毛 磊

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七一O研究所，湖北宜昌 443003)

1 引言

在海洋工程與海洋環(huán)境勘探中，有時(shí)需對某海域環(huán)境的變化進(jìn)行深入的了解，獲取準(zhǔn)確的海洋氣候數(shù)據(jù)，就需將海洋監(jiān)測設(shè)備可靠地系留在這一海域某范圍內(nèi)，可隨波逐流地漂浮在海面或海水中。但目前采用的系留方式:一是定長系留，即依據(jù)海域深度，放出一定長度的錨鏈?zhǔn)贡O(jiān)測儀漂浮在設(shè)定的位置范圍內(nèi)，但遇惡劣天氣時(shí)，儀器可能超出設(shè)定值;二是采用水下收放絞車的方法確保儀器漂浮體在設(shè)定的范圍內(nèi)，但配置電源、電機(jī)及壓力傳感器等設(shè)備，且需定期維護(hù)保養(yǎng)。為此，有必要設(shè)計(jì)出一種既能保證上述系留后的載有儀器的浮體浮于水面，又無需配設(shè)電能或其他驅(qū)動(dòng)設(shè)備就能達(dá)到自動(dòng)收放錨鏈的裝置。

2 設(shè)計(jì)要求

要求設(shè)計(jì)制造出的錨系系統(tǒng)工作可靠，便于裝配與維護(hù)保養(yǎng)，同時(shí)具備以下特性。

(1)結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉，能承受一定的沖擊載荷作用，且保證工作時(shí)定深索不會(huì)出現(xiàn)纏繞。

(2)收放機(jī)構(gòu)無需配置動(dòng)力源，僅依靠外界環(huán)境的變化就能達(dá)到自動(dòng)收放纜索之目的。

3 裝置組成及工作原理

系留式水中漂浮物自動(dòng)收放裝置主要包含渦卷彈簧組件1、杠桿機(jī)構(gòu)2、壓緊機(jī)構(gòu)3、離合機(jī)構(gòu)4、絞盤組件5和支撐座6等組成，見圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)

其中渦卷彈簧組件由渦卷簧外罩7、卷簧8、主軸9和卷簧杠桿轉(zhuǎn)銷10等組成;杠桿機(jī)構(gòu)2由杠桿側(cè)板11、杠桿轉(zhuǎn)銷12、杠桿座13和作用球桿14等組成。壓緊機(jī)構(gòu)4由預(yù)緊調(diào)節(jié)螺母15、彈簧壓片16、壓縮彈簧17、彈簧導(dǎo)柱18、壓板19和剎車片20等組成;離合機(jī)構(gòu)4由離合器21、輪轂22及其相應(yīng)連接的鍵等組成。

工作原理:在實(shí)際工程應(yīng)用中，當(dāng)水面浮球所受水阻力增大到一定值時(shí)，即使錨鏈所受到的拉力大于剎車片對輪轂的摩擦阻力與卷簧對軸的扭矩的合力，絞盤組件放出錨鏈，卷簧隨之收緊，卷簧對主軸放出錨鏈方向的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力扭矩增大，其外圈帶動(dòng)杠桿側(cè)板偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則相連的球桿向上移動(dòng)推動(dòng)壓板繞壓板轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，此時(shí)固定在壓板上的剎車片對輪轂的壓力減小，即壓緊機(jī)構(gòu)對主軸放出錨鏈方向的摩擦阻力扭矩變小。此時(shí)決定錨鏈放出的阻力有:壓緊機(jī)構(gòu)對主軸放出錨鏈方向的摩擦阻力扭矩，卷簧反向回復(fù)力對主軸放出錨鏈方向的阻力扭距［1］。

4 設(shè)計(jì)及制造說明

為滿足設(shè)計(jì)提出的要求，采用模塊化設(shè)計(jì)思路，即將裝置的各功能件設(shè)計(jì)成整體結(jié)構(gòu)后組裝到基座上，這樣即簡化了結(jié)構(gòu)又降低整體結(jié)構(gòu)的重量，便于布放及維護(hù)。該裝置組裝成型后如圖1所示，其裝配步驟是:先進(jìn)行試裝，即將渦卷彈簧組件、杠桿機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)、離合機(jī)構(gòu)和絞盤組件組裝到主軸上后，再裝配到公共支撐座上，經(jīng)初步調(diào)試正常滿足要求后，用緊固螺栓固接。具體實(shí)施方法是將主軸穿過絞盤組件上的中心孔后，固定在支撐座上的相應(yīng)位置上，絞盤組件與主軸間采用的是通用的花鍵連接方式，以降低裝配要求;將渦卷簧外罩安裝在支撐座的相應(yīng)位置后，再將渦卷簧裝配在主軸上，采用的連接方式為標(biāo)準(zhǔn)的平面渦卷彈簧的安裝形式，隨后將卷簧外圈簧片的一端用卷簧杠桿轉(zhuǎn)銷與杠桿機(jī)構(gòu)上的杠桿采用絞連的方式連接后，將杠桿側(cè)板裝配到杠桿座上，并用杠桿轉(zhuǎn)銷連接，杠桿側(cè)板的另一端與作用球桿連接，采用的原理雷同于機(jī)械鐘表發(fā)條的結(jié)構(gòu)形式。裝配完成后，渦卷簧即與杠桿側(cè)板和杠桿座構(gòu)成一體，這樣即增強(qiáng)了杠桿機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，又提高了其整體剛性。值得注意的是裝配完成后的卷簧是處于自然松弛狀態(tài)，見圖1(b)所示。其設(shè)計(jì)的目的是:當(dāng)裝載在漂浮浮體內(nèi)的探測設(shè)備隨外界環(huán)境變化，所受到的水阻力增大或減小到一定值時(shí)，與之相連的錨鏈所受到的拉力也將隨之發(fā)生變化，如增大到足以克服剎車片對輪轂的摩擦阻力，此時(shí)絞盤組件工作并帶動(dòng)主軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，放出繞制在絞盤組件上的系留錨鏈，此時(shí)卷簧被收緊，儲(chǔ)存一定能量，當(dāng)錨鏈所受拉力降低到一定值時(shí)，儲(chǔ)存在卷簧內(nèi)的能量釋放，將系留錨鏈?zhǔn)栈氐浇g盤組件上的絞盤上，達(dá)到自動(dòng)收放錨鏈之功能［2］。

從圖1(a)可知:完成裝配后作用球桿帶圓球一端向上緊貼壓板表面，當(dāng)作用球桿向上移動(dòng)時(shí)圓球便以一定的力作用在壓板上，這樣即可改變壓板的受力狀態(tài)，又可達(dá)到調(diào)整壓板對剎車片的位置狀態(tài);壓緊機(jī)構(gòu)和離合機(jī)構(gòu)裝配實(shí)施方法:如圖1(c)所示，先將離合器裝入主軸相應(yīng)的軸頸上，并用標(biāo)準(zhǔn)鍵連接，隨后用相同的方法將輪轂固定在離合器外圈上。壓板和剎車片采用粘接或鉚接工藝連接后將壓板帶軸孔的一端絞接在壓板支座上，之后將彈簧導(dǎo)柱插入壓板另一端的腰形孔內(nèi)［3］，并與支撐座固定，再依次從上端裝入彈簧、彈簧壓片和預(yù)緊調(diào)節(jié)螺母。其目的是當(dāng)作用球桿向上移動(dòng)時(shí)，將以一定力作用在壓板下表面上，增加了剎車片對輪轂的作用力，從而調(diào)節(jié)壓緊機(jī)構(gòu)對主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力達(dá)到制動(dòng)目的。

5 結(jié)論

從上述結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)說明得出:該錨鏈?zhǔn)辗叛b置具有結(jié)構(gòu)簡單、無需設(shè)置動(dòng)力源，僅借助水位上升下降或涌浪大小的改變，即可利用漂浮在水中的浮體所受流阻大小變化，帶動(dòng)錨鏈在水中所受到的張力發(fā)生改變，達(dá)到自動(dòng)收放之目的，同時(shí)還具備以下特點(diǎn)。

(1)裝置中設(shè)置有渦卷彈簧組件，可借助外界環(huán)境的變化，在一定水深范圍內(nèi)，利用卷簧自身具有貯存與釋放一定能量的特性［3］，達(dá)到自動(dòng)收放錨鏈之目的。

(2)可通過調(diào)節(jié)壓緊機(jī)構(gòu)上的預(yù)緊調(diào)節(jié)螺母控制壓縮彈簧的長短來獲得施加到剎車片上所需的預(yù)緊力，使得絞盤組件具備啟停的開關(guān)功能。

［1］ 金 穜.航空金屬學(xué)［M］.北京:北京科學(xué)出版社，1961.

［2］ 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.第四版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.