CN111994243A - 一种热驱动的全海深抛载器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热驱动的全海深抛载器，其包括主体轴、调整杆、压紧环、压紧弹簧、限位套筒、限位球、绕线基座、柱形基座、形状记忆合金丝、法兰式套筒、上盖、下盖、负载轴。通过通电加热形状记忆合金丝，使内部力传递机构发生位移，进而解除对负载轴的约束来释放负载。本发明可用于全海深环境，集成度高、驱动简单、体积与质量低、成本低廉、低噪声和低冲击。

Description

一种热驱动的全海深抛载器

技术领域

本发明涉及机械制造、水下装备、智能材料领域，具体涉及一种热驱动的全海深抛载器。

背景技术

水下抛载器用于水下装备紧急情况下抛载上浮，还用于大潜深水下装备的升沉驱动，以解决靠推进器或浮力引擎实现升沉运动能耗过大的问题。水下抛载器常见的驱动方式有：电磁驱动、电机驱动、液压驱动、熔断金属驱动、电爆螺栓驱动以及机械结构(包括基于定深或定时触发的纯机械抛载结构和由人工操作的机械结构)等。由于相应子模块产品成熟，电磁驱动与电机驱动的水下抛载器被广泛应用。但现有水下抛载器同时存在造价高昂、密封耐压难、体积重量大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有方法缺陷，提出一种热驱动的全海深抛载器，具体技术方案如下：

一种热驱动的全海深抛载器，其包括主体轴、调整杆、压紧环、压紧弹簧、限位套筒、限位球、绕线基座、柱形基座、形状记忆合金丝、法兰式套筒、负载轴；

所述的法兰式套筒的中部为法兰盘，上下端均为带螺纹的套筒，所述的法兰式套筒的中心开设有第一通孔，围绕所述的第一通孔均匀开设有第二通孔，所述的主体轴的截面为T字形，其下端穿过法兰式套筒的中心的第一通孔，上端支撑在所述的法兰式套筒上；所述的调整杆的下端与所述的主体轴固连，上端与所述的绕线基座固连；所述的压紧环、压紧弹簧、限位套筒依次从下端穿过所述的主体轴；所述的压紧环固连在所述的主体轴上；所述的形状记忆合金丝挂在所述的绕线基座的凹槽上，且其两端分别穿过所述的限位套筒基座上的孔与一个柱形基座固连，通过所述的柱形基座将所述的限位套筒与所述的压紧弹簧压紧在所述的压紧环上；

所述的主体轴底端还开设有盲孔，所述的负载轴的横截面为倒T型，其一端穿过所述的下盖插入所述的主体轴的盲孔；所述的限位套筒的下部内侧开设有弧形凹槽，所述的主体轴上对应位置开设有第三通孔，所述的负载轴对应位置上也开设有环形凹槽，当所述的形状记忆合金丝在初始长度时，所述的限位球位于所述的第三通孔和环形凹槽之间，对所述的负载轴进行限位；当所述的形状记忆合金丝收缩后带动所述的限位套筒轴向移动，所述的限位球沿径向向外移动，进入所述的第三通孔和弧形凹槽之间，失去对所述的负载轴的限位。

进一步地，所述的全海深抛载器还包括上盖、下盖，其从上下两侧分别与所述的法兰式套筒螺纹连接，三者组成容纳其他部件的空间；所述的下盖设有供电线穿过的通孔。

进一步地，所述的形状记忆合金丝表面包覆绝缘材料。

进一步地，所述的主体轴、调整杆、压紧环、限位套筒、法兰式套筒、上盖、下盖、负载轴均由钛合金材料制成，所述的压紧弹簧由不锈钢材料制成，所述的限位球由氮化硅陶瓷材料制成，所述的绕线基座、柱形基座由氧化锆陶瓷材料制成，所述的形状记忆合金丝由镍钛合金材料制成，其表面包覆硅橡胶或聚四氟乙烯。

进一步地，所述的调整杆的两端开设有旋向相反的螺纹，所述的调整杆上还设置有两个锁紧螺母，通过所述的锁紧螺母分别实现对所述的绕线基座、主体轴的锁紧。

进一步地，所述的绕线基座上开设有多条供形状记忆合金丝穿过的凹槽。

进一步地，所述的主体轴的第三通孔开有四个，沿周向均匀分布，所述的限位球也为四个。

进一步地，所述的主体轴上还开设有透水孔，与其内部的盲孔相连，用于平衡内外水压。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明使用形状记忆合金丝的热响应回复作为触发原理，驱动简单、能耗低、低噪声、低冲击；具有很强的可设计性，针对不同的压载需求，灵活应用不同线径的形状记忆合金丝；形状记忆合金丝在高静水压下只需要做好绝缘防护即可使用，无需耐压外壳或压力补偿装置，可用于全海深环境。

(2)内部传动机构使形状记忆合金张力到外部载荷具有力放大的效果，许用的有效载荷数倍于形状记忆合金丝张力。触发材料与传动机构集成度高，无需额外传动机构即可使用，整体体积与质量极低，成本低廉，具有很大的应用前景。

(3)本发明的全海深抛载器可单独运行，也可进行串联或并联的组合，实现特定的释放或提高可靠性。

附图说明

图1为本发明的抛载器锁紧状态下的剖视图；

图2为本发明的抛载器触发抛载后的剖视图；

图3为本发明的抛载器锁紧状态下的轴测图；

图4为本发明的抛载器触发抛载后的轴测图；

图5为本发明的抛载器的主体轴的轴测图；

图6为本发明的抛载器的负载轴的轴测图；

图7为本发明的抛载器的安装法兰的轴测图；

图8为本发明的抛载器的绕线基座的立体图；

图9为本发明的抛载器的绕线基座的另外一种实施方式的立体图。

图中，主体轴1、调整杆2、压紧环3、压紧弹簧4、限位套筒5、限位球6、绕线基座7、柱形基座8、形状记忆合金丝9、法兰10、上盖11、下盖12、负载轴13、锁紧螺母14、第一通孔10-1、第二通孔10-2、第三通孔1-1、盲孔1-2、透水孔1-3、弧形凹槽5-1、环形凹槽13-1、电线通孔12-1。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～9所示，本发明的热驱动的全海深抛载器，包括主体轴1、调整杆2、压紧环3、压紧弹簧4、限位套筒5、限位球6、绕线基座7、柱形基座8、形状记忆合金丝9、法兰式套筒10、负载轴13、锁紧螺母14；

所述的法兰式套筒10的中部为法兰盘，上下端均为带螺纹的套筒，所述的法兰式套筒10的中心开设有第一通孔10-1，围绕所述的第一通孔10-1均匀开设有第二通孔10-2；所述的主体轴1的截面为T字形，其下端穿过法兰式套筒10的中心的第一通孔，上端支撑在所述的法兰式套筒10上；所述的调整杆2的下端与所述的主体轴1固连，上端与所述的绕线基座7固连；所述的压紧环3、压紧弹簧4、限位套筒5依次从下端穿过所述的主体轴1；所述的压紧环3固连在所述的主体轴1上；所述的形状记忆合金丝9挂在所述的绕线基座7的凹槽上，且其两端分别穿过所述的限位套筒5基座上的孔与一个柱形基座8固连，通过所述的柱形基座8将所述的限位套筒5与所述的压紧弹簧4压紧在所述的压紧环3上。

所述的主体轴1底端还开设有盲孔1-2，所述的负载轴13的横截面为倒T型，其一端穿过所述的下盖12插入所述的主体轴1的盲孔1-2；所述的限位套筒5的下部内侧开设有弧形凹槽5-1，所述的主体轴1上对应位置开设有第三通孔1-1，所述的负载轴13对应位置上也开设有环形凹槽13-1，当所述的形状记忆合金丝9在初始长度时，所述的限位球6位于所述的第三通孔1-1和环形凹槽13-1之间，对所述的负载轴13进行限位。负载轴连接外部负载。当所述的形状记忆合金丝9收缩后带动所述的限位套筒5轴向移动，所述的限位球6沿径向向外移动，进入所述的第三通孔1-1和弧形凹槽5-1之间，失去对所述的负载轴13的限位。

为了保护内部零件，防止其它设备或异物碰触/干涉到内部机构，提高整个装置的可靠性，在整个装置的外部设置上盖11、下盖12，所述的上盖11、下盖12从上下两侧分别与所述的法兰式套筒10螺纹连接，三者组成容纳其他部件的空间；下盖12设有供电线穿过的电线通孔。

所述的主体轴1、调整杆2、压紧环3、限位套筒5、法兰式套筒10、上盖11、下盖12、负载轴13均由钛合金材料制成，所述的压紧弹簧4由不锈钢材料制成，所述的限位球6可以是任何高硬度的、可加工为球形的材料，如不锈钢、氧化锆等等，优选氮化硅。所述的绕线基座7、柱形基座8可为任何高硬度、绝缘的材料，如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等，综合考虑成本与工业成熟度，优选氧化锆。所述的形状记忆合金丝9由镍钛合金材料制成，其表面包覆绝缘材料，该绝缘材料可以是任何有一定弹性，耐高温(<120℃)的软材料，优先硅橡胶或聚四氟乙烯。

所述的调整杆2的两端开设有旋向相反的螺纹，所述的调整杆2上还设置有两个锁紧螺母14，通过所述的锁紧螺母14分别实现对所述的绕线基座7、主体轴1的锁紧。

所述的绕线基座7上开设有多条供形状记忆合金丝9穿过的凹槽。

所述的主体轴1的第三通孔1-1优选为四个，沿周向均匀分布，所述的限位球6也为四个。

所述的主体轴1上还开设有透水孔1-3，与其内部的盲孔1-2相连，用于平衡内外水压。

本发明的装置安装完成后，可通过调整杆2微调形状记忆合金丝9的预伸长量(作为优选，伸长量应设置为3％～5％)；通过形状记忆合金丝9两端接入的电流对其进行加热(以500um的合金丝为例，电流优选为2.5～3.0A)，当丝内温度达到相变温度后开始收缩回复，并带动限位套筒5轴向移动，限位套筒5与限位球6接触部分的内径随之增大，限位球6沿径向向外移动，最终失去对负载轴13的约束，完成释放。完成释放后停止对形状记忆合金丝9的加热使之冷却，在压紧弹簧的作用下，形状记忆合金丝9恢复预设长度。若要重复使用，只需对形状记忆合金丝9进行加热，同时将负载轴13压入主体轴1即可。

本发明的抛载器可重复使用。使用负载轴13时可直接连接外部压载或在负载轴13与下盖12间预置一个弹簧，驱动时弹簧可将负载轴13弹出。法兰10周向均匀分布6个安装孔位。

为了实现更大负载的释放力，可在所述的绕线基座7上开设多条平行的凹槽，每条凹槽穿过一条形状记忆合金丝9，从而实现多条形状记忆合金丝并联，形成合金丝束，连接柱形基座8。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热驱动的全海深抛载器，其特征在于，其包括主体轴(1)、调整杆(2)、压紧环(3)、压紧弹簧(4)、限位套筒(5)、限位球(6)、绕线基座(7)、柱形基座(8)、形状记忆合金丝(9)、法兰式套筒(10)、负载轴(13)；

所述的法兰式套筒(10)的中部为法兰盘，上下端均为带螺纹的套筒，所述的法兰式套筒(10)的中心开设有第一通孔，围绕所述的第一通孔均匀开设有第二通孔，所述的主体轴(1)的截面为T字形，其下端穿过法兰式套筒(10)的中心的第一通孔(10-1)，上端支撑在所述的法兰式套筒(10)上；所述的调整杆(2)的下端与所述的主体轴(1)固连，上端与所述的绕线基座(7)固连；所述的压紧环(3)、压紧弹簧(4)、限位套筒(5)依次从下端穿过所述的主体轴(1)；所述的压紧环(3)固连在所述的主体轴(1)上；所述的形状记忆合金丝(9)挂在所述的绕线基座(7)的凹槽上，且其两端分别穿过所述的限位套筒(5)基座上的孔与一个柱形基座(8)固连，通过所述的柱形基座(8)将所述的限位套筒(5)与所述的压紧弹簧(4)压紧在所述的压紧环(3)上。

所述的主体轴(1)底端还开设有盲孔，所述的负载轴(13)的横截面为倒T型，其一端穿过所述的下盖(12)插入所述的主体轴(1)的盲孔；所述的限位套筒(5)的下部内侧开设有弧形凹槽，所述的主体轴(1)上对应位置开设有第三通孔，所述的负载轴(13)对应位置上也开设有环形凹槽，当所述的形状记忆合金丝(9)在初始长度时，所述的限位球(6)位于所述的第三通孔和环形凹槽之间，对所述的负载轴(13)进行限位；当所述的形状记忆合金丝(9)收缩后带动所述的限位套筒(5)轴向移动，所述的限位球(6)沿径向向外移动，进入所述的第三通孔和弧形凹槽之间，失去对所述的负载轴(13)的限位。

2.根据权利要求1所述的热驱动的全海深抛载器，其特征在于，所述的全海深抛载器还包括上盖(11)、下盖(12)，其从上下两侧分别与所述的法兰式套筒(10)螺纹连接，三者组成容纳其他部件的空间；所述的下盖(12)设有供电线穿过的通孔。

3.根据权利要求1所述的热驱动的全海深抛载器，其特征在于，所述的形状记忆合金丝(9)表面包覆绝缘材料。

4.根据权利要求3所述的热驱动的全海深抛载器，其特征在于，所述的主体轴(1)、调整杆(2)、压紧环(3)、限位套筒(5)、法兰式套筒(10)、上盖(11)、下盖(12)、负载轴(13)均由钛合金材料制成，所述的压紧弹簧(4)由不锈钢材料制成，所述的限位球(6)由氮化硅陶瓷材料制成，所述的绕线基座(7)、柱形基座(8)由氧化锆陶瓷材料制成，所述的形状记忆合金丝(9)由镍钛合金材料制成，其表面包覆硅橡胶或聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的热驱动的全海深抛载器，其特征在于，所述的调整杆(2)的两端开设有旋向相反的螺纹，所述的调整杆(2)上还设置有两个锁紧螺母(14)，通过所述的锁紧螺母(14)分别实现对所述的绕线基座(7)、主体轴(1)的锁紧。

6.根据权利要求1所述的热驱动的全海深抛载器，其特征在于，所述的绕线基座(7)上开设有多条供形状记忆合金丝(9)穿过的凹槽。

7.根据权利要求1所述的热驱动的全海深抛载器，其特征在于，所述的主体轴(1)的第三通孔开有四个，沿周向均匀分布，所述的限位球(6)也为四个。

8.根据权利要求1所述的热驱动的全海深抛载器，其特征在于，所述的主体轴(1)上还开设有透水孔，与其内部的盲孔相连，用于平衡内外水压。

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