CN110790167A - 科考船被动补偿绞车系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种科考船被动补偿绞车系统及其使用方法，该系统主要包括储缆绞车、自动排缆器、缆松弛补偿器、牵引绞车和被动升沉补偿装置，缆绳依次经过上述设备作用后通过A型架连接取样装置；其中，所述储缆绞车以及所述牵引绞车的第一摩擦轮、第二摩擦轮均被设置为由带编码器的变频电机驱动；所述自动排缆器具有限位开关、且被设置为由带编码器的伺服电机驱动。本发明科考船被动补偿绞车系统可用于海洋地质勘探取样、水下机器人投放等深海作业，具有全海深大载荷、适用各种缆绳、水下科考作业定位准、可视化地质取样作业、排缆整齐有序、防止缆绳因疲劳磨损过早失效等优点。

Description

科考船被动补偿绞车系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及科考船绞车系统，具体而言，尤其涉及带被动补偿装置的科考船绞车系统及其使用方法。

背景技术

海洋科学研究需要各种设备，其中科考船作为海洋调查研究的基本载体，是一个国家综合国力的体现。而深海科考船绞车系统用于深海地质取样等仪器的吊放和回收，是远洋科考船的基本配置设备。

为了满足海洋科学研究工作和海洋资源开发利用不断发展的需求,人们研制开发了各种水下作业设备应用于海洋科学考察、海底资源探测和开发,如水下机器人、载人潜水器、取样器等。水下作业设备通过缆绳与母船相连,依靠缆绳从母船获取能源和控制指令。随着水下设备技术的不断进步,有缆水下的作业范围和作业深度不断增大,在深海区域,海面的海况条件非常恶劣,母船受风、浪、涌、流的影响而产生的升沉运动对有缆水下科考仪器影响很大。在水下科考设备的释放与回收过程中,当中继器与科考设备之间的相对运动超过一定幅度时,将造成科考设备与中继器发生激烈碰撞,严重时将导致连接科考设备与中继器的系缆发生断裂而造成设备丢失。提高有缆水下科考设备作业与收放的安全性能,特别是提高水下机器人安全释放与回收的性能已成为走向大洋深处必须解决的问题。

水下机器人收放装置是在海洋环境中进行作业的特种起重机械，海上收放水下机器人作业过程中，受风、浪、涌、流等因素的影响，船舶会呈现横摇、纵摇及升沉等复杂的相对运动，下放中的水下机器人会与上升的船体发生较大的相对位移，即将放落到海床的设备，由于船体的下沉与海床的距离突然减小，造成设备与海底碰撞，大概率会损坏设备。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种被动补偿绞车系统作为船体升沉补偿方式，应用在科考船上，可以很好地防止由于相对运动而产生的缆绳松弛现象，使被吊重物不受母船的升沉运动影响而基本上保持位置不变，这样就可以有效防止以上状况的发生，保障科考作业的安全性。

本发明采用的技术手段如下：

一种科考船被动补偿绞车系统，包括：储缆绞车、自动排缆器、缆松弛补偿器、牵引绞车和被动升沉补偿装置，缆绳依次经过上述设备作用后通过A型架连接取样装置；其中，所述储缆绞车以及所述牵引绞车的第一摩擦轮、第二摩擦轮均被设置为由带编码器的变频电机驱动；所述自动排缆器具有限位开关、且被设置为由带编码器的伺服电机驱动。

进一步地，所述储缆绞车还配有用于可扩展搭载可视化地质取样设备的滑环接口。

进一步地，所述牵引绞车的第一摩擦轮与第二摩擦轮被设置为错位放置。

进一步地，所述被动升沉补偿装置包括活塞张紧器、气液蓄能器、空气瓶组和放气装置；所述活塞张紧器通过管路与气液蓄能器内位于浮动活塞下方的空间连通；所述空气瓶组及放气装置均与所述气液蓄能器内位于浮动活塞上方的空间连通；

所述活塞张紧器包括中心正对设置的上滑轮组和下滑轮组以及设置在所述上滑轮组和下滑轮组之间的液压油缸，所述上滑轮组的中心轴与设置于液压油缸内的活塞连杆固接，所述活塞连杆末端与活塞相连。

进一步地，所述液压油缸底部设置有并联的调速阀和止回阀。

进一步地，所述放气装置为连接于所述液压油缸的放气阀。

本发明还提供了基于上述任意一项所述被动补偿绞车系统的使用方法，包括：

空载时，被动升沉补偿装置克服装置液压油缸内的压力，使内部活塞处于中间冲程，此时缆绳上的张力与液压力平衡，牵引绞车为缆绳提供一个初张力；

船舶随波浪上升运动时，负载由于惯性使缆绳上拉力增大，被动升沉补偿装置内的液压缸被迫压缩，从而释放缆绳，补偿负载位移，使负载保持在原有位置，液压油缸中的液压油被压入蓄能器中，存储能量；反之，当其随波浪下沉运动时，被动升沉补偿装置会进行反向补偿，释放能量，使负载保持在原有位置；

当出现缆绳断裂或负载突然失去的特殊情况时，被动升沉补偿装置内液压缸下部的调速阀控制活塞式蓄能器和液压油缸腔内流体的速度，防止被动升沉补偿装置中活塞突然加速对活塞张紧器或周围设施造成损害。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用变频电机驱动牵引绞车和储缆绞车，自动排缆器有限位开关并与带有编码器的伺服电机相连，从而保证排缆整齐有序。

2、本发明将缆松弛补偿器放置在自动排缆器与牵引绞车之间，防止缆绳因疲劳磨损过早失效。

3、本发明采用被动补偿装置可海洋环境对海上科考作业的影响，提高了水下科考作业定位精度。

4、本发明配备牵引绞车缆槽，可适用于各种缆绳，并配有滑环接口可实现全海深可视化地质取样作业。

5、本发明牵引绞车装有减张力装置，可提高系统的工作载荷，避免“咬绳”、“乱绳”等现象，大大提高了其安全性和可靠性。

基于上述理由，本发明可以在海洋科学领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明被动补偿绞车系统总体布置示意图。

图2为本发明的被动升沉补偿装置的原理图。

其中：1、负载，2、A型架，3、缆绳，4、上滑轮组，5、液压油缸，6、活塞杆，7、活塞，8、止回阀，9、调速阀，10、下滑轮组，11、放气阀，12、空气泄放阀，13、安全阀，14、进气阀，15、气液蓄能器，16、浮动活塞，17、空气瓶组18、导向轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种科考船被动补偿绞车系统，包括：储缆绞车，自动排缆器，缆松弛补偿器，牵引绞车和被动升沉补偿装置装置。缆绳依次经过上述设备作用后通过A型架连接取样装置；其中，所述储缆绞车以及所述牵引绞车的第一摩擦轮、第二摩擦轮均被设置为由带编码器的变频电机驱动；所述自动排缆器具有限位开关、且被设置为由带编码器的伺服电机驱动。

缆松弛补偿器放置在自动排缆器与牵引绞车之间。用于保持牵引绞车与储缆绞车之间缆绳的同步，防止缆绳因疲劳磨损过早失效，并在应急刹车状态下，限制缆绳的反向张力。

牵引绞车与放置长柱型取样器的A型架之间安装被动升沉补偿装置，不同缆径的钢缆、纤维缆、同轴铠装缆、光电复合缆和光纤缆等穿过各个机构，从而实现科考船收放作业。进一步地，所述科考船牵引绞车装有减张力装置，通过采用两个摩擦轮盘错位放置，提升负载时缆绳所受张力可以大幅降低，同时避免“咬绳”、“乱绳”等现象，可以延长缆绳的使用寿命，大大提高了其安全性和可靠性。

储缆绞车还配有用于可扩展搭载可视化地质取样设备的滑环接口，可实现全海深可视化地质取样作业。

如图2所示，被动升沉补偿装置包括活塞张紧器、气液蓄能器、空气瓶组和放气装置；所述活塞张紧器通过管路与气液蓄能器内位于浮动活塞下方的空间连通；所述空气瓶组及放气装置均与所述气液蓄能器内位于浮动活塞上方的空间连通；所述活塞张紧器包括中心正对设置的上滑轮组和下滑轮组以及设置在所述上滑轮组和下滑轮组之间的液压油缸，所述上滑轮组的中心轴与设置于液压油缸内的活塞连杆固接，所述活塞连杆末端与活塞相连。所述液压油缸底部设置有并联的调速阀和止回阀。被动升沉补偿装置随着船舶或平台的升沉进行被动补偿运动，为主要承受补偿的负载部件。

进一步地，所述放气装置为连接于所述液压油缸的放气阀。

本发明还提供了基于上述任意一项所述被动补偿绞车系统的使用方法，包括：

空载时，被动升沉补偿装置克服装置液压油缸5内的压力，使内部活塞7处于中间冲程，此时缆绳3上的张力与液压力平衡，牵引绞车为缆绳提供一个初张力；

船舶随波浪上升运动时，负载1由于惯性使缆绳3上拉力增大，被动升沉补偿装置内的液压缸5被迫压缩，从而释放缆绳，补偿负载1位移，使负载1保持在原有位置，液压油缸5中的液压油被压入蓄能器15中，存储能量；反之，当其随波浪下沉运动时，被动升沉补偿装置会进行反向补偿，释放能量，使负载1保持在原有位置；

当出现缆绳3断裂或负载1突然失去的特殊情况时，被动升沉补偿装置内液压缸下部的调速阀9控制活塞式蓄能器15和液压油缸5腔内流体的速度，防止被动升沉补偿装置中活塞7突然加速对活塞张紧器或周围设施造成损害。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种科考船被动补偿绞车系统，其特征在于，包括：储缆绞车、自动排缆器、缆松弛补偿器、牵引绞车和被动升沉补偿装置，缆绳依次经过上述设备作用后通过A型架连接取样装置；其中，所述储缆绞车以及所述牵引绞车的第一摩擦轮、第二摩擦轮均被设置为由带编码器的变频电机驱动；所述自动排缆器具有限位开关、且被设置为由带编码器的伺服电机驱动。

2.根据权利要求1所述的被动补偿绞车系统，其特征在于，所述储缆绞车还配有用于可扩展搭载可视化地质取样设备的滑环接口。

3.根据权利要求1或2所述的被动补偿绞车系统，其特征在于，所述牵引绞车的第一摩擦轮与第二摩擦轮被设置为错位放置。

4.根据权利要求1所述的被动补偿绞车系统，其特征在于，所述被动升沉补偿装置包括活塞张紧器、气液蓄能器、空气瓶组和放气装置；所述活塞张紧器通过管路与气液蓄能器内位于浮动活塞下方的空间连通；所述空气瓶组及放气装置均与所述气液蓄能器内位于浮动活塞上方的空间连通；

所述活塞张紧器包括中心正对设置的上滑轮组和下滑轮组以及设置在所述上滑轮组和下滑轮组之间的液压油缸，所述上滑轮组的中心轴与设置于液压油缸内的活塞连杆固接，所述活塞连杆末端与活塞相连。

5.根据权利要求4所述的被动补偿绞车系统，其特征在于，所述液压油缸底部设置有并联的调速阀和止回阀。

6.根据权利要4所述的被动补偿绞车系统，其特征在于，所述放气装置为连接于所述液压油缸的放气阀。

7.一种基于权利要求1-7中任意一项所述被动补偿绞车系统的使用方法，其特征在于，包括：

空载时，被动升沉补偿装置克服装置液压油缸内的压力，使内部活塞处于中间冲程，此时缆绳上的张力与液压力平衡，牵引绞车为缆绳提供一个初张力；

船舶随波浪上升运动时，负载由于惯性使缆绳上拉力增大，被动升沉补偿装置内的液压缸被迫压缩，从而释放合成缆，补偿负载位移，使负载保持在原有位置，液压油缸中的液压油被压入蓄能器中，存储能量；反之，当其随波浪下沉运动时，被动升沉补偿装置会进行反向补偿，释放能量，使负载保持在原有位置；

当出现缆绳断裂或负载突然失去的特殊情况时，被动升沉补偿装置内液压缸下部的调速阀控制活塞式蓄能器和液压油缸腔内流体的速度，防止被动升沉补偿装置中活塞突然加速对活塞张紧器或周围设施造成损害。

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