CN115076272B - 一种基于涡卷弹簧的水下缓冲装置 - Google Patents

一种基于涡卷弹簧的水下缓冲装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于涡卷弹簧的水下缓冲装置，属于水下机器人技术领域，该装置包括缆绳收放机构、磁耦合传动机构、缓冲核心机构、电磁转换机构和电机。该装置通过两个电磁离合器切换主轴的连接对象，当正常收放缆绳时，电磁离合器控制主轴与电机连接，驱动装置外部的缆绳收放机构工作；当需要进行缓冲工作时，电磁离合器控制主轴与缓冲核心机构连接，AUV的冲击能量经缆绳收放机构、主轴、缓冲核心机构传递给涡卷弹簧，转化为弹簧的弹性势能吸收；当缓冲过程结束后，电磁离合器控制主轴与缓冲核心机构断开，涡卷弹簧空转释放弹性势能。该装置应用于回转型缓冲过程，具有结构简单、整体尺寸小、可靠性较高等优点。

Description

一种基于涡卷弹簧的水下缓冲装置
技术领域
本发明涉及一种基于涡卷弹簧的水下缓冲装置，属于水下机器人技术领域，特别是涉及一种为基于捕获缆绳的AUV水下回收装置，在AUV捕获缆绳过程中提供缓冲作用的水下缓冲装置。
背景技术
现有专利中，如申请号为201220040356.4，名称为“海洋结构物水下竖向对接缓冲缓降装置”的专利文件，在缓冲缸筒底部填装高弹性固体材料或气囊，外部冲击作用在活塞杆对接头上，冲击能量由缸筒内材料吸收，释放弹性形变复位活塞杆，该装置结构简单，但在缓冲过程中需要移动活塞杆，如果缓冲距离较长则装置的轴向尺寸将增加。
如申请号为202122141708.7，名称为“一种液压缓冲装置”的专利文件，采用液压缸的基本结构，外部冲击作用在活塞杆接头上，通过内套筒的节流孔对液压油产生阻尼来消耗冲击能量，利用装置内部的回流通道与弹簧实现活塞杆复位，该装置能量密度大，但在缓冲过程中如果发生泄露问题，会造成缓冲失效。
如申请号为202011410451.4，名称为“卷缆缓冲装置”的专利文件，在液压油路中布置缓冲阀与蓄能器，当液压马达启动时，液压泵内的部分液压油通入缓冲阀和蓄能器内，降低液压马达启动时的加速度，该装置针对回转型缓冲过程进行创新研究，但整套装置需要布置一套复杂的液压油路，缓冲阀在长时间工作后可能出现堵塞问题。
所提及的前两项专利均针对直线型缓冲过程，而基于捕获缆绳的AUV水下回收装置在收放缆绳时需要做回转运动，所提及的最后一项专利虽然针对回转型缓冲过程，但装置过于复杂，难以可靠地应用于AUV水下回收，因此，本发明专利设计一种应用于回转型缓冲过程、结构简单、整体尺寸小、可靠性较高的水下缓冲装置。
发明内容
本发明的目的是为基于捕获缆绳的AUV水下回收装置提供一种响应迅速、通用性强、适合缆绳收放过程的水下缓冲装置。
本发明的目的是这样实现的：包括箱体、缆绳收放机构、磁耦合传动机构、缓冲核心机构、电磁转换机构、电机6，箱体部分水平布置，缆绳收放机构和磁耦合传动机构安装在箱体外部，缓冲核心机构、电磁转换机构和电机6安装在箱体内部。
进一步地，所述的箱体部分，主要由前端法兰1-2、前段箱体1-3、中段法兰1-4、中段箱体1-5、后段箱体1-6、后端法兰1-7、前端支撑架1-1、后端支撑架1-8和底板1-9等组成，前端法兰1-2、前段箱体1-3、中段法兰1-4、中段箱体1-5、后段箱体1-6、后端法兰1-7依次通过螺栓螺母连接成一个整体，上述连接后的箱体部件前后分别安装于前端支撑架1-1和后端支撑架1-8，前端支撑架1-1和后端支撑架1-8分别通过螺栓固定在底板1-9上。
进一步地，所述的缆绳收放机构，主要由绕线盘2-1和连接法兰2-2等组成，绕线盘2-1和连接法兰2-2同轴安装，通过螺栓固定。连接法兰2-2通过螺栓与外转子3-2连接。
进一步地，所述的磁耦合传动机构，主要由内转子3-4、隔离套3-3、外转子3-2、外转子挡圈3-1等组成，内转子3-4通过平键、轴端挡圈安装在主轴3-5端部，隔离套3-3通过螺栓安装在前端法兰1-2外部，外转子3-2通过滑动轴承安装在前端法兰1-2凸缘内，通过外转子挡圈3-1限位。
进一步地，所述的缓冲核心机构，主要由涡卷弹簧盒4-1、轴套4-2等组成，轴套4-2通过滑动轴承空套在主轴3-5上，两端分别被前端法兰1-2和主轴3-5轴肩定位，涡卷弹簧盒4-1通过滑动轴承空套在轴套4-2上，两端分别被弹性挡圈和轴套4-2轴肩定位，涡卷弹簧盒4-1盒盖加工两个盲孔，使用销轴将涡卷弹簧盒4-1限位，销轴右侧插入涡卷弹簧盒4-1盒盖的孔中，左侧插入前端法兰1-2内侧孔中。
进一步地，所述的电磁转换机构，主要由主轴3-5、电磁离合器A5-1、电磁离合器B5-2等组成，主轴3-5左侧通过滑动轴承安装在前端法兰1-2内孔，右侧通过滚动轴承安装在中段法兰1-4内孔，电磁离合器A5-1、电磁离合器B5-2分别通过螺栓螺母安装在中段法兰1-4两侧，电磁离合器A5-1大端通过平键与主轴3-5连接，电磁离合器A5-1小端通过紧定螺钉与轴套4-2连接，电磁离合器B5-2大端通过平键与主轴3-5连接，电磁离合器B5-2小端通过滑动轴承空套在主轴3-5端部，并通过联轴器与电机6连接，电机6通过螺栓固定在中段箱体1-5内部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过旋紧涡卷弹簧吸收缓冲能量，将缓冲方式转化为回转型，比直线型缓冲方式节省安装空间。本发明通过磁耦合传动方式将缆绳造成的回转运动传递到装置内部，保证了缓冲核心元件的可靠密封。本发明通过空套在主轴3-5上的轴套4-2向涡卷弹簧传递运动，避免布置多根传动轴，减小了装置的体积。本发明通过两个电磁离合器控制不同工作状态的快速切换，保证了装置的可靠运行。本发明在缓冲过程结束后由电磁离合器控制主轴3-5立刻与缓冲核心机构断开，涡卷弹簧空转释放弹性势能，避免了缓冲结束后装置对外部产生回弹。
附图说明
图1为本发明专利的结构简图。
图2为本发明专利的剖视图。
图中：前端支撑架1-1、前端法兰1-2、前段箱体1-3、中段法兰1-4、中段箱体1-5、后段箱体1-6、后端法兰1-7、后端支撑架1-8、底板1-9、绕线盘2-1、连接法兰2-2、外转子挡圈3-1、外转子3-2、隔离套3-3、内转子3-4、涡卷弹簧盒4-1、轴套4-2、电磁离合器A5-1、电磁离合器B5-2、主轴5-3、电机6。
具体实施方式
下面从装置总体技术方案、箱体部分技术方案、缆绳收放机构技术方案、磁耦合传动机构技术方案、缓冲核心机构技术方案、电磁转换机构技术方案及专利目的实现过程分别阐述实现本专利目的的技术方案。
1、装置总体技术方案
本发明专利主要包括箱体、缆绳收放机构、磁耦合传动机构、缓冲核心机构、电磁转换机构、电机6等，箱体部分水平布置，缆绳收放机构和磁耦合传动机构安装在箱体外部，缓冲核心机构、电磁转换机构和电机6安装在箱体内部。
2、箱体部分技术方案
箱体部分主要由前端法兰1-2、前段箱体1-3、中段法兰1-4、中段箱体1-5、后段箱体1-6、后端法兰1-7、前端支撑架1-1、后端支撑架1-8和底板1-9等组成。具体结构如图2所示，前端法兰1-2和前段箱体1-3通过螺栓螺母连接，前段箱体1-3、中段法兰1-4和中段箱体1-5通过螺栓螺母连接，中段箱体1-5和后段箱体1-6通过螺栓螺母连接，后段箱体1-6和后端法兰1-7通过螺栓螺母连接，上述连接后的箱体部件前后分别安装于前端支撑架1-1和后端支撑架1-8，前端支撑架1-1和前端法兰1-2通过紧定螺钉连接，后端支撑架1-8和后端法兰1-7通过紧定螺钉连接，前端支撑架1-1和后端支撑架1-8分别通过螺栓与底板1-9连接。
该部分作用及技术效果：该部分为本发明专利的主要支撑体，用于安装其他机构，保持箱体内部密封，为各机构确定相对位置关系和提供支撑。
3、缆绳收放机构技术方案
缆绳收放机构主要由绕线盘2-1和连接法兰2-2等组成。具体结构如图2所示，绕线盘2-1和连接法兰2-2同轴安装，通过螺栓固定。连接法兰2-2通过螺栓与外转子3-2连接。
该部分作用及技术效果：该部分直接对缆绳进行收放，缆绳缠绕在绕线盘2-1上。
4、磁耦合传动机构技术方案
磁耦合传动机构主要由内转子3-4、隔离套3-3、外转子3-2、外转子挡圈3-1等组成。具体结构如图2所示，内转子3-4通过平键、轴端挡圈安装在主轴3-5端部，隔离套3-3通过螺栓安装在前端法兰1-2外部，外转子3-2通过滑动轴承安装在前端法兰1-2凸缘内，通过外转子挡圈3-1限位。
该部分作用及技术效果：该部分负责传递箱体内外的回转运动，通过内转子3-4和外转子3-2的磁耦合作用传递力矩，实现无接触传动，隔离套保证箱体内部可靠密封。
5、缓冲核心机构技术方案
缓冲核心机构主要由涡卷弹簧盒4-1、轴套4-2等组成。具体结构如图2所示，轴套4-2通过滑动轴承空套在主轴3-5上，两端分别被前端法兰1-2和主轴3-5轴肩定位，涡卷弹簧盒4-1通过滑动轴承空套在轴套4-2上，两端分别被弹性挡圈和轴套4-2轴肩定位，涡卷弹簧盒4-1盒盖加工两个盲孔，使用销轴将涡卷弹簧盒4-1限位，销轴右侧插入涡卷弹簧盒4-1盒盖的孔中，左侧插入前端法兰1-2内侧孔中。
该部分作用及技术效果：该部分用于安装涡卷弹簧，负责吸收缓冲过程的冲击能量。
6、电磁转换机构技术方案
电磁转换机构主要由主轴3-5、电磁离合器A5-1、电磁离合器B5-2等组成。具体结构如图2所示，主轴3-5左侧通过滑动轴承安装在前端法兰1-2内孔，右侧通过滚动轴承安装在中段法兰1-4内孔，电磁离合器A5-1、电磁离合器B5-2分别通过螺栓螺母安装在中段法兰1-4两侧，电磁离合器A5-1大端通过平键与主轴3-5连接，电磁离合器A5-1小端通过紧定螺钉与轴套4-2连接，电磁离合器B5-2大端通过平键与主轴3-5连接，电磁离合器B5-2小端通过滑动轴承空套在主轴3-5端部，并通过联轴器与电机6连接，电机6通过螺栓固定在中段箱体1-5内部。
7、专利目的实现过程
本发明专利通过电磁离合器A5-1和电磁离合器B5-2切换主轴3-5的连接对象，当释放缆绳时，电磁离合器A5-1控制主轴3-5与电机6连接，驱动装置外部的缆绳收放机构工作；当AUV准备捕获缆绳、即将进行缓冲时，电磁离合器B5-2控制主轴3-5与缓冲核心机构连接，AUV的冲击能量经缆绳收放机构、主轴3-5、缓冲核心机构传递给涡卷弹簧盒4-1内的涡卷弹簧，转化为弹簧的弹性势能吸收；当缓冲过程结束后，电磁离合器B5-2控制主轴3-5与缓冲核心机构断开，涡卷弹簧带动轴套4-2空转释放弹性势能。
工作过程如下：
1.释放缆绳
电磁离合器B5-2通电，将电机6与主轴3-5连接，电机6驱动主轴3-5旋转，通过磁耦合传动机构、缆绳收放机构将缆绳释放。
2.待命状态
电磁离合器B5-2断电，将电机6与主轴3-5断开；电磁离合器A5-1通电，将涡卷弹簧盒4-1、轴套4-2接入主轴3-5。
3.AUV捕获缆绳
AUV与缆绳完成对接后因惯性继续向前航行，带动缆绳收放机构旋转；缆绳收放机构通过磁耦合传动机构，将旋转运动传递给箱体内的主轴3-5；主轴3-5带动轴套4-2旋转，将涡卷弹簧盒4-1内的弹簧旋紧，能量不断转化为弹性势能，直至AUV停止前进。
4.缓冲过程结束
电磁离合器A5-1断电，将缓冲核心机构与主轴3-5断开，涡卷弹簧与轴套4-2空转释放弹性势能；电磁离合器B5-2通电，将电机6接入主轴3-5，为下一步回收缆绳做准备。
综上，本发明专利提供一种基于涡卷弹簧的水下缓冲装置，属于水下机器人技术领域，特别是涉及一种为基于捕获缆绳的AUV水下回收装置，在AUV捕获缆绳过程中提供缓冲作用的水下缓冲装置。该装置包括缆绳收放机构、磁耦合传动机构、缓冲核心机构、电磁转换机构和电机。该装置通过两个电磁离合器切换主轴的连接对象，当正常收放缆绳时，电磁离合器控制主轴与电机连接，驱动装置外部的缆绳收放机构工作；当需要进行缓冲工作时，电磁离合器控制主轴与缓冲核心机构连接，AUV的冲击能量经缆绳收放机构、主轴、缓冲核心机构传递给涡卷弹簧，转化为弹簧的弹性势能吸收；当缓冲过程结束后，电磁离合器控制主轴与缓冲核心机构断开，涡卷弹簧空转释放弹性势能。该装置应用于回转型缓冲过程，具有结构简单、整体尺寸小、可靠性较高等优点。

Claims (3)

1.一种基于涡卷弹簧的水下缓冲装置，其特征在于：包括箱体、缆绳收放机构、磁耦合传动机构、缓冲核心机构、电磁转换机构、电机，箱体水平布置，缆绳收放机构和磁耦合传动机构安装在箱体外部，缓冲核心机构、电磁转换机构和电机安装在箱体内部；箱体包括前端法兰(1-2)、前段箱体(1-3)、中段法兰(1-4)、中段箱体(1-5)、后段箱体(1-6)、后端法兰(1-7)、前端支撑架(1-1)、后端支撑架(1-8)和底板(1-9)，前端法兰(1-2)、前段箱体(1-3)、中段法兰(1-4)、中段箱体(1-5)、后段箱体(1-6)、后端法兰(1-7)依次通过螺栓螺母连接成一个整体，上述连接后的箱体部件前后分别安装于前端支撑架(1-1)和后端支撑架(1-8)，前端支撑架(1-1)和后端支撑架(1-8)分别通过螺栓固定在底板(1-9)上；所述电磁转换机构包括主轴(3-5)、电磁离合器A(5-1)、电磁离合器B(5-2)，主轴(3-5)左侧通过滑动轴承安装在前端法兰(1-2)内孔，右侧通过滚动轴承安装在中段法兰(1-4)内孔，电磁离合器A(5-1)、电磁离合器B(5-2)分别通过螺栓螺母安装在中段法兰(1-4)两侧，电磁离合器A(5-1)大端通过平键与主轴(3-5)连接，电磁离合器A(5-1)小端通过紧定螺钉与轴套(4-2)连接，电磁离合器B(5-2)大端通过平键与主轴(3-5)连接，电磁离合器B(5-2)小端通过滑动轴承空套在主轴(3-5)端部，并通过联轴器与电机(6)连接，电机(6)通过螺栓固定在中段箱体(1-5)内部；所述缓冲核心机构包括涡卷弹簧盒(4-1)、轴套(4-2)，轴套(4-2)通过滑动轴承空套在主轴(3-5)上，两端分别被前端法兰(1-2)和主轴(3-5)轴肩定位，涡卷弹簧盒(4-1)通过滑动轴承空套在轴套(4-2)上，两端分别被弹性挡圈和轴套(4-2)轴肩定位，涡卷弹簧盒(4-1)盒盖加工两个盲孔，使用销轴将涡卷弹簧盒(4-1)限位，销轴右侧插入涡卷弹簧盒(4-1)盒盖的孔中，左侧插入前端法兰(1-2)内侧孔中。
2.根据权利要求1所述的一种基于涡卷弹簧的水下缓冲装置，其特征在于：所述磁耦合传动机构包括内转子(3-4)、隔离套(3-3)、外转子(3-2)、外转子挡圈(3-1)，内转子(3-4)通过平键、轴端挡圈安装在主轴(3-5)端部，隔离套(3-3)通过螺栓安装在前端法兰(1-2)外部，外转子(3-2)通过滑动轴承安装在前端法兰(1-2)凸缘内，通过外转子挡圈(3-1)限位。
3.根据权利要求2所述的一种基于涡卷弹簧的水下缓冲装置，其特征在于：所述缆绳收放机构包括绕线盘(2-1)和连接法兰(2-2)，绕线盘(2-1)和连接法兰(2-2)同轴安装，通过螺栓固定，连接法兰(2-2)通过螺栓与外转子(3-2)连接。
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