CN102991656A - 一种拖曳式自调整稳定定深机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拖曳式自调整稳定定深机构，机构包含定深翼板、迎流驱动机构、U型密封圈、复位缓冲簧、开槽导轨、摆动杆系、防抖动杆系和翼板控制杆等通过连接销或紧固件活动连成一体，机构作为承受外力作用的迎流驱动机构也是承压壳体的组成部分，通过U型密封圈与承压壳体连为一体。该机构驱动执行件装配在拖曳体内，通过翼板控制杆控制承压壳体外定深翼板的攻角。拖曳体在运动过程中，其头部将受到水阻力对其外表面的作用，借助水阻力驱动迎流驱动杆动作，带动一系列杆件做相应的旋转或直线运动，达到控制定深翼板绕支点作旋转运动，以改变定深翼板的迎流角度，确保水下拖曳载体在不同的拖速下获得相同的定深度。

Description

一种拖曳式自调整稳定定深机构

技术领域

发明涉及一种定深机构，具体涉及一种拖曳式自调整稳定定深机构，属于海洋环境监测设备技术领域。

背景技术

目前世界各国对海洋环境的监测通常采用拖曳式的方法采集有关数据与资料。所谓拖曳式就是将水下探测设备或数据采集器与复合拖缆或拖索串接在一起，拖带在勘探考察船后几百以至上千米远处随船运动，并通过探测设备对海洋环境实施监控。然而有时为满足某些特定的探测要求，要求探测设备在不同航速下，保持探测设备在海洋同一层面对海洋环境进行监测并采集相关数据，这就要求拖曳在勘探考察船后的水下探测设备或数据采集器必须保持在水下相同深度航行。然而海洋气候及环境条件恶劣，航行中的船只受风浪、涌流等的影响很大，这就导致拖曳于船后几百以至上千米远处随船运动的水下探测设备很难保持在水下相同深度作业，为此在水下拖曳系统需加装稳定定深机构以保持其在水中航行时的深度。

据查阅相关资料获悉，目前国内外水下探测设备采用的定深机构通常由控制单元内的控制器控制执行电机，驱动定深翼板调节机构来控制定深翼板倾斜角度变化的。但定深翼板驱动控制机构需机电配合、结构复杂，且仅能确保探测设备在一定深度范围内工作。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种拖曳式自调整稳定定深机构，可保证水下探测设备或数据采集器在工作过程中在水下同一层面或深度航行。

一种拖曳式自调整稳定定深机构，包括承压壳体、定深翼板、稳定舵板、迎流驱动机构、U型密封圈、复位缓冲簧、开槽导轨、摆动杆系、防抖动杆系9、翼板控制杆、短拉杆、导向环和压环；其中摆动杆系主要由固定摆杆、长拉杆和短摆杆组成；防抖动杆系主要由长摆杆、拉簧、配重块和配重摆动杆组成；迎流驱动机构内表面与U型密封圈的内圈硫化成一体，U型密封圈外圈通过紧固件用压环与承压壳体连接为一体，迎流驱动机构上起导向作用的水平杆与开槽导轨滑动配合，开槽导轨固定安装在承压壳体内部，迎流驱动机构与开槽导轨之间装配有复位缓冲簧；

在摆动杆系中，固定摆杆的下半部分活动连接在承压壳体上，固定摆杆的上半部分与迎流驱动机构的垂直连接部分通过滑槽的形式相互配合成一体，短摆杆竖直活动连接在承压壳体上，长拉杆的两端分别活动连接固定摆杆和短摆杆；

在防抖动杆系中，长摆杆垂直活动连接在承压壳体内，长摆杆中段活动连接配重摆动杆，配重摆动杆的末端固定配重块，拉簧两端分别连接配重摆动杆的末端和长摆杆的活动连接点处，使配重摆动杆处于水平位置；

防抖动杆系通过短拉杆与摆动杆系上的短摆杆相连接，同时在承压壳体内的翼板控制杆的一端同时与短摆杆相连；

翼板控制杆穿过承压壳体前端底部的通孔，一端与短摆杆和短拉杆连接，另一端与装配在承压壳体外部上的定深翼板相连；翼板控制杆与承压壳体间的密封选用聚四氟乙烯（PTFE）滑动环和与O形橡胶圈组合而成，O形橡胶圈提供预紧力；在承压壳体尾部设置有稳定舵板。

迎流驱动机构采用金属与非金属复合制成，即将其头部球冠部分用玻璃钢与金属粘接而成；

为减小迎流驱动机构沿开槽导轨轴向作往复运动时的摩擦力，在其轴上开有两个以上的径向环形槽，环形槽内装配导向环；

同时为便于迎流驱动机构在承压壳体上的安装，在迎流驱动机构的迎流面的圆周上设有均匀分布三角形凸台，同理在与之相配合的承压壳体上的相应位置上也设有三角形凹槽，既起到一定的限位作用，又具备一定的导向功能。

有益效果：

1、本发明能够依据拖曳体在水中的航行速度快慢，利用流体阻力对迎流驱动机构外表面上的作用力大小，沿承压壳体的中轴线作往复直线运动，同时带动摆动杆系作顺时针或逆时针旋转，以驱动翼板控制杆作相应的运动，达到调整定深翼板相对水平面的攻角的目的。

2、本发明的防抖动杆系组成的机构能随涌浪等外界因素做出相应的运动以干扰和消减定深翼板产生的抖动，从而保证定深机构在水下工作的稳定性。

3、U型密封圈的外圈通过压环和紧固件将其固连在承压壳体上，减少了承压壳体上的密封面；将迎流驱动机构与承压壳体间的密封件设计成U型密封圈的结构形式，当迎流驱动机构受到水阻力作用时，迎流驱动机构将沿着承压壳体中轴线向体内作直线运动，这时U型密封圈仅是橡胶件形状发生了变化，而橡胶件本体并未被拉伸，降低了U型密封圈对迎流驱动机构工作时的约束力。

4、翼板控制杆与承压壳体间的密封选用采用耐磨、低摩擦的聚四氟乙烯（PTFE）滑动环和与O形橡胶圈，该密封结构机械强度较高，耐磨性好、摩擦系数低、自润滑性好。

附图说明

图1是本发明定深翼板装配在水下航行体上的结构示意图。

图2是本发明驱动执行机构示意图。

图3是本发明防抖动杆系的组装示意图。

图4是本发明迎流驱动杆与承压壳体间的限位导向示意图。

图5是本发明摆动杆系的固定摆杆与迎流驱动机构的配合示意图。

图6是本发明水下工作原理示意图。

其中，1-承压壳体、2-定深翼板、3-稳定舵板、4-迎流驱动机构、5-U型密封圈、6-复位缓冲簧、7-开槽导轨、8-摆动杆系、9-防抖动杆系、10-翼板控制杆、11-短拉杆、12-导向环、13-压环、14-固定摆杆、15-长拉杆、16-短摆杆、17-长摆杆、18-拉簧、19-配重块、20-配重摆动杆。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

图1显示了本发明一种拖曳式自调整稳定定深机构装配完成后的外观结构示意图，一种拖曳式自调整稳定定深机构的驱动主体装配在水下航行体承压壳体1内，其中定深翼板2装配于承压壳体1两端，采用铰支连接，如图2所示d点处，这样定深翼板2可绕铰支点做旋转运动；定深翼板2上的c点处的孔位与翼板控制杆10相连，这样定深翼板2就受10的控制，可使其在一定范围内绕图2所示d点处旋转一定的角度，以改变定深翼板2的迎流面积的大小，达到稳定定深之目的。

为减轻迎流驱动机构4的重量，采用金属与非金属复合制成，即将其头部球冠部分用玻璃钢与金属粘接而成；为保证迎流驱动机构4在工作过程中与承压壳体1间的密封性能，在两者间设有U型密封圈5，其连接方法是通过硫化技术将迎流驱动机构4和U型密封圈5的内圈流化成一体，U型密封圈5的外圈通过压环13和紧固件将其固连在承压壳体1上，这样设计的目的是减少了承压壳体1上的密封面；将迎流驱动机构4与承压壳体1间的密封件设计成U型密封圈5的结构形式，其目的是：当迎流驱动机构4受到水阻力作用时，迎流驱动机构4将沿着承压壳体1中轴线向体内作直线运动，这时U型密封圈5仅是橡胶件形状发生了变化，而橡胶件本体并未被拉伸，降低了U型密封圈5对迎流驱动机构4工作时的约束力；为减小迎流驱动机构4沿轴向作往复运动时的摩擦力，在其轴上开有若干个径向环形槽，环形槽内装配导向环12，在迎流驱动机构4的迎流面的圆周上设有均匀分布的三个三角形凸台，在与之相配合的承压壳体1上的相应位置上也设有三个三角形凹槽，这样即起到一定的限位作用，又具备一定的导向功能，如附图4所示。

为使迎流驱动机构4在工作过程中，能随其上所受流体阻力的大小变化而发生位置改变，在迎流驱动机构4背面与开槽导轨7之间装有复位缓冲簧6，目的是当探测设备在水中航速降低时，其上承受的流体阻力将减小，此时在复位缓冲簧6的作用下带动定深翼板2作旋转运动，增大了定深翼板2的迎流面积，使其保持在水下相同的深度运行。将开槽导轨7安装在水下航行体承压壳体1上调整到位后，用标准轴销将迎流驱动机构4与摆动杆系8相连，如附图5所示，采用铰连接形式将固定摆杆14与迎流驱动机构4构成一体，固定摆杆14与迎流驱动机构4的配合部位采用滑槽的配合形式，即迎流驱动机构4在作水平运动时与固定摆杆14发生相对位移并带动固定摆杆14发生偏转，随后顺次用标准连接销依次将固定摆杆14和短摆杆16与承压壳体1连接；同样将防抖动杆系9，见图3所示装配在承压壳体1上，通过短拉杆11与摆动杆系8上的短摆杆16相连接，同时在承压壳体1内的翼板控制杆10的一端也与短摆杆16相连，如图2所示A点处，这样设计的目的是：当探测设备在水下航行时，由于风浪、涌流或船的摇摆等因素的影响，使定深翼板2产生颤抖或往复抖动，通过翼板控制杆10传至短拉杆11后再传到防抖动杆系9上，此时防抖动杆系9上的长摆杆17开始摆动，随之配重块19和配重摆动杆20也出现摆动或抖动现象，此时拉簧18将来自各方的吸收掉一部分，以便干扰和消减定深翼板2抖动；为保证水下设备的密封性能，翼板控制杆10与承压壳体1间的密封选用高压GRS往复动态密封+骨架油封，采用耐磨、低摩擦的聚四氟乙烯（PTFE）滑动环和与O形橡胶圈组合而成，O形橡胶圈提供预紧力，该密封结构机械强度较高，耐磨性好、摩擦系数低、自润滑性好，见图2所示B处。待所有零件装配并调整完成后随设备一起布放入水；

工作原理：如图6所示，当航行体头部迎流面，即迎流驱动机构4的外表面受到大小不同力的作用时，发生的位移也不相同，当迎流驱动机构4的外表面受到的水阻力大于复位缓冲簧6设定的预紧力时，迎流驱动机构4将沿开槽导轨7向承压壳体1内作直线移动，带动摆动杆系8中的固定摆杆14作旋转运动，由于各杆件均采用铰支连接，因而各连接杆件都可绕固定轴销旋转一定角度，这样固定摆杆14作旋转运动时，可驱动各杆件做相应的动作，最终由翼板控制杆10控制定深翼板2绕图2所示d点作旋转运动，当航速增大时拖曳体头部迎流面所受到的水阻力就会增大，此时定深翼板2将做顺时针转动一定角度，这时就减小了定深翼板2与水平面间的攻角，以减小定深翼板2的迎流面积，保证作用在其上的定深所需的作用力不变；当航速降低时，水的流速相应减小，这时作用到迎流驱动机构4外表面上的作用力也随之降低，在复位缓冲簧6的作用下，迎流驱动机构4向承压壳体1外作直线移动，同时带动各杆件做相应动作，最终由翼板控制杆10控制定深翼板2绕图2所示d点作顺时转动一定角度，增加了定深翼板2与水平面间的攻角，加大了定深翼板2的迎流面积，保证作用在其上的定深所需的作用力不变；

因此，机构借助水阻力驱动迎流驱动杆动作，带动一系列杆件做相应的旋转或直线运动，达到控制定深翼板绕支点作旋转运动，以改变定深翼板的迎流角度，确保水下拖曳载体在不同的拖速下获得相同的定深度。当探测设备在水下拖曳时，由于风浪、涌流等外界环境的影响会使定深翼板2产生颤抖或往复抖动，为此在该发明中还设置有防抖动杆系9用以干扰和消减定深翼板2抖动，同时为保证拖曳体在水中的姿态，在承压壳体1尾部设置有稳定舵板3。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种拖曳式自调整稳定定深机构，其特征在于包括承压壳体（1）、定深翼板（2）、稳定舵板（3）、迎流驱动机构（4）、U型密封圈（5）、复位缓冲簧（6）、开槽导轨（7）、摆动杆系（8）、防抖动杆系（9）、翼板控制杆（10）、短拉杆（11）和压环（13）；其中摆动杆系（8）主要由固定摆杆（14）、长拉杆（15）和短摆杆（16）组成；防抖动杆系（9）主要由长摆杆（17）、拉簧（18）、配重块（19）和配重摆动杆（20）组成；迎流驱动机构（4）内表面与U型密封圈（5）的内圈硫化成一体，U型密封圈（5）外圈通过紧固件用压环（13）与承压壳体（1）连接为一体，迎流驱动机构（4）上起导向作用的水平杆与开槽导轨（7）滑动配合，开槽导轨（7）固定安装在承压壳体（1）内部，迎流驱动机构（4）与开槽导轨（7）之间装配有复位缓冲簧（6）；

在摆动杆系（8）中，固定摆杆（14）的下半部分活动连接在承压壳体（1）上，固定摆杆（14）的上半部分与迎流驱动机构（4）的垂直连接部分通过滑槽的形式相互配合成一体，短摆杆（16）竖直活动连接在承压壳体（1）上，长拉杆（15）的两端分别活动连接固定摆杆（14）和短摆杆（16）；

在防抖动杆系（9）中，长摆杆（17）垂直活动连接在承压壳体（1）内，长摆杆（17）中段活动连接配重摆动杆（20），配重摆动杆（20）的末端固定配重块（19），拉簧（18）两端分别连接配重摆动杆（20）的末端和长摆杆（17）的活动连接点处，使配重摆动杆（20）处于水平位置；

防抖动杆系（9）通过短拉杆（11）与摆动杆系（8）上的短摆杆（16）相连接，同时在承压壳体（1）内的翼板控制杆（10）的一端同时与短摆杆（16）相连；

翼板控制杆（10）穿过承压壳体（1）前端底部的通孔，翼板控制杆（10）一端与短摆杆（16）和短拉杆（11）连接，另一端与装配在承压壳体（1）外部上的定深翼板（2）相连；在承压壳体（1）尾部设置有稳定舵板（3）。

2.如权利要求1所述的拖曳式自调整稳定定深机构，其特征在于所述迎流驱动机构（4）的头部球冠部分用玻璃钢与金属粘接而成。

3.如权利要求1或2所述的拖曳式自调整稳定定深机构，其特征在于所述迎流驱动机构（4）与开槽导轨（7）相配合的轴上开有两个以上的径向环形槽，环形槽内装配导向环（12）。

4.如权利要求3所述的拖曳式自调整稳定定深机构，其特征在于所述翼板控制杆（10）与承压壳体（1）间的密封选用聚四氟乙烯滑动环和与O形橡胶圈组合而成。

5.如权利要求4所述的拖曳式自调整稳定定深机构，其特征在于所述迎流驱动机构（4）的迎流面的圆周上设有均匀分布的三角形凸台，与之相配合的承压壳体（1）上的相应位置上也设有三角形凹槽。

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