CN114928017B - 一种用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，包括上部用电模块和电缆固定装置，还包括转接电缆、旋转套、旋转球、弹簧底座，转接电缆、旋转套均与上部用电模块连接固定，旋转球容置于旋转套中并与旋转套转动配合，旋转球与旋转套之间设有限位组件以限制两者之间水平面内转动，弹簧底座通过导引轴安装在旋转球中并可上下发生位移，导引轴竖直固定在旋转球空腔中，弹簧底座与导引轴上下滑动连接，电缆固定装置竖直贯穿安装于弹簧底座上。该连接机构可有效调整上部用电模块的水下姿态，同时降低供电缆绷紧时固定端的瞬时应力，并且结构简单，可靠性高。

Description

一种用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构

技术领域：

本发明涉及水下系泊设备，具体讲是一种用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构。

背景技术：

实际海洋工程应用中，水下系泊设备(例如单点系泊潜标)常出现下部供电模块与上部用电模块通过长供电缆相连的情形，这种形式易带来两个主要问题：

1、由于海流的存在，长供电缆将引起上部用电模块倾斜加剧，从而不利于搭载的姿态敏感型仪器正常工作；

2、在布放阶段及海流作用下，易出现供电缆陡然绷紧的情形。供电缆的抗拉层常由刚度较大的凯夫拉绳构成，会产生较大的应力，不利于系泊设备的安全工作。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，该连接机构可有效调整上部用电模块的水下姿态，同时降低供电缆绷紧时固定端的瞬时应力，并且结构简单，可靠性高。

本发明的技术解决方案是，提供一种用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，包括上部用电模块和电缆固定装置、转接电缆、旋转套、旋转球、弹簧底座等，其中，转接电缆、旋转套分别与上部用电模块固定连接，旋转球容置于旋转套中并与旋转套转动配合，旋转球与旋转套之间设有限位组件以限制两者之间水平面内转动，弹簧底座通过导引轴安装于旋转球中，导引轴竖直固定在旋转球的空腔中，弹簧底座与导引轴上下滑动连接，电缆固定装置竖直贯穿安装于弹簧底座上，并且电缆固定装置上部的小径部外侧套设有缓冲弹簧，缓冲弹簧下端与线缆固定装置下部的大径部相抵，缓冲弹簧上端与弹簧底座的下表面相抵。通过限位珠对水平内转动的限制，使旋转套、旋转球这一旋转副开放了两个方向的旋转自由度，既有效调整了上部用电模块的水中姿态，又使电缆不至于水平面内转动而扭断。

作为优选，旋转球与旋转套之间为球面接触配合。旋转球与旋转套可选用摩擦系数较小的已知材料，或直接改为线接触。

作为优选，限位组件包括限位珠和限位珠安装件，通过限位珠对水平内转动的限制，使旋转球和旋转套这一旋转副开放了两个方向的旋转自由度，既有效调整了上部用电模块的水中姿态，又使电缆不至于水平面内转动而扭断。限位珠优选采用硬度较高的材料，防止变形。

作为优选，弹簧底座通过导引轴安装在旋转球中心，以缓冲弹簧作为支撑减小电缆绷紧时固定端的应力。

作为优选，导引轴由上往下贯穿弹簧底座，导引轴的上端套设有导引轴垫片，导引轴下端螺纹连接于旋转球下部。导引轴垫片位于弹簧底座上表面上方，防止导引轴旋转安装时划伤弹簧底座。当然，导引轴顶端具有限位部，避免弹簧座脱离，限位部可通过对导引轴端部进行变形处理成型。

作为优选，导引轴对称位于缓冲弹簧两侧。使得弹簧底座滑动时更平稳。

作为优选，电缆固定装置通过螺纹固定在弹簧底座上，弹簧底座还通过防松固定板紧固件安装有防松固定板，防松固定板与电缆固定装置上部固定连接。为保证连接可靠又方便拆装，电缆固定装置在通过螺纹固定在弹簧底座的基础上，同时通过上部的六角外形与防松固定板连接，该防松固定板通过防松固定板紧固件安装在弹簧底座上。该电缆固定装置与现有安装方式的电缆固定装置相似，区别点在于本发明为适配防松固定板，将其上部小径部的一部分设计成六角外形。

作为优选，长供电缆通过压紧凯夫拉层等方法安装于电缆固定装置内，并通过防松固定板紧固在弹簧底座上。

采用以上结构后与现有技术相比，本发明具有以下优点：使上部用电模块可利用正浮力自适应调整水中姿态，同时旋转球内部设计的缓冲弹簧用于减小电缆绷紧时固定端的应力，该机构结构简单，可靠性高。

附图说明：

图1是本发明的全局剖面结构示意图；

图2是本发明缓冲部分结构示意图；

图3是本发明姿态调节部分结构示意图；

图中：1-旋转球，2-旋转套，3-限位珠安装件，4-限位珠，5-长供电缆，6-上部用电模块，7-转接电缆，8-导引轴，9-导引轴垫片，10-防松固定板，11-弹簧底座，12-缓冲弹簧，13-电缆固定装置，14-防松固定板紧固件。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1-3所示，本实施例的用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，包括上部用电模块6、电缆固定装置13、长供电缆5、转接电缆7、旋转套2、旋转球1、弹簧底座11，其中，转接电缆7上端和旋转套2均与上部用电模块6连接固定，旋转球1容置于旋转套2中并与旋转套2之间球面接触配合，旋转球1与旋转套2之间设有限位组件以限制两者之间水平面内转动，本实施例中限位组件包括限位珠4和限位珠安装件3，通过限位珠4对水平内转动的限制，使该旋转副开放了两个方向的旋转自由度。限位珠4通过限位珠安装件3固定在旋转套2上。

长供电缆5事先通过压紧凯夫拉层等方法安装在电缆固定装置13内。电缆固定装置13通过螺纹连接方式固定在弹簧底座11上并位于其中心轴线位置，同时为了保证连接可靠又方便拆装，在螺纹固定的基础上，同时通过电缆固定装置13上部的六角外形与防松固定板10连接，该防松固定板10通过防松固定板紧固件14安装在弹簧底座11上。具体的，防松固定板10安装于弹簧底座11顶部中心位置，电缆固定装置13的小径部顶端的八芯插接件贯穿弹簧底座11用于与转接电缆7下端连接。

弹簧底座11通过导引轴8安装在旋转球1中并可上下发生位移，以缓冲弹簧12作为支撑减小电缆绷紧时固定端的应力，导引轴8竖直固定在旋转球1空腔中心，弹簧底座11与导引轴8上下滑动连接，电缆固定装置13竖直贯穿安装于弹簧底座11上，并且线缆固定装置11上部的小径部外套设有缓冲弹簧12，缓冲弹簧12下端与线缆固定装置11的下部的大径部上端相抵，缓冲弹簧12上端与弹簧底座11的下表面相抵。具体的，导引轴8由上往下贯穿弹簧底座11，导引轴8的上端套设有导引轴垫片9，防止导引轴旋转安装时划伤弹簧底座，导引轴8下端螺纹连接于旋转球1下部。并且，为了弹簧底座11上下滑动时更平稳，导引轴8对称位于缓冲弹簧12两侧。并且，缓冲弹簧12的刚度可根据实际环境中所受应力进行调整。

本发明的工作原理：

旋转球1与旋转套2之间为球面接触配合，可发生相互转动，但由于限位珠4的存在，水平面内转动被限制，防止转动过度转接电缆被扭断。在海流作用下，即使长供电缆5受力发生倾斜，上部用电模块6仍可以因自身正浮力保持较好的水中姿态。

此外，在长供电缆5绷紧受力时，电缆依次带动电缆固定装置13、弹簧底座11、缓冲弹簧12运动，在缓冲弹簧12吸收一部分能量后，长供电缆5端部应力被迅速减小。

Claims (6)

1.一种用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，包括上部用电模块、长供电缆和电缆固定装置，其特征在于：还包括转接电缆、旋转套、旋转球、弹簧底座，转接电缆、旋转套均与上部用电模块连接，旋转球容置于旋转套中并与旋转套转动配合，旋转球与旋转套之间设有限位组件以限制两者之间水平面内转动，弹簧底座通过导引轴安装在旋转球中，导引轴竖直固定在旋转球空腔中，弹簧底座与导引轴滑动连接，电缆固定装置竖直贯穿安装于弹簧底座上，并且电缆固定装置上部的小径部外套设有缓冲弹簧，缓冲弹簧下端与电缆固定装置的下部的大径部相抵，缓冲弹簧上端与弹簧底座的下表面相抵，其中，旋转球与旋转套之间为球面接触配合，限位组件包括限位珠和限位珠安 装件，限位珠通过限位珠安装件固定在旋转套上。

2.根据权利要求1所述的用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，其特征在于：弹簧底座通过导引轴安装在旋转球中心。

3.根据权利要求2所述的用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，其特征在于：导引轴由上往下贯穿弹簧底座，导引轴的上端套设有导引轴垫片，导引轴下端螺纹连接于旋转球下部。

4.根据权利要求1所述的用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，其特征在于：导引轴对称位于缓冲弹簧两侧。

5.根据权利要求1所述的用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，其特征在于：电缆固定装置通过螺纹固定在弹簧底座上，弹簧底座还通过防松固定板紧固件安装有防松固定板，防松固定板与电缆固定装置上部固定连接。

6.根据权利要求5所述的用于水下系泊设备供电缆的多自由度柔性连接机构，其特征在于：长供电缆安装于电缆固定装置内，并通过防松固定板紧固在弹簧底座上。