CN113178739B

CN113178739B - 一种弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器

Info

Publication number: CN113178739B
Application number: CN202110533996.2A
Authority: CN
Inventors: 宁扬; 张锋; 宋开臣; 吴勇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2041-05-17
Also published as: CN113178739A

Abstract

本发明公开了一种弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，所述承力连接器包括插头部分和插座部分；所述的插头部分包括插头外壳、设于插头外壳内的插针、以及设于插头外壳外的推拉套、棘轮锁紧螺母、弓形结构、挡圈；所述的插座部分包括插座外壳以及设于插座外壳内的插孔；所述插针和插孔配合从而连接插头部分和插座部分。本发明的连接器在现有直插式连接结构基础上增加抗拉结构，在实现自锁前提下提高结构的轴向抗拉性能，并保证可靠性。

Description

一种弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器

技术领域

本发明属于水下连接器技术领域，具体涉及一种弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，该结构能够满足插头连接器和插座连接器的快速连接自锁配接或拆卸，最重要的是可满足该水下连接器在大拉力工况下(比如10吨拉力)可靠正常工作。

背景技术

水下连接器的配接方式一般有螺纹式连接、卡口式连接、直插式连接、推拉式连接等。

上述配接方式中，直插式连接是自锁水下连接器的常用结构，插合动作简单快速，只需要轴向进退操作，插合到位即可自动锁定，但由于自锁的机构为弹性结构，故该结构无法承受较大的轴向拉力。而水下连接器常用的螺纹连接方式，虽然连接可靠、抗拉性能优异，但该结构需要有旋动的操作，而且连接到位需要施加一定的力矩，因此无法实现自锁。

现有的大部分水下连接器没有承力功能，无法承受10吨以上的拉力，当水下连接器受到很大拉力的情况下会发生形变甚至破坏从而失效。如在一个由很多节点组成的拖曳阵中，节点和水密缆之间需要提供电气和承力连接，此时水下连接器需要承受较大拉力，极端情况下动拉力甚至可以达到10吨。

现有的承力水下连接器通过钢丝承力绳代替海缆承受拉力(CN110299646A一种承力水密连接器)，只强调了电缆和连接器之间的承力连接，并未提及连接器的承力性能和效果，且其核心在于通过钢丝绳承力保护海缆，而非一个能承受很大拉力(比如10吨)的连接器。

发明内容

本发明的目的是在现有直插式连接结构基础上增加抗拉结构，在实现自锁前提下提高结构的轴向抗拉性能，并保证可靠性。

本发明采用以下技术方案实现：

一种弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，包括插头部分和插座部分；

所述的插头部分包括插头外壳、设于插头外壳内的插针、以及设于插头外壳外的推拉套、棘轮锁紧螺母、弓形结构、挡圈；所述的插头外壳上还设有弓形结构槽，用于弓形结构的安装和运动；插头外壳的一端设有海缆A；所述的插头外壳上沿径向均匀设有用于安装滑块的滑块安装孔，所述的滑块可沿滑块安装孔径向运动；所述的插头外壳内壁上设有用于给插座部分提供导向的不等宽键组，所述不等宽键组的键设置在滑块之间；所述的插头外壳上设有抱箍安装结构A，抱箍安装结构A两侧设有承力凸台A；所述的插头外壳上还设有用于连接外部设备的外壳销孔A和螺纹A；所述的插头外壳上设有密封圈槽A，利用密封圈槽A对外部设备和插头外壳之间进行密封；所述的推拉套内壁设有用于控制滑块向圆心方向径向运动的压紧斜面，进而实现插头部分和插座部分的锁死；所述的弓形结构固定于压紧斜面上，用于控制滑块向远离圆心的方向径向运动，进而实现插头部分和插座部分的解锁；所述的推拉套的端部设有用于安装挡块的挡块安装孔，所述的挡块用于卡住棘轮锁紧螺母从而防止螺纹连接松脱，挡块另一端设有弹簧，弹簧用于弹出挡块从而锁死棘轮锁紧螺母；所述的推拉套上设有用于安装螺纹销钉的推拉套销钉安装孔，所述螺纹销钉用于防止挡块滑出和旋转；所述的插头外壳上还设有用于安装挡圈的挡圈槽，所述挡圈用于防止棘轮锁紧螺母滑出；

所述的插座部分包括插座外壳以及设于插座外壳内的插孔；所述插针和插孔配合从而连接插头部分和插座部分；所述插座外壳一端设有海缆B，所述的海缆B和海缆A同轴设置；所述的插座外壳上设有抱箍安装结构B，所述抱箍安装结构B两侧设有承力凸台B；所述的插座外壳上设有与滑块配合的滑块槽，以及与不等宽键组配合的喇叭口导向键槽组，所述的喇叭口导向键槽组的插入端为喇叭状，便于不等宽键组在一定角度范围内能够顺利插合，从而将插针插入插孔；所述的插座外壳上还设有防沙密封圈槽，用于安装密封圈从而防沙；所述插座外壳上还设有用于连接外部设备的外壳销孔B和螺纹C；所述插座外壳上设有密封圈槽B，在密封圈槽B处安装密封圈对外部设备和插座外壳之间进行密封。

上述技术方案中，进一步地，所述的不等宽键组至少包括两个宽度不等的键，所述的键用于为插头部分插入插座部分提供导向。

进一步地，所述的挡块上一端设有卡块，另一端设有弹簧安装块，所述的挡块上设有与螺纹销钉配合使用的螺纹销钉配合槽，所述挡块上还设有挡块工具孔，所述的推拉套上设有推拉套工具孔，将工具插入挡块工具孔和推拉套工具孔从而移动挡块。

更进一步地，所述的棘轮锁紧螺母一侧设有棘轮轮齿，与卡块配合使用；所述棘轮锁紧螺母内部分为两部分；一部分设有棘轮螺纹，所述的插头外壳上设有螺纹B，棘轮螺纹与螺纹B配合从而使棘轮锁紧螺母压紧推拉套；另一部分设有光面，光面的内径小于棘轮螺纹的内径，从而避免棘轮螺纹和插头外壳接触导致磨损；所述的棘轮锁紧螺母的外表面设有锁紧螺母工具孔，用于插入工具从而将棘轮锁紧螺母锁紧；所述棘轮锁紧螺母的外表面设计为滚花面，用于加大摩擦方便拆装。

进一步地，所述推拉套的外表面设计有表面滚花结构，用于加大摩擦方便推拉。

进一步地，所述的滑块顶部为倾斜表面，在插头部分和插座部分锁死时压紧斜面压紧倾斜表面；所述滑块顶部设有十字形的凹槽，所述凹槽在沿滑块顶部倾斜表面的倾斜方向是贯穿的，用于弓形结构的安装和运动；另一个方向的凹槽用于安装工字销；所述工字销中间部位与弓形结构配合，从而实现滑块远离圆心的径向运动。

更进一步地，所述的弓形结构固定在压紧斜面上，所述工字销的中间部位位于弓形结构与压紧斜面之间的空隙，所述的工字销的中间部位的厚度小于所述空隙。

本发明的有益效果在于：

本发明结构能在大拉力工况下工作，而且具有很高可靠性。本发明的插头部分和插座部分通过插合拆卸方便快捷，且具有防沙功能；棘轮锁紧螺母和推拉套的外表面均为滚花结构方便用手拆装；螺母能实现自锁；不等宽键组可保证插头部分和插座部分的抱箍安装结构的角度方向一致；该结构能够和承力缆外壳相连接。提升滑块的位置在滑块顶部中部，可减小因为提升滑块的力导致滑块与插头外壳上的滑块安装孔以及滑块槽的壁面产生的摩擦力。

附图说明

图1是插头部分剖视结构图。

图2是插座部分剖视结构图。

图3是弓形结构的结构图。

图4是推拉套结构图。

图5是挡圈结构图。

图6是插头外壳结构图。

图7是工字销结构图。

图8是滑块和工字销配合结构图。

图9是不等宽键组结构图。

图10是挡块结构图。

图11是棘轮锁紧螺母结构图。

图12是插座外壳结构图。

图13-18是插合过程结构图。

图19-21是拆卸过程结构图。

其中，1推拉套、2弓形结构、3挡圈、4插头外壳、5滑块、6工字销、7螺纹销钉A、8不等宽键组、9螺纹销钉B、10挡块、11弹簧、12螺纹销钉C、13棘轮锁紧螺母、14插针、15海缆安装结构A、16海缆A、17海缆固定结构A、18插座外壳、19插孔、20海缆安装结构B、21海缆B、22海缆固定结构B、23挡块安装孔、24推拉套工具孔、25表面滚花结构、26标志结构、27工字销中间部位、28是螺纹销钉安装孔、29压紧斜面、30滑块斜面、31卡块、32弹簧安装块、33螺纹销钉配合槽、34挡块工具孔、35滚花面、36锁紧螺母工具孔、37棘轮轮齿、38棘轮螺纹、39光面、40滑块安装孔、41弓形结构槽、42螺纹B、43挡圈槽、44承力凸台A、45抱箍安装结构A、46外壳销孔A、47密封圈槽A、48螺纹A、49喇叭口导向键槽组、50滑块槽、51防沙密封圈槽、52承力凸台B、53抱箍安装结构B、54外壳销孔B、55密封圈槽B、56螺纹C。

具体实施方式

一种弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，包括插头部分(图1)和插座部分(图2)。

所述的插头部分包括插头外壳4、设于插头外壳4内的插针14、以及设于插头外壳4外的推拉套1、棘轮锁紧螺母13、弓形结构2、挡圈3；插头外壳4的一端设有海缆A16，所述的海缆A16通过海缆安装结构A15(可提供一定抗拉强度)安装于插头外壳4上，并通过具有密封防水功能的海缆固定结构A17实现固定；所述的插头外壳4上还设有弓形结构槽41，用于弓形结构2的安装和运动；插头外壳4的一端设有海缆A16；所述的插头外壳4上沿径向均匀设有用于安装滑块5的滑块安装孔40，所述的滑块5可沿滑块安装孔40径向运动；所述的插头外壳4内壁上设有用于给插座部分提供导向的不等宽键组8，所述不等宽键组8的键设置在滑块5之间；所述的插头外壳4上设有抱箍安装结构A45，抱箍安装结构A45两侧设有承力凸台A44；所述的插头外壳4上还设有用于连接外部设备的外壳销孔A46和螺纹A48；所述的插头外壳4上设有密封圈槽A47，利用密封圈槽A47对外部设备和插头外壳4之间进行密封；所述的推拉套1内壁设有用于控制滑块5向圆心方向径向运动的压紧斜面29，进而实现插头部分和插座部分的锁死；所述的弓形结构2固定于压紧斜面29上，用于控制滑块5向远离圆心的方向径向运动，进而实现插头部分和插座部分的解锁；所述的推拉套1的端部设有用于安装挡块10的挡块安装孔23，所述的挡块10用于卡住棘轮锁紧螺母13从而防止螺纹连接松脱，挡块10另一端设有弹簧11，弹簧11用于弹出挡块10从而锁死棘轮锁紧螺母13；所述的推拉套1上设有用于安装螺纹销钉A7的销钉安装孔，所述螺纹销钉A7用于防止挡块10滑出和旋转；所述的插头外壳4上还设有用于安装挡圈3的挡圈槽43，所述挡圈3用于防止棘轮锁紧螺母13滑出；

所述的插座部分包括插座外壳18以及设于插座外壳18内的插孔19；所述插针14和插孔19配合从而连接插头部分和插座部分；所述插座外壳18一端设有海缆B21，所述的海缆B21和海缆A16同轴设置；所述插座外壳18一端设有海缆B21，所述的海缆B21通过海缆安装结构B20(可提供一定抗拉强度)固定于插座外壳18上，并通过具有密封防水功能的海缆固定结构B22实现固定；所述的插座外壳18上设有抱箍安装结构B53，所述抱箍安装结构B53两侧设有承力凸台B52；所述的插座外壳18上设有与滑块5配合的滑块槽50，以及与不等宽键组8配合的喇叭口导向键槽组49，所述的喇叭口导向键槽组49的插入端为喇叭状，便于不等宽键组8在一定角度范围内能够顺利插合，从而将插针14插入插孔19；所述的插座外壳18上还设有防沙密封圈槽51，用于安装密封圈从而防沙；所述插座外壳18上还设有用于连接外部设备的外壳销孔B54和螺纹C56；所述插座外壳18上设有密封圈槽B55，在密封圈槽B55处安装密封圈对外部设备和插座外壳18之间进行密封。

如图9，所述的不等宽键组8至少包括两个宽度不等的键(本实施例中的键是直接用铣刀铣出一个长方体的凸起)，不等宽键组8的每个键的端部设计为倒角结构，便于和喇叭口配合从而方便插合。

如图10所示，所述的挡块10上一端设有卡块31，另一端设有弹簧安装块32，所述的挡块10上设有与螺纹销钉A7配合使用的螺纹销钉配合槽33(目的是保证挡块10的行程以及防止其掉出挡块安装孔23)，所述挡块10上还设有挡块工具孔34(用于插入工具将挡块10拉回从而拆开结构)，所述的推拉套1上设有推拉套工具孔24，将工具插入挡块工具孔34和推拉套工具孔24从而移动挡块10。所述卡块31设计为倒钩结构(如图10，卡块31的一个角与水平面和竖直面的夹角分别为a和b，a大于1°(可取5°)和b小于摩擦角(可取5°)，目的是防止因摩擦磨损导致卡块30不尖锐从而卡不住棘轮，倒钩结构确保了即使有磨损也能可靠卡住棘轮轮齿，增加了结构的可靠性。

挡块工具孔34和棘轮锁紧螺母13、弹簧11、螺纹销钉A7配合，棘轮锁紧螺母13能够旋紧，但是反向旋开时会被挡块10上的卡块31卡死，在拆卸时将工具插进挡块工具孔34和推拉套工具孔24从而将挡块10压进推拉套1，棘轮锁紧螺母13顺利松开。弹簧11作用是弹出挡块10卡紧棘轮锁紧螺母13。

如图11所示，所述的棘轮锁紧螺母13一侧设有棘轮轮齿37，与卡块31配合使用，棘轮轮齿37的形状与卡块31的倒钩形状相互配合；所述棘轮锁紧螺母13内部分为两部分；一部分设有棘轮螺纹38，所述的插头外壳4上设有螺纹B42，棘轮螺纹38与螺纹B42配合从而使棘轮锁紧螺母13压紧推拉套1；另一部分设有光面39，光面39的内径小于棘轮螺纹38的内径，从而避免棘轮螺纹38和插头外壳4接触导致磨损；所述的棘轮锁紧螺母13的外表面设有锁紧螺母工具孔36，用于插入工具从而将棘轮锁紧螺母13锁紧；所述棘轮锁紧螺母13的外表面设计为滚花面35，用于加大摩擦方便拆装。

所述推拉套1的外表面设计有表面滚花结构25，用于加大摩擦方便推拉；推拉套1的外表面还设有标志结构26，用于标志安装角度，方便安装推拉套1，同时也作为整个连接器的方向标志。

所述的滑块5顶部为倾斜表面(倾斜角度可根据滑块5需要径向运动的距离来定)，在插头部分和插座部分锁死时压紧斜面29压紧倾斜表面；所述滑块5顶部设有十字形的凹槽，所述凹槽在沿滑块5顶部倾斜表面的倾斜方向是贯穿的，用于弓形结构2的安装和运动；另一个方向的凹槽用于安装工字销6(工字销结构如图7所示)；所述工字销中间部位27与弓形结构2配合(如图8，二者通过螺纹销钉连接)，从而实现滑块5远离圆心的径向运动。

所述的插头外壳4上还设有弓形结构槽41，用于弓形结构2的安装和运动。所述的弓形结构2固定在压紧斜面29上，所述工字销中间部位27位于弓形结构2与压紧斜面29之间的空隙处，所述的工字销的中间部位的厚度小于所述空隙。抱箍安装结构A45和抱箍安装结构B53的作用是安装抱箍，抱箍承力，有一定厚度的承力凸台A44和承力凸台B52可以保证结构安全可靠。外壳销孔A46和螺纹A48用于与别的结构配合，比如和承力缆外壳配合安装。密封圈槽A47安装防水密封圈，可采用2道密封圈用来保证可靠防水。密封圈槽B55的作用是安装密封圈防沙。

挡圈3结构如图5，和挡圈槽43配合，是开口有弹性的金属环，作用是挡住棘轮锁紧螺母13使其不掉出来。弓形结构2通过螺纹销钉B9和螺纹销钉C12固定。

如图13-18为本发明的弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器的插合过程：

假设一开始棘轮锁紧螺母锁上(图13)：

1.图14：用工具将挡块10拉进推拉套1，这时弹簧11被压缩，卡块31不再卡住棘轮锁紧螺母13，此时旋开棘轮锁紧螺母13。

2.图15：将推拉套1往远离插座部分的方向拉到不能再拉，同时由于推拉套1上固定的弓形结构2对滑块5上固定的工字销6的提拉，滑块5被提到最高处，然后将工具拔出，弹簧11变长，挡块10重新被弹出。

3.图16：将插针14插入插孔19从而将插座部分插进插头部分。

4.图17：将推拉套1往靠近插座部分的方向推，压紧斜面29将滑块5往下压，卡住滑块槽50。

5.图18：旋紧棘轮锁紧螺母13，让其压紧推拉套1，同时压紧滑块5到最低处，锁死插座部分。

拆卸过程：(图19-21)

一开始是锁紧情况(图18)

1.图19：用工具将挡块10拉进推拉套1，此时弹簧11被压缩，卡块31不再卡住棘轮锁紧螺母13，此时旋开棘轮锁紧螺母11。

2.图20：将推拉套1往远离插座部分的方向拉到不能再拉，同时由于推拉套1上固定的弓形结构2对滑块5上固定的工字销6的提拉，滑块5被提到最高处，然后将工具拔出，弹簧11变长，挡块10重新被弹出。

3.图21：将插座部分拔出插头部分。

Claims

1.一种弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，其特征在于，包括插头部分和插座部分；

2.根据权利要求1所述的弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，其特征在于，所述的不等宽键组至少包括两个宽度不等的键，所述的键用于为插头部分插入插座部分提供导向。

3.根据权利要求1所述的弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，其特征在于，所述的挡块上一端设有卡块，另一端设有弹簧安装块，所述的挡块上设有与螺纹销钉配合使用的螺纹销钉配合槽，所述挡块上还设有挡块工具孔，所述的推拉套上设有推拉套工具孔，将工具插入挡块工具孔和推拉套工具孔从而移动挡块。

4.根据权利要求3所述的弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，其特征在于，所述的棘轮锁紧螺母一侧设有棘轮轮齿，与卡块配合使用；所述棘轮锁紧螺母内部分为两部分；一部分设有棘轮螺纹，所述的插头外壳上设有螺纹B，棘轮螺纹与螺纹B配合从而使棘轮锁紧螺母压紧推拉套；另一部分设有光面，光面的内径小于棘轮螺纹的内径，从而避免棘轮螺纹和插头外壳接触导致磨损；所述的棘轮锁紧螺母的外表面设有锁紧螺母工具孔，用于插入工具从而将棘轮锁紧螺母锁紧；所述棘轮锁紧螺母的外表面设计为滚花面，用于加大摩擦方便拆装。

5.根据权利要求1所述的弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，其特征在于，所述推拉套的外表面设计有表面滚花结构，用于加大摩擦方便推拉。

6.根据权利要求1所述的弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，其特征在于，所述的滑块顶部为倾斜表面，在插头部分和插座部分锁死时压紧斜面压紧倾斜表面；所述滑块顶部设有十字形的凹槽，所述凹槽在沿滑块顶部倾斜表面的倾斜方向是贯穿的，用于弓形结构的安装和运动；另一个方向的凹槽用于安装工字销；所述工字销中间部位与弓形结构配合，从而实现滑块远离圆心的径向运动。

7.根据权利要求6所述的弓形结构快速插拔自适应式水下承力连接器，其特征在于，所述的弓形结构固定在压紧斜面上，所述工字销的中间部位位于弓形结构与压紧斜面之间的空隙，所述的工字销的中间部位的厚度小于所述空隙。