CN110979611A - 水下大深度多功能固体压载抛载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下大深度多功能固体压载抛载装置，包括机架(1)，液压缸(3)，抓勾(5)，通轴(11)和框架(2)，所述抓勾(5)与机架通过所述通轴(11)连接，液压缸的活塞杆(306)与抓勾(5)枢轴连接，所述框架(2)通过固定轴(13)与机架连接，所述活塞杆(306)缩回时，活塞杆(306)带动抓勾(5)绕通轴(11)逆时针转动钩住框架上的锁紧轴(21)，所述活塞杆(306)伸出时，活塞杆(306)带动抓勾(5)绕通轴(11)顺时针转动，抓勾(5)与锁紧轴(21)松开。水下大深度多功能固体压载抛载装置能够解决现有固体压载抛载装置不能实现超深抛出，及不能适用不同工作深度且调试不便的问题。

Description

水下大深度多功能固体压载抛载装置

技术领域

本发明涉及水下航行器和机器人领域，特别涉及水下大深度多功能固体压载抛载装置。

背景技术

水下航行器和机器人的下潜和上浮需要设置其浮力重量调节的系统或装置，对于小型的水下航行器和机器人，由于受安装空间的限制，大多采用抛出固体压载的方式实现其重量的改变，以实现上浮。大多数水下航行器和机器人的应急上浮，也普遍采用抛出固体压载的方式来实现。目前，较大型的水下航行器普遍采用有源的液压系统及无机械自锁的液压缸实现固体压载的抛载。但其重量、体积较大不能适用于小型的水下航行器和机器人，且不能实现航行器超过工作深度时的自动抛载，应急状态下可靠性有所降低。小型的水下航行器和机器人多采用电磁铁以及压力爆破片释放缸实现固体压载的抛载，但其固体压载的重量受电磁铁吸引力的限制，且压力爆破片的调试和设置均较为复杂且可靠性差，特别是工作深度发生变化时，需要再次进行复杂的试制和试验，适用性较差。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种能够有效实现水下航行器和机器人固体压载的指令抛出及超深抛出，解决现有固体压载抛载装置不能实现超深抛出，及不能适用不同工作深度且调试不便的问题。

具体技术方案如下：水下大深度多功能固体压载抛载装置，包括机架，液压缸，抓勾，通轴和框架，所述抓勾与机架通过所述通轴连接，液压缸的活塞杆与抓勾枢轴连接，所述框架通过固定轴与机架连接，所述活塞杆缩回时，活塞杆带动抓勾绕通轴逆时针转动钩住框架上的锁紧轴，所述活塞杆伸出时，活塞杆带动抓勾绕通轴顺时针转动，抓勾与锁紧轴松开。

以下为本发明的附属技术方案。

进一步的，所述机架通过弧形卡口卡在机架的固定轴上，所述机架设有挡块，挡块位于框架上方。

进一步的，所述液压缸通过耳轴安装在机架上，液压缸可绕耳轴转动，抓勾通过销轴和活塞杆的关节轴承连接。

进一步的，所述机架设有液压阀组，液压阀组分别与液压缸的有杆腔和无杆腔连通。

进一步的，所述液压阀组包括阀块，阀块上设有弹簧高压补偿蓄能器和弹簧低压补偿器，弹簧高压补偿蓄能器和弹簧低压补偿器的弹簧腔均与外部水环境联通。

进一步的，阀块上安装有常开电磁换向阀和单向电磁换向阀。

进一步的，液压缸包括缸体，缸体内设有大活塞以及与大活塞相连的活塞杆，大活塞的空腔内设有小活塞以及弹簧，弹簧的作用力方向使小活塞向大活塞无杆腔的端面运动，通过卡在大活塞沟槽里的卡簧限位，大活塞的径向通孔内放置有钢珠，钢珠的直径大于径向通孔处的大活塞壁厚，钢珠位于缸体环槽内时，液压缸活塞杆处于锁定位置；钢珠部分置于小活塞环槽时，液压缸活塞杆处于自由状态，在外力和压差的作用下伸出或缩回。

进一步的，阀块上安装有常开电磁换向阀，电磁换向阀通电时，使得液压缸的无杆腔和有杆腔连通，液压缸小活塞两腔的压力相同，钢珠只能保持在缸体环槽内。

进一步的，阀块上安装有顺序阀，所述顺序阀的调节螺杆暴露在常压空气腔内，外部端面采用承压法兰盖进行密封，以形成一个常压的弹簧腔。

进一步的，阀块上安装有低压水密罩，其内部充满液压油。

本发明的技术效果：

1、本发明的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其包括机械锁紧液压缸，设置了机械锁紧，固体压载及框架的锁定位置，为液压缸缩回的机械锁紧位置，因而抛载装置无需油压即可实现固体压载及框架的锁定，保证了压载的可靠锁定不产生意外的脱落，且压载的重量与系统的压力无关，仅与液压缸机械锁紧的结构强度有关；

2、本发明的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其包括固体压载及框架，框架通过其弧型卡口卡在抛载装置机架的固定轴上，并可绕该轴转动；通过机械锁紧液压缸的缩或伸回带动抓勾摆动勾住或松开框架上的锁紧轴，从而使固体压载及框架在抛载装置机架上固定或释放；由于压载所产生的力和力矩，作用在抓勾上的方向，使锁紧液压缸产生伸出方向的力，因而压载释放时，液压缸仅需要很小的压力，也就是解除其机械锁紧的压力，就能使压载释放，从而降低了装置工作压力，减少了内漏，延长了待机工作时间，减少了装置的重量；

3、本发明的水下大深度多功能固体压载抛载装置，由于采用了弹簧高压补偿蓄能器，弹簧低压补偿器，其弹簧腔均与外部水环境联通；并且由于电磁换向阀的电磁铁置于充满油液的低压水密罩内，且通过补偿软管补偿由于外部压力造成的油液体积的变化，使得装置液压元器件内外均同时承受外部压力并达到平衡，因而其工作理论上不受其工作深度的影响；

4、本发明的水下大深度多功能固体压载抛载装置，由于采用了弹簧高压补偿蓄能器作为抛载装置一次性的动作能源，水下航行器或机器人下水前，通过外部液压油源将油液充满弹簧高压补偿蓄能器，即可使抛载装置处于待机得工作状态，因而减少了装置的重量，有利于小型航行器和机器人的使用；

5、本发明的水下大深度多功能固体压载抛载装置，采用了普通的高压螺纹插装直动型顺序阀，其弹簧腔与阀块上的常压空气腔联通，并采用承压法兰盖密封，由于顺序阀启闭时弹簧腔的容积变化远小于阀块上的常压空气腔，因而可以认为其压力保持1个大气压力不变，外部海水压力通过弹簧高压补偿蓄能器作用在直动型顺序阀上，当压力超过其弹簧调定压力时，顺序阀开启，压载释放，动作可靠且调试方便，并且可方便地改变设定深度。

附图说明

图1为本发明实施例中水下大深度多功能固体压载抛载装置的压载锁紧位置的结构示意图；

图2为本发明实施例中水下大深度多功能固体压载抛载装置的压载抛出位置的结构示意图；

图3为本发明实施例中液压缸的活塞杆缩回时的结构示意图；

图4为本发明实施例中液压缸的活塞杆伸出时的结构示意图；

图5为本发明实施例中液压阀组原理示意图。

图中：1-抛载装置机架，11-通轴，12-挡块，13-固定轴，14-耳轴，2-固体压载及框架，21-锁紧轴，22-弧型卡口，3-液压缸，31-关节轴承，4-液压阀组，5-抓勾，51-销轴，6-有杆腔连接软管，7-无杆腔连接软管，300-缸体，301-大活塞，302-缸盖，303-小活塞，304-弹簧，305-缸套，306-活塞杆，307-钢珠，308-卡簧，309-无杆腔，310-小活塞弹簧腔，311-缸体环槽，312-径向通孔，313-小活塞环槽，314-有杆腔，315-油通道，319-无杆腔油口，320-有杆腔油口，400-阀块，401-顺序阀，402-常开电磁换向阀，403-常开电磁换向阀，404-单向电磁换向阀，405-弹簧高压补偿蓄能器，406-弹簧低压补偿器，407-不锈钢堵头，408-不锈钢堵头，409-不锈钢堵头，410-低压水密罩，411-不锈钢快换接头，412-不锈钢快换接头，413-不锈钢测压接头，414-不锈钢软管接头，415-补偿软管，416-常压空气腔，417-承压法兰盖，418-充油腔，419-第一油口，420-第二油口。

具体实施方式

下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。

如图1至图5所示，本实施例的水下大深度多功能固体压载抛载装置包括机架1，液压缸3，抓勾5，通轴11和框架2，所述抓勾5与机架通过所述通轴11连接，液压缸的活塞杆306与抓勾5枢轴连接，所述框架2通过固定轴13与机架连接，所述活塞杆306缩回时，活塞杆306带动抓勾5绕通轴11逆时针转动钩住框架上的锁紧轴21，所述活塞杆306伸出时，活塞杆306带动抓勾5绕通轴11顺时针转动，抓勾5与锁紧轴21松开。上述技术方案中，上述液压缸3缩回带动抓勾5绕通轴11逆时针转动勾住框架2上的锁紧轴21，从而使固体压载及框架在抛载装置机架上固定；液压缸伸出带动抓勾5绕通轴11顺时针转动，松开框架上的锁紧轴21，固体压载及框架在自重作用下绕机架的固定轴上13逆时针下摆、脱落，实现抛载。通过上述技术方案，固体压载设置在框架2上，液压缸3设置了机械锁紧，框架2的锁定位置为液压缸缩回的机械锁紧位置，因而抛载装置无需油压即可实现固体压载及框架的锁定，保证了压载的可靠锁定不产生意外的脱落。且压载的重量与系统的压力无关，仅与液压缸机械锁紧的结构强度有关。本实施例中，所述机架1采用焊接框架结构。

本实施例中，所述机架1通过弧形卡口22卡在机架的固定轴13上，所述机架1设有挡块12，挡块2位于框架2上方。上述技术方案中，固体压载及框架2通过弧型卡口22卡在上述机架1的固定轴13上，并可绕该轴转动，当其向上转动到一定位置时，通过机架上的挡块12限位，其向下转动到一定位置时，由于上述弧形卡口的开口结构，使得固体压载及框架2在重力的作用下脱落。通过机械锁紧液压缸的缩或伸回带动抓勾摆动勾住或松开框架上的锁紧轴，从而使固体压载及框架在抛载装置机架上固定或释放；由于压载所产生的力和力矩，作用在抓勾5上的方向，使锁紧液压缸产生伸出方向的力，因而压载释放时，液压缸仅需要很小的压力，也就是解除其机械锁紧的压力，就能使压载释放，从而降低了装置工作压力，减少了内漏，延长了待机工作时间，减少了装置的重量。

本实施例中，所述液压缸3通过耳轴14安装在机架上，液压缸可绕耳轴14转动，抓勾5通过销轴51和活塞杆306的关节轴承31连接。抓勾5通过通轴11安装于上述机架上，且通过销轴51和液压缸活塞杆的关节轴承31连接，通过液压缸活塞杆306的伸、缩带动抓勾绕通轴11摆动。

本实施例中，所述机架1设有液压阀组4，液压阀组4分别与液压缸的有杆腔和无杆腔连通，从而通过液压阀组4控制液压缸的运动。液压阀组4通过有杆腔连接软管6，无杆腔连接软管7分别与液压缸3的有杆腔油口320和无杆腔油口319连接。

本实施例中，所述液压阀组4包括阀块400，阀块400上设有弹簧高压补偿蓄能器405和弹簧低压补偿器406，弹簧高压补偿蓄能器405和弹簧低压补偿器406的弹簧腔均与外部水环境联通。弹簧高压补偿蓄能器405和弹簧低压补偿器406采用将普通活塞式蓄能器的空气腔采用弹簧腔来替代，通过压缩弹簧来提供能量，且弹簧腔均通过开孔与外部联通以补偿海水压力；其弹簧高压补偿蓄能器和弹簧低压补偿器内油液的压力差，即为抛载装置的一次性的驱动能源，该压力差仅和弹簧力的大小有关，与航行器和机器人的工作深度无关。由于采用了弹簧高压补偿蓄能器作为抛载装置一次性的动作能源，水下航行器或机器人下水前，通过外部液压油源将油液充满弹簧高压补偿蓄能器，即可使抛载装置处于待机得工作状态，因而减少了装置的重量，有利于小型航行器和机器人的使用。阀块上设有第一油口419，第二油口420，通过软管分别于液压缸上的有杆腔油口320，无杆腔油口319连接，因而通过阀块可实现对液压缸的驱动；

本实施例中，阀块400上安装有常开电磁换向阀402和单向电磁换向阀404。通过外部指令，使相应的电磁换向阀通、断电，以实现固体压载的装载或抛载。

液压缸3包括缸体300，缸体300内设有大活塞301以及与大活塞301相连的活塞杆306，大活塞301的空腔内设有小活塞303以及弹簧304，弹簧的作用力方向使小活塞303向大活塞301无杆腔的端面运动，通过卡在大活塞沟槽里的卡簧308限位，大活塞301的径向通孔312内放置有钢珠307，钢珠的直径大于径向通孔312处的大活塞壁厚，钢珠位于缸体环槽311内时，液压缸活塞杆306处于锁定位置；钢珠部分置于小活塞环槽313时，液压缸活塞杆306处于自由状态，在外力和压差的作用下伸出或缩回。

所述缸体两端分别安装缸盖302及缸套305，将缸体内的空间分为无杆腔309，有杆腔314，缸体上设有无杆腔油口319，有杆腔油口320。上述小活塞303把大活塞的空腔内隔离出一个小活塞弹簧腔310，并通过油通道315与液压缸的有杆腔314连通；由于钢珠的直径大于径向通孔312处的大活塞壁厚，因而钢珠只能部分置于缸体环槽311内，使液压缸活塞杆306处于锁定位置，不能移动；或者，钢珠部分置于小活塞环槽313，使液压缸活塞杆306处于自由状态，在外力和压差的作用下伸出或缩回。

本实施例中，阀块400上安装有常开电磁换向阀403，电磁换向阀403时，使得液压缸3的无杆腔309，有杆腔314连通，液压缸小活塞303两腔的压力相同，小活塞在弹簧304作用下使使钢珠只能保持在缸体环槽311内，因而使液压缸活塞杆306保持在锁定位置，在结构不发生损坏的情况下，不因外力或内部压力而伸出，防止意外的固体压载抛出。

本实施例中，阀块上安装有顺序阀401，所述顺序阀的调节螺杆暴露在常压空气腔416内，外部端面采用承压法兰盖417进行密封，以形成一个常压的弹簧腔，使顺序阀的弹簧腔的压力不因阀芯的运动以及工作的深度而发生变化，顺序阀的开启仅和弹簧的调定压力有关，以实现固体压载的超深抛载。顺序阀401可采用普通的高压螺纹插装直动型顺序阀，其弹簧腔与阀块上的常压空气腔联通，并采用承压法兰盖密封，由于顺序阀启闭时弹簧腔的容积变化远小于阀块上的常压空气腔，因而可以认为其压力保持1个大气压力不变，外部海水压力通过弹簧高压补偿蓄能器作用在顺序阀401上，当压力超过其弹簧调定压力时，顺序阀401开启，压载释放，动作可靠且调试方便，并且可方便地改变设定深度。

本实施例中，阀块上安装有低压水密罩410，其内部充满液压油。上述的各个电磁换向阀的电磁铁均暴露在低压水密罩410内，因而电磁换向阀均可采用普通的湿式电磁阀即可，无需耐压要求，上述低压水密罩410通过不锈钢软管接头414安装有补偿软管415，用以补偿工作深度的变化造成的油液体积的变化，使得低压水密罩内的压力与工作深度相平衡。低压水密罩内设有充油枪418，低压水密罩410外部设有不锈钢测压接头413。

上述阀块400上安装有不锈钢堵头407，不锈钢堵头408，不锈钢堵头409，可根据调试的不同要求更换接口相同的插装阀，方便调试和维护。

上述阀块上安装有不锈钢快换接头411，不锈钢快换接头412，通过不锈钢快换接头，液压阀组可方便地连接外部的液压系统，以实现抛载装置的装载和调试；航行器和机器人下水前，应将弹簧高压补偿蓄能器405，弹簧低压补偿器406分别充、放致适当位置，使抛载装置投入待机工作状态。

本实施例的水下大深度多功能固体压载抛载装置，在航行器和机器人下水前，通过外部液压油源将油液充满弹簧高压补偿蓄能器，使抛载装置处于待机工作状态；当航行器和机器人上浮或出现应急状态需要抛出固体压载时，可通过外部指令，使相应螺纹插装电磁换向阀通电，压力油进入机械自锁液压缸的有杆腔，使液压缸解锁，活塞杆伸出，通过关节轴承带动抓勾转动，实现固体压载的指令抛出；或者当工作深度超过高压螺纹插装直动型顺序阀的调定压力时，顺序阀开启，同样地使压力油进入机械自锁液压缸的有杆腔，无需外部控制，实现固体压载的超深抛出。由于抛载装置采用的均为现有的成熟的工业级产品，因而使用维护方便，互换性、可靠性高。由于弹簧高压补偿蓄能器，弹簧低压补偿器的弹簧腔均与外部水环境联通；并且由于电磁换向阀的电磁铁置于充满油液的低压水密罩内，且通过补偿软管补偿由于外部压力造成的油液体积的变化，使得装置液压元器件内外均同时承受外部压力并达到平衡，因而其工作理论上不受其工作深度的影响，装置拓展性强。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，包括机架(1)，液压缸(3)，抓勾(5)，通轴(11)和框架(2)，所述抓勾(5)与机架通过所述通轴(11)连接，液压缸的活塞杆(306)与抓勾(5)枢轴连接，所述框架(2)通过固定轴(13)与机架连接，所述活塞杆(306)缩回时，活塞杆(306)带动抓勾(5)绕通轴(11)逆时针转动钩住框架上的锁紧轴(21)，所述活塞杆(306)伸出时，活塞杆(306)带动抓勾(5)绕通轴(11)顺时针转动，抓勾(5)与锁紧轴(21)松开。

2.根据权利要求1所述的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，所述机架(1)通过弧形卡口(22)卡在机架的固定轴(13)上，所述机架(1)设有挡块(12)，挡块(2)位于框架(2)上方。

3.根据权利要求1所述的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，所述液压缸(3)通过耳轴(14)安装在机架上，液压缸可绕耳轴(14)转动，抓勾(5)通过销轴(51)和活塞杆(306)的关节轴承(31)连接。

4.根据权利要求1所述的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，所述机架(1)设有液压阀组(4)，液压阀组(4)分别与液压缸的有杆腔和无杆腔连通。

5.根据权利要求4所述的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，所述液压阀组(4)包括阀块(400)，阀块(400)上设有弹簧高压补偿蓄能器(405)和弹簧低压补偿器(406)，弹簧高压补偿蓄能器(405)和弹簧低压补偿器(406)的弹簧腔均与外部水环境联通。

6.根据权利要求5所述的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，阀块(400)上安装有常开电磁换向阀(402)和单向电磁换向阀(404)。

7.根据权利要求6所述的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，液压缸(3)包括缸体(300)，缸体(300)内设有大活塞(301)以及与大活塞(301)相连的活塞杆(306)，大活塞(301)的空腔内设有小活塞(303)以及弹簧(304)，弹簧的作用力方向使小活塞(303)向大活塞(301)无杆腔的端面运动，通过卡在大活塞沟槽里的卡簧(308)限位，大活塞(301)的径向通孔(312)内放置有钢珠(307)，钢珠的直径大于径向通孔(312)处的大活塞壁厚，钢珠位于缸体环槽(311)内时，液压缸活塞杆(306)处于锁定位置；钢珠部分置于小活塞环槽(313)时，液压缸活塞杆(306)处于自由状态，在外力和压差的作用下伸出或缩回。

8.根据权利要求7所述的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，阀块(400)上安装有常开电磁换向阀(403)，电磁换向阀(403)通电时，使得液压缸(3)的无杆腔(309)和有杆腔(314)连通，液压缸小活塞(303)两腔的压力相同，钢珠(307)只能保持在缸体环槽(311)内。

9.根据权利要求8所述的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，阀块上安装有顺序阀(401)，所述顺序阀的调节螺杆暴露在常压空气腔(414)内，外部端面采用承压法兰盖(417)进行密封，以形成一个常压的弹簧腔。

10.根据权利要求9所述的水下大深度多功能固体压载抛载装置，其特征在于，阀块上安装有低压水密罩(410)，其内部充满液压油。

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