CN102658555B - 气压驱动式水下解脱装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种气压驱动式水下解脱装置。包括高压气瓶组件、高压电磁阀组件、机械本体组件三部分，通过不锈钢高压钢管、高压管接头连接；在高压气瓶组件和高压电磁阀组件之间安装有三通球阀，在高压电磁阀组件和机械本体组件之间安装有单向阀。高压气瓶组件用于存储高压气体，高压电磁阀组件用于控制管路中高压气体的通断，机械本体组件用于完成机械手与水下作业设备本体的机械和电缆的分离，三通球阀用于改变气路，单向阀用于防止解脱机械手后海水流进气瓶。该装置在水下设备正常作业时，为机械手肩关节提供准确的安装定位和与水下作业设备的可靠联接；当机械手陷于危险情况时，实现机械手与作业设备之间的分离，使水下作业设备脱离险境。

Description

气压驱动式水下解脱装置

技术领域

本发明专利涉及一种水下解脱装置，具体地说是一种能够实现水下电动机械手与水下作业设备本体之间的机械和电缆紧急分离的装置。

背景技术

海洋蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源，而人类对海洋的开发和利用，离不开水下作业设备。水下电动机械手是水下作业设备常配置的作业工具。由于水下作业环境复杂，水下设备在进行下水下作业时，机械手可能会被水草、渔网、缆绳缠住或被水下石头卡住而使作业设备丧失机动能力甚至失事，这时，迅速地解脱机械手是水下作业设备自救的唯一途径。因此，解脱装置是配备有水下作业机械手的水下作业设备安全保障系统中的必要装备。由于大多数的水下作业设备的可用空间有限，所以，对水下机械手的解脱装置的小型化要求也较高。

目前，适用于水下液压机械手的解脱技术相对成熟，如CNKI数据库中刊登的“兰鲸号潜器两型机械手的结构设计研究”的文章中，设计的抛弃装置采用高压油拉断可断联接螺栓的方法，完成机械手与水下机器人的机械本体分离，同时控制油路因为机械本体的分离而断开。而电动机械手则不同，在机械本体分离后还有电源、信号等电缆相连，需要配备额外的断缆机构，因此上述装置不适用于水下电动机械手。

此外，涉及水下机械本体分离的抛载装置，如中国专利申请号为200520097153.9，名称为“水下作业自救释放装置”的专利文件中，只是完成物体的释放，不涉及被抛弃物体的安装定位和夹紧以及电缆的断开。涉及水下电缆分离的装置，如中国专利申请号为200720153627.6，名称为“水下分离电连接器”的专利文件中，只是电连接器本身的介绍，不涉及拉脱机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种重量轻、体积小、安装方便的气压驱动式水下解脱装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

主要包括高压气瓶组件、高压电磁阀组件、机械本体组件三部分，三部分之间通过不锈钢高压钢管、高压管接头进行连接；在高压气瓶组件和高压电磁阀组件之间安装有三通球阀6，在高压电磁阀组件和机械本体组件之间安装有单向阀；所述机械本体组件包括固定在水下作业设备载体上的固定基体20和定位支架22，单向阀与固定基体20内腔相连通，将高压气体引入固定基体20内腔驱动解脱动作，电缆插座26与固定基体20联接，与水下作业设备载体相连的水下电缆19与电缆插座26连接，电缆插头27与插头套筒29联接，与机械手相连的水下电缆32与电缆插头27连接，插头套筒29位于固定基体20的内腔中并通过O型圈28实现动密封，悬挂套筒30通过滚珠33悬挂在固定基体20上，滚珠33外沿卡住悬挂套筒30，滚珠33内侧压在插头套筒29上，机械手肩关节的壳体25与定位支架22压紧在一起。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、所述高压电磁阀组件为两套，其中一套高压电磁阀组件的一端连接油囊39、另一端通过不锈钢高压钢管和高压管接头与固定基体20内腔相连通。

2、高压电磁阀组件主要由高压电磁阀、水密头、承压筒壳体、承压筒端盖组成，承压筒壳体装卡在电磁阀的线圈和阀体之间，承压筒壳体和电磁阀阀体之间以及承压筒壳体和承压筒端盖之间均采用O型圈径向密封，水密头与承压筒端盖之间采用O型圈端面密封，水密头与承压筒端盖通过备紧螺母实现压紧，电磁阀的电缆从水密头的内部空腔内引出后进行硫化密封。

3、高压气瓶1的瓶口加工有外螺纹，气瓶阀接头2的前端通过螺帽3的挤压与高压气瓶1瓶口的内侧贴紧。

4、机械手肩关节的壳体25上加工有与定位支架22上的定位销对应的定位沉孔以及与预紧螺钉23对应的螺纹沉孔，机械手肩关节的壳体25上的定位沉孔与定位支架22上的定位销配合，预紧螺钉23使机械手肩关节的壳体25与定位支架22压紧在一起。

本发明提供了一种重量轻、体积小、安装方便的利用高压气体驱动的水下电动机械手解脱装置。该装置在水下设备正常作业时，可以为机械手肩关节提供准确的安装定位和与水下作业设备的可靠联接，当机械手被水草、渔网、缆绳缠住或被石头卡住而使作业设备陷于危险情况时，能够实现机械手与作业设备之间的机械本体和电源、信号等电缆的可靠分离，使水下作业设备脱离险境。

本发明采用高压气体驱动方式，主要由高压气瓶组件、高压电磁阀组件、机械本体组件三部分组成，在高压气瓶组件和高压电磁阀组件之间安装有三通球阀，在高压电磁阀组件和机械本体组件之间安装有单向阀，各部分通过不锈钢高压钢管、高压管接头进行连接。高压气瓶组件用于存储高压气体，高压电磁阀组件用于控制管路中高压气体的通断，机械本体组件用于完成机械手与水下作业设备本体的机械和电缆的分离，三通球阀用于改变气路，单向阀用于防止解脱机械手后海水流进气瓶。

其中：高压气瓶组件由高压气瓶、气瓶阀接头以及螺帽组成；高压电磁阀组件主要由高压电磁阀、水密头、承压筒壳体、承压筒端盖等部分组成，而此处的关键是解决电磁阀线圈的密封问题，因此，设计了密封的承压筒体，承压筒壳体和电磁阀阀体之间以及承压筒壳体和承压筒端盖之间均采用O型圈径向密封，水密头与承压筒端盖之间采用O型圈端面密封，水密头与承压筒端盖的压紧是通过备紧螺母实现的，由于各处的密封方式均是O型圈静密封，因此能够保证高压下密封的可靠性，电磁阀的电缆从水密头的内部空腔内引出后，进行硫化密封；机械本体组件主要由固定基体、定位支架、电缆插座、电缆插头、插头套筒、滚珠、悬挂套筒、预紧螺钉等组成，发生分离动作后，电缆插头以及其后的零件随机械手一起脱离作业设备本体，固定基体和定位支架通过螺栓联接固定在作业设备本体上，在定位支架上安装有两个定位销，在机械手肩关节的壳体上加工有与之对应的定位沉孔，预紧螺钉使机械手肩关节的壳体与定位支架压紧在一起，实现了机械手的一面两销定位和固定，电缆与插座、插头连接后，进行硫化密封。

气压驱动式水下解脱装置的工作过程如下：作业设备下水前，拔动三通阀，使外部高压气源与高压气瓶组件相通，对气瓶进行充气，充气完成后，拔动三通阀，使高压气瓶组件与电磁阀组件相通；作业设备下水后，当机械手发生前述情况而使作业设备陷于危险时，控制器发出信号，使高压电磁阀动作，高压管路导通，高压气体沿着高压钢管从高压气瓶经由三通球阀、高压电磁阀、单向阀进入固定基体的内部空腔里，然后高压气体推动电缆插头、插头套筒向下运动，当插头套筒的凸台运动至滚珠的半径以下时，滚珠在悬挂套筒的压力下向腔内运动，当滚珠运动到腔内极限位置时，对悬挂套筒失去了悬挂作用力，此时，插头套筒在气压下继续向下运动，最后将推动悬挂套筒脱离固定基体，从而连带机械手一起脱离机器人本体，实现机械、电缆的可靠分离。

本发明专利的技术方案也可以进行如下改进：在上述方案的基础上增加一套连接有油囊的常开高压电磁阀组件。具体做法是在固定基体的右侧增加密封管螺纹孔，通过高压管接头、高压钢管、高压电磁阀阀体等与油囊连接，油囊中充满液压油。在水下设备正常作业时，油囊中的液压油经由常开电磁阀、钢管进入固定基体的内腔，使固定基体的内腔压力与外界环境相同。当解脱时，常开电磁阀关闭，以防止高压气体进入油囊内，常闭电磁阀打开，高压气体进入固定基体内腔，推动机构完成解脱动作。这种依靠可压缩性小的液压油平衡固定基体内外压力的改进方案，提高了固定基体与插头套筒之间O型圈动密封的可靠性，缺点是增加了一套高压电磁阀组件，体积增大，适用于深海作业设备。

本发明的优点在于：

1、采用高压气瓶储存高压气体作为动力源，充分利用了其瞬时功率大、持续时间短、单次动作的特点，结构简单且安全可靠。

2、将机械手与水下作业设备之间的机械解脱和电缆分离两者集成于一体，通过一个机构的一个动作，完成机械手的脱离，结构紧凑，体积小。

3、充分利用高压气体的动作行程，首先拉脱电缆完成电气分离，然后推动悬挂套筒完成机械解脱，即机械和电缆的分离动作都是在高压气体的推动下完成的，保证了解脱的可靠性。

4、在安装时先在松联接的情况下完成电缆和悬挂套筒的安装，然后将机械手通过一面两销安装在定位支架上，用螺钉进行预紧，安装方便。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的结构简图。

图2为图1的俯视图。

图3为高压气瓶口的局部放大图。

图4为电磁阀组件的内部结构简图。

图5为机械本体组件的内部结构简图。

图6为图5的A-A剖视图。

图7为悬挂套筒结构简图。

图8为插头套筒与固定基体安装简图。

图9为机械手肩关节外壳结构简图。

图10为本发明的另一种实施方式的结构简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利做进一步详述。

具体实施方式一

如图1和图2所示，本发明主要由高压气瓶组件、高压电磁阀组件、应急解脱机械本体组件三部分组成，在高压气瓶组件和高压电磁阀组件之间安装有三通球阀6，在高压电磁阀组件和机械本体组件之间安装有单向阀18，各部分通过不锈钢高压钢管、高压管接头进行连接。

如图3所示，高压气瓶1的瓶口加工有外螺纹，气瓶阀接头2的前端在螺帽3的挤压下与瓶口的内侧贴紧，完成密封，不锈钢高压管接头4通过密封管螺纹与气瓶阀接头2联接，然后通过高压不锈钢管5将高压气体导出。

如图1所示，三通球阀6的A接口用于连接高压气源，当三通球阀6的手柄拨到左侧时，A接口和B接口相通，给气瓶充气，当三通球阀6的手柄拨到右侧时，高压气瓶1与电磁阀15相通，准备驱动装置动作，解脱机械手。

如图4所示，水下电缆7经过与水密头12硫化密封后与高压电磁阀15的电源线相连，水密头12通过备紧螺母14压紧在承压筒端盖8上，在水密头12与承压筒端盖8之间安装O型圈13实现端面密封。承压筒端盖8与承压筒壳体10通过O型圈9实现径向密封。承压筒壳体10装卡在电磁阀15的线圈和阀体之间，并和电磁阀阀体通过O型圈16实现径向密封。高压管接头11和高压管接头17通过密封管螺纹与高压电磁阀阀体连接，其中管接头11通过高压钢管与三通球阀6相连，管接头17通过高压钢管与单向阀18相连。

如图5所示，固定基体20和定位支架22预留有螺栓孔，以用于安装时通过螺栓固定在水下作业设备载体上。高压管接头21通过密封管螺纹与固定基体20连接，从而将高压气体引入固定基体20内腔驱动解脱动作。电缆插座26通过普通螺纹与固定基体20联接，与水下作业设备载体相连的水下电缆19与电缆插座26连接后，与固定基体20进行硫化密封。电缆插头27通过普通螺纹与插头套筒29联接，与机械手相连的水下电缆32与电缆插头27连接后，与插头套筒29进行硫化密封。插头套筒29和固定基体20通过O型圈28实现动密封。如图6所示，悬挂套筒30(外形如图7所示)通过滚珠33悬挂在固定基体20上(在固定基体20的圆周上均匀分布三个滚珠33，分布形式如图8所示)，滚珠33外沿卡住悬挂套筒30，内侧压在插头套筒29上。插头套筒29与固定基体20的安装形式如图8所示。如图9所示，机械手肩关节的壳体25上加工有与定位支架22上的定位销24、31对应的定位沉孔以及与预紧螺钉23对应的螺纹沉孔。安装时，首先令机械手肩关节的壳体25上的定位沉孔与定位支架22上的定位销24、31配合，然后旋转预紧螺钉23使机械手肩关节的壳体25与定位支架压22紧在一起，完成机械手的一面两销定位和固定。

这种实施方式的工作原理为：

当机械手发生前述情况而使水下作业设备陷于危险时，高压电磁阀15上电，高压管路导通，高压气体沿着高压钢管从高压气瓶1经由三通球阀6、高压电磁阀15、单向阀18进入固定基体20的内部空腔里，然后高压气体推动电缆插头27、插头套筒29向下运动，当插头套筒29的凸台运动至滚珠33的半径以下时，滚珠33在悬挂套筒30的压力下向固定基体20的腔内运动，当滚珠33运动到腔内极限位置时，对悬挂套筒30失去了悬挂作用力，悬挂套筒30在重力和动作前预紧螺钉23的预紧力作用下向下运动，同时，插头套筒29在气压推动下继续向下运动，最后将推动悬挂套筒30脱离固定基体20，从而连带机械手一起脱离水下作业设备本体，实现机械、电缆的可靠分离。

这种实施方式，结构相对简单，体积小。但固定基体20内腔中的电缆插头和电缆插座的密封是靠插头套筒29与固定基体20之间的两层O型圈的动密封实现的，密封能力有限，适合应用于浅海作业的设备。

具体实施方式二

如图10所示，在实施方式一的基础上增加一套高压电磁阀组件。在固定基体20的右侧增加螺纹孔，通过密封管螺纹与高压管接头34进行连接，再通过高压钢管35、高压管接头36与高压电磁阀37阀体相连，高压管接头38左端通过密封管螺纹与高压电磁阀37阀体相连，右端连接油囊39，油囊39中充满液压油。在水下设备正常作业时，电磁阀15处于常闭状态，而电磁阀37处于常开状态。油囊39中的液压油经由电磁阀37、钢管35进入固定基体20的内腔，使固定基体20的内腔压力与外界环境相同，提高了O型圈28动密封的可靠性。当解脱时，电磁阀37关闭，以防止高压气体进入油囊39内，电磁阀15打开，高压气体进入固定基体20内腔，推动机构完成解脱动作。

这种依靠可压缩性小的液压油平衡固定基体内外压力的实施方式，提高了O型圈动密封的可靠性，缺点是增加了一套高压电磁阀组件，体积增大，适合应用于深海作业的设备。

Claims (9)

1.一种气压驱动式水下解脱装置，主要包括高压气瓶组件、高压电磁阀组件、机械本体组件三部分，三部分之间通过不锈钢高压钢管、高压管接头进行连接；所述机械本体组件包括固定在水下作业设备载体上的固定基体(20)和定位支架(22)，单向阀与固定基体(20)内腔相连通，将高压气体引入固定基体(20)内腔驱动解脱动作，电缆插座(26)与固定基体(20)联接，与水下作业设备载体相连的水下电缆(19)与电缆插座(26)连接，电缆插头(27)与插头套筒(29)联接，与机械手相连的水下电缆(32)与电缆插头(27)连接，其特征是：在高压气瓶组件和高压电磁阀组件之间安装有三通球阀(6)，在高压电磁阀组件和机械本体组件之间安装有单向阀；插头套筒(29)位于固定基体(20)的内腔中并通过O型圈(28)实现动密封，悬挂套筒(30)通过滚珠(33)悬挂在固定基体(20)上，滚珠(33)外沿卡住悬挂套筒(30)，滚珠(33)内侧压在插头套筒(29)上，机械手肩关节的壳体(25)与定位支架(22)压紧在一起。

2.根据权利要求1所述的气压驱动式水下解脱装置，其特征是：所述高压电磁阀组件为两套，其中一套高压电磁阀组件的一端连接油囊(39)、另一端通过不锈钢高压钢管和高压管接头与固定基体(20)内腔相连通。

3.根据权利要求1或2所述的气压驱动式水下解脱装置，其特征是：高压电磁阀组件主要由高压电磁阀、水密头、承压筒壳体、承压筒端盖组成，承压筒壳体装卡在电磁阀的线圈和阀体之间，承压筒壳体和电磁阀阀体之间以及承压筒壳体和承压筒端盖之间均采用O型圈径向密封，水密头与承压筒端盖之间采用O型圈端面密封，水密头与承压筒端盖通过备紧螺母实现压紧，电磁阀的电缆从水密头的内部空腔内引出后进行硫化密封。

4.根据权利要求1或2所述的气压驱动式水下解脱装置，其特征是：高压气瓶(1)的瓶口加工有外螺纹，气瓶阀接头(2)的前端通过螺帽(3)的挤压与高压气瓶(1)瓶口的内侧贴紧。

5.根据权利要求3所述的气压驱动式水下解脱装置，其特征是：高压气瓶(1)的瓶口加工有外螺纹，气瓶阀接头(2)的前端通过螺帽(3)的挤压与高压气瓶(1)瓶口的内侧贴紧。

6.根据权利要求1或2所述的气压驱动式水下解脱装置，其特征是：机械手肩关节的壳体(25)上加工有与定位支架(22)上的定位销对应的定位沉孔以及与预紧螺钉(23)对应的螺纹沉孔，机械手肩关节的壳体(25)上的定位沉孔与定位支架(22)上的定位销配合，预紧螺钉(23)使机械手肩关节的壳体(25)与定位支架(22)压紧在一起。

7.根据权利要求3所述的气压驱动式水下解脱装置，其特征是：机械手肩关节的壳体(25)上加工有与定位支架(22)上的定位销对应的定位沉孔以及与预紧螺钉(23)对应的螺纹沉孔，机械手肩关节的壳体(25)上的定位沉孔与定位支架(22)上的定位销配合，预紧螺钉(23)使机械手肩关节的壳体(25)与定位支架(22)压紧在一起。

8.根据权利要求4所述的气压驱动式水下解脱装置，其特征是：机械手肩关节的壳体(25)上加工有与定位支架(22)上的定位销对应的定位沉孔以及与预紧螺钉(23)对应的螺纹沉孔，机械手肩关节的壳体(25)上的定位沉孔与定位支架(22)上的定位销配合，预紧螺钉(23)使机械手肩关节的壳体(25)与定位支架(22)压紧在一起。

9.根据权利要求5所述的气压驱动式水下解脱装置，其特征是：机械手肩关节的壳体(25)上加工有与定位支架(22)上的定位销对应的定位沉孔以及与预紧螺钉(23)对应的螺纹沉孔，机械手肩关节的壳体(25)上的定位沉孔与定位支架(22)上的定位销配合，预紧螺钉(23)使机械手肩关节的壳体(25)与定位支架(22)压紧在一起。