CN109931454B - 一种水下快速换接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下快速换接装置，包括母头装配体和公头装配体。ROV机械手通过旋转母头装配体中的操作螺母带动传动螺母旋转，传动螺母与锁紧轴间通过梯形螺纹配合，传动螺母的旋转带动锁紧轴运动，最终达到锁紧轴与母头锁紧套配合锁紧和液压母接头与液压公接头连接的目的。本发明在进行对接时，公头装配体中有用于锁紧轴定心的锁紧轴导向块，有效防止因安装误差等原因导致的锁紧轴转动时的锁死情况，降低了换接的难度。本发明结构简单，制造方便，性能稳定。

Description

一种水下快速换接装置

技术领域

本发明涉及一种水下快速换接装置，是一种用于连接水下作业装备与水下机器人上所携带的油源的水下快速换接装置。

背景技术

目前各国资源短缺的现象越来越严重，开采海洋资源可以有效解决资源短缺的问题。水下与陆地环境不同，水下开采需要水下机器人与水下作业装备配合工作，水下作业装备一般通过液压驱动，水下快速换接装置可以在水下快速实现水下作业装备与水下机器人所携带的油源进行连接。

在传统的水下快速换接装置中也可以达到连接水下油路的功能，但装置中对锁紧轴进行定心和与锁紧轴通过螺纹传动配合的不是同一个零件，因为安装误差的存在，这对各个部件的加工精度要求较高，如果加工误差过大将导致螺纹传动部分锁死，装置将失效。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种水下快速换接装置，降低零件加工难度，使结构紧凑，设计合理，维护方便，解决了现有技术存在的零件加工精度要求高，装置容易失效的问题。

本发明的目的是这样实现的：包括母头装配体和公头装配体，公头装配体包括支撑外壳、与支撑外壳连接的轴承外壳、与轴承外壳连接的把手外壳，把手外壳内设置有操作螺母，操作螺母端面连接有传动螺母，且传动螺母位于轴承外壳内，传动螺母与锁紧轴连接，锁紧轴的中部设置有锁紧轴导向柱，支撑外壳上设置有与锁紧轴导向柱配合的限位槽，支撑外壳的端部连接有公头金属盘，公头金属盘连接有公头塑料盘，公头金属盘上对称设置有公头盘导向柱，公头塑料盘上对称设置有两个公头导向孔，公头塑料外壳通过公头盘导向柱固定在公头金属盘上，锁紧轴尾部设置有轴导向块；母头装配体包括母头外壳、分别与母头外壳两端固连的母头塑料环和母头金属盘、设置在母头金属盘内且与母头金属盘固连的母头锁紧套，母头锁紧套与锁紧轴配合，母头金属盘上对称设置有两个母头导向柱，两个母头导向柱分别与两个公头导向孔配合，母头塑料环中间设置有引导公头塑料外壳的斜面，母头外壳沿圆周方向均匀设置有两个导向槽，且两个导向槽分别与两个公头盘导向柱配合，公头金属盘上对称设置有四个液压公接头，母头金属盘上对称设置有四个液压母接头，液压公接头与液压母接头配合。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.母头锁紧套为中空圆柱体，且其前部沿圆周方向均匀设置有四个锁紧凸块一，锁紧轴前部沿圆周均匀设置有四个锁紧凸块二，且四个锁紧凸块二与四个锁紧凸块一形成的四个槽的形状配合。

2.支撑外壳上设置有支撑把手，支撑把手上安装ROV提升把手和示位杆，在支撑外壳上还设置有可自由转动的示位外壳，示位外壳上设置有与锁紧轴导向柱配合的显示槽，示位外壳上还设置有指示杆，指示杆显示锁紧轴实时的转动角度。

3.传动螺母与锁紧轴连接是指：在锁紧轴后部设置有梯形螺纹，在传动螺母内表面设置有与梯形螺纹配合的螺纹结构。

4.轴导向块外表面与传动螺母和操作螺母形成的内腔配合，使锁紧轴只能够轴向移动和转动。

5.每个导向槽上设置有引导公头盘导向柱的喇叭口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明中锁紧轴通过轴导向块与传动螺母和操作螺母形成的内腔配合达到定心的功能，有效防止因安装误差等问题导致的锁紧轴锁死问题，降低了零件加工难度。2.本发明可以观察到是否有效锁紧的情况，示位外壳上加工有与锁紧轴导向柱配合的显示槽，锁紧轴的转动带动着示位外壳的转动，固定在示位外壳上的指示杆可以显示出锁紧轴实时的转动角度。3.本发明整体结构紧凑，性能稳定，制造方便，可以保证在水下实现锁紧轴与锁紧套配合锁紧和液压母接头与液压公接头连接的目的。

附图说明

图1为本发明装置在未对接状态的外观示意图。

图2为本发明中母头装配体的结构示意图。

图3为本发明中母头装配体的结构示意图。

图4为本发明中公头装配体的结构示意图。

图5为本发明中公头装配体的结构示意图。

图6为本发明中锁紧轴的结构示意图。

图7为本发明中支撑外壳的结构示意图。

图8为本发明中操作螺母的结构示意图。

图9为本发明中传动螺母的结构示意图。

图10为本发明中母头装配体对接前的结构示意图。

图11为本发明装置在锁紧后状态的外观示意图。

图12为本发明装置在锁紧前状态的结构旋转剖示意图。

图13为本发明装置在对接后状态的结构旋转剖示意图。

图中主要标号说明：1母头装配体，2公头装配体，3母头锁紧套，4母头金属盘，5母头外壳，6母头导向柱，7母头塑料环，8液压母接头，9锁紧轴，10公头塑料盘，11公头金属盘，12锁紧轴导向柱，13支撑外壳，14轴承外壳，15轴导向块，16传动螺母，17操作螺母，18公头塑料外壳，19公头盘导向柱，20示位外壳，21推力滚针轴承，22轴承垫片，23把手外壳，24液压公接头，25支撑把手，26示位杆，27ROV提升把手，28指示杆，29导向槽，30限位槽，301连接前位置，302后移后位置，303锁紧后位置，304连接后位置，31导向孔，32显示槽。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明是一种水下快速换接装置，包括母头装配体和公头装配体。如上所述的水下快速换接装置，所述的母头装配体还包括：母头锁紧套、母头金属盘、母头外壳、母头导向柱、母头塑料环和液压母接头；所述母头锁紧套为中空圆柱体，固定在母头金属盘中间，前部设置有沿圆周均匀分布的四个锁紧凸块；所述母头金属盘上有对称分布的两个母头导向柱；所述母头金属盘上有环绕母头锁紧套沿圆周均匀分布的四个液压母接头；所述母头外壳与母头金属盘和母头塑料环固连。如上所述的水下快速换接装置，所述的公头装配体还包括：锁紧轴、公头塑料盘、公头金属盘、锁紧轴导向柱、支撑外壳、轴承外壳、轴导向块、传动螺母、操作螺母、公头塑料外壳、公头盘导向柱、示位外壳、推力滚针轴承、轴承垫片、把手外壳、液压公接头、支撑把手、示位杆、ROV提升把手和指示杆；所述锁紧轴前部有沿圆周均匀分布的四个锁紧凸块，与母头锁紧套前部的四个锁紧凸块形成的四个槽的形状相对应；所述锁紧轴中部加工有沉头孔；所述锁紧轴后部加工有梯形螺纹；所述支撑外壳加工有限位槽；所述锁紧轴导向柱穿过限位槽，固定在锁紧轴中部；所述公头金属盘上有对称设置的两个公头盘导向柱；所述示位杆与ROV提升把手固定在支撑把手上；所述支撑把手固定在支撑外壳上；所述公头塑料外壳通过公头盘导向柱固定在公头金属盘上；所述公头金属盘上有环绕锁紧轴沿圆周均匀分布的四个液压公接头；所述把手外壳固定在轴承外壳上；所述轴承外壳与把手外壳形成的内腔中有传动螺母、操作螺母、两个推力滚针轴承和轴承垫片。所述轴导向块内部通过过盈配合固定在锁紧轴尾部，轴导向块外部与传动螺母和操作螺母形成的内腔配合，使锁紧轴只能够轴向移动和转动；所述轴导向块上加工有防止液压锁的对称分布的两个通孔和一个用于安装在锁紧轴尾部时排出空气的通孔。所述操作螺母与传动螺母加工有相互配合的沿圆周均匀分布的两个键槽；所述操作螺母尾部为方头；所述传动螺母内部加工有与锁紧轴后部梯形螺纹配合的梯形螺纹；所述操作螺母加工有防止液压锁的一个通孔。所述示位外壳设置在公头金属盘和支撑外壳之间；所述示位外壳的长度略小于公头金属盘和支撑外壳形成的空间长度，使示位外壳被限制了轴向移动，只可以在支撑外壳上自由转动；所述示位外壳上加工有与锁紧轴导向柱配合的显示槽；所述指示杆固定在示位外壳上。

结合附图对本发明进行详细描述：如图1到图13所示，本发明包括母头装配体1和公头装配体2。

母头装配体1还包括母头锁紧套3，母头金属盘4，母头外壳5，母头导向柱6，母头塑料环7，液压母接头8。

母头锁紧套3为中空圆柱体，固定在母头金属盘4中间，前部设置有沿圆周均匀分布的四个锁紧凸块一；两个母头导向柱6对称分布在母头金属盘4上；四个液压母接头8沿圆周均匀分布环绕母头锁紧套3固定在母头金属盘4上；母头外壳5与母头金属盘4和母头塑料环7固连；母头塑料环7中间加工有用于引导定位公头塑料外壳18的45度斜面；母头装配体1上设置有沿圆周均匀分布的两个导向槽29，导向槽29前部加工有用于引导定位公头盘导向柱19的喇叭口。

公头装配体2还包括锁紧轴9，公头塑料盘10，公头金属盘11，锁紧轴导向柱12，支撑外壳13，轴承外壳14，轴导向块15，传动螺母16，操作螺母17，公头塑料外壳18，公头盘导向柱19，示位外壳20，推力滚针轴承21，轴承垫片22，把手外壳23，液压公接头24，支撑把手25，示位杆26，ROV提升把手27，指示杆28。

锁紧轴9前部有沿圆周均匀分布的四个锁紧凸块二，，与母头锁紧套3前部的四个锁紧凸块形成的四个槽的形状相对应，通过插入母头锁紧套3旋转45度后，与母头锁紧套3前部的四个锁紧凸块的配合可以达到锁紧的目的；锁紧轴9中部加工有沉头孔，用于固定锁紧轴导向柱12；锁紧轴9后部加工有用于传动的梯形螺纹。

支撑外壳13加工有与锁紧轴导向柱12配合的限位槽30，锁紧轴9穿过限位槽30，固定在锁紧轴9中部，限位槽30限制了锁紧轴导向柱12的运动，从而限制了锁紧轴9的运动，当锁紧轴导向柱12在301的位置时，锁紧轴处于连接前位置，当锁紧轴导向柱12在302的位置时，锁紧轴处于后移后位置，当锁紧轴导向柱12在303的位置时，锁紧轴处于锁紧后位置，锁紧轴9需要后移后再旋转锁紧的原因是如果锁紧轴9不后移直接锁紧那么很有可能在锁紧前锁紧轴9就因晃动等原因产生旋转，锁紧轴9就无法插入母头锁紧套3，装置失效，当锁紧轴导向柱12在304的位置时，锁紧轴处于连接后位置，限位槽30通过限制锁紧轴导向柱12的运动来控制锁紧轴9的旋转锁紧还有液压母接头8与液压公接头24的连接。

轴导向块15内部通过过盈配合固定在锁紧轴9尾部，轴导向块15外部与传动螺母16和操作螺母17形成的内腔配合，使锁紧轴9只能够轴向移动和转动，从而达到定心的功能。

操作螺母17与传动螺母16加工有相互配合的沿圆周均匀分布的两个键槽，操作螺母17的转动可以带动传动螺母16的转动，操作螺母17尾部为方头。

传动螺母16内部加工有与锁紧轴9后部梯形螺纹配合的梯形螺纹，传动螺母16既可以带动锁紧轴9旋转来完成锁紧以及解锁，又可以轴向移动实现液压公接头24与液压母接头8的连接与分离。

在公头金属盘11上对称设置的两个公头盘导向柱19与母头装配体1上的导向槽29之间的配合时可以达到第一次导向定位的目的；公头装配体2上设置有对称分布的两个导向孔31，公头导向孔31与母头导向柱6之间的配合可以达到第二次导向定位的目的。

示位外壳20可以在支撑外壳13上自由转动，因为公头金属盘11与支撑外壳13的连接限制了示位外壳20的轴向移动，示位外壳20的长度略小于公头金属盘11和支撑外壳13形成的空间长度，示位外壳20上加工有可以与锁紧轴导向柱12配合的显示槽32，当锁紧轴导向柱12移动时可以带动示位外壳20的转动，指示杆28固定在示位外壳20上，指示杆28随着示位外壳20的转动而转动，所以指示杆28可以显示出锁紧轴9实时的转动角度，进而显示出装置是否锁紧的情况。

四个液压公接头24环绕锁紧轴9沿圆周均匀分布，固定在公头金属盘11上；把手外壳23固定在轴承外壳14上，轴承外壳14与把手外壳23形成的内腔中有传动螺母16、操作螺母17、两个推力滚针轴承21和轴承垫片22；推力滚针轴承21用于减少摩擦力；轴承垫片22用于调整间隙，压紧推力滚针轴承21。

轴导向块15上加工有防止液压锁的对称分布的两个通孔和一个用于安装在锁紧轴9尾部时排出空气的通孔；操作螺母17加工有防止液压锁的一个通孔。

示位杆26与ROV提升把手27固定在支撑把手25上，支撑把手25固定在支撑外壳13上；公头塑料外壳18通过公头盘导向柱19固定在公头金属盘11上。

本发明装置的工作过程为：

对接过程：母头装配体1安装在ROV机身上并与液压动力源相连通，ROV机械手提升ROV提升把手27将公头装配体2移至母头装配体1附近，利用母头塑料环7中的45度斜面引导定位公头塑料外壳18，公头盘导向柱19通过导向槽29前部的喇叭口引导进入导向槽29，实现了第一次导向定位，母头导向柱6逐渐进入导向孔31，实现了第二次导向定位。

锁紧过程：当锁紧轴9中部轴表面接触母头锁紧套3表面，ROV机械手无法继续往前移动公头装配体2，ROV机械手再顺时针旋转操作螺母17后部的方头，带动传动螺母16旋转，带动锁紧轴9运动，因锁紧轴导向柱12的位置受到限位槽30的限制，锁紧轴9先向后运动，锁紧轴导向柱12从连接前位置301运动到后移后位置302。然后ROV机械手继续顺时针旋转操作螺母17后部的方头，锁紧轴导向柱12从后移后位置302运动到锁紧后位置303，此时锁紧轴9旋转45度，装置锁紧，锁紧轴导向柱12还带动着示位外壳20上指示杆28的转动，指示杆28从装置左部旋转45度到达装置右部，显示装置成功锁紧。然后ROV机械手继续顺时针旋转操作螺母17后部的方头，锁紧轴9前部锁紧凸块先与母头锁紧套3前部锁紧凸块相互挤压贴合完成锁紧，然后锁紧轴9轴向运动与径向运动皆被限制，旋转操作螺母17时，传动螺母16沿着锁紧轴9的梯形螺纹旋转的同时带动着轴承外壳14的轴向运动，液压母接头8与液压公接头24逐渐靠近，锁紧轴导向柱12从锁紧后位置303运动到连接后位置304，完成油路连通。

解锁过程：ROV机械手逆时针旋转操作螺母17后部的方头，带动传动螺母16旋转，带动锁紧轴9运动，因锁紧轴导向柱12的位置受到限位槽30的限制，锁紧轴导向柱12依次经过连接后位置304，锁紧后位置303，后移后位置302，连接前位置301，到达连接前位置301后，锁紧轴9可以从母头锁紧套3抽出，ROV机械手可以提升ROV提升把手27将公头装配体2与母头装配体1分离。

综上，本发明提供一种水下快速换接装置，包括母头装配体和公头装配体。ROV机械手通过旋转母头装配体中的操作螺母带动传动螺母旋转，传动螺母与锁紧轴间通过梯形螺纹配合，传动螺母的旋转带动锁紧轴运动，最终达到锁紧轴与母头锁紧套配合锁紧和液压母接头与液压公接头连接的目的。本发明在进行对接时，公头装配体中有用于锁紧轴定心的锁紧轴导向块，有效防止因安装误差等原因导致的锁紧轴转动时的锁死情况，降低了换接的难度。本发明结构简单，制造方便，性能稳定。

Claims (4)

1.一种水下快速换接装置，其特征在于：包括母头装配体和公头装配体，公头装配体包括支撑外壳、与支撑外壳连接的轴承外壳、与轴承外壳连接的把手外壳，把手外壳内设置有操作螺母，操作螺母端面连接有传动螺母，且传动螺母位于轴承外壳内，传动螺母与锁紧轴连接，锁紧轴的中部设置有锁紧轴导向柱，支撑外壳上设置有与锁紧轴导向柱配合的限位槽，支撑外壳的端部连接有公头金属盘，公头金属盘连接有公头塑料盘，公头金属盘上对称设置有公头盘导向柱，公头塑料盘上对称设置有两个公头导向孔，公头塑料外壳通过公头盘导向柱固定在公头金属盘上，锁紧轴尾部设置有轴导向块；母头装配体包括母头外壳、分别与母头外壳两端固连的母头塑料环和母头金属盘、设置在母头金属盘内且与母头金属盘固连的母头锁紧套，母头锁紧套与锁紧轴配合，母头金属盘上对称设置有两个母头导向柱，两个母头导向柱分别与两个公头导向孔配合，母头塑料环中间设置有引导公头塑料外壳的斜面，母头外壳沿圆周方向均匀设置有两个导向槽，且两个导向槽分别与两个公头盘导向柱配合，公头金属盘上对称设置有四个液压公接头，母头金属盘上对称设置有四个液压母接头，液压公接头与液压母接头配合；在锁紧轴后部设置有梯形螺纹，在传动螺母内表面设置有与梯形螺纹配合的螺纹结构；轴导向块外表面与传动螺母和操作螺母形成的内腔配合，使锁紧轴只能够轴向移动和转动，轴导向块内部通过过盈配合固定在锁紧轴尾部。

2.根据权利要求1所述的一种水下快速换接装置，其特征在于：母头锁紧套为中空圆柱体，且其前部沿圆周方向均匀设置有四个锁紧凸块一，锁紧轴前部沿圆周均匀设置有四个锁紧凸块二，且四个锁紧凸块二与四个锁紧凸块一形成的四个槽的形状配合。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下快速换接装置，其特征在于：支撑外壳上设置有支撑把手，支撑把手上安装ROV提升把手和示位杆，在支撑外壳上还设置有可自由转动的示位外壳，示位外壳上设置有与锁紧轴导向柱配合的显示槽，示位外壳上还设置有指示杆，指示杆显示锁紧轴实时的转动角度。

4.根据权利要求3所述的一种水下快速换接装置，其特征在于：传动螺母与锁紧轴连接是指：每个导向槽上设置有引导公头盘导向柱的喇叭口。