CN114046114A - 一种水下无人航行器用头盖开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下无人航行器技术领域，公开一种水下无人航行器用头盖开关装置，包括设置有油孔的安装座，其相对的两端分别设置有动力源和立板；所述安装座的内腔设置与所述动力源连接的螺旋套筒，所述螺旋套筒的内部设置有与其螺纹配合的螺旋杆；所述螺旋杆的外圆上设置有滑块，滑块上铰接有分别与上头盖和下头盖连接的连杆；所述立板上还设置有肋板，所述螺旋杆与肋板连接，并连接有用于平衡压力的压力补偿油罐。本发明利用螺纹传动和滑块连杆配合，将动力源提供的旋转力矩转换为头盖的旋转运动实现开启和关闭，并通过压力补偿油罐平衡装置内外的压力，以适应不同的工作水深环境，利用螺纹自锁的特性解决头盖在水流持续振动下难以可靠锁紧的问题。

Description

一种水下无人航行器用头盖开关装置

技术领域

本发明涉及水下无人航行器技术领域，更具体的说，特别涉及一种水下无人航行器用头盖开关装置。

背景技术

随着时代进步和科技发展，开发和经略海洋越来越受到世界各国的重视，水下无人航行器作为一种开发利用海洋、维护海洋权益的有效工具，也得到了空前的发展，水下无人航行器的使命任务从海洋环境监测、海洋地质勘探、情报侦察、到载荷输送、时敏目标打击等不断被拓展。执行载荷输送或时敏目标打击的水下无人航行器会携带载荷，为了减小航行阻力，水下无人航行器通常将载荷安装在其内部，并且在载荷运动通道上增加与水下无人航行器外形共形的舱门或头盖。载荷被释放前后，必然有开关装置来执行头盖的开启和关闭。目前，水下舱门或头盖开关装置通常采用液压缸直推方式来实现，该方式存在水下航行时，频繁的水流振动带来舱门或头盖锁紧不可靠的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种水下无人航行器用头盖开关装置，能够解决水下无人航行器头盖开关和可靠锁紧的问题，其整体结构简单、功能可靠也易于实现。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种水下无人航行器用头盖开关装置，包括安装座，所述安装座相对的两端分别设置有动力源和立板；

所述安装座的内腔设置与所述动力源连接的螺旋套筒，所述螺旋套筒的内部设置有与其螺纹配合的螺旋杆；所述螺旋杆的外圆上设置有滑块，所述滑块上铰接有分别与外围设备的上头盖和下头盖连接的连杆；所述立板上还设置有肋板，所述螺旋杆与所述肋板连接，并连接有用于平衡压力的压力补偿油罐；所述螺旋杆上设置有连通螺旋套筒内腔和压力补偿油罐的通孔。

进一步的，所述螺旋套筒与所述安装座、立板之间分别设置滚动轴承；所述安装座的外表面沿其轴向分别设有注油孔和排油孔，所述注油孔和排油孔上分别安装有密封堵头。

进一步的，所述螺旋杆包括相互连接的后螺杆和前螺杆，所述后螺杆的端部设置于螺旋套筒内并通过螺纹配合，所述后螺杆的外圆上套装有滑块，所述前螺杆的端部连接在所述肋板上；所述后螺杆和前螺杆为阶梯轴，两者内部形成贯通的阶梯通孔。

进一步的，所述立板与所述滑块相对的侧面上设置有端盖，所述端盖套装在所述后螺杆的外圆上，两者之间设置有密封件、以及位于所述密封件两侧的除尘密封圈和导向环。

进一步的，所述端盖中部沿靠近所述滑块的方向延伸形成安装凸台，所述安装凸台的内壁设置所述密封件、除尘密封圈和导向环，所述导向环位于靠近所述立板的一侧；所述端盖上与所述安装凸台相对的另一侧面形成有压紧凸部，用于对所述螺旋套筒和立板之间的滚动轴承进行压紧。

进一步的，所述开关装置还包括对滑块起导向作用的导向杆，所述导向杆的一端连接在肋板上，另一端依次穿过滑块、端盖后连接在立板上；所述导向杆外圆上形成有压住端盖的台阶，并与所述安装座之间通过螺纹配合；所述滑块与导向杆之间设置有滑动轴承。

进一步的，所述连杆包括下连杆、调节螺母与上连杆，所述下连杆的端部形成为U形叉结构，所述U形叉的端部与所述滑块铰接；所述下连杆和上连杆之间设置调节螺母并通过螺纹配合；两根所述上连杆连接对应的上头盖和下头盖。

进一步的，所述肋板为对称开有通槽的U形结构，其两端连接在所述立板上，所述上连杆位于所述通槽内。

进一步的，所述压力补偿油罐包括充有液压油的筒体、活塞和筒盖，所述筒体内设置有活塞，并设置有筒盖；所述筒盖为带法兰的半球结构，法兰与筒体连接，半球弧面上设置有贯通海水的通孔；所述筒体与所述前螺杆的端部连接，其内腔与所述前螺杆的阶梯通孔连通。

进一步的，所述开关装置还包括用来检测上头盖和下头盖关闭到位和开启到位的位置检测传感器，所述位置检测传感器包括设置在肋板上的传感器本体、以及设置在一根连杆的上连杆和下连杆上的感应头。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的水下无人航行器用头盖开关装置，通过螺旋套筒和螺旋杆之间的螺纹配合，并通过滑块连杆配合将动力源提供的旋转力矩转换为水下无人航行器头盖的旋转运动，从而实现头盖的开启和关闭，即利用螺纹自锁特性能够有效解决水下无人航行器头盖关闭时锁紧不可靠的问题，同时具有类似于螺旋千斤顶的特点，通过小输入力获得大输出力的效果，其整体结构简单、功能可靠也易于实现。

此外，设置压力补偿油罐，平衡头盖开关装置内外的压力，以适应不同的工作水深环境，不用通过增加耐压壳体的厚度来满足更深的海水环境下使用，可以减轻整个装置的重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明水下无人航行器用头盖开关装置的结构示意图。

图2为本发明水下无人航行器用头盖开关装置关闭状态的示意图。

图3为本发明水下无人航行器用头盖开关装置开启状态的示意图。

图4为本发明开关装置中端盖的局部放大图。

附图标记说明如下：1-动力源，2-安装座，3-滚动轴承，4-螺旋套筒，5-后螺杆，6-密封堵头，7-端盖，8-滑块，9-滑动轴承，10-肋板，11-前螺杆，12-导向杆，13-传感器本体，14-感应头，15-筒体，16-活塞，17-筒盖，20-下连杆，21-调节螺母，22-上连杆，23-密封件，24-除尘密封圈，25-导向环，26-立板，71-安装凸台，72-压紧凸部。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。

本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1～3所示，本发明提供一种水下无人航行器用头盖开关装置，包括设置有油孔的安装座2，所述安装座2相对的两端分别设置有动力源1和立板26。

所述安装座2的内腔设置与所述动力源1连接的螺旋套筒4，所述螺旋套筒4的内部设置有与其螺纹配合的螺旋杆。所述螺旋杆的外圆上设置有滑块8，所述滑块8上铰接有两根连杆，两根所述连杆分别与外围设备的上头盖18和下头盖19铰接。所述立板26上还设置有肋板10，所述螺旋杆与所述肋板10连接，所述螺旋杆的前端连接有用于平衡压力的压力补偿油罐。所述螺旋杆上设置有连通螺旋套筒4内腔和压力补偿油罐的通孔。

本发明实施例中，所述动力源1用于给整个装置提供动力输入，本实施例中选用液压马达，能够可靠提供旋转运动的动力。通过螺旋套筒4和螺旋杆之间的螺纹配合，并通过滑块连杆配合，将动力源1提供的旋转力矩转换为头盖的旋转运动，从而实现头盖的开启和关闭，利用螺纹传动和螺纹自锁的特性，解决水下航行器头盖在水流持续振动下难以可靠锁紧的问题，即能够实现水下无人航行器头盖的开关和可靠锁紧。

进一步的，所述螺旋套筒4与所述安装座2、立板26之间分别设置滚动轴承3，保证所述螺旋套筒4转动的可靠性。

进一步的，所述安装座2的外表面沿其轴向分别设有一个注油孔和一个排油孔，所述注油孔和排油孔上分别安装有密封堵头6。

具体的，所述安装座2的内部形成便于安装螺旋套筒4的圆柱形空腔，圆柱形空腔的两端内壁上设置有台阶，其与滚动轴承3的外圈配合。所述螺旋套筒4外圆周的两端也设置有台阶，与所述滚动轴承3的内圈配合。所述螺旋套筒4与动力源1的连接端设有键槽，并与动力源1的动力输出轴之间通过键连接在一起，所述螺旋套筒4在动力源1的驱动下做旋转运动。

进一步的，所述螺旋杆包括相互连接的后螺杆5和前螺杆11，两者内部形成贯通的通孔。所述后螺杆5的后端设置在所述螺旋套筒4内，并通过螺纹配合。所述后螺杆5的外圆上套装有滑块8，所述后螺杆5的前端与所述前螺杆11的后端连接，所述前螺杆11的前端连接在所述肋板10上。

具体的，所述螺旋套筒4的内壁局部设有内螺纹，与后螺杆5后端外圆的外螺纹配合，两者形成螺纹传动副。

具体的，所述后螺杆5的外圆上设有台阶，该台阶上设置有键槽，所述滑块8位于所述键槽内并通过键将两者进行连接安装。所述后螺杆5外圆并位于所述滑块8的一侧设置双螺母，从而可靠的将滑块8与后螺杆5紧固，保证两者连接的可靠性。

具体的，所述后螺杆5和前螺杆11为阶梯轴，所述后螺杆5的前端外表面设有外螺纹和密封沟槽，其内部加工有贯穿的阶梯通孔。所述前螺杆11的后端设有内螺纹，内部也加工有贯穿的阶梯通孔，所述后螺杆5与前螺杆11通过螺纹紧固在一起，并形成一根螺旋杆。所述后螺杆5的外圆与前螺杆11配合的内壁之间设置密封件进行密封，可以保证液压油经过阶梯通孔时不泄露。

本发明实施例中，由于螺旋杆较长，为了便于加工，将螺旋杆分成后螺杆5和前螺杆11两段组合而成，螺旋杆与螺旋套筒4组成螺纹传动副，用于将动力源1的旋转运动转化为螺旋杆的直线运动，从而带动滑块8做直线运动。为了方便安装和安装可靠，所述后螺杆5和前螺杆11分别采用阶梯轴，两者内部设置有贯通的阶梯通孔，可以保证整个螺旋杆长度方向的壁厚基本相当，由于阶梯通孔连通螺旋套筒4内腔和压力补偿油罐，这样方便液压油在阶梯通孔内部流通。

进一步的，所述立板26与所述滑块8相对的侧面上设置有端盖7，所述端盖7套装在所述后螺杆5的外圆上，两者之间设置有起密封作用的密封件23、以及位于所述密封件23两侧的除尘密封圈24和导向环25，参阅图4所示，所述除尘密封圈24为橡胶除尘密封圈，可用于刮除附着在后螺杆5外圆上的泥沙。

具体的，参阅图4所示，所述端盖7中部沿靠近所述滑块8的方向延伸形成安装凸台71，所述安装凸台71与所述后螺杆5配合的内壁上加工有密封沟槽，所述密封沟槽内设置有密封件23。所述安装凸台71的内壁上并位于所述密封沟槽的两侧还分别设置有安装槽，两个安装槽内分别设置有除尘密封圈24和导向环25，所述导向环25位于靠近所述立板26的一侧。通过设置导向环25能够可靠地将所述后螺杆5前端支撑，并定位在整个头盖开关装置的立板26上。进一步的，所述端盖7上与所述安装凸台71相对的另一侧面形成有压紧凸部72，用于对所述螺旋套筒4和立板26之间的滚动轴承3进行压紧。

进一步的，所述开关装置还包括对滑块8起导向作用的导向杆12，所述导向杆12的一端通过螺母连接在肋板10上，另一端依次穿过滑块8、端盖7后连接在立板26上。具体的，所述导向杆12外圆上形成有压住端盖7的台阶(如图4中所示)，并与所述安装座2之间通过螺纹配合，从而能够将端盖7压紧固定在安装座2上。

进一步的，所述滑块8上设置有台阶通孔，所述导向杆12穿过所述台阶通孔，所述滑块8与导向杆12之间设置有滑动轴承9，所述滑动轴承9位于所述台阶面上，保证所述滑块8在导向杆12上滑动顺畅。

进一步的，所述连杆包括下连杆20、调节螺母21与上连杆22，所述下连杆20的端部形成为U形叉结构，所述U形叉的端部与所述滑块8铰接。所述下连杆20和所述上连杆22之间设置调节螺母21，并通过螺纹连接成一根长度可以调节的连杆。两根所述上连杆22与对应的上头盖18和下头盖19之间也通过销轴进行铰接。

具体的，所述滑块8垂直于其键槽长度方向还设有上下两个铰接孔，两根所述下连杆20的U形叉通过销轴与滑块8上的两个铰接孔铰接，下连杆20可以绕滑块8上的铰接孔转动。所述下连杆20与上连杆22的端部分别设有左旋螺纹和右旋螺纹，并与调节螺母21之间分别通过螺纹配合，从而使连杆的长度可调，并可以适应上头盖18和下头盖19的安装位置误差。通过连杆用于将滑块8的直线运动转化为连杆的摆动，从而带动与连杆连接的上头盖18和下头盖19绕其中心旋转，进而实现两者的开合运动。

进一步的，所述肋板10为对称开有通槽的U形结构，所述上连杆22位于所述通槽内，所述肋板10的两端连接在所述立板26上，并连接成一个整体。通过设置所述通槽，通槽的宽度比连杆的外径大，可以保证连杆在肋板10的通槽内摆动，并对连杆的摆动起导向作用，同时可以防止连杆左右晃动，保证上头盖18和下头盖19开合的稳定性和可靠性。

进一步的，所述压力补偿油罐包括充有液压油的筒体15、活塞16和筒盖17，所述筒体15内设置有活塞16，并设置有筒盖17。所述筒盖17为带法兰的半球结构，法兰与筒体15连接，半球弧面上设置有贯通海水的通孔。所述筒体15与所述活塞16之间设置有密封圈。所述筒体15与所述前螺杆11的端部连接，其内腔与所述前螺杆11的阶梯通孔连通，进而与所述螺旋套筒4的内腔连通。

具体的，所述筒体15与所述活塞16配合的表面设置有密封沟槽并设置有密封圈。所述筒体15为一端开口且中空的圆柱体，筒盖17位于其开口端。所述筒体15底部设置通孔用于穿入前螺杆11前端的阶梯轴，并通过螺母将筒体15与前螺杆11固定。筒盖17的法兰与筒体15之间通过螺钉进行连接。进一步的，所述筒盖17法兰的内径小于筒体15内径，可以防止活塞16从筒体15内部移动出来，半球弧面上开有通孔，可以保持筒盖17左右两侧海水贯通。

本发明实施例中，所述活塞16可以在筒体15内腔沿着其轴向移动，活塞16、筒体15及前螺杆11、后螺杆5，端盖7、安装座2及动力源1形成一个体积可以变化的密封腔。所述筒体15内部充有的液压油，液压油通过前螺杆11和后螺杆5内部的贯穿通孔，并可以到达安装座2内部的密封空腔内，一方面用于平衡不同海水深度下的压力，另一方面用于润滑后螺杆5和螺旋套筒4组成的螺旋运动副和滚动轴承3。

进一步的，所述开关装置还包括位置检测传感器，分别用来检测上头盖18和下头盖19关闭到位状态和开启到位状态；所述位置检测传感器包括设置在肋板10上的传感器本体13、以及设置在一根连杆的上连杆22和下连杆20上的感应头14。

具体的，采用两套位置检测传感器，传感器本体13位于肋板10外侧，其中一套传感器本体13和感应头14的安装位置，应保证上头盖18和下头盖19关闭到位时，上连杆22上的感应头14在对应的传感器本体13感应范围内；另一套传感器本体13和感应头14的安装位置，应保证上头盖18和下头盖19开启到位时，下连杆20上的感应头14在对应的传感器本体13感应范围内。

本发明提供的开关装置的具体工作过程如下：

开启过程：外围设备的上头盖18和下头盖19位于闭合到位状态，此时，位置检测传感器检测到关闭锁紧状态。当水下无人航行器需要开启上头盖18和下头盖19时，控制动力源1(液压马达)转动，带动螺旋套筒4做回转运动。由于后螺杆5回转方向的自由度通过与滑块8上的配合的键限制，并通过两者螺纹配合驱动螺旋杆(即后螺杆5和前螺杆11)只能沿着轴向向前移动，从而带动滑块8前移，进一步带动两根连杆向后方摆动，使得上头盖18和下头盖19绕着其回转中心旋转来实现头盖开启。

此时，后螺杆5后端与螺旋套筒4形成一个空腔，在外界海水压力作用下将活塞16推向右侧，压力补偿油罐筒体15内部的液压油压回至上述空腔，从而保证活塞16右边的压力与外界海水压力一致。

当上头盖18和下头盖19到达开启到位状态时，如图2所示，另一组传感器本体13靠近感应头14，位置检测传感器将开启到位信号传递给水下无人航行器的控制系统，控制动力源1停止转动，开启过程完成。

关闭过程：当水下无人航行器载荷释放完成后，需要关闭头盖即上头盖18和下头盖19，控制液压马达反方向转动，带动螺旋套筒4做反方向回转运动，由于后螺杆5回转方向的自由度被限制，通过两者螺纹配合驱动螺旋杆只能沿着轴向后退，从而带动滑块8后移，进一步带动连杆向前方摆动，使得上头盖18和下头盖19绕着其回转中心旋转来实现头盖关闭。

此时，后螺杆5后端与螺旋套筒4形成的空腔体积越来越小，该空腔内部压力增大，将该空腔内的液压油压回至压力补偿油罐的筒体15内，活塞16向左移动，保证活塞16右边的压力与外界海水压力一致。

当上头盖18和下头盖19到达关闭到位状态时，如图1所示，第一组传感器本体13靠近感应头14，位置检测传感器将关闭到位信号传递给水下无人航行器的控制系统，控制动力源1停止转动，关闭过程完成。

由于螺旋套筒4和后螺杆5配合的螺纹导程角小于当量摩擦角，该螺纹传动副具有自锁特性，从而将上头盖18和下头盖19的关闭到位状态可靠锁紧。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：包括设置有油孔的安装座，所述安装座相对的两端分别设置有动力源和立板；

所述安装座的内腔设置与所述动力源连接的螺旋套筒，所述螺旋套筒的内部设置有与其螺纹配合的螺旋杆；所述螺旋杆的外圆上设置有滑块，所述滑块上铰接有分别与外围设备的上头盖和下头盖连接的连杆；所述立板上还设置有肋板，所述螺旋杆与所述肋板连接，并连接有用于平衡压力的压力补偿油罐；所述螺旋杆上设置有连通螺旋套筒内腔和压力补偿油罐的通孔。

2.根据权利要求1所述的水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：所述螺旋套筒与所述安装座、立板之间分别设置滚动轴承；所述安装座的外表面沿其轴向分别设有注油孔和排油孔，所述注油孔和排油孔上分别安装有密封堵头。

3.根据权利要求2所述的水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：所述螺旋杆包括相互连接的后螺杆和前螺杆，所述后螺杆的端部设置于螺旋套筒内并通过螺纹配合，所述后螺杆的外圆上套装有滑块，所述前螺杆的端部连接在所述肋板上；所述后螺杆和前螺杆均为阶梯轴，两者内部形成贯通的阶梯通孔。

4.根据权利要求3所述的水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：所述立板与所述滑块相对的侧面上设置有端盖，所述端盖套装在所述后螺杆的外圆上，两者之间设置有密封件、以及位于所述密封件两侧的除尘密封圈和导向环。

5.根据权利要求4所述的水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：所述端盖中部沿靠近所述滑块的方向延伸形成安装凸台，所述安装凸台的内壁设置所述密封件、除尘密封圈和导向环，所述导向环位于靠近所述立板的一侧；所述端盖上与所述安装凸台相对的另一侧面形成有压紧凸部，用于对所述螺旋套筒和立板之间的滚动轴承进行压紧。

6.根据权利要求5所述的水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：所述开关装置还包括对滑块起导向作用的导向杆，所述导向杆的一端连接在肋板上，另一端依次穿过滑块、端盖后连接在立板上；所述导向杆外圆上形成有压住端盖的台阶，并与所述安装座之间通过螺纹配合；所述滑块与导向杆之间设置有滑动轴承。

7.根据权利要求6所述的水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：所述连杆包括下连杆、调节螺母与上连杆，所述下连杆的端部形成为U形叉结构，所述U形叉的端部与所述滑块铰接；所述下连杆和上连杆之间设置调节螺母并通过螺纹配合；两根所述上连杆连接对应的上头盖和下头盖。

8.根据权利要求7所述的水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：所述肋板为对称开有通槽的U形结构，其两端连接在所述立板上，所述上连杆位于所述通槽内。

9.根据权利要求8所述的水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：所述压力补偿油罐包括充有液压油的筒体、活塞和筒盖，所述筒体内设置有活塞，并设置有筒盖；所述筒盖为带法兰的半球结构，法兰与筒体连接，半球弧面上设置有贯通海水的通孔；所述筒体与所述前螺杆的端部连接，其内腔与所述前螺杆的阶梯通孔连通。

10.根据权利要求9所述的水下无人航行器用头盖开关装置，其特征在于：所述开关装置还包括用来检测上头盖和下头盖关闭到位和开启到位的位置检测传感器，所述位置检测传感器包括设置在肋板上的传感器本体、以及设置在一根连杆的上连杆和下连杆上的感应头。

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