CN108011320B - 海洋科考作业设备滑轮 - Google Patents

Abstract

为解决海洋科考中高空更换钢缆给操作人员带来危险和钢缆易于摩擦受损的问题，本发明提供了一种海洋科考作业设备滑轮，包括滑轮框架、安装在滑轮框架中的主滑轮、吊耳、防摩擦机构、抓缆机构、旋转起升机构以及对抓缆机构位置进行微调的上下移动机构，吊耳设置在滑轮框架的顶端，滑轮框架的上端的一侧设有开口，开口处设有防摩擦机构，滑轮框架设有开口的一侧安装有上下移动机构，上下移动机构上安装有一块基板，基板上安装有旋转起升机构，旋转起升机构上绕有牵引线，牵引线的下端连接着抓缆机构，抓缆机构上设有定位块。这种滑轮可以高效的提高换缆效率、提高作业人员的安全系数，减少钢缆所受摩擦，并实时监控钢缆偏向张力。

Description

海洋科考作业设备滑轮

技术领域

本发明涉及海洋科考作业设备收放缆技术领域，更具体的说，涉及一种基于A架系统的高空滑轮。

背景技术

随着我国在探索深海、开发利用深海资源以及保障国家深海安全等方面需求不断增加，越来越多的科考船已经投入使用，他们布局近海、深海、大洋和南北极，海洋科考船在深海和大洋进行勘察作业时，主要的工作方式就是定点和拖曳作业，这些作业均需后甲板支撑装备配合完成，后甲板支撑装备主要包括绞车、A架和折臂吊吊车等，绞车负责对设备进行收放，A架负责将设备从船内摆出船外，构成了完整的收放系统。而传统的A架最多由两个不同缆径的滑轮构成，但是随着水下设备的多样化，对钢缆的通讯要求也不一致，因此新科考船装备的钢缆至少包括三种，钢缆、同轴缆和光电复合缆，在科考调查中根据作业任务的需求，需不停的更换水下取样设备，但由于滑轮和钢缆数量不匹配，因此至少有一个滑轮频繁更换钢缆，滑轮位于A架顶端，即使A架摆到最低时，滑轮距甲板的高度也有5-6米，因此更换钢缆时需要调查队员爬至高空对其进行更换，当海况较差，晃动剧烈，且滑轮重约300-400公斤，给工作人员带来一定的危险和困难。在进行拖曳作业时，当航向与流向存在一定的夹角时，钢缆放出滑轮时会向左舷或者右舷偏去，这种情况钢缆会与一侧的缆槽相摩擦，从而损伤钢缆，影响作业进程。综合上述两种情况，需要一种兼并自动换缆和防摩擦功能的新型滑轮。

发明内容

本发明的目的是解决现阶段科考船A架高空滑轮换缆时人员和设备的危险情况，工作人员只需在甲板上操作即可完成钢缆的更换工作。

为了达到这个发明目的，本发明采用了如下的技术方案：设计一种海洋科考作业设备滑轮，包括主体，其主体包括滑轮框架、安装在滑轮框架中的主滑轮和用于将整个防摩擦型滑轮吊起的吊耳，吊耳设置在滑轮框架的顶端，用于将整个装置吊装在A架上。除此之外，防摩擦型滑轮还包括用于减少缆绳在运行过程中摩擦的防摩擦机构、在更换缆绳时抓取缆绳的抓缆机构、将抓缆机构机型起吊和放下的旋转起升机构以及对抓缆机构位置进行微调的上下移动机构，滑轮框架的上端的一侧设有开口，开口处设有防摩擦机构，滑轮框架设有开口的一侧安装有上下移动机构，上下移动机构上安装有一块基板，基板上安装有旋转起升机构，旋转起升机构上绕有牵引线，牵引线的下端连接着抓缆机构，抓缆机构上设有定位块。使用状态时，缆绳位于主滑轮的轮槽中，需要换缆绳时，地面操控人员通过控制系统移动防摩擦机构，使滑轮框架的一侧开口打开，旋转起升机构升起抓缆机构到指定位置，抓缆机构动作将主滑轮上的缆绳抓取出来，再运动下行，换装新的缆绳之后再度运行上升，将新缆绳放入主滑轮的凹槽中，然后移动防摩擦机构，使滑轮框架的开口闭合，完成更换。

防摩擦机构包括安装平板、防摩擦滑轮、第一连杆、第二连杆、推杆电机、面板、缆绳防摩擦装置，其中安装平板的外形与滑轮框架的外形相配合，面板与安装平板平行设置，防摩擦滑轮安装在安装平板的内侧、位于安装平板和面板之间。面板的外侧设有缆绳防摩擦装置，缆绳防摩擦装置包括固定在面板上的旋转电机、可由旋转电机驱动做旋转运动的机臂、监控报警灯以及可转动地连接在机臂另一端的导缆器。缆绳防摩擦装置的作用是防止靠海端缆绳在船体剧烈摆动时与滑轮相互碰撞。

当安装平板处于闭合状态的时候，防摩擦滑轮与主滑轮相切，第一连杆、第二连杆和推杆电机都安装在安装平板的外侧，其中第一连杆一端铰接在滑轮框架上，所述第二连接杆一端铰接在安装平板上，且第一连杆和第二连接的另一端相互铰接，推杆电机其中一端铰接在滑轮框架上，另一端通过横轴与第一连杆固定连接。当安装平板处于闭合状态时缆绳位于防摩擦滑轮与主滑轮的中间，防摩擦滑轮上的凹槽与主滑轮上的凹槽形成一个周向闭合的空间，限制缆绳的周向移动，防止磨损。推杆电机可以在控制系统的控制下做伸缩运动，推动第一连杆和第二连杆折起或伸直，以达到打开或者闭合安装平板与滑轮框架的目的。

第一连杆和第二连杆分别有平行设置的两根，两根第一连杆与第二连杆铰接的一端设有横轴，将两根第一连杆以及第二连杆分别可转动地连接在一起，推杆电机的其中一端铰接在滑轮框架上，另一端固定在横轴上。

抓缆机构包括抓缆机械手和支架，抓缆机械手安装在支架上，支架与牵引线相连接，由牵引线带动做运动。

支架包括两根平行设置的型架杆和连接这两根架杆其中一端的横梁，横梁上设有定位块，牵引线与定位块相连接，两根架杆的另一端为抓缆端，抓缆端设有抓缆机械手。

抓缆机械手包括驱动电机、滑轨和夹持块，架杆的抓缆端设有弧形凹槽，滑轨的其中一端固定在架杆的抓缆端，另一端垂直伸出，夹持块上设有与滑轨相配合的滑槽和与抓缆端上的弧形凹槽相对应的弧形凹槽，夹持块通过滑槽与滑轨配合安装，并通过驱动电机驱动在滑轨上滑动，与抓缆端贴合或分离，完成抓持动作。这种机械手结构简单，成本比较低，且易于操控。

旋转起升机构包括绞车安装座、绞车、绞车电机和齿轮组，其中绞车安装座固定在基板上，绞车安装在绞车安装座上，绞车电机固定在基板上并通过齿轮组与绞车相连接。绞车电机通过齿轮组驱动绞车转动，卷起或释放牵引线。

旋转起升机构还包括锁定头，锁定头固定在基板上，设于抓缆机构被牵引线拉起时其定位块所对应的位置。当达到设定位置时定位块会与锁定头配合，锁定抓缆机构的位置。

所述上下移动机构包括移动机构电机、移动机构滑轨、滑块、传动机构，传动机构能够将移动机构电机轴的圆周运动转换为直线运动，其中移动机构电机和传动机构相连接并安装在基板上相对于旋转起升机构安装的一侧，移动机构滑轨固定在滑轮框架上，滑块也安装在基板上相对于旋转起升机构安装的一侧并且与移动机构滑轨滑动配合。上下移动机构是用于对旋转起升机构以及被吊起的抓缆机构的为只做微调，以便更加适合操作。

传动机构为包括丝杠、固定在基板上的丝杠螺母和固定在滑轮框架上的丝杠座，丝杠的一端与移动机构电机的传动轴相连接，另一端可转动地安装在丝杠座上，丝杠螺母与丝杠相配合。移动机构电机转动时，驱动丝杠转动，丝杠螺母就带动基板做上下运动，实现微调的目的。

本发明的有益效果是：1、大大减轻换缆的人力，并提供作业的安全系数；2、使得整个海洋科考作业效率更加高效；3、使得这种作业能在恶劣海况下进行；4、实时监控钢缆的偏向强度，保证水下设备安全。

附图说明

图1是本发明的海洋科考作业设备滑轮的立体图；

图2是旋转起升机构的结构示意图；

图3是旋转起升机构的结构示意图(拆除基板且倒置)；

图4是上下移动机构的结构示意图；

图5是防摩擦机构的结构示意图；

图6是防摩擦机构的结构示意图(另一角度)；

图7是抓缆机构抓取到缆绳时的状态示意图；

图8是缆绳被抓取后防摩擦机构打开的状态图；

图9是抓缆机构被放下的状态图；

图10是缆绳防摩擦装置的结构示意图；

图11是缆绳防摩擦装置的安装示意图。

图例说明：

1-滑轮框架2-主滑轮3-吊耳4-防摩擦机构41-安装平板42-防摩擦滑轮43-第一连杆44-第二连杆45-推杆电机46-横轴47-面板48-缆绳防摩擦装置481-旋转电机482-机臂483-监控报警灯484-导缆器5-抓缆机构6-旋转起升机构61-绞车安装座62-绞车63-绞车电机64-齿轮组65-锁定头7-上下移动机构71-移动机构电机72-移动机构滑轨73-滑块74-丝杠75-丝杠螺母76-丝杠座8-基板9-牵引线

具体实施方式

如图1至图11所示的海洋科考作业设备滑轮，包括主体，而主体包括滑轮框架1、安装在滑轮框架1中的主滑轮2和用于将整个防摩擦型滑轮吊起的吊耳3，吊耳设置在滑轮框架1的顶端，用于将整个装置吊装在A架上。除此之外，防摩擦型滑轮还包括用于减少缆绳在运行过程中摩擦的防摩擦机构4、设有定位块的抓缆机构5、将抓缆机构进行起吊和放下的旋转起升机构6以及对抓缆机构位置进行微调的上下移动机构7，旋转起升机构6和上下移动机构7通过一块基板8相连接。

在本具体实施例中，防摩擦机构包括安装平板41、防摩擦滑轮42、第一连杆43、第二连杆44、推杆电机45、面板47以及缆绳防摩擦装置48，其中滑轮框架1的上端的一侧设有开口，而安装平板41的外形与滑轮框架1开口处的外形相配合，防摩擦滑轮42安装在安装平板41的内侧，当安装平板41处于闭合状态的时候，防摩擦滑轮42与主滑轮2相切。第一连杆43和第二连杆44分别有平行设置的两根，第一连杆43、第二连杆44和推杆电机45都安装在安装平板的外侧，其中第一连43杆一端铰接在滑轮框架1上，所述第二连接杆44一端铰接在安装平板41上，且第一连杆43和第二连接44的另一端相互铰接，其铰接的一端设有横轴46，横轴46将两根第一连杆43以及第二连杆44分别可转动地连接在一起，推杆电机45的其中一端铰接在滑轮框架1上，另一端通过横轴46与第一连杆43固定连接。当安装平板41处于闭合状态时缆绳位于防摩擦滑轮42与主滑轮1的中间，防摩擦滑轮42上的凹槽与主滑轮2上的凹槽形成一个周向闭合的空间，限制缆绳的周向移动，防止磨损。推杆电机45可以在控制系统的控制下做伸缩运动，推动第一连杆43和第二连杆44折起或伸直，就可以打开或者闭合安装平板41与滑轮框架1。面板47与安装平板41平行设置，主滑轮2及防摩擦滑轮42设置在面板47和安装平板41之间。面板47的外侧设有缆绳防摩擦装置48，缆绳防摩擦装置48包括固定在面板47上的旋转电机481、可由旋转电机481驱动做旋转运动的机臂482、监控报警灯483以及可转动地连接在机臂另一端的导缆器484。

上下移动机构7设置在滑轮框架1开口的一侧，其包括移动机构电机71、移动机构滑轨72、固定在基板8上的滑块73、丝杠74、固定在基板8上的丝杠螺母75和固定在滑轮框架1上的丝杠座76，丝杠74的一端与移动机构电机71的传动轴相连接，另一端可转动地安装在丝杠座76上，丝杠螺母75与丝杠74相配合。

旋转起升机构6安装在基板8上与上下移动机构7相对的一侧，其上绕有牵引线9。旋转起升机构6包括绞车安装座61、盘绕牵引线9的绞车62、绞车电机63、齿轮组64和锁定头65，其中绞车安装座61固定在基板8上，绞车62可转动地安装在绞车安装座61上，绞车电机63固定在基板8上并通过齿轮组64与绞车62相连接。绞车电机63通过齿轮组64驱动绞车62转动，卷起或释放牵引线。锁定头65，锁定头65固定在基板8上，设于抓缆机构5被牵引线9拉起时其定位块所对应的位置。当达到设定位置时定位块会与锁定头65配合，锁定抓缆机构5的位置。

抓缆机构5包括抓缆机械手和支架，支架包括两根平行设置的型架杆和连接这两根架杆其中一端的横梁，横梁上设有定位块，牵引线9与定位块相连接，两根架杆的另一端为抓缆端，抓缆端处设有弧形凹槽并且设有抓缆机械手。本实施例中抓缆机械手包括驱动电机、滑轨和夹持块，滑轨的其中一端固定在架杆的抓缆端，另一端垂直伸出，夹持块上设有与滑轨相配合的滑槽和与抓缆端上的弧形凹槽相对应的弧形凹槽，夹持块通过滑槽与滑轨配合安装，并通过驱动电机的驱动在滑轨上滑动，与抓缆端贴合或分离，完成抓持动作。

如图7至图9所示，使用状态时，缆绳位于主滑轮的轮槽中，需要换缆绳时，地面操控人员通过控制系统移动防摩擦机构，使滑轮框架的一侧开口打开，旋转起升机构升起抓缆机构到指定位置，抓缆机构动作将主滑轮上的缆绳抓取出来，再运动下行，换装新的缆绳之后再度运行上升，将新缆绳放入主滑轮的凹槽中，然后移动防摩擦机构，使滑轮框架的开口闭合，完成更换。

以上实施例是供理解本发明之用，并非是对本发明的限制，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变型，这些变化或变型应当理解为仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海洋科考作业设备滑轮，包括主体，其主体包括滑轮框架、安装在滑轮框架中的主滑轮和用于将整个防摩擦型滑轮吊起的吊耳，吊耳设置在滑轮框架的顶端，其特征在于：所述防摩擦型滑轮还包括用于减少缆绳在运行过程中摩擦的防摩擦机构、在更换缆绳时抓取缆绳的抓缆机构、将抓缆机构机型起吊和放下的旋转起升机构以及对抓缆机构位置进行微调的上下移动机构，所述滑轮框架的上端的一侧设有开口，开口处设有防摩擦机构，滑轮框架设有开口的一侧安装有上下移动机构，上下移动机构上安装有一块基板，基板上安装有旋转起升机构，旋转起升机构上绕有牵引线，牵引线的下端连接着抓缆机构，抓缆机构上设有定位块。

2.根据权利要求1所述的海洋科考作业设备滑轮，其特征在于：所述防摩擦机构包括安装平板、防摩擦滑轮、第一连杆、第二连杆、推杆电机、面板、缆绳防摩擦装置，其中安装平板的外形与滑轮框架的外形相配合，面板与安装平板平行设置，防摩擦滑轮安装在安装平板的内侧、位于安装平板和面板之间，面板的外侧设有缆绳防摩擦装置，缆绳防摩擦装置包括固定在面板上的旋转电机、可由旋转电机驱动做旋转运动的机臂、监控报警灯以及可转动地连接在机臂另一端的导缆器，当安装平板处于闭合状态的时候，防摩擦滑轮与所述主滑轮相切，第一连杆、第二连杆和推杆电机都安装在安装平板的外侧，其中第一连杆一端铰接在滑轮框架上，所述第二连杆一端铰接在安装平板上，且第一连杆和第二连杆的另一端相互铰接，推杆电机其中一端铰接在滑轮框架上，另一端通过横轴与第一连杆固定连接。

3.根据权利要求2所述的海洋科考作业设备滑轮，其特征在于：所述第一连杆和第二连杆分别有平行设置的两根，两根第一连杆与第二连杆铰接的一端设有横轴，将两根第一连杆以及第二连杆分别可转动地连接在一起，推杆电机的其中一端铰接在滑轮框架上，另一端固定在横轴上。

4.根据权利要求1所述的海洋科考作业设备滑轮，其特征在于：所述抓缆机构还包括抓缆机械手和支架，抓缆机械手安装在支架上，支架与所述牵引线相连接，由牵引线带动做运动。

5.根据权利要求4所述的海洋科考作业设备滑轮，其特征在于：所述支架包括两根平行设置的型架杆和连接这两根架杆其中一端的横梁，横梁上设有所述定位块，所述牵引线与定位块相连接，两根架杆的另一端为抓缆端，抓缆端设有抓缆机械手。

6.根据权利要求5所述的海洋科考作业设备滑轮，其特征在于：所述抓缆机械手包括驱动电机、滑轨和夹持块，架杆的抓缆端设有弧形凹槽，滑轨的其中一端固定在架杆的抓缆端，另一端垂直伸出，夹持块上设有与滑轨相配合的滑槽和与所述抓缆端上的弧形凹槽相对应的弧形凹槽，夹持块通过所述滑槽与滑轨配合安装，并通过驱动电机驱动在滑轨上滑动，与所述抓缆端贴合或分离，完成抓持动作。

7.根据权利要求1所述的海洋科考作业设备滑轮，其特征在于：所述旋转起升机构包括绞车安装座、绞车、绞车电机和齿轮组，其中绞车安装座固定在所述基板上，绞车安装在绞车安装座上，绞车电机固定在基板上并通过齿轮组与绞车相连接。

8.根据权利要求1所述的海洋科考作业设备滑轮，其特征在于：所述旋转起升机构还包括锁定头，锁定头固定在基板上，设于所述抓缆机构被牵引线拉起时其定位块所对应的位置。

9.根据权利要求8所述的海洋科考作业设备滑轮，其特征在于：所述上下移动机构包括移动机构电机、移动机构滑轨、滑块、传动机构，传动机构能够将移动机构电机轴的圆周运动转换为直线运动，其中移动机构电机和传动机构相连接并安装在所述基板上相对于旋转起升机构安装的一侧，移动机构滑轨固定在所述滑轮框架上，滑块也安装在所述基板上相对于旋转起升机构安装的一侧并且与移动机构滑轨滑动配合。

10.根据权利要求9所述的海洋科考作业设备滑轮，其特征在于：所述传动机构为包括丝杠、固定在所述基板上的丝杠螺母和固定在所述滑轮框架上的丝杠座，丝杠的一端与移动机构电机的传动轴相连接，另一端可转动地安装在丝杠座上，丝杠螺母与丝杠相配合。

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