CN116062639A - 一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器和补偿方法，包括移动滑轮、液压活塞缸、拉线式位移传感器、压力传感器和蓄能器；移动滑轮与液压活塞缸和安装支架连接；液压活塞缸用于为移动滑轮提供位移补偿；拉线式位移传感器用于获取移动滑轮移动距离；压力传感器用于获取液压活塞缸内压力；蓄能器与液压活塞缸连接，用于通过位移压力曲线提供合适的目标压力，并通过调整压力使移动滑轮再补偿后返回在固定位置。本发明中的松弛补偿器能够通过蓄能器调整内部油压，不论绞车缆过松或过紧均能在补偿后通过油压调整使移动滑轮回复到活塞杆的中位行程，使其能够有充分的补偿余量应对下一次绞车缆过松或过紧的补偿。

Description

一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器及补偿方法

技术领域

本发明涉及深海绞车技术领域，特别涉及一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器及补偿方法。

背景技术

在进行深海作业，如深水载人、深海采矿、深海取样时，作业母船依靠其搭载的万米深海绞车将作业设备牵引并下放至海底固定位置。在这个过程中，科考仪器等作业设备都在复杂的万米深海区域中作业，缆绳对其进行牵引和保护，并经由牵引绞车、排缆装置，最后储存在储缆绞车上。为了使万米缆绳能够在一定的内部张力下，随着排缆装置整齐有序地排布在储缆绞车上，需要缆绳在绞车收放操作过程中保持一定程度的张紧。而在牵引绞车与储缆绞车动作发生不同步时，将会导致缆绳瞬间过松或过紧。这不仅会影响缆绳的使用寿命，也会导致排缆乱缆，严重影响排缆的效果。

现有技术中提到的绞车通常采用液压缸对揽绳过松或过紧进行补偿，然而单纯的液压缸在进行一次补偿后液压缸活塞偏置，难以对马上到来的下一次过松或过紧进行补偿。

发明内容

本发明旨在提供一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器，所述松弛补偿器包括移动滑轮、液压活塞缸、安装支架和蓄能器；

所述移动滑轮包括滑动支架和滑轮，所述滑轮用于通过绞车缆，所述滑动支架包覆在所述滑轮外侧，并与所述液压活塞缸和安装支架连接；

所述液压活塞缸包括油缸和活塞杆，所述油缸固定设置在所述安装支架上，活塞杆一端设置在油缸内，另一端与所述滑动支架连接；

所述安装支架沿所述活塞杆运动方向在液压活塞缸两侧分别设有2根圆柱形导向柱，所述滑动支架通过滑动连接块与所述圆柱形导向柱滚动连接；

所述滑动连接块包括并排设置的2个纺锤形滚柱，分别固定在所述圆柱形导向柱两侧；

所述蓄能器与所述液压活塞缸连接，用于调整压力使所述液压活塞缸维持在固定位置。

更进一步地，所述松弛补偿器还包括拉线式位移传感器，所述拉线式位移传感器包括拉绳和传感器端，所述传感器端设置在所述安装支架上，所述拉绳设置在所述滑动支架上。

更进一步地，所述松弛补偿器还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述液压活塞缸和蓄能器之间，用于测量液压缸里液压油的压力。

更进一步地，所述松弛补偿器还包括比例压力阀，所述比例压力阀设置在所述液压活塞缸和蓄能器之间，用于给定液压缸活塞杆向外伸出或者向内缩进的推动压力。

更进一步地，所述松弛补偿器包括焊接安装套件，所述焊接安装套件包括焊接安装架、安装销和联接螺栓；

所述焊接安装架包括侧板和底板，所述侧板与底板相互垂直，所述侧板开设有销孔和螺旋孔，分别用于设置安装销和联接螺栓；

所述安装销与安装支架四周的安装面板进行联接，所述联接螺栓对所述安装销进行紧固防松；

所述底板用于所述松弛补偿器落位后与船体焊接。

更进一步地，所述圆柱形导向柱两端还设有防撞块和接近式传感器，用于防止起伏过大所述移动滑轮撞到安装支架。

还提供了一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿方法，所述松弛补偿方法包括以下步骤：

步骤1，将移动滑轮初始化设置在中间位置；同时，根据绞车缆松弛补偿器的尺寸与液压缸压力得到位移-压力曲线；

步骤2，根据拉线式位移传感器确定因缆绳张力变化导致的移动滑轮位移量；

步骤3，根据位移量与位移-压力曲线得到液压缸的目标压力，再利用压力传感器测得液压缸实际压力值；

步骤4，将目标压力值与实际压力值的差值输入比例压力阀中，控制液压缸调整输出压力，利用反馈调节保证补偿器的压力准确达到目标压力，实现目标补偿效果。

本发明达到的有益效果是：

本发明中的松弛补偿器能够通过蓄能器调整内部油压，不论绞车缆过松或过紧均能在补偿后通过油压调整使移动滑轮回复到活塞杆的中位行程，使其能够有充分的补偿余量应对下一次绞车缆过松或过紧的补偿。

本发明中采用滑轮纺锤式滚柱，由于深海环境的复杂多变需要滑轮有较快的响应速度，到达指定位置以完成张力补偿，故对滑轮的四个支撑点设计为纺锤式滚柱结构，其与圆柱导向轴之间为线接触，摩擦较小，故可以支持滑轮根据控制信号在圆柱导向轴上快速移动。

本发明中可拆卸防脱缆滚柱，由于深海环境下收放缆时间较长，为防止在收放过程中由于摩擦、缆绳波动、速度变化等因素导致缆绳脱离补偿器滑轮，设计了可拆卸式防脱缆滚柱。该滚柱可随缆绳收放过程进行转动，挡住缆绳防止其脱离补偿器滑轮。当滚柱磨损后可对其进行拆卸和更换，保证深海长距离收放缆的可持续性。

本发明中防撞块+接近式传感器极限位置保护，由于深海环境极端复杂，在收放缆过程中遇到某些特殊情况需要以较快的速度停止或启动设备。在这个过程中缆绳会有较大的松弛起伏，为了防止起伏过大补偿器滑轮撞到两侧挡板，对设备造成损坏，设计了防撞块+接近式传感器的硬件+软件式防撞冗余设计。双重保障特殊情况下的机械结构不受损伤。

附图说明

图1是一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器的结构示意图；

图2是一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器中纺锤形滚柱的结构示意图；

图3是一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器的控制框图；

图4是一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿方法中位移-压力曲线图。

附图说明，移动滑轮7、液压活塞缸8、拉线式位移传感器9、比例压力阀10、压力传感器11和蓄能器12。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明的技术方案进行更详细的说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

如附图1所示，本发明提供了一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器，该松弛补偿器包括移动滑轮7、液压活塞缸8、拉线式位移传感器9、比例压力阀10、压力传感器11和蓄能器12。

其中，液压活塞缸8、拉线式位移传感器9、比例压力阀10、压力传感器11和蓄能器12均设置在安装支架上。

安装支架包括前支架、后支架和2根圆柱形导向柱，前支架和后支架分别与船体固定，2根圆柱形导向柱对称设置在前支架和后支架之间。前支架和后支架内侧还均设有防撞块和接近式传感器，避免缆绳会有较大的松弛起伏，使移动滑轮7起伏过大撞到前支架或后支架。

移动滑轮7包括滑动支架和滑轮，滑轮用于通过绞车缆。滑动支架包覆在滑轮外侧，其中心设有安装轴，用于安装滑轮；滑动支架下方与液压活塞缸8的活塞杆连接。

如附图2所示，滑动支架下方的两侧与圆柱形导向柱连接相匹配的位置对称设有4个滑动连接块，各滑动连接块分别在圆柱形导向柱上滑动；滑动连接块包括并排设置的2个纺锤形滚柱，纺锤形滚柱外边缘的尺寸和形状均与圆柱形导向柱外壁相匹配，并分别固定在圆柱形导向柱两侧；纺锤形滚柱与圆柱导向轴之间形成线接触，摩擦较小，具有较快的响应速度。

在一种实施例中，滑动支架分为上下两部分分别设置在滑轮上下两侧，在滑轮通过绞车缆处对应的滑动支架位置还设有多个均匀分布的可拆卸防脱缆滚柱，可拆卸防脱缆滚柱上下两端分别安装在滑动支架上下两部分上，可拆卸防脱缆滚柱能够沿绞车缆收放方向滚动，可随缆绳收放过程进行转动，同时挡住缆绳防止其脱离补偿器滑轮。当滚柱磨损后可对其进行拆卸和更换，保证深海长距离收放缆的可持续性。

液压活塞缸8包括油缸和活塞杆。油缸固定设置在安装支架上2根圆柱形导向柱之间，活塞杆一端设置在油缸内，另一端与滑动支架连接，用于通过油液驱动移动滑轮7移动和补偿。

拉线式位移传感器9的拉绳与移动滑轮7连接，用于检测移动滑轮7位置。

比例压力阀10用于给定液压缸活塞杆向外伸出或者向内缩进的推动压力。

压力传感器11用于测量液压缸里液压油的压力。

蓄能器12通过管路连接到液压活塞缸8内，液压缸活塞8的活塞杆向外伸出或者向内缩进时，多余的液压油会迅速流进流出蓄能器12，缓解压力变化过大带来的冲击力。

松弛补偿器还包括焊接安装套件，焊接安装套件包括焊接安装架、安装销和联接螺栓；焊接安装架包括侧板和底板，所述侧板与底板相互垂直并设有用于提高强度的加强筋。

通过焊接安装架通过安装销与补偿器安装支架四周的安装面板进行联接，再使用螺钉对安装销进行紧固防松；安装架与安装面板贴合到位后使用连接螺栓再次进行紧固；待基座四周所有安装板联接完毕后按照平台定位要求进行落位；落位完成将焊接安装架与平台面进行焊接，最终完成补偿器的搭载。补偿器作业时基座负载主要由若干个安装销以及联接螺栓承担。

如附图3所示，压力传感器11和拉线式位移传感器9分别采集当前移动滑轮7的位移量和液压活塞缸8内油液压力，系统根据移动滑轮7的位移量生成能够使移动滑轮7恢复中位的目标压力，目标压力与压力传感器11检测的油液压力相对比生成油液压力变化量；系统通过比例压力阀10将油液压力变化量对应的油液输入或输出液压活塞缸8，使活塞杆驱动移动滑轮7恢复中位。

具体的，本申请还包括一种万米深海绞车缆松弛补偿器的控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，根据绞车缆松弛补偿器的尺寸与液压缸压力得到位移-压力(S-P)曲线，并将补偿器滑轮初始化设置在中间位置；

将缆绳从储缆绞车放出，经过缆松弛补偿器滑轮和牵引绞车后连接重物，之后操控牵引绞车，使储缆绞车与牵引绞车间的缆绳张紧。设滑轮安装位置为零点，通过压力传感器，测量液压缸在缆绳张紧状态下滑轮不同位置时的最大最小压力，多次试验后得到位移-压力(S-P)曲线，如图4所示。该曲线即为滑轮处于不同位置时的液压缸最佳目标压力。

步骤2，在绞车正常收放工作期间，根据位移式拉绳传感器确定因缆绳张力变化导致的滑轮位移；

步骤3，根据滑轮位移量与S-P曲线得到液压缸的目标压力，再利用压力传感器测得液压缸实际压力值；

步骤4，将目标压力值与实际压力值的差值输入压力控制器中，控制液压缸调整输出压力，利用反馈调节保证补偿器的压力准确达到目标压力，实现目标补偿效果。

同时，不论牵引绞车与储缆绞车之间的缆绳是出现过松或者过紧时，缆绳张力变化都会通过液压油的压力传递至液压油缸缸体，引起蓄能器气体容积的变化，这也可以辅助性地实现缆松弛补偿功能，减小系统张力峰值。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于万米深海绞车缆的松弛补偿器，其特征在于，所述松弛补偿器包括移动滑轮(7)、液压活塞缸(8)、安装支架和蓄能器(12)；

所述移动滑轮(7)包括滑动支架和滑轮，所述滑轮用于通过绞车缆，所述滑动支架包覆在所述滑轮外侧，并与所述液压活塞缸(8)和安装支架连接；

所述液压活塞缸(8)包括油缸和活塞杆，所述油缸固定设置在所述安装支架上，活塞杆一端设置在油缸内，另一端与所述滑动支架连接；

所述安装支架沿所述活塞杆运动方向在液压活塞缸(8)两侧分别设有2根圆柱形导向柱，所述滑动支架通过滑动连接块与所述圆柱形导向柱滚动连接；

所述滑动连接块包括并排设置的2个纺锤形滚柱，分别固定在所述圆柱形导向柱两侧；

所述蓄能器(12)与所述液压活塞缸(8)连接，用于调整压力使所述液压活塞缸(8)维持在固定位置。

2.根据权利要求1所述松弛补偿器，其特征在于，所述松弛补偿器还包括拉线式位移传感器(9)，所述拉线式位移传感器(9)包括拉绳和传感器端，所述传感器端设置在所述安装支架上，所述拉绳设置在所述滑动支架上。

3.根据权利要求2所述松弛补偿器，其特征在于，所述松弛补偿器还包括压力传感器(11)，所述压力传感器(11)设置在所述液压活塞缸(8)和蓄能器(12)之间，用于测量液压缸里液压油的压力。

4.根据权利要求1所述松弛补偿器，其特征在于，所述松弛补偿器还包括比例压力阀(10)，所述比例压力阀(10)设置在所述液压活塞缸(8)和蓄能器(12)之间，用于给定液压缸活塞杆向外伸出或者向内缩进的推动压力。

5.根据权利要求1所述松弛补偿器，其特征在于，所述松弛补偿器包括焊接安装套件，所述焊接安装套件包括焊接安装架、安装销和联接螺栓；

所述焊接安装架包括侧板和底板，所述侧板与底板相互垂直，所述侧板开设有销孔和螺旋孔，分别用于设置安装销和联接螺栓；

所述安装销与安装支架四周的安装面板进行联接，所述联接螺栓对所述安装销进行紧固防松；

所述底板用于所述松弛补偿器落位后与船体焊接。

6.根据权利要求1所述松弛补偿器，其特征在于，所述圆柱形导向柱两端还设有防撞块和接近式传感器，用于防止起伏过大所述移动滑轮(7)撞到安装支架。

7.一种基于权利要求1-6中任一所述松弛补偿器的用于万米深海绞车缆的松弛补偿方法，其特征在于，所述松弛补偿方法包括以下步骤：

步骤1，将移动滑轮(7)初始化设置在中间位置；同时，根据绞车缆松弛补偿器的尺寸与液压缸压力得到位移-压力曲线；

步骤2，根据拉线式位移传感器(9)确定因缆绳张力变化导致的移动滑轮(7)位移量；

步骤3，根据位移量与位移-压力曲线得到液压缸的目标压力，再利用压力传感器(11)测得液压缸实际压力值；

步骤4，将目标压力值与实际压力值的差值输入比例压力阀(10)中，控制液压缸调整输出压力，利用反馈调节保证补偿器的压力准确达到目标压力，实现目标补偿效果。

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