一种潜水器吊放系统

摘要

本发明涉及一种潜水器吊放系统，包括驱动门架、光电缆收放绞车、液压泵站，所述光电缆收放绞车通过铠装光电复合缆与潜水器相连接，所述潜水器摆动吊装在可转动的驱动门架上，所述驱动门架、光缆收放绞车分别通过软管与液压泵站连接。本发明的优点是能够满足科考船在恶劣海况下航行时，吊放系统和无人潜水器安全存放和固定。同时，本发明的吊放系统结构紧凑，操作简单，便于维护，设计有更大的潜水器存放区域，便于潜水器甲板维护。

说明书

技术领域

本发明涉及一种潜水器吊放系统，属于船舶机械技术领域。

背景技术

潜水器是指具有水下观察和作业能力的活动深潜水装置，主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救援等任务。现有的国内外科考船一般是搭载潜水器进行水下科考任务，因此潜水器的布放、回收作业对科考船意义重大。现有的潜水器吊放系统在潜水器布放阶段通过电缆将潜水器吊放至水面，潜水器回收阶段再通过电缆将潜水器吊放回收至科考船甲板。潜水器在布放、回收作业过程中，由于潜水器通过电缆与科考船连接，而科考船受到海上风浪作用，会产生各种纵摇、横摇、垂荡等不利工况。在恶劣海况下，尤其是5级以上海况下，科考船剧烈晃动甚至会损坏潜水器。因此，科考船迫切需要一种操作可靠性高的吊放系统。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种能够快捷高效、安全可靠地实现潜水器吊放的系统，该系统能有效实现科考船搭载潜水器进行科考任务，具有在5级海况下布放、连接、回收潜水器的功能，同时该系统具有12吨负载的转运能力，具备舷内搁置、舷外布放能力，能够搭载各种型号的潜水器，并且吊放系统布置在船甲板上对船甲板表面不做任何改动。

为了达到以上目的，本发明提供一种潜水器吊放系统，包括驱动门架、光电缆收放绞车、液压泵站，所述光电缆收放绞车通过铠装光电复合缆与潜水器相连接，所述潜水器摆动吊装在可转动的驱动门架上，所述驱动门架、光缆收放绞车分别通过软管与液压泵站连接。

本发明采用可拆卸安装形式，将吊放系统安装在母船甲板的舷侧位置。驱动门架、光电缆收放绞车和液压泵站固定在科考船船舷侧，控制系统集成在控制间内，该控制间采用20英尺标准集装箱形式锚定于科考船的甲板上。驱动门架、光电缆收放绞车、液压泵站和控制间的电力供给由船电提供，整个吊放系统的电力供给及电气信号通过电缆连接。总之，科考船船舶甲板上搭载的潜水器一般通过驱动门架，将潜水器从甲板上吊放至水面上及从水面上回收至甲板上，进行科考任务，从而有效地实现了科考船潜水器布放及回收作业。

本发明进一步的采用如下技术方案：

进一步的，所述驱动门架包括基座、支承臂、摆架、支承油缸、变幅油缸和对接装置，所述基座用于支撑整个驱动门架，且所述基座通过螺栓与船舶甲板底座固定连接，所述基座的前部支架上铰接有摆架和支承臂，所述支承油缸连接在前部支架与支承臂之间，支承油缸驱动支承臂实现支承臂的摆动，所述变幅油缸连接在支承臂与摆架之间，变幅油缸驱动摆架实现摆架的摆动，所述对接装置铰接于摆架的上部。

进一步的，所述摆架由两根摆臂和一根横梁组成，所述摆臂的一端铰接在基座的前部支架上，两根摆臂的另一端连接横梁，所述横梁的中部设有耳座，所述耳座上铰接有对接装置，使对接装置垂直悬挂在横梁下方。

进一步的，所述对接装置包括摆动框架、脐带缆滑轮、纵摇止荡油缸、横摇止荡油缸和导接头，所述摆动框架与横梁连接，所述脐带缆滑轮安装在摆动框架上，所述纵摇止荡油缸布置在横梁和摆动框架之间，所述横摇止荡油缸布置在摆动框架和导接头之间，所述导接头与摆动框架连接。

进一步的，所述摆动框架的上端设有第一吊耳，所述第一吊耳通过螺栓与横梁的耳座连接，所述摆动框架的一侧设有滑轮支架，所述脐带缆滑轮通过滑轮轴安装滑轮支架上并可绕滑轮轴转动，其上缠有铠装光电复合缆，所述纵摇止荡油缸铰接在横梁的耳座与摆动框架的下部之间，所述横摇止荡油缸铰接在摆动框架的下部与导接头的上部之间，所述导接头吊装在摆动框架的底端并与潜水器连接。

这样，铠装光电复合缆绕过脐带缆滑轮与下方的潜水器相连。铠装光电复合缆是一种适用于通信接入网系统的新型接入方式，它将输电铜线与光纤集合在一起，可以一次性同步解决设备供电和信号接入问题。

进一步的，所述光电缆收放绞车包括底座总成、卷筒装置和排绳装置，所述卷筒装置、排绳装置均安装在底座总成上，当铠装光电复合缆在卷筒装置上缠绕时，排绳装置摆放于卷筒装置的侧部，使铠装光电复合缆的输出端同时嵌入卷筒装置和排绳装置，保证钢丝绳的输出端处于压紧状态，使钢丝绳在卷筒上缠绕时，始终在依次布置，避免了铠装光电复合缆混乱缠绕，吊放中绞车具备恒张力功能。所述卷筒装置包括安装在底座总成上的卷筒和驱动卷筒旋转的卷筒马达，所述卷筒上可缠绕经过排绳装置排绳处理的铠装光电复合缆，并且所述卷筒通过旋转轴与带液压制动器的行星减速器连接，所述行星减速器与卷筒马达的输出端连接，在所述卷筒的一端中心转轴上安装有用于信号中转的光电滑环。

进一步的，所述排绳装置包括排绳器定量马达、螺杆、滑块、导轴、支撑座，所述排绳器定量马达安装在螺杆的一端并可驱动螺杆旋转，所述滑块安装在螺杆和导轴上并可沿螺杆和导轴移动，所述螺杆、导轴依次安装在支撑座上。

上述结构中，排绳装置由排绳器定量马达驱动并具备缆绳偏角实时检测纠正功能，以保证铠装光电复合缆进入卷筒的角度，确保缆绳快速、整齐地排列，从而完成排绳作业。铠装光电复合缆是缠绕在光电缆收放绞车的卷筒上。

进一步的，在所述滑块的上端制有贯穿的导向杆孔和螺杆丝杆孔，所述导向杆孔中设有可沿其移动的导向杆，所述螺杆丝杆孔中设有可沿其移动的丝杆，所述导向杆与丝杆之间通过连接板连接，所述连接板上位于丝杆上方设有角度传感器，所述角度传感器与编码器连接，所述编码器用于检测铠装光电复合缆偏离角度。

进一步的，所述液压泵站分别通过软管与片式多路阀组、板式叠加阀组、绞车驱动马达安全阀组、门架支承控制阀组、门架变幅控制阀组连接。

本发明的吊放系统液压设计采用开式液压系统，主要由液压泵站、片式多路阀组、板式叠加阀组、绞车驱动马达安全阀组、门架支承控制阀组与门架变幅控制阀组等组成。光电缆收放绞车由液压泵站提供动力，经液压马达驱动行星减速器传动，从而带动卷筒工作。

本发明还包括控制系统，主要由PLC柜、MCC柜、操作台和便携式无线遥控器组成，所述便携式无线遥控器与操作台连接，所述操作台分别与PLC柜、MCC柜连接，所述PLC柜分别与液压泵站、卷筒装置的编码器、排绳装置的角度传感器、绞车驱动马达安全阀组、驱动门架的角度传感器、驱动门架电控阀组连接，所述MCC柜也与液压泵站连接。

本发明的优点是能够满足科考船在恶劣海况下航行时，吊放系统和无人潜水器安全存放和固定。同时，本发明的吊放系统结构紧凑，操作简单，便于维护，设计有更大的潜水器存放区域，便于潜水器甲板维护。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的潜水器吊放系统的结构示意图。

图2为本发明中驱动门架的结构示意图。

图2a为本发明中基座的结构示意图；图2b为本发明中支承臂的结构示意图；图2c为本发明中摆臂的结构示意图；图2d为本发明中横梁的结构示意图；图2e为本发明中对接装置的结构示意图；图2f为本发明中摆动框架的结构示意图；图2g为本发明中脐带缆滑轮的结构示意图；图2h为本发明中导接头的结构示意图。

图3为本发明中光电缆收放绞车的结构示意图。

图3a为本发明中排绳装置的结构示意图。

图4为本发明中液压泵站的结构示意图。

图5为本发明中吊放系统的电控系统的示意图。

图6为本发明中吊放系统的功能框图。

图7为本发明中潜水器吊放系统的搁置状态图。

图8为本发明中潜水器吊放系统的初始工作状态图。

图9为本发明中潜水器吊放系统的最大变幅工作状态图。

图中：1.驱动门架，101.基座，1011.前部支架，1012.第一铰接孔，1013.第二铰接孔，102.支承油缸，103.支撑臂，1031.第三铰接孔，1032.第四铰接孔，104.变幅油缸，105.摆臂，1051.第五铰接孔，1052.第六铰接孔，106.横梁，1061.耳座，107.对接装置，1071.摆动框架，1071a.第一吊耳，1071b.滑轮支架，1071c.第二吊耳，1071d.第三吊耳，1071e.第四吊耳，1072.纵摇止荡油缸，1073.横摇止荡油缸，1074.导接头，1074a.第五吊耳，1074b.第六吊耳，1075.脐带缆滑轮，2.铠装光电复合缆， 3.光电缆收放绞车，301.底座总成，302.卷筒装置，303.排绳装置，3031.排绳器定量马达，3032.支撑座，3033.滑块，3034.导轴，3035.螺杆，3036.导向杆，3037.丝杆，3038.连接板，3039.偏角检测装置，304.光电滑环，4.液压泵站，5.控制系统。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种潜水器吊放系统包括驱动门架1、光电缆收放绞车3、液压泵站4和控制系统5，光电缆收放绞车3通过铠装光电复合缆2与潜水器相连接，潜水器摆动吊装在可转动的驱动门架1上，驱动门架1、光缆收放绞车的液压驱动部件分别通过软管与液压泵站4连接。

如图2所示，驱动门架1包括基座101、支承臂103、摆架、支承油缸102、变幅油缸104和对接装置107，基座101用于支撑整个驱动门架1，且基座101通过高强度螺栓与船舶甲板底座固定连接，基座101的一端设有前部支架1011，前部支架1011上铰接有摆架和支承臂103，支承油缸102连接在前部支架1011与支承臂103之间，且支承油缸102驱动支承臂103实现支承臂103的摆动，变幅油缸104连接在支承臂103与摆架之间，变幅油缸104驱动摆架实现摆架的摆动，对接装置107铰接于摆架的上部。其中，摆架由两根摆臂105和一根横梁106组成，摆臂105的一端铰接在基座101的前部支架1011上，两根摆臂105的另一端连接横梁106，横梁106的中部设有耳座1061（见图2d），耳座1061上铰接有对接装置107，使对接装置107垂直悬挂在横梁106的下方。前部支架1011的下端有第一铰接孔1012，上端有第二铰接孔1013（见图2a）；支撑臂103呈L形，支撑臂103的长边一端有第三铰接孔1031，另一端有第四铰接孔1032（见图2b）；摆臂105的下端有第五铰接孔1051，上端有第六铰接孔1052（见图2c）。这样，基座前部支架1011的第一铰接孔1012通过第一铰接螺栓与支承油缸102的下端铰接，基座前部支架1011的第二铰接孔1013与支承臂103的第三铰接孔1031、摆臂105的第五铰接孔1051通过第二铰接螺栓连接，支承臂103的第四铰接孔1032通过第三铰接螺栓与支承油缸102的上端、变幅油缸104的下端铰接，摆臂105的第六铰接孔1052通过第四铰接螺栓与变幅油缸104的上端铰接。

本实施例的吊放系统通过液压泵站4提供动力，以驱动驱动门架1使其由舷内摆向舷外或由舷外摆回舷内，驱动门架1可以停留在不同摆角位置，并控制摆动速度。驱动门架1的摆架下方设计有支承臂103，支承臂103可通过变幅油缸104变幅，通过支承臂103的变幅可在一定角度上抬高摆架，便于装载潜水器。在不装载潜水器时，支承臂103在支承油缸102的驱动下继续向内变幅，摆架随之向下运动，最终到达搁置位置。

如图2e所示，对接装置107包括摆动框架1071、脐带缆滑轮1075（其结构见图2g）、纵摇止荡油缸1072、横摇止荡油缸1073和导接头1074，摆动框架1071与横梁106连接，脐带缆滑轮1075安装在摆动框架1071上，纵摇止荡油缸1072布置在横梁106和摆动框架1071之间，横摇止荡油缸1073布置在摆动框架1071和导接头1074之间，导接头1074与摆动框架1071连接，液压泵站4为纵摇止荡油缸1072、横摇止荡油缸1073提供流量和油压，在起吊潜水器时防止潜水器摆动幅度值过大。摆动框架1071的上端设有第一吊耳1071a，第一吊耳1071a通过螺栓与横梁106的耳座1061连接，摆动框架1071的一侧设有滑轮支架1071b，脐带缆滑轮1075通过滑轮轴安装滑轮支架1071b上并可绕滑轮轴转动，其上缠有铠装光电复合缆2，纵摇止荡油缸1072铰接在横梁106的耳座1061与摆动框架1071的下部之间，摆动框架1071的底部四角分别设有第二吊耳1071c，该第二吊耳1071c与纵摇止荡油缸1072的下端铰接，纵摇止荡油缸1072的上端与横梁106的耳座1061铰接，横摇止荡油缸1073铰接在摆动框架1071的下部与导接头1074的上部之间，摆动框架1071的底部两侧分别设有第三吊耳1071d，该第三吊耳1071d与横摇止荡油缸1073的上端铰接，横摇止荡油缸1073的下端与位于导接头1074上部的第五吊耳1074a铰接，摆动框架1071的底面上设有两个第四吊耳1071e（见图2f）。导接头1074吊装在摆动框架1071的底端并与潜水器连接，导接头1074呈阶梯圆柱状，在其中部设有用于导引铠装光电复合缆2的穿缆孔，在其第一层阶梯的上端面设有两个第六吊耳1074b，该第六吊耳1074b通过螺栓与摆动框架1071的第四吊耳1071e连接，在第二层阶梯上设有两个第五吊耳1074a（见图2h），导接头1074上设有锁紧油缸，锁紧油缸的下端设有可与潜水器相连的挂钩，锁紧油缸由液压泵站4驱动，可使挂钩联锁或松脱潜水器，并通过节流阀调节油缸的伸缩速度。铠装光电复合缆2绕过脐带缆滑轮1075与下方的潜水器相连。铠装光电复合缆2是一种适用于通信接入网系统的新型接入方式，它将输电铜线与光纤集合在一起，可以一次性同步解决设备供电和信号接入问题。

如图3所示，光电缆收放绞车3包括底座总成301、卷筒装置302和排绳装置303，卷筒装置302、排绳装置303均安装在底座总成301上，当铠装光电复合缆2在卷筒装置302上缠绕时，排绳装置303摆放于卷筒装置302的侧部，使铠装光电复合缆2的输出端同时嵌入卷筒装置302和排绳装置303，保证铠装光电复合缆2的输出端处于压紧状态，使铠装光电复合缆2在卷筒装置302的卷筒上缠绕时，始终在依次布置，避免了铠装光电复合缆2混乱缠绕，吊放中绞车具备恒张力功能，能够对缆绳进行恒张力控制。卷筒装置302包括安装在底座总成301上的卷筒和驱动卷筒旋转的卷筒马达（卷筒马达采用变量液压马达），卷筒上可缠绕经过排绳装置303排绳处理的铠装光电复合缆2，并且卷筒通过旋转轴与带液压制动器的行星减速器连接，行星减速器与卷筒马达的输出端连接，另外在卷筒的一端中心转轴上安装有用于信号中转的光电滑环304。

如图3a所示，排绳装置303包括排绳器定量马达301、螺杆305、滑块303、导轴304、支撑座302，排绳器定量马达301安装在螺杆305的一端并可驱动螺杆305旋转，滑块303安装在螺杆305和导轴304上并可沿螺杆305和导轴304移动，螺杆305、导轴304依次安装在支撑座302上。另外，在滑块303的上端制有贯穿的导向杆孔和螺杆丝杆孔，导向杆孔中设有可沿其移动的导向杆306，螺杆丝杆孔中设有可沿其移动的丝杆307，导向杆306与丝杆307之间通过连接板308连接，连接板308上位于丝杆307上方设有带角度传感器的偏角检测装置309，偏角检测装置309上安装有编码器，角度传感器与编码器连接，编码器用于检测铠装光电复合缆2偏离角度。

液压泵站4的结构如图4所示，液压泵站4分别通过软管与片式多路阀组、板式叠加阀组、绞车驱动马达安全阀组、门架支承控制阀组、门架变幅控制阀组连接。液压泵站4、片式多路阀组、板式叠加阀组、绞车驱动马达安全阀组、门架支承控制阀组、门架变幅控制阀组与光电缆收放绞车3集成在一起。其中，绞车驱动马达安全阀组包含绞车电控阀组和排缆器电控阀组，绞车电控阀组包括与卷筒马达相连的马达排量单向控制阀、与液压制动器相连的电液比例换向阀，排缆器电控阀组为与排绳器定量马达301相连的电液比例换向阀。这样，绞车驱动马达安全阀组分别通过液压管路与绞车驱动马达（即卷筒马达）和行星减速器的液压制动器相连，液压泵站4通过卷筒马达、排绳器定量马达301驱动光电缆收放绞车3，使得光电缆收放绞车3实现正反转，将具有一定张力的缆绳收回和放出，达到收放潜水器的目的。门架支承控制阀组通过液压管路与驱动门架1的支承油缸相连，门架变幅阀组与驱动门架1的变幅油缸相连（见图6）。另外，片式多路阀组固定在液压泵站4上并分别与光电缆收放绞车3、排绳装置303、门架支承油缸102、变幅油缸104通过液压软管连接。板式叠加阀组分别与锁紧油缸、纵摇缓冲油缸1072与横摇缓冲油缸1073通过液压软管连接。

如图5所示，控制系统5主要由PLC柜、MCC柜、操作台和便携式无线遥控器组成，便携式无线遥控器与操作台连接，操作台分别与PLC柜、MCC柜连接，PLC柜分别与液压泵站4、卷筒装置302的编码器、排绳装置303的角度传感器、绞车驱动马达安全阀组、驱动门架1的角度传感器、驱动门架电控阀组连接，MCC柜也与液压泵站4连接。驱动门架1的角度传感器安装在驱动门架1的基座101与摆架的支承销轴上，驱动门架电控阀组包含门架支承控制阀组和门架变幅控制阀组。

PLC柜是保障整个吊放控制系统5的核心单元柜。采用PLC 控制器作为中心控制单元，通过PLC 柜内PLC控制器的编程，完成系统的控制功能。PLC控制器安装在PLC 控制柜中，在控制柜面板上设计有显示屏，可以显示设备当前的运行参数和运行状态，通过操作面板上的控制按钮、转换开关和旋钮，可以选择液压泵电机的启停位置、液压泵排量和急停等控制。MCC柜是电动机控制中心的缩写,专指控制马达的一种控制柜，具有很多抽屉，每个抽屉就是一个马达的控制回路，正反起停，状态指示，主回路全部都在抽屉中。由一个或多个低压开关设备和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备组成，由制造厂家负责完成所有内部的电气和机械的连接，用结构部件完整地组装在一起的一种组合体。操作台可对整个吊放系统进行全功能操作，整个操作面板采用了模块化设计，整个操作界面划分为HMI显示模块和作业操作模块。通过“咬合”和“脱开”两个状态为控制锁紧机构动作；驱动门架1和脐带缆绞车的控制手柄或按钮都设置有使能锁定开关，可以单独完成对应执行机构的操作，同时各手柄控制信号间具有完全连锁功能。操控台和操控座椅布置在控制间，台面板设有触摸屏和操作手柄。操作台带便携式无线遥控器，便于操作人员甲板操作。在操控台上起动主泵电机后，将控制部位切换到“遥控”，可进行遥控操作。便携式遥控器的无线接收器与其控制间采用通讯电缆进行数据交换，接收单元通过Profibus总线与PLC控制站之间进行通讯，完成便携式无线接收器对指令的下发处理。便携式遥控器具有LED显示功能，LED显示区域由两块独立的LED显示单元组成。其中左屏显示液压系统两主泵压力，右屏显示系统相关报警信息。

本实施例的吊放系统采用电液一体化控制，可利用控制器、传感器、电磁阀实现驱动门架1、对接装置107、绞车等部分的综合控制。潜水器吊放根据搭载母船船舶耐波性试验数据，对吊放驱动门架1及门架横梁上安装的对接装置107和导接头1074等部件的运动特性，在不同控制参数条件下的控制效果进行动态仿真，以获得最佳的缓冲防晃动效果。对比分析有无缓冲对无人潜水器运动的影响以得到不同海况条件下各部件及潜水器的运动和受力情况，为核心电液系统提供输入条件，指导元器件选型设计，优化参数，最终使得电液系统满足功能要求，同时使动态特性最佳。并针对不同海况，在不同的搭载母船条件下，分析各部件受力情况，以确保潜水器吊放系统受力件的结构安全性。

在潜水器吊放系统上没有潜水器的情况下，支承油缸102收缩至初始状态，驱动门架1的摆臂105在支承臂103和自身重力作用下，向舷内变幅至搁置状态，门架上的对接装置107落到底座平台上搁置并固定。当潜水器吊放系统上有潜水器时，支承油缸102伸出至极限状态，摆臂105在变幅油缸104作用下，由舷外向舷内变幅至初始工作工作状态，潜水器在基座平台上搁置并固定。布放潜水器时，驱动摆臂105的变幅油缸104伸出至极限位置，摆臂105在变幅油缸104的作用下，向舷外变幅至最大幅度。该布放装置的设计也便于安装潜水器，当需要安装潜水器时，支承油缸102伸出至极限，支承臂103将摆臂105支承到初始工作状态，变幅油缸104伸出，摆臂105向外变幅至舷外停止，留出潜水器吊运空间。当吊车将潜水器吊放到基座101安装位置上时，摆臂105向内变幅至无人潜水器上方，绞车上脐带缆联接好潜水器，起吊无人潜水器，至导接头1074锁栓确认锁住。潜水器结束工作后，摆臂105向内变幅至搁置状态，搁置无人潜水器。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。