一种水冷式电液双动力深海装备用绞车的制作方法

本实用新型涉及海底勘探装备技术领域，尤其是涉及一种水冷式电液双动力深海装备用绞车。

背景技术：

海洋生物资源丰富，并且在海底蕴藏着种类繁多、储量巨大的各类矿产资源，其中金、银、钴等贵金属和战略资源储量多于陆地储量。各国都在不同程度上探索着海洋，作为海洋科学考察的主要阵地----海洋科学考察船在海洋科学考察过程中发挥着越来越重要的作用。

要对深海进行考察就需要将科考装备从科考船下放到海水当中，某些装备需要被下放到海底，这就需要要一个深海装备收放用的深海装备专用绞车，由于各个装备形态、重量、作业工况不同，最好的配置就是一台科考装备配备一台下放回收绞车，但这将大大提高成本，所以目前大多装备是公用一台深海装备用绞车，但每个深海装备因重量不一所需要绞车吊放能力存在差异，并且深海装备在作业作业过程中对绞车的冲击载荷也各不相同，而目前的船用绞车多采用单一的电机驱动，这将会带来一定程度上的能量的浪费，并且降低装备在海水中作业的效率和作业设备的安全性。

并且，现有深海装备用绞车可将深海装备下放最大至万米的深海当中，所以往往在绞车线盘上盘有一万米光电复合缆，这根光电复合缆同时具备承重、输电、通讯的作用。在通常的科学考察过程当中，多数情况下是将深海装备下放至1000m至4000m之间，这就意味着还有一半以上的光电复合缆在绞车上。当通过缆绳对深海装备供电时，由于输电缆电阻的原因，又加上大量光电复合缆盘缠在一起，这将使绞车线盘迅速升温从而损坏光电复合缆，深海装备功率越大，温升越大，对光电复合缆损坏越大，需要找到一种方法对绞车线盘进行降温。

另外深海装备种类多，重量不一，作业条件各不相同，需要设计一台适合大部分深海装备用绞车，提高绞车的能量利用率和增强绞车对装备作业工况的适应性。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种水冷式电液双动力深海装备用绞车，旨在提高绞车对深海装备的适应能力，提高绞车作业效率，并对绞车线盘进行降温，避免光电复合缆因温升损坏。

为实现上述目的，本实用新型提供一种水冷式电液双动力深海装备用绞车，所述水冷式电液双动力深海装备用绞车包括线盘冷却系统、动力驱动系统和排缆系统；

所述线盘冷却系统包括底座、用于储存冷却水的水箱、排水水泵、注水水泵、排水管和注水管；所述水箱安装在底座上，所述水箱内安装有用于存储光电复合缆的绞车线盘，所述绞车线盘的相对两侧设置有同轴的第一旋转轴和第二旋转轴，且绞车线盘的第一旋转轴和第二旋转轴分别穿过所述水箱的两侧壁，所述水箱相对的两侧壁上分别安装有两轴承座，所述绞车线盘的第一旋转轴和第二旋转轴通过轴承分别安装在所述两轴承座上；所述排水管和注水管均与水箱连接，所述注水水泵安装在注水管上，用于向水箱内注入冷却水，所述排水水泵安装在排水管上，用于将水箱内被光电复合缆加热后的水排出；

所述动力驱动系统包含驱动电机和液压马达，所述驱动电机和液压马达分别用于驱动绞车线盘的第一旋转轴和第二旋转轴，为绞车线盘转动提供动力，所述动力驱动系统可以启动驱动电机单独驱动、启动液压马达单独驱动、或启动驱动电机和液压马达同时驱动；

所述排缆系统安装在水箱上，用于对绞车线盘上的光电复合缆进行导引。

优选地，所述轴承上设置有旋转式机械密封，用于防止水箱内的水从两侧壁的绞车线盘穿出位置溢出。

优选地，所述线盘冷却系统进一步包括温度传感器、水位传感器和主控制器，所述温度传感器伸入水箱内，用于测量水箱内的水温；所述水位传感器设于水箱内，用于监测水箱内的水位高度，所述温度传感器和水位传感器均与所述主控制器电性连接，所述主控制器用于接收温度传感器和水位传感器传输的温度信号和水位信号得到水箱内的水温值和水位高度，并根据水箱内水温值和水位高度，控制排水水泵和注水水泵的转速来控制水箱的进水量和出水量。

优选地，所述底座上设有控制柜，所述主控制器设于所述控制柜内。

优选地，所述排水管和注水管分别连接在水箱的前后两端面，所述温度传感器设置在水箱的前端面上，所述排水管和注水管在水箱的前后两端面呈对角设置。

优选地，所述动力驱动系统还包含电机离合器、第一减速器、刹车器、第二减速器和转速传感器；

所述第一减速器安装在绞车线盘的第一旋转轴上；

所述电机离合器安装在驱动电机的输出轴和第一减速器之间；

所述刹车器安装在绞车线盘的第一旋转轴上，用于在紧急情况下或者停车情况下进行制动刹车防止绞车线盘旋转；

所述第二减速器安装在液压马达和绞车线盘的第二旋转轴之间；

所述转速传感器设置在液压马达的外侧，用于测量绞车线盘的旋转速度。

优选地，所述排缆系统包含排缆丝杠、排缆导杆，排缆电机组、排缆轮、测压轮、压力传感器和螺母，所述排缆轮和测压轮用于对绞车线盘上的光电复合缆进行导引；

所述螺母安装在排缆丝杠上并套设在排缆导杆上，通过排缆导杆进行导向，所述排缆轮安装在螺母上；

所述排缆电机组与排缆丝杠的一端连接，用于驱动排缆丝杠旋转，进而驱动螺母及其上安装的排缆轮一起沿排缆导杆来回移动；

所述压力传感器设置在测压轮上，用于测量光电复合缆对测压轮的压力。

优选地，所述排缆电机组包括排缆伺服电机和第三减速器，所述第三减速器连接在排缆伺服电机和所述排缆丝杠的一端连接。

优选地，所述液压马达通过液压控制模块进行控制，所述液压控制模块包括第一单向阀、第二单向阀、第一比例溢流阀、第二比例溢流阀、电磁换向阀和比例流量阀；

所述电磁换向阀连接在液压马达的进口管路和出口管路上，用于控制液压源与液压马之间的通断；

所述第一比例溢流阀和第二比例溢流阀呈反向串联后连接在液压马达的进口管路和出口管路之间，并位于液压马达和电磁换向阀之间；

所述第一单向阀与第一比例溢流阀呈同向并联；

所述第二单向阀与第二比例溢流阀呈同向并联；

所述比例流量阀设于所述液压马达的进口管路上，用于控制液压马达的转速。

优选地，当只需要由液压马达对绞车线盘单独驱动时，所述电机离合器处于分离状态，使驱动电机与绞车线盘动力分离，通过所述电磁换向阀将液压源与液压马达连通，启动液压马达，由液压马达单独驱动绞车线盘，并由比例流量阀控制液压马达的转速来控制绞车的收放缆速度；

当只需要由驱动电机对绞车线盘单独驱动时，通过电磁换向阀将液压源与液压马达断开以关闭液压马达，所述电机离合器将绞车线盘与驱动电机相连，控制驱动电机的旋转速度来控制绞车的收放缆速度，并且第一比例溢流阀/第二比例溢流阀设定一个预定压力值，对驱动电机起到缓冲作用；

当需要液压马达和驱动电机同时对绞车线盘驱动时，通过电磁换向阀将液压源与液压马达连通，启动液压马达，由液压马达驱动绞车线盘，并由比例流量阀控制液压马达的转速，同时电机离合器将绞车线盘与驱动电机相连，控制驱动电机的旋转速度，使绞车线盘的第一旋转轴和第二旋转轴同步旋转；

当停车或发生故障时，启用刹车器停车，同时第一比例溢流阀/第二比例溢流阀调定值处于高值状态，通过液压马达对绞车线盘进行辅助制动。

本实用新型的水冷式电液双动力深海装备用绞车，通过将绞车线盘安装于水箱中，使绞车线盘上的光电复合缆浸没在水中，通过控制排水水泵和注水水泵流量控制水温和水位，通流冷却水在绞车线盘上流动而带走大量热量，将绞车线盘上的光电复合缆进行冷却，保证光电复合缆不因为温度过高而损坏。绞车采用电液双动力驱动，互为备份，保证绞车对深海装备的适应能力，提高绞车作业效率，从而可以很好地满足绝大部分深海装备的作业需求。

附图说明

图1为本实用新型水冷式电液双动力深海装备用绞车一实施例的结构图。

图2为图1所示水冷式电液双动力深海装备用绞车中液压马达的控制原理图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1和图2所示为本实用新型水冷式电液双动力深海装备用绞车的一实施例。在本实施例中，水冷式电液双动力深海装备用绞车包括线盘冷却系统、动力驱动系统和排缆系统。

线盘冷却系统包括底座10、用于储存冷却水的水箱11、温度传感器12、水位传感器13、排水水泵14、注水水泵15、排水管16和注水管17。水箱11安装在底座10上，水箱11内安装有用于存储光电复合缆31的绞车线盘30，绞车线盘30的相对两侧设置有同轴的第一旋转轴和第二旋转轴，水箱11相对的左右两侧壁上分别安装有两轴承座，绞车线盘30的第一旋转轴和第二旋转轴通过轴承分别安装在所述两轴承座上，且绞车线盘30的第一旋转轴和第二旋转轴分别穿过所述水箱11的两侧壁，所述轴承上设置有旋转式机械密封111，机械密封111可以防止水箱11内的水从两侧壁的绞车线盘30穿出位置溢出。

排水管16和注水管17均与水箱11连接，注水水泵15安装在注水管17上，用于向水箱11内注入冷却水，排水水泵14安装在排水管16上，用于将水箱11内被光电复合缆31加热后的水排出。注水水泵15和排水水泵14均由相应的液压马达驱动。

温度传感器12伸入水箱11内，用于测量水箱11内的水温；水位传感器13设于水箱11内并靠近水箱11的顶部设置，用于监测水箱11内的水位高度。

在本实施例中，排水管16和注水管17分别连接在水箱11的前后两端面，温度传感器12设置在水箱11的前端面上，外部的冷却水在注水水泵15作用下通过注水管17由水箱11的后端注入水箱11内，冷却水与绞车线盘30上的光电复合缆31进行热交换被加热，被加热后的水在排水水泵14由水箱11的前端经排水管16排出，而温度传感器12设置在水箱11的前端面上，这样可以更加准确地测量出水箱内被加热后的水的水温，便对于排水水泵14和注水水泵15进行精确控制。

优选地，所述排水管16和注水管17在水箱11的前后两端面呈对角设置，即排水管16和注水管17有竖直高度方向和水平方向均错开，这样可以使自注水管17进入水箱11内的冷却水在水箱11内停留更加时间以与绞车绞车线盘3030上的光电复合缆31进行充分的热交换，从而提高冷却水的利用效率，并节省能量的耗费。在本实施例中，注水管17设置在水箱11后端面的右下角，而排水管16则设置在水箱11前端面的左下角，使注水管17和排水管16在水箱11的前后两端面呈对角设置。

在本实施例中，动力驱动系统包含驱动电机21、电机离合器22、第一减速器23、刹车器24、第二减速器25、液压马达26和转速传感器27。驱动电机21和液压马达26分别用于驱动绞车线盘30的第一旋转轴和第二旋转轴，为绞车线盘30转动提供动力。根据光电复合缆31所连接的深海装备的不同，例如不同的重量或作业时对光电复合缆31产生的不同冲压载荷，所述动力驱动系统可以启动驱动电机22单独驱动、启动液压马达26单独驱动、或启动驱动电机21和液压马达26同时驱动。

第一减速器23安装在绞车线盘30的第一旋转轴上，电机离合器22安装在驱动电机21的输出轴和第一减速器23之间并采用液压控制，用于切断或传递驱动电机21的输出轴向第一减速器23输入的动力，减少能量损耗和提高系统安全性。在仅需要液压马达26单独驱动绞车线盘30时，电机离合器22将驱动电机21的输出轴与第一减速器23之间的动力传输切断，而当需要液压马达26和驱动电机21同时驱动绞车线盘30时，电机离合器22将传递驱动电机21的输出轴向第一减速器23输入的动力。

第一减速器23将驱动电机21高转速低扭矩转换为低转速大扭矩输出给绞车线盘30的第一旋转轴。刹车器24安装在绞车线盘30的第一旋转轴上，用于在紧急情况下或者停车情况下进行制动刹车防止绞车线盘30旋转，刹车器24由液压控制。液压马达26由液压控制模块进行控制。

第二减速器25安装在液压马达26和绞车线盘30的第二旋转轴之间，用于将液压马达26的高转速低扭矩输出转变成高扭矩低转速输出给绞车线盘30的第二旋转轴。液压马达26在油压力的作用下旋转带动绞车线盘30转动。转速传感器27设置在液压马达26的外侧，用于测量绞车线盘30的旋转速度。

排缆系统包含排缆丝杠32、排缆导杆33，排缆电机组34、排缆轮35、测压轮36、压力传感器37和螺母38。所述排缆轮35和测压轮36用于对绞车线盘30上的光电复合缆31进行导引，使光电复合缆31连接至深海装备。

螺母38安装在排缆丝杠32上并套设在排缆导杆33上，通过排缆导杆33进行导向，排缆轮35安装在螺母38上。

排缆电机组34包括排缆伺服电机341和第三减速器342，第三减速器342连接在排缆伺服电机341和所述排缆丝杠32的一端连接，并可以正反转，用于驱动排缆丝杠32旋转，进而驱动螺母38及其上安装的排缆轮35一起沿排缆导杆33来回移动。在放缆时排缆轮35可以跟随光电复合缆31在绞车线盘30的位置左右移动，避免光电复合缆31对绞车线盘30产生轴向张力，从而影响驱动电机21和液压马达26的精确控制。在收缆时排缆轮35沿排缆导杆33来回移动，使光电复合缆31在绞车线盘30上顺序缠绕，防止光电复合缆31无规律的缠绕。

压力传感器37设置在测压轮36上，可以测量出光电复合缆31对测压轮36的压力，从而间接得到光电复合缆31受到的张力大小，便于驱动电机21和液压马达26的精确控制。

前述的液压马达26、刹车器24、电机离合器22的液压压力均由绞车液压站提供。底座10上设有控制柜40，驱动绞车线盘30转动的驱动电机21由控制柜40内的变频器进行控制，排缆电机组34由控制柜40内的伺服电机驱动器驱动控制。控制柜40内还安装有主控制器，温度传感器12和水位传感器13与所述主控制器电性连接，所述排水水泵14和注水水泵15受所述主控制器控制。主控制器用于接收温度传感器12和水位传感器13传输的温度信号和水位信号得到水箱11内的水温值和水位高度，并根据水箱11内水温值和水位高度，控制排水水泵14和注水水泵15的转速，从而控制水箱11的进水量和出水量，使水箱11内的水温和水位恒定在某一设定的数值或数值范围。

本实施例的水冷式电液双动力深海装备用绞车的水温度控制过程为：

温度传感器12和水位传感器13将采集温度信号和水位信号传输给主控制器，主控制器得到水箱11内的水温值和水位高度，并根据水箱11内水温值和水位高度，控制排水水泵14和注水水泵15的转速，从而控制水箱11的进水量和出水量，使水箱11内的水温和水位恒定在某一设定的数值或数值范围。

参照图2，液压马达26的液压控制模块包括第一单向阀261、第二单向阀262、第一比例溢流阀263、第二比例溢流阀264、电磁换向阀265和比例流量阀266。电磁换向阀265连接在液压马达26的进口管路和出口管路上，用于控制液压源与液压马达26之间的通断。第一比例溢流阀263和第二比例溢流阀264呈反向串联后连接在液压马达26的进口管路和出口管路之间，并位于液压马达26和电磁换向阀265之间，所述第一单向阀261与第一比例溢流阀263呈同向并联，所述第二单向阀262与第二比例溢流阀264呈同向并联，。所述比例流量阀266设于所述液压马达26的进口管路上。

本实施例的水冷式电液双动力深海装备用绞车对深海装备吊放控制过程为：

当只需要由液压马达26对绞车线盘30单独驱动时，将电机离合器22处于分离状态，使驱动电机21与绞车线盘30动力分离，通过电磁换向阀265将液压源与液压马达26连通，启动液压马达26，由液压马达26单独驱动绞车线盘30，并由比例流量阀266控制液压马达26的转速来控制绞车的收放缆速度；

当只需要由驱动电机21对绞车线盘30单独驱动时，通过电磁换向阀265将液压源与液压马达26断开以关闭液压马达26，电机离合器22将绞车线盘30与驱动电机21相连，由变频器控制驱动电机21的旋转速度，从而控制绞车的收放缆速度。第一比例溢流阀263/第二比例溢流阀264设定一个合适的预定压力值，对驱动电机21起到缓冲作用；

当需要液压马达26和驱动电机21同时对绞车线盘30驱动时，通过电磁换向阀265将液压源与液压马达26连通，启动液压马达26，由液压马达26驱动绞车线盘30，并由比例流量阀266控制液压马达26的转速，同时电机离合器22将绞车线盘30与驱动电机21相连，由变频器控制驱动电机21的旋转速度，使绞车线盘的第一旋转轴和第二旋转轴同步旋转，绞车采用电液耦合驱动；

当停车或发生故障时，启用刹车器24停车，同时第一比例溢流阀263/第二比例溢流阀264调定值处于高值状态，通过液压马达对绞车线盘进行辅助制动。

液压马达26和驱动电机21互为备份，当液压马达26或者驱动电机21任何一方出现故障时，可以保证绞车安全。

本实用新型实施例的水冷式电液双动力深海装备用绞车，通过将绞车线盘30安装于水箱11中，使绞车线盘30上的光电复合缆31浸没在水中，通过控制排水水泵14和注水水泵15流量控制水温和水位，通流冷却水在绞车线盘30上流动而带走大量热量，将绞车线盘30上的光电复合缆31进行冷却，保证光电复合缆31不因为温度过高而损坏。

绞车采用电液双动力驱动，互为备份，保证绞车对深海装备的适应能力，提高绞车作业效率，从而可以很好地满足绝大部分深海装备的作业需求。

每个深海装备因重量不一所需要绞车吊放能力存在差异，并且深海装备在作业作业过程中对绞车的冲击载荷也各不相同，为适应这些差异特设计电液双动力绞车，绞车既能利用液压马达26驱动又能使用驱动电机21驱动，也能利用驱动电机21和液压马达26同时驱动，液压马达26驱动和驱动电机21驱动互为备份。当面对的深海装备重量轻时，可以选择液压或驱动电机21驱动，特别地，当深海装备作业时对绞车有一定冲击载荷时采用液压马达26驱动，当面对的深海装备重量重时绞车采用电液双驱动。

本实用新型并不局限于以上实施方式，在上述实施方式公开的技术内容下，还可以进行各种变化。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。