CN104671015A - 自驱动式水下绕缆器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自驱动式水下绕缆器，包括安装支架、绕缆滚筒和排缆机构。绕缆滚筒的外壳为密封圆筒，两端盖上的外短轴通过轴承安装在安装支架的支撑板上，其一端伸出支撑板通过齿轮与排缆机构连接。密封外壳内设置的电机减速机、配重电池、控制器等固定在机芯轴上，机芯轴与端盖用轴承连接。电机通过齿轮与端盖内侧固定的内齿轮连接。牵引浮子的系缆通过排缆机构的引导，整齐地缠绕在绕缆滚筒上。电机转动带动密封外壳转动，进而由系缆牵引浮子做上下剖面运动，并采集剖面资料。本发明把驱动、传动和控制部件安装在同一密封舱内，将转动部件的动密封转变为静密封，解决了转动部件深水耐压密封问题，提高了可靠性。

Description

自驱动式水下绕缆器

技术领域

本发明涉及水下驱动装置，特别涉及一种自驱动式水下绕缆器。

背景技术

海洋上层水域的剖面环境资料，是人们最为关注的，对于海上航行和军事活动非常重要。海洋上层水域是常规潜标所不易接近的，而系留在上层水域的浮标又容易受到人为破坏，因此，海洋上层水域的实时剖面环境资料的获取尤为困难。

为弥补常规潜标不能对主浮体以上的海洋上层水域进行观测的缺陷，研究人员设计了基于水下绞车技术的海洋全剖面监测潜标系统。该系统在潜标主浮体上加装牵引浮子的水下绞车，将主浮体上层的剖面观测和数据发送任务交由绞车牵引浮子来完成。

海洋全剖面监测潜标系统成为进行深海水下剖面观测的重要技术装备，具备深海全剖面观测能力，有利于对海洋内部过程的监测和认知，可以在恶劣海洋环境下实现无人值守的全天候、全天时长期连续定点观测，具有较强的隐蔽性和安全性，同时具备数据实时传输的能力。

海洋全剖面监测潜标系统的水下绞车一般由水下电机减速机、传动机构和控制器等组成。因其在水下使用，动力传动的各环节都需要动密封，造成结构复杂和功率损失大，而且，随着水深的增加和外部水压的增高，动密封等级也随之提高，有时甚至无法可靠密封，影响了海洋全剖面监测潜标系统的正常作业。

发明内容

针对目前海洋全剖面监测潜标系统的水下绞车存在的问题，本发明推出一种自驱动式水下绕缆器，用于全剖面监测潜标系统牵引升降浮子，其目的在于：将电机减速机、传动机构和控制器全部放入密封舱内部，密封舱外壳作为绕缆滚筒，将牵引浮子的系缆缠绕在密封舱外壳上，不用动密封和水密接插件，提高海洋全剖面监测潜标系统的可靠性。

本发明涉及的自驱动式水下绕缆器包括安装支架、绕缆滚筒和排缆机构。绕缆滚筒由安装支架支撑，绕缆滚筒与安装支架轴承连接，排缆机构设置在绕缆滚筒外侧,牵引浮子的系缆通过排缆机构的引导缠绕在绕缆滚筒外壳上。

所述安装支架由ABS塑料板制作，由底板和两侧支撑板组成。两侧支撑板结构对称，连接底板的两端，形成位置固定的稳定结构。安装支架的两侧支撑板支撑绕缆滚筒，两侧支撑板上设置中间孔，中间孔为绕缆器两端盖上的外短轴的轴孔，绕缆滚筒两端盖上的外短轴与安装支架两侧的支撑板轴承连接。安装支架的底板上设置连接螺栓，用于将水下绕缆器固定在潜标主浮体上。

所述绕缆滚筒呈圆筒状结构，圆筒外壳为密封外壳，密封外壳的两端盖由“O”形圈密封。密封外壳两侧端盖上设置外短轴，外短轴插入安装支架两侧支撑板的中间孔内，轴与孔之间安装陶瓷轴承，以利于绕缆滚筒的转动。密封外壳两侧端盖上的外短轴的中轴线与密封外壳的中轴线重合。

绕缆滚筒密封外壳内设置电机减速机、配重电池、控制器、机芯轴。机芯轴安装在密封外壳的中轴线上，两端插入密封外壳两端盖内侧的轴孔内，机芯轴与密封外壳轴承连接。机芯轴上固定平板状的机芯安装板，机芯安装板的宽度小于密封外壳的内径。电机减速机、控制器安装在机芯安装板的上侧，配重电池安装在机芯安装板下侧。

电机减速机的输出轴前端设置齿轮，输出轴前端的齿轮与密封外壳端盖上固定的内齿轮啮合连接。端盖上的内齿轮呈圆形，与机芯轴垂直。

密封外壳的两个外短轴的长度不相同，一侧端盖的较长外短轴伸出支撑板，并在其伸出支撑板外侧的轴端安装小齿轮。

电机减速机连接控制器，控制器按预定程序控制电机启动、停止和正反转。电机减速机输出扭矩，通过输出轴前端的齿轮传递给密封外壳端盖上的内齿轮并带动密封外壳转动。

配重电池为设置在配重构件内的电池组，配重构件由普通碳钢机加工成的半圆形构件，扣在电池组外部起到固定电池组的作用。电池组与电机减速机和控制器连接。

多个配重电池沿轴线安装固定在机芯安装板的下侧。

所述排缆机构包括双向螺杆、排缆导向杆、导缆滑块。

双向螺杆设置在绕缆滚筒密封外壳的一侧，双向螺杆两端插入安装支架两侧支撑板中并与支撑板轴承连接。双向螺杆的一端设置大齿轮，大齿轮置于支撑板的外侧。双向螺杆的大齿轮与密封外壳端盖外短轴轴端固定设置的小齿轮啮合。

排缆导向杆设置在绕缆滚筒的上侧，固定在安装支架两侧支撑板之间。排缆导向杆的中轴线、双向螺杆的中轴线、绕缆滚筒机芯轴的中轴线三条线处于平行位置，并同时垂直于安装支架的支撑板。

导缆滑块呈弧形，置于绕缆滚筒密封外壳一侧。导缆滑块上端设置左右贯穿孔和上下贯穿孔，导缆滑块下端设置左右贯穿孔。

排缆导向杆从导缆滑块上端左右贯穿孔中穿过，导缆滑块可在排缆导向杆上滑动。

双向螺杆从导缆滑块的下端左右贯穿孔中穿过，导缆滑块内部的丝杠螺母与双向螺杆配合连接。导缆滑块下端贯穿孔内嵌入梭型滑块，双向螺杆转动使梭型滑块在其螺旋槽内滑动，带动导缆滑块沿双向螺杆左右移动。

双向螺杆的螺距与系缆直径之比等于双向螺杆一端的大齿轮与绕缆滚筒密封外壳端盖外短轴轴端的小齿轮直径之比。

牵引浮子的系缆穿过导缆滑块上端的上下贯穿孔，缠绕在绕缆滚筒的密封外壳上。导缆滑块左右移动引导系缆整齐地排放在绕缆滚筒的密封外壳上。

本发明涉及的自驱动式水下绕缆器应用时固定安装在潜标主浮体上，电机减速机在控制器按预定程序控制下转动，电机减速机输出轴的转动通过密封外壳端盖上的内齿轮带动密封外壳转动。此时，在配重电池的重力作用下，绕缆滚筒内固定在机芯轴上的部件不旋转，只有绕缆滚筒密封外壳绕机芯轴中轴线转动。密封外壳转动通过外壳端盖外短轴的小齿轮和双向螺杆一端的大齿轮带动双向螺杆转动，双向螺杆转动带动导缆滑块移动，导缆滑块左右移动引导系缆整齐地排放在绕缆滚筒的密封外壳上，同时，由系缆牵引的浮子在潜标主浮体与海面之间做上下剖面运动，浮子上的传感器测量上层水域的海洋剖面环境资料，在浮子到达海面后，主浮体上数据采集处理器将潜标数据用声通讯方式传送给浮子上的声通讯接收机，浮子上的卫星模块实时发送潜标数据。

本发明涉及的自驱动式水下绕缆器，将驱动、传动和控制部件安装在同一密封舱内，减少了转动部件的动密封环节，解决了转动部件深水耐压密封问题，打破了水下绞车应用的深度限制，提高了可靠性。

附图说明

图1为本发明的自驱动式水下绕缆器外部结构示意图；

图2为本发明的自驱动式水下绕缆器内部结构示意图。

图中标记说明：

1.系缆              2.绕缆滚筒          3.排缆导向杆

4.外部小齿轮        5.外部大齿轮        6.双向螺杆

7.导缆滑块          8.内齿轮            9.电机端齿轮

10.机芯轴           11.密封外壳         12.端盖

13.支撑板           14.外短轴           15.外部轴承

16.内部轴承         17.配重电池         18.控制器

19.底板             20.机芯安装板       21.电机减速机

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进一步描述。

图1和图2显示本发明涉及的自驱动式水下绕缆器的基本结构，如图所示，本发明涉及的自驱动式水下绕缆器包括安装支架、绕缆滚筒2和排缆机构。绕缆滚筒2和排缆机构安装在安装支架上，绕缆滚筒2由安装支架两侧支撑板13支撑，排缆机构设置在绕缆滚筒2外侧。

所述安装支架由ABS塑料板制作，由底板19和两侧支撑板13组成。两侧支撑板13结构对称，连接底板19的两端，与排缆导向杆3形成位置固定的稳定结构。两侧支撑板13上设置中间孔，中间孔为绕缆滚筒2两端盖上外短轴的轴孔。安装支架下端设置连接螺栓，用于将水下绕缆器固定在潜标主浮体上。

所述绕缆滚筒2呈圆筒状结构，圆筒外壳为密封外壳11，密封外壳11的两侧端盖由“O”形圈密封。密封外壳11的两侧端盖上设置外短轴，外短轴插入安装支架两侧支撑板13的中间孔内，轴与孔之间安装防海水腐蚀的陶瓷外部轴承15。密封外壳11的两个外短轴的长度不相同，一侧端盖的外短轴14伸出支撑板13，并在支撑板13外侧安装外部小齿轮4，外部小齿轮4与双向螺杆6侧端的外部大齿轮5啮合。

密封外壳11内设置电机减速机21、配重电池17、控制器18、机芯轴10。机芯轴10安装在密封外壳11的中轴线上，两端插入密封外壳11两侧端盖内的轴孔里，与两端盖用内部轴承16连接。机芯轴10与两个外短轴在同一轴线上。

机芯轴10上固定平板状的机芯安装板20，机芯安装板20的宽度小于密封外壳11的内径。

电机减速机21、配重电池17、控制器18安装在密封外壳11内的机芯安装板20上，电机减速机21、控制器18安装在机芯安装板20的上侧，配重电池17安装在机芯安装板20下侧。

电机减速机21的输出轴前端设置电机端齿轮9，电机端齿轮9与密封外壳11端盖上固定的圆形内齿轮8啮合连接。内齿轮8设置在密封外壳11左侧端盖的内侧，内齿轮8形成的圆与机芯轴10垂直。

电机减速机21连接控制器18。控制器18按预定程序控制电机启动、停止和正反转。电机减速机21输出扭矩，通过输出轴前端的电机端齿轮9传递给端盖上的内齿轮8并带动密封外壳11转动。

配重电池17为设置在配重构件内的电池组。配重构件由普通碳钢机加工成的半圆形构件，其内部形状与电池组成型后的外部形状相符，扣在电池组外部起到固定电池的作用。电池组与电机减速机21和控制器18连接，为电机和控制器18供电。

多个配重电池17安装在机芯安装板20的下侧。通过计算和试验确定配重电池17沿轴线的位置，最终使整个绕缆器在水中姿态能够保持左右平衡的水平姿态。

所述排缆机构包括双向螺杆6、排缆导向杆3、导缆滑块7。

双向螺杆6设置在绕缆滚筒2的密封外壳11的一侧，其轴线与密封外壳11的轴线平行。双向螺杆6两端插入安装支架两侧支撑板13中并与支撑板13用陶瓷轴承连接。双向螺杆6的一端设置外部大齿轮5，外部大齿轮5置于支撑板13的外侧。双向螺杆6的外部大齿轮5与密封外壳11端盖外短轴14的轴端固定设置的外部小齿轮4啮合。

排缆导向杆3固定在安装支架的两侧支撑板13的上部，置于两侧支撑板13之间，其轴线与密封外壳11轴线平行，并同时垂直于安装支架的支撑板13。

导缆滑块7呈弧形，置于绕缆滚筒2的密封外壳一侧。导缆滑块7上端设置左右贯穿孔和上下贯穿孔，导缆滑块7下端设置左右贯穿孔。排缆导向杆3从上端左右贯穿孔中穿过，使导缆滑块7可在排缆导向杆3上滑动，而限制了导缆滑块7绕双向螺杆6的转动。

导缆滑块7下部的左右贯穿孔内嵌入梭型滑块与双向螺杆6配合。双向螺杆6转动，梭型滑块在其螺旋槽内滑动，带动导缆滑块7沿双向螺杆6左右移动。在双向螺杆6顶端两螺旋槽交接处用弧型槽连接，以便梭型滑块通过，实现反向移动。

牵引浮子的系缆1穿过导缆滑块7上端的上下贯穿小孔。导缆滑块7左右移动引导系缆1整齐地排放在绕缆滚筒2上。

双向螺杆6的螺距与系缆1直径之比等于双向螺杆6一端的大齿轮5与绕缆滚筒2密封外壳端盖外短轴轴端的小齿轮4直径之比。

如双向螺杆6螺距是系缆1直径的二倍，则绕缆滚筒2转动一周，系缆1在滚筒上缠绕一圈，带动双向螺杆6转动半周，导缆滑块7也移动半个螺距，即一个系缆1直径的距离。

本发明涉及的自驱动式水下绕缆器应用时固定安装在潜标主浮体上，电机减速机21在控制器18按预定程序控制下转动，电机减速机21输出轴的转动通过端盖12上的内齿轮8带动密封外壳11转动。此时，在配重电池17的重力作用下，固定在机芯轴10上的部件不旋转，只有密封外壳11绕机芯轴10中轴线转动。密封外壳11转动通过端盖外短轴14的外部小齿轮4和双向螺杆5一端的外部大齿轮5带动双向螺杆6转动，双向螺杆6转动带动导缆滑块7移动，导缆滑块7左右移动引导系缆1整齐地排放在绕缆滚筒2的密封外壳11上。同时，由系缆1牵引的具有正浮力的浮子在潜标主浮体与海面之间做上下剖面运动，浮子上装载的传感器沿途采集上层水域的海洋剖面环境资料，在浮子到达海面后，主浮体上数据采集处理器将潜标数据用声通讯方式传送给浮子上的声通讯接收机，并由浮子上的数据处理器连同剖面数据打包通过卫星模块实时发送给地面用户。

Claims (10)

1.一种自驱动式水下绕缆器，其特征在于：包括安装支架、绕缆滚筒和排缆机构，绕缆滚筒由安装支架支撑，绕缆滚筒与安装支架轴承连接，排缆机构设置在绕缆滚筒外侧,牵引浮子的系缆通过排缆机构的引导缠绕在绕缆滚筒外壳上；

所述绕缆滚筒呈圆筒状结构，圆筒密封外壳内设置电机减速机、配重电池、控制器、机芯轴，机芯轴与密封外壳用轴承连接，电机减速机、配重电池、控制器安装在机芯轴上固定的机芯安装板上，机芯安装板的宽度小于密封外壳的内径；

所述电机减速机的输出轴前端设置齿轮，齿轮与密封外壳端盖上固定的内齿轮啮合连接，电机减速机通过内齿轮带动密封外壳转动。

2.根据权利要求1所述的自驱动式水下绕缆器，其特征在于：所述安装支架由ABS塑料板制作，由底板和两侧支撑板组成，两侧支撑板结构对称，连接底板的两端，形成位置固定的稳定结构，安装支架的两侧支撑板支撑绕缆滚筒，两侧支撑板上设置中间孔，中间孔为绕缆器两端盖上的外短轴的轴孔，绕缆滚筒两端盖上的外短轴与安装支架两侧的支撑板轴承连接。

3.根据权利要求2所述的自驱动式水下绕缆器，其特征在于：所述安装支架的底板上设置连接螺栓，用于将水下绕缆器固定在潜标主浮体上。

4.根据权利要求1所述的自驱动式水下绕缆器，其特征在于：所述绕缆滚筒密封外壳的两端盖由“O”形圈密封，密封外壳两侧端盖上设置外短轴，外短轴插入安装支架两侧支撑板的中间孔内，轴与孔之间安装陶瓷轴承，以利于绕缆滚筒的转动；密封外壳端盖的外短轴伸出支撑板，并在支撑板外侧的轴端上安装小齿轮；密封外壳两侧端盖上的外短轴的中轴线与密封外壳的中轴线重合。

5.根据权利要求1所述的自驱动式水下绕缆器，其特征在于：所述绕缆滚筒密封外壳内设置电机减速机、配重电池、控制器、机芯轴；机芯轴安装在密封外壳的中轴线上，两端插入密封外壳两端盖内侧的轴孔内，机芯轴与密封外壳用轴承连接；机芯轴上固定平板状的机芯安装板，电机减速机、控制器安装在机芯安装板的上侧，配重电池安装在机芯安装板下侧。

6.根据权利要求5所述的自驱动式水下绕缆器，其特征在于：所述电机减速机的输出轴前端设置齿轮，输出轴前端的齿轮与密封外壳端盖上固定的内齿轮啮合连接。

7.根据权利要求6所述的自驱动式水下绕缆器，其特征在于：所述密封外壳端盖上的内齿轮呈圆形，并与机芯轴垂直。

8.根据权利要求1所述的自驱动式水下绕缆器，其特征在于：所述配重电池为设置在配重构件内的电池组，配重构件由普通碳钢机加工而成的半圆形构件，扣在电池组外部起到固定电池的作用；多个配重电池沿轴线安装固定在机芯安装板的下侧。

9.根据权利要求1所述的自驱动式水下绕缆器，其特征在于，所述排缆机构包括双向螺杆、排缆导向杆、导缆滑块；双向螺杆设置在绕缆滚筒密封外壳的一侧，双向螺杆两端插入安装支架两侧支撑板中并与支撑板轴承连接；双向螺杆的一端设置大齿轮，双向螺杆的大齿轮与密封外壳端盖外短轴轴端固定设置的齿轮啮合；

排缆导向杆固定在安装支架的两侧支撑板的上部，置于两侧支撑板之间，排缆导向杆的中轴线、双向螺杆的中轴线与绕缆滚筒机芯轴的中轴线三线平行，并同时垂直于安装支架的支撑板；

导缆滑块呈弧形，置于绕缆滚筒密封外壳一侧，导缆滑块上端设置左右贯穿孔，排缆导向杆从孔中穿过，导缆滑块可在排缆导向杆上滑动；

牵引浮子的系缆穿过导缆滑块上端的上下贯穿孔，缠绕在绕缆滚筒的密封外壳上，导缆滑块左右移动引导系缆整齐地排放在绕缆滚筒的密封外壳上。

10.根据权利要求9所述的自驱动式水下绕缆器，其特征在于，所述双向螺杆的螺距与系缆直径之比等于双向螺杆一端的大齿轮与绕缆滚筒密封外壳端盖外短轴轴端的小齿轮直径之比。