CN105423089B - 一种渔用360度扫描声呐升降装置 - Google Patents

一种渔用360度扫描声呐升降装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种渔用360度扫描声呐升降装置，围井固定设置于船体底部，声呐换能器设于围井内部，其上部与主轴联接；垂直丝杆升降装置的升降驱动器带动丝杆转动，设有丝杆螺母的升降架带动主轴竖直移动；精确回转装置的回转驱动器带动主动齿轮转动，主动齿轮通过被动齿轮带动主轴转动，旋转编码器实时反馈回转角度，以精确控制回转角度；精确回转装置的回转角度范围为±180度，主轴为空心轴，其内部设置电缆，以防止电缆转动后缠绕；充气平衡系统的气液传感器设于围井内壁，其高度低于主轴与升降座之间密封圈的高度，充气平衡系统维持围井内一定的气压，使围井内的液面高度低于气液传感器，当液面达到气液传感器时，充气平衡系统加大供气气压。

Description

一种渔用360度扫描声呐升降装置
技术领域
本发明涉及一种渔用360度扫描声呐升降装置，属于渔业仪器技术领域。
背景技术
第二次世界大战时，装有军用声呐的驱潜舰有时把鱼群误认为潜水艇加以攻击，这就引起人们对声呐探鱼的兴趣。战后，一些国家借用装有声呐的军舰进行了探鱼研究。50年代初，挪威开始建造专门用来探鱼的单波束机械扫描声呐；60年代，声呐已成为围网渔船和中层拖网渔船上的重要装备。中国从60年代开始研制单波束渔用声呐，70年代研制多波束电子扫描声呐，并在围网渔船上装备使用。渔用声呐由发射器、接收器、终端显示器、换能器基阵等组成，其工作原理与垂直探鱼仪相似。所不同的是：垂直探鱼仪只提供渔船垂直下方的鱼群信息，而渔用声呐能实现对渔船周围各方向的探测，可提供鱼群的方位、距离、深度、游速等多种信息，其作用距离要求尽可能远，分辨率要求尽可能良好。由于渔用声呐的声波传播途径比较复杂,受海况影响较大,且因各种鱼群的集群性和对声波的反射特性又有很大差异，故其结构要比垂直探鱼仪复杂得多。目前能达到的有效探鱼距离在浅海区一般为千米左右，在深海区可达数千米。工作频率一般在20～200千赫之间。多波束扫描声呐,它在一定扇区范围内(一般为60°～180°)形成多个波束，类似多部单波束声呐同时工作，以检测整个扇区内的目标。扇区的方位可借机械回转,电子俯仰。它与单波束机械扫描声呐相比,搜索速度较快,获取的信息量较多，扇区内被测到的鱼群目标不易丢失。80年代以微处理机作为信息处理和显示控制基础的、能提供船、网、鱼三者关系、有一定智能的渔用声呐系统正得到迅速发展。
现有的渔业声呐，一般设置在渔船的底部，一般通过多组声呐换能器来进行探测，每组声呐换能器探测一个扇形区域范围，从而实现360度范围内的探测。这种探测形式需要多组声呐换能器，成本较高，而且体积过大设于船体底部增加了航行阻力，能耗增加，经济性较差。同时，现有的渔业声呐，在实现升降功能的时候，难免造成海水进入轴承内部，对轴承密封的要求较高，提高了成本，降低了可靠性。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：现有的渔业声呐，为了获取360度范围的探测，需要多组声呐换能器同时工作，成本较高；现有的渔用声呐，在实现升降功能的时候，难免造成海水进入轴承内部，对轴承密封的要求较高，成本较高、可靠性较低。
本发明采取以下技术方案：
一种渔用360度扫描声呐升降装置，包括声呐换能器1、围井17、垂直丝杆升降装置、精确回转装置、充气平衡系统；所述围井17固定设置于船体底部，声呐换能器1设于围井17内部，其上部与主轴3联接；所述垂直丝杆升降装置包括升降驱动器4、丝杆8、升降架9，所述升降驱动器4带动丝杆8转动，丝杆8带动通过升降架9带动主轴竖直移动；所述精确回转装置包括回转驱动器13、主动齿轮12、被动齿轮10、旋转编码器14，所述回转驱动器13带动主动齿轮12转动，所述主动齿轮12通过被动齿轮10带动主轴转动，所述旋转编码器14实时反馈回转角度，以精确控制回转角度；所述精确回转装置的回转角度范围为±180度，所述主轴3为空心轴，其内部设置电缆18，电缆18从头部引出，以防止电缆转动后缠绕；所述充气平衡系统包括气阀15、气液传感器16，所述气液传感器16设于围井17内壁，其高度低于主轴与升降座6之间密封圈2的高度，所述充气平衡系统维持围井17内一定的气压，使围井17内的液面高度低于所述气液传感器16，当液面达到气液传感器16时，充气平衡系统加大供气气压。
进一步的，所述垂直丝杆升降装置还包括联轴器5，所述联轴器5用于连接升降驱动器4与丝杆8。
进一步的，所述升降座6与主轴3之间还设有滑动轴承7，用于径向定位。
进一步的，所述被动齿轮10上部设有锁紧螺母11所述锁紧螺母11与主轴3锁紧固定，垂直丝杆升降装置上升时，所述锁紧螺母11为主轴3提供直接的上升力传递。
进一步的，所述主轴3上与升降架9对应位置设有轴肩，所述轴肩承受上方的作用力，为主轴3提供直接的下降力传递。
进一步的，所述气阀15为手动阀门。
本发明的有益效果在于：
1)渔船只需设置一组声呐换能器，实现360°全方位探测，成本大幅降低。
2)垂直丝杆升降装置与精确回转装置实现了良好的配合，良好的实现了升降功能与回转功能。
3)电缆巧妙的设置在空心主轴的内部，并从头部伸出，同时回转角度采取±180度的方式，避免了电缆缠绕的现象，实现成本较低。
3)采用充气平衡系统，使得围井内的气压始终控制在一定程度，确保水面高度低于密封圈的高度，从而降低了主轴的密封要求，将低成本，提高可靠性，气液传感器的设置进一步提高了安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明360度扫描声呐升降装置的主视图。
图2是图1上部的局部放大视图。
图3是图1中部的局部放大视图。
图4是本发明360度扫描声呐升降装置的俯视图。
图中，1.声呐换能器，2.密封圈，3.主轴，4.升降驱动器，5、联轴器，6.升降座，7.滑动轴承，8.丝杆，9.升降架，10.被动齿轮，11.锁紧螺母，12.主动齿轮，13.回转驱动器，14.旋转编码器，15.气阀，16.气液传感器，17.围井，18.电缆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参见图1-图4，一种渔用360度扫描声呐升降装置，包括声呐换能器1、围井17、垂直丝杆升降装置、精确回转装置、充气平衡系统；所述围井17固定设置于船体底部，声呐换能器1设于围井17内部，其上部与主轴3联接；所述垂直丝杆升降装置包括升降驱动器4、丝杆8、升降架9，所述升降驱动器4带动丝杆8转动，丝杆8带动通过升降架9带动主轴竖直移动；所述精确回转装置包括回转驱动器13、主动齿轮12、被动齿轮10、旋转编码器14，所述回转驱动器13带动主动齿轮12转动，所述主动齿轮12通过被动齿轮10带动主轴转动，所述旋转编码器14实时反馈回转角度，以精确控制回转角度；所述精确回转装置的回转角度范围为±180度，所述主轴3为空心轴，其内部设置电缆18，电缆18从头部引出，以防止电缆转动后缠绕；所述充气平衡系统包括气阀15、气液传感器16，所述气液传感器16设于围井17内壁，其高度低于主轴与升降座6之间密封圈2的高度，所述充气平衡系统维持围井17内一定的气压，使围井17内的液面高度低于所述气液传感器16，当液面达到气液传感器16时，充气平衡系统加大供气气压。充气平衡系统主要为了工作时确保围井内始终充满空气，防止导杆因密封不良，导致该部位渗入海水，引起船舱进水的事故。
参见图3，所述垂直丝杆升降装置还包括联轴器5，所述联轴器5用于连接升降驱动器4与丝杆8。
参见图3,所述升降座6与主轴3之间还设有滑动轴承7，用于径向定位。
参见图2，所述被动齿轮10上部设有锁紧螺母11所述锁紧螺母11与主轴3锁紧固定，垂直丝杆升降装置上升时，所述锁紧螺母11为主轴3提供直接的上升力传递。
参见图3，所述主轴3上与升降架9对应位置设有轴肩，所述轴肩承受上方的作用力，为主轴3提供直接的下降力传递。
参见图1，所述气阀15为手动阀门。
本发明渔船只需设置一组声呐换能器阵，实现360°全方位探测，成本大幅降低；垂直丝杆升降装置与精确回转装置实现了良好的配合，良好的实现了升降功能与回转功能；电缆巧妙的设置在空心主轴的内部，并从头部伸出，同时回转角度采取±180度的方式，避免了电缆缠绕的现象，实现成本较低；采用充气平衡系统，使得围井内的气压始终控制在一定程度，确保水面高度低于密封圈的高度，从而降低了主轴的密封要求，将低成本，提高可靠性，气液传感器的设置进一步提高了安全性和可靠性。
以下声呐升降与回转机构控制进一步说明：
声呐升降与回转机构分为声呐升降与声呐回转两个动作，两个动作均采用液压系统元件驱动，避免对声呐系统产生干扰，整套机构分为三大部分。
第一部分：执行机构
执行机构完成声呐升降与回转两个动作，示意图见图，具体原理如下：
1)升降动作
利用液压马达驱动声呐构件沿螺杆升降运动，螺杆螺距为7mm即马达正转/反转1r，声呐构件整体上升/下降7mm，通过控制马达转速控制升降速度，初步设计升降速度为1.2m/min，升降马达采用OMZP80摆线液压马达。
2)回转动作
利用回转液压马达通过蜗轮蜗杆减速机(减速比i＝20)驱动回转齿轮从而带动整个声呐构件回转，回转角度为±135°，回转速度为8.6r/min，即声呐从-135°转到135°位置最快需要5.2s。
第二部分：液压控制系统
液压马达油量控制通过调节电比例阀的开度实现，比例阀开度越大进入马达油量越多，马达速度越快，可根据需要做比例变速。电比例阀组整体安装在油箱上，由于系统功率较低仅为1.5kw，所以油箱容积可取5倍即为100L。
第三部分：人机互动
采用S7-200做系统控制器，用于控制比例阀动作以及转角信号、升降位置信号、系统油液压力信号采集显示工作。
1)比例阀控制
驱动电比例阀需要配置相应的比例放大器，控制信号为±10v。比例放大器与S7-200模拟控制口EM235模块直接连接。
2)转角信号采集
回转装置安装绝对值式旋转编码器，实时反馈回转角度，编码器输出信号为格雷码，精度为16位。
3)升降位置信号
在升降机构的上限与下限安装行程开关，升降机构到达行程开关处升降马达自动停止转动。

Claims (7)

1.一种渔用360度扫描声呐升降装置，其特征在于：
包括声呐换能器(1)、围井(17)、垂直丝杆升降装置、精确回转装置、充气平衡系统；
所述围井(17)固定设置于船体底部，声呐换能器(1)设于围井(17)内部，其上部与主轴(3)联接；
所述垂直丝杆升降装置包括升降驱动器(4)、丝杆(8)、升降架(9)，所述升降驱动器(4)带动丝杆(8)转动，丝杆(8)带动通过升降架(9)带动主轴竖直移动；
所述精确回转装置包括回转驱动器(13)、主动齿轮(12)、被动齿轮(10)、旋转编码器(14)，所述回转驱动器(13)带动主动齿轮(12)转动，所述主动齿轮(12)通过被动齿轮(10)带动主轴转动，所述旋转编码器(14)实时反馈回转角度，以精确控制回转角度；所述精确回转装置的回转角度范围为±180度，所述主轴(3)为空心轴，其内部设置电缆(18)，电缆(18)从头部引出，以防止电缆转动后缠绕；
所述充气平衡系统包括气阀(15)、气液传感器(16)，所述气液传感器(16)设于围井(17)内壁，其高度低于主轴与升降座(6)之间密封圈(2)的高度，所述充气平衡系统维持围井(17)内一定的气压，使围井(17)内的液面高度低于所述气液传感器(16)，当液面达到气液传感器(16)时，充气平衡系统加大供气气压。
2.如权利要求1所述的渔用360度扫描声呐升降装置，其特征在于：所述垂直丝杆升降装置还包括联轴器(5)，所述联轴器(5)用于连接升降驱动器(4)与丝杆(8)。
3.如权利要求1所述的渔用360度扫描声呐升降装置，其特征在于：所述升降座(6)与主轴(3)之间还设有滑动轴承(7)，用于径向定位。
4.如权利要求1所述的渔用360度扫描声呐升降装置，其特征在于：所述被动齿轮(10)上部设有锁紧螺母(11)所述锁紧螺母(11)与主轴(3)锁紧固定，垂直丝杆升降装置上升时，所述锁紧螺母(11)为主轴(3)提供直接的上升力传递。
5.如权利要求1所述的渔用360度扫描声呐升降装置，其特征在于：所述主轴(3)上与升降架(9)对应位置设有轴肩，所述轴肩承受上方的作用力，为主轴(3)提供直接的下降力传递。
6.如权利要求1所述的渔用360度扫描声呐升降装置，其特征在于：所述气阀(15)为手动阀门。
7.如权利要求1所述的渔用360度扫描声呐升降装置，其特征在于：声呐升降与回转机构分为声呐升降与声呐回转两个动作，两个动作均采用液压系统元件驱动，避免对声呐系统产生干扰。
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