻，操作及维护方便；利用液压马达作为动力源，通过两套同步带传动机构分别驱动卷筒机构、排缆机构及输送机构，并通过输送机构的超越离合器实现光纤细缆的收缆及放缆，提高收、放缆的工作效率，并且收缆时不需要切断光纤细缆，减少对光纤细缆的损伤，省去对光纤细缆进行人工对接和焊接工作，省时又省力；本发明中设有切割机构，当光纤细缆在水中与其它障碍物发生缠绕时，切割机构可切断光纤细缆，保护深海空间站(或潜器)和人员的安全。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明的主视图。

图3为图2的俯视图。

图4为图2为左视图。

图5为输送机构及出缆口的结构示意图。

图6A为切割机构的主视图。

图6B为图6A的左视图。

图7A为卷筒机构、排缆机构及输送机构的展开图。

图7B为图7A的A-A处剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1、2、3、4、5、7A、7B所示，本发明包括机架1、动力机构100、卷筒机构300、排缆机构200、输送机构400、出缆装置19及液压控制系统(未在图中画出)，动力机构100安装在机架1的中部，由液压马达2、制动器3及减速器4组成，液压马达2由液压控制系统控制。卷筒机构300安装在机架1的中部，包括卷筒9及卷筒轴8，卷筒9通过卷筒轴8连接动力机构100的减速器4，卷筒轴8的轴端安装有光纤旋转接头22，光纤旋转接头22与卷筒轴8同轴，通过光纤旋转接头22将卷绕在卷筒9上旋转的光纤细缆端头连接到深海空间站或水面母船的水下机器人控制系统。排缆机构200安装在卷筒机构300右侧的机架1上，包括双向螺杆6及滑块7，双向螺杆6外套有开有轴向长槽1401的导向套筒14(如图7A、7B)，滑块7滑套在导向套筒14上并穿过导向套筒14上的长槽1401与双向螺杆6配合，导向套筒14为滑块7导向，并通过长槽1401的作用使滑块7不会随双向螺杆6转动，滑块7上安装有排缆滚轮15，双向螺杆6的一端通过第一同步带传动机构5连接卷筒轴8，液压马达2的动力通过卷筒轴8并经第一同步带传动机构5传动后将扭矩传递到排缆机构200的双向螺杆6上，从而推动排缆机构200的滑块7及排缆滚轮15作往复运动，保证光纤细缆25与卷筒9垂直，使光纤细缆25整齐地卷绕在卷筒9上，在本实施例中，排缆机构200的滑块7上设有两个相对的导轮21(图7A)，可使更好地将光纤细缆25导入排缆滚轮15。输送机构400安装在卷筒机构300左侧的机架1上，包括输送轴10、主动轮11及压轮16，主动轮11固定连接输送轴10并随输送轴10转动，压轮16安装在主动轮11一侧的活动支座17上(如图5)，弹簧18抵在活动支座17与机架1之间，压轮16将光纤细缆25压紧在主动轮11上，借助主动轮11及压轮16与光纤细缆25之间的摩擦力的作用，进而驱动光纤细缆的收、放运动。可用调整机架1上的螺钉23来调整弹簧18作用于压轮16与主动轮11之间光纤细缆上的作用力，进而调整主动轮输送光纤细缆的摩擦力的大小，同时为了保护光纤细缆不受到损伤，在压轮16与主动轮11圆周工作面上铺设橡胶保护层。在本实施例中，活动支座17上设有两个压轮16，使光纤细缆25更可靠地压紧在主动轮11上。输送轴10的一端连接超越离合器13，超越离合器13通过第二同步带传动机构12连接卷筒轴8，超越离合器13啮合时，通过第二同步带传动机构12将扭矩传递到输送轴10及主动轮11。在放缆时，主动轮11的线速度是卷筒9满盘时线速度的1.05～1.1倍，也就是说，第二同步带传动机构12的速比可保证主动轮11的线速度略大于卷筒9满盘时线速度，从而在卷筒9与主动轮11之间的光纤细缆上产生一定的张力，使得该段光纤细缆始终处于绷紧状态，从而达到有序地放缆。出缆装置19安装在输送机构400主动轮11的上方的机架上，呈喇叭形，在收缆或放缆时，出缆装置19用于引导光纤细缆，在实际使用时，出缆装置19可与机架一起安装在深海空间站的液压升降台面24上，光纤细缆25穿过出缆装置19，顺序绕过输送机构400的主动轮11及排缆机构200的排缆滚轮15，卷绕在卷筒9上。

如图2、4、5、6A、6B所示，出缆装置19的下方设有用于切断光纤细缆的切割机构20，切割机构20包括上座架2001及下刀座架2002，上座架2001与下刀座架2002之间连接有四根导杆2003，活动刀座2004与四根导杆2003滑动连接；液压油缸2005安装在上座架2001上，液压油缸2005的活塞杆通过连接套2010连接活动刀座2004，活动刀座2004下连接切割刀2006；下刀座架2002两侧固定安装有刀座2007，切割刀2006滑动安装在两个刀座2007之间，刀座2007上设有供光纤细缆通过的U形槽2009，压缆板2008套装在刀座2007中并与U形槽2009构成供光纤细缆25通过的槽孔。当光纤细缆在水中与其它障碍物发生缠绕时，为了保护深海空间站(或潜器)和人员的安全性，切割机构20用于切断光纤细缆25。切割光纤细缆时，由液压油缸2005驱动切割刀2006，依靠切割刀2006与刀座2007之间的剪切来切断光纤细缆。

在本发明中，第一同步带传动机构5及第二同步带传动机构12中采用的同步带传动机构为现有技术；超越离合器13为现有技术；光纤旋转接头22为现有技术，采用深圳市明鑫科技发展有限公司的CK2000光纤旋转接头。为适应在深海环境下工作，可在液压控制系统设置压力补偿装置(现有技术)，即在油箱上安装弹性薄膜或弹性囊来传递海水压力，工作深度改变时始终保持内外压力平衡。

在收、放光纤细缆时，绞车是由液压马达2作为动力源，通过减速器4的传动带动卷筒机构300收缆或放缆。当进行放缆时，液压马达2启动，带动卷筒9转动，卷筒9主动放出其上的光纤细缆，同时通过第一同步带传动机构5传动把运动传递到排缆机构200的双向螺杆6，从而带动滑块7沿导向套筒14作往复运动，引导光纤细缆；同时又通过第二同步带传动机构12把运动传递到超越离合器13，放缆时超越离合器13处于啮合状态，这样就同步驱动输送机构400中输送轴10及主动轮11，依靠主动轮11及压轮16与光纤细缆之间的摩擦力，将光纤细缆从出缆装置19中释放出去。设定合适的第二同步带传动机构12中传动比来保证输送机构400中主动轮11的放缆速度稍大于卷筒9的放缆速度，也就是把主动轮11的线速度控制在卷筒9满盘时线速度的1.05～1.1倍，这样在卷筒9与主动轮11之间的光纤细缆上产生一定的张力，使得该段光纤细缆始终处于绷紧状态，从而达到有序地放缆，不会因卷筒9放缆过快面产生乱缆现象。

当进行收缆时，液压马达2反向转动，带动卷筒9收缆，同时通过第一同步带传动机构5传动把运动传递到排缆机构200的双向螺杆6，从而带动滑块7沿导向套筒14作往复运动，实现自动排缆；收缆时超越离合器13脱开，第二同步带传动机构12传递到超越离合器13的运动不再传递到输送轴10，此时输送机构400中的主动轮11及输送轴10随光纤细缆空转，成为被动轮，只是起着定位和导向的作用。

Claims (5)

1.一种深海光纤细缆收放绞车，其特征在于包括：

机架及液压控制系统；

动力机构，安装在机架的中部，由液压马达、制动器及减速器组成；

卷筒机构，安装在机架的中部，包括卷筒及卷筒轴，卷筒通过卷筒轴连接动力装置的减速器，卷筒轴的轴端安装有与卷筒轴的光纤旋转接头；

排缆机构，安装在卷筒机构右侧的机架上，包括双向螺杆及滑块，双向螺杆外套有开有轴向长槽的导向套筒，滑块滑套在导向套筒上并穿过导向套筒上的长槽与双向螺杆配合，滑块上安装有排缆滚轮，双向螺杆的一端通过第一同步带传动机构连接所述卷筒轴；

输送机构，安装在卷筒机构左侧的机架上，包括输送轴、主动轮及压轮，主动轮固定连接输送轴，用于将光纤细缆压紧在主动轮上的压轮安装在主动轮一侧的活动支座上，弹簧抵在活动支座与机架之间，输送轴的一端连接超越离合器，超越离合器通过第二同步带传动机构连接所述卷筒轴；在放缆时，所述主动轮的线速度是卷筒满盘时线速度的1.05～1.1倍；

出缆装置，安装在所述输送机构主动轮的上方机架上，呈喇叭形；

光纤细缆穿过出缆口，顺序绕过输送机构的主动轮及排缆机构的排缆滚轮，卷绕在卷筒上。

2.按照权利要求1所述的深海光纤细缆收放绞车，其特征在于：所述出缆装置的下方设有用于切断光纤细缆的切割机构。

3.按照权利要求2所述的深海光纤细缆收放绞车，其特征在于：所述切割机构包括上座架及下刀座架，上座架与下刀座架之间连接有四根导杆，活动刀座与四根导杆滑动连接；液压油缸安装在上座架上，液压油缸的活塞杆连接活动刀座，活动刀座下连接切割刀；下刀座架两侧固定安装有刀座，切割刀滑动安装在两个刀座之间，刀座上设有供光纤细缆通过的U形槽，压缆板套装在刀座中，并与所述U形槽构成供光纤细缆通过的槽孔。

4.按照权利要求1所述的深海光纤细缆收放绞车，其特征在于：所述排缆机构的滑块上设有两个相对的导轮。

5.按照权利要求1所述的深海光纤细缆收放绞车，其特征在于：所述活动支座上设有两个压轮。

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