CN105712229A - 一种变径测力排缆机构 - Google Patents

Abstract

一种变径测力排缆机构，包括缆盘左支架、缆盘右支架、排缆单元、可转动地连接在缆盘左支架和缆盘右支架之间的绞车缆盘，安装在缆盘左支架上驱动绞车缆盘转动的收缆减速电机及由排缆单元进行驱动实现往复运动的变径测力单元，变径测力单元包括测力组件、夹紧组件及缆绳限位组件，缆绳限位组件与排缆单元连接，测力组件与缆绳限位组件可转动连接，夹紧组件与测力组件连接。本发明能减小缆绳受外力而摆动对测力结果的影响，防止缆绳进出测力机构处的结构件应力集中或损坏，保证测力包角不会随着缆盘卷径和缆绳直径的变化而改变，提高了测量精度，且可以使缆绳具有足够大的空间保证缆绳的弯曲半径，延长了使用寿命，满足缆绳直径变化时排缆的要求。

Description

一种变径测力排缆机构

技术领域：

本发明涉及绞车技术领域，具体讲是一种变径测力排缆机构。

背景技术：

光纤水听器线阵(以下简称：水听器线阵)主要用于海洋声学环境中声传播、噪声、混响、海底声学特性、目标声学特性等的探测，是现代海军反潜作战、水下兵器试验、海洋石油勘探和海洋地质调查的先进探测手段。在工程使用中，通过光电复合拖曳缆(以下简称：拖曳缆)将水听器线阵与探测船连接，由拖曳缆实现能源的供给、信号的传输；通过绞车对拖曳缆和水听器线阵进行收卷储存、布放控制。受加工工艺、技术指标等各方面因素影响，拖曳缆与水听器线阵的直径不同，一般来说，拖曳缆直径小于水听器线阵。

为了解拖曳缆和水听器线阵布放、工作时的受力情况，使其免于受到水流、船速叠加所形成的外力而造成损坏，也为了应对拖曳状态下缆绳在水下工作时挂到异物等紧急情况，需要对拖曳缆的实时张力进行检测。另外，不同工况下，拖曳缆放出长度不同，缆绳在绞车缆盘上卷径不同，使测力传感器的角度发生变化。所以需要在绞车上配置适用于不同直径缆绳的、随缆绳位置变化相应改变位置的测力机构。

为了适应深海工作的需要，绞车需要卷绕、布放较长的拖曳缆与水听器线阵。缆绳在回收时会在绞车缆盘上进行多层卷绕，直径较细的拖曳缆卷绕在缆盘内圈，直径较粗的水听器线阵卷绕在拖曳缆外部。如果缆绳在收卷的过程中排列不整齐、不紧密，有可能出现上层缆绳受到外力而嵌入下层缆绳，或者缆绳之间出现间隙、缆绳堆起等缺陷。这些缺陷会影响后续排缆的效果，甚至导致缆绳卡死无法放出而造成损坏。因此，绞车的排缆机构要适合不同直径缆绳。

现有工程中所使用的绞车，如图1、图2和图3所示，其测力机构采用三轮组结构，使用双向丝杆旋转带动整个测力机构往复运动，从而进行测力、排缆。三轮组结构的测力传感器安装在中间导轮的轴上，缆绳从三轮组中间经过时，由于三个导轮之间的相对位置不同，产生了传感器测力包角。在缆绳受到外力张紧后，会压紧中间导轮，压力通过导轮传递到张力传感器上，根据测力包角的大小及测力传感器传回的信号计算得到缆绳上实际张力。为了保证测力的准确，三个导轮之间相对位置是固定的。

但是在工程实践中发现，由于需要存储的缆绳较长，绞车卷筒在空盘和满盘时卷径变化较大，而且在海洋环境下，受到海水的冲击和船只的颠簸，缆绳会发生摆动，如图4和图5所示。缆绳一旦摆动，固定的三轮组结构测力误差就会较大，同时上述机构在缆绳直径变化后，测力误差也很大。如果将测力机构固定，会有如下三个问题：首先，当卷径变化和缆绳摆动时，会对测力机构造成附加的力，影响测量结果，同时缆绳进出测力机构处的结构件(如导轮、导轮轴等)应力集中，甚至损坏；其次，当收放的缆绳直径发生改变时，三个导轮之间的相对位置没有发生相应改变，造成传感器测力包角发生变化，那么根据测力包角计算的缆绳张力值也会变化，产生较大的测量误差；最后，由于缆绳需要提供足够的抗拉强度，其直径较大，需要的弯曲半径也较大，一般光电复合缆和水听器线阵需要的弯曲半径是其直径的15至20倍，如果测力机构与绞车缆盘相对位置固定，则需要较大的空间保证缆绳的弯曲半径，否则会使缆绳的弯曲半径较小，减少其使用寿命。

另外，现有工程中所使用的绞车，其排缆主要依靠双向丝杆加导轨驱动排缆机构实现，即采用链轮或齿轮，将绞车卷筒转动时的动力传递到双向丝杆上，丝杆旋转驱动排缆机构跟随卷筒的收放，沿导轨往复运动进行排缆。由于链轮或齿轮以及丝杆在传动过程中的传动比是固定的，导致在缆绳直径发生变化时，排缆机构的排缆节距不能随之变化，因此无法适应变径情况下的排缆。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够减小缆绳受外力而摆动对测力结果的影响，防止缆绳进出测力机构处的结构件应力集中或损坏，保证传感器测力包角不会随着缆盘卷径和缆绳直径的变化而改变，提高了测量精度，且可以使缆绳具有足够大的空间保证缆绳的弯曲半径，延长了使用寿命，满足缆绳直径变化时排缆的要求的变径测力排缆机构。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的一种变径测力排缆机构，它包括绞车缆盘、收缆减速电机、缆盘左支架、缆盘右支架和排缆单元，收缆减速电机安装在缆盘左支架上，收缆减速电机的输出轴与绞车缆盘连接，绞车缆盘可转动地连接在缆盘左支架和缆盘右支架之间，其中，该变径测力排缆机构还包括由排缆单元进行驱动实现往复运动的变径测力单元，变径测力单元包括测力组件、能够相对测力组件移动的夹紧组件以及防止缆绳摆动的缆绳限位组件，缆绳限位组件与排缆单元连接，测力组件与缆绳限位组件可转动连接，夹紧组件与测力组件连接。

本发明所述的一种变径测力排缆机构，其中，排缆单元包括排缆电机、排缆支架、排缆导轨、排缆滑块和移动平台，排缆导轨连接在排缆支架上，排缆支架连接在地面上，排缆电机连接在排缆支架上，排缆滑块与排缆导轨滑动连接，排缆电机的输出轴与排缆丝杆连接，排缆滑块连接在移动平台下方，排缆丝杆上的丝杆螺母连接在移动平台下方，缆绳限位组件与移动平台连接。

本发明所述的一种变径测力排缆机构，其中，测力组件包括摆动底座、测力导轮以及两个压紧导轮，测力导轮和两个压紧导轮均安装在摆动底座上，测力导轮位于两个压紧导轮之间，摆动底座与缆绳限位组件可转动连接。

本发明所述的一种变径测力排缆机构，其中，夹紧组件包括变径电机、夹紧丝杆、夹紧滑块、夹紧导轮、夹紧导轨、移动支架和固定支架，变径电机与测力组件连接，夹紧丝杆与变径电机的输出轴连接，夹紧导轮有两个且分别连接在移动支架的两侧，夹紧滑块与移动支架连接，夹紧导轨连接在固定支架上，夹紧滑块与夹紧导轨滑动连接，固定支架与变径电机连接，夹紧丝杆上的丝杆螺母连接在移动支架上。

本发明所述的一种变径测力排缆机构，其中，缆绳限位组件包括提升导轮组和入缆限位导轮组，提升导轮组包括一对提升水平导轮，一对提升水平导轮与测力组件连接，入缆限位导轮组由一对水平导轮和一对竖直导轮组成，一对水平导轮和一对竖直导轮安装在排缆单元上，一对水平导轮和一对竖直导轮的排列形状呈“井”字形，测力组件与其中一个水平导轮可转动连接。

采用以上结构后，与现有技术相比，本发明一种变径测力排缆机构具有以下优点：

1、本发明中的测力组件位置与缆盘卷径变化随动，克服了收放时缆绳上盘角度变化造成的缆绳张力测量误差，并且通过入缆限位导轮组的限制，减小了缆绳受外力而摆动对测力结果的影响，防止缆绳进出测力组件处的结构件应力集中或损坏，保证缆绳进入测力组件前后的摆动都不影响缆绳与测力导轮之间的相对位置关系，即测力导轮14上的测力包角保持固定不变。

2、本发明中的测力组件与绞车缆盘相对位置没有固定，测力组件位置与缆盘卷径变化随动，因此可以使缆绳具有足够大的空间保证缆绳的弯曲半径，延长了使用寿命。

3、当缆绳直径变化后，通过夹紧组件改变夹紧导轮与压紧导轮之间的间距，保证传感器测力包角不会随着缆盘直径的变化而改变，提高了测量精度，满足了缆绳直径变化时排缆的要求。

4、本发明将变径测力单元与排缆单元集成，显著缩小了排缆机构的体积、重量，具有较高的结构强度，满足大张力下测力及排缆要求。

附图说明：

图1为现有技术绞车中的测力装置采用的三轮组结构示意图；

图2为现有技术绞车方案的主视结构示意图；

图3为现有技术绞车方案的俯视结构示意图；

图4为图1和图2中测力机构主视结构示意图；

图5为图1和图2中测力机构俯视结构示意图；

图6为本发明一种变径测力排缆机构的主视结构示意图；

图7为本发明一种变径测力排缆机构的俯视结构示意图；

图8为本发明中变径测力单元的俯视放大结构示意图；

图9为本发明中排缆单元和变径测力单元连接在一起时的主视放大结构示意图；

图10为变径测力单元中夹紧组件的主视放大局部剖视结构示意图；

图11为本发明一种变径测力排缆机构的工作原理示意图；

图12为本发明变径测力原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种变径测力排缆机构作进一步说明：

如图6、图7和图9所示，本发明一种变径测力排缆机构包括绞车缆盘1、收缆减速电机2、缆盘左支架3、缆盘右支架4、排缆单元和变径测力单元。收缆减速电机2安装在缆盘左支架3上，收揽减速电机2的输出轴与绞车缆盘1连接，绞车缆盘1通过轴承可转动地连接在缆盘左支架3和缆盘右支架4之间。排缆单元包括排缆电机8、排缆支架5、排缆导轨16、排缆滑块17和移动平台11，排缆导轨16通过螺钉固定在排缆支架5上，排缆支架5通过螺钉固定在地面上，排缆电机8通过法兰用螺钉固定在排缆支架5上，排缆滑块17与排缆导轨16滑动连接，排缆丝杆18通过键与排缆电机8的空心输出轴连接，排缆滑块17通过螺钉固定在移动平台11下方，排缆丝杆18上的丝杆螺母(图中未示出)通过螺钉固定在移动平台11下方。排缆电机8驱动排缆丝杠18上的丝杆螺母带动移动平台11和排缆滑块17在排缆导轨16上做往复滑动。

如图6、图7、图8、图9和图10所示，本发明一种变径测力排缆机构中的变径测力单元由测力组件、夹紧组件和缆绳限位组件组成。

测力组件包括摆动底座12、测力导轮14以及两个压紧导轮15，测力导轮14和两个压紧导轮15均安装在摆动底座12上，测力导轮14位于两个压紧导轮15之间，测力传感器(图中未示出)设置在测力导轮14上。

夹紧组件包括变径电机7、夹紧丝杆19、夹紧滑块20、夹紧导轮21、夹紧导轨22、移动支架23和固定支架24。变径电机7底部通过螺钉固定在摆动底座12上，夹紧丝杆19通过键与变径电机7的空心输出轴连接，夹紧导轮21有两个，两个夹紧导轮21的轮轴通过螺钉分别固定在移动支架23的两侧，两个夹紧导轮21均可以自由旋转。移动支架23通过螺钉固定在夹紧滑块20上，夹紧导轨22通过螺钉固定在固定支架24上，夹紧滑块20与夹紧导轨22滑动连接，即夹紧滑块20可沿着夹紧导轨22往复滑动，固定支架24通过螺钉与变径电机7的法兰连接。夹紧丝杆19上的丝杆螺母(图中未示出)通过螺钉固定在移动支架23上，工作时，变径电机7驱动夹紧丝杆19旋转，从而推动夹紧滑块20和移动支架23沿着夹紧导轨22往复滑动。

缆绳限位组件包括提升导轮组和入缆限位导轮组，提升导轮组和入缆限位导轮组分别位于移动支架23两侧，提升导轮组13的结构只包括一对提升水平导轮13，一对提升水平导轮13通过螺钉与摆动底座12连接。入缆限位导轮组由一对水平导轮10和一对竖直导轮9组成，一对水平导轮10和一对竖直导轮9分别安装在移动平台11上，一对水平导轮10中的其中一个用来作为转轴使用，摆动底座12与作为转轴使用的水平导轮10可转动连接。一对水平导轮10和一对竖直导轮9排列形状呈“井”字形。收揽时，缆绳由“井”字形入缆限位导轮组进入，并穿过夹紧组件和测力组件，以及提升导轮组，最后卷绕到绞车缆盘1上。提升导轮组的作用有两个，其一是出缆限位，其二是当缆盘卷径变化时，提升导轮组可以跟随缆绳6上下带动摆动底座12沿一对水平导轮10的转轴轴线上下摆动。

如图11所示，本发明一种变径测力排缆机构的工作原理是：

绞车工作时，收缆减速电机2驱动绞车缆盘1旋转，进行缆绳6的收放动作即收缆或放缆，并且为了保证缆绳6在绞车缆盘1上有序排放，排缆单元需要根据收缆、放缆的实际状态进行相应的往复运动，排缆单元中的排缆电机8通过驱动移动平台11进而带动变径测力单元往复运动进行排缆。

随着绞车收放，绞车缆盘1上卷径发生变化，缆绳6通过提升导轮组带动摆动底座12及其上面安装的夹紧组件和测力组件沿转轴即水平导轮10在竖直面上下摆动。如果受到海洋波浪等外界因素影响缆绳6摆动，由一对水平导轮10和一对竖直导轮9组成的入缆限位导轮组会将缆绳6限制在水平导轮10和竖直导轮9形成的“井”字形范围之内。这样，在缆绳6进入测力组件前后的摆动，都不影响缆绳6与测力导轮14之间的相对位置关系，即测力导轮14上的测力包角保持固定。因此，通过根据测力包角的大小及测力传感器传回的信号计算即可比较准确地得到缆绳6上实际张力。

当缆绳6的直径变化后，通过变径电机7驱动夹紧组件运动来改变夹紧导轮21与压紧导轮15之间的间距，使不同直径的缆绳6能顺利通过，同时又以适当的力夹紧缆绳6，使其不能自由摆动。由于发生位置改变的是夹紧组件，测力导轮14与压紧导轮15之间的相对位置不变。所以缆绳6直径改变前后，测力传感器测力包角α＝β，如图8和图12所示，即不论缆绳6如何变化，测力传感器测力包角始终相等，不会影响根据测力包角及测力传感器信号计算得到的缆绳实际张力。

另外，随着缆绳6直径变化，排缆电机8的转速随之发生改变，使排缆单元和变径测力单元的运动速度发生改变，即当缆绳6较细时，排缆单元运动速度较慢，当缆绳6较粗时，运动速度变快，保证绞车缆盘1旋转一圈，排缆单元的行程与缆绳6直径相适应。变径电机7根据预先设定的缆绳6长度值来控制夹紧导轮21来回移动。本发明在收放缆绳6时能够准确测量缆绳6的长度，当到达缆绳6变径点处，电控系统能够发出指令驱动变径电机7进行相应动作。

以上仅是本发明的最优实施方案，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对于本技术领域的普通技术人员应当能够理解及实现，对于按照本发明的技术原理、结构进行适当的修改或材料的替换，应该视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种变径测力排缆机构，它包括绞车缆盘(1)、收缆减速电机(2)、缆盘左支架(3)、缆盘右支架(4)和排缆单元，所述收缆减速电机(2)安装在缆盘左支架(3)上，所述收缆减速电机(2)的输出轴与绞车缆盘(1)连接，所述绞车缆盘(1)可转动地连接在缆盘左支架(3)和缆盘右支架(4)之间，其特征在于：该变径测力排缆机构还包括由排缆单元进行驱动实现往复运动的变径测力单元，所述变径测力单元包括测力组件、能够相对测力组件移动的夹紧组件以及防止缆绳(6)摆动的缆绳限位组件，所述缆绳限位组件与排缆单元连接，所述测力组件与缆绳限位组件可转动连接，所述夹紧组件与测力组件连接。

2.根据权利要求1所述的一种变径测力排缆机构，其特征在于：所述排缆单元包括排缆电机(8)、排缆支架(5)、排缆导轨(16)、排缆滑块(17)和移动平台(11)，所述排缆导轨(16)连接在排缆支架(5)上，所述排缆支架(5)连接在地面上，所述排缆电机(8)连接在排缆支架(5)上，所述排缆滑块(17)与排缆导轨(16)滑动连接，所述排缆电机(8)的输出轴与排缆丝杆(18)连接，排缆滑块(17)连接在移动平台(11)下方，排缆丝杆(18)上的丝杆螺母连接在移动平台(11)下方，所述缆绳限位组件与移动平台(11)连接。

3.根据权利要求1所述的一种变径测力排缆机构，其特征在于：测力组件包括摆动底座(12)、测力导轮(14)以及两个压紧导轮(15)，所述测力导轮(14)和两个压紧导轮(15)均安装在摆动底座(12)上，测力导轮(14)位于两个压紧导轮(15)之间，所述摆动底座(12)与缆绳限位组件可转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种变径测力排缆机构，其特征在于：所述夹紧组件包括变径电机(7)、夹紧丝杆(19)、夹紧滑块(20)、夹紧导轮(21)、夹紧导轨(22)、移动支架(23)和固定支架(24)，所述变径电机(7)与测力组件连接，所述夹紧丝杆(19)与变径电机(7)的输出轴连接，所述夹紧导轮(21)有两个且分别连接在移动支架(23)的两侧，所述夹紧滑块(20)与移动支架(23)连接，所述夹紧导轨(22)连接在固定支架(24)上，所述夹紧滑块(20)与夹紧导轨(22)滑动连接，固定支架(24)与变径电机(7)连接，所述夹紧丝杆(19)上的丝杆螺母连接在移动支架(23)上。

5.根据权利要求1所述的一种变径测力排缆机构，其特征在于：所述缆绳限位组件包括提升导轮组和入缆限位导轮组，所述提升导轮组包括一对提升水平导轮(13)，一对提升水平导轮(13)与测力组件连接，所述入缆限位导轮组由一对水平导轮(10)和一对竖直导轮(9)组成，一对水平导轮(10)和一对竖直导轮(9)安装在排缆单元上，一对水平导轮(10)和一对竖直导轮(9)的排列形状呈“井”字形，所述测力组件与其中一个水平导轮(10)可转动连接。