CN114988308B - 一种用于排多层流线型拖缆的牵引绞车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于排多层流线型拖缆的牵引绞车及其控制方法，属于海洋装备技术领域。本发明采用了全新的减张力设计，即采用将拖缆的牵引部分和存储部分相分离的方式，在绞车内设置单独的牵引装置，用主电机带动牵引装置进行拖缆的牵引功能，承担拖缆的张力；存储装置通过传导装置完成对牵引装置传输过来的拖缆进行存储和释放，在存储和传输过程中不受拖缆水中张力的影响，只承担卷筒存储拖缆所需的预紧张力，从而大大减少了绞车内部和拖缆的张力。另外，本发明在排缆方式上采用了横向叠排技术和同步控制技术，保证流线型拖缆的导流片均匀排布在卷筒上。本发明通过多个张力传感器进行多点张力监测，进而精确控制牵引装置和存储装置协同工作同时进行应急放缆。

Description

一种用于排多层流线型拖缆的牵引绞车及其控制方法

技术领域

本发明属于海洋技术领域，具体涉及一种海洋调查装备专用绞车。

背景技术

随着国内外对于深远海的探索、开发力度不断加大，绞车作为拖曳监测设备的重要组成部分，其功能和适用性要求也需要相应的提高。传统绞车已满足不了深远海中高速、大深度拖曳的要求。绞车从拖缆形式上可以分为两种，一种是存储裸缆的拖曳绞车，虽然裸缆收放的绞车结构简单，绞车体积相对较小，但是由于裸缆在水中阻力较大，振动剧烈会降低拖缆寿命，纵深比大，这种绞车显然无法满足深远海作业的要求；另一种存储流线型拖缆的拖曳绞车，流线型拖缆的拖曳阻力小，可减小振动，纵深比小，能提高水下运载体的下沉深度，延长拖缆的使用寿命，降低噪声等优点。

目前，这种流线型拖缆的使用情况主要由两种，一种是只能采用单层排缆，这种绞车相对比较简单，作业功能受到单层拖缆的影响，绞车不适用于大深度的状况下作业，而且此类绞车有时为了满足缆长要求，导致绞车体积、重量、功耗都偏大，严重影响了同等情况下的系统适装性。另一种采用分体式卷筒的多层排缆，这种绞车的容缆量得到加大，但是由于采用分体式卷筒，绞车的卷筒部分结构比较复杂，操作起来比较困难，特别是深海作业时，当海况比较差的时候，对于一边收放拖缆，一边装拆分体式卷筒，对于人员和设备的安全性、可靠性得不到充足的保证。

因此，如何实现长流线型拖缆在绞车上的自动排布，对于作业于深海的拖曳绞车设备来说具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中长流线型拖缆在绞车上难以自动排布的缺陷，并提供一种用于排流线型拖缆的牵引绞车。

为实现上述发明目的，本发明拟采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其包括绞车基座以及安装于绞车基座上的牵引装置、传导装置、排缆机构、存储装置、出缆装置和控制装置；

所述牵引装置包括牵引装置基座、多槽导轮和第一驱动机构；两个多槽导轮以轴线平行的方式并排安装于牵引装置基座上，且每个多槽导轮的轮面上并排开设有若干条环形的第一导缆槽；两个多槽导轮由第一驱动机构驱动同步同向旋转；

所述传导装置包括传导支架、第一导轮、第一张力传感器、正交导轮；所述第一导轮有多个，每个第一导轮的轮面上具有环形的第二导缆槽，所有第一导轮的轮轴在传导支架上沿圆弧排列；所述正交导轮安装于所有第一导轮的第二导缆槽构成的第一导引路径出缆末端，且正交导轮的正交导轮轴方向与所述第一导轮的轮轴方向垂直正交；所述正交导轮用于将所述第一导轮上原本以垂直姿态输送的流线型拖缆导流套转换成便于进入所述排缆机构的水平姿态；所述第一张力传感器用于感应所述第一导引路径上的流线型拖缆所施加的压力；

所述存储装置包括卷筒和第二驱动机构，所述卷筒由第二驱动机构驱动绕轴线转动；

所述排缆机构包括排缆机构基座以及安装于排缆机构基座上的导向轮、扶平装置和第三驱动机构；所述导向轮和扶平装置在第三驱动机构的驱动下同步产生直线位移，且直线位移方向与所述存储装置的卷筒轴向平行；所述导向轮水平布置，且轮面上开设有环形的第三导缆槽；所述扶平装置设置于所述导向轮与所述存储装置之间的排缆路径上，用于使流线型拖缆进入存储装置之前保持导流套处于水平姿态不下垂；

所述出缆装置包括出缆基座以及安装于出缆基座上的第二导轮、导轮支架、第二张力传感器和扶平装置；导轮支架固定于出缆基座上；所述第二导轮有多个，每个第二导轮的轮面上具有环形的第四导缆槽，所有第二导轮的轮轴在导轮支架上沿圆弧排列，且所有第二导轮的第四导缆槽构成的第二导引路径出缆末端位于所述牵引装置的一个多槽导轮侧部，使流线型拖缆以导流套保持垂直姿态的形式输入多槽导轮中；所述出缆基座通过转动机构安装在绞车基座上，能够绕竖向的轴向自由转动，用于在流线型拖缆的进缆方向发生变化时使导轮支架上的第二导轮自适应改变方向；所述第二张力传感器用于感应所述第二导引路径上的流线型拖缆所施加的压力；

所述控制装置用于对第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构进行协同控制，使流线型拖缆依次经过出缆装置、牵引装置、传导装置、排缆机构后，以导流套处于水平姿态的形式逐圈卷绕铺排于卷筒上，且在排满卷筒的一层之后继续在外侧铺排下一层；同时所述控制装置实时感应所述第一张力传感器和第二张力传感器感应到的压力，并将压力转换为流线型拖缆上的张力，根据所述第一张力传感器对应的张力变化控制流线型拖缆在牵引绞车内部的同步输送，通过所述第二张力传感器对应的张力变化控制应急放缆。

作为上述第一方面的优选，所述第一驱动机构包括主变频减速电机、牵引链轮和牵引链条，每个多槽导轮上均同轴固定一个牵引链轮，其中一个牵引链轮作为主动轮由主变频减速电机提供旋转动力，另一个牵引链轮作为从动轮，两个牵引链轮之间通过牵引链条传动实现同步同向旋转。

作为上述第一方面的优选，所述第二驱动机构包括从变频减速电机，从变频减速电机由控制装置控制。

作为上述第一方面的优选，所述第三驱动机构包括导杆、双向螺杆、第一链轮和第二链轮，其中所述导向轮和扶平装置通过滑块与两条平行的导杆构成滑动副，同时所述滑块与双向螺杆构成能够双向往复驱动的螺旋副；所述第一链轮与所述卷筒的转动轴同轴固定，所述第二链轮与双向螺杆同轴固定，第一链轮和第二链轮之间通过链条传动，且第一链轮的直径小于第二链轮的直径。

作为上述第一方面的优选，所述第三驱动机构中还包括调整手轮，调整手轮与双向螺杆同轴固定，用于存储装置与排缆机构排缆不同步时，通过单独旋转调整手轮改变所述导向轮的位置，以实现排缆同步。

作为上述第一方面的优选，所述第一张力传感器安装于所述第一导引路径上的两个第一导轮之间，且其相对突出于两侧的所述第一导轮使流线型拖缆经过第一张力传感器时形成一个夹角，进而对第一张力传感器产生与第一导引路径上流线型拖缆的张力相关的压力。

作为上述第一方面的优选，所述第二张力传感器安装于所述第二导引路径上的两个第二导轮之间，且其相对突出于两侧的第二导轮使流线型拖缆经过第二张力传感器时形成一个夹角，进而对第二张力传感器产生与第二导引路径上流线型拖缆的张力相关的压力。

作为上述第一方面的优选，所述控制装置中集成有与主变频减速电机配套的变频控制器、与从变频减速电机配套的变频控制器、PLC控制器、操控面板和显示屏，两个变频控制器通过PLC控制器进行同步控制，且通过操控面板和显示屏进行人机交互。

第二方面，本发明提供了一种利用如第一方面中任一方案所述牵引绞车的收缆控制方法，其包括：

S1、首先，在所述牵引绞车不工作的状态下，将待收缆的流线型拖缆的端部从出缆装置中沿着第二导引路径穿入，流线型拖缆上的导流套在第二导轮的第四导缆槽限位下呈垂直姿态；

S2、其次，穿过牵引装置中靠近出缆装置的第一多槽导轮的第一道第一导缆槽底部，再穿至第二多槽导轮的第一道第一导缆槽底部后从其上部绕回至第一多槽导轮的第二道第一导缆槽上部，再经第一多槽导轮的第二道第一导缆槽底部绕至第二多槽导轮的第二道第一导缆槽底部，依次往复环绕直至绕满两个多槽导轮 10后，从第二多槽导轮的最后一道第一导缆槽的底部穿至传导装置的底部；

S3、然后，将流线型拖缆从传导装置底部沿第一导引路径穿入并绕至上部的出缆末端，经正交导轮将原本以垂直姿态输送的流线型拖缆导流套转换成的水平姿态进入所述排缆机构的导向轮中，并沿第三导缆槽水平旋转90度后进入扶平装置，由扶平装置维持流线型拖缆上的导流套在被收卷至存储装置之前始终维持水平姿态；

S4、再后，将流线型拖缆的端部穿入卷筒的穿缆孔中进行固定，完成流线型拖缆的初装；

S5、最后，通过控制装置启动第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构协同正向工作，使流线型拖缆逐层排入存储装置中，完成流线型拖缆的收缆和存储；且在收缆过程中，通过第一张力传感器和第二张力传感器实时感应第一导引路径和第二导引路径上流线型拖缆施加的压力，并根据预设的压力和张力转换公式将压力转换为对应位置流线型拖缆上的张力；若第一导引路径上的流线型拖缆张力未在预设范围内，表明牵引装置与存储装置对流线型拖缆的输送不同步，通过控制装置对两个装置上的驱动机构进行调节，使两者对流线型拖缆的输送保持完全同步；若第二导引路径上的流线型拖缆张力超过阈值，则表明流线型拖缆回收受阻，通过控制装置控制第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构反向作动，进行应急放缆，同时对外发出警报。

作为上述第二方面的优选，通过控制装置对所述第二驱动机构和第三驱动机构进行协同控制时，应使得带导流套的流线型拖缆一圈一圈横向整齐排在卷筒上，排铺满一层之后再排铺下一层，且上下两层导流套之间具有错开的导程距。

相对于现有技术而言，本发明的有益效果如下：

(1)本发明采用了横向叠排技术，解决了多层流线型拖缆在卷筒上的排布问题，使得多层拖缆在收放过程中能自动、平稳收放。

(2)本发明采用了减张力技术，即将对拖缆的牵引和存储相分离，减轻了绞车内部构件和绞车内部拖缆的张力，解决了深海作业时大张力下对绞车和拖缆带来的磨损、芯线拉断等问题，大大增加了绞车和拖缆的寿命。

(3)本发明采用了通过张力传感器对拖缆张力的实时监测，解决了拖缆的牵引和传输存储的同步问题。通过智能控制技术，实现应急收放拖缆技术，保证水下运载体在水下的安全工作。

(4)本发明结构上的优化设计，大大减少了绞车的尺寸和重量。

(5)本发明采用了全导流套的流线型拖缆，使得拖曳阻力小，可减小振动，纵深比小，能提高水下运载体的下沉深度，延长拖缆的使用寿命，降低噪声等优点。

附图说明

图1为本发明装配图的主视图；

图2为本发明装配图的轴侧视图；

图3为牵引装置的主视图；

图4为牵引装置的俯视图；

图5为传导装置的主视图；

图6为传导装置的侧视图；

图7为排缆机构的主视图；

图8为排缆机构的俯视图；

图9为存储装置的主视图；

图10为出缆装置的主视图；

图11为出缆装置的侧视图。

图中的附图标记说明如下：绞车基座1、牵引装置2、传导装置3、排缆机构4、存储装置5、出缆装置6、控制装置7、主变频减速电机8、牵引装置基座 9、多槽导轮10、牵引链轮11、牵引链条12、传导支架13、第一导轮14、第一张力传感器15、正交导轮16、正交导轮轴161、排缆机构基座17、导向轮18、导杆19、双向螺杆20、第二链轮21、调整手轮22、从变频减速电机23、卷筒 24、第一链轮25、轴承座26、出缆基座27、第二导轮28、导轮支架29、转轴 30、轴套31、第二张力传感器32、扶平装置33。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1和图2所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其包括绞车基座1、牵引装置2、传导装置3、排缆机构4、存储装置5、出缆装置6和控制装置7共七个部分组件，可存存储千米以上的带扁状导流套的流线型拖缆。其中，绞车基座1是整个牵引绞车中其余组件的安装载体，牵引装置2、传导装置3、排缆机构4、存储装置5、出缆装置6和控制装置7均安装在绞车基座1上。绞车基座1的具体形式不限，可通过相应的钢板和方钢焊接而成，设置于整个绞车的底部位置。牵引装置2安装在绞车基座上，用于牵引流线型拖缆；传导装置3用于引导流线型拖缆排入所述的排缆机构上，改变流线型拖缆的排入角度，同时可测量拖缆上的张力；排缆机构4安装在所述的绞车基座上，作用在于将流线型拖缆整齐排入所述的存储装置5中；出缆装置安装在所述的绞车基座上，用于引导流线型拖缆排入或排出所述的牵引装置，同时测量流线型拖缆的张力；控制装置7安装在所述的绞车基座上，用于所述的控制牵引装置和所述的存储装置转动、停止。因此，牵引装置2、传导装置3、排缆机构4、存储装置5、出缆装置6、控制装置7和绞车基座1构成一套完整的绞车。

需要说明的是，流线型拖缆属于现有技术，是一种铠装拖缆。流线型拖缆由裸缆上加装流线型的扁状导流套而成，其中导流套沿拖缆的延伸方向逐节加装，相邻导流套之间可相对运动，以适应不同的流场。每个导流套的横截面均为流线型，其迎向水流方向一侧为导边，另一侧为随边。为了便于描述，将导流套的姿态方向定义为导边指向随边的方向，若导边指向随边的方向与水平面平行，则该导流套处于水平姿态，若导边指向随边的方向与水平面垂直，则该导流套处于垂直姿态。

下面分别对牵引装置2、传导装置3、排缆机构4、存储装置5、出缆装置6 和控制装置7的具体结构形式以及工作原理进行详细介绍，以便于理解本发明的具体实现。

如图3所示，牵引装置2包括牵引装置基座9、多槽导轮10和第一驱动机构；两个多槽导轮10以轴线平行的方式并排安装于牵引装置基座9上，两个多槽导轮10之间保持一定间距但不宜间隔过远。每个多槽导轮10的轮面上并排开设有若干条环形的第一导缆槽，两个多槽导轮10上开设的第一导缆槽数量相同，形状、尺寸也完全相同。两个多槽导轮10均由第一驱动机构驱动同步同向旋转。为了便于叙述，两个多槽导轮10中靠近出缆装置6的记为第一多槽导轮10-1，远离出缆装置6的记为第二多槽导轮10-2。两个多槽导轮10的作用是负责拖缆的牵引，承担拖缆的张力。在实际使用时，流线型拖缆需要先穿过靠近出缆装置 6的第一多槽导轮10-1的第一道第一导缆槽底部，再穿至第二多槽导轮10-2的第一道第一导缆槽底部后从其上部绕回至第一多槽导轮10-1的第二道第一导缆槽上部，再经第一多槽导轮10-1的第二道第一导缆槽底部绕至第二多槽导轮10-2 的第二道第一导缆槽底部，依次往复环绕直至绕满两个多槽导轮10后，从第二多槽导轮10-2的最后一道第一导缆槽的底部穿至传导装置3的底部。如图4所示，为了便于流线型拖缆在第一多槽导轮10-1和第二多槽导轮10-2之间交错穿插，第一多槽导轮10-1和第二多槽导轮10-2在轴向上可以错开半个第一导缆槽的宽度。

需要说明的是，上述第一驱动机构可以采用任意的能够实现相应旋转驱动功能的装置来实现，其可以是一体的驱动机构，也可以分拆的多个驱动机构的组合。作为本发明实施例的一种优选方式，如图4所示，第一驱动机构包括主变频减速电机8、牵引链轮11和牵引链条12，每个多槽导轮10上均同轴固定一个牵引链轮11。为了便于描述，将第一多槽导轮10-1上同轴固定的牵引链轮11记为第一牵引链轮11-1，将第二多槽导轮10-2上同轴固定的牵引链轮11记为第二牵引链轮11-2。两个牵引链轮11中，其中一个牵引链轮11作为主动轮由主变频减速电机8提供旋转动力，另一个牵引链轮11作为从动轮，两个牵引链轮11之间通过牵引链条12传动实现同步同向旋转。在本实施例中，第一牵引链轮11-1作为从动轮，第二牵引链轮11-2作为主动轮。

需要说明的是，两个多槽导轮10上的第一导缆槽的形状和宽度需要根据对应的流线型拖缆导流套的截面形状而定，以导流套的导边侧能够卡入第一导缆槽，使导流套的姿态方向沿着多槽导轮10的径向且无法向两侧自由摆动为准。

如图5和图6所示，传导装置3包括传导支架13、第一导轮14、第一张力传感器15、正交导轮16。其中，第一导轮14有多个，每个第一导轮14的轮面上具有环形的第二导缆槽，所有第一导轮14的轮轴在传导支架13上沿圆弧排列，由此所有第一导轮14的第二导缆槽构成了圆弧形的第一导引路径。第一导引路径的两个末端中，一个用于进缆，一个用于出缆。正交导轮16安装于第一导引路径的出缆末端，且所谓正交导轮16是指该导轮对于导流套的姿态导向与第一导轮14对于导流套的姿态导向是正交的。因此，正交导轮16的正交导轮轴161方向与第一导轮14的轮轴方向垂直正交。第一导引路径上输送的流线型拖缆导流套姿态原本是处于垂直姿态的，但其经过正交导轮16位置后，可被正交导轮 16的轮边推动发生反转，从而第一导轮14上原本以垂直姿态输送的流线型拖缆导流套被转换成便于进入排缆机构4的水平姿态。

牵引装置承载了流线型拖缆上的拖曳张力，通过牵引装置后拖缆张力可大大减小，使得流线型拖缆以较小的张力排入存储装置，防止压力过大损坏流线型拖缆上的导流套。牵引装置与存储装置的同步控制利用张力传感器测试两个装置间缆绳的张力来进行反馈，达到同步控制的要求。

另外，传导装置3和排缆机构4均是位于牵引装置2和存储装置5之间的中间传递机构，由于本发明的绞车采用牵引和存储分开的方式，因此必须在传导装置中安装张力传感器，通过张力传感器对张力的实时监测来调整电机的速度，保证绞车的同步传输。因此本发明中设置了第一张力传感器15，用于感应上述第一导引路径上的流线型拖缆所施加的压力，进而计算第一导引路径上的流线型拖缆的张力。对于牵引装置2和存储装置5，一个输送流线型拖缆，一个对输送的流线型拖缆进行卷绕收储，两者的速度需要相对均衡同步。当两者处于同步状态，流线型拖缆的张力应当位于一个适当的范围内，若张力过小，则表明牵引装置2 对流线型拖缆的输送速度高于存储装置5的收缆速度，若张力过大，则表明表明牵引装置2对流线型拖缆的输送速度低于存储装置5的收缆速度，不论出现哪种情况均需要调节两者的速度使其保持均衡。

需要说明的是，流线型拖缆对第一张力传感器15所施加的压力与该流线型拖缆自身的张力存在正相关关系。因此可实现通过试验建立压力与张力之间的转换关系式，后续可根据实时感应的压力通过转换关系式实时转换为流线型拖缆自身的张力。第一张力传感器15的安装形式需要满足能够准确感应第一导引路径上的流线型拖缆所施加的压力，进而将该压力转换为对应位置的流线型拖缆张力。作为本发明实施例的一种优选方式，参见图5所示，可将第一张力传感器15安装于第一导引路径上的两个第一导轮14之间，且其相对突出于两侧的第一导轮 14，由此使流线型拖缆经过这两个第一导轮14之间的第一张力传感器15时被第一张力传感器15顶起形成一个夹角，进而对第一张力传感器15产生与第一导引路径上流线型拖缆的张力相关的压力。

如图9所示，存储装置5包括卷筒24和第二驱动机构，卷筒24由第二驱动机构驱动绕轴线转动。

需要说明的是，上述第二驱动机构可以采用任意的能够实现相应旋转驱动功能的装置来实现。作为本发明实施例的一种优选方式，上述第二驱动机构包括从变频减速电机23，从变频减速电机23的动力输出轴连接卷筒24的转轴一端，卷筒24的转轴端部由轴承座26进行旋转支撑。从变频减速电机23由控制装置 7统一进行控制。

如图7和图8所示，排缆机构4包括排缆机构基座17以及安装于排缆机构基座17上的导向轮18、扶平装置33和第三驱动机构。其中，导向轮18和扶平装置33是相对固定的，可在第三驱动机构的驱动下同步产生直线位移，且直线位移方向与存储装置5的卷筒24轴向平行。导向轮18水平布置，且轮面上开设有环形的第三导缆槽。扶平装置33设置于所述导向轮18与所述存储装置5之间的排缆路径上，用于使流线型拖缆进入存储装置5之前保持导流套处于水平姿态不下垂。

参见图8所示，作为本发明实施例的一种优选方式，扶平装置33可以包含两个夹片和一个导轮，两个夹片水平布置且保持一定间隔，间隔大小刚好允许处于水平姿态的流线型拖缆导流套经过。由此，在流线型拖缆从导向轮18上排出之后，先进入两个夹片之间，然后再经过导轮被输送至后方的存储装置5上，从而在导向轮18与存储装置5之间提供一个中间的姿态保持支点，防止导向套的随边保持水平而不会在重力作用下向下翻转。扶平装置33在导向轮18与存储装置5之间的排缆路径上的具体设置位点，需要根据实际的试验进行优化确定，对此不作限制。

需要说明的是，上述第三驱动机构可以采用任意的能够实现相应直线往复驱动功能的装置来实现。作为本发明实施例的一种优选方式，如图7和图8所示，上述第三驱动机构包括导杆19、双向螺杆20、第一链轮25和第二链轮21，其中导向轮18和扶平装置33均安装于同一个滑块上，通过滑块与两条平行的光滑导杆19构成滑动副，同时滑块与双向螺杆20构成能够双向往复驱动的螺旋副。双向螺杆20是一个往复螺杆，其在旋转过程中会驱动滑块沿着轴向往复移动。在该第三驱动机构中，其动力来源于存储装置5中的从变频减速电机23，以保持两者的作动尽量同步。第一链轮25与卷筒24的转动轴同轴固定，第二链轮 21与双向螺杆20同轴固定，第一链轮25和第二链轮21之间通过链条传动，且第一链轮25的直径小于第二链轮21的直径，即第一链轮25为小链轮，第二链轮21为大链轮，两者的具体传动比需要根据实际进行，使得排缆机构通过链传动与存储装置同步运行，实现同步排缆。其优化目的是应使得存储装置5与排缆机构4排缆同步，即排缆过程中卷筒24绕轴线转动，而带导流套的流线型拖缆在排缆机构4的往复驱动下被一圈一圈横向整齐排在卷筒24上，排铺满一层之后再反向继续在这一层的外部排铺下一层。而且，由于水平姿态的导流套两个侧面并非平面，而是整体呈中间大两端小的梭形形状，因此上下两层导流套之间具有错开的导程距，外层的导流套中间凸出位置刚好嵌入内层相邻两个导流套形成的下凹空间内，使上下两层导流套能够相对稳定地层叠平铺。

另外，参见图7所示，第三驱动机构中还可以进一步设置一个调整手轮22，调整手轮22与双向螺杆20同轴固定，用于存储装置5与排缆机构4排缆不同步时，通过单独旋转调整手轮22改变导向轮18的初始位置，以实现排缆同步。

如图10和图11所示，出缆装置6包括出缆基座27以及安装于出缆基座27 上的第二导轮28、导轮支架29、第二张力传感器32和扶平装置33。导轮支架 29固定于出缆基座27上，第二导轮28有多个，每个第二导轮28的轮面上具有环形的第四导缆槽，所有第二导轮28的轮轴在导轮支架29上沿圆弧排列，且所有第二导轮28的第四导缆槽构成一个圆弧形的第二导引路径。第二导引路径的出缆末端位于牵引装置2的一个多槽导轮10侧部，使流线型拖缆以导流套保持垂直姿态的形式输入多槽导轮10中。在本实施例中，第二导引路径的出缆末端位于第一多槽导轮10-1侧部。由于本发明中的牵引绞车一般安装于船上使用，流线型拖缆与牵引绞车的方向即进缆方向会随着船的航向或者其他因素改变。因此，为了避免流线型拖缆脱落，出缆基座27通过转动机构安装在绞车基座1上，能够绕竖向的轴向自由转动，用于在流线型拖缆的进缆方向发生变化时使导轮支架29上的第二导轮28自适应改变方向。在本实施例中，转动机构包含了轴套 31和转轴30，出缆基座27通过转轴30进行水平向转动，轴套31套在转轴30 底部，轴套31底部固定在绞车基座1上，出缆基座27可以绕转轴30自由转动，调整至于进缆方向大致一致，以防止流线型拖缆跳出导轮28。

需要注意的是，不论是多槽导轮10的曲率半径、第一导引路径还是第二导引路径，其圆弧半径均应当需满足流线型拖缆弯曲半径的要求，避免损伤流线型拖缆。

另外，流线型拖缆的末端一般挂载有水下运载体，在收缆过程中可能会出现被水中物体阻挡的情况，此时强行收缆会造成流线型拖缆被破坏甚至断裂，需要应急性放缆，即对外输出流线型拖缆。因此，需要实时感应流线型拖缆的张力，判断是否出现异常情况。本发明中，可在出缆装置6中设置第二张力传感器32，用于感应所述第二导引路径上的流线型拖缆所施加的压力。

作为本发明实施例的一种优选方式，第二张力传感器32对流线型拖缆张力的检测原理与第一张力传感器15类似：流线型拖缆对第二张力传感器32所施加的压力与该流线型拖缆自身的张力存在正相关关系。因此可实现通过试验建立压力与张力之间的转换关系式，后续可根据实时感应的压力通过转换关系式实时转换为流线型拖缆自身的张力。第二张力传感器32的安装形式需要满足能够准确感应第二导引路径上的流线型拖缆所施加的压力，进而将该压力转换为对应位置的流线型拖缆张力。作为本发明实施例的一种优选方式，与第一张力传感器15 类似，第二张力传感器32安装于第二导引路径上的两个第二导轮28之间，且其相对突出于两侧的第二导轮28使流线型拖缆经过第二张力传感器32时形成一个夹角，进而对第二张力传感器32产生与第二导引路径上流线型拖缆的张力相关的压力。

另外，上述出缆装置6、牵引装置2、传导装置3、排缆机构4、存储装置5 构成了本发明牵引绞车的机械结构部分，但是该牵引绞车对流线型拖缆的收放控制还需要依赖于控制装置7来实现。在本发明中，控制装置7用于对第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构进行协同控制，使流线型拖缆依次经过出缆装置6、牵引装置2、传导装置3、排缆机构4后，以导流套处于水平姿态的形式逐圈卷绕铺排于卷筒24上，且在排满卷筒24的一层之后继续在外侧铺排下一层。同时，控制装置7实时感应所述第一张力传感器15和第二张力传感器32感应到的压力，并将压力转换为流线型拖缆上的张力，根据所述第一张力传感器15对应的张力变化控制流线型拖缆在牵引绞车内部的同步输送，通过所述第二张力传感器32对应的张力变化控制控制应急放缆。

控制装置7内部的具体结构形式和组成控制装置7的电子器件，可根据实际的功能进行选型和设计。作为本发明实施例的一种优选方式，控制装置7采用一个控制柜，控制柜中集成有与主变频减速电机8配套的变频控制器、与从变频减速电机23配套的变频控制器、PLC控制器、操控面板和显示屏，两个变频控制器通过PLC控制器进行同步控制，且通过操控面板和显示屏进行人机交互。控制柜7上显示缆长、缆速、缆张力，可控制整个绞车系统启动、停止、收缆、放缆、紧急停止等。当然，控制装置7还应当由其他配合实现各种信号处理功能的控制电路，对此不作展开描述。

综上，本发明提供了一种用于排多层流线型拖缆的牵引绞车，根据其功能划分，主要分牵引部分，传输导向部分、存储部分和绞车基座等组成，可存存储千米以上的带扁状导流套的流线型铠装拖缆。本发明在排缆方式上采用了全新的横向叠排技术和同步控制技术，保证流线型拖缆的导流片均匀排布在卷筒上。在结构设计中，采用了全新的减张力设计，即采用将拖缆的牵引部分和存储部分相分离的方式，在绞车内设置单独的牵引装置，用主电机带动牵引装置进行拖缆的牵引功能，承担拖缆的张力；存储部分(主要是卷筒组件)通过传输导向装置完成对牵引装置传输过来的拖缆进行存储和释放，在存储和传输过程中不受拖缆水中张力的影响，只承担卷筒存储拖缆所需的预紧张力，这种功能结构性的相互独立，大大减少了绞车内部和拖缆的张力，可以增加绞车和拖缆的使用寿命。

本发明的主要改进点在于以下三个方面：

(1)流线型拖缆的横向多层叠排技术

本发明采用的多层叠排技术的主要工作原理是：通过辅助电机带动卷筒转动，将带导流套的流线型拖缆一圈一圈横向整齐排在卷筒上，到第二层的时候错开一定得导程距，再横向整齐排在第一层导流套上面，在拖缆带着导流套进入卷筒进行排缆前，绞车的排缆装置上装有扶平装置，能保证导流套不随着重力而竖直倒下，而是水平进入卷筒进行横向排缆。如图1所示。

(2)减张力设计技术

传统绞车一般只有一个电机，带动卷筒通过排缆装置导向进行牵引拖缆，其卷筒上进出缆的方向和牵引方向为同一个方向，在排缆过程中，绞车和拖缆都始终处于大张力情况下，对于拖缆和绞车的导向件的磨损等破坏比较大。

本发明中采用减张力的结构设计，采用牵引部分和存储部分相分开的结构设计方式。牵引部分负责拖缆的牵引，承担拖缆的张力，存储部分只负责拖缆的存储和释放，在排缆过程中，只承担一定的张力，可减少拖缆和绞车之间因大张力而引发的磨损。具体的结构采用了单独的牵引装置，由两个半径比拖缆弯曲半径稍大的多槽导轮组成，前一个多槽导轮为主动轮，通过连接轴由主动电机带动，另一个多槽导轮为辅动轮，两个导轮之间采用齿轮系连接，铠装拖缆一圈一圈绕在两个多槽导轮上面，依靠电机的牵引力和导轮的摩擦力实现对拖缆的牵引，如图3所示。同时，牵引装置的布置方式采用与绞车侧向出缆的方式进行布置，如图2中显示的拖缆引出口在绞车的侧面，这种引出方式能大大减小绞车纵向空间占比。

(3)智能控制技术

作为用于深海作业的绞车而言，其智能控制技术要求更为苛刻，除了缆长显示、张力控制、张力过载报警、自动调速、自动收放、应急放缆、可远程控制等功能外，还应具备以下功能：一是同步控制技术，由于绞车采用牵引和存储分开的方式，必须在传输导向装置中安装张力传感器，通过张力传感器对张力的实时监测来调整电机的速度，保证绞车的同步传输；二是应急放缆，在水下运载体挂到鱼网或触底时，自动检测张力过大并对数据进行处理，自动启动放缆功能，同时进行声光报警，确保设备安全；三是自动监控水下运载体深度、姿态，水下运载的深度、姿态信号通过拖缆传送到绞车控制台并进行显示，当深度大于所设置深度时，自动报警并自动收缆，以防止设备触底或由于水压过大损坏设备。这些智能技术可使绞车工作时安全、可靠、效率高。

下面在本发明的另一实施例中，进一步基于上述牵引绞车，提供了一种利用该牵引绞车的收缆控制方法，其包括以下步骤：

S1、首先，在所述牵引绞车不工作的状态下，将待收缆的流线型拖缆的端部从出缆状置6中沿着第二导引路径穿入，流线型拖缆上的导流套在第二导轮28 的第四导缆槽限位下呈垂直姿态；

S2、其次，穿过牵引装置2中靠近出缆状置6的第一多槽导轮10-1的第一道第一导缆槽底部，再穿至第二多槽导轮10-2的第一道第一导缆槽底部后从其上部绕回至第一多槽导轮10-1的第二道第一导缆槽上部，再经第一多槽导轮10-1 的第二道第一导缆槽底部绕至第二多槽导轮10-2的第二道第一导缆槽底部，依次往复环绕直至绕满两个多槽导轮10后，从第二多槽导轮10-2的最后一道第一导缆槽的底部穿至传导装置3的底部；

S3、然后，将流线型拖缆从传导装置3底部沿第一导引路径穿入并绕至上部的出缆末端，经正交导轮16将原本以垂直姿态输送的流线型拖缆导流套转换成的水平姿态进入所述排缆机构4的导向轮18中，并沿第三导缆槽水平旋转90 度后进入扶平装置33，由扶平装置33维持流线型拖缆上的导流套在被收卷至存储装置5之前始终维持水平姿态；

S4、再后，将流线型拖缆的端部穿入卷筒24的穿缆孔中进行固定，完成流线型拖缆的初装；

S5、最后，通过控制装置7启动第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构协同正向工作，使流线型拖缆逐层排入存储装置5中，完成流线型拖缆的收缆和存储；且在收缆过程中，通过第一张力传感器15和第二张力传感器32实时感应第一导引路径和第二导引路径上流线型拖缆施加的压力，并根据预设的压力和张力转换公式将压力转换为对应位置流线型拖缆上的张力；若第一导引路径上的流线型拖缆张力未在预设范围内，表明牵引装置2与存储装置5对流线型拖缆的输送不同步，通过控制装置7对两个装置上的驱动机构进行调节，使两者对流线型拖缆的输送保持完全同步；若第二导引路径上的流线型拖缆张力超过阈值，则表明流线型拖缆回收受阻，通过控制装置7控制第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构反向作动，进行应急放缆，同时对外发出警报。

需要注意的是，通过控制装置7对所述第二驱动机构和第三驱动机构进行协同控制时，应使得带导流套的流线型拖缆一圈一圈横向整齐排在卷筒24上，排铺满一层之后再排铺下一层，且上下两层导流套之间具有错开的导程距。当该述第二驱动机构和第三驱动机构的控制不协调时，可事先通过调整手轮22进行微调。

而当需要进行放缆时，可在控制装置7上进行操作放缆，通过三个驱动机构的配合，可实现自动放缆。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其特征在于：包括绞车基座(1)以及安装于绞车基座(1)上的牵引装置(2)、传导装置(3)、排缆机构(4)、存储装置(5)、出缆装置(6)和控制装置(7)；

所述牵引装置(2)包括牵引装置基座(9)、多槽导轮(10)和第一驱动机构；两个多槽导轮(10)以轴线平行的方式并排安装于牵引装置基座(9)上，且每个多槽导轮(10)的轮面上并排开设有若干条环形的第一导缆槽；两个多槽导轮(10)由第一驱动机构驱动同步同向旋转；

所述传导装置(3)包括传导支架(13)、第一导轮(14)、第一张力传感器(15)、正交导轮(16)；所述第一导轮(14)有多个，每个第一导轮(14)的轮面上具有环形的第二导缆槽，所有第一导轮(14)的轮轴在传导支架(13)上沿圆弧排列；所述正交导轮(16)安装于所有第一导轮(14)的第二导缆槽构成的第一导引路径出缆末端，且正交导轮(16)的正交导轮轴(161)方向与所述第一导轮(14)的轮轴方向垂直正交；所述正交导轮(16)用于将所述第一导轮(14)上原本以垂直姿态输送的流线型拖缆导流套转换成便于进入所述排缆机构(4)的水平姿态；所述第一张力传感器(15)用于感应所述第一导引路径上的流线型拖缆所施加的压力；

所述存储装置(5)包括卷筒(24)和第二驱动机构，所述卷筒(24)由第二驱动机构驱动绕轴线转动；

所述排缆机构(4)包括排缆机构基座(17)以及安装于排缆机构基座(17)上的导向轮(18)、扶平装置(33)和第三驱动机构；所述导向轮(18)和扶平装置(33)在第三驱动机构的驱动下同步产生直线位移，且直线位移方向与所述存储装置(5)的卷筒(24)轴向平行；所述导向轮(18)水平布置，且轮面上开设有环形的第三导缆槽；所述扶平装置(33)设置于所述导向轮(18)与所述存储装置(5)之间的排缆路径上，用于使流线型拖缆进入存储装置(5)之前保持导流套处于水平姿态不下垂；

所述出缆装置(6)包括出缆基座(27)以及安装于出缆基座(27)上的第二导轮(28)、导轮支架(29)、第二张力传感器(32)和扶平装置(33)；导轮支架(29)固定于出缆基座(27)上；所述第二导轮(28)有多个，每个第二导轮(28)的轮面上具有环形的第四导缆槽，所有第二导轮(28)的轮轴在导轮支架(29)上沿圆弧排列，且所有第二导轮(28)的第四导缆槽构成的第二导引路径出缆末端位于所述牵引装置(2)的一个多槽导轮(10)侧部，使流线型拖缆以导流套保持垂直姿态的形式输入多槽导轮(10)中；所述出缆基座(27)通过转动机构安装在绞车基座(1)上，能够绕竖向的轴向自由转动，用于在流线型拖缆的进缆方向发生变化时使导轮支架(29)上的第二导轮(28)自适应改变方向；所述第二张力传感器(32)用于感应所述第二导引路径上的流线型拖缆所施加的压力；

所述控制装置(7)用于对第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构进行协同控制，使流线型拖缆依次经过出缆装置(6)、牵引装置(2)、传导装置(3)、排缆机构(4)后，以导流套处于水平姿态的形式逐圈卷绕铺排于卷筒(24)上，且在排满卷筒(24)的一层之后继续在外侧铺排下一层；同时所述控制装置(7)实时感应所述第一张力传感器(15)和第二张力传感器(32)感应到的压力，并将压力转换为流线型拖缆上的张力，根据所述第一张力传感器(15)对应的张力变化控制流线型拖缆在牵引绞车内部的同步输送，通过所述第二张力传感器(32)对应的张力变化控制应急放缆。

2.如权利要求1所述的一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其特征在于，所述第一驱动机构包括主变频减速电机(8)、牵引链轮(11)和牵引链条(12)，每个多槽导轮(10)上均同轴固定一个牵引链轮(11)，其中一个牵引链轮(11)作为主动轮由主变频减速电机(8)提供旋转动力，另一个牵引链轮(11)作为从动轮，两个牵引链轮(11)之间通过牵引链条(12)传动实现同步同向旋转。

3.如权利要求1所述的一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其特征在于，所述第二驱动机构包括从变频减速电机(23)，从变频减速电机(23)由控制装置(7)控制。

4.如权利要求1所述的一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其特征在于，所述第三驱动机构包括导杆(19)、双向螺杆(20)、第一链轮(25)和第二链轮(21)，其中所述导向轮(18)和扶平装置(33)通过滑块与两条平行的导杆(19)构成滑动副，同时所述滑块与双向螺杆(20)构成能够双向往复驱动的螺旋副；所述第一链轮(25)与所述卷筒(24)的转动轴同轴固定，所述第二链轮(21) 与双向螺杆(20)同轴固定，第一链轮(25)和第二链轮(21)之间通过链条传动，且第一链轮(25)的直径小于第二链轮(21)的直径。

5.如权利要求1所述的一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其特征在于，所述第三驱动机构中还包括调整手轮(22)，调整手轮(22)与双向螺杆(20)同轴固定，用于存储装置(5)与排缆机构(4)排缆不同步时，通过单独旋转调整手轮(22)改变所述导向轮(18)的位置，以实现排缆同步。

6.如权利要求1所述的一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其特征在于，所述第一张力传感器(15)安装于所述第一导引路径上的两个第一导轮(14)之间，且其相对突出于两侧的所述第一导轮(14)使流线型拖缆经过第一张力传感器(15)时形成一个夹角，进而对第一张力传感器(15)产生与第一导引路径上流线型拖缆的张力相关的压力。

7.如权利要求1所述的一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其特征在于，所述第二张力传感器(32)安装于所述第二导引路径上的两个第二导轮(28)之间，且其相对突出于两侧的第二导轮(28)使流线型拖缆经过第二张力传感器(32)时形成一个夹角，进而对第二张力传感器(32)产生与第二导引路径上流线型拖缆的张力相关的压力。

8.如权利要求1所述的一种用于排流线型拖缆的牵引绞车，其特征在于，所述控制装置(7)中集成有与主变频减速电机(8)配套的变频控制器、与从变频减速电机(23)配套的变频控制器、PLC控制器、操控面板和显示屏，两个变频控制器通过PLC控制器进行同步控制，且通过操控面板和显示屏进行人机交互。

9.一种利用如权利要求1～8任一所述牵引绞车的收缆控制方法，其特征在于，包括：

S1、首先，在所述牵引绞车不工作的状态下，将待收缆的流线型拖缆的端部从出缆装置(6)中沿着第二导引路径穿入，流线型拖缆上的导流套在第二导轮(28)的第四导缆槽限位下呈垂直姿态；

S2、其次，穿过牵引装置(2)中靠近出缆装置(6)的第一多槽导轮(10-1)的第一道第一导缆槽底部，再穿至第二多槽导轮(10-2)的第一道第一导缆槽底部后从其上部绕回至第一多槽导轮(10-1)的第二道第一导缆槽上部，再经第一多槽导轮(10-1)的第二道第一导缆槽底部绕至第二多槽导轮(10-2)的第二道第一导缆槽底部，依次往复环绕直至绕满两个多槽导轮(10)后，从第二多槽导轮(10-2)的最后一道第一导缆槽的底部穿至传导装置(3)的底部；

S3、然后，将流线型拖缆从传导装置(3)底部沿第一导引路径穿入并绕至上部的出缆末端，经正交导轮(16)将原本以垂直姿态输送的流线型拖缆导流套转换成的水平姿态进入所述排缆机构(4)的导向轮(18)中，并沿第三导缆槽水平旋转90度后进入扶平装置(33)，由扶平装置(33)维持流线型拖缆上的导流套在被收卷至存储装置(5)之前始终维持水平姿态；

S4、再后，将流线型拖缆的端部穿入卷筒(24)的穿缆孔中进行固定，完成流线型拖缆的初装；

S5、最后，通过控制装置(7)启动第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构协同正向工作，使流线型拖缆逐层排入存储装置(5)中，完成流线型拖缆的收缆和存储；且在收缆过程中，通过第一张力传感器(15)和第二张力传感器(32)实时感应第一导引路径和第二导引路径上流线型拖缆施加的压力，并根据预设的压力和张力转换公式将压力转换为对应位置流线型拖缆上的张力；若第一导引路径上的流线型拖缆张力未在预设范围内，表明牵引装置(2)与存储装置(5)对流线型拖缆的输送不同步，通过控制装置(7)对两个装置上的驱动机构进行调节，使两者对流线型拖缆的输送保持完全同步；若第二导引路径上的流线型拖缆张力超过阈值，则表明流线型拖缆回收受阻，通过控制装置(7)控制第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构反向作动，进行应急放缆，同时对外发出警报。

10.如权利要求9所述的收缆控制方法，其特征在于，通过控制装置(7)对所述第二驱动机构和第三驱动机构进行协同控制时，应使得带导流套的流线型拖缆一圈一圈横向整齐排在卷筒(24)上，排铺满一层之后再排铺下一层，且上下两层导流套之间具有错开的导程距。

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