CN102745309A - 三链轮卧式电动锚机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三链轮卧式电动锚机，三个锚机本体装置分左、中、右布置，并通过离合器与传动装置的传动轴连接，锚机本体装置下面装有掣链器和锚链导向装置，锚机本体装置中的带式刹车装置、离合器控制装置、传动装置中盘式制动器、水冷制动器和齿轮箱换挡装置以及掣链器分别与液压控制系统连接，电气控制系统中的启动箱分别与变频驱动箱和电控箱连接，电控箱与传动装置中的变频驱动箱连接，变频驱动箱与传动装置中的变频电机连接，液压控制系统与电气控制系统之间通讯连接，现场控制盘和中央控制器与电控箱连接，用于数据处理及所有锚机集成同步控制、数据采集、信息检测及反馈、应急自动释放。

Description

三链轮卧式电动锚机

技术领域

本发明涉及一种深水半潜式钻井平台的深水锚泊定位系统，尤其是一种卧式电动锚机。

背景技术

深水锚泊定位系统作为深水半潜式钻井平台的关键设备之一，具有结构简单、可靠、经济性好等特点，已广泛应用于深水平台的作业中，进行海上油气资源的勘探与开发。目前世界上在役的半潜式平台，包括最先进的第六代半潜式钻井平台，多数配备了多点锚泊定位系统。每套锚泊设备主要由锚、锚索、锚绞机、锚索导向装置等组成。（注：锚绞机分为锚机和绞车两种型式，本文所讲内容都是锚机）

深水锚泊定位用锚机与船用航行起锚机一样，都采用卧式结构。船用航行锚机用来抛锚系泊用，一般都为单链轮（可以是带卷筒和绞缆筒的组合锚机）或双链轮的结构，没有三链轮结构。同时船用航行起锚机一般采用液压或电动驱动方式；液压驱动一般采用低速大扭矩液压马达驱动开式齿轮，从而带动锚链轮运转；电动驱动一般采用电机驱动一套齿轮箱和开式齿轮，再驱动锚链轮运转。锚机结构上，可以在水平的驱动轴上安装一套或两套锚链轮；一套驱动装置同时只能驱动一套锚链轮，因此安装两套锚链轮的，锚链轮之间安装有动力切换装置（一般都为离合器）。同时锚链轮与驱动装置（动力源）之间设有离合器能将动力断开，而且锚链轮上都安装有制动器，一般采用带式刹车。一般负载较小的锚机，离合器和带式刹车都通过手操来实现的，负载比较大由液压来控制。船用航行锚机水深不大（一般都为82.5m），抛锚时用带式刹车控制抛锚速度，不会配置专门的抛锚限速装置，因此抛锚过程带刹车发热严重，产生的冲击和振动比较大。

船用航行锚机工作负载和支持负载都不大、结构简单、功能相对简单、锚索不长（一般为300m~500m），控制要求不高，设备配置也相对简单（电机功率小），而且使用的锚链都是普通船用锚链（锚链等级不超过AM3）。因此，船用航行锚机虽然结构上与定位锚机相似，但无法胜任定位系泊锚机。

锚泊定位用锚机结构复杂，根据平台定位要求一般采用双链轮或三链轮结构，甚至四链轮结构因此其要求更高、更严格，一般有如下特点：

a.        锚链等级高，采用海洋系泊链（R3以上，一般采用R4或R4S，甚至R5），而非船用锚链；

b.       工作负载大，通常达到锚索破断负荷的1/3，刹车支持负载一般与锚索破断负荷相当，本锚机是目前国内自行研制的负载最大的定位锚机，额定工作负载为2694kN，支持负载达到8418kN；

c.       锚索很长，所以其收锚索速度快；一般采用变频电机驱动，电机功率大；

d.       在深水中使用的锚机，设置自动限制锚索抛出速度的机构（一般采用水动力刹车），能控制抛锚时产生的动负载，保证锚索连续放出；

e.        锚机采用机旁控制，同时平台所有锚机的信息能远距离集中显示，并且在集中显示台上能进行应急释放等操作；

f.         其它功能：锚索张力测量及指示、锚索抛出长度指示、起抛锚索速度指示仪等。

发明内容

本发明是要提供一种三链轮卧式电动锚机，用于解决深水半潜式钻井平台的深水锚泊定位装置的锚机布锚及抛锚速度控制、锚机结构、锚机传动结构、锚机大功率变频驱动装置选型、锚机刹车和离合器控制及锚机电气控制的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种三链轮卧式电动锚机，包括锚机本体装置、锚链导向装置、传动装置、掣链器、液压系统、电气控制系统，其特点是：三个锚机本体装置分左、中、右布置，并分别通过离合器与传动装置的传动轴连接，锚机本体装置下面装有掣链器和锚链导向装置，电气控制系统由电控箱、启动箱、变频驱动箱、电阻箱、现场控制盘组成，现场控制盘分别与启动箱和电控箱连接，启动箱分别与变频驱动箱和液压系统中的电控系统连接，变频驱动箱与传动装置中的变频电机连接，水冷刹车与传动装置中的变速齿轮箱连接；液压系统中的电控系统通过液压泵站分别连接锚机本体装置中的带式刹车装置、离合器控制装置、掣链器、传动装置中的盘式制动器、齿轮箱换挡装置，并将带式刹车装置、离合器控制装置、盘式制动器、齿轮箱换挡装置的位置信号以及锚机本体装置的锚链张力、长度及速度信号分别反馈给电控箱，用于实现锚机的动力起/抛锚、抛锚和布锚、应急释放、速度限制；液压系统与电气控制系统之间通讯连接，电气控制系统中的PLC控制系统安装在电控箱内，用于数据处理及所有锚机集成同步控制、数据采集、信息检测及反馈、应急自动释放。

锚机本体装置包括基座支架、制动轮、锚链轮、传动销、主轴、大齿轮、编码器、测力装置、齿轮防护罩、带式刹车装置、离合器控制装置，锚链轮通过主轴安装在基座支架上，锚链轮一端面上装有大齿轮，另一端面上装有制动轮，制动轮外面装有固定在基座支架上的带式刹车装置，主轴的一侧轴承端盖上安装有编码器，用来检测锚链放出长度和移动速度，在锚链出链方向，基座支架支撑处安装有两个销轴式测力装置，用于定时检测锚链张力；用作左、右锚机本体装置，大齿轮与输入小齿轮啮合连接，小齿轮通过离合器与传动装置的传动轴连接；用作中间锚机本体装置，大齿轮与小齿轮套啮合连接，小齿轮套通过牙嵌离合器与传动装置的传动轴连接；离合器或牙嵌离合器与离合器控制装置连接。

传动装置包括变速齿轮箱、齿轮箱传动轴、电机联轴器防护罩、盘式制动器、中间联轴器、变频电机、水冷刹车，变速齿轮箱为平行轴箱体式结构，四轴三级传动，其中，输入轴通过盘式制动器与变频电机连接，中间轴通过中间联轴器与水冷刹车连接。

锚链导向装置包括上基座、下基座、上转轴、下转轴、支架、链轮轴、链轮，上基座下面和下基座上面分别设有上转轴和下转轴，上转轴和下转轴之间转动连接支架，支架前端通过链轮轴活动连接链轮。

带式刹车装置和离合器控制装置中的油缸进、出油口装有单向节流阀，用于控制带式刹车装置、离合器控制装置的开、关速度。

电控箱内安装有电气控制系统中的PLC系统的开关量模块、模拟量模块和FM350编码器计数模块，并通过通讯模块与液压控制系统、现场控制盘和变频器驱动箱连接，实现系统集成控制，同时与中央控制台连接接受中央控制台的指令信号，完成集控和联控功能；其中，PLC控制系统包括下列控制模块：

1）液压机组控制模块：用于接收响应液压控制系统的检测信号，并向其发出动作执行信号；

2）变频器控制模块：用于接收变频器的控制信号，并向其发出响应的执行信号，控制调整变频器实现变频电机的正转、反转和停止，显示变频器的工作状态以及对变频器报警响应和复位；

3）锚链张力采集模块：用于实时采集三个锚链轮上锚机张力信号，并记录在数据块中；

4）编码器采集模块：用于采集三个锚链轮上的编码器信号，并记录长的数据，实时计算锚链速度；

5）通讯模块：用于实现主站与从站以及中央控制中心之间的通讯和数据交换；

6）系统联动控制模块：用于当操作人员通过现场控制盘上的按钮、转换开关、操纵手柄进行操作时，依照控制逻辑关系，发出组合控制盘指令信号，实现装置的功能性操作；

7）显示处理模块：用于PLC控制系统对锚机工作状态、张力数值、锚链长度、运行速度、液压机组工作状态、变速箱的工作状态实时检测，并将数据处理后，传递到液晶屏实时显示；

8）液晶触摸屏模块：用于液晶屏通过MPI接口与PLC控制系统连接，实时接受PLC控制系统的数据信号，在液晶屏上编写人机界面。

锚链轮为五齿结构，锚链轮主体材料采用ZG20Mn低合金铸钢，链轮与锚链啮合处补焊一块20SiMn2MoV或20CrMnMoB高硬度合金钢，调质后表面硬度达到HB270，用于长期使用磨损后，补焊修复。

带式刹车装置采用双带结构，包括钢带组件、拉杆组件、力臂板组件、带式刹车油缸组件、推板、带式刹车放油阀、销轴，钢带组件一端通过拉杆组件和力臂板组件与油缸组件连接，钢带组件另一端通过销轴与力臂板组件连接，力臂板组件通过销轴与推板连接，带式刹车油缸组件连接带式刹车放油阀。

离合器控制装置包括油缸组件、拨杆支架、半拨杆、拨轴、隔板、拨杆组件、垫片、销轴、限位板、接头、放油阀，半拨杆与拨杆组件固定连接，半拨杆和拨杆组件顶部分别装有拨轴，拨杆组件中间连接拨杆支架，下面通过销轴与油缸组件连接，下端装有限位板和接头，油缸组件与放油阀连接。

变速齿轮箱的四轴三级传动，分为低速档、高速档和空挡，高速档传动比为27.9，低速档传动比为77.4，额定扭矩为400kNm，过载扭矩为620kNm。

变频电机为六极电机，三相电压为690V，基准频率为50Hz，功率为585kW，额定扭矩为5701Nm，最大扭矩为12150Nm。

本发明的有益效果是：

本发明通过对锚机布锚/抛锚速度控制、锚机本体装置结构、锚机传动装置结构、锚机大功率变频驱动装置选型、锚机刹车和离合器控制技术、锚机电气控制技术等六方面的研究，经过制造和试验验证，掌握了深水定位锚机一系列关键技术，为定位系泊系统国产化积累了一些经验，能为我国的海洋工程设备提供配套，改变目前深水系泊系统均需进口的状态，有利于降低我国的海洋平台建设成本，增加我国海工设备建造的国际竞争能力。

（１）布锚/抛锚速度控制

布锚/抛锚时变速齿轮箱处于空挡位置，带式刹车松开，水冷刹车通入冷却水，然后抛出锚链，随着锚链移动速度增加，水冷刹车慢慢起作用。整个抛锚过程中，速度变化可以稳定控制，变化比较平稳，速度上限一般控制在80~100m，最大~150m/min，整个过程对锚链的长度、速度和张力时时检测；发现有异常，带式刹车可以立即制动。

（２）锚机本体装置结构

锚链轮：采用五齿结构，主体材料采用低合金铸钢，整体正火处理；链轮与锚链啮合处焊接有一块耐磨材料；齿形适当加厚了齿面厚度，保证在起/抛锚时不能发生跳链、滑链等现象，锚链轮到达使用要求。

锚链轮装置结构：大齿轮和制动轮与锚链轮通过传动销传递扭矩，能降低主轴的尺寸，降低轴的弯矩，提高轴的抗弯性能，同样使锚机承受负载时主轴不承受扭矩。把制动轮和锚链轮分开铸造，能降到模具制造难度，降低制造成本和加工难度，提高铸件质量。

基座支架：材料采用Q690高强度结构钢，强度和刚度都有很大的安全裕度。结构采用钢板焊接成箱体的结构，结构简单紧凑、强度和刚度比较好，重量相对较轻，同时采用对半式法兰结构有利于锚链轮装置的拆装。

（３）锚机传动装置结构和匹配

变速齿轮箱作为传动装置中最主要的部件，分高速/低速/空三档，满足不同工况和最大负载的要求。齿轮箱输出轴是锁紧盘的方式来传递扭矩，这种结构简化了加工工艺、方便了安装和拆卸，而且提高了轴的连接的刚性和机械轴的抗弯、抗扭能力，减少了输出轴端的变形，而且使得齿轮箱装配具有一定的可调范围。齿轮箱的空挡设在中间轴低速轴上，轴直接与水冷刹车相连接；高/低速档设在中间轴高速轴上，轴与变频电机相连接。

为了便于加工和安装以及简化轴的受力状态，将传动轴设计成分段结构——传动轴和齿轮箱轴，两轴通过花键连接套连接。

（４）锚机大功率变频驱动装置选型

锚机采用变频驱动方式具有无级调速、调速范围宽、调速精度高以及调速过程平稳等优点，同时可以实现锚机对锚链张力和收放速度的精确控制，显著改善锚泊系统的运行性能。变频电机能与变速齿轮箱等设备协调运行以完成各种复杂工况；同时，满足海洋平台上摇摆、冲击、振动、潮湿、盐雾和霉菌等恶劣环境条件；变频驱动装置也兼顾了电网、变频器与电机之间的电压匹配。

（５）锚机刹车和离合器控制

刹车和离合器控制装置都实现自动化操作和控制，采用液控方式使得刹车和离合器控制具备远距离遥控的功能。带式制动器能承受100%的锚链破断负荷（8418kN），盘式传动制动器承受~50%的锚链破断负荷（4200kN）；所有的刹车都设计为F-Safe型形式，确保在失电情况或者故障情况下都能立即自动制动。

（６）锚机电气控制

电气控制系统的核心内容是锚机系统进行实时控制、数据处理及实现与集控系统通讯。锚机系统进行实时控制：锚机系统的控制对象涉及到大型变频器控制器，PLC与变频器之间采用模拟量控制、总线控制和信号给定控制三种方式，分析三种方式的适用环境，保证控制手段有效，提高系统相应的可靠性。对液压阀件控制信号给定量进行算法优化分析，提高模拟量控制精度和稳定性。数据处理：对多路采集信号进行分析比较，实现执行策略的优化。集控系统通讯：通过RS485、RS422和工业以太网与集控中心进行多总线数据通讯，实现可靠传输，实现了较好的通讯效果。

附图说明

图１是本发明的系统组成框图；

图２是本发明的总体布置图；

图３是图２的左视图；

图４是图２的俯视图；

图５是本发明的安装示意图；

图６是锚机本体装置用作左、右布置时的结构主视图；

图７是图６的左视图；

图８是图６中沿Ａ－Ａ的剖视图；

图９是锚机本体装置用作中间布置时的结构主视图；

图１０是图９的左视图；

图１１是图９中沿Ａ－Ａ的剖视图；

图１２是锚链轮结构剖视图；

图１３是图１２的左剖视图；

图１４是基座支架结构主视图；

图１５是图１４的左视图；

图１６是图１４的俯视图；

图１７是传动装置结构示意图；

图１８是带式刹车装置结构立体示意图；

图１９是离合器控制装置结构立体示意图；

图２０是锚链导向装置结构主视图；

图２１是图２０的左视图；

图２２是液压系统原理图；

图２３是液压系统泵站立体示意图；

图２４是电控系统控制示意图；

图２５是电控系统控制框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图１至图２5所示，本发明的三链轮卧式电动锚机，主要包括机械部分：三套锚机本体装置、一套传动装置、一套锚链导向装置、掣链器等；电气控制系统：包括一套电控箱、一套启动箱、一套变频驱动箱、一套现场控制盘以及四套电阻箱等；液压系统主要为一套液压泵站和一套液压电控系统。

三个锚机本体装置分左、中、右布置，并分别通过离合器与传动装置的传动轴连接，锚机本体装置下面装有掣链器和锚链导向装置，电气控制系统由电控箱、启动箱、变频驱动箱、电阻箱、现场控制盘组成，现场控制盘分别与启动箱和电控箱连接，启动箱分别与变频驱动箱和液压系统中的电控系统连接，变频驱动箱连接传动装置中的变频电机，水冷刹车与传动装置中的变速齿轮箱连接；液压系统中的液压电控系统通过液压泵站分别控制锚机本体装置中的带式刹车装置、离合器控制装置、掣链器、传动装置中的盘式制动器、齿轮箱换挡装置，并将带式刹车装置、离合器控制装置、盘式制动器、齿轮箱换挡装置的位置信号以及锚机本体装置的锚链张力、长度及速度信号分别反馈给电控箱，用于实现锚机的动力起/抛锚、抛锚（布锚）、应急释放、速度限制； 液压控制系统与电气控制系统之间通讯连接，PLC控制系统安装在电控箱内，用于数据处理及所有锚机集成同步控制、数据采集、信息检测及反馈、应急自动释放。

本发明的主要技术指标：

a.                锚链直径：Φ84(R5)，有档焊接锚链

b.                工作负载与速度：

(i)         齿轮箱低速档：2694kN-9m/min，1200kN-18m/min

(ii)    齿轮箱高速档：980kN-25m/min，430kN-50m/min

c.                电机堵转时（过载）锚机负载：3367kN（~40%的锚链破断负荷）

d.                盘式制动器制动时锚机负载：4200kN（~50%的锚链破断负荷）

e.                锚机支持负载：8418kN（锚链破断负载）

f.                抛锚最大负载与速度：1350kN-160m/min

物理接口

1）              机械接口

a.      锚机机械各部件与液压泵站与安装基座用螺栓刚性联接，锚机本体装置、变速齿轮箱等用环氧树脂与安装台面浇注。

b.     电控箱、启动箱，电阻箱通过减振垫与安装基座用螺栓弹性连接；变频驱动箱、现场控制盘与安装基座用螺栓刚性联接。

2）              电源接口

三相交流 690V  50Hz  功率 700kW

3）              水接口

a.介质：淡水

b.流量：85m³/h

c.压力：0.1～0.3MPa

d.进口水温：≤40℃

注：液压泵站用水6m³/h，水冷刹车用水79m³/h。

4）              油源

a.  液压泵站用油：HM46液压油 1000L

b.  减速器润滑油：N320齿轮润滑油 430L

c.  润滑脂：锂基润滑脂。

如图２，３，４所示，三个锚机本体装置分左、中、右布置，锚机本体装置通过离合器与传动装置的传动轴连接，锚机本体装置下面装有掣链器84和锚链导向装置86（图５）。

如图５所示，安装平台上面分别装有左、中、右锚机本体装置８０，８１，８２和传动装置 83，以及现场控制盘85，左、中、右锚机本体装置８０，８１，８２下面分别装有掣链器84和锚链导向装置86，安装平台内还装有电控箱87、启动箱88、变频驱动箱89、电阻箱 90、液压泵站电控柜91、液压泵站 92。

如图６至图１１所示，锚机本体装置包括基座支架1、制动轮2、锚链轮3、传动销4、主轴7、大齿轮8、编码器9、测力装置10、齿轮防护罩11、带式刹车装置12、离合器控制装置13等。

锚链轮3通过主轴7安装在基座支架1上，锚链轮3一端面上装有大齿轮8，另一端面上装有制动轮2，制动轮2外面装有固定在基座支架1上的带式刹车装置12，主轴7的一侧轴承端盖上安装有编码器9，用来检测锚链放出长度和移动速度，在锚链出链方向，基座支架1支撑处安装有两个销轴式测力装置10，用于定时检测锚链张力。其中锚链轮3、制动轮2和大齿轮8通过传动销4联接成一整体，通过大齿轮8和制动轮2搁在锚链轮3主轴7上，主轴7采用两点支撑，大齿轮8和制动轮2支撑点靠近主轴7支撑点靠，同样的负载条件下，能降低主轴弯矩，从而减小主轴的直径，降低主轴重量。传动装置的输出扭矩通过开式齿轮，直接传递给锚链轮，同样带式制动器的制动扭矩由制动轮传递给锚链轮。为了进一步减低主轴重量，主轴7采用心轴结构（只承受弯矩，不承受扭矩）；主轴7与锚链轮3为刚性连接，锚链轮3旋转时带动主轴7旋转，测速装置通过测出主轴7的转速即可获得锚链的长度和速度。

用作左、右锚机本体装置（图６，７，８），大齿轮8与输入小齿轮6啮合连接，小齿轮6通过离合器5与传动装置的传动轴17连接。离合器5与离合器控制装置13。

用作中间锚机本体装置（图９，10，１1），大齿轮8与小齿轮套14啮合连接，小齿轮套14通过牙嵌离合器15与传动装置的传动轴17连接。牙嵌离合器15与离合器控制装置13连接。

如图１２，１３所示，锚链轮3为五齿结构，锚链轮3主体材料采用ZG20Mn低合金铸钢。锚链正常工作包角~165°，齿形设计也跟CB/T3179有不同的特点。首先满足锚链轮3与锚链能正常啮合（锚链轮节圆与五齿多边形相外接），保证在起/抛锚时不会发生跳链、歪链等现象，其次需要对齿形厚度等局部修正使其满足强度要求，最后制造工艺等方面来保证齿面硬度，使得链轮不会很快被磨损。锚链轮主体材料采用低合金铸钢（ZG20Mn），具有良好的铸造性和焊接性，拥有良好的综合力学性能，强度介于ZG270-500和ZG310-570之间，锚链轮整体正火处理。锚链在起/抛锚时，链轮与锚链啮合处通常都是带滑动的，若链轮啮合处齿面硬度不高，很容易被锚链挤压变形甚至很快被磨损掉，通过调研，R5系泊锚链表面硬度达到HB345以上，锚链轮的齿廓表面硬度在必须达到HB280~310左右，因此在啮合处补焊一块硬度较高、焊接性能较好的材料（20SiMn2MoV或20CrMnMoB），调质后表面硬度能达到HB270左右；即使长期使用后被磨损后，也可以补焊进行修复。

如图１４，１５，１６所示，基座支架1采用钢板焊接结构，结构简单紧凑、强度和刚度比较好，重量相对较轻。安装小齿轮和带式刹车为箱体结构，安装锚链轮主轴支撑支架采用对半式法兰安装，有利于锚链轮装置的整体拆卸。基座支架材料采用Q690高强度结构钢（GB/T16270），支持负载下支架总体受力比较好，强度和刚度都有很大的安全裕度，安装带式刹车的支架处也采取了降低应力集中的措施（增加钢板厚度和添加钢套）。

如图１７所示，传动装置83包括变速齿轮箱20、齿轮箱的传动轴17、电机联轴器防护罩22、盘式制动器23及电机联轴器、中间联轴器防护罩24、中间联轴器25、变频电机26、水冷刹车27及支架等。变速齿轮箱20为平行轴箱体式结构，四轴三级传动，其中，输入轴通过盘式制动器23及电机联轴器与变频电机26连接，中间轴通过中间联轴器25与水冷刹车27及支架连接。

电机采用变频方式驱动，具有无级调速、调速范围宽、调速精度高以及调速过程平稳等优点。较液压驱动相比，能避免漏油污染，配置大型液压泵站等问题，具有体积小，单位能效高，造价相对较低等特点。目前大多数海洋平台锚泊系统均采用变频驱动方式。经选型，电机选用法国EMERSON产品，变频电机26采用六极电机，690V的三相电压，基准频率为50Hz，功率为585kW，额定扭矩为5701Nm，最大扭矩为12150Nm，是额定扭矩的2.13倍。首先，变频电机26要与变速齿轮箱20一体协调地工作，能保证整套锚机正常运行，根据不同工况下锚机和变速齿轮箱20的运行与传动特性，对变频电动机26的机械特性以及大容量变频器的输出特性进行详细研究，实现变频驱动装置与变速齿轮箱和锚机的最佳匹配。其次，锚泊定位系统包括多种复杂的运行工况，每种工况对电机的要求不尽相同，在抛锚阶段，抛锚结束后，需要确认抛锚是否成功；在锚泊阶段，海洋工程平台受风、浪、流、潮的影响会发生移动，此时，需要根据平台的移动情况频繁地调整相应锚链的张力；在起锚阶段，根据锚链回收的情况，对锚链张力和速度进行精确控制和调整。第三，锚泊定位系统中的电机需要适应十分恶劣的运行环境，除摇摆、冲击、振动、潮湿、盐雾和霉菌等因素外，还要特别做到海浪对装置产生直接影响，使其可以长期适应恶劣的环境条件。最后，由于电机的工作条件比较恶劣，传统电机会带来效率降低、发热严重、振动和噪声增加等一系列的问题，从而导致电机的可靠性和使用寿命大大降低；另外，除了满足功率、转速范围和电压等级时，还必须全面考虑电机的冷却方式、防护等级、转速范围、绝缘水平、共振问题和轴电流问题，以便电机能够安全可靠的长期运行，因此选用变频电机。

两侧左、右锚机本体装置的小齿轮6采用齿轮轴形式，通过离合器5实现与齿轮箱轴及传动轴17连接，离合器5与小齿轮6及传动轴17采用矩形花键连接。中间锚机本体装置设有牙嵌离合器15，传动轴17穿过牙嵌离合器15传递扭矩。由于每套锚机由一台齿轮箱传递动力，锚机之间距离较大，因此左、右锚机本体装置的开式小齿轮6与传动轴17之间的同轴度要求很高，否则离合器5无法对上，甚至会影响齿轮传动，同时引起很大的附加弯矩等，影响传动轴的刚度和齿轮箱的性能。该结构便于锚机的整体安装，小齿轮6与传动轴17之间的同轴度要求也容易调整得到保证。

为了便于安装和制造，传动轴17设计成分段式结构，中间用花键联轴器相连，传动轴17只传递扭矩，不承受弯矩。较短的齿轮箱传动轴17穿过齿轮箱，并和齿轮箱右锚机本体装置齿轮相配；较长的传动轴17和变速齿轮箱20右边右锚机本体装置与中间锚机机本体装置相配。三台锚机通过离合器实现动力与小齿轮的通断，当其中一台锚机工作时离合器闭合，其它两台都脱开。离合器是由离合器控制装置控制，该装置液压控制，在液压动力控制的作用下，离合器油缸推动或拉动拨叉，使离合器处于脱开或闭合状态，离合器所处状态有相应的行程开关检测。

变速齿轮箱20作为传动装置最为关键的部件，采用为平行轴箱体式结构，四轴三级传动，分低速档、高速档和空挡，高速档传动比为27.9，低速档传动比为77.4，在负载比较大时采用低速档；在负载比较轻时采用高速档；当抛锚水冷刹车作用时采用空挡。齿轮箱的额定扭矩为400kNm，过载扭矩为620kNm。高/低速档设在低速中间轴上，空档设在高速中间轴上，高/低速档与空挡分开，有利于保证齿轮箱换挡过程可靠、准确，不会出现滑档、停档现象。齿轮箱换挡拨叉也是通过齿轮箱变挡调速油缸28控制，位置也有相应的行程开关检测，与离合器控制装置一样，都由液压系统提供动力。齿轮箱输出轴是以空心低速轴带锁紧盘的方式来传递扭矩，取代普通的键连接，这种结构简化了加工工艺、方便了安装和拆卸，而且提高了轴的连接的刚性和机械轴的抗弯、抗扭能力，减少了输出轴端的变形，同时正由于输出轴与减速箱的分体，使得传动装置与两侧锚机本体装置的装配有一定的可调范围。

平台定位锚机一般配置水冷刹车作为布锚/抛锚制动器，提供足够的制动能力控制抛锚时产生的动负载，保证能够连续放出锚链，限制锚链速度，避免锚链速度过快发生事故。水冷刹车把机械能转换热量，通过冷却系统冷却，达到制动和持续散热的要求。刹车工作时内部转子和壳体之间的相对转动产生阻力，将锚链移动的动能迅速转化为热能，冷却水将吸热量，并将热量带走。该型刹车能将下降负载控制在某一速度范围内，阻碍其速度加快但不能完全将负载刹住；通过流入水冷刹车的冷却水流量来控制制动力矩，当没有冷却水通入时，就不产生制动力矩；当冷却水通入并逐渐加大，产生制动力矩也逐渐加大，直至最大极限。

盘式制动器23安装在齿轮箱的输入轴上，产生的额定制动扭矩能使锚机以承受50%的锚链破断负载。该制动器为集成件，结构紧凑，安装方便，弹簧制动，液压松开，选用瑞典丹纳SKP95-27型产品，最大额定制动扭矩为8040Nm，并带刹车指示开关。

如图１８所示，带式刹车装置12包括钢带组件４１、拉杆组件４2、力臂板组件４3、带式刹车油缸组件４4、推板４5、带式刹车放油阀46、销轴４7，钢带组件４１一端通过拉杆组件４2和力臂板组件４3与带式刹车油缸组件４4连接，钢带组件４１另一端通过销轴４7与力臂板组件４3连接，力臂板组件４3通过销轴４7与推板４5连接，带式刹车油缸组件４4连接带式刹车放油阀46。

带式刹车承受锚链破断负载，采用双带结构，单根刹车带制动扭矩为2410kNm，刹车带采用紧边和松边组成的Half结构，液压松开，弹簧制动，即F-safe型。带式制动器能承受2×4209kN的拉力（每根刹车带相当于承受50%的锚链破断负荷，双带必须能承受锚链破断负荷），带式刹车的制动力矩很大，用普通的圆柱弹簧制动器结构必然尺寸很大，无法安装，因此采用碟片式弹簧（弹力大，行程短）。制动器油缸双腔进油，具有支持刹车和打开刹车功能，在应急情况下若碟簧产生的制动力不够的情况下，安装碟簧的一腔进油可以加大刹车制动力矩。在刹车钢带采用D36材料，考虑到紧边受力比较大，松边受力相对小的情况，为了达到等强度的目的，紧边钢带厚度适当加厚。刹车衬垫采用耐磨、耐热、比压强度高、摩擦系数相对高和稳定的材料。由于制动轮尺寸较大，并且受较大的弯曲作用力，制动带比压和磨损不均匀，可以通过调整装置拉紧紧边，保证制动钢带内弧形摩擦片的贴合均匀性。锚机在承受支持负载时，带式刹车所有的受力零部件应力都不超过材料屈服极限的85%。刹车位置带有位置指示功能。

如图１９所示，离合器控制装置13包括油缸组件５1、拨杆支架５2、半拨杆５3、拨轴５4、隔板５5、拨杆组件５6、垫片５7、销轴５9、限位板６０、接头６1、放油阀６2等。半拨杆５3与拨杆组件５6固定连接，半拨杆５3和拨杆组件５6顶部分别装有拨轴５4，拨杆组件５6中间连接拨杆支架５2，下面通过销轴５9与油缸组件５1连接，下端装有限位板６０和接头６1，油缸组件５1与放油阀６2连接。在没有液压动力控制的作用下，可通过手动推动拨叉使离合器保持脱开或闭合状态；在液压动力控制的作用下，离合器油缸推动或拉动拨叉，使离合器处于脱开或闭合状态，离合器所处状态有相应的行程开关检测。

如图20，２1所示，锚链导向装置86包括上基座３1、下基座３2、上转轴３3、下转轴３4、支架３5、链轮轴３6、链轮３7等。上基座３1下面和下基座３2上面分别设有上转轴３3和下转轴３4，上转轴３3和下转轴３4之间转动连接支架３5，支架３5前端通过链轮轴３6活动连接链轮３7。

锚链导向装置86安装在平台立柱侧面，平时都浸在海水之中，因此必须具有很高的耐腐蚀性等要求，同时作为锚链导向之用，包角一般比较小，锚链包角在20°~90°之间，在包角范围内必须能够承受锚链破断负载。

链轮37作为锚链导向装置86的关键零件，其结构直接影响了导向装置运行的平稳性，导向链轮37采用七齿结构，由于锚链导向装置是安装在平台的张力腿上，而且工作时主要在海平面以下工作的，故对于锚链导向装置86的抗海水腐蚀性能的要求就特别高。为此，为了进一步提高整体结构的防腐性能，除了在各关节处轴及导链轮轴采用喷焊不锈钢涂层的方法来进行防腐处理之外，还将通过特殊的油漆及加阴极防腐的方法进行防腐处理。

如图２2，２3所示，液压系统由两套分液压系统和一套电控系统组成。通过对PLC可编程控制器的控制，液压控制系统合理、有序的为锚机带式刹车装置12、离合器控制装置13、盘式制动器23、水冷刹车27和掣链器84提供液压动力，以实现锚机的动力起/抛锚、抛锚（布锚）、应急释放、速度限制。

分液压系统主要由油箱、加热器、液位液温传感器、滤油器、液压泵、电动机、压力传感器、蓄能器、压力继电器、电磁溢流阀、电磁控制阀组、冷却器等组成。其中一套分液压系统与锚机带式刹车装置12和离合器控制装置13连接，为锚机带式刹车和离合器控制装置提供液压动力，另一套分液压系统与盘式制动器23、齿轮箱换挡装置和掣链器84连接，为盘式制动器23、齿轮箱换挡装置和掣链器84提供液压动力。

根据使用要求，采用液压泵和蓄能器组成液压动力源，设计成以蓄能器供能为主，以液压泵供能为辅的方式，短时间（≤1min）向液压执行装置提供液压能。蓄能器带有压力检测，一旦压力低于设定值时，泵站会产生信号给总体，提示要开启泵站，给蓄能器充压。主要控制回路：调压回路、卸荷回路、调速回路、减压回路和保护装置。

1)      调压回路：主要是负责液压系统的压力调节。系统中采用电磁溢流阀进行压力调节，兼安全阀使用。

2)      卸荷回路：是当液压泵向蓄能器充油时，所有蓄能器全部充满、系统压力达到压力继电器设定的压力24MPa时，通过电磁溢流阀使液压泵卸荷，液压泵输出的油液经电磁溢流阀、过滤器滤器、冷却器流回油箱。此时，液压系统用油则由蓄能器供油；当蓄能器放油使系统压力降至压力继电器设定的压力15MPa时，电磁溢流阀恢复原状，使液压泵停止卸荷。电磁溢流阀不仅能实现泵的卸荷，而且当系统或泵出口压力过高时可高压溢流兼作泵的安全阀使用。

3)      调速回路：进/出口节流调速回路，主要采用单向节流阀来控制锚机带式刹车装置、离合器控制装置的开/关速度。

4)      减压回路：是通过减压阀将泵出口压力或蓄能器压力油减压为合适压力后，送往盘式制动器、齿轮箱换挡装置油缸、离合器控制装置以及掣链器等使用。

（带式刹车装置和离合器控制装置中的油缸进、出油口装有单向节流阀，用于控制带式刹车装置、离合器控制装置的开、关速度）。

5)      保护装置：在回油滤器上，有压差传感继电器，当滤器两端的压力差达到其调定值时，压差继电器发讯使指示灯发亮，从而提示操作人员停机，检修清洗或更换滤芯。

液压泵站的电控系统主要组成元件有：控制箱、S7-300 CPU314C-2DP可编程控制器（PROFIBUS-DP接口，同时提供以太网接口，RS485/422接口，MPI接口）、接线盒、线缆等。电控系统主要用于液压控制系统中控制阀组、压力传感器、压力继电器、电磁溢流阀、加热器、液位液温传感器等的信号传输和逻辑控制，以及锚机带式刹车装置、离合器控制装置等行程开关的信号传输。它与锚机主体电控系统之间的通讯方式采用PROFIBUS通讯方式，在锚机整套控制系统中，处在从属位置。

如图２４，２５所示，锚机的电气控制系统由一套电控箱87、一套启动箱88、一套变频驱动箱89、一组电阻箱90、一套现场控制盘85等组成。液压系统与主控系统之间通过PROFIBUS通讯网线连接。

1）              电控箱87

电控箱外形尺寸~1750×1200×500，防护等级为IP23，主要由如下部分组成：主断路器、中间继电器、控制开关、PLC控制器、输入、输出模块、指示灯。

在电控箱87内安装一组西门子S7系列PLC 控制系统，PLC 控制系统对锚机系统、变频驱动系统、液压机组系统等进行检测和控制。系统启动时，PLC首先对系统进行自检，发现故障发出报警型号。

在电控箱87的面板上，有工作状态指示灯，PLC控制系统可以实时对系统工作状态进行逐个监测。PLC一旦检测到系统的异常状态，立即发出报警信号。低油位报警，电机过载报警，油高温报警,滤器堵塞报警等报警会实时显示在现场控制盘和远程控制盘上，指示出故障状态，提示用户进行故障处理。PLC控制系统还将各种报警信号、重要的工作状态实时传送到专题四中的集控中心上。

2）              启动箱88

启动箱88外形尺寸~2080×1000×600，防护等级为IP23，由如下部分组成：主断路器、继电器、中间继电器、控制开关、控制变压器、按钮、指示灯等。

在进行起抛锚作业操作时，首先接通启动箱上的主电源开关，为液压系统供电，待油泵电机，液压系统运行正常，操作人方可在控制盘上进行起锚和抛锚的上操作。

在装置操作使用过程中，对应不同的工作位置，电控箱上的工作状态指示灯，会相应亮起。启动箱为液压机组系统提供电源。安装有液压机组油泵启动/停止控制按钮，控制油泵的启动和停止；在启动箱面板上有运行时间显示、电源开关、电源指示灯、电压显示、电流显示、指示灯。

3）              变频驱动箱89

变频驱动箱89选用芬兰VACON公司NXC柜机产品，外形尺寸~2200×1600×600，该变频器谐波抑制能力能够满足定位平台电网电能质量要求，柜机功率重载630kW，额定输入电压690V，防护等级IP44。

变频驱动箱89需要通过变压器或直接与平台电网相连，此时需要兼顾电网、变频器与变频电机之间的电压匹配问题，达到合理选择变压器、变频器和变频电机，从而优化整个锚机装置的体积、重量和设备费用。此外变频驱动装置可能会对电网电能质量产生谐波污染，从而影响其他平台装置的正常工作，因此需要优化变频器控制策略必要情况下考虑添加相应的滤波装置或措施。综合考虑，变频驱动箱89采用十二脉冲型式，把二套整流桥以移相变压器供电，在电源中通过消除最低次的谐波来减少谐波畸变总量，满足锚机起锚、抛锚、刹车、变速等工作条件。

4）              电阻箱90

电阻箱90共四套，每套电阻箱外形尺寸~2080×820×700，每套电阻箱制动单元88kW，阻值50Ω，4台电阻箱并联后，总功率约为350kW，是变频器额定功率的60%，符合变频器制动的配比要求。在锚机系统运行时，通常情况下不进行急速刹车操作。当进行锚机刹车时，机械刹车装置配合进行制动，可有效减少制动电阻发热功率。

5）              现场控制盘85

现场控制盘85外形尺寸~1150×900×650，防护等级为IP56，作为简洁的现场控制装置，通过功能选择，可以实现对锚机的全功能控制，并具有状态检测功能，实时发出报警信息。通过面板上的液晶屏幕实时显示锚机的工作状态，显示电压、电流、功率等电气参数；显示液压系统的压力、温度、液位等液控参数；显示水温、水压等水系统参数。

6）              锚机电控系统操作介绍

正常情况下对锚机的操作在现场控制盘上完成。当将控制权限切换到中央控制方式时，可以通过中央集控操作台，对锚机进行操作控制。液压泵站和启动箱、电控箱也可以对锚机进行操作和控制，这种操作和控制一般用于系统调试和调整以及维修和检测，操作人员正常状态下，不进行这类操作控制。

a.  上电前检查

设备在较长时间（一般为30天）没有通电运行时，在上电前应进行检查。检查内容包括主电路电缆连接是否牢固，测试主电路的绝缘电阻，绝缘电阻应大于10MΩ，元器件上无明显的灰尘和凝露；确认无滴水、喷水及水珠凝结。即使切断了交流电后，变频器内的电容器仍保持充电状态且电压很高。若变频器此前已经上电，则须将交流电源切断十分钟以上方可开始维护工作。通常，内置电阻器会使电容器放电。但在某些异常情况下，电容器可能并未放电，或因输出端子带有电压而无法放电。

b.  系统上电和自检

在对锚机进行操作，首先为控制装置接通电源。

(1) 接通变频器的总电源，变频器的工作电源是 三相交流690V，变频器电源指示灯亮，系统自检完成后，显示状态正常，进入待机状态。在初次使用时，应依照变频器控制器使用手册，认真核实变频器控制参数，确认输入的参数与控制要求一致。某些参数对变频器运行有很大影响，更改此类参数之前，须仔细考虑后果，不建议使用人员修改变频器参数。

(2) 在接通启动箱电源前，确认箱体内的开关处于接通状态，电控箱和液压机组、现场控制盘等处于上电状态。在初次调试时，应先接通启动箱总电源，再逐个接通每部分的电源。

(3) 通过启动箱和液压机组上的控制按钮启动液压泵组，检查液压泵组的运行情况。确认液压泵运行平稳，管路压力正常，没有滴漏现象发生。

(4) 观察现场控制盘上的工作指示灯和液晶屏显示的状态，当发生报警时，应及时处理。

(5) PLC控制系统

安装在电控箱内的PLC系统由一台S7300 CPU314C-2DP和开关量模块、模拟量模块FM350编码器计数模块组成。这组PLC是锚机控制系统的主站，通过PROFIBUS-DP连接液压机组、现场控制盘和变频器驱动器，实现系统集成控制。同时与中央集中控制台连接接受中央集中控制台的指令，完成集控和联控功能。

在PLC上电后首先通过PROFIBUS-DB连接线检测连接主站和从站的工作状态，在连接正常进入运行状态，连接异常时，PLC系统发出报警信号，应依照提示故障信息及时处理。

系统诊断模块对通讯状态进行检验，当检测状态正确时，进入系统工作准备状态；当检测发现错误时，检测程序发出通讯报警信号，等待对报警状态进行处理，系统运行后，实时进行FROFIBUS 数据交换和共享。

PLC功能检测模块对系统的初始状态进行检测，当检测状态正确时，进入系统工作准备状态；当检测发现错误时，检测程序发出报警信号，等待对报警状态进行处理。

PLC控制系统中主要包括下列控制模块：

1）液压机组控制模块：用于接收响应液压控制系统的检测信号，并向其发出动作执行信号；

2）变频器控制模块：用于接收变频器的控制信号，并向其发出响应的执行信号，控制调整变频器实现变频电机的正转、反转和停止，显示变频器的工作状态以及对变频器报警响应和复位；

3）锚链张力采集模块：用于实时采集三个锚链轮上锚机张力信号，并记录在数据块中；

4）编码器采集模块：用于采集三个锚链轮上的编码器信号，并记录放出锚链长度，实时计算锚链速度；

5）通讯模块：用于实现主站与从站以及中央控制中心之间的通讯和数据交换；

6）系统联动控制模块：用于当操作人员通过现场控制盘上的按钮、转换开关、操纵手柄进行操作时，依照控制逻辑关系，发出组合控制盘指令信号，实现装置的功能性操作；

7）显示处理模块：用于PLC控制系统对锚机工作状态、张力数值、锚链长度、运行速度、液压机组工作状态、变速箱的工作状态实时检测，并将数据处理后，传递到液晶屏实时显示；

8）液晶触摸屏模块：液晶屏通过MPI接口与PLC控制系统连接，实时接受PLC控制系统的数据，在液晶屏上由WINCC编写设计良好的人机界面，人机界面包括状态显示、系统设置、基本功能控制、报警显示和记录等。同时WINCC组态软件中包括比较丰富的帮助文档，使用者可以方便地获得帮助信息，更好地完成锚机的操作和控制。

c.  基本控制功能

电源总开关在启动箱上，使用设备时，首先合上电源总开关。

在电控箱有一组变频器控制按钮和指示灯。操作这些按钮可以对变频器进行控制，电控箱上的按钮用于变频器动作控制，仅在系统调试时使用。按下正转按钮，变频器输出正转控制指令，变频电动正转，正转指示灯亮；按下反转按钮，变频器输出反转控制指令，变频电动反转，反转指示灯亮；当变频器发生故障时，变频器故障报警指示灯量，按下故障复位按钮，可进行故障复位。

电控箱上的正转和反转按钮，与所有的刹车制动、离合状态没关联和连锁，在操作时，应将刹车制动器、离合器调整到相应的状态。

在电控箱上，有液压泵站机组启动和停止开关，在电控箱上可以操作液压泵站。

液压机组有独立的电气控制系统和操作面板，在分系统调试时，使用操作面板上可对所有的液压执行部件进行控制。当液压泵站的PLC控制系统与电控箱中的PLC控制系统通过PROFIBUS-DP连接后，液压泵站的PLC作为一个从站，接受主站的控制指令，向主站发送检测和报警信号。此时操作面板上除液压泵站的启动、停止和急停外其他操作功能将被屏蔽。

d.  锚机操作控制

正常情况下，通过现场控制盘对锚机进行操作。现场控制盘的操作面板上包括以下内容：

(1)      数字显示仪表：数字仪表选用OMRON K3HB-S系列产品，采用易于识别判断的彩色显示屏，彩色显示屏根据数值的区间可以在红绿之间转换。采样周期0.5ms，最大输出相应时间1ms，满足实时数据显示的要求。数字显示仪表接受PLC的数据，在系统运行是可以显示拉力/速度/长度。

(2) 控制全转换开关：选择控制权限。当选择现场控制方式时，使用现场控制盘操作锚机；当选择集中控制方式时，使用集控中心控制方式操作锚机；当选择调试方式时，用于调试和维修调整。

(3) 离合器控制转换开关：选择离合器控制方法。选择联动方式时，离合器随操作手柄和控制指令自动分开和啮合；选择离合器分开方式，离合器始终在分开状态；选择离合器啮合方式，离合器始终在啮合状态。离合器转换开关上有操作钥匙，使用人员不可随意操作，正常情况下，设置在联动方式。

(4) 操作状态设置按钮：分别设置CUR，CUL-I、CUL三组锚机的操作方式，三组按钮分别设置三个锚机的操作，对于电机操作方式每次只有一个控制功能有效，三组停车控制同时有效。

(5) 指示灯&按钮：设置和显示减速箱的档位状态

(6) 电源开关：接通或断开现场控制盘的电源。

(7) 紧急停止按钮：在出现非正常危险状态时，按下紧急停止按钮，设备停止运行，所有装置处于安全停止状态。

(8) 紧急释放按钮：在装置处于停车状态时，当出现极度危险情况，将会导致锚链断裂、平台被撞击、倾覆事态时，按下紧急释放按钮，快速放出锚链。

(9) 液晶屏：由WINCC组态，通过MPI接口与PLC连接，实时接受PLC的数据，在液晶屏上由WINCC编写设计良好的人机界面，人机界面包括状态显示、系统设置、基本功能控制、报警显示和记录等。同时WINCC组态软件中包括比较丰富的帮助文档，使用者可以方便地获得帮助信息，更好地完成锚机的操作和控制。

(10)        操纵手柄：控制锚链的收放。当手柄向前推时，锚链放出；当手并向后拉时，锚链收回。手柄的推拉角度，决定收放速度。在完成自由抛锚设置后，推出手柄，实现自由抛锚，手柄回到中位，抛锚停止。

本发明的主要功能：

１）动力起/抛锚

平台复位调整位置或平台需要撤离起锚时，锚机进行起抛锚作业。起抛锚过程中，等所有程序和检测到位后，让需要动作的锚机离合器合上之后，便可扳动操作手柄进行作业。起抛锚过程中，锚链的张力、长度、速度等信息实时显示。起锚工况若锚链张力比较大，变速齿轮箱必须挂在低速档；当锚链张力比较小时，变速齿轮箱可以挂高速档。起锚过程中不允许离合器脱开，或者变速齿轮箱换挡，必须在电机停止以后进行操作，若发生应急情况，电机必须停止，带式制动器闭合将锚链轮刹住。

2 ）布锚/抛锚

平台布锚/抛锚时，锚链由承担抛锚任务的工作船拖出，在抛出过程中水冷刹车控制锚链抛放速度；根据实际工况需要，带式刹车可以配合水冷刹车一同作用。布锚/抛锚过程中，锚链的张力、长度、速度等信息实时显示。

3 ）应急释放

当平台遭遇最大风暴、恶劣环境条件，锚链张力超过设定值时；或者有紧急异常情况时（有失常船舶撞向平台），此时锚链应急释放功能开启，离合器脱开，带式刹车松开，放出锚链。应急释放的最终目的一般都是快速弃链。

Claims (10)

1.一种三链轮卧式电动锚机，包括锚机本体装置、锚链导向装置（86）、传动装置（83）、掣链器（84）、液压系统、电气控制系统，其特征在于：三个锚机本体装置分左、中、右布置，并分别通过离合器与传动装置（83）的传动轴（17）连接，锚机本体装置下面装有掣链器（84）和锚链导向装置（86），电气控制系统由电控箱（87）、启动箱（88）、变频驱动箱（89）、电阻箱（90）、现场控制盘（85）组成，现场控制盘（85）分别与启动箱（88）和电控箱（87）连接，启动箱（88）分别与变频驱动箱（89）和液压系统中的电控系统连接，变频驱动箱（89）与传动装置中的变频电机（26）连接，水冷刹车（27）与传动装置中的变速齿轮箱（20）连接；液压系统中的电控系统通过液压泵站分别连接锚机本体装置中的带式刹车装置（12）、离合器控制装置（13）、掣链器（84）、传动装置（83）中的盘式制动器、齿轮箱换挡装置，并将带式刹车装置（12）、离合器控制装置（13）、盘式制动器、齿轮箱换挡装置的位置信号以及锚机本体装置的锚链张力、长度及速度信号分别反馈给电控箱（87），用于实现锚机的动力起/抛锚、抛锚和布锚、应急释放、速度限制；液压系统与电气控制系统之间通讯连接，电气控制系统中的PLC控制系统安装在电控箱（87）内，用于数据处理及所有锚机集成同步控制、数据采集、信息检测及反馈、应急自动释放。

2.根据权利要求１所述的三链轮卧式电动锚机，其特征在于：所述锚机本体装置包括基座支架（1）、制动轮（2）、锚链轮（3）、传动销（4）、主轴（7）、大齿轮（8）、编码器（9）、测力装置（10）、齿轮防护罩（11）、带式刹车装置（12）、离合器控制装置（13），锚链轮（3）通过主轴（7）安装在基座支架（1）上，锚链轮（3）一端面上装有大齿轮（8），另一端面上装有制动轮（2），制动轮（2）外面装有固定在基座支架（1）上的带式刹车装置（12），主轴（7）的一侧轴承端盖上安装有编码器（9），用来检测锚链放出长度和移动速度，在锚链出链方向，基座支架（1）支撑处安装有两个销轴式测力装置（10），用于定时检测锚链张力；用作左、右锚机本体装置，大齿轮（8）与输入小齿轮（6）啮合连接，小齿轮（6）通过离合器（5）与传动装置的传动轴（17）连接；用作中间锚机本体装置，大齿轮（8）与小齿轮套（14）啮合连接，小齿轮套（14）通过牙嵌离合器（15）与传动装置的传动轴（17）连接；离合器（5）或牙嵌离合器（15）与离合器控制装置（13）连接。

3.根据权利要求１所述的三链轮卧式电动锚机，其特征在于：所述传动装置（83）包括变速齿轮箱（20）、齿轮箱传动轴（17）、电机联轴器防护罩（22）、盘式制动器（23）、中间联轴器（25）、变频电机（26）、水冷刹车（27），变速齿轮箱（20）为平行轴箱体式结构，四轴三级传动，其中，输入轴通过盘式制动器（23）与变频电机（26）连接，中间轴通过中间联轴器（25）与水冷刹车（27）连接。

4.根据权利要求１所述的三链轮卧式电动锚机，其特征在于：所述锚链导向装置（86）包括上基座（３1）、下基座（３2）、上转轴（３3）、下转轴（３4）、支架（３5）、链轮轴（３6）、链轮（３7），上基座（３1）下面和下基座（３2）上面分别设有上转轴（３3）和下转轴（３4），上转轴（３3）和下转轴（３4）之间转动连接支架（３5），支架（３5）前端通过链轮轴（３6）活动连接链轮（３7）。

5.根据权利要求１所述的三链轮卧式电动锚机，其特征在于：所述带式刹车装置（12）和离合器控制装置（13）中的油缸进、出油口装有单向节流阀，用于控制带式刹车装置、离合器控制装置的开、关速度。

6.根据权利要求１所述的三链轮卧式电动锚机，其特征在于：所述电控箱（87）内安装有PLC控制系统的开关量模块、模拟量模块和FM350编码器计数模块，并通过通讯模块与液压系统、现场控制盘（85）和变频驱动箱（89）连接，实现系统集成控制，同时与中央控制台连接接受中央控制台的指令信号，完成集控和联控功能；其中，PLC控制系统包括下列控制模块：

1）液压机组控制模块：用于接收响应液压控制系统的检测信号，并向其发出动作执行信号；

2）变频器控制模块：用于接收变频器的控制信号，并向其发出响应的执行信号，控制调整变频器实现变频电机的正转、反转和停止，显示变频器的工作状态以及对变频器报警响应和复位；

3）锚链张力采集模块：用于实时采集三个锚链轮上锚机张力信号，并记录在数据块中；

4）编码器采集模块：用于采集三个锚链轮上的编码器信号，并记录放出锚链长度，实时计算锚链速度；

5）通讯模块：用于实现主站与从站以及中央控制中心之间的通讯和数据交换；

6）系统联动控制模块：用于当操作人员通过现场控制盘上的按钮、转换开关、操纵手柄进行操作时，依照控制逻辑关系，发出组合控制盘指令信号，实现装置的功能性操作；

7）显示处理模块：用于PLC控制系统对锚机工作状态、张力数值、锚链长度、运行速度、液压机组工作状态、变速箱的工作状态实时检测，并将数据处理后，传递到液晶屏实时显示；

8）液晶触摸屏模块：用于液晶屏通过MPI接口与PLC控制系统连接，实时接受PLC控制系统的数据信号，在液晶屏上编写人机界面。

7.根据权利要求２所述的三链轮卧式电动锚机，其特征在于：所述锚链轮（3）为五齿结构，锚链轮（3）主体材料为ZG20Mn低合金铸钢，锚链轮（3）与锚链啮合处补焊一块20SiMn2MoV或20CrMnMoB高硬度合金钢，调质后表面硬度达到HB270，用于长期使用磨损后，补焊修复。

8.根据权利要求２所述的三链轮卧式电动锚机，其特征在于：所述带式刹车装置（12）采用双带结构，包括钢带组件（４１）、拉杆组件（４2）、力臂板组件（４3）、带式刹车油缸组件（４4）、推板（４5）、带式刹车放油阀（46）、销轴（４7），钢带组件（４１）一端通过拉杆组件（４2）和力臂板组件（４3）与带式刹车油缸组件（４4）连接，钢带组件（４１）另一端通过销轴（４7）与力臂板组件（４3）连接，力臂板组件（４3）通过销轴（４7）与推板（４5）连接，带式刹车油缸组件（４4）连接带式刹车放油阀（46）。

9.根据权利要求２所述的三链轮卧式电动锚机，其特征在于：所述离合器控制装置（13）包括油缸组件（５1）、拨杆支架（５2）、半拨杆（５3）、拨轴9５4）、隔板（５5）、拨杆组件（５6）、垫片（５7）、销轴（５9）、限位板（６０）、接头（６1）、放油阀（６2），半拨杆（５3）与拨杆组件（５6）固定连接，半拨杆（５3）和拨杆组件（５6）顶部分别装有拨轴（５4），拨杆组件（５6）中间连接拨杆支架（５2），下面通过销轴（５9）与油缸组件（５1）连接，下端装有限位板（６０）和接头（６1），油缸组件（５1）与放油阀9６2）连接。

10.根据权利要求３所述的三链轮卧式电动锚机，其特征在于：所述变速齿轮箱的四轴三级传动，分为低速档、高速档和空挡，高速档传动比为27.9，低速档传动比为77.4，额定扭矩为400kNm，过载扭矩为620kNm；所述变频电机（26）为六极电机，三相电压为690V，基准频率为50Hz，功率为585kW，额定扭矩为5701Nm，最大扭矩为12150Nm。

Images