CN112693972A - 一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供乐一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置及方法，可以解决多直径拖曳缆排缆困难的问题；此装置和方法可解决多种直径缆在同一卷筒上混合排列时发生扭曲、交叠、损坏及无法正常收放缆的问题；在容缆量足够的前提下，该方法可以通过调整区间过渡环位置与修改拖曳缆几何参数相关的数据库内容，快速适应不同直径和长度的不同变径拖曳缆收放，属于柔性系统；该方法可设计将缆上含有突变尺寸的硬质接头部分储存于过渡环中(过渡环开对应的凹槽)，从而不影响其他缆的排缆的平整性。

Description

一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置及方法
技术领域
本发明属于拖曳绞车拖曳缆收放工程技术领域，具体涉及一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置及方法。
背景技术
收放拖曳用水下复合缆是海洋工程实施中经常遇到的工作任务，面对固定直径的拖曳缆，通过使用普通卷筒结构，采用链传动驱动双向丝杠或者采用独立电机驱动单向丝杠进行排缆均能较好的完成绞车同步排缆工作，但是对于例如通信缆与充油的水听器缆的组合拖曳缆(水听器阵的缆径一般要明显大于通信缆)，或者缆和电极一体成型的水下电极拖曳缆，其缆的直径会有粗细多个尺寸，此外还有一些缆虽然全缆长度的直径都一致，但中间带有大直径金属转换接头，使用传统的排缆方式就很难获得满意的排缆效果。
造成该结果原因是由于直径不同，拖曳缆的缆径发生变化的位置点缠绕至卷筒后，将导致在该层缆的外表面产生高低不平形状，该情形下如继续进行下一层的排缆必然造成下一层缆在该位置因底层高低不平整而发生大的扭曲，引发排缆重叠，层数越多，该位置的变形会越来越严重，排缆扭曲和挤压约严重，尤其是在重载情况下可能导致拖曳缆损坏和无法顺利收放的后果。
为此，有必要设计一种能对多直径拖曳缆进行合理排缆的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置及方法，可以解决多直径拖曳缆排缆困难的问题。
一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置，包括基础卷筒(2)、分区过渡环、排缆架(5)、丝杠(6)以及伺服组件(7)；
所述基础卷筒(2)安装于绞车机架两侧的轴承座上，其上套装有至少一个分区过渡环，把基础卷筒(2)分成至少2个排缆区间，用于缠绕不同直径的拖曳缆；
所述丝杠(6)安装于绞车机架前端侧板上，中心轴与基础卷筒(2)的中心轴平行；排缆架(5)安装在丝杠(6)上，用于引导拖曳缆，并在伺服组件驱动下可在丝杠(6)上运动。
进一步的，所述分区过渡环的外圆上加工有深度由浅变深连续变化的螺旋槽(11)。
进一步的，所述分区过渡环的内圆上加工一个弧形凹槽，作为嵌块安装槽(12)；内部安装螺纹嵌板(10)，紧定螺钉(9)从分区过渡环外圆进入其内部，顶住螺纹嵌板(10)，由此将分区过渡环压紧在基础卷筒(2)上。
进一步的，还包括控制单元，用于：计算排缆架(5)在各个排缆区间的运动速度，在各个排缆区间往返的次数，拖曳缆在跨越分区过渡环时排缆架(5)所移动的距离；并计算出伺服组件(7)对应的控制参数，由此控制伺服组件(7)动作。
较佳的，所述分区过渡环有2个。
进一步的，绞车机架左侧轴安装用于测量基础卷筒(2)转速和圈数的绝对值式卷筒编码器(1)。
一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置的控制方法，包括：
驱动伺服组件(7)首先控制排缆架(5)在基础卷筒(2)的第一个排缆区间自左向右辅助基础卷筒(2)缠绕第一种直径拖曳缆的第一层，当第一层拖曳缆排满时，随后伺服电机反转，开始第一排缆区间的第二层自右向左排列，完成后开始该排缆区间第三层排缆，随后再次反向……，直至该排缆区间的缆排满；基础卷筒(2)继续收缆，控制排缆架(5)引导拖曳缆进入分区过渡环的螺旋槽(11)中，从而将拖曳缆引入第二排缆区间的最底层位置，开始第二排缆区间往复排缆工作，以此类推，直至完成所有缆的排缆工作。
本发明具有如下有益效果：
1、此方法可解决多种直径缆在同一卷筒上混合排列时发生扭曲、交叠、损坏及无法正常收放缆的问题。
2、在容缆量足够的前提下，该方法可以通过调整区间过渡环位置与修改拖曳缆几何参数相关的数据库内容，快速适应不同直径和长度的不同变径拖曳缆收放，属于柔性系统。
3、该方法可设计将缆上含有突变尺寸的硬质接头部分储存于过渡环中(过渡环开对应的凹槽)，从而不影响其他缆的排缆的平整性。
附图说明
图1是该发明方法对应的示例的结构示意图；
图2是该发明示例卷筒的结构图；
图3是该发明的分区过渡环结构示意图；
图4(a)是该发明示例进行第一段直径缆的排缆工作过程示意图；
图4(b)是该发明示例第一直径缆的排缆工作完成，开始第二直径缆排缆开始的示意图；
图4(c)是该发明示例第二直径缆的在第一区间完成排缆，顺利通过第一个区间过渡环进入第二区间开始排缆的示意图；
图4(d)是该发明示例第二直径缆的在第二区间往复运动进行排缆的示意图；
其中，1-卷筒编码器、2-基础卷筒、3-分区过渡环I、4-分区过渡环II、5-排缆架、6-丝杠、7-伺服组件、8-丝杠螺母、9-紧定螺钉、10-螺纹嵌板、11-螺旋槽、12-嵌块安装槽。
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。
该方法采用预先规划排缆空间的方式分区缠绕拖曳缆的各个不同直径的部分。具体方式是在一个主卷筒上使用位置可调的过渡环结构将卷筒分隔出与拖曳缆缆径变化数对应的区间数，再依据拖曳缆各段缆的缆径和缆长、排缆层数，依据容缆需求计算不同排缆区间在卷筒上的轴向占据长度，据此长度调整并固定过渡环在卷筒轴上的位置，使卷筒各分区长度与容缆量匹配。同时根据各个排缆区间长度、该区间排缆层数、排缆间距计算伺服控制所需的参数值，编制排缆器的伺服系统运动控制程序。
使用过程中伺服控制程序首先控制排缆架在卷筒第一个区间自左向右辅助卷筒缠绕第一种直径缆的第一层，当第一层缆排满时伺服电机也完成相应的单向脉冲工作步数N(N由该区间的卷筒轴向长度决定)，随后伺服电机反转，开始第一区间的第二层自右向左排列，同样完成工作步数N个脉冲数反向，开始该区间第三层排缆，随后再次反向……，直至该区间的缆排满。卷筒继续收缆，伺服控制排缆架引导拖曳缆进入过渡环的螺旋槽中，从而将拖曳缆引入第二区间的最底层位置，开始第二区间往复排缆工作，随后动作与第一区间相同，直至完成所有缆的排缆工作。
实现该方法所对应的排缆结构主要包括：卷筒编码器1、基础卷筒2、分区过渡环、排缆架5、丝杠6、伺服组件7等。其装配关系是：基础卷筒2安装于绞车机架两侧的轴承座上，其左侧轴安装用于测量卷筒转速和圈数的绝对值式卷筒编码器1，基础卷筒2筒体上套装有区间过渡环I3和区间过渡环Ⅱ4,两个过渡环使用螺钉及各自过渡环上的嵌套螺纹板顶紧固定于基础卷筒2外表面上；丝杠6安装于绞车机架前端侧板上。伺服组件7也安装于该侧板上，并使用联轴器与丝杠6连接，丝杠螺母8固定于排缆架5上，从而可以通过伺服组件7驱动排缆架5运动。区间过渡环外圆周上有一条深度由浅变深连续变化的螺旋沟槽11，可以使拖曳缆在其上缠绕时从上一排缆区间的排缆顶层平滑过渡到下一分区的底层排缆位置。
该示例的排缆结构主要组成包括：卷筒编码器1、基础卷筒2、分区过渡环Ⅰ3、分区过渡环Ⅱ4、排缆架5、丝杠6、伺服组件7、丝杠螺母8、紧定螺钉9、螺纹嵌板10、螺旋槽11及嵌板安装槽12。
其装配关系是基础卷筒2安装于绞车机架两侧的轴承座上，其左侧轴安装用于测量卷筒转速和圈数的绝对值式卷筒编码器1，卷筒2筒体上套装有区间过渡环I3和区间过渡环Ⅱ4,两个过渡环使用紧定螺钉9及安装于嵌板安装槽12上的螺纹嵌板10共同作用顶紧固定于卷筒上2，从而将基础卷筒2的储缆空间分割为三部分，各部分长度依次为L1、L2和L3。
丝杠6安装于绞车机架前端侧板上。伺服组件7也安装于该侧板上，并使用联轴器与丝杠6连接，丝杠螺母8固定于排缆架5上，从而可以通过伺服组件7驱动排缆架5运动。
过渡环3和4上设置有一条深度连续变化的螺旋沟槽11，通过它可以使拖曳缆从上一排缆区间的顶层平滑过渡到下一分区的底层排缆位置，并可隔离开两个排缆区间。
本示例需要收放的拖曳缆直径有3个尺寸(分别为d1、d2、d3)，即对应有3段，每段缆的长度依次为s1、s2、s3，对应卷筒有3个容缆区间。
第一个分区缠绕第一种直径为d1的拖曳缆(应提前根据拖曳缆的总体容缆空间需求，估算基础卷筒2大概的底径φ、侧板高度和长度)，依据卷筒2的底径φ和预备的排缆层数n1，计算其占用卷筒2的区间长度L1，同理计算得到L2和L3，再根据各区间排缆间距s1、s2设计区间过渡环I和II的宽度b1、b2。
随后根据以上数据及伺服组件7的传动参数计算伺服电机在各个区间工作与基础卷筒2的匹配转速R1、R2及R3；在该区间往复移动的脉冲步数N1、N2和N3；往复运动次数(即排缆层数)n1、n2、n3；跨越区间过渡环I和II的脉冲步数m1、m2。
伺服组件7的伺服电机转速R由卷筒转速r决定，相关参数还有排缆间距S和丝杠6导程p及伺服组件的减速机的减速比i，伺服电机的实际控制速度为：
Figure BDA0002859571380000061
(其中s≈1.1d，s、p、i均为定值)。
r的大小由与基础卷筒2连接的编码器1测得，d为各段拖曳缆的直径，分别等于d1、d2、d3。
当第一层缆排满时伺服电机也完成相应的单向工作步数N1，假设伺服电机转动一圈驱动器发出M个脉冲，则完成第一区间单层排缆共需要工作的步数是：
Figure BDA0002859571380000062
随后伺服电机反转，开始第一区间的第二层排列反向排缆，伺服电机反向工作N1步后完成第二层排列，依次往复n1次，直至到达该区间最后一层排缆完成。为简化控制，设置排缆架5在同一区间内及进入相邻区间过渡环3过程中排缆间距不变，出过渡环3进入下一个工作区间时再根据当前缆径改变排缆间距。
最后将以上各个区间的速度匹配参数、工作步数、往返排缆层数等数据编入伺服控制系统数据库中，使用过程中通过自动调取数据库数据从而自主控制排缆器配合卷筒完成的复杂运动过程，从而达到将不同直径缆在卷筒上顺利分区存储的目的。
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 (7)

1.一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置，其特征在于，包括基础卷筒(2)、分区过渡环、排缆架(5)、丝杠(6)以及伺服组件(7)；
所述基础卷筒(2)安装于绞车机架两侧的轴承座上，其上套装有至少一个分区过渡环，把基础卷筒(2)分成至少2个排缆区间，用于缠绕不同直径的拖曳缆；
所述丝杠(6)安装于绞车机架前端侧板上，中心轴与基础卷筒(2)的中心轴平行；排缆架(5)安装在丝杠(6)上，用于引导拖曳缆，并在伺服组件驱动下可在丝杠(6)上运动。
2.如权利要求1所述的一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置，其特征在于，所述分区过渡环的外圆上加工有深度由浅变深连续变化的螺旋槽(11)。
3.如权利要求1所述的一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置，其特征在于，所述分区过渡环的内圆上加工一个弧形凹槽，作为嵌块安装槽(12)；内部安装螺纹嵌板(10)，紧定螺钉(9)从分区过渡环外圆进入其内部，顶住螺纹嵌板(10)，由此将分区过渡环压紧在基础卷筒(2)上。
4.如权利要求1所述的一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置，其特征在于，还包括控制单元，用于：计算排缆架(5)在各个排缆区间的运动速度，在各个排缆区间往返的次数，拖曳缆在跨越分区过渡环时排缆架(5)所移动的距离；并计算出伺服组件(7)对应的控制参数，由此控制伺服组件(7)动作。
5.如权利要求1所述的一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置，其特征在于，所述分区过渡环有2个。
6.如权利要求1所述的一种多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置，其特征在于，绞车机架左侧轴安装用于测量基础卷筒(2)转速和圈数的绝对值式卷筒编码器(1)。
7.一种权利要求2所述的多直径拖曳缆在卷筒上的分区排缆装置的控制方法，其特征在于，包括：
驱动伺服组件(7)首先控制排缆架(5)在基础卷筒(2)的第一个排缆区间自左向右辅助基础卷筒(2)缠绕第一种直径拖曳缆的第一层，当第一层拖曳缆排满时，随后伺服电机反转，开始第一排缆区间的第二层自右向左排列，完成后开始该排缆区间第三层排缆，随后再次反向……，直至该排缆区间的缆排满；基础卷筒(2)继续收缆，控制排缆架(5)引导拖曳缆进入分区过渡环的螺旋槽(11)中，从而将拖曳缆引入第二排缆区间的最底层位置，开始第二排缆区间往复排缆工作，以此类推，直至完成所有缆的排缆工作。
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