一种全海深微细光纤主动收放系统的制作方法

本发明涉及水下绞车领域，尤其是涉及一种用于水下或深海环境中的微细光纤主动收放绞车系统，一般安装于中继器(TMS，Tether Management System)、潜水器或潜艇等水下作业平台，主要承担着水下机器人在水下布放和回收时对微细光纤进行有序收放工作，同时具有传送信号的功能。

背景技术：

无人遥控潜水器(Remotely Operated Vehicle ROV)主要进行水下观察、取样和作业，广泛应用于海洋科学研究、海洋资源开采及军事等多个领域。ROV通过脐带缆从母船获得动力和通讯。由于脐带缆的约束，ROV的作业范围有限，机动性能也受到影响。

混合型无人潜水器(ARV，AUV&ROV Vehicle)是一种以水面遥控作业，本体自带电源的无人潜水器。由于该类潜水器仅通过微细光纤与母船通讯，与传统的ROV相比，具有机动性好且作业范围大的优点。

如图8所示，利用大深度中继器对ARV进入水下的布放与回收，需要使用微细光纤主动收放系统对微细光纤进行收缆和放缆。由于微细光纤直径小(0.25mm～1mm)，承受拉力与径向压力有限，不适合采用传统的储缆绞车进行收放；ARV远距离航行要求微细光纤放缆量大，而放出的微细光纤受到水流及ARV拖曳的影响，导致微细光纤主动收放系统出缆口的微细光纤张力变化幅度大。目前，国内外微细光纤绞车主要在母船上或小深度的潜水器(或中继器﹑潜艇)上使用，不耐高水压，且无法有效隔离外部微细光纤载荷，遇到光纤外部载荷变化幅度大的情况，排缆易乱缆，轻则损坏微细光纤，重则导致潜水器丢失。

技术实现要素：

本申请人针对上述问题，进行深入研究和设计改进，提供一种全海深微细光纤主动收放系统，是一个集超大容缆量、恒张力自动排缆、减张力牵引及输送机构于一体的复杂系统，可有效隔离外部微细光纤载荷对排缆的影响，适合用于全海深中继器或潜水器使用。

本发明所采用的技术方案如下：

一种全海深微细光纤主动收放系统，包括绞车机架及牵引机架，所述牵引机架位于绞车机架的收放缆位置，所述绞车机架上安装有卷筒组件、排缆机构，所述牵引机架上安装有减张力牵引机构；

所述卷筒组件，安装于绞车机架靠后部位，包括卷筒及卷筒轴，卷筒套设安装于卷筒轴上，所述卷筒轴的一端连接卷筒电机，卷筒轴另一端装有光滑环；

所述排缆机构，安装于绞车机架靠前部位，包括单向丝杆、导向杆、滑块螺母、导向轮组件、转向轮组件，单向丝杆端部连接排缆电机，导向轮组件及转向轮组件安装在滑块螺母上；

所述减张力牵引机构，安装于牵引机架中部，包括减张力双轮机构、输送机构、链传动机构、张力传感器和喇叭口；所述减张力双轮机构安装在牵引机架的左侧，采用多槽双轮结构，包括由减速电机驱动的主动轮及与所述主动轮同步相连的被动轮，所述主动轮转动驱动微细光纤移动，实现主动收放微细光纤的动作；所述输送机构安装于牵引机架的右侧，包括上压辊、下压辊，所述上压辊与下压辊之间压紧微细光纤；所述链传动机构包括主动轮轴端安装的主动链轮、下压辊轴端安装的从动链轮及链条。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述的减张力牵引机构左侧设置有便于转向轮组件与导向轮之间的微细光纤的水平导向导向轮。

所述的一种全海深微细光纤主动收放系统的机构转动采用防腐蚀技术，即采用不锈钢滚动轴承和两端油封。

所述上压辊安装于下压辊上侧的活动轴上，所述活动轴与牵引机架之间安装有弹簧，所述牵引机架上安装有用于调节所述弹簧压紧力的调节螺母。

所述下压辊中装有单向轴承。

一对所述张力传感器分别安装于减张力双轮机构的两侧，实时测量微细光纤的张力值。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的全海深微细光纤主动收放系统，排缆精度高、安全可靠，容易维护。利用三台交流伺服电机作为动力源，分别驱动卷筒组件、排缆机构、减张力牵引机构，通过减张力双轮机构隔离微细光纤外部载荷，结合输送机构的超越离合器，实现微细光纤主动收放系统恒张力排缆，达到有序收放缆的目的；本发明采用防腐蚀技术，即机构转动部分采用不锈钢滚动轴承和两端油封，使本发明具备深海作业能力。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明的俯视图。

图3为图2的左视图(无减张力牵引机构)。

图4为本发明减张力牵引机构的主视图。

图5为图4的局部剖视图。

图6为本发明输送机构的局部剖视图。

图7为本发明单向丝杆转动组件的局部剖视图。

图8为ARV布放系统组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明的具体实施方式。

如图1至图6所示，本发明包括绞车机架1、牵引机架2、卷筒组件100、排缆机构200、减张力牵引机构300。牵引机架2位于绞车机架1的收放缆位置。卷筒组件100安装在绞车机架1靠后部位，包括卷筒3及卷筒轴4，卷筒3通过卷筒轴4一端连接卷筒电机5，卷筒轴4另一端装有光滑环6，光滑环6将卷绕在卷筒3上的微细光纤端头连接到搭载ARV的大深度中继器，进而将信号传输至母船或母艇上。排缆机构200安装在绞车机架1靠前部位，包括单向丝杆7、导向杆8、滑块螺母9、导向轮组件10、转向轮组件11，滑块螺母9与单向丝杆7配合实现传动，导向杆8为滑块螺母9导向，并防止滑块螺母9随单向丝杆7转动。单向丝杆7的一端连接排缆电机12。排缆电机12跟随卷筒电机5转动，直接驱动单向丝杆7转动，单向丝杆7带动安装在滑动螺母9上的导向轮组件10及转向轮组件11进行同步排缆，当到达卷筒3两端时，排缆电机12接收到行程开关13的信号，自动反转，滑动螺母9作往复运动。保证微细光纤36与卷筒3垂直，使微细光纤36整齐卷绕在卷筒3上。

减张力牵引机构300安装在牵引机架2上，包括减张力双轮机构14、输送机构15、链传动机构16、张力传感器17和喇叭口18。减张力双轮机构14安装在牵引机架2的中间，采用多槽双轮结构，其中，一个为主动轮19，另一个为被动轮20。主动轮轴21与减张力牵引电机22连接。当微细光纤36外部载荷大于排缆机构200处微细光纤36张力时，减张力双轮机构14利用摩擦力抵抗部分微细光纤36外部载荷，保持排缆机构200处微细光纤36恒张力，此时减张力双轮机构14起到隔离外部载荷作用；当微细光纤36外部载荷小于排缆机构200处微细光纤36张力时，减张力双轮机构14利用摩擦力抵抗部分排缆机构200处微细光纤36张力，保持排缆机构200处微细光纤36恒张力，此时减张力双轮机构14起到牵引放缆作用或抵抗收缆作用。以减张力牵引机构300为主驱动单元，通过对三台交流伺服电机(卷筒电机5、排缆电机12和减张力牵引电机22)的联动控制，使排缆机构200恒张力自动排缆，张力参数实时反馈，位置、速度等参数精准闭环调控，以实现对微细光纤36的有序收放。

输送机构15安装在牵引机架2的右侧，输送机构15包括上压辊23、下压辊24。链传动机构16包括主动轮轴21端安装的主动链轮25、下压辊轴26端安装的从动链轮27及链条28。用于压紧微细光纤36在下压辊24上的上压辊23安装在下压辊24上侧的活动轴29上，弹簧30抵在活动轴29与牵引机架2之间，压紧力根据实际需要通过调节螺母31锁紧力实现，见图5。下压辊24中装有单向轴承32，见图6。当放缆时，单向轴承32处于“接合”状态，内外圈没有相对转动，主动轮轴21上的动力通过链传动机构16传递到下压辊24，上压辊23与下压辊24通过摩擦力将微细光纤36送出。控制链传动机构16的传动比，使得下压辊24的线速度稍快于主动轮19的线速度。因此，减张力双轮机构14与输送机构15之间的微细光纤36产生一定张力，始终保持绷紧状态。当收缆时，单向轴承32处于“超越”状态，下压辊24内外圈有相对转动，切断从动链轮27传递到下压辊24的动力。此时，下压辊24转化为被动轮，与上压辊23一起提供较小的阻尼力，使得微细光纤36在回收时同样保持绷紧状态。当微细光纤36外部载荷变化或无载荷时，收放缆保持绷紧状态可有效防止微细光纤36在减张力双轮机构14上松弛或打滑现象的产生，提高减张力牵引机构300的稳定性。

一对张力传感器17分别安装在减张力双轮机构14两侧，实时测得排缆机构200处微细光纤36张力值，以及减张力双轮机构14与输送机构15之间微细光纤36张力值，用于监测与控制系统工作，保证系统安全运转。

本发明在排缆机构200的滑块螺母9上安装导向轮组件10及转向轮组件11，系统随着放缆量的变化，经过转向轮组件11转向的微细光纤36卷入卷筒3时会有较大的角度变化，导向轮组件10的设置避免了微细光纤36与转向轮组件11单边摩擦而受损的情况，见图3。

微细光纤36穿过喇叭口18，顺序穿过输送机构15、张力传感器17、减张力双轮机构14及排缆机构200，卷绕在卷筒组件100上，见图2～图4。

本发明在减张力牵引机构300左侧增加一个导向轮33，便于转向轮组件11与导向轮33之间的微细光纤36的水平导向，避免微细光纤36与转向轮组件11单边摩擦而受损的情况。同时，导向轮33的设置便于邻近张力传感器17张力的测量。

在本发明中，机构转动采用深海防腐蚀技术，即采用不锈钢滚动轴承及两端油封。以排缆机构200的单向丝杆7端转动组件35为例，见图7。转动组件35包括左密封圈3501、右密封圈3502及不锈钢滚动轴承3503。在左密封圈3501与右密封圈3502之间的腔体内充满润滑油，滚动轴承沉浸在油中，有效隔离与海水的接触，避免腐蚀。外部海水在压力作用下挤压腔体，直至内外压力平衡。滚动轴承3503的使用大大减小了机构转动阻力。

在本发明中，为适应深海工作环境，三台电机(卷筒电机5、排缆电机12和减张力牵引电机22)连接压力补偿器，压力补偿器内有弹性囊来传递海水压力，电机内部压力与外部压力始终保持平衡。