CN109606592A - 一种抛载释放机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抛载释放机构，能够实现水下滑翔器等无人自主航行器的应急抛载上浮回收，结构简单，动作可靠，抛载重量大。该抛载释放机构包括：释放组件和执行组件，所述执行组件包括：直线电机、齿条和齿轮；所述释放组件包括：基座、角度传感器和释放转轴；当水下无人自主航行器出现故障后，控制中心给出抛载指令，直线电机动作，推动齿条带动齿轮旋转，齿轮带动释放转轴旋转，旋转过程中角度传感器检测释放转轴旋转角度，当旋转90゜后停止转动，此时释放转轴转至释放位置，抛载块在重力作用下释放，减小航行器自身的重量，使其在正浮力的作用下上浮至水面。

Description

一种抛载释放机构

技术领域

本发明涉及一种抛载释放机构，属于海洋环境监测与调查技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，海洋在人们的经济和生产生活中起到越来越重要的作用。海洋环境监测和调查成为了人们了解和认识海洋的重要手段。伴随着人们对海洋认知的不断深入，海洋环境监测和调查也逐渐向更深更远的大洋发展，必将使人类面对更大的挑战。在此背景下，以成本低廉，长期、连续、高效探测为代表的深海UUV、水下滑翔器等无人自主航行器发展成为海洋环境监测和调查的一个重要分支。

以水下滑翔器为例，为了满足大尺度、长时间、大范围的工作需要，它不配备推进装置，靠浮力驱动的方式，通过调节质心位置来实现上浮下潜和滑翔运动。在长时间的工作过程中，不可避免的会遇到或能源耗尽，或受到船舶等漂浮物的撞击，或出现故障等险情需要抛载重物紧急上浮回收的情况。此时，水下滑翔器通过抛载释放机构抛弃尾部重块，减小自重从而紧急上浮出水、等待打捞。抛载释放机构要满足功能可靠、体积小，便于维护，同时适应淡水和海水环境使用环境，岸上调试能够快速复位等要求。

目前已有的抛载释放机构或技术，主要分为机械式和熔断式两种。机械式主要以电机拉动卡套，释放钢珠，进而使推杆解除限位，推杆在海水压力作用下被压回而释放重块。熔断式主要通过海水形成回路，熔断拉紧挂钩杆的电解丝，使挂钩松动，释放重块支撑部件而使重块释放。机械式存在的不足在于结过于复杂，动作可靠性差，且由于海水的压力通过传递直接作用于电机轴，受使用深度的影响显著，使用深度越深相应的需要的电机的扭矩就越大。熔断式的不足在于在非海洋环境中不能使用，如淡水或岸上调试期间。且为了快速熔断，使用的电解丝较细，一般重块质量较轻，仅几公斤，有时重块质量满足不了使用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种抛载释放机构，利用直线电机推动齿条带动齿轮旋转，进而带动释放转轴旋转90゜后停止，释放抛载块，能够实现水下滑翔器等无人自主航行器的应急抛载上浮回收，结构简单，动作可靠，抛载重量大。

所述的抛载释放机构包括：释放组件和执行组件，所述执行组件包括：直线电机、齿条和齿轮；所述释放组件包括：基座、角度传感器和释放转轴；

所述基座为设置有中心孔的柱形结构，基座与密封舱封头固接；基座一端穿过密封舱封头的安装孔伸入水下无人自主航行器舱内；

所述直线电机固定在电机座上，所述电机座通过连接板与所述基座伸入水下无人自主航行器舱内的一端固接；所述直线电机用于为所述齿条提供动力；

所述释放转轴安装在基座的中心孔内，其一端伸出基座位于舱外，用于连接抛载块；另一端伸出基座后与齿轮同轴固接，所述齿轮与齿条啮合；所述角度传感器用于检测释放转轴的旋转角度；

所述释放转轴朝向舱外侧的端部设置有转轴压块，用于对其进行轴向限位；

所述释放转轴中部同轴固接有法兰，所述法兰两侧分别设置有推力轴承；

所述释放转轴伸出基座一端的端部设置为腰形结构，令该端为释放转轴的释放端；所述抛载块上端面加工有沿竖直方向的U形槽，所述U形槽前后贯通抛载块；在所述抛载块的前端面U形槽的底部加工与U形槽连通的圆形孔，所述圆形孔从抛载块的前端面向后延伸，不贯通抛载块；所述圆形孔的直径大于所述U形槽的槽宽；当所述释放转轴端部的腰形结构处于竖直状态时，能够从所述U形槽穿过进入圆形孔内部，当所述腰形结构在所述圆形孔内旋转至水平状态时，卡住所述抛载块。

所述连接板上设置有滑槽，所述滑槽与所述齿条滑动配合，对所述齿条的直线运动起导向作用。

所述法兰外圆周面上套装有高压轴用斯特封。

有益效果：

与其他抛载释放机构相比，本发明结构简单，动作可靠，抛载重量大。由于采用了推力轴承和高压轴用斯特封，减小了海水压力作用下释放转轴的摩擦力，使其使用海深的范围大大提高，可达6000米，解决了深海无人自主航行器的应急抛载上浮回收需求，具有较高的实用价值。

附图说明

图1为本发明的抛载释放机构结构示意图；

图2为释放组件示意图；

图3为执行组件示意图；

图4为抛载块安装示意图。

其中：1-直线电机、2-电机座、3-滑槽、4-齿条、5-齿轮、6-角度传感器、7-释放转轴、8-键、9-基座、10-密封圈A、11-密封圈B、12-高压轴用斯特封、13-抛载块、14-转轴压块、15-推力轴承、16-沉头螺钉、17-密封舱封头。

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。

为了解决目前抛载释放机构存在的不足，本实施例提供一种抛载释放机构，其属于机械式抛载释放机构的一种，但相较于传统的机械式抛载释放机构，结构简单，动作可靠，抛载重量大，能够实现水下滑翔器等无人自主航行器的应急抛载上浮回收。

如图1-图3所示，该抛载释放机构包括：释放组件和执行组件，其中执行组件包括：直线电机1、滑槽3、齿条4和齿轮5；释放组件包括：基座9、角度传感器6、释放转轴7和转轴压块14。

其中基座9为设置有中心孔的柱形结构，其中心孔为具有两个台阶面的阶梯孔，孔径从一端向另一端依次减小。基座9通过沉头螺钉16固定在密封舱封头17的安装孔中，并通过O形密封圈B11实现基座9和密封舱封头17之间的密封。且基座9中空孔的直径最小端朝向舱内。基座9为该抛载释放机构的安装基础，基座9一端穿过密封舱封头17的安装孔伸入舱内，抛载释放机构安装在基座9位于舱内的部分。

直线电机1固定于电机座2上，滑槽3一端与电机座2固接，另一端固定在基座9的端部，与直线电机1的输出轴相连的推动杆与齿条4相连，齿条4安装在滑槽3内，齿条4背部设计有缺口，缺口与滑槽3槽内的滑道贴合，使齿条4与滑槽3滑动配合，实现齿条4沿滑槽3的直线移动，滑槽3对齿条4起到滑动导向的作用。齿条4的滑动方向与基座9的轴向垂直。

释放转轴7同轴安装在基座9的中心孔内，其一端伸出基座9位于舱外，用于连接抛载块13；另一端伸出基座9后通过键8与齿轮5同轴固接，齿轮5与齿条4啮合；角度传感器6固定在滑槽3上，其转轴与释放转轴7相连，用于检测释放转轴7的旋转角度。在基座9和释放转轴7之间设置有O形密封圈A10，实现基座9和释放转轴7之间的密封，密封圈A10安装于释放转轴7外圆周的密封槽内，其不直接接触海水，起第二道密封的作用。

释放转轴7朝向舱外侧的端部设置有转轴压块14，转轴压块14一端设置有环形槽，另一端设置有环形槽连通的通孔；释放转轴7穿过转轴压块14，转轴压块14用于对转轴进行轴向限位。

释放转轴7中部同轴固接有法兰，释放转轴7依靠该法兰抵抗外部海水产生的压力。转轴压块14的环形槽部分套装在释放转轴7的法兰外，并与基座9的第一个台阶面抵触；释放转轴7轴肩一侧与基座9中间孔的第二个台阶面之间设置有推力轴承15，另一侧与转轴压块14环形槽内底面之间也设置有推力轴承15；两个推力轴承用于将深海海水作用于释放转轴7上的压力，在释放转轴7旋转时由滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而大大减小释放转轴7法兰与基座9之间的摩擦力。进一步的，释放转轴7的法兰上套装有高压轴用斯特封12，起密封作用，其与常用的O形密封圈相比，使用压力高，可达6000米。且在高背压下产生的变形量相对更小，因而其作用于释放转轴7法兰上的摩擦力随使用深度的增加，增加量更小，且动密封性能可靠。前述共同作用的结果，使得该抛载释放机构在深海使用释放转轴7旋转时，作用在其上的摩擦力更小，进而降低了齿轮5的转动力矩，即降低了直线电机1推力，使得整个结构简单、小巧、可靠。

释放转轴7伸出基座9一端的端部设置为腰形结构，令该端为释放转轴7的释放端；抛载块13上端面加工有沿竖直方向的U形槽，U形槽前后贯通抛载块13(以抛载块13朝向舱外的一侧为前侧)，抛载块13的前端面U形槽的底部加工与U形槽连通的圆形孔，圆形孔从抛载块13的前端面向后延伸，不贯通抛载块13。圆形孔与U形槽底部的半圆形结构同心，且直径大于U形槽的宽度，且U形槽的宽度保证释放转轴7端部的腰形结构处于竖直状态时，能够从U形槽穿过，水平状态时不能从U形槽穿过；圆形孔的直径保证释放转轴7端部的腰形结构能够在圆形孔内转动。

装载抛载块13时，首先启动直线电机1，直线电机1推动齿条4沿滑槽3直线运动，从而通过齿轮5带动释放转轴7转动，使释放转轴7旋转至释放位置，释放位置时释放转轴7端部的腰形结构处于竖直状态，此时将抛载块13上移，释放转轴7的释放端穿过抛载块13上的U形槽进入圆形孔内部；然后给出装载指令，启动直线电机1使释放转轴7旋转至装载位置，装载位置时释放转轴7端部的腰形结构处于水平状态，将抛载块13卡住，如图4所示，此时抛载块13一端与舱体抵触；由此由于圆形孔上方为U形槽，腰形结构不能上移，实现上下限位；前后不打通的圆形孔和舱体实现对抛载块13的前后限位。

当深海UUV、水下滑翔器等水下无人自主航行器出现故障后，控制中心给出抛载指令，直线电机1动作，推动齿条4带动齿轮5旋转，齿轮5带动释放转轴7旋转，旋转过程中角度传感器检测释放转轴旋转角度，当旋转90゜后停止转动，此时释放转轴7转至释放位置，抛载块在重力作用下释放，减小航行器自身的重量，使其在正浮力的作用下上浮至水面，发送故障信息，等待打捞。

综上，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)

1.一种抛载释放机构，其特征在于，包括：释放组件和执行组件，所述执行组件包括：直线电机(1)、齿条(4)和齿轮(5)；所述释放组件包括：基座(9)、角度传感器(6)和释放转轴(7)；

所述基座(9)为设置有中心孔的柱形结构，基座(9)与密封舱封头(17)固接；基座(9)一端穿过密封舱封头(17)的安装孔伸入水下无人自主航行器舱内；

所述直线电机(1)固定在电机座(2)上，所述电机座(2)通过连接板与所述基座(9)伸入水下无人自主航行器舱内的一端固接；所述直线电机(1)用于为所述齿条(4)提供动力；

所述释放转轴(7)安装在基座(9)的中心孔内，其一端伸出基座(9)位于舱外，用于连接抛载块(13)；另一端伸出基座(9)后与齿轮(5)同轴固接，所述齿轮(5)与齿条(4)啮合；所述角度传感器(6)用于检测释放转轴(7)的旋转角度；

所述释放转轴(7)朝向舱外侧的端部设置有转轴压块(14)，用于对其进行轴向限位；

所述释放转轴(7)中部同轴固接有法兰，所述法兰两侧分别设置有推力轴承(15)；

所述释放转轴(7)伸出基座(9)一端的端部设置为腰形结构，令该端为释放转轴(7)的释放端；所述抛载块(13)上端面加工有沿竖直方向的U形槽，所述U形槽前后贯通抛载块(13)；在所述抛载块(13)的前端面U形槽的底部加工与U形槽连通的圆形孔，所述圆形孔从抛载块(13)的前端面向后延伸，不贯通抛载块(13)；所述圆形孔的直径大于所述U形槽的槽宽；当所述释放转轴(7)端部的腰形结构处于竖直状态时，能够从所述U形槽穿过进入圆形孔内部，当所述腰形结构在所述圆形孔内旋转至水平状态时，卡住所述抛载块(13)。

2.根据权利要求1所述的抛载释放机构，其特征在于：所述连接板上设置有滑槽，所述滑槽与所述齿条(4)滑动配合，对所述齿条(4)的直线运动起导向作用。

3.根据权利要求1所述的抛载释放机构，其特征在于：所述法兰外圆周面上套装有高压轴用斯特封(12)。

4.根据权利要求1、2或3所述的抛载释放机构，其特征在于：在所述基座(9)与密封舱封头(17)之间设置有密封圈。

5.根据权利要求1、2或3所述的抛载释放机构，其特征在于：在所述基座(9)和释放转轴(7)之间设置有密封圈。