Электропривод морского профилографа вертикального зондирования

Использование: морские исследования посредством профилографов (станций) вертикального зондирования морской среды, в автоматизированных подводных аппаратах (зондах) заякоренного типа для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий. Сущность: создание электропривода вертикального зондирования морской среды, который, в отличие от известных устройств, выполнен в виде безредукторного реверсного электропривода с использованием шагового электродвигателя с магнитной муфтой. Технический результат: упрощение конструкции электропривода за счет исключения редуктора, повышение к.п.д. и надежности электропривода и, как следствие, - увеличение рабочего ресурса автономной работы профилографа.

4 з.п. ф-лы, 3 фиг.

Техническое решение относится к технике морских исследований посредством профилографов (станций) вертикального зондирования морской среды и может быть использовано в автоматизированных подводных аппаратах (зондах) заякоренного типа для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий.

Известны конструкции буйковых станций [5-11], перемещаемых вверх-вниз по глубине посредством лебедки с тросом (кабель-тросом) размещенных внутри этих станций (зондов).

Общими признаками известных профилографов (зондов) [3-5 и др.], сканирующих по глубине, являются трос (или кабель-трос) снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом - плавучестью, установленный на тросе контейнер, в котором размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи. При этом в части источников (см. например [4, 5, 7, 9-11]) система всплытия-погружения зондирующих станций только декларируется, но конструктивно не рассматривается. В ряде устройств [6, 8 и др.] перемещение контейнера осуществляется посредством намотки трос-кабеля на барабан лебедки с помощью реверсивного электродвигателя, снабженного редуктором.

Известно [3], что наличие лебедки является недостатком и в определенной степени ограничивает возможности профилографа.

Альтернативой использованию в качестве спуско-подъемного устройства лебедки является применение системы всплытия-погружения сканирующих (циклирующих) по тросу зондов [1-3].

Так, циклирующий зонд [3] для профилирования по глубине водной среды выполнен в виде обтекаемого крыла с размещенными внутри него тросом с направляющими роликами и двигателем с редуктором.

Известный аквазонд [2] циклирующего режима содержит последовательное тросовое соединение якоря, размыкающего устройства и притопленного поплавка, перемещающийся по тросу зонд снабжен набором датчиков, устройством обработки, источником питания и электроприводом, размещенным в отдельной от зонда плавучести.

Профилограф (автономная станция для зондирования водной среды по глубине) по патенту RU 2297939 С2, 27.04.2007 [1] содержит кабель-трос, снабженный на одном конце якорем с размыкателем, а на другом -плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи, причем система всплытия-погружения выполнена в виде реверсивного электропривода.

Электропривод морского профилографа вертикального зондирования по патенту RU 2297939 С2, 27.04.2007 [1], принятый за прототип, содержит реверсивный электродвигатель и передаточный механизм для перемещения контейнера профилографа вверх-вниз по кабель-тросу. Причем передаточный механизм в устройстве [1] выполнен в виде редуктора.

Основным недостатком устройства [1], как и других известных аналогов [2, 3], является наличие в системе всплытия-погружения редуктора, к.п.д. которого, как правило, не превышает 70%. Блок всплытия-погружения с высокооборотным (до 3000 об/мин) электродвигателем и понижающим шестереночным редуктором усложняет конструкцию электропривода и профилографа [1], повышает его массу и габариты и снижает ресурс работы при автономном питании профилографа. Размещение (пропускание) кабель-троса внутри блока профилографа повышает трудоемкость и усложняет сборку (компоновку) устройства, его профилактику и ремонт.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании электропривода профилографа для вертикального зондирования морской среды который, в отличие от известных [1-3] устройств, выполнен в виде безредукторного реверсного электропривода с использованием шагового электродвигателя с магнитной муфтой.

Основной технический результат - упрощение конструкции электропривода профилографа за счет исключения редуктора, повышение к.п.д. и надежности электропривода и, как следствие, - увеличение рабочего ресурса автономной работы профилографа. По сравнению с известными устройствами [1-3 и др.] электропривод имеет меньшую массу и меньшие габариты, а также рациональную конструкцию направляющего кабель-трос устройства.

Технический результат достигается следующим образом.

Электропривод профилографа вертикального зондирования содержит реверсивный электродвигатель и передаточный механизм для перемещения контейнера профилографа по кабель-тросу.

Отличительной особенностью электропривода является то, что реверсивный электропривод выполнен безредукторным с магнитной муфтой и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса с крышкой шаговый электродвигатель (ШЭД) с закрепленной на валу внутренней магнитной полумуфтой. Снаружи корпуса на подшипниках скольжения расположена внешняя магнитная полумуфта с установленным на ней передаточным механизмом. При этом передаточный механизм выполнен в виде фрикционного механизма с бесступенчатой передачей и включает ведущий приводной ролик, который посредством роликового прижимного механизма, закрепленного на корпусе, взаимодействует с кабель-тросом, обеспечивая вертикальное перемещение контейнера. Крышка электропривода снабжена герметичным электроразъемом для подачи питания и сигналов управления на ШЭД.

При этом в качестве ШЭД использован низкооборотный шаговый электродвигатель с магнитной муфтой марки АД-200-21.

Отличием электропривода также является то, что роликовый прижимной механизм электропривода смонтирован из двух рольганов, установленных на штанге, закрепленной на корпусе электропривода.

Электропривод, кроме того, отличается тем, что он выполнен с возможностью размещения внутри контейнера профилографа.

В конкретном случае использования ведущий приводной ролик и роликовый прижимной механизм, взаимодействующие с кабель-тросом, выполнены с возможностью установки снаружи контейнера профилографа.

На фиг.1 представлена общая конструктивная схема безредукторного реверсивного электропривода с ШЭД; фиг.2; иллюстрирует конструкцию электропривода; на фиг.3 показано размещение безредукторного реверсивного электропривода в общей структуре профилографа.

На чертежах использованы следующие обозначения;

1 -электропривод;

2 - цилиндрический корпус;

3 - крышка;

4 - шаговый электродвигатель ШЭД (схематично в разрезе);

5 - внутренняя магнитная полумуфта;

6 - подшипники скольжения;

7 - внешняя магнитная полумуфта;

8 - ведущий приводной ролик;

9 - роликовый прижимной механизм (два рольганга, смонтированных на штанге);

10 - электроразъем электропривода;

11 - кабель-трос;

12 - якорь;

13 - размыкатель;

14 - плавучесть;

15 - контейнер профилографа (в обтекаемой оболочке);

Работа электропривода в составе профилографа для вертикального зондирования морской среды, в основном, аналогична работе известных устройств [1-3] и заключается в следующем.

В пункте наблюдения судно-носитель погружает кабель-трос 11, снабженный на одном конце якорем 12 с размыкателем 13, а на другом-плавучестью 14, с установленным на кабель-тросе контейнером 15 (фиг.3). Контейнер 15 посредством электропривода 1 перемещается вверх-вниз по кабель-тросу 11 по командам блока управления. На заданных горизонтах контейнер 15 останавливается, и блок зондирующих измерительных приборов измеряет гидрологические и динамические параметры водной среды, а также осуществляет химико-биологические и экологические замеры.

Функционирование профилографа отличается, в основном, работой электропривода 1. Реверсивный электропривод 1 (фиг.1, 2) выполнен безредукторным и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса 2 с крышкой 3 шаговый электродвигатель ШЭД 4 с магнитной муфтой, который по программам, заданным блоком управления, обеспечивает перемещение контейнера 15 вверх-вниз по кабель-тросу 11. Магнитная муфта (внутренняя и внешняя полу муфты 5 и 7) служат магнитным пускателем электропривода 1 для передачи вращающего момента ведущему приводному ролику 8.

В качестве ШЭД 4 с магнитной муфтой может быть использован, например, низкооборотный (19-94 об/мин) шаговый электродвигатель марки AD-200-21. Работа ШЭД 4 электропривода 1 управляется через электроразъем 10, по которому также подается электропитание.

Аппаратурная часть профилографа закреплена на раме контейнера 15, помещенной в обтекаемую оболочку (фиг.3).

Перемещение контейнера 15 по кабель-тросу 11 осуществляется посредством ведущего приводного ролика 8 и прижимного (направляющего) механизма 9, смонтированного из двух рольгангов (фрикционный механизм с бесступенчатой передачей). Фиксация (стопор) приводного ролика 8 обеспечивает остановку движения контейнера 15 на заданном горизонте измерения.

Электропривод 1 выполнен с возможностью размещения внутри контейнера 15 профилографа, а в конкретном случае использования ведущий приводной ролик 8 и роликовый прижимной (направляющий) механизм 9, взаимодействующие с кабель-тросом 11 могут быть установлены снаружи контейнера 15 профилографа.

Опытный образец электропривода практически подтвердил достижение технического результата: упрощение конструкции при снижении массы и габаритов электропривода в среднем на 10-15% и уменьшение его энергопотребления (а следовательно, увеличение рабочего ресурса с автономным источником питания) в среднем до 15-20%.

Таким образом, из описания электропривода и его работы следует, что достигается его назначение с указанным техническим результатом, который находится в причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков устройства.

ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ

I. Прототип и аналоги:

1. RU 2297939 С2, 27.04.2007 (прототип).

2. RU 2325674 CI, 27.05.2008 (аналог).

3. US 5869756 (A), 09.02.1999 (аналог).

4. RU 2404081 С1, 20.11.2010 (аналог).

II. Дополнительные источники по уровню техники:

5. RU 2096247 С1, 20.11.1997.

6. RU 2184674 С1, 10.07.2002.

7. GB 1248901 (А1), 06.10.1971.

8. US 2009269709 (А1), 29.10.2009.

9. JP 2010285072 (А), 24.12.2010.

10. US 3889307 (А), 17.06.1975.

11. US 2002035870 (А1), 28.03.2002.

1. Электропривод профилографа вертикального зондирования, содержащий реверсивный электродвигатель и передаточный механизм для перемещения контейнера профилографа по кабель-тросу, отличающийся тем, что реверсивный электропривод выполнен безредукторным с магнитной муфтой и включает размещенный внутри цилиндрического корпуса с крышкой шаговый электродвигатель с закрепленной на валу внутренней магнитной полумуфтой, снаружи корпуса на подшипниках скольжения расположена внешняя магнитная полумуфта с установленным на ней передаточным механизмом, при этом передаточный механизм выполнен в виде фрикционного механизма с бесступенчатой передачей и включает ведущий приводной ролик, который посредством роликового прижимного механизма, закрепленного на корпусе, взаимодействует с кабель-тросом, обеспечивая вертикальное перемещение контейнера, а крышка электропривода снабжена герметичным электроразъемом для подачи питания и сигналов управления на шаговый электродвигатель.

2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что в качестве шагового электродвигателя использован низкооборотный шаговый электродвигатель с магнитной муфтой марки АД-200-21.

3. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что роликовый прижимной механизм электропривода смонтирован из двух рольганов, установленных на штанге, закрепленной на корпусе электропривода.

4. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью размещения внутри контейнера профилографа.

5. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что ведущий приводной ролик и роликовый прижимной механизм, взаимодействующие с кабель-тросом, выполнены с возможностью установки снаружи контейнера профилографа.