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1、拖曳式水下機(jī)器人(TUV)收放系統(tǒng)技術(shù)研究,何志強(qiáng) 易杏甫 周凱 康勇 (第七一五研究所 杭州 310012),,摘要:本文闡述了拖曳式水下機(jī)器人收放系統(tǒng)技術(shù),包括流線型拖纜的排纜技術(shù)、收放技術(shù),排多層流線型拖纜的智能絞車。通過對(duì)拖曳式水下機(jī)器人收放系統(tǒng)技術(shù)的研究,為拖曳式水下機(jī)器人、拖曳聲納的收放技術(shù)提供有益參考。 關(guān)鍵字:TUV 排纜技術(shù) 收放技術(shù),1 引言,目前,國內(nèi)外都在加快水下機(jī)器人的研制步伐,作為水下機(jī)器人的一個(gè)分支拖曳式水下機(jī)器人(簡稱TUV),正在逐漸向高速、大深度方向發(fā)展,而要提高TUV的技術(shù)水平,必須解決收放技術(shù)中存在的問題。在TUV中,拖纜形式主要有兩種:一種是裸纜,第二
2、種是在裸纜上加裝流線型體(如導(dǎo)流套)形成的流線型拖纜。兩種拖纜各有優(yōu)缺點(diǎn),裸纜收放簡單,絞車體積小,但拖曳時(shí)阻力大、振動(dòng)劇烈而降低拖纜壽命,纜深比大。流線型拖纜拖曳時(shí)阻力小,可減小振動(dòng),纜深比小,能提高TUV運(yùn)載平臺(tái)的下沉深度,工業(yè)延長拖纜使用壽命,降低噪聲,這一特性對(duì),1 引言,拖纜使用壽命,降低噪聲,這一特性對(duì)裝有各種水聲儀器設(shè)備的TUV中具有重要價(jià)值。缺點(diǎn)是,如果是單層排纜,絞車體積大,能耗高。 因此,要提高TUV的技術(shù)水平,解決高速、大深度拖曳,迫切需要解決流線型拖纜的收放及排纜技術(shù),研究出體積小、重量輕、能耗低、智能化程度高的絞車和配套使用的收放裝置。,2 收放技術(shù)研究,TUV的
3、收放技術(shù)研究一般包括用于拖纜收放、存儲(chǔ)、拖曳的絞車和對(duì)水下運(yùn)載平臺(tái)進(jìn)行投放和回收的收放裝置。本文所述的研究內(nèi)容正是這兩方面的關(guān)鍵技術(shù)。,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),傳統(tǒng)的絞車排流線型拖纜只能采用單層排纜,導(dǎo)致絞車體積、重量、功耗都偏大,嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的適裝性。如代表當(dāng)今世界拖曳式多參數(shù)剖面測(cè)量統(tǒng)水平的英國SEASOAR拖曳式水下機(jī)器人,其所用單層排流線型拖纜絞車,體積重量很大。,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),表1 排流線型拖纜絞車對(duì)照表,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),要減小排流線型拖纜絞車的體積、重量,就要改變流線型拖纜只能單層排纜的傳統(tǒng)思維模式,通過在兩層流線型拖纜間增加隔離層的方式來實(shí)現(xiàn)
4、排多層流線型拖纜,這種隔離層在排纜過程中應(yīng)能較為方便的安裝和拆卸。根據(jù)這種思路,卷筒設(shè)計(jì)成包括整體式卷筒和分體式卷筒的兩種形式,整體式卷筒為金屬材料,固定在絞車車體上;分體式卷筒材料以玻璃纖維增強(qiáng)塑料為主,在收放流線型拖纜時(shí)可以在絞車上安裝和,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),拆卸,因此要求其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高,便于裝卸。分體式卷筒由三個(gè)帶有加強(qiáng)筋的扇形圓環(huán)殼組成,即由分體卷筒1、分體卷筒2和分體卷筒3合并而成,并設(shè)有拖纜的進(jìn)出口通道,如圖1。,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),,,圖1 分體式卷筒,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),排兩層流線型拖纜的工作原理是:當(dāng)整體式卷筒排滿一層流線型拖纜后,裝分體卷筒1
5、,轉(zhuǎn)動(dòng)120,再裝分體卷筒2,轉(zhuǎn)動(dòng)120,最后裝分體卷筒3,構(gòu)成完整的排纜卷筒,實(shí)現(xiàn)排兩層流線型拖纜。根據(jù)這一原理,如果在絞車上設(shè)置多個(gè)分體式卷筒,可實(shí)現(xiàn)排多層流線型拖纜。每個(gè)分體卷筒上裝有便于拆裝的把手和固定用的活扣。卷筒結(jié)構(gòu)如圖2。,2.1 排多層流線型拖纜技術(shù),,圖2 卷筒結(jié)構(gòu)圖,2.2排纜技術(shù),由于流線型拖纜在圓柱面的卷筒上排纜時(shí),流線型拖纜上的導(dǎo)流套容易傾斜,影響排纜,需要通過人工干預(yù),這樣會(huì)費(fèi)工費(fèi)時(shí)、工作效率低,排纜也不整齊,如圖3所示。,2.2排纜技術(shù),,圖3 上部排纜示意圖,2.2排纜技術(shù),解決導(dǎo)流套傾斜的最好辦法是在整體式卷筒及分體式卷筒上都設(shè)計(jì)導(dǎo)纜槽,使流線型拖纜上的導(dǎo)流套
6、導(dǎo)邊順利地進(jìn)入導(dǎo)纜槽中。如果流線型拖纜從卷筒下部排出和排入,在重力作用下,導(dǎo)流套導(dǎo)邊朝上,隨邊朝下,經(jīng)過排纜器后,順利進(jìn)入導(dǎo)纜槽而不會(huì)傾斜,排纜效果最好,不需人工干預(yù),如圖4所示。,2.2排纜技術(shù),,圖4 下部排纜示意圖,2.3 智能技術(shù),絞車智能技術(shù)包括纜長顯示、張力顯示、張力過載報(bào)警、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)收放等。這些智能技術(shù)可使絞車工作時(shí)安全、可靠、效率高。因此,除在絞車上合理的安裝纜長儀、張力傳感器等外,還需有一套智能軟件來控制它們。隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展,變頻調(diào)速電機(jī)的控制技術(shù)已經(jīng)很成熟,相對(duì)液壓控制技術(shù),在功率不是很大時(shí),其優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來。采用變頻調(diào)速電機(jī)的絞車,不僅結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、噪聲
7、小,更重要地是,在智能軟件控制下,能夠容易做到收放速度的控制、纜長、張力的測(cè)量,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)收放、纜長、張力的實(shí)時(shí)顯示和過載報(bào)警。,2.4 收放裝置技術(shù),TUV運(yùn)載平臺(tái)的投放和回收技術(shù),直接影響到TUV的可靠性、安全性、可操作性。為減小拖纜在拖曳過程中產(chǎn)生的飄移、減少導(dǎo)流套損壞,流線型拖纜中導(dǎo)流套的安裝宜采用分段集成的方式,對(duì)收放裝置要求更為苛刻。TUV的智能技術(shù)決定了其流線型拖纜不可能像定深拖曳用的流線型拖纜那樣,為一整體。TUV的流線型拖纜是將導(dǎo)流套分段安裝在裸纜上,以滿足TUV工作時(shí),流線型拖纜的導(dǎo)邊和隨邊不斷改變方向的要求。因此,在運(yùn)載平臺(tái)回收時(shí),必須使分段安裝的的導(dǎo)邊能順利通過
8、拖動(dòng)輪進(jìn)入絞車;投放時(shí),順利通過拖動(dòng)輪進(jìn)入水中。由于重力作用,進(jìn)入拖動(dòng),2.4 收放裝置技術(shù),輪前,流線型拖纜中的導(dǎo)邊朝上、隨邊朝下,如果不改變方向,讓導(dǎo)邊朝上進(jìn)入拖動(dòng)輪就會(huì)損壞導(dǎo)流套。為此,必須有一套機(jī)構(gòu)使流線型拖纜翻轉(zhuǎn)后進(jìn)入拖動(dòng)輪。根據(jù)這樣一個(gè)思想,設(shè)計(jì)的螺旋扶正機(jī)構(gòu)能將導(dǎo)流套扶正后有規(guī)則的進(jìn)入拖動(dòng)輪。如圖5所示。,2.4 收放裝置技術(shù),圖5 收放裝置示意圖,2.4 收放裝置技術(shù),收纜時(shí),從水面出來的導(dǎo)流套隨邊方向具有不確定性,因此,必須用導(dǎo)向件將不同方向的導(dǎo)流套歸順到同一方向后進(jìn)入螺旋扶正機(jī)構(gòu),保證排纜順暢。 將拖動(dòng)輪和螺旋扶正機(jī)構(gòu)組裝后安裝到母船的A型架或?qū)S玫氖辗偶苌希b上流線型拖纜,拖纜一端排到絞車上,一端與拖曳式水下機(jī)器人連接,即可對(duì)運(yùn)載平臺(tái)進(jìn)行投放、回收和拖曳,收放過程中,排纜實(shí)現(xiàn)無人干預(yù),提了收放的自動(dòng)化程度。,3 結(jié)束語,隨著TUV向大深度方向的發(fā)展,流線型拖纜的使用是一個(gè)必然的趨勢(shì),研究排多層流線型拖纜的絞車及流線型拖纜的收放技術(shù),能夠有效的減小絞車體積、重量、電機(jī)功率,提高TUV的適裝性和可操作性,對(duì)于推動(dòng)TUV的發(fā)展具有重要意義和良好的應(yīng)用前景。,參考文獻(xiàn),1..葉果洛夫.水下拖曳系統(tǒng).海洋出版社,,謝謝各位專家指導(dǎo)!,