CN108583829B - 一种深海潜水器耐压舱舱门组件结构 - Google Patents

一种深海潜水器耐压舱舱门组件结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗压能力更强的深海潜水器耐压舱门，舱门本体呈采用贝壳曲线控制的曲面状。本发明还公开了一种基于该舱门本体的舱门组件结构，包括铰接在潜水器壳体上的舱门以及锁紧舱门的锁紧装置；所述锁紧装置包括绕设置在潜水器壳体上舱门开口处的卡环，卡环绕舱门开口中心线旋转，卡环内侧均布部有若干限位块，潜水器壳体上穿设有转动轴，转动轴位于潜水器壳体外侧端上套设有驱动齿轮，卡环上设有与驱动齿轮相配合的齿条块，转动轴位于潜水器壳体内侧的端部上设有旋转手柄，舱门关闭后，卡环转动使限位块卡在锁定凸块外侧以实现将舱门压紧在壳体上；壳体与舱门内壁间还设有锁紧舱门的内锁紧机构。

Description

一种深海潜水器耐压舱舱门组件结构
技术领域
本发明涉及一种深海潜水器耐压舱舱门及其组件结构。
背景技术
现有潜水器舱门装置分为两类：
一类是平舱门。该种舱门一般为圆形平封盖，通过螺钉与壳体锁紧，结构简单。但由于平封盖抗压能力不足，因此在用于深海潜水器时，该类型舱门异常厚重，增大了潜水器整体质量及舱门开启、闭合的难度。同时由于使用外部螺钉锁紧，虽然使得潜水器在下潜过程中舱门能紧紧锁死，但亦使得舱门必须从外部开启，十分不利于舱内人员紧急逃生。并且舱门与壳体为平面接触，想要做到完全均匀挤压接触很困难，密封性能难以满足深海潜水器需求。
一类是碟形舱门。该类舱门由于满足正高斯曲线，因此具有较强的承载能力，且降低了舱门质量。该类型舱门采用转动安装在舱门中心的内外手轮，带动2～4组锁定杆动作，使锁定杆锁死在壳体中以达到锁紧舱门的目的。但是由于在本就相对单薄的舱门上开孔安装转动手轮，使得舱门的外压承载能力下降，并且带来密封上的问题，难以用于深海潜水器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
提供一种抗压能力更强、安全性更高的用于深海潜水器的耐压舱舱门的组件结构。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种深海潜水器的耐压舱舱门组件结构，包括铰接在潜水器壳体上的舱门以及锁紧舱门的锁紧装置；锁紧装置包括绕设置在潜水器壳体上舱门开口处的卡环，卡环绕舱门开口中心线旋转，卡环内侧均布部有若干限位块，潜水器壳体上穿设有转动轴，转动轴位于潜水器壳体外侧端上套设有驱动齿轮，卡环上设有与驱动齿轮相配合的齿条块，转动轴位于潜水器壳体内侧的端部上设有旋转手柄，潜水器壳体内部设有限制旋转手柄转动的限位机构，壳体外侧设有驱动转动轴转动的驱动装置，舱门本体外周设有与限位块之间间隙相配合的锁定凸块，舱门关闭后，卡环转动使限位块卡在锁定凸块外侧以实现将舱门压紧在壳体上；壳体与舱门内壁间还设有锁紧舱门的内锁紧机构，内锁紧机构包括设置在舱门内侧的固定轴，固定轴上铰接有锁紧扳手，壳体上设有锁紧块，锁紧块上设有与锁紧扳手端部向配合的卡槽，壳体内设有驱动锁紧扳手卡入锁紧块中的气弹簧；
舱门本体呈采用贝壳曲线控制的曲面状，该贝壳曲线满足：
Figure GDA0002296306570000021
其中：Bi(t)-为t时间下点的坐标，这些连续点描述一条三阶贝塞尔曲线；
Figure GDA0002296306570000022
-三阶贝塞尔曲线起点；P1 i、
Figure GDA0002296306570000023
-三阶贝塞尔曲线控制点；
Figure GDA0002296306570000024
-三阶贝塞尔曲线终点；i-实数，用于区别两条三阶贝塞尔曲线；曲线B1(t)横跨直径为D 的圆，最高点h距圆的z向距离H满足H/D＝0.25～0.38；最高点h距圆心o的 x向距离△满足△/D＝0.1～0.2；控制点P1 1的x坐标满足
Figure GDA0002296306570000025
控制点
Figure GDA0002296306570000026
的x坐标满足
Figure GDA0002296306570000027
曲线B2(t)的最高点与B1(t)最高点h 重合，且B2(t)所在平面与B1(t)所在平面垂直，控制点P1 2、
Figure GDA0002296306570000029
关于z轴对称，同时控制点P1 2的y轴坐标
Figure GDA0002296306570000028
作为一种优选的方案，所述耐压舱门与潜水器壳体间设有辅助耐压舱门开启的复位弹簧。
作为一种优选的方案，所述复位弹簧为套设在耐压舱门的铰接轴上的扭簧。
作为一种优选的方案，所述潜水器壳体外壁上在舱门开口处设有一圈密封凹槽，所述舱门内壁上设有与密封凹槽相配合的密封凸台，密封凸台表面上嵌设有环形密封圈。
作为一种优选的方案，所述密封凹槽槽壁由内而外向远离舱门开口中心线方向倾斜，所述密封凸台上设有与之配合的倾斜面，倾斜面上设有环形的紫铜密封垫。
作为一种优选的方案，所述限位机构包括设置在潜水器壳体内壁上的卡紧块，卡紧块上设有容置旋转手柄的卡槽，卡紧块上在卡槽的开口处设有挡板槽，挡板槽中可拆卸地设有使旋转手柄无法从卡槽中脱出的挡板。
作为一种优选的方案，所述驱动转动轴转动的驱动装置为套设在转动轴上的转动手轮。
作为一种优选的方案，所述潜水器壳体上在齿条块两侧分别设有防止齿条运动过量的限位桩。
本发明的有益效果是：(1)本发明提出了一种深海潜水器耐压舱门，由于采用具有良好耐压特性的贝壳轮廓作为舱门结构形状，具有抗压能力更强、相同承压强度下较普通耐压舱舱门具有质量轻的特点；舱门与固定座之间设有弹簧机构，能使舱门在打开时更方便省力。
(2)本发明中除了采用卡环压紧舱门外，还设计了内锁紧机构，使得舱门在锁紧时只能由内部开启，方便内部操作人员紧急逃生以及防止舱外人员误操作；内锁紧机构当舱门关闭后自动锁紧、手动打开，可避免卡环故障或忘锁造成的安全隐患，大大增加潜水器安全性；卡环及内锁紧机构分别设置在壳体较厚的开口处和舱门内侧，均避免了在舱门上开孔，保证了舱门的完整性及耐压性。
(3)本发明手动锁紧结构采用齿轮啮合驱动卡环转动锁紧方式，齿轮啮合安全可靠、稳定性好，且卡环与舱门间为多段圆周接触，使得卡环与舱门间受力更均匀；舱门与壳体之间为两段式接触，不仅可使舱门在受外压时更加稳定，也能让舱门与壳体间完全均匀挤压接触，并且设有双重密封，密封性能突出；所述轴与壳体之间采用两段式接触，并设有多层密封圈，密封效果显著。
附图说明
图1为本发明整体结构三维图；
图2为图1的A向局部视图；
图3为图2的D向剖视图；
图4为图2的B向剖视图；
图5为图4中Ⅰ、Ⅱ局部放大视图；
图6为图2的C向剖视图；
图7为图4的E向局部视图；
图8为图7的F向剖视图；
图9为图7的G向剖视图；
图10为舱门及与舱门焊接在一起的零件示意图；
图11为卡环示意图；
图12为转动轴示意图；
图13为耐压舱门采用的贝壳曲线示意图；
图1至图13中：1-舱外把手；2-齿条块；3-限位桩；4-卡环；5-舱门；6- 舱门连接块；7-壳体；8-复位扭簧；9-转动轴；10-旋转手柄；11-盖形螺母；12- 推力球轴承；13-轴密封圈；14-轴套；15-驱动齿轮；16-挡圈；17-长键；18- 开口销；19-开槽螺母；20-垫圈；21-手轮；22-短键；23-密封圈；24-紫铜密封垫；25-固定座；26-弹性挡圈；27-锁紧扳手；28-锁紧块；29-锁紧螺母；30- 固定轴；31-舱内把手；32-卡紧块；33-挡板；34-铆钉；35-缸体；36-活塞轴； 37-气缸密封圈；38-螺母；39-螺栓；40-凸耳。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。
如图1、4、13所示，一种深海潜水器耐压舱门，舱门本体呈采用贝壳曲线控制的曲面状，该贝壳曲线满足：
Figure GDA0002296306570000051
其中：Bi(t)-为t时间下点的坐标，这些连续点描述一条三阶贝塞尔曲线；
Figure GDA0002296306570000052
-三阶贝塞尔曲线起点；P1 i、
Figure GDA0002296306570000053
-三阶贝塞尔曲线控制点；
Figure GDA0002296306570000054
-三阶贝塞尔曲线终点；i-实数，用于区别两条三阶贝塞尔曲线；曲线B1(t)横跨直径为D 的圆，最高点h距圆的z向距离H满足H/D＝0.274；最高点h距圆心o的x向距离△满足△/D＝0.167；控制点P1 1的x坐标满足
Figure GDA0002296306570000055
控制点
Figure GDA0002296306570000056
的x坐标满足
Figure GDA0002296306570000057
曲线B2(t)的最高点与B1(t)最高点h重合，且B2(t)所在平面与B1(t)所在平面垂直，控制点P1 2、
Figure GDA0002296306570000058
关于z轴对称，同时控制点P1 2的y轴坐标
Figure GDA0002296306570000059
如图1至图13所示，本发明的一种深海潜水器耐压舱门组件结构，包括铰接在潜水器壳体上的舱门5及锁紧装置。舱门5通过舱门连接块6与设置在壳体7上的固定座25铰接，在舱门连接块6的铰接轴上套设有复位扭簧8。锁紧装置包括绕设置在潜水器壳体7上舱门开口处的卡环4，卡环4绕舱门开口中心线旋转，卡环4内侧均布部有若干限位块。潜水器壳体7上穿设有转动轴9，转动轴9与壳体7为两段式接触，第一段设有3层轴密封圈13，第二段台阶上设有第二重轴密封圈13。转动轴9位于潜水器壳体7外侧端上套设有驱动齿轮 15，驱动齿轮15通过短键22与转动轴9配合，卡环4上设有与驱动齿轮15 相配合的齿条块2，并在壳体7外部设有两个限位桩3限制齿条块的位置以限制卡环4的转动位置。
转动轴9位于潜水器壳体7内侧的端部上设有旋转手柄10，潜水器壳体7 内部设有限制旋转手柄10转动的限位机构。转动轴9上在壳体7外侧的端部设有驱动转动轴9转动手轮21。位于舱外的转动手轮21通过长键17与转动轴 9配合，开槽螺母19压紧垫圈20从而固定转动手轮21，并在转动轴9端部开孔插入开口销18，防止开槽螺母松动；舱内旋转手柄10通过六方与转动轴9 进行配合，并在转动轴9尾部装有盖形螺母11固定旋转手柄10，同时为防止手轮21或旋转手柄10在转动时阻力过大，在与轴套14和旋转手柄10接触处设有两个推力球轴承12。限位机构包括设置在舱内壳体7上的卡紧块32，卡紧块32上设有容置旋转手柄10的卡槽，卡紧块32上在卡槽的开口处设有挡板槽，挡板槽中插上挡板33可将旋转手柄10锁定。
壳体7与舱门5内壁间还设有锁紧舱门5的内锁紧机构，内锁紧机构包括锁紧扳手27和气弹簧，所述锁紧扳手27安装在舱盖5内壁的固定轴30上，并通过锁紧螺母29与弹性挡圈26固定。气弹簧的缸体35通过螺栓39、螺母 38安装于焊接在舱盖5内侧的凸耳40上，气弹簧的活塞轴36通过铆钉34与锁紧扳手27相连。
所述潜水器壳体7外壁上在舱门开口处设有一圈密封凹槽，所述舱门5内壁上设有与密封凹槽相配合的密封凸台，密封凸台表面上嵌设有环形密封圈23，使得舱门5在受外压时更加稳定。所述密封凹槽槽壁由内而外向远离舱门开口中心线方向倾斜，所述密封凸台上设有与之配合的倾斜面，倾斜面上设有环形的紫铜密封垫24，使舱门5在受外压时与壳体7贴合更为紧密、密封效果更好，同时双重密封更加安全。
锁紧过程：在舱门5关闭同时，潜航员转动位于舱门5内侧的锁紧扳手27 带动缸体35内的活塞轴36向外拉伸，此时缸体35内气压降低，待舱门关闭后松开锁紧扳手27，在气压作用下锁紧扳手27自动恢复到初始位置，卡紧在位于壳体7内部的锁紧块28中，在气压所用下锁紧扳手27将始终保持卡紧状态，将舱门5锁紧。此时舱门5外周的锁紧凸块正好位于卡环4的卡槽内，潜航员顺时针(图8所示视图)转动舱内旋转手柄10将其旋转至卡紧块32处(或舱外人员顺时针(图3所示视图)转动手轮21)，使其带动与转动轴9上驱动齿轮15啮合的齿条块2转动，从而使卡环4转动，将舱盖5完全卡住，此时潜航员将挡板33插入卡紧块32中，将旋转手柄10固定，将舱门再次锁紧。在舱外壳体7上设有两个限位桩3，防止舱外人员在转动手轮21时使驱动齿轮 15与齿条块2脱离啮合。
开启过程：舱门5在锁紧状态时，潜航员首先要拔出挡板33，逆时针(图 8所示视图)转动舱内旋转手柄10将其旋转至卡紧块32处(或舱外人员逆时针(图3所示视图)转动手轮21)，再插上挡板33将旋转手柄10固定。此时卡环4经由驱动齿轮15带动齿条块2转动，将舱盖5置于可开启状态，潜航员再转动锁紧扳手27打开内锁紧机构，推动舱内把手31(或舱外人员拉动舱外把手1)将舱门5开启至壳体7一侧，将舱门5打开。
舱门5打开后，气弹簧的活塞轴36推动锁紧扳手27恢复到初始位置，由于此时锁紧扳手27与锁紧块28位置错开，使得舱门5向壳体7方向转动时无法完全闭合，从而避免舱门5被误锁的情形发生。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种深海潜水器的耐压舱舱门组件结构，包括铰接在潜水器壳体上的舱门以及锁紧舱门的锁紧装置；其特征在于：所述锁紧装置包括绕设置在潜水器壳体上舱门开口处的卡环，卡环绕舱门开口中心线旋转，卡环内侧均布部有若干限位块，潜水器壳体上穿设有转动轴，转动轴位于潜水器壳体外侧端上套设有驱动齿轮，卡环上设有与驱动齿轮相配合的齿条块，转动轴位于潜水器壳体内侧的端部上设有旋转手柄，潜水器壳体内部设有限制旋转手柄转动的限位机构，壳体外侧设有驱动转动轴转动的驱动装置，舱门本体外周设有与限位块之间间隙相配合的锁定凸块，舱门关闭后，卡环转动使限位块卡在锁定凸块外侧以实现将舱门压紧在壳体上；壳体与舱门内壁间还设有锁紧舱门的内锁紧机构，内锁紧机构包括设置在舱门内侧的固定轴，固定轴上铰接有锁紧扳手，壳体上设有锁紧块，锁紧块上设有与锁紧扳手端部向配合的卡槽，壳体内设有驱动锁紧扳手卡入锁紧块中的气弹簧；
舱门本体呈采用贝壳曲线控制的曲面状，该贝壳曲线满足：
Figure FDA0002296306560000011
t∈[0,1],i＝1,2
其中：Bi(t)-为t时间下点的坐标，这些连续点描述一条三阶贝塞尔曲线；
Figure FDA0002296306560000012
-三阶贝塞尔曲线起点；P1 i、P2 i-三阶贝塞尔曲线控制点；P3 i-三阶贝塞尔曲线终点；i-实数，用于区别两条三阶贝塞尔曲线；曲线B1(t)横跨直径为D的圆，最高点h距圆的z向距离H满足H/D＝0.25～0.38；最高点h距圆心o的x向距离△满足△/D＝0.1～0.2；控制点P1 1的x坐标满足
Figure FDA0002296306560000013
控制点P2 1的x坐标满足
Figure FDA0002296306560000014
曲线B2(t)的最高点与B1(t)最高点h重合，且B2(t)所在平面与B1(t)所在平面垂直，控制点P1 2、P2 2关于z轴对称，同时控制点P1 2的y轴坐标
Figure FDA0002296306560000021
2.如权利要求1所述的一种深海潜水器的耐压舱舱门组件结构，其特征在于：所述耐压舱门与潜水器壳体间设有辅助耐压舱门开启的复位弹簧。
3.如权利要求2所述的一种深海潜水器的耐压舱舱门组件结构，其特征在于：所述复位弹簧为套设在耐压舱门的铰接轴上的扭簧。
4.如权利要求1所述的一种深海潜水器的耐压舱舱门组件结构，其特征在于：所述潜水器壳体外壁上在舱门开口处设有一圈密封凹槽，所述舱门内壁上设有与密封凹槽相配合的密封凸台，密封凸台表面上嵌设有环形密封圈。
5.如权利要求4所述的一种深海潜水器的耐压舱舱门组件结构，其特征在于：所述密封凹槽槽壁由内而外向远离舱门开口中心线方向倾斜，所述密封凸台上设有与之配合的倾斜面，倾斜面上设有环形的紫铜密封垫。
6.如权利要求2-5中任一项所述的一种深海潜水器的耐压舱舱门组件结构，其特征在于：所述限位机构包括设置在潜水器壳体内壁上的卡紧块，卡紧块上设有容置旋转手柄的卡槽，卡紧块上在卡槽的开口处设有挡板槽，挡板槽中可拆卸地设有使旋转手柄无法从卡槽中脱出的挡板。
7.如权利要求6所述的一种深海潜水器的耐压舱舱门组件结构，其特征在于：所述驱动转动轴转动的驱动装置为套设在转动轴上的转动手轮。
8.如权利要求7所述的一种深海潜水器的耐压舱舱门组件结构，其特征在于：所述潜水器壳体上在齿条块两侧分别设有防止齿条运动过量的限位桩。
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小型AUV壳体流线型优化设计方法研究;闫茹;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20150115(第01期);I140-477 *

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