CN111114692B - 一种绞车拖缆张力测量驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绞车拖缆张力测量驱动机构，机构包括安装座、销轴式张力传感器、张力测量板、液压马达、卷扬减速机和卷筒轴；安装座和卷筒轴之间设有轴承，轴承两端由轴承内挡圈和轴承外挡圈限制轴线位移；安装座和轴承外挡圈内设置有密封圈；液压马达直接与卷扬减速机对接，卷扬减速机转子与卷筒轴螺栓连接，卷扬减速机定子与张力测量板螺栓连接；销轴式张力传感器的支撑区位于传感器座和安装座的安装孔上，承载区位于张力测量板的受力孔上。本发明根据销轴式传感器所测的张力和结构几何参数推算出拖缆的张力，可实现在卷扬减速机转动和制动情况下均能实时监测拖缆张力的能力，具有结构紧凑、测量稳定和精度高等优点。

Description

一种绞车拖缆张力测量驱动机构
技术领域
本发明涉及一种绞车驱动机构，具体的说是一种具有张力测量功能的水下拖曳系统中的拖缆收放绞车的驱动机构。
背景技术
在水下拖曳系统中，探测拖体有时会出现拖挂渔网或碰撞硬物等情况致使拖缆张力增大，当增大到一定程度时则会对拖曳平台造成致命威胁，如使直升机坠落或高速艇倾覆翻转等。拖缆的张力影响到拖曳平台的安全性和工作性能，拖曳系统需要对拖缆张力进行实时监测，必要时采取绞车放缆、拖曳平台减速等措施释放张力，确保拖曳平台和人员的安全等。因此需要对拖缆的张力进行实时监测，以便采取紧急应对措施。
目前绞车普遍采用的拖缆张力测量方法主要有以下四种：
1、在收放装置的导轮轴上设置销轴式张力传感器，该方法与拖缆在导轮上的包角有关，因此还需另设置拖缆进出导轮的角度传感器，同时该方法还极易受到拖缆抖动的影响，测量数值不稳定。
2、在绞车出缆处设置张力测量装置，张力测量装置主要采用三点测量法，该方法使得拖缆过测量轮时容易卡滞，拖缆完全半径较小，容易损坏，并且在低张力时误差较大。
3、在驱动装置与卷筒之间设置扭矩传感器，该方法测量比较准确，稳定，但是若采用外置机构则轴向尺寸较大，采用内置结构则维护使用不方便。
4、在驱动装置输入端，即高速端设置张力监测机构，通常采用监测驱动马达的进出口压力来推算马达输出扭矩进而推算出拖缆的张力，该方法简单，结构紧凑，但是由于经过减速机进行减速增力将张力放大，加上马达自身容积效率的影响，因此测量误差较大，并且在制动时难以测量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种绞车拖缆张力测量驱动机构，能够作为绞车的动力驱动机构，同时具有实时监测拖缆张力的能力。
一种绞车拖缆张力测量驱动机构，机构包括安装座、销轴式张力传感器、张力测量板、液压马达、卷扬减速机和卷筒轴；所述安装座和卷筒轴之间设置有轴承，轴承两端由轴承内挡圈和轴承外挡圈限制轴线位移；所述液压马达与卷扬减速机对接，卷扬减速机的转子与卷筒轴固定连接，卷扬减速机的定子与张力测量板固定连接；所述销轴式张力传感器两端的支撑区位于分别位于传感器座和安装座的安装孔上，中间的承载区位于张力测量板的受力孔上，所述销轴式张力传感器测得张力测量板受到的扭矩，通过几何关系计算拖缆张力。
卷筒轴的径向力和轴向力通过轴承传递到安装座上，扭矩通过卷扬减速机、张力测量板、销轴式张力传感器和传感器座传递到安装座上，张力测量板只受到纯扭矩的作用，该扭矩作用到销轴式张力传感器时转变为单方向的压力，通过销轴式张力传感器测出该压力，并根据卷扬减速机的作用扭矩和反作用扭矩相等的原理，就可以根据结构几何关系推算出拖缆的张力。
进一步地，所述张力测量板上方周向均布设置有螺栓的安装孔，下方设置有销轴式张力传感器的受力孔，所述受力孔为异型孔，左右宽度方向与销轴式张力传感器的直径相同，上下长度方向大于销轴式张力传感器的直径；所述受力孔限制销轴式张力传感器左右移动，使销轴式张力传感器在受力孔内仅能上下滑动。
进一步地，所述拖缆张力的计算过程如下：
拖缆张力为T，拖缆所在层数的缠绕中心半径为R，则拖缆对卷扬减速机的转矩M1为：
M1＝TxR
销轴式张力传感器所受的压力为F，销轴式张力传感器到卷扬减速机轴线的距离为D，则卷扬减速机受到的反作用扭矩M2为：
M1＝FxD
根据作用扭矩与反作用扭矩相等，则有：
M1＝M2
由此可得：
T＝FxD/R。
进一步地，所述安装座上对应轴承的位置设有压注油杯。
有益效果：
1、本发明通过测量卷扬减速机的定子反作用力的原理实现绞车拖缆张力测量，不受拖缆抖动和输入端制动的影响，并且不受到大减速机机械效率和马达容积效率的影响，因此具有结构紧凑、精度高、稳定性好等优点。
2、本发明的张力测量板下方设置有销轴式张力传感器的受力孔，受力孔为异型孔，左右宽度方向与销轴式张力传感器的直径相当，上下长度方向大于销轴式张力传感器的直径，由此销轴式张力传感器只受到水平方向的作用力，受力方向及种类单一，测量准确。
附图说明
图1为本发明绞车拖缆张力测量驱动机构的整体结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为张力测量板结构图；
图4张力测量原理图。
图中：1-安装座，2-传感器座，3-螺栓Ⅰ，4-销轴式张力传感器，5-螺栓Ⅱ，6-卡板，7-张力测量板，8-螺栓Ⅲ，9-液压马达，10-卷扬减速机，11-螺栓Ⅳ，12-螺栓Ⅴ，13-轴承内挡圈，14-密封圈Ⅰ，15-卷筒轴，16-轴承，17-压注油杯，18-密封圈Ⅱ，19-轴承外挡圈，20-螺栓Ⅵ。
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。
参见附图1和2，本发明提供了一种绞车拖缆张力测量驱动机构，液压马达9的输出轴直接与卷扬减速机10的输入端连接，卷扬减速机10的转子通过螺栓Ⅳ11与卷筒轴15连接，卷扬减速机10的定子通过螺栓Ⅲ8与张力测量板7连接。安装座1与卷筒轴15之间设置有轴承16，轴承16通过轴承内挡圈13和轴承外挡圈19轴向固定于安装座1和卷筒轴15之间，轴承16内圈随卷筒轴15一起转动，外圈随安装座1一起固定不动。轴承内挡圈13通过螺栓Ⅴ12固定于卷筒轴15端面上，轴承外挡圈19通过螺栓Ⅵ20固定于安装座1上。安装座1内设置有密封圈Ⅰ14，轴承外挡圈19内设置有密封圈Ⅱ18，安装座1的轴承16上方设置有压注油杯17。传感器座2通过螺栓Ⅰ3固定于安装座1上，销轴式张力传感器4两端的支撑区分别位于传感器座2和安装座1的安装孔上，承载区位于张力测量板7的受力孔上，销轴式张力传感器4由卡板6通过螺栓Ⅱ5固定于传感器座2上。
参见附图3，张力测量板7中，上方周向均布设置有螺栓Ⅲ8的安装孔702，下方设置有销轴式张力传感器4的受力孔701，孔701为异型孔，左右宽度方向与销轴式张力传感器4的直径相当，上下长度方向大于销轴式张力传感器4的直径，由此销轴式张力传感器4只受到水平方向的作用力，受力方向及种类单一，测量准确。
参见附图4，拖缆张力为T，拖缆所在层数的缠绕中心半径为R，则拖缆对卷扬减速机10的转矩M1为：
M1＝TxR
销轴式张力传感器4所受的压力为F，销轴式张力传感器4到卷扬减速机10轴线的距离为D，则卷扬减速机10受到的反作用扭矩M2为：
M1＝FxD
根据作用扭矩与反作用扭矩相等，则有：
M1＝M2
由此可得：
T＝FxD/R
因此通过销轴式张力传感器4测得的力F便可计算出拖缆的张力T。
工作原理
本发明在使用时作为拖缆绞车的驱动机构，安装于绞车卷筒一端的卷筒轴上，安装座1安装于绞车支架上，绞车另一端通过另布置的轴承及轴承轴承座等安装于绞车支架上，因此绞车卷筒的驱动力和制动力由本发明提供，并可绕本发明和另一端另设置的轴承及轴承座等旋转实现拖缆的布放、回收和储存。
本发明由液压马达9通过卷扬减速机10减速增力后驱动卷筒轴15旋转。轴承内挡圈13和轴承外挡圈19将轴承固定于卷筒轴15和安装座1之间，当安装座1固定于绞车机架上时，由于轴承16的作用，卷筒轴15的轴向位移和径向位移为零，卷筒轴15仅能产生旋转运动，因此卷筒轴15的轴向力和径向力通过轴承16传递到安装座1上，拖缆作用于卷筒上对卷筒轴15形成的转矩通过张力测试板5、销轴式张力传感器4和传感器座2传递到安装座1上，根据卷扬减速机10的作用扭矩与反作用扭矩相等，通过销轴式张力传感器4测得的压力以及该机构的几何结构关系可计算出拖缆的张力。
密封圈Ⅰ14和密封圈Ⅱ18用来密封轴承16，一方面防止轴承16的润滑外漏，另一方面防止外界烟雾、水等进入到轴承16内导致锈蚀等损坏。安装座1上对应轴承16的位置设有压注油杯17，压注油杯17用来给轴承16注入润滑油脂。
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 (3)

1.一种绞车拖缆张力测量驱动机构，其特征在于，所述机构包括安装座、销轴式张力传感器、张力测量板、液压马达、卷扬减速机和卷筒轴；所述安装座和卷筒轴之间设置有轴承，轴承两端由轴承内挡圈和轴承外挡圈限制轴线位移；所述液压马达与卷扬减速机对接，卷扬减速机的转子与卷筒轴固定连接，卷扬减速机的定子与张力测量板固定连接；所述销轴式张力传感器两端的支撑区位于分别位于传感器座和安装座的安装孔上，中间的承载区位于张力测量板的受力孔上，所述销轴式张力传感器测得张力测量板受到的扭矩，通过几何关系计算拖缆张力；
所述张力测量板上方周向均布设置有螺栓的安装孔，下方设置有销轴式张力传感器的受力孔，所述受力孔为异型孔，左右宽度方向与销轴式张力传感器的直径相同，上下长度方向大于销轴式张力传感器的直径；所述受力孔限制销轴式张力传感器左右移动，使销轴式张力传感器在受力孔内仅能上下滑动。
2.如权利要求1所述的绞车拖缆张力测量驱动机构，其特征在于，所述拖缆张力的计算过程如下：
拖缆张力为T，拖缆所在层数的缠绕中心半径为R，则拖缆对卷扬减速机的转矩M1为：
M1＝TxR
销轴式张力传感器所受的压力为F，销轴式张力传感器到卷扬减速机轴线的距离为D，则卷扬减速机受到的反作用扭矩M2为：
M2＝FxD
根据作用扭矩与反作用扭矩相等，则有：
M1＝M2
由此可得：
T＝FxD/R。
3.如权利要求1所述的绞车拖缆张力测量驱动机构，其特征在于，所述安装座上对应轴承的位置设有压注油杯。
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