CN102935966B - 一种自动排缆张力在线测试绞车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动排缆张力在线测试绞车，该绞车工作时在电缆压紧机构的作用下，将工作缆控制在一定的范围内卷绕到卷筒或从其上放出，保证电缆所受压力均匀，同时借助排缆机构上可做自由旋转运动的转舌，能将工作缆均匀且安全可靠地卷绕到卷筒上。同时本发明将滚轮与绞车排缆机构组装成一体，在工作过程中能实时监控缆索所承受到的张力，确保水下设备的正常运行。排缆机构中上支座和下支座间通过承力钢珠连接，能够在保证连接强度的条件下，使上支座有一定的位移量，达到消除或减小因涌浪引起工作缆波动带来的不利影响。且将上支座与荷重传感器接触面设计成球面，因而在工作时能保持荷重传感器上的受力位置或受力点的位置不变。

Description

一种自动排缆张力在线测试绞车

技术领域

发明涉及一种自动排缆张力在线测试绞车。

背景技术

目前用于海上电缆的收放绞车，大多数均采用自动排缆技术进行电缆收放，同时具备电缆张力测试功能。然而在实际应用和操作过程中，由于气候的原因，导致涌浪过大，此时在收缆时常会出现排缆不均，同时测得的数据也不准确。因为现在海洋用电缆绞车一般使用的张力测试方法多为拉力表或拉力传感器，利用护套或夹索器将其连接在电缆上，难以做到随缆收放长度的变化而实时监控缆的张力值的大小。如果遇到恶劣天气或安装不当可能损坏电缆，或遇到意外电缆拉力突然增大而又不能通过放缆来调整缆的受力状态。为此有必要开发出一种与电缆收放绞车融为一体，具有在线测试电缆张力功能的装置来实时监控缆索的张力，且不影响电缆收放，同时在收放绞车的卷筒上还设置有恒压力的压缆机构，以便电缆在布放过程中受力均匀，达到较理想的工作状态。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自动排缆张力在线测试绞车，该绞车将张力测试装置与绞车排缆机构融为一体，通过具有在线测试电缆张力的装置来适时监控缆索的张力，且不影响电缆正常工作与收放，同时在收放绞车的卷筒上还设置有恒压力的压缆机构，以保持电缆在布放过程中，缠绕在卷筒上的电缆受力均匀。

本发明的自动排缆张力在线测试绞车包括：工作缆、底座、传动链、卷筒、电机、大链轮、小链轮、电缆压紧机构、排缆机构和控制单元。

所述排缆机构包括防护罩、滚轮、滚轮轴、上支座、滑动轴承、挡盘、挡圈、下支座、承力钢珠、固定销、滑动杆、双头丝杆、荷重传感器、转舌座、转舌、接近开关和永磁体。

所述上支座的上端为U形结构，下端加工有柱形凸起。滚轮通过滚轮轴安装在上支座的顶部，所述滚轮轴的轴线垂直于上支座的对称轴，保证滚轮能够在上支座上半部的U形结构内转动。在所述上支座与滚轮轴间安装滑动轴承。在所述滚轮轴的两端安装挡盘。所述滚轮轴的两端均安装有挡圈。滚轮的上部设有防护罩。所述接近开关安装在防护罩上，永磁体固定在滚轮上。

所述上支座底部的柱形凸起位于下支座顶部的环形槽内，且与环形槽内表面间有水平间隙，用于安装荷重传感器。所述荷重传感器固定在下支座顶部的凹槽内，上支座底部的柱形凸起与荷重传感器接触，并将该柱形凸起与荷重传感器接触的面加工为球面。所述上支座与下支座间通过承力钢珠和固定销活动连接。

所述下支座通过滑动杆和双头丝杆安装在底座上，滑动杆和双头丝杆相互平行，均平行与滚轮的轴线，且滑动杆位于双头丝杆的上方。下支座与滑动杆滑动配合。所述滑动杆的两端分别固定在底座前后两端的支架上。

所述下支座底部加工有垂直于双头丝杆轴线的通孔，用于装配转舌。所述转舌装入转舌座后，将转舌旋转成与双头丝杆上左旋或右旋螺纹相应的角度，再连同转舌座固定在下支座底部的通孔内。

该绞车的整体连接关系为：

所述小链轮固定在双头丝杆水平延伸出下支座的部分，卷筒通过其左右两边的挡板安装在底座上，电机固定在卷筒的挡板的中心部位，电机的输出轴与卷筒同轴同时伸出卷筒，大链轮固定在电机输出轴伸出卷筒的部分，且大链轮与小链轮位于底座的同侧。通过传动链连接大链轮和小链轮。工作缆的一端绕在卷筒，另一端绕过滚轮后伸出与拖曳体连接。所述控制单元通过滑环与工作缆位于卷筒上的尾端连接。所述电缆压紧机构固定在底座上，电缆压紧机构为四连杆驱动机构，包括连杆、支架和驱动缸。所述支架固定在底座的端部，驱动缸的一端与底座上的耳环铰接，另一端与连杆中部的凸起铰接。连杆的一端与卷筒接触，压紧卷筒上的工作缆，另一端与支架顶部铰接。连杆内部安装有压力传感器。所述连杆与卷筒接触端的宽度不小于卷筒上工作缆的宽度。所述电机与驱动缸均由控制单元控制。

所述排缆机构中采用两个平行的滑动杆作为导向与支撑。所述两个滑动杆对称安装在下支座的左右两侧。

所述滑动杆与下支座的配合处安装有滑动轴承。

为保证压紧机构能够均匀地压住卷筒上卷绕的工作缆，将连杆加工为T型结构，该T型结构的水平端与卷筒接触，且水平端的宽度不小于卷筒上工作缆的宽度。竖直端的端部与支架顶部铰接。

在所述连杆与工作缆接触部位的外表面上安装有非金属滚轮。

采用上述绞车进行张力在线测试的方法为：

步骤一：工作缆拖曳定深载体，定深载体内安装的深度传感器将测量的深度值x通过工作缆发送给控制单元。

步骤二：滚轮上的永磁体每转动到接近开关下方一次，接近开关向控制单元发送一次脉冲信号，控制单元依据脉冲信号的次数n和滚轮的直径d计算工作缆的收放缆长L：L=n×d。

步骤三：控制单元根据设定的船高数据h、船吃水深度y、绞车滚轮最高点离船甲板高度h′，以及步骤一得到的拖曳载体拖曳点深度x，步骤二计算得到的工作缆的收放缆长L计算出工作缆的张力与荷重传感器检测压力之间的夹角β：

步骤四：控制单元根据荷重传感器测量的压力值F和步骤三得到的夹角β计算工作缆的张力P： $P=\frac{F}{\cos \mathrm{\β}}.$

有益效果：

（1）本发明将滚轮与绞车排缆机构组装成一体，在工作过程中能实时监控缆索所承受到的张力，确保水下设备的正常运行。

（2）排缆机构连接位采用钢球连接，构成既有旋转又具备上下可运动的非钢性结构件，保证工作时，压力传感器上所受力的位置或受力点不变；同时该结构将自动排缆与缆索张力仪结合为一体，具有在恶劣气候，随涌浪自动调节工作缆的受力方向的功能，达到消除或降低外界对装置的影响。

（3）排缆机构中上支座和下支座间通过承力钢珠连接，能够在保证连接强度的条件下，上支座有一定的上下移动的位移量，又可做自由旋转运动，达到消除或减小因涌浪引起工作缆波动带来的不利影响；由于主体连接采用承力钢珠定位及承力，且将与荷重传感器接触面设计成球面结构，因而在工作时能保持荷重传感器上的受力位置或受力点的位置不变。

（4）采用驱动缸驱动电缆压紧机构，能保证卷绕在卷筒的缆索受恒压力的作用，保持电缆布放时受力均匀；控制驱动缸的伸缩即可调节电缆压紧机构做相应的顺时或逆时旋转，保证卷绕在卷筒上的工作缆受力均匀；同时结合转舌在工作过程转动灵活的特点，使其带动排缆机构平稳的沿双头丝杆运动，且具有换向功能，达到自动排缆的目的。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为是本发明排缆机构的组成示意图。

其中，1-工作缆、2-可调防护罩、3-滚轮、4-机架、5传动链、6卷筒、7-卷筒驱动机构、8-大链轮、9-压紧机构、10-驱动缸、11-支架、12-滑动杆、13双头丝杆、14-小链轮、15-排缆机构、16-上支座、17-滚轮轴、18-滑动轴承、19-挡盘、20-挡圈、21-承力钢珠、22-下支座、23-荷重传感器、24-转舌座、25-转舌、26-固定销

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种自动排缆张力在线测试绞车，该绞车将排缆机构与绞车组装成一体，在工作过程中能实时监控缆索所承受到的张力，确保水下设备的正常运行；同时采用驱动缸驱动电缆压紧机构，能保证卷筒上的工作缆受恒压力的作用，保持工作缆布放时受力均匀。

该绞车的整体结构如图1所示，包括：工作缆1、底座4、传动链5、卷筒6、电机7、大链轮8、电缆压紧机构、小链轮14、排缆机构15和控制单元。

其中排缆机构15的结构如图2所示，包括防护罩2、滚轮3、上支座16、滚轮轴17、滑动轴承18、挡盘19、挡圈20、承力钢珠21、下支座22、荷重传感器23、转舌座24、转舌25、固定销26、滑动杆12、双头丝杆13、接近开关和永磁体。其中上支座16的上半部为U形结构，下端加工有柱形凸起；滚轮3通过滚轮轴17安装在上支座16的顶部，其中滚轮轴17的轴线垂直于上支座16的对称轴，保证滚轮3能够在上支座16上半部的U形结构内转动。为保证滚轮3运转的灵活性，在上支座16与滚轮轴17间安装滑动轴承18，这样即可保证滚轮轴17与上支座16间的滑动摩擦阻力，同时借助外界的海水还可达到润滑和冷却的效果。在滚轮轴17的两端安装挡盘19，以防止滚轮轴17在工作过程中轴向窜动。滚轮3轴向端面的两端均安装有挡圈20，以防止滚轮3的轴向窜动。为保证在工作过程中工作缆1在滚轮3的凹槽内正常运行，在滚轮3的上部设有可调防护罩2，这样即使在工作中受到外界干扰，工作缆1也不会脱离滚轮3。所述接近开关安装在可调防护罩2上，永磁体固定在滚轮上，随滚轮转动。

上支座16底部的柱形凸起位于下支座22顶部的环形槽内，且与环形槽内表面间有间隙，用于安装荷重传感器23。为保证上支座16与下支座22的连接可靠，通过承力钢珠21和固定销26连接上支座16与下支座22。具体实施方法为：在上支座16与下支座22相连接的圆周面上沿其圆周方向分别加工方形凹槽和半圆形凹槽，其中上支座16上方形凹槽的宽度略大于下支座22上半圆形凹槽的宽度，两个凹槽的深度相同，半圆形凹槽的尺寸与承力钢珠21的外径相同。这样设计即可保证上支座16相对下支座22可有一定的上下移动量，同时又可在下支座22上自由旋转或相对。承力钢珠21安装在方形凹槽和半圆形凹槽构成的环形槽内。为保证装配完成后，绞车工作时承力钢珠21能可靠地存储在环形槽内，在下支座22上半圆形凹槽的水平径向加工有一个螺纹通孔，螺纹通孔的直径略大于半圆形凹槽直径，螺纹通孔用于装配承力钢珠21。为保证承力钢珠21运转自由，在工作过程中不会出现承力钢珠21进入螺纹通孔，导致钢珠互相挤压或卡住等现象，用固定销26封装螺纹通孔。这样设计的目的为：一是确保了上支座16与下支座22间连接的强度；二是在保证连接强度的条件下，使上支座16与下支座22间有一定的位移量；三是在确保下支座22位置不变的情况下，上支座16相对下支座22有一定的旋转角度，以保证工作缆1能正常工作。

荷重传感器23固定在下支座顶部的凹槽内，荷重传感器23用于检测工作缆在工作过程中对滚轮3的压力，从而在线检测工作缆的拉力。为保证在工作过程中荷重传感器23受力均匀且保持受力位置不变，将上支座16底部的柱形凸起与荷重传感器23相接触的面设计成球面，这样绞车在工作时，滚轮3因受到工作缆1的作用而产生向下的作用力，由于上支座16与荷重传感器23相接触的面为球面27，因此，无论外界环境如何，均能保持球面27作用在压力传感器23上受力点的位置不变。

所述下支座22装配在滑动杆12和双头丝杆13上，滑动杆12和双头丝杆13相互平行，均平行与滚轮3的轴线，且滑动杆12位于双头丝杆13的上方；下支座22与滑动杆12滑动配合。为保证排缆机构15在工作过程中运动灵活，不出现卡止现象，采用两个平行的滑动杆12作为及排缆机构15的导向与支撑。滑动杆12下支座22与滑动杆12配合面处装配有标准的轴瓦或滑动轴承，见图2所示A处，以便降低运动时的摩擦阻力。滑动杆12的两端分别固定在底座4前后两端的支架上。

为使绞车具有自动排缆功能，也就是使其具备自动换向功能，在下支座22底部与双头丝杆13垂直处加工有一通孔，用于装配转舌25。具体操作过程是将转舌25装入转舌座24后，将转舌25旋转成与双头丝杆13上左旋或右旋螺纹相应的角度，再连同转舌座24装配到下支座22上，并用紧固件固定。采用此结构的目的是保证工作缆1布放回收时，达到自动排缆的目的。双头丝杆13转动过程中，转舌25沿双头丝杆13（滑动杆起导向作用）直线运动，当转舌25运动到双头丝杆13端部后，反向运动，使滚轮3沿卷筒6轴线方向来回移动，实现自动排缆。

该绞车的整体结构如图1所示：

所述小链轮14装配在双头丝杆13伸出下支座22的部分，卷筒6通过其左右两边的挡板安装在底座4上，电机7固定在卷筒6的挡板的中心部位，电机7的输出轴与卷筒6同轴同时伸出卷筒6，大链轮8装配在电机7输出轴伸出卷筒6的部分，且大链轮8与小链轮14位于底座4的同侧。通过传动链5连接大链轮8和小链轮14。工作缆1的一端绕在卷筒6，另一端绕过滚轮3后伸出与拖曳体连接。控制单元通过滑环与工作缆位于卷筒上的尾端连接。

当电机7接收到外部控制指令启动时，带动卷筒6做旋转运动，此时电机7带动大链轮8同步做旋转运动，通过传动链5又带动小链轮14旋转，由于小链轮14与双头丝杆13固为一体，因此，双头丝杆13也随之做相应的旋转运动，在转舌25的作用下带动排缆机构15沿滑动杆12做直线运动。

为保证缠绕在卷筒6上的工作缆1在回收或布放时受力均匀，且排列整齐，在绞车机架4上设有电缆压紧机构。电缆压紧机构为四连杆驱动机构，包括连杆9、支架11和驱动缸10。电缆压紧机构以底座4为承力架，支架11固定在底座4的端部，驱动缸10的一端与底座4上的耳环铰接，另一端与连杆9中部的凸起铰接。连杆9的一端自由，与卷筒6接触，压紧卷筒6上的工作缆，另一端与支架11顶部铰接。保证连杆9与卷筒6接触端的宽度不小于卷筒6上工作缆1的宽度。本实施例中为保证压紧机构9的自由端能均匀地压住卷筒6上卷绕的工作缆1，将压紧机构9设计成T字型结构，该T型结构的水平端与卷筒6接触，压紧卷筒6上的工作缆；竖直端的端部与支架11顶部铰接。电缆压紧机构保证工作缆始终处于压紧状态。为保证电缆压紧机构运转时的灵活性，该机构中各类杆件处的连接均采用绞支或球绞连接方式。由于连杆9与支架11绞接，即连杆9可绕支架11做旋转运动，见图1所示C处，当卷筒6上的工作缆1在回收或布放时，连杆9的自由端能够随工作缆1厚度的变化上升或下降一个工作缆1的外径，这样既保证了工作缆1在工作时的受力均匀性，又达到排列整齐的目的。

为保证工作缆1外在工作过程中表面不被损伤，在连杆9与工作缆1接触部位的金属外表面上装配有非金属滚轮。电机7与驱动缸10均由控制单元控制，当从双头丝杆13的一端运动到另一端准备换向时，由于卷筒6直径发生变化，卷筒6对连杆9的压力也相应发生改变，安装在连杆9内部的侧压力传感器检测到压力变化时，将压力信号送往控制单元，控制单元根据压力变化控制驱动缸10，此时连杆9在驱动缸10的作用下绕绞支点C旋转，其自由端做上升或下降运动，使连杆9释放或压紧，从而保证电缆压紧机构的恒压力。

采用该绞车进行张力在线检测的原理为：

（1）工作缆1拖曳定深载体，定深载体内安装的深度传感器将测量的拖曳载体拖曳点深度值x通过工作缆1发送给控制单元；

(2)可调防护罩2上安装的接近开关通过检测滚轮3上的永磁体，接近开关向控制单元发送一次脉冲信号，控制单元依据脉冲信号的次数和滚轮3的直径计算工作缆1的收放缆长L；

（3）控制单元根据工作缆1的收放缆长L、船高数据h（已知量，提前设定）、船吃水深度（已知量，提前设定）y、绞车滚轮最高点离船甲板高度h′（已知量，提前设定）和拖曳载体拖曳点深度x计算出工作缆1的张力与荷重传感器23检测的压力之间的夹角β： $\cos \mathrm{\β}=\frac{h-y+h^{\′}+x}{L};$

（4）控制单元再根据荷重传感器23的测量压力值F(荷重传感器测得)和夹角β计算出工作缆1的张力大小为P：

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自动排缆张力在线测试绞车，其特征在于，包括：工作缆(1)、底座(4)、传动链(5)、卷筒(6)、电机(7)、大链轮(8)、小链轮(14)、电缆压紧机构、排缆机构(15)和控制单元；

所述排缆机构(15)包括防护罩(2)、滚轮(3)、滚轮轴(17)、上支座(16)、滑动轴承(18)、挡盘(19)、挡圈(20)、下支座(22)、承力钢珠(21)、固定销(26)、滑动杆(12)、双头丝杆(13)、荷重传感器(23)、转舌座(24)、转舌(25)、接近开关和永磁体；

所述上支座(16)的上端为U形结构，下端加工有柱形凸起；滚轮(3)通过滚轮轴(17)安装在上支座(16)的顶部，所述滚轮轴(17)的轴线垂直于上支座(16)的对称轴，保证滚轮(3)能够在上支座(16)上半部的U形结构内转动；在所述上支座(16)与滚轮轴(17)间安装滑动轴承(18)；在所述滚轮轴(17)的两端安装挡盘(19)；所述滚轮(3)轴的两端均安装有挡圈(20)；滚轮(3)的上部设有防护罩(2)；所述接近开关安装在防护罩(2)上，永磁体固定在滚轮(3)上；

所述上支座(16)底部的柱形凸起位于下支座(22)顶部的环形槽内，且与环形槽内表面间有水平间隙，用于安装荷重传感器(23)；所述荷重传感器(23)固定在下支座顶部的凹槽内，上支座(16)底部的柱形凸起与荷重传感器(23)接触，并将该柱形凸起与荷重传感器(23)接触的面加工为球面；所述上支座(16)与下支座(22)间通过承力钢珠(21)和固定销(26)活动连接；

所述下支座(22)通过滑动杆(12)和双头丝杆(13)安装在底座(4)上，滑动杆(12)和双头丝杆(13)相互平行，均平行与滚轮(3)的轴线，且滑动杆(12)位于双头丝杆(13)的上方；下支座(22)与滑动杆(12)滑动配合；所述滑动杆(12)的两端分别固定在底座(4)前后两端的支架上；

所述下支座(22)底部加工有垂直于双头丝杆(13)轴线的通孔，用于装配转舌(25)；所述转舌(25)装入转舌座(24)后，将转舌(25)旋转成与双头丝杆(13)上左旋或右旋螺纹相应的角度，再连同转舌座(24)固定在下支座(22)底部的通孔内；

该绞车的整体连接关系为：

所述小链轮(14)固定在双头丝杆(13)水平延伸出下支座(22)的部分，卷筒(6)通过其左右两边的挡板安装在底座(4)上，电机(7)固定在卷筒(6)的挡板的中心部位，电机(7)的输出轴与卷筒(6)同轴同时伸出卷筒(6)，大链轮(8)固定在电机(7)输出轴伸出卷筒(6)的部分，且大链轮(8)与小链轮(14)位于底座(4)的同侧；通过传动链(5)连接大链轮(8)和小链轮(14)；工作缆(1)的一端绕在卷筒(6)，另一端绕过滚轮(3)后伸出与拖曳体连接；所述控制单元通过滑环与工作缆(1)位于卷筒(6)上的尾端连接；所述电缆压紧机构固定在底座(4)上，电缆压紧机构为四连杆驱动机构，包括连杆(9)、支架(11)和驱动缸(10)；所述支架(11)固定在底座(4)的端部，驱动缸(10)的一端与底座(4)上的耳环铰接，另一端与连杆(9)中部的凸起铰接；连杆(9)的一端与卷筒(6)接触，压紧卷筒(6)上的工作缆，另一端与支架(11)顶部铰接；连杆(9)内部安装有压力传感器；所述连杆(9)与卷筒(6)接触端的宽度不小于卷筒(6)上工作缆(1)的宽度；所述电机(7)与驱动缸(10)均由控制单元控制。

2.如权利要求1所述的一种自动排缆张力在线测试绞车，其特征在于，所述排缆机构(15)中采用两个平行的滑动杆(12)作为导向与支撑；所述两个滑动杆对称安装在下支座(22)的左右两侧。

3.如权利要求1或2所述的一种自动排缆张力在线测试绞车，其特征在于，所述滑动杆(12)与下支座(22)的配合处安装有滑动轴承。

4.如权利要求1所述的一种自动排缆张力在线测试绞车，其特征在于，所述连杆(9)为T型结构，该T型结构的水平端与卷筒(6)接触，且水平端的宽度不小于卷筒(6)上工作缆(1)的宽度；竖直端的端部与支架(11)顶部铰接。

5.如权利要求1所述的一种自动排缆张力在线测试绞车，其特征在于，在连杆(9)与工作缆(1)接触部位的外表面上安装有非金属滚轮。

6.一种采用如权利要求1所述的绞车进行张力在线测试的方法，其特征在于：

步骤一：工作缆(1)拖曳定深载体，定深载体内安装的深度传感器将测量的深度值x通过工作缆(1)发送给控制单元；

步骤二：滚轮(3)上的永磁体每转动到接近开关下方一次，接近开关向控制单元发送一次脉冲信号，控制单元依据脉冲信号的次数n和滚轮(3)的直径d计算工作缆(1)的收放缆长L：L＝n×d；

步骤三：控制单元根据设定的船高数据h、船吃水深度y、绞车滚轮最高点离船甲板高度h′，以及步骤一得到的拖曳载体拖曳点深度x，步骤二计算得到的工作缆(1)的收放缆长L计算出工作缆(1)的张力与荷重传感器(23)检测压力之间的夹角β： $\cos \mathrm{\β}=\frac{h-y+h^{\′}+x}{L};$

步骤四：控制单元根据荷重传感器(23)测量的压力值F和步骤三得到的夹角β计算工作缆(1)的张力P：