专利名称：一种具备自动张紧功能的拖缆绞车及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种拖缆绞车，尤其涉及一种具备自动张紧功能的拖缆绞车及其实现 方法，具体适用于拖缆绞车采用自动张紧功能进行拖带作业。
背景技术：
在海洋工程领域，当大吨位船舶在进出港或者某种没有自航能力的海洋石油平台 以及其它设备需要由一个位置移动到另外一个位置时，由于无法依靠自身来完成这项工 作，此时一般由专门的拖带船来完成。拖带船在进行拖带作业时，船上一般配备有若干台拖 缆绞车，被拖带的船与拖带船之间通过缆绳进行连接，缆绳缠绕在拖缆绞车上，通过控制拖 缆绞车的收放缆速度来控制被拖带船的移动速度。在进行长途拖带作业时，为了减少操作人员的劳动强度，拖缆绞车往往设有自动 张紧功能，即确保位于被拖带设备与拖船之间的缆绳始终保持一张紧状态，缆绳的张紧力 始终维持在一定范围内，此时操作人员只需通过控制拖船速度而不用实时控制拖缆绞车即 可达到控制被拖带设备速度的目的，劳动强度大大减少。目前，在实际应用过程中，通常采用主动力系统直接驱动滚筒的方法来实现拖缆 绞车的自动张紧功能。在进行拖带作业时，通常在主动力系统中设置一个压力比例阀来调 节马达输出转矩，当压力比例阀设置一定时，主动力系统输出转矩即确定。当外部负载大于 主动力系统的输出转矩时，外部负载带动滚筒转动实现被动放缆；当外部负载小于主动力 系统的输出转矩时，主动力系统驱动滚筒实现主动放缆。整个过程中，主动力系统始终处于 运行状态，会消耗大量能源。同时，由于需要拖带的负载一般很大，因此主动力系统的功率 也相应很大，而大功率设备在长时间运行时，如何确保其具有良好的系统散热功能以及长 时间的运行稳定性都会对系统的设计提出挑战，且设计成本较高。中国专利授权公告号为CN201351094Y，授权公告日为2009年11月25日的实用新 型专利公开了一种船用自动系泊绞车恒张力控制系统，该恒张力控制系统包括负载敏感变 量泵、单向阀、手动比例换向阀、卸荷/溢流阀和卷筒驱动马达，通过油管依次连接负载敏 感变量泵、单向阀、手动比例换向阀，卸荷/溢流阀和卷筒驱动马达构成恒张力控制系统。 虽然该实用新型能随着潮水的涨落自动收放缆绳，并能保持缆绳的恒定张力，但其整个操 作过程中，主泵系统始终处于运行状态，不仅要消耗大量的能源，而且响应速度较慢，此外， 还难以确保系统长时间运行的稳定性，故障率较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的能源消耗较多、响应速度较慢、长时间运 行的稳定性较差的缺陷与问题，提供一种能源消耗较少、响应速度较快、长时间运行的稳定 性较好的一种具备自动张紧功能的拖缆绞车及其实现方法。为实现以上目的，本发明的技术解决方案是一种具备自动张紧功能的拖缆绞车， 该拖缆绞车包括PLC控制系统、主动力系统与滚筒，所述PLC控制系统与主动力系统相连接，主动力系统的另一端与小齿轮相连接，小齿轮与滚筒一端设置的大齿轮相啮合；所述滚 筒的另一端设置有无级调节制动器，该无级调节制动器通过制动器控制装置与PLC控制系 统相连接，且在大齿轮上设置有转速传感器。所述制动器控制装置包括相互连接的电液比例阀与油缸，PLC控制系统与电液比 例阀相连接，电液比例阀的另一端与油缸相连接，油缸的另一端与无级调节制动器相连接。一种上述具备自动张紧功能的拖缆绞车的实现方法，该实现方法依次包括以下步 骤
第一步先初始启动PLC控制系统以读取转速传感器的数据，再根据读取到的转速传 感器的数据计算出缆绳此时的收放长度，并将计算出的收放长度作为初始值；
第二步先在拖缆绞车的控制面板上选择其工作模式为自动张紧功能，再在上述初始 值的基础上设置缆绳的最大收放长度，并发出制动器控制指令，制动器控制指令经PLC控 制系统处理后到达制动器控制装置，然后由制动器控制装置根据此制动器控制指令设置无 级调节制动器的制动力，并在设置完毕后关闭无级调节制动器，然后开始拖带过程；
第三步在上述拖带过程中，当出现外部负载大于制动力的情况时，滚筒将在外部负载 的作用下被动释放缆绳，在被动释放缆绳的过程中，先由转速传感器将监测到的滚筒的实 时转速数据传递给PLC控制系统，再由PLC控制系统根据该传递数据计算出被动放出的缆 绳的长度，并将该计算出的放出缆绳长度与上述设定的缆绳最大收放长度进行比较，当放 出缆绳长度小于缆绳最大收放长度时，PLC控制系统无动作；当放出缆绳长度大于或等于 缆绳最大收放长度时，PLC控制系统将自动启动主动力系统，主动力系统逆向驱动滚筒以实 现收缆工作，同时，开启无级调节制动器以解除制动力；
第四步在上述收缆过程中，先由转速传感器将监测到的滚筒的实时转速数据传递给 PLC控制系统，再由PLC控制系统根据该传递数据计算出收回缆绳的长度，并将该收回缆 绳的长度与上述设定的缆绳最大收放长度进行比较，当收回缆绳的长度等于最大收放长度 时，关闭无级调节制动器，并停止主动力系统，同时，本拖缆绞车将在该自动张紧功能工作 模式下继续运行直至退出自动张紧功能工作模式。与现有技术相比，本发明的有益效果为
1、由于本发明一种具备自动张紧功能的拖缆绞车及其实现方法中在滚筒的另一端设 置有无级调节制动器，该无级调节制动器通过制动器控制装置与PLC控制系统相连接，且 在大齿轮上设置有转速传感器，使用时，自动张紧功能的实现主要是通过无级调节制动器 产生的制动力来调节，仅在缆绳被动放出的长度大于或等于缆绳最大收放长度时才会启动 主动力系统逆向驱动滚筒以实现收缆工作，而在一般情况下主动力系统处于待机状态，不 仅大大减少了能源消耗与废气排放，而且降低了作业成本。因此本发明不仅能源消耗较少， 而且作业成本较低。2、由于本发明一种具备自动张紧功能的拖缆绞车及其实现方法中主要是通过无 级调节制动器产生的制动力来实现自动张紧功能的，而制动力又与其接触面积成正比。因 此，在带动同一个负载时，无级调节制动器可以在消耗功率较小的情况下就能够获得较大 的制动力，同时刹车转矩也相应增大。相对于现有技术中以主动力系统来实现自动张紧功 能而言，所需功率显著降低。而且，无级调节制动器一般由液压驱动，其制动力的调节由电 液比例阀控制，不仅操作简易，而且稳定性较强，能够确保系统长时间运行的安全。此外，由于无级调节制动器不设档位，故可均勻、缓慢的将制动力由大调小或者由小调大，从而确 保制动力设置的精确性，提高本发明的精确度，使得本发明与负载能够配合的更协调，减少 主动力系统使用的频率，进一步降低能耗。因此本发明不仅长时间运行的稳定性较好、故障 率较低，而且精确度较高、能耗较低。3、由于本发明一种具备自动张紧功能的拖缆绞车及其实现方法中主要依靠制动 力来实现自动张紧功能，主动力系统使用较少，即使当外部负载大于制动力时，滚筒也是在 外部负载的带动下被动放缆，而不是启动主动力系统实现放缆，反应较快；同时，本发明通 过PLC控制系统和转速传感器实时监测滚筒的运行情况，即使当需要使用主动力系统时， 即当被动放出的缆绳长度大于缆绳的最大收放长度时，本发明会通过PLC控制系统立即启 动主动力系统以逆向驱动滚筒来实现收缆过程，响应速度较快。因此本发明的响应速度较 快。
图1是本发明的结构示意图。图2是本发明的操作流程图。图中PLC控制系统1，主动力系统2，滚筒3，小齿轮4，大齿轮5，无级调节制动器 6，转速传感器7，制动器控制装置8，电液比例阀81，油缸82。
具体实施例方式以下结合
和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
参见图1 -图2，一种具备自动张紧功能的拖缆绞车，该拖缆绞车包括PLC控制系统1、 主动力系统2与滚筒3，所述PLC控制系统1与主动力系统2相连接，主动力系统2的另一 端与小齿轮4相连接，小齿轮4与滚筒3 —端设置的大齿轮5相啮合；所述滚筒3的另一端 设置有无级调节制动器6，该无级调节制动器6通过制动器控制装置8与PLC控制系统1相 连接，且在大齿轮5上设置有转速传感器7。所述制动器控制装置8包括相互连接的电液比例阀81与油缸82，PLC控制系统1 与电液比例阀81相连接，电液比例阀81的另一端与油缸82相连接，油缸82的另一端与无 级调节制动器6相连接。一种上述具备自动张紧功能的拖缆绞车的实现方法，该实现方法依次包括以下步 骤
第一步先初始启动PLC控制系统1以读取转速传感器7的数据，再根据读取到的转速 传感器7的数据计算出缆绳此时的收放长度，并将计算出的收放长度作为初始值；
第二步先在拖缆绞车的控制面板上选择其工作模式为自动张紧功能，再在上述初始 值的基础上设置缆绳的最大收放长度，并发出制动器控制指令，制动器控制指令经PLC控 制系统1处理后到达制动器控制装置8，然后由制动器控制装置8根据此制动器控制指令 设置无级调节制动器6的制动力，并在设置完毕后关闭无级调节制动器6，然后开始拖带过 程；
第三步在上述拖带过程中，当出现外部负载大于制动力的情况时，滚筒3将在外部负 载的作用下被动释放缆绳，在被动释放缆绳的过程中，先由转速传感器7将监测到的滚筒3的实时转速数据传递给PLC控制系统1，再由PLC控制系统1根据该传递数据计算出被动 放出的缆绳的长度，并将该计算出的放出缆绳长度与上述设定的缆绳最大收放长度进行比 较，当放出缆绳长度小于缆绳最大收放长度时，PLC控制系统1无动作；当放出缆绳长度大 于或等于缆绳最大收放长度时，PLC控制系统1将自动启动主动力系统2，主动力系统2逆 向驱动滚筒3以实现收缆工作，同时，开启无级调节制动器6以解除制动力；
第四步在上述收缆过程中，先由转速传感器7将监测到的滚筒3的实时转速数据传递 给PLC控制系统1，再由PLC控制系统1根据该传递数据计算出收回缆绳的长度，并将该收 回缆绳的长度与上述设定的缆绳最大收放长度进行比较，当收回缆绳的长度等于最大收放 长度时，关闭无级调节制动器6，并停止主动力系统2，同时，本拖缆绞车将在该自动张紧功 能工作模式下继续运行直至退出自动张紧功能工作模式。本发明的原理说明如下
本发明主要是采用无级调节制动器6替代主动力系统2以实现自动张紧功能，并提供 一种针对拉动过程中出现瞬时冲击时仍能实现自动张紧功能的方法，比如说拉动一艘船需 要1000N的力，本发明中的无级调节制动器6所设置的制动力为1200N，肯定可以拉动负载。 但当出现瞬时冲击时，即由于风浪或者船舶突然加速等原因，可能会带来一个瞬时的冲击。 当这个冲击力大于制动力时，就会出现被动放缆的情况，如果被动放缆的长度大于最大收 放长度，那么就启动主动力系统2收回缆绳。本发明所涉及的拖带设备有若干种工作模式，只有选择“自动张紧功能”这种工 作模式时，系统的自动张紧功能才发挥作用，自动张紧功能这个工作模式结束后返回主操 作模式。在工作模式为自动张紧功能时，操作人员通过控制面板上的设置旋钮设置一路制 动力设置指令，随后PLC控制系统1处理这路制动力设置指令以生成一路电液比例阀81能 够接收的信号，电液比例阀81根据这个信号来调节自身输出压力大小，从而驱动油缸82 使得无级调节制动器6得到不同的制动力，在一个作业过程中，制动力不会改变很多次， 否则自动张紧功能就不会发挥它能够有效减少工人劳动强度的优势，自动张紧也就没有 意义了。所谓的无级调节是指不设档位，可均勻、缓慢的将制动力由大变小或者由小变大， 从而实现精确调节的目的。该种工作模式中，PLC控制系统1的功能包括设定无级调节制 动器6的制动力、控制无级调节制动器6的状态、设定缆绳的最大收放长度、起停主动力系 统2、读取转速传感器7信号并计算出缆绳的收放速度和收放长度。实施例制动力1200N，负载1000N
一种上述具备自动张紧功能的拖缆绞车的实现方法，该实现方法依次包括以下步骤 第一步先初始启动PLC控制系统1以读取转速传感器7的数据，转速传感器7的数据 传来的数据为0，再根据该数据计算出缆绳此时的收放长度为0，并将计算出的收放长度作 为初始值；
第二步先在拖缆绞车的控制面板上选择其工作模式为自动张紧功能，再在上述初始 值的基础上设置缆绳的最大收放长度，并发出制动器控制指令，制动器控制指令经PLC控 制系统1处理后到达制动器控制装置8，然后由制动器控制装置8根据此制动器控制指令 设置无级调节制动器6的制动力，并在设置完毕后关闭无级调节制动器6，然后开始拖带过 程；第三步在上述拖带过程中，当出现外部负载大于制动力的情况时，滚筒3将在外部负 载的作用下被动释放缆绳，在被动释放缆绳的过程中，先由转速传感器7将监测到的滚筒3 的实时转速数据传递给PLC控制系统1，再由PLC控制系统1根据该传递数据计算出被动 放出的缆绳的长度，并将该计算出的放出缆绳长度与上述设定的缆绳最大收放长度进行比 较，当放出缆绳长度小于缆绳最大收放长度时，PLC控制系统1无动作；当放出缆绳长度大 于或等于缆绳最大收放长度时，PLC控制系统1将自动启动主动力系统2，主动力系统2逆 向驱动滚筒3以实现收缆工作，同时，开启无级调节制动器6以解除制动力；
第四步在上述收缆过程中，先由转速传感器7将监测到的滚筒3的实时转速数据传递 给PLC控制系统1，再由PLC控制系统1根据该传递数据计算出收回缆绳的长度，并将该收 回缆绳的长度与上述设定的缆绳最大收放长度进行比较，当收回缆绳的长度等于最大收放 长度时，关闭无级调节制动器6，并停止主动力系统2，同时，本拖缆绞车将在该自动张紧功 能工作模式下继续运行直至退出自动张紧功能工作模式。 由上可见，本发明不仅能源消耗较少、响应速度较快，而且长时间运行的稳定性较 好、故障率较低。
权利要求
1.一种具备自动张紧功能的拖缆绞车，该拖缆绞车包括PLC控制系统(1 )、主动力系统 (2)与滚筒(3)，所述PLC控制系统(1)与主动力系统(2)相连接，主动力系统(2)的另一端 与小齿轮(4)相连接，小齿轮(4)与滚筒(3)—端设置的大齿轮(5)相啮合，其特征在于所 述滚筒(3 )的另一端设置有无级调节制动器(6 )，该无级调节制动器(6 )通过制动器控制装 置(8)与PLC控制系统(1)相连接，且在大齿轮(5)上设置有转速传感器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种具备自动张紧功能的拖缆绞车，其特征在于所述制动 器控制装置(8)包括相互连接的电液比例阀(81)与油缸(82)，PLC控制系统(1)与电液比 例阀(81)相连接，电液比例阀(81)的另一端与油缸(82)相连接，油缸(82)的另一端与无 级调节制动器(6)相连接。
3.—种权利要求1或2所述的具备自动张紧功能的拖缆绞车的实现方法，其特征在于 该实现方法依次包括以下步骤第一步先初始启动PLC控制系统(1)以读取转速传感器(7)的数据，再根据读取到的 转速传感器(7)的数据计算出缆绳此时的收放长度，并将计算出的收放长度作为初始值；第二步先在拖缆绞车的控制面板上选择其工作模式为自动张紧功能，再在上述初始 值的基础上设置缆绳的最大收放长度，并发出制动器控制指令，制动器控制指令经PLC控 制系统(1)处理后到达制动器控制装置(8 )，然后由制动器控制装置(8 )根据此制动器控制 指令设置无级调节制动器(6)的制动力，并在设置完毕后关闭无级调节制动器(6)，然后开 始拖带过程；第三步在上述拖带过程中，当出现外部负载大于制动力的情况时，滚筒(3)将在外部 负载的作用下被动释放缆绳，在被动释放缆绳的过程中，先由转速传感器(7)将监测到的滚 筒(3)的实时转速数据传递给PLC控制系统(1 )，再由PLC控制系统(1)根据该传递数据计 算出被动放出的缆绳的长度，并将该计算出的放出缆绳长度与上述设定的缆绳最大收放长 度进行比较，当放出缆绳长度小于缆绳最大收放长度时，PLC控制系统(1)无动作；当放出 缆绳长度大于或等于缆绳最大收放长度时，PLC控制系统(1)将自动启动主动力系统(2)， 主动力系统(2)逆向驱动滚筒(3)以实现收缆工作，同时，开启无级调节制动器(6)以解除 制动力；第四步在上述收缆过程中，先由转速传感器(7)将监测到的滚筒(3)的实时转速数据 传递给PLC控制系统(1)，再由PLC控制系统(1)根据该传递数据计算出收回缆绳的长度， 并将该收回缆绳的长度与上述设定的缆绳最大收放长度进行比较，当收回缆绳的长度等于 最大收放长度时，关闭无级调节制动器(6)，并停止主动力系统(2)，同时，本拖缆绞车将在 该自动张紧功能工作模式下继续运行直至退出自动张紧功能工作模式。
全文摘要
一种具备自动张紧功能的拖缆绞车，包括PLC控制系统、主动力系统与滚筒，所述PLC控制系统与主动力系统相连接，主动力系统的另一端依次与小齿轮、大齿轮相连接，滚筒上设置有无级调节制动器，无级调节制动器与PLC控制系统相连接，且在大齿轮上设置有转速传感器。使用时，先初启动PLC控制系统以采集现场数据，然后选择其工作模式为自动张紧功能，再设置缆绳的最大收放长度与制动力，当拖带过程中出现外部负载大于制动力时，启动主动力系统逆向驱动滚筒以实现收缆工作，当收回缆绳长度等于最大收放长度时，停止收缆。本设计不仅能源消耗较少、响应速度较快，而且长时间运行的稳定性较好、故障率较低。
文档编号B66D1/50GK102139839SQ20111009081
公开日2011年8月3日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者李海, 杨振华, 赵丽雄, 马志刚 申请人:武汉船用机械有限责任公司