一种海洋动力参量拖曳式剖面测量系统的制作方法

本实用新型涉及海水探测技术领域，特别是涉及到一种海洋动力参量拖曳式剖面测量系统。

背景技术：

从海洋科研的需求角度考虑，获取剖面数据能更好的反应海洋温盐跃层的分布，但是海洋剖面调查成本高，因此近年来开展了在调查船上使用的海洋动力参量拖曳式剖面测量系统(UCTD)的研究。

目前国内研制的UCTD样机,绞车采用变频调速原理,实现了将探头快速投放和回收的功能,回收时采用无级变速,刹车采用带式刹车,交流电机与卷筒的动力传递采用单片离合器。虽然绞车实现了所需要的功能和技术性能,但整机存在体积较大、较重,操作步骤较多的问题。而且将线绳回绕到探头线筒的绕线机采用交流调速电机,由于绕线时张力控制功能不完善,存在绕线质量不高,影响探头投放到预定深度成功率的问题。

技术实现要素：

针对上述不足，本实用新型提出一种海洋动力参量拖曳式剖面测量系统，实现在调查船上快捷安装、便捷使用和稳定可靠的要求，提高UCTD设备的可靠性、环境适应性和可维修性。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种海洋动力参量拖曳式剖面测量系统，包括绞车、绕线机、回收线绳、UCTD探头和甲板终端计算机；绞车用于将探头快速投放和回收，绕线机用于探头回收后在线筒上快速绕线，探头载有自容式CTD仪器，用于测量海洋剖面的CTD数据，当探头回收至甲板后,终端计算机收集探头数据；

所述绞车包括主体结构、吊臂、回转座、前端滑轮，所述主体结构设于回转座上，由电控部件控制，所述吊臂安装在主体结构上，所述前端滑轮安装于吊臂前端，所述回收线绳由绞车控制，经过前端滑轮投放入海洋和回收；

所述主体结构包括箱体、卷筒轴系、主电机、链轮和链条、离合器、吊臂安装座、排线器，箱体由钢板采用螺钉拼接而成，在箱体内部所述卷筒轴系与主电机、排线前后平行放置，主电机单端固定在箱体底板上,卷筒轴系的主轴通过轴承两端固定在左右侧板上，排线器固定在主体结构的前端，主电机的输出轴通过链轮和链条带动卷筒部件的主轴旋转,卷筒主轴上安装有离合器,用于控制卷筒动力的加载和空转。

进一步的，所述主体结构还包括手动刹车，所述手动刹车采用盘式刹车，通过刹车线连接制动手柄，当拉动刹车手柄时,刹车线带动盘式刹车将链轮刹死。

进一步的，所述主体结构还包括手动回收结构，安装在卷筒轴系的前端，固定在右侧板上，用于在绞车的动力失效时，在旋转轴上固定一个螺栓,通过套筒扳手带动其旋转，将前端的齿轮咬合到筒轴系的齿轮上,从而回卷卷筒,将探头收回。

进一步的，所述排线器包括排线器电机，所述排线器电机通过联轴器和螺杆连接，滑块设于螺杆上，排线辊组件和线绳张力器装在所述滑块上；所述排线辊组件包括两个排线辊和一个基座，回收的时候,排线辊翻转竖立，回收线绳的同时,将线排列整齐，在其它工作状态,排线辊翻下。

进一步的，所述电控部件包括主电器驱动器、离合器驱动器、排线器电机驱动器、离合器三段开关、排线器启动开关、主电机转速双段切换开关。

进一步的，所述绕线机包括螺杆、滑块、联轴器、旋转主电机、绕线机排线电机、线筒卡具、侧板、PLC控制器、电机驱动器，旋转主电机与绕线机排线电机平行固定在侧板上，旋转主电机的伸出轴上设有线筒卡具，绕线机排线电机通过联轴器和螺杆连接，螺杆固定在导轨上，以导轨为基准，实现线筒卡具的两端对中；

排线辊和线绳张力器装在所述滑块上，所述滑块设于螺杆上，所述绕线机排线电机和旋转主电机都带光电码盘，所述光电码盘连接PLC控制器，所述PLC控制器连接电机驱动器。

进一步的，所述线筒卡具包括线筒定位座和弹簧伸缩座，主电机的伸出轴上固定设有线筒定位座，与远端的弹簧伸缩座组成线筒卡具，所述线筒定位座与探头线筒前端吻合。

进一步的，所述绕线机旋转主电机和绕线机排线器电机选用双直流电机，采用PLC控制器控制，用PLC控制器的文本输入器设置绕线的总长；采用三个光电开关用于排线位置控制。

进一步的，所述绕线机整体采用一块安装板与所述回转座固定在一起。

相对于现有技术，本实用新型的优点在于：通过本实用新型所设计的结构，

①提升设备的自动化水平，简化操作程序，实现工作稳定，达到12kn航速下单次作业过程耗时不超过45min，且可不间断投放；

②提高绕线机绕线质量和回收线绳可靠性，使探头投放到预定深度的成功率不小于95％；

③提高了UCTD设备的可靠性、环境适应性和可维修性。

附图说明

图1是本实用新型的工作原理示意图；

图2是本实用新型的绞车结构示意图；

图3是本实用新型中绞车的主体结构示意图；

图4是本实用新型中绞车的电控原理示意图；

图5是本实用新型中绕线机的结构示意图；

图6是本实用新型中绕线机的电控原理示意图。

其中：

1、绞车； 2、线绳； 3、探头；

4、回转座； 5、吊臂； 6、前端滑轮；

7、主体结构； 8、主电机； 9、链轮和链条；

10、盘式刹车； 11、离合器； 12、卷筒轴系；

13、箱体； 14、排线器、 15、排线辊组件；

16、吊臂安装座； 17、PLC控制器； 18、螺杆；

19、排线辊； 20、滑块； 21、侧板；

22、绕线机排线电机； 23、旋转主电机； 24、联轴器；

25、线筒定位座； 26、探头线筒； 27、弹簧伸缩座；

28、开关。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型的总体设计原理为：从海洋科研的需求角度考虑，通过定点垂直下放仪器，获取剖面数据能更好的反应海洋温盐跃层的分布。若在船舶走航时实现探头的垂直下降运动，需采取双端放线的方式，这种方式探头的下降与船只的运动可以实现几乎完全脱耦，即它的下降运动速度独立于船舶运动，如图1所示。

本实用新型提出的UCTD-海洋动力参量拖曳式剖面测量系统由轻便专用绞车1和快速绕线机、线绳2、探头3和甲板终端计算机组成，轻便绞车1用于将探头3快速投放和回收，绕线机用于探头3回收后在线筒上快速绕线的功能。探头3载有自容式CTO，用于测量海洋剖面的CTO数据。当探头3回收至甲板后，用终端计算机收集探头数据。

其中绞车1如图2所示，由主体结构7、吊臂5、回转座4、前端滑轮6等组成，而所述主体结构7如图3所示，包括箱体13、卷筒轴系12、主电机8、链轮和链条9、盘式刹车10、离合器11、吊臂安装座16、手动回收结构、排线器14组成。

箱体13是由钢板采用螺钉拼接而成，卷筒轴系12与主电机8、排线器14前后平行放置，主电机8单端固定底板上，卷筒轴系12的主轴通过轴承两端固定在左右侧板上，排线器14固定在主体结构7的前端。主电机8的输出轴通过链轮和链条9带动卷筒轴系12的主轴旋转，卷筒主轴上安装有离合器11，用于控制卷筒动力的加载和空转。

绞车1的排线器14包括排线器电机，所述排线器电机通过联轴器和螺杆连接，滑块设于螺杆上，排线辊组件15和线绳张力器装在所述滑块上；和绕线机排线器结构类似，主要区别在于绞车排线器14的功率较大，排线用的螺杆长度较短，其它组成结构同绕线机的排线器。

电控部件和元件主要由主电器驱动器、离合器驱动器、排线器电机驱动器、离合器三段开关、排线器启动开关、主电机转速双段切换开关组成。

主体结构7设有手动刹车，采用盘式刹车10，通过刹车线一端连接刹车器，另一端连接制动手柄，当拉动刹车手柄时，刹车线将盘式刹车10刹死。

绞车主体结构7装到回转座4上，当完成探头投放和回收后，可将回转座4的锁定销拔出，绞车主体结构7和通过吊臂安装座16安装的吊臂5可转回甲板内侧，配合绕线机将线重新绕回探头3线筒。

排线辊组件15的结构由两个排线辊和一个基座组成，在回收的时候，将排线辊翻转竖立，回收线绳2的同时，将线排列整齐，在其它工作状态，排线辊翻下。

手动回收机构安装在卷筒轴系12的前端，固定在右侧板上。绞车1的动力失效的情况下，可以在旋转轴上固定一个螺栓，通过套筒扳手带动其旋转，将前端的齿轮咬合到卷筒轴系1的齿轮上，从而回卷卷筒，将探头收回。

绞车1电机采用功率750w直流电机，双刀双掷开关控制电机驱动器实现双段速度锁定，即常规回收速度和回收末段速度(当探头回收接近甲板时，通过开关的切换，将降低主电机速度，防止探头3回收速度过快碰撞船尾)。

控制部分的电源从电源箱引入，电压为24v，首先接到电源模块上，电源模块带有稳压器，分别为主电机8和排线电机驱动器、离合器控制电路供电。

主电机驱动器开关切换不同的电阻分压回路，实现对主电机8的双段速度控制。

如图4所示，离合器11的回路通过三段开关的电压控制电磁离合器的吸力，实现三种状态，一种是完全脱开的自由轮状态，使卷筒在放线时无阻碍的自由转动，一种是完全吸合状态，在回收探头3过程中，实现卷筒轴系12挂载到链轮链条传动轮系，使主电机8带动卷筒轴系12转动回收线绳2。第三种状态需要通过开关切换到分压电路，调整加载到离合器11上的电压，从而达到调整吸合力效果。用于探头回收后往探头3线筒上回绕线时恒定张力的作用，有利于将线绳3在线筒上绕制的整齐和紧密。

绞车1的工作原理：在探头3下放阶段，离合器11完全松开，卷筒不受阻碍转动，对探头3下方运动影响小，卷筒在探头投放阶段需处于自由轮状态，即采用卷筒轴系12的电磁离合器11控制卷筒与电机传动的挂载和脱开，实现在船舶航行时双端放线投放探头3，对探头3的运动不干扰。在回收的阶段，将离合器11吸合，主电机8通过链轮和链条9传动，将主电机8的动力传递到卷筒轴系12。离合器11的吸合使卷筒和主电机8同步转动，带动卷筒转动回收线绳2；最后是绕线阶段，绞车主体结构7和吊臂5可通过回转座4转回甲板内侧，配合绕线机将线重新绕回.

除了绞车1的结构，本实用新型的另一重点在于绕线机的结构，如图5所示，绕线机包括螺杆18、导轨和滑块20(排线器辊和线绳张力器装在滑块20上)、联轴器24、旋转主电机23(带光电码盘)、绕线机排线电机22(带光电码盘)、线筒卡具、侧板21、PLC控制器17(集成文本显示器)、电机驱动器和电源开关28。

旋转主电机23与绕线机排线电机22平行固定在侧板21上，旋转主电机23的伸出轴上固定线筒定位座25(与探头线筒26前端吻合)，与远端的弹簧伸缩座27组成线筒卡具，绕线机排线电机22通过联轴器24和螺杆18连接，螺杆18固定在导轨上，以导轨为基准，实现探头线筒卡具的两端对中。

绕线机整体采用一块安装板与绞车回转座固定在一起。

绕线机的工作原理为：

在探头3回收后，需再次将细缆绳缠绕在探头3上，以实现"双端放线"。绕线机实现了探头线筒26的快速装卡、快速绕排线和正反转换向等功能，

所述绕线机设计采用塑料材质的同轴卡具，一端带弹簧具有弹性，另一端紧固装置与电机轴机械连接，可将探头线筒26快速固定到绕线机上并在绕线时带动线筒平稳快速转动。绕线机旋转主电机23和排线器电机22选用双直流电机，采用PLC控制器17控制，用PLC的文本输入器设置绕线的总长。PLC输出脉冲信号给直流电机控制器，驱动主电机带动探头的线筒旋转，驱动排线直流电机带动丝杠(螺杆)往复运动，两者的转速比恒定，实现排线的功能。绕线时的圈数、绕线长度在文本显示器中实时显示。采用磁粉离合器稳定绕线机往探头3上绕线时的张力，提高排线的整齐性和紧密性，避免探头3下降时由于放线不均匀影响下降速度。

如图6所示，为匹配两个直流电机的转速，使主直流电机带动探头线筒26旋转的同时，排线器移动相应的距离。采用PLC控制器计数两个电机光电码盘输出信号，计算出电机的转速，通过PLC控制输出相应的脉冲，反馈过程使旋转主电机23转动一圈，绕线机排线电机22带动丝杠(螺杆)直线运动相当线筒直径的距离。

采用三个光电开关用于排线位置控制。当绕线机排线电机22带动螺杆转动，将驱动滑块做排线运动。第一个光电开关用于启动，快速绕过线筒尾端的椭圆体，当滑块上的挡板触发左右两端的光电开关时，电机将翻转，驱动滑块反向运动，如此反复，实现排线功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。