专利名称：一种玻璃浮球固定夹具及设有该夹具的锚系系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋观测设备技术领域，特别是涉及一种用于将玻璃浮球与海洋观测系统的主绳相连接的固定夹具。本发明还涉及包括上述固定夹具的锚系系统。
背景技术：
目前，人们对海洋的研究(如物理海洋、海洋化学、海洋生物等)主要依赖各种海洋观测系统，利用这些观测系统可执行各种水上、水下探测任务，为海洋资源的探索研究提供技术支持。锚系系统是一种沉浮式海洋观测系统，它针对特定海域的科学研究需要，在预定布置地点，由玻璃浮球提供浮力，利用沉放在海床上的底部重块进行锚定，并自下而上根据需要系挂仪器设备，以采集深海数据。锚系系统的仪器设备可以回收，其具体方法是在海面上发送特定形式的指令进行解锁，使仪器设备与沉放在海床上的底部重块脱离，进而由玻璃浮球提供的浮力将仪器设备带回水面。可见，玻璃浮球是锚系系统中极为重要的组成部件，从结构上来看，玻璃浮球主要由内胆和外壳构成，所述内胆为一次成型的真空玻璃球，用于产生浮力，外部为采用尼龙和玻璃纤维混合材料制成的保护壳，所述保护壳由上下两个半球形壳体扣合而成，其对接处的多边形法兰盘通过螺栓紧固在一起，从外部保护玻璃球免受损坏，玻璃浮球的耐压深度可达6000m，常规尺寸的单球一般能提供25kg左右的浮力。由于仪器设备悬浮在海洋深处所需的浮力、以及回收时上浮所需的浮力均由玻璃浮球提供，因此必须保证玻璃浮球与锚系系统的主绳连接可靠。传统的玻璃浮球与锚系系统的主绳之间的连接，都是通过U型不锈钢卸扣和细绳捆绑进行固定，U型不锈钢卸扣先安装在玻璃浮球的外壳上，再使用细绳将U型不锈钢卸扣捆绑连接，最后再采用特殊的绳结方式，将细绳密密的缠绕捆绑固定在主绳上，完成玻璃浮球和主绳的连接固定。上述U型不锈钢卸扣配合细绳捆绑的连接方式存在如下缺陷首先，细绳捆绑是手工实施的非标准化操作，因此人为干扰因素太多，不同的人捆绑的绳结质量不同，没有统一的标准，很容易因捆绑不结实而造成玻璃浮球漂离主绳，使锚系系统难以保持原有的结构甚至失效；其次，U型不锈钢卸扣在高盐度的海水侵蚀下，极易发生锈蚀，如浸泡在海水中时间过长，甚至会锈断，导致玻璃浮球漂离主绳，使锚系系统难以保持原有的结构甚至失效；再者，U型不锈钢卸扣配合细绳捆绑的方式，耗费工作时间较长，效率较低；最后，U型不锈钢卸扣重量较大，过多的使用卸扣会额外增加锚系系统的负重，在一定程度上破坏了锚系系统原有的浮力稳定性。因此，如何提高玻璃浮球与锚系系统主绳相连接的可靠性，使其能够以标准化方式进行快速安装，并尽可能的避免对锚系系统的原有结构造成破坏，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种玻璃浮球固定夹具。该夹具一方面能够与玻璃浮球牢固地连接在一起，另一方面能够以夹持的方式咬紧锚系系统主绳，从而实现玻璃浮球与锚系系统主绳的可靠连接，由于其组成部件均为标准件，因此能够以标准化方式进行快速安装。 同时因为夹具材料可采用玻璃纤维增强的尼龙复合材料，密度略小于海水密度，而其固定方式不参与、不破坏锚系系统的原有垂直受力结构，因此不会破坏锚系系统原有结构的稳定性和牢固性。本发明的另一目的是提供一种包括上述玻璃浮球固定夹具的锚系系统。为解决上述技术问题，本发明提供一种玻璃浮球固定夹具，用于连接玻璃浮球与锚系系统主绳，包括能够对合在一起的两块夹板及多个螺栓组件，所述两块夹板上设有用于与所述玻璃浮球在法兰部位通过螺栓组件相连接的第一螺栓孔，所述两块夹板相对的夹持面上设有容纳所述主绳的绳槽，所述绳槽的横截面呈弧形，其两侧分别设有用于通过螺栓组件将所述主绳锁紧的第二螺栓孔。优选地，所述两块夹板具体为折弯板，其一边为夹紧所述玻璃浮球法兰部位的内侧板体，另一边为夹紧所述主绳的外侧板体，所述外侧板体与内侧板体相平行，且所述外侧板体的间距小于所述内侧板体的间距。优选地，所述绳槽的内表面上分布有多道弧形肋纹。优选地，所述两块夹板的弧形肋纹沿所述绳槽的延伸方向相互错开。优选地，所述两块夹板的背面在对应于所述绳槽的部位分别设有加强筋。优选地，所述螺栓组件的螺栓、螺母、垫片之间设有绝缘层或绝缘件。优选地，所述两块夹板采用玻璃纤维增强的尼龙复合材料制成。优选地，所述第一螺栓孔的数量为2 5个，所述第二螺栓孔的数量为1 3个。一种锚系系统，所述锚系系统的玻璃浮球与主绳之间通过上述任一项所述的玻璃浮球固定夹具相连接。本发明所提供的玻璃浮球固定夹具主要由两块在结构上相对称的夹板以及配套的螺栓组件构成。使用时，所述两块夹板的一边可将玻璃浮球的法兰部位夹持在中间，并通过螺栓组件固定连接，另一边可将嵌入其绳槽的锚系系统主绳夹持在中间，并通过螺栓组件将主绳锁紧，最终完成锚系系统主绳与玻璃浮球的连接固定。该固定夹具位于玻璃浮球与主绳之间，起过渡连接的作用，其一边与玻璃浮球相连接，另一边与主绳相连接，其中与玻璃浮球相连接的部位采用了螺栓组件，因此不存在脱开的可能，而与主绳连接的部位在收紧螺栓组件时，所述主绳与绳槽之间可产生足够的摩擦力来限制其相对移动(从理论上来讲，只有在极端情况下，玻璃浮球才会沿主绳移动)，且螺栓组件可阻挡主绳防止其脱离绳槽，因此也不存在脱开的可能，整体连接性能十分可靠，可有效防止玻璃浮球漂离主绳， 由于其固定方式不参与、不破坏锚系系统的原有垂直受力结构，所以不影响锚系系统的牢固性，能够使锚系系统在施放后始终保持原有结构。此外，所述两块夹板可制成标准件，且螺栓组件的螺栓、螺母、垫片也都是标准件， 具有统一的标准，可进行标准化操作，从而排除了人为干扰因素，任何人都能在短时间内完成安装。在确保安装连接牢固可靠的同时，并可大幅度提高安装连接的效率。在一种优选的实施方式中，所述螺栓组件的螺栓、螺母、垫片之间设有绝缘层或绝缘件。虽然螺栓、垫片、螺母均采用316不锈钢材料，皆具有稳定的物理化学性能，能够抵抗高盐度海水的物理侵蚀，但这些部件在接触固紧之后，会因为制造材料中所存在的微小差异而产生电化学腐蚀现象，进而导致连接部位的可靠性下降甚至失效，而设置绝缘层或绝缘件可有效避免发生这一现象。在另一种优选的实施方式中，所述两块夹板采用玻璃纤维增强的尼龙复合材料制成。经检测，采用玻璃纤维增强的尼龙复合材料后，两块夹板可承受500kg的剪切、扭转应力，并且具有抗砸、拉、挤压、耐磨等特性，特别适于在工作环境恶劣的海域中使用；此外，由于该材料的密度比海水的密度略小，在海水中具有轻度浮性特点，不会增加锚系系统的负重，从而保证不会破坏锚系系统的原有结构。
图1为本发明所提供玻璃浮球固定夹具的一块夹板的轴测视图；图2为图1中A部位的局部放大示意图；图3为图1所示夹板的夹持面示意图；图4为图3所示夹板的俯视图；图5为图4中B部位的局部放大示意图；图6为玻璃浮球与锚系系统主绳通过本发明所提供玻璃浮球固定夹具相连接的结构示意图；图7为图6的局部放大示意图；图8为本发明所提供玻璃浮球固定夹具的夹板呈矩形时，与玻璃浮球相连接的结构示意图；图9为图8中所示夹板在切去一大一小两个相邻夹角后，与玻璃浮球相连接的结构示意图；图10为图9中所示夹板在绳槽方向上适当加宽的结构示意图；图11为第二种玻璃浮球的结构示意图；图12为第三种玻璃浮球的结构示意图；图13为本发明所提供第二种玻璃浮球固定夹具的结构示意图；图14为本发明所提供第三种玻璃浮球固定夹具的结构示意图。图中数字编号所对应的设备或部件名称如下10.夹板10-1.第一螺栓孔10-2.绳槽10-2-1.弧形肋纹10-3.折弯部位 10-4.加强筋10-5.第二螺栓孔20.螺栓组件30.玻璃浮球30-1.法兰40.主绳
具体实施例方式本发明的核心是提供一种玻璃浮球固定夹具。该夹具一方面能够与玻璃浮球牢固地连接在一起，另一方面能够以夹持的方式咬紧锚系系统主绳，从而实现玻璃浮球与锚系系统主绳的可靠连接，由于其组成部件均为标准件，因此能够以标准化方式进行快速安装， 且不会破坏锚系系统原有结构的稳定性和牢固性。本发明的另一核心是提供一种包括上述玻璃浮球固定夹具的锚系系统。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。请参考图1、图2、图3、图4、图5，图1为本发明所提供玻璃浮球固定夹具的一块夹板的轴测视图；图2为图1中A部位的局部放大示意图；图3为图1所示夹板的夹持面示意图；图4为图3所示夹板的俯视图；图5为图4中B部位的局部放大示意图。在一种具体实施方式
中，本发明所提供的玻璃浮球固定夹具的主体部分由上、下两块相互独立的夹板10组成，组装时与多个配套的螺栓组件20 —起使用，由于这两块夹板 10的形状和结构呈镜像对称关系，下面仅以其中一块夹板为例对其进行详细的说明。本文所述“上、下、内、外”等表示方位的用语是基于附图的位置关系，仅是为了便于描述，不应将其理解为对本发明的限定。图中所示夹板10呈在矩形基础上切去一大一小两个相邻直角后得到的形状，其剩余两个相邻直角所在的一侧设有第一螺栓孔10-1，第一螺栓孔10-1的数量为三个，以便与玻璃浮球通过螺栓组件相连接，夹板10的夹持面上设有一道绳槽10-2，此绳槽10-2平行于夹板切去小直角而形成的边沿，绳槽10-2的横截面呈弧形，用于容纳锚系系统的主绳， 绳槽10-2的两侧设有第二螺栓孔10-5，第二螺栓孔10-5的数量为两个，用于通过螺栓组件将主绳锁紧。在组装时，上、下两块夹板需要将玻璃浮球的法兰部位夹持在中间，由于所述法兰部位具有一定厚度，若两块夹板为平板结构，其夹持面将存在较大的间距而无法夹紧主绳。 对此，可以在夹板上设置一道与绳槽10-2相平行的折弯部位10-3，整块夹板以此折弯部位为分界线可分成两部分，一边为夹紧玻璃浮球法兰部位的内侧板体，另一边为夹紧主绳的外侧板体，外侧板体与内侧板体相平行，且外侧板体的间距小于内侧板体的间距，以满足夹紧主绳对间距的要求。当然，夹板10上的螺栓孔并不局限于图中所示的数量，具体与玻璃浮球和夹板10 的尺寸以及对连接强度的要求有关，本领域技术人员视具体情况，可进一步增加或减少。这里需要注意的是，绳槽10-2的深度和宽度要与锚系系统主绳的直径相适配，只有这样，在使用螺栓组件收紧两块夹板时，才能充分压紧主绳，以产生足够的摩擦力防止其滑脱，若绳槽10-2的尺寸太大或太小，均不能达到最优的夹紧效果。为进一步牢固地夹紧主绳，绳槽10-2的内表面上分布有多道弧形肋纹10-2-1，两块夹板的弧形肋纹10-2-1沿绳槽10-2的延伸方向可相互错开，在夹紧主绳时，这些弧形肋纹10-2-1可嵌入主绳，提高主绳与绳槽10-2之间的摩擦力，防止其在较大外力作用下脱开。另外，在夹板10上形成绳槽10-2后，其相应部位的板体厚度必然会变薄，从而影响夹持部位的结构强度，对此，根据固定夹具、玻璃浮球和主绳在固定连接后的应力分布状况，在夹板10背面对应于绳槽10-2的部位可设置一道加强筋10-4，以提高夹板10的局部强度。如图所示，加强筋10-4的横截面呈半圆形。下面就上述夹板所具有的独特形状进行补充性说明。请参考图8、图9，图8为本发明所提供玻璃浮球固定夹具的夹板呈矩形时，与玻璃浮球相连接的结构示意图；图9为图8中所示夹板在切去一大一小两个相邻夹角后，与玻璃浮球相连接的结构示意图。本发明所提供的固定夹具主要用于连接玻璃浮球和锚系系统的主绳，因此在设计时必须考虑其与玻璃浮球的适配程度。玻璃浮球30的外壳由上、下两个半球形壳体扣合而成，其对接处一般通过多边形法兰30-1由螺栓紧固在一起(如图中所示的八边形法兰)，从图中可以明显地看出，法兰 30-1只有在四角处具有足够的面积用来安装固定夹具，因此，固定夹具需要沿45度角方向固定在玻璃浮球30上，若夹板10呈常规的矩形，其外侧的两个直角显然超出了能够利用的范围，因此，可以在矩形基础上沿法兰30-1的左边线切去一个大直角(见左侧虚线)，再沿与法兰30-1的下边线相平行的方向切去一个小直角(见下边虚线)，从而得到上述实施例当中的夹板形状。这样的形状有利于节约材料，减轻夹板的重量，且易于加工制造，能够与玻璃浮球的形状保持高度一致。请参考图10，图10为图9中所示夹板在绳槽方向上适当加宽的结构示意图。在矩形夹板的基础上切去左侧的一个大直角，会略微缩短绳槽10-2的长度，不利于夹紧主绳，对此，可将夹板10左侧沿绳槽方向适当加宽，加宽的宽度D可以弥补缺失部分对绳槽长度造成的影响。当然，玻璃浮球30的法兰30-1并不局限于图中所示的形状，还可以具有其它形状，如图11、图12所示，显然，上述实施方式中的固定夹具同样适用于这两种玻璃浮球。本发明所提供玻璃浮球固定夹具的夹板10并不局限于上述形状，具体可以根据玻璃浮球的形状和结构而定，例如，还可以是图13、图14所示的形状等等，这里就不再一一列举。请参考图6、图7，图6为玻璃浮球与锚系系统主绳通过本发明所提供玻璃浮球固定夹具相连接的结构示意图；图7为图6的局部放大示意图。如图所示，为提高玻璃浮球30与主绳40的连接强度，防止其在较大范围内运动， 单个玻璃浮球需通过左、右对称布置的两个固定夹具与主绳40进行连接，在组装时，两块夹板10的一边将玻璃浮球30的法兰部位夹持在中间，利用玻璃浮球法兰部位既有的三个螺栓孔，通过螺栓组件20固定连接，另一边将嵌入其绳槽的主绳40夹持在中间，并通过螺栓组件20将主绳40锁紧，最终完成锚系系统主绳40与玻璃浮球30的连接固定。固定夹具位于玻璃浮球30与主绳40之间，起过渡连接的作用，其一边与玻璃浮球30相连接，另一边与主绳40相连接，其中与玻璃浮球30相连接的部位采用了螺栓组件 20，因此不存在脱开的可能，而与主绳40连接的部位在收紧螺栓组件20时，主绳40与绳槽 10-2之间可产生足够的摩擦力来限制其相对移动(从理论上来讲，只有在极端情况下，玻璃浮球30才会沿主绳40移动)，且螺栓组件20可阻挡主绳40防止其脱离绳槽10-2，因此也不存在脱开的可能，整体连接性能十分可靠，可有效防止玻璃浮球30漂离主绳40，由于其固定方式不参与、不破坏锚系系统的原有垂直受力结构，所以不影响锚系系统的牢固性， 能够使锚系系统在施放后始终保持原有结构。由于固定夹具的夹板10可制成标准件，且螺栓组件20的螺栓、螺母、垫片也都是标准件，具有统一的标准，因此可进行标准化操作，从而排除了人为干扰因素，任何人都能在短时间内完成安装，在确保安装连接牢固可靠的同时，在安装过程中，选择使用电动螺机工具，可以大幅提高工作效率。
作为一种改进，为避免螺栓组件20在海水中被侵蚀，可对其螺栓、垫片、螺母进行绝缘处理，从而形成绝缘层，或者设置绝缘件，以防止产生电化学腐蚀现象。上述夹板10可采用玻璃纤维增强的尼龙复合材料通过模塑方式制成。经检测，采用玻璃纤维增强的尼龙复合材料后，两块夹板10可承受500kg的剪切、扭转应力，并且具有抗砸、拉、挤压、耐磨等特性，特别适于在工作环境恶劣的海域中使用；此外，由于该材料的密度比海水的密度略小，在海水中具有轻度浮性特点，不会增加锚系系统的负重，从而保证不会破坏锚系系统的原有结构。除了上述玻璃浮球固定夹具，本发明还提供一种包括上述玻璃浮球固定夹具的锚系系统。该锚系系统的玻璃浮球与主绳之间通过上述玻璃浮球固定夹具相连接，其它各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。以上对本发明所提供的玻璃浮球固定夹具及设有该夹具的锚系系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种玻璃浮球固定夹具，用于连接玻璃浮球与锚系系统主绳，其特征在于，包括能够对合在一起的两块夹板及多个螺栓组件，所述两块夹板上设有用于与所述玻璃浮球在法兰部位通过螺栓组件相连接的第一螺栓孔，所述两块夹板相对的夹持面上设有容纳所述主绳的绳槽，所述绳槽的横截面呈弧形，其两侧分别设有用于通过螺栓组件将所述主绳锁紧的第二螺栓孔。
2.根据权利要求1所述的玻璃浮球固定夹具，其特征在于，所述两块夹板具体为折弯板，各夹板的一边为夹紧所述玻璃浮球法兰部位的内侧板体，另一边为夹紧所述主绳的外侧板体，所述外侧板体与内侧板体相平行，且所述外侧板体的间距小于所述内侧板体的间距。
3.根据权利要求2所述的玻璃浮球固定夹具，其特征在于，所述绳槽的内表面上分布有多道弧形肋纹。
4.根据权利要求3所述的玻璃浮球固定夹具，其特征在于，所述两块夹板的弧形肋纹沿所述绳槽的延伸方向相互错开。
5.根据权利要求1至4任一所述的玻璃浮球固定夹具，其特征在于，所述两块夹板的背面在对应于所述绳槽的部位分别设有加强筋。
6.根据权利要求5所述的玻璃浮球固定夹具，其特征在于，所述螺栓组件的螺栓、螺母、垫片之间设有绝缘层或绝缘件。
7.根据权利要求6所述的玻璃浮球固定夹具，其特征在于，所述两块夹板为玻璃纤维增强的尼龙复合板。
8.根据权利要求7所述的玻璃浮球固定夹具，其特征在于，所述第一螺栓孔的数量为 2 5个，所述第二螺栓孔的数量为1 3个。
9.一种锚系系统，其特征在于，其玻璃浮球与主绳之间通过上述权利要求1至8任一所述的玻璃浮球固定夹具相连接。
全文摘要
本发明公开了一种玻璃浮球固定夹具，用于连接玻璃浮球与锚系系统主绳，包括能够对合在一起的两块夹板及多个螺栓组件，所述两块夹板上设有用于与所述玻璃浮球在法兰部位通过螺栓组件相连接的第一螺栓孔，所述两块夹板相对的夹持面上设有容纳所述主绳的绳槽，所述绳槽的横截面呈弧形，其两侧分别设有用于通过螺栓组件将所述主绳锁紧的第二螺栓孔。该夹具能实现玻璃浮球与锚系系统主绳的可靠连接，由于其组成部件均为标准件，因此能够以标准化方式进行快速安装，且不会破坏锚系系统原有结构的稳定性和牢固性。本发明还公开一种包括上述玻璃浮球固定夹具的锚系系统。
文档编号B63C11/00GK102205871SQ20101014769
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者丁涛, 周蓓锋, 张敏强, 张映波, 曾建武, 李俊德, 李灵波, 梁楚进, 金魏芳 申请人:国家海洋局第二海洋研究所