CN111204671A - 水气界面收放探测仪器的微小型绞车 - Google Patents

Abstract

本发明公开水气界面收放探测仪器的微小型绞车，卷筒组件安装在机架中部，机架上部设有压绳组件，驱动元件置于卷筒组件一端并驱动卷筒组件转动，卷筒组件的另一端将动力传动到排绳机构，排绳机构的下方设有剪切结构，剪切结构安装在机架底部，操控系统安装于机架顶部的电器与通信元件安装盒内；本发明适应无人艇设计的微小型遥控绞车，可以方便有效的搭载、收放探测仪器，不仅解决无人艇收放仪器的基本操作，而且能够扩大无人艇工作范围，提高无人艇工作能力，发挥无人艇长处，解决一些不便人工到达的作业。

Description

水气界面收放探测仪器的微小型绞车

技术领域

本发明属于绞车技术领域，具体涉及一种搭载在无人测量艇上在水气界面收放探测器材的微小型绞车。

背景技术

绞车也叫卷扬机，一般属于大型设备，用于升降或牵引重物，一般由可旋转的卷筒、传动装置、制动器和动力部分组成。动力经过传动装置带动卷筒旋转，缠绕钢丝绳或链条来升降或牵引重物，广泛应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等场所的物料升降或平拖，操作简单、绕绳量大、使用方便。对于起升负荷只有几十公斤的绞车，可称之为微小型绞车。

水气界面是指海洋、湖泊、河流等水体的水面与大气分界面。无人测量艇（以下称为无人艇）用于水气界面，可以方便有效的搭载各种传感、侦察、测量等任务载荷在进行各种作业；可通过搭载并整合水质检测仪，水面安全监察设备，海洋测绘仪等专业仪器，针对性向不同用户提供高效便捷的应用解决方案；可以在海洋、岛礁、浅滩、湖泊、河流等常规测量船舶无法深入的、高危险性水域进行作业。

传统的海洋测量仪器搭载方式，主要是采用各种升降鳍探测装置，作为围井区域内科考设备的载体，升降鳍通过伸出船底的方式，将科考设备送入探测和取样范围。但是这种搭载方式，结构比较笨重，能够送达的深度也较小。水上测量使用的无人艇，一般体积较小，难以搭载这种装置。无人船如果要实现吊放、回收诸如声速剖面仪、水下温度测量仪、多参数水质仪等深水探测仪器，现有升降鳍探测装置安装架是难以满足探测需要的。

无人艇搭载合适的绞车可以实现探测仪器各种深度的吊放、回收。但是普通绞车的尺寸重量太大、结构不够紧凑、自动化程度不够、通讯方式原始，基础结构没有考虑自动化、智能化的配套改进。而无人艇属于现代国际前沿技术，配有先进的控制、通讯平台，置于这种基础配置中的绞车，对应技术显然需要同步跟进；无人艇自身承载能力一般较小，所能接受的绞车总重量一般只有几十公斤，配套的绞车必须微小化。这两方面要求，是传统绞车难以实现的，没有解决这两个问题，把普通的绞车直接搬用到无人艇上也是难以使用的。

无人艇在水面上作业，没有操作人员在艇上，各种操作及情况处理，都无法直接人工进行；无人艇在水面上作业，自身位置、姿态都是变化的，受到作用力，无人艇自身会浮动漂流。“旱鸭子式”的普通绞车，难于适应无人艇作业特点。创设性能、用途匹配的无人艇专用绞车，可以方便无人艇搭载并有利于整合吊装诸如传感、侦察、测量、水质检测仪、海洋测绘仪等专业仪器，针对性提供应用解决方案（如放弃任务设备），不仅解决无人艇收放仪器的基本操作，而且能够扩大无人艇工作范围，提高无人艇工作能力，发挥无人艇长处，解决一些不便人工到达的作业，如岛礁、浅滩等常规测量船舶无法深入的、高危险性水域进行作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搭载在无人测量艇上在水气界面收放探测器材的微小型绞车，本发明绞车具备可遥控操作、无线通信、尺寸微小、重量轻便、水上运作可靠性高等特征。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

水气界面收放探测仪器的微小型绞车，包括机架；

卷筒组件，用于规律排布缆绳按；

压绳机构，用于防止卷筒组件的缆绳松绳；

驱动元件，用于驱动卷筒组件转动收放缆绳；

排绳机构，用于收放缆绳时将缆绳分层均匀排布到卷筒外圆周面上；

剪切结构，用于强行剪切缆绳；

操控系统，用于控制上述各个部件，实现对绞车的作业控制；

所述卷筒组件安装在机架中部，机架上部设有压绳组件，驱动元件置于卷筒组件一端并驱动卷筒组件转动，卷筒组件的另一端将动力传动到排绳机构，排绳机构的下方设有剪切结构，剪切结构安装在机架底部，操控系统安装于机架顶部的电器与通信元件安装盒内。

优选地，所述卷筒组件包括卷筒本体，卷筒本体圆周面上开设绳槽，卷筒本体安装侧面挡板，电机安装筒安装在卷筒本体左端，锥形支撑筒安装在卷筒本体右端。

优选地，压绳机构包括压绳弹簧杆，压绳弹簧杆上套有压绳扭簧，扭簧上部抵触在机架顶部的下表面，簧下部两端分别安装在连接臂的孔内，连接臂的下部装有压绳轮轴，压绳轮套装在压绳轮轴上。

优选地，驱动元件包括减速电机，减速电机的输出轴上装有扭矩限制器，扭矩传感器固定在安装座上，通过扭矩感应片探测实时扭矩，空心轴固连在锥形支撑筒上，空心轴左端与扭矩限制器右端连接，接受扭矩限制器传动，空心轴右端轴颈用于安装轴承以形成卷筒组件的右支撑。

优选地，空心轴轴颈上装有链轮，通过链传动将卷筒组件的转动传递到排绳机构的排绳丝杠，排绳丝杠转动，并受导杆引导，驱动排绳滑架往复直线移动，排绳滑架装有上导绳轮组。

优选地，排绳滑架包括前后导绳组支座、排绳螺母，排绳螺母安装在排绳丝杠上，后部与导杆卡合，前后绳轮组安装在前后导绳组支座上，左右导绳轮组安装在排绳螺母前端，前后绳轮组有两个陶瓷轴承水平布置，左右导绳轮组有多对塑料轮构成。

优选地，剪切结构上方设有下导绳轮组，剪切结构由包括剪切丝杠支座，剪切丝杠支座上的剪切丝杠是一根左右旋转的双螺旋丝杠，连杆机构与剪切丝杠有两个连接处，通过左右旋向的两个螺母分别进行连接，剪切电机驱动剪切丝杠转动，能将连杆机构的左端两根杆件打开或闭合，形成剪切运动，连杆机构的左端两根杆件末端具有剪切刃口，能强行剪切缆绳，设有缆绳护套管，正常作业不剪切缆绳，护套管将缆绳与刃口分开。

优选地，操控系统包括执行模块、主控模块、指挥端模块以及电源模块，所述执行模块组成包括：驱动器、收放线控制模块、过载保护及过载/张力监测，所述主控模块组成包括：北斗通讯模块、故障处理模块、存储模块；所述指挥端模块包括：NAVCOMM导航通讯及天线、用户指挥机、指挥端控制系统，电源模块用于输送各个模块电源。

优选地，集流环通过集流环安装柱固定在机架上，集流环分为集流环静环和动环两部分；无人艇测量仪器悬挂在缆绳最下端，其所用的电缆线，与起吊仪器的缆绳合并在同一铠装护套里，并缠绕装在卷筒组件的圆周面上，从最内圈一端经空心轴内孔引入到集流环动环上；而外部电缆线内集成有测量仪器需用的同样电源线和信号线，上端从电器与通信元件安装盒内引出，另一端连接到集流环静环，从而实现电缆线的转动与静止部分连接。

优选地，机架通过左支撑板与右支撑板，多根连接杆连接成整体，前后设有两块X形加强板，左安装孔用于容纳驱动元件安装筒，右安装孔用于容纳卷筒组件的该端支撑轴承，机架安装孔用于机架与过渡连接板连接安装，连接孔用于固定安装板，两侧撑板均可设多个减重方孔。

基于上述技术特征，本发明具有以下有益效果：

本发明适应无人艇设计的微小型遥控绞车，可以方便有效的搭载、收放探测仪器，不仅解决无人艇收放仪器的基本操作，而且能够扩大无人艇工作范围，提高无人艇工作能力，发挥无人艇长处，解决一些不便人工到达的作业。采用北斗卫星通讯的控制方式，进行人机通讯，遥控（操控+数据传递）实现对绞车的作业控制；整体布局安排为上下结构以减小安装面积；电机、减速机采取内藏结构，收缩到卷筒内部空间；电缆线与收放缆绳合并为一体；采取多项措施减轻绞车重量；采取导绳机构引导缆绳偏摆；配置剪绳机构应对需要放弃任务设备的情况。

附图说明

图1是绞车的立体结构图。

图2是绞车平面结构示意图。

图3是机架结构示意图。

图4是机架侧面结构示意图。

图5是卷筒组件示意图。

图6是卷筒组件与驱动元件安装示意图。

图7是压绳机构结构示意图。

图8是阶梯剖开视图。

图9是排绳机构示意图（D-D向视图）。

图10是排绳滑架结构示意图。

图11是图10排绳滑架右侧的导绳轮机构结构图。

图12是前后导绳轮组结构图。

图13是剪刀结构俯视图。

图14是剪切结构俯视图。

图15是缆绳收放流程图。

图16是操控系统的总体框图。

1.机架；101.左支撑板；102.右支撑板；103.连接杆；104.X形加强板；105.左安装孔；106.右安装孔；107. X形加强板连接件；108.机架安装孔；109.连接孔；110.减重方孔；

2.卷筒组件；201.卷筒本体；202.侧面挡板；203.绳槽；204.电机安装筒；205.锥形支撑筒；

3.驱动元件；301.左安装筒连接件；302.右支撑轴承；303.减速电机；304.大轴承；305.电机安装件；306. 扭矩限制器；307. 扭矩传感器；308.安装座；309. 扭矩感应片；310. 空心轴连接件；311. 筒件连接件；312.空心轴；

4.压绳组件；401. 压绳弹簧杆；402.压绳扭簧；403.连接臂；404.压绳轮轴；405.压绳轮；

5.传动链；

6.排绳机构；601.排绳滑架； 602.排绳丝杠；603.轴承；604.导杆；605.前后导绳组支座；606.前后绳轮组；607.上导绳轮机构；608.支轴；609 .排绳螺母；610.左右导绳轮组；

7.剪绳机构；701.连杆机构 702.剪切丝杠支座；703.剪切丝杠；704.剪切电机；705.剪刀安装板 706.销轴；707.剪刀；709.护套管；

8.集流环；81.集流环静环 82. 集流环动环 83.集流环安装柱；

9.电器与通信元件安装盒；

11.连接过渡板；12.安装板；13. 环形限绳圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1-16所示，该绞车主要构成包含覆盖件、机架、卷筒组件、调速电机、减速器、压绳组件、排绳机构、剪绳机构、集流环、电器与通信元件安装板、扭力传感器等。

水气界面收放探测仪器的微小型绞车，机架1通过连接过渡板11、安装板12连接为一体，连接过渡板11安装在无人艇上，连接过渡板11具体形状可根据船体结构不同而变化设计，具有一定适应性。卷筒组件2安装在机架1上，居于绞车中部，上部设有压绳组件4，用于防止卷筒上缆绳松绳；压绳机构上方设有安装板12，安装板12上表面用于固定电器与通信元件安装盒9，电器与通信元件安装盒9里所装操控系统模块，按照下述操控系统方案进行设计；集流环8是实现电缆线转动与静止连接的常用电气元件，安装在卷筒组件2右端的支撑轴上，用于将随着卷筒组件2转动的电缆连接到从电器与通信元件安装盒引出不转动的电缆对接；卷筒组件2下部安装有排绳机构6，剪绳机构7设在排绳机构6下方，剪绳机构7安装在机架1的底板上。驱动元件3尽可能安装在卷筒组件2内部以减小绞车尺寸，驱动元件3驱动卷筒组件2转动收放缆绳，卷筒组件2的一端装有传动链5，传动链5将转动按适合的比例传动到排绳机构6，使排绳机构6移动速度与卷筒组件2的转速严格对应，保证卷筒组件2每转动一周，排绳机构6移动缆绳的一个直径距离。当放出去的缆绳出现意外牵挂，超过驱动元件3设定的驱动力矩仍然不能收回缆绳，剪绳机构7自行起动，将缆绳剪断。

图3所示，微小型自动绞车机架1，由左支撑板101与右支撑板102，通过多根连接杆103连接成整体，前后两块X形加强板104通过连接件107与机架相连，用于加强机架强度与刚度。左安装孔105用于容纳驱动元件安装筒，右安装孔106用于容纳卷筒组件2的该端支撑轴承。机架安装孔108用于机架与过渡连接板11连接安装，连接孔109用于固定安装板12。图4所示，两侧支撑板均可设多个减重方孔110，作用在于减轻机架重量，具体数量、形状不限于图示样式。

图5和6所示，卷筒组件包括一个卷筒本体201、两个侧面挡板202、多道绳槽203。卷筒本体201为压铸铝合金制成，其圆周面上开设绳槽，用于缆绳按规律排布。卷筒本体201上按需要设有多个连接孔，用于与其它有关件安装连接。侧面挡板202固定在卷筒本体201上，限制缆绳在两端的位置，电机安装筒204通过大轴承304安装在卷筒本体201左端孔内，锥形支撑筒205通过筒件连接件311与卷筒本体201右端紧固。

图7所示，压绳机构4用于防止收放绳时可能出现的松绳现象。由压绳弹簧杆401、压绳扭簧402、连接臂403、压绳轮轴404、压绳轮405组成。压绳扭簧402套装在压绳弹簧杆401上，扭簧402上部抵触在安装板12的下表面，扭簧402下部两端分别安装在连接臂403的孔内，连接臂403的下部装有压绳轮轴404，压绳轮405用尼龙制作，套装在压绳轮轴404上，可以在压绳轮轴404轻松转动。由于扭簧402的作用，压绳轮轴404始终轻压在卷筒上缆绳的外表面。

图6所示，驱动元件安装结构：减速电机303由驱动电机和行星减速器构成，通过右端多根电机安装件305安装在电机安装筒204上，减速电机303的输出轴上装有扭矩限制器306，扭矩限制器306是一种通用的力学元件，其能传递的力矩可以设定，当载荷超过设定值时，能打滑保护电机不过载。扭矩传感器307固定在安装座308上，通过扭矩感应片309探测实时扭矩，当载荷超过设定值时，可以发出异常信号送入到控制系统，经人工远程确认，启动剪切机构7。空心轴连接件310将空心轴312固连在锥形支撑筒205上，空心轴312左端与扭矩限制器306右端连接，接受扭矩限制器306传动。空心轴312右端轴颈用于安装轴承以形成卷筒组件2的右支撑。

收放缆绳时，电机安装筒204、减速电机303本体固定不转，减速电机303输出轴带动扭矩限制器306、空心轴312、锥形支撑筒205、卷筒本体201一起转动，收、放缠绕在卷筒本体201上的缆绳。

图8所示，卷筒组件2与电机安装筒204，通过多个左安装筒连接件301安装在机架1上，卷筒组件2与电机安装筒204之间有大轴承304，卷筒组件2可以在机架1上转动。空心轴312轴颈上装有右支撑轴承302，该轴承固定在机架1的右安装孔106内，使卷筒组件2右端获得支撑，并且能够在机架1上转动。集流环安装柱83将集流环8固定在机架1上，集流环8分为集流环静环81和动环82两部分。无人艇测量仪器悬挂在缆绳最下端，其所用的电缆线（内集成有需用的电源线和信号线），与起吊仪器的缆绳合并在同一铠装护套里，并缠绕装在卷筒组件2的圆周面上，从最内圈一端经空心轴内孔引入到集流环动环82上；而外部电缆线内集成有测量仪器需用的同样电源线和信号线，上端从电器与通信元件安装盒9内引出，另一端连接到集流环静环81，从而实现电缆线的转动与静止部分连接。空心轴312轴颈上装有传动链5，通过传动链5将卷筒组件2的转动传递到排绳丝杠602，排绳丝杠通过轴承603安装在机架1上，排绳丝杠602转动，驱动排绳滑架601往复直线移动，该排绳机构的结构原理与专利公告号CN209740580U，专利名称双螺杆排绳机构的结构原理相同。机架1的底板上装有下导绳轮组支座708，其上安装下导绳轮组709，用于引导缆绳左右偏摆，机架1的底板上还装有剪切电机704，在接受到控制信号时，能驱动剪切机构剪断缆绳。

图9所示，排绳机构6前部设有两组出绳滚轮，滚轮对缆绳形成松紧合适的压力，用于引导出绳，并防止卷筒与排绳机构6之间的松绳。排绳机构用于收放缆绳时将缆绳分层均匀排布到卷筒外圆周面上，排绳滑架601受排绳丝杠602驱动，并受导杆604引导，可在排绳丝杠602上做往复直线移动。排绳滑架601装有上导绳轮组607，用于引导缆绳摆动，排绳机构6的排绳丝杆602与导杆604呈水平布置。

如图10所示，排绳滑架包括前后导绳组支座605、排绳螺母609，排绳螺母609安装在排绳丝杠602上，后部与导杆604卡合。前后绳轮组606安装在前后导绳组支座605上，左右导绳轮组607安装在排绳螺母609前端。上导绳轮组设有前后引导与左右引导两组导轮。前后绳轮组606有两个陶瓷轴承水平布置，其布置方式如图12所示。左右导绳轮组610有多对塑料轮构成，用于限制、引导缆绳左右摆动。

如图13和14所示，剪切结构由连杆机构701、剪切丝杠支座702、剪切丝杠703、剪切电机704.、剪刀安装板705、销轴706等构成。剪切丝杠703是一根左右旋转的双螺旋丝杠，连杆机构701与剪切丝杠703有两个连接处，通过左右旋向的两个螺母分别进行连接。剪切电机704驱动剪切丝杠703转动，能将连杆机构701的左端两根杆件打开或闭合，形成剪切运动。连杆机构701的左端两根杆件末端具有剪切刃口，能强行剪切缆绳。在此位置，设有缆绳护套管709，正常作业不剪切缆绳，护套管709将缆绳LS与刃口分开。

如图15所示，缆绳从卷筒本体上引出下来，经前后导绳轮组606，下降到左右导绳轮组608中间，再下降到下导绳轮组708中间，经过剪切刃口707，从底板穿出，再经过环形限绳圈13，然后与被测量仪器连接（缆绳内有承受仪器重量的承重绳，也有仪器所需的电源及信号线）。

操控系统的总体设计框图图16所示：

对该框图内容说明如下：

执行模块组成包括：驱动器、收放线控制模块、过载保护及过载/张力监测。

驱动器控制电机的起动、停机、转速等；对电机进行各种保护（过载，短路，欠压等）；对外部信号做出反应，通过内部的PID调节,控制伺服电机(位置、速度、扭矩)。

收放线控制模块实现传输线缆在卷筒上收放功能，配合排线器进行卷线的调整，对收放线过程中出现异常进行分析和调整。放线时在力传感器接近为零的情况下调整，收线时在出现负载过大情况下的调整。

制动保护主要用于突然断电后，锁住电机转子轴；防止突然断电，垂直负载由于重力作用会带动电机旋转下滑，从而产生危险。

载荷/张力监测通过力传感器实时监测线缆上的载荷/张力。遭遇载荷突然消失时，根据下放线缆的距离、附近海域海底的水文地理状况作出相应的判断和调整；张力突然增大时，根据浸入海水中线缆的长度、附近海域海底的水文地理状况作出调整方案。

主控模块组成包括：北斗通讯模块、故障处理模块、存储模块。

北斗通讯模块负责和BDS（北斗导航系统）建立有效的定位通信和数据传输报文通讯，艇载信号收发天线，提供通信接口。

故障处理模块的作用是当主控模块出现故障时，系统的自我修复；硬件故障时，辅助的图像远程诊断；负责故障图片采集上传。

存储模块功能包含：存储的扩展，定位通信和数据传输报文通讯的存储，工作数据、日志的存储，图片数据的存储。

测控模块保障控制系统整体功能的完善；保障系统各功能模块有效执行和保证；各类数据的分析与处理。

指挥端模块包含NAVCOMM导航通讯及天线、用户指挥机、指挥端控制系统。

NAVCOMM导航通讯及天线作用是和通信用户机、BDS建立起有效的实时通讯。

用户指挥机完成对定位信号和数据传输进行校验和处理；监视指挥调度等功能，实时将定位及导航信息在数字地图上进行标会与监控，支持历史信息查询、维护及导出功能；、和指挥控制系统进行有效的数据连接。

指挥端控制系统负责和无人艇的数据进行有效的数据连接；对无人艇的工作状况进行实时调节和处理；各类数据进行进一步的分析与处理。

为适用无人艇功能特点，尺寸与重量较小，本发明不同于普通绞车，采取的整体布局措施包括多个方面：主要构件安排为上下结构以减小安装面积；电机、减速机采取内藏结构，收缩到卷筒内部空间；电缆线与收放缆绳合并为一体，电缆线兼作收放缆绳；采取导绳机构引导缆绳偏摆；配置剪绳机构应对需要放弃任务设备的情况；采取多项措施减轻绞车重量，所有构件均采用轻质防腐材料等。

因为用于水面上作业，为了防水，绞车整体被包裹在以各壳体内，该壳体称为覆盖件。由玻璃钢或碳纤维材料制作，接缝、孔眼处均有防腐蚀胶填堵或设计为漏斗结构。

机架通过连接板安装在船体上，连接板可根据船体结构不同而变化设计，具有一定适应性。卷筒组件安装在机架上，居于绞车中部，由无刷直流电机经行星减速器驱动转动收、放缠绕在其圆周面上的缆绳。电机和行星减速器安装在卷筒内部的空腔里，以减小绞车尺寸，具体结构参见附图以及详细的实施方式说明。卷筒上开设绳槽，绳槽参与承载,能够改变卷筒应力分布规律,减小筒壁应力。卷筒上部设有压绳组件，用于防止卷筒上回绳，压绳组件固定在从支架引出的横梁上，横梁既可以给压绳组件提供安装位置也可以连接两个支架加强支架的刚度；压绳组件上方设有安装板（装在机架上），用于固定电器与通信元件等电子器件；卷筒下部安排排绳机构，排绳机构前部设有两组出绳滚轮，滚轮对缆绳形成松紧合适的压力，用于引导出绳，并防止卷筒与排绳机构之间的松绳。

行星减速器输出轴上装有一个扭矩限制器（一种通用的力学元件），扭矩限制器与卷筒内部的锥形支撑筒通过螺钉连接。锥形支撑筒作为电机与卷筒的桥梁，来传递扭矩，带动卷筒工作。同时锥形支撑筒另一侧装有一根空心轴，轴上链轮还装有齿轮，空心轴穿过支架然后固定一个集流环。集流环的止动端与支架连接。

卷筒与排绳机构通过链轮传递动力，链轮传动比为1：1，丝杠导程与缆绳线径相等（根据实际经验，略有微量增加），保证排绳机构与卷筒的同步排绳。丝杠轴用两个角陶瓷接触球轴承，轻便防腐，导杆直接固定，无需轴承。

排绳机构采取双螺杆排绳机构（该机构专利公告号CN209740580U，专利名称双螺杆排绳机构已经公开和披露），排绳机构使用两个单向螺杆，动力通过滚筒经齿轮传递给两螺杆，两个单向螺杆贯穿滑架光孔与滑架滑动配合。滑架内设有换向螺牙滑块，螺牙滑块与轮架滑动配合，通过凸轮机构使螺牙滑块滑动与两个螺杆之一啮合，实现换向。为保证换向可靠，设计了瞬动换向机构，以保证收放缆绳时滑架左右可靠移动。

不同于陆地上绞车工况，水上收放缆绳，会受到水流冲击，特别是无人艇自身在水面上位置也不是固定的，导致收放缆绳过程中，缆绳可能出现较大的偏摆。本发明采取了两组导绳机构引导缆绳偏摆，分别放置在排绳机构及机架底板附近。

无人艇经常在远离操作者的区域工作，当出现各种意外情况时，操作者往往难于到艇上进行人为干涉。为避免更大损失，本绞车设置剪断机构，剪断机构设在排绳机构下方，安装机架的底板上，用于出现特别情况，缆绳与仪器难以收回时，剪断缆绳、放弃任务设备（探测仪器）。

所有零件的制造材料均具有轻质、高强度且抗腐蚀性。如覆盖件为玻璃钢或碳纤维材料制作的防腐蚀密闭结构，机架采取氧化处理的铝合金，电器件均密封防水，轴承为陶瓷材料，缆绳采取凯芙拉铠装多股电缆。其它件尽可能用塑料制作，必须用金属制造时，尽可能采用铝合金或钛合金。

探测仪器需要用到电源线和信号线（合称电缆），特别是需要连接信号线,因为限于电源功率，仪器自身很难在水底通过无限信号发射各种探测数据。探测仪器悬挂在绞车缆绳末端进入水体，电缆需要与悬挂缆绳同进退。本发明将两者合并为一体，采取铠装多股电缆，内设承重缆线（合称缆绳）。该缆绳在卷筒以上至电器元件安装盒之间为静态连接，而在卷筒圆周面及收放路程中均为可运动形式，因此安装了集流环，相当于一个接线旋转接头，连接这两部份缆绳。

本发明适用于一般无人艇收放探测仪器的绞车，具备可遥控操作、无线通信、尺寸微小、重量轻便、水上运作可靠性高等特征。本发明具体功能和优点如下：

1.配置远程操控系统功能

包括：电机控制系统、载荷/张力监测系统、过载报警/保护系统、卫星通讯系统等内容，实现无人艇和陆地（或母船）间的远程实时控制，实现对绞车的工作过程参数进行测量、控制和调整等。其中，载荷/张力的监测实时性能、遥控操作、远程通信系统等功能，是该绞车控制系统基本功能。

2.实现结构的微小化特征

本发明的水气界面的绞车，能够承受探测仪器产生的大约几十公斤力载荷（包括水下测量设备及线缆的重量），在各种防腐、水下暗礁、风浪、洋流、意外情况下，保证机电构件、执行性能不会受到影响。无人艇空间狭小，本发明的绞车结构可以胜任，绞车的尺寸大致在几百毫米见方的区域内。

3.绞车配置的轻量化

对于使用电池供能的无人艇，对负载大小比较敏感，即便是燃油无人艇，负载大了，其船体姿态、航行轨迹也受到较大影响，本发明的绞车轻便，绞车的各零部件，尤其是大件，结构均优化减重，所选材质比强度（专业术语，指强度与重量比）高且防腐。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于，包括机架；

卷筒组件，用于规律排布缆绳按；

压绳机构，用于防止卷筒组件的缆绳松绳；

驱动元件，用于驱动卷筒组件转动收放缆绳；

排绳机构，用于收放缆绳时将缆绳分层均匀排布到卷筒外圆周面上；

剪切结构，用于强行剪切缆绳；

操控系统，用于控制上述各个部件，实现对绞车的作业控制；

所述卷筒组件安装在机架中部，机架上部设有压绳组件，驱动元件置于卷筒组件一端并驱动卷筒组件转动，卷筒组件的另一端将动力传动到排绳机构，排绳机构的下方设有剪切结构，剪切结构安装在机架底部，操控系统安装于机架顶部的电器与通信元件安装盒内。

2.根据权利要求1所述的水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于：所述卷筒组件包括卷筒本体，卷筒本体圆周面上开设绳槽，卷筒本体安装侧面挡板，电机安装筒安装在卷筒本体左端，锥形支撑筒安装在卷筒本体右端。

3.根据权利要求1或2所述的水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于：压绳机构包括压绳弹簧杆，压绳弹簧杆上套有压绳扭簧，扭簧上部抵触在机架顶部的下表面，扭簧下部两端分别安装在连接臂的孔内，连接臂的下部装有压绳轮轴，压绳轮套装在压绳轮轴上。

4.根据权利要求1或2所述的水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于：驱动元件包括减速电机，减速电机的输出轴上装有扭矩限制器，扭矩传感器固定在安装座308上，通过扭矩感应片探测实时扭矩，空心轴固连在锥形支撑筒上，空心轴左端与扭矩限制器右端连接，接受扭矩限制器传动，空心轴右端轴颈用于安装轴承以形成卷筒组件的右支撑。

5.根据权利要求4所述的水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于：空心轴312轴颈上装有链轮，通过链传动将卷筒组件的转动传递到排绳机构的排绳丝杠，排绳丝杠转动，并受导杆引导，驱动排绳滑架往复直线移动，排绳滑架装有上导绳轮组。

6.根据权利要求5所述的水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于：排绳滑架包括前后导绳组支座、排绳螺母，排绳螺母安装在排绳丝杠上，后部与导杆卡合，前后绳轮组安装在前后导绳组支座上，左右导绳轮组安装在排绳螺母前端，前后绳轮组有两个陶瓷轴承水平布置，左右导绳轮组有多对塑料轮构成。

7.根据权利要求5或6所述的水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于：剪切结构上方设有下导绳轮组，剪切结构由包括剪切丝杠支座，剪切丝杠支座上的剪切丝杠是一根左右旋转的双螺旋丝杠，连杆机构与剪切丝杠有两个连接处，通过左右旋向的两个螺母分别进行连接，剪切电机驱动剪切丝杠转动，能将连杆机构的左端两根杆件打开或闭合，形成剪切运动，连杆机构的左端两根杆件末端具有剪切刃口，能强行剪切缆绳，设有缆绳护套管，正常作业不剪切缆绳，护套管将缆绳与刃口分开。

8.根据权利要求1所述的水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于：操控系统包括执行模块、主控模块、指挥端模块以及电源模块，所述执行模块组成包括：驱动器、收放线控制模块、过载保护及过载/张力监测，所述主控模块组成包括：北斗通讯模块、故障处理模块、存储模块；所述指挥端模块包括：NAVCOMM导航通讯及天线、用户指挥机、指挥端控制系统，电源模块用于输送各个模块电源。

9.根据权利要求1所述的水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于：集流环通过集流环安装柱固定在机架上，集流环分为集流环静环和动环两部分；无人艇测量仪器悬挂在缆绳最下端，其所用的电缆线，与起吊仪器的缆绳合并在同一铠装护套里，并缠绕装在卷筒组件的圆周面上，从最内圈一端经空心轴内孔引入到集流环动环上；而外部电缆线内集成有测量仪器需用的同样电源线和信号线，上端从电器与通信元件安装盒内引出，另一端连接到集流环静环，从而实现电缆线的转动与静止部分连接。

10.根据权利要求1所述的水气界面收放探测仪器的微小型绞车，其特征在于：机架通过左支撑板与右支撑板，多根连接杆连接成整体，前后设有两块X形加强板，左安装孔用于容纳驱动元件安装筒，右安装孔用于容纳卷筒组件的该端支撑轴承，机架安装孔用于机架与过渡连接板连接安装，连接孔用于固定安装板，两侧撑板均可设多个减重方孔。

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