CN104944286B - 一种水下工作单元对接释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下工作单元对接释放装置，属于水下工作单元收放装置领域。所述水下工作单元对接释放装置包括起吊结构和对接结构，起吊结构包括油缸、传动单元和作用单元，油缸的缸体上设置有一法兰环，传动单元包括分力板、分力杠杆和卡接滑块，各个分力杠杆的两端分别与分力板、卡接滑块连接；作用单元包括中部设有一通孔的对接面板，对接面板内还设有滑槽，各个滑槽内均设置有滑套、弹簧和弹簧止步板，卡接滑块可移动地设置在滑套内；起吊结构还包括连接构件，各个连接构件的两端分别与法兰环、对接面板连接；对接结构包括与卡接滑块的一端卡接配合的对接头。本发明提高了水下工作单元对接释放装置的可靠性。

Description

一种水下工作单元对接释放装置

技术领域

本发明属于水下工作单元收放装置领域，特别涉及一种水下工作单元对接释放装置。

背景技术

随着海洋资源的不断开发，类似深海机器人等水下工作设备的应用也越来越广泛。每次作业前，均需使用对接释放装置将其下吊至工作区域并释放，待其完成作业任务后，再将其回收至工作母船。

目前，存在一种机械式自动对接释放装置，其包括吊钩部分和与水下工作单元连接的吊杆部分，吊钩部分包括吊钩体，吊钩体的顶部与设置在水上设备(如工作母船)上的起吊设备连接，吊钩体的底部设有多个同一截面的轴销滑套，每个轴销滑套内设有弹簧轴销，该弹簧轴销在无外力作用的常态下始终伸出吊钩体的内壁面，吊杆部分包括台阶筒状吊杆体和设置在吊杆体顶端的吊杆头，该吊杆头可与弹簧轴销卡接配合。工作时，先将水下工作单元上浮至水面指定位置，然后通过起吊设备下放吊钩部分，当吊钩部分与吊杆部分对准时，在吊钩部分的重力作用下，吊杆头挤压弹簧轴销将其推入吊钩体，进而使得吊杆头能够进入吊钩体内，最终与弹簧轴销卡接，实现对接。

然而，当海上风浪较大时，水下工作单元会随风浪不停移动，在吊钩部分和吊杆部分对准以后，很可能在吊杆头挤压弹簧轴销的过程中，水下工作单元的倾斜角度发生变化，进而导致吊杆头只与部分弹簧轴销卡接，对接效率低且可靠性不够高，存在安全隐患。同时，在水下工作单元会随风浪不停移动的情况下，吊钩部分很难完全对准水下工作单元上的吊杆部分，需要多次尝试对接，由于吊钩部分需要与吊杆部分接触并相互作用才能实现对接，在不断尝试对接的过程中，吊钩部分很容易敲打水下工作设备，从而损坏昂贵的水下工作设备，带来巨大的经济损失。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种水下工作单元对接释放装置。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种水下工作单元对接释放装置，所述水下工作单元对接释放装置包括：与水上设备连接的起吊结构、以及与水下工作单元连接的对接结构，所述起吊结构包括油缸、传动单元和作用单元，所述油缸的缸体上设置有一法兰环，所述油缸通过所述法兰环与所述水上设备固定连接，所述传动单元包括分力板、至少两个分力杠杆、以及与所述分力杠杆一一对应的卡接滑块，所述油缸的活塞杆的一端与所述分力板铰接，各个所述分力杠杆的一端分别与所述分力板可转动地连接，所述分力杠杆与所述油缸分别位于所述分力板的相反的两侧，所述至少两个分力杠杆沿圆周方向均匀分布，各个所述分力杠杆的另一端分别与各自对应的所述卡接滑块可转动地连接；所述作用单元包括对接面板，所述对接面板的中部设有一通孔，所述对接面板内还设有均匀分布在所述通孔四周的至少两个滑槽，所述至少两个滑槽均以所述通孔的中心为中心、由所述通孔侧壁径向向外延伸，各个所述滑槽内均设置有滑套、弹簧和弹簧止步板，所述卡接滑块可移动地设置在所述滑套内，且所述卡接滑块的一端在无外力作用的常态下伸出所述对接面板的内周壁，所述弹簧止步板固定在所述滑槽的远离所述通孔的一端，所述弹簧的一端与所述卡接滑块的另一端相抵，所述弹簧的另一端与所述弹簧止步板相抵；所述起吊结构还包括至少两个连接构件，各个所述连接构件的一端均与所述法兰环连接，各个所述连接构件的另一端均与所述对接面板连接；所述对接结构包括可通过所述通孔且与所述卡接滑块的一端卡接配合的对接头。

在本发明一种可能的实现方式中，所述对接头为圆台状，所述对接头包括顶面、底面和连接所述顶面和所述底面的侧面，所述底面的直径大于所述顶面的直径，所述卡接滑块靠近所述通孔的一端的端面为与所述侧面相匹配的斜面，且所述卡接滑块靠近所述通孔的一端设有用于抵挡所述底面的限位槽。

在本发明另一种可能的实现方式中，所述滑套内设置有定位键销，所述定位键销的一端插设在所述卡接滑块内，所述滑套上设置有沿所述滑槽的长度方向延伸的凹槽，所述凹槽与所述定位键销的另一端相配合。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述分力杠杆与所述分力板的连接点均匀分布在以所述油缸与所述分力板的铰接点为圆心的圆周上。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述对接结构还包括依次连接的第一导引筒、对接法兰和第二导引筒，在所述第二导引筒的外周壁上设置有至少两个第一止挡块以及与所述第一止挡块一一对应的第二止挡块，所述第一止挡块位于所述第二导引筒的端部，所述对接头可滑动地安装在所述第二导引筒的外周壁上，且位于所述第一止挡块和所述第二止挡块之间，所述第二止挡块与所述对接头之间设置有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧的两端分别与所述第二止挡块和所述对接头连接。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述第一导引筒和所述第二导引筒均为空腔结构。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述对接面板上还设有减重孔。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述弹簧止步板上设置有用于监测所述卡接滑块的位移的第一传感器。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述对接面板上设置有用于监测所述对接头相对于所述对接面板的位移的第二传感器。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将分力杠杆周向均匀的设置在分力板上，油缸与作用单元通过分力杠杆连接，使得油缸输出的作用力通过分力板均匀的传递至各个分力杠杆，并由各个分力杠杆驱动各自对应的卡接滑块移动，当卡接滑块与对接头对接时，可同时控制卡接滑块移动，使得对接头可快速通过卡接面板的通孔，然后再控制卡接滑块伸出，即可卡住对接头，在保证了对接头能够与每一个卡接滑块对接的同时，还减少了卡接滑块与对接头的作用时间，提高了对接效率并且提高了对接的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的水下工作单元对接释放装置的工况示意图；

图2是本发明实施例提供的水下工作单元对接释放装置的立体结构示意图；

图3是本发明实施例提供的起吊结构的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的作用单元的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的对接结构的结构示意图；

图6a是本发明实施例提供的对接位置示意图；

图6b是本发明实施例提供的刚连接位置示意图；

图6c是本发明实施例提供的有效连接位置示意图；

图中各符号表示含义如下：

1-水上设备，11-母船，12-起吊门架，13-位移机构，211-油缸，212-法兰环，221-分力板，222-分力杠杆，223-卡接滑块，224-定位销组件，231-对接面板，232-滑槽，233-滑套，234-弹簧，235-弹簧止步板，236-弹簧保护壳，237-定位键销，238-第一传感器，239-减重孔，3-水下工作单元，4-对接结构，41-对接头，411-侧面，412-底面，42-第一导引筒，43-对接法兰，44-第二导引筒，45-第一止挡块，46-第二止挡块，47-缓冲弹簧，48-螺栓组件，5-脐带缆，6-连接构件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明实施例提供的一种水下工作单元对接释放装置，如图1所示，该水下工作单元对接释放装置包括与水上设备1连接的起吊结构2、以及与水下工作单元3连接的对接结构4。其中，水上设备1包括母船11和安装在母船11上的起吊门架12，起吊门架12上设置有位移机构13，起吊结构2通过位移机构13与起吊门架12连接，以实现起吊结构2的全方向位移，使得起吊结构2能够快速的对准对接结构4。

图2为本发明实施例的水下工作单元对接释放装置的立体结构示意图。如图2所示，起吊结构包括依次连接的油缸211、传动单元和作用单元，作用单元与对接结构4卡接在一起。

其中，结合图3，传动单元包括分力板221。油缸211的活塞杆的一端与分力板221铰接。

具体地，在油缸211的缸体的一端设置有一法兰环212，法兰环212与水上设备上的起吊门架通过位移机构固定连接，油缸211的活塞杆穿过法兰环212后与分力板221铰接。容易知道，油缸211可以与液压泵(图未示)连通，用于为油缸211输出液压能。

在本实施例中，分力板221为圆形板，油缸的活塞杆的一端与分力板221的中心铰接。

传动单元还包括三个分力杠杆222、以及与分力杠杆222一一对应的卡接滑块223。各个分力杠杆222的一端分别与分力板221可转动连接，分力杠杆222与油缸211分别位于分力板221的相反的两侧，三个分力杠杆222沿圆周方向均匀分布。各个分力杠杆222的另一端分别与各自对应的卡接滑块223可转动地连接。

优选地，分力杠杆222与分力板221的连接点均匀分布在以油缸211与分力板221的铰接点为圆心的圆周上，从而可以将油缸211的作用力更均匀地传递到各个分力杠杆222上。

优选地，分力杠杆222的一端可以周向均匀的设置在分力板221的外周壁上，以减小分力板221的体积，从而达到简化系统结构的目的。在上述实施方式中，分力杠杆222与分力板221之间、以及分力杠杆222与卡接滑块223之间均可以通过结构相同的定位销组件224以实现可转动连接。

需要说明的是，虽然图1-3中的传动单元包括三个分力杠杆222，但是，可以理解地，其可以包括至少两个分力杠杆222，例如，两个、四个、五个等，其他与分力杠杆222相关的部件也相应的做出改变，这里不再赘述。此外，在本实施例中，分力板221为圆形，但是，容易知道，在其他实施例中，分力板221也可以为方形、多边形等，本发明对此不做限制。

当液压泵向油缸211输出液压能，使油缸211向下伸出时，油缸211的活塞杆推动分力板221向下运动，由于各个分力杠杆222通过定位销组件224均匀周向设置在分力板221上，使得分力板221能够将作用力均匀的作用至各个分力杠杆222，进而使得各个分力杠杆222能够同时驱动各自对应的卡接滑块223做相同的位移，实现了对接结构的均匀受力，有利于起吊结构与对接结构之间的对接和释放，提高了水下工作单元对接释放装置的可靠性。

更进一步地，如图4所示，作用单元包括对接面板231，对接面板231的中部设有一通孔，对接面板231内还设有均匀分布在通孔四周的三个滑槽232，三个滑槽232均以通孔的中心为中心、由通孔侧壁径向向外延伸，各个滑槽232设置在对接面板231内的同一横截面上，各个滑槽232内均设置有滑套233、弹簧234和弹簧止步板235，卡接滑块223可移动地设置在滑套233内，且卡接滑块223的一端在无外力作用的常态下伸出对接面板231的内周壁，弹簧止步板235固定在滑槽232的远离通孔的一端，弹簧234的一端与卡接滑块223的后端相抵，弹簧234的另一端与弹簧止步板235相抵。

在本实施例中，如图2所示，起吊结构还包括两个连接构件6，各个连接构件6的一端均与法兰环212连接，各个连接构件6的另一端均与对接面板231连接。连接构件6用于将对接面板231所受到的承重负荷传递至法兰环212，从而提高了对接面板231的承重能力。

优选地，连接构件6与法兰环212的连接点均匀分布在以油缸211与法兰环212的连接点为圆心的圆周上，连接构件6与对接面板231的连接点周向均匀分布在对接面板231上，从而可以通过连接构件6将对接面板231的作用力更均匀地传递到法兰环212上。

需要说明的是，虽然图1-3中的起吊结构包括两个连接构件6，但是，可以理解地，其也可以包括多个连接构件6，例如，三个、四个等，本发明对此不做限制。

具体地，对接面板上还设有减重孔239，通过减小对接面板的重量，进而减轻了对接过程中起吊结构对对接结构的冲撞。

优选地，滑槽232的长度可以等于对接面板231的内径，此时，滑槽232、滑套233的一端均与对接面板231的内周壁相切，在对接面板231的外周壁上可以设置一弹簧保护壳236，弹簧保护壳236罩设在弹簧止步板235外，以避免弹簧234在作业中被擦碰损坏。当液压泵向油缸输出液压能，使油缸的活塞杆向下伸出时，由于对接面板231通过连接构件6与法兰环212固定连接，使得分力杠杆222无法向下运动，所以分力杠杆推动卡接滑块223向对接面板231的外边缘运动，使得卡接滑块223的前端缩入滑套233内，同时卡接滑块223的后端压缩弹簧234；当液压泵停止向油缸输出液压能时，弹簧234释放被压缩时所产生的弹性势能，推动卡接滑块223向对接面板231的圆心运动，使得卡接滑块223重新回到常态时的起始位置，从而实现了卡接滑块223的自动回位功能。

具体地，再次参见图2，卡接滑块223可以由固定连接在一起的滑块部和耳环部构成，滑块部可移动的设置在滑套内，耳环部通过定位销组件224与分力杠杆222可转动的连接。

具体地，如图5所示，对接结构包括与卡接滑块的前端卡接配合的对接头41，对接头41为圆台状，对接头41包括顶面、底面412和连接顶面和底面的侧面411，底面412的直径大于顶面的直径，卡接滑块靠近通孔的一端的端面为与侧面411相匹配的斜面，且卡接滑块靠近通孔的一端设有用于抵挡底面412的限位槽。通过侧面411和斜面的相互配合，使得对接头41能够顺畅的由下至上通过卡接滑块的前端；而通过底面412和限位槽相互配合，实现对接头41和卡接滑块的卡接。

在本发明实施例中，如图4所示，滑套233内设置有一定位键销237，定位键销237的一端插设在卡接滑块内，滑套上设置有沿滑槽的长度方向延伸的凹槽，凹槽与定位键销的另一端相配合，从而限定了卡接滑块223在滑套233内的移动范围，避免了卡接滑块223有可能滑出滑套233的问题。

在本发明实施例中，如图5所示，对接结构还包括依次连接的第一导引筒42、对接法兰43和第二导引筒44，在第二导引筒44的外周壁上设置有至少两个第一止挡块45以及与第一止挡块45一一对应的第二止挡块46，第一止挡块位于第二导引筒的端部，对接头41可滑动的安装在第二导引筒44的外周壁上，且位于第一止挡块45和第二止挡块46之间，第二止挡块与对接头之间设置有缓冲弹簧47，缓冲弹簧47的两端分别与第二止挡块46和对接头41连接。在对接过程中，对接头41可能会与其他部件产生不必要的碰撞，此时，缓冲弹簧47就起到减缓碰撞的作用。具体地，在对接法兰43上可以沿周向均匀设置若干个螺栓组件48，第一导引筒42和第二导引筒44通过螺栓组件48分别固定在对接法兰43上。

具体地，再次结合图1，第一导引筒42和第二导引筒44均为空腔结构，使得脐带缆5能够穿过第一导引筒42和第二导引筒44，并将水上设备1与水下工作单元3连接在一起，同时还使得第一导引筒42具有容纳脐带缆5的作用。

更具体地，第一导引筒42与水下工作单元连接，在本发明实施例中，第一导引筒42内可以设置有一用于与水下工作单元连接的连接结构，如连接夹板、螺栓组件等，本发明实施例对此不做限制。

更进一步地，水下工作单元对接释放装置还包括控制单元(图未示)，优选地，控制单元可以为PLC控制单元，用于接收并处理传感器反馈的各项信息，使得水下工作单元对接释放装置精确可靠。

再次参见图4，在本发明实施例中，弹簧止步板235上设置有第一传感器238，第一传感器238与控制单元电连接，第一传感器238用于检测卡接滑块223的位移，并将检测到的信息传递至控制单元；对接面板231上设置有第二传感器(图未示)，第二传感器与控制单元电连接，第二传感器用于检测对接头41的位移，并将检测到的信息传递至控制单元，在上述实现方式中，第一传感器238和第二传感器均可以为红外接近开关等，本发明实施例对此不做限制。

下面简单介绍一下本发明实施例提供的水下工作单元对接释放装置的工作原理：

安装准备：先将起吊结构与水上设备的起吊门架相连，再将对接结构与水下工作单元连接，最后由控制单元控制液压泵驱动油缸211推动分力板221向下运动，由于对接面板231通过连接构件6与法兰环212固定连接，使得分力杠杆222无法向下运动，而是推动卡接滑块223向对接面板231的外边缘运动，进而使得对接结构能够由下至上插入起吊结构内，并由卡接滑块223的限位槽卡住对接头41的底面。操作起吊门架，将水下工作单元吊放至水面，准备进行释放操作。

释放过程：由控制单元控制液压泵驱动油缸211，油缸211的活塞杆向下推动分力板221，分力板221将推力均匀的作用至各个分力杠杆222的一端，进而使得各个分力杠杆222的另一端同时驱动各自对应的卡接滑块223向对接面板231的外边缘做等量的位移，卡接滑块223的前端随之逐渐收进滑套233内，使得对接结构在自身的重力下从起吊结构内脱出，从而完成水下工作单元的释放过程。

对接过程：当水下工作单元浮上水面后，首先操控起吊门架将起吊结构移动到水下工作单元的正上方，使对接结构4正对对接面板231中部的通孔(详见图6a)，再由控制单元控制液压泵驱动油缸，再次通过分力杠杆使卡接滑块223的前端收进滑套内，当卡接滑块223运动至滑套的最内侧时，第一传感器将卡接滑块223的位置信息反馈至控制单元，接着控制单元控制起吊门架驱动起吊结构缓慢靠近对接结构4，直至对接头41沿对接面板231的内周壁由下至上插入作用单元内，当对接头41通过卡接滑块223的前端，即底面412位于限位槽上方时(详见图6b)，第二传感器将对接头41的位置信息反馈至控制单元，然后控制单元关闭液压泵，接着弹簧234释放弹性势能，并推动卡接滑块223向对接面板231的圆心运动，卡接滑块223重新回到常态时的初始位置，由限位槽卡住底面412(详见图6c)，从而由卡接滑块223的前端卡紧对接头41，实现了对接结构与起吊结构的对接。

本发明实施例通过将分力杠杆周向均匀的设置在分力板上，油缸与作用单元通过分力杠杆连接，使得油缸输出的作用力通过分力板均匀的传递至各个分力杠杆，并由各个分力杠杆驱动各自对应的卡接滑块移动，当卡接滑块与对接头对接时，可同时控制卡接滑块移动，使得对接头可快速通过卡接面板的通孔，然后再控制卡接滑块伸出，即可卡住对接头，在保证了对接头能够与每一个卡接滑块对接的同时，还减少了卡接滑块与对接头的作用时间，提高了对接效率并且提高了对接的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种水下工作单元对接释放装置，包括：与水上设备连接的起吊结构、以及与水下工作单元连接的对接结构，其特征在于，所述起吊结构包括油缸、传动单元和作用单元，所述油缸的缸体上设置有一法兰环，所述油缸通过所述法兰环与所述水上设备固定连接，

所述传动单元包括分力板、至少两个分力杠杆、以及与所述分力杠杆一一对应的卡接滑块，所述油缸的活塞杆的一端与所述分力板铰接，各个所述分力杠杆的一端分别与所述分力板可转动地连接，所述分力杠杆与所述油缸分别位于所述分力板的相反的两侧，所述至少两个分力杠杆沿圆周方向均匀分布，各个所述分力杠杆的另一端分别与各自对应的所述卡接滑块可转动地连接；

所述作用单元包括对接面板，所述对接面板的中部设有一通孔，所述对接面板内还设有均匀分布在所述通孔四周的至少两个滑槽，所述至少两个滑槽均以所述通孔的中心为中心、由所述通孔侧壁径向向外延伸，各个所述滑槽内均设置有滑套、弹簧和弹簧止步板，所述卡接滑块可移动地设置在所述滑套内，且所述卡接滑块的一端在无外力作用的常态下伸出所述对接面板的内周壁，所述弹簧止步板固定在所述滑槽的远离所述通孔的一端，所述弹簧的一端与所述卡接滑块的另一端相抵，所述弹簧的另一端与所述弹簧止步板相抵；

所述起吊结构还包括至少两个连接构件，各个所述连接构件的一端均与所述法兰环连接，各个所述连接构件的另一端均与所述对接面板连接；

所述对接结构包括可通过所述通孔且与所述卡接滑块的一端卡接配合的对接头。

2.根据权利要求1所述的水下工作单元对接释放装置，其特征在于，所述对接头为圆台状，所述对接头包括顶面、底面和连接所述顶面和所述底面的侧面，所述底面的直径大于所述顶面的直径，所述卡接滑块靠近所述通孔的一端的端面为与所述侧面相匹配的斜面，且所述卡接滑块靠近所述通孔的一端设有用于抵挡所述底面的限位槽。

3.根据权利要求1所述的水下工作单元对接释放装置，其特征在于，所述滑套内设置有定位键销，所述定位键销的一端插设在所述卡接滑块内，所述滑套上设置有沿所述滑槽的长度方向延伸的凹槽，所述凹槽与所述定位键销的另一端相配合。

4.根据权利要求1所述的水下工作单元对接释放装置，其特征在于，所述分力杠杆与所述分力板的连接点均匀分布在以所述油缸与所述分力板的铰接点为圆心的圆周上。

5.根据权利要求1所述的水下工作单元对接释放装置，其特征在于，所述对接结构还包括依次连接的第一导引筒、对接法兰和第二导引筒，在所述第二导引筒的外周壁上设置有至少两个第一止挡块以及与所述第一止挡块一一对应的第二止挡块，所述第一止挡块位于所述第二导引筒的端部，所述对接头可滑动地安装在所述第二导引筒的外周壁上，且位于所述第一止挡块和所述第二止挡块之间，所述第二止挡块与所述对接头之间设置有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧的两端分别与所述第二止挡块和所述对接头连接。

6.根据权利要求5所述的水下工作单元对接释放装置，其特征在于，所述第一导引筒和所述第二导引筒均为空腔结构。

7.根据权利要求5所述的水下工作单元对接释放装置，其特征在于，所述对接面板上还设有减重孔。

8.根据权利要求1所述的水下工作单元对接释放装置，其特征在于，所述弹簧止步板上设置有用于监测所述卡接滑块的位移的第一传感器。

9.根据权利要求1所述的水下工作单元对接释放装置，其特征在于，所述对接面板上设置有用于监测所述对接头相对于所述对接面板的位移的第二传感器。