CN116477033A - 一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置及操作方法，包括载人潜水器，其通过安装支架固定有油缸，其一端配合安装有电动推杆，其通过缆线连接控制系统，控制系统位于载人舱内部，载人舱的内部还设置有手动液压泵，手动液压泵通过油管与油缸连通；油缸内部安装活塞，活塞从油缸的另一端伸出，并连接释放舱，释放舱的端部通过滑动释放销连接一对挂载基座，挂载基座固定在载人潜水器上，两挂载基座之间通过挂载耳板连接抛载重块；活塞包括活塞头和活塞杆，电动推杆的杆体伸入至油缸内部并与活塞头连接，杆体上套有弹簧。能够在多种工况下完成压载抛弃，实现对正常工况、主动应急工况和被动应急工况的全覆盖，保障载人潜水器和人员的安全。
Description
技术领域
本发明涉及潜水器抛载装置技术领域，尤其是一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置及操作方法。
背景技术
海洋中蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源，随着海洋工程和近海石油开发，以及军事、海洋科考领域等需要的增长，作为海洋开发重要工具的深海载人潜水器得到了快速发展，已成为人类进入海洋、探索海洋、开发海洋的核心装备之一。抛载装置是深海载人潜水器的重要组成部分，是保障载人潜水器及其人员安全的重要装置之一。根据使用场景的不同，抛载装置的使用工况可划分为正常工况和应急工况，其中，应急工况可进一步细分为主动应急工况和被动应急工况。各工况主要为：
(1)正常工况：当载人潜水器完成作业任务后，由操作人员通过操作抛载装置完成压载抛弃，使潜水器上浮至水面；
(2)主动应急工况：当载人潜水器因设备故障、供电中断、控制系统故障等原因而无法继续执行作业任务时，由操作人员决策并通过操作抛载装置完成压载抛弃，使潜水器上浮至水面；
(3)被动应急工况：当载人潜水器在最大工作深度附近执行作业任务，因水体环境参数发生骤变，导致潜水器突发掉深而迅速下落时，操作人员没有充足的时间进行决策和操作，需要由抛载装置主动完成压载抛弃，使潜水器上浮至水面。
现有技术中，如公开号CN 107253518 B提出了一种深海手动液压驱动式可弃压载装置，由载人潜水器操作人员操作手动液压泵实现压载抛弃，适用于正常工况和主动应急工况，由于不具备主动抛弃压载的功能，不适用于被动应急工况。如公开号CN 113212715 B提出一种水下主被动式双驱动抛载装置，在正常工况下，由载人潜水器操作人员通过控制电磁铁实现压载抛弃；在被动应急工况下，通过高压海水驱动水压缸实现压载主动抛弃压载，适用于正常工况和被动应急工况，当发生供电中断、控制系统故障等主动应急情况时，无法完成压载抛弃，不适用于主动应急工况。上述现有技术只能覆盖部分工况，无法实现对正常工况、主动应急工况和被动应急工况的全覆盖。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置及操作方法，从而能够在多种工况下完成压载抛弃，实现对正常工况、主动应急工况和被动应急工况的全覆盖，保障载人潜水器和人员的安全。
本发明所采用的技术方案如下：
一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置，包括载人潜水器，所述载人潜水器上通过安装支架固定有油缸，所述油缸的一端配合安装有电动推杆，所述电动推杆通过缆线连接控制系统，所述控制系统位于载人舱内部，所述载人舱的内部还设置有手动液压泵，所述手动液压泵通过油管与油缸连通；所述油缸内部安装活塞，活塞从油缸的另一端伸出，并连接释放舱，所述释放舱的端部通过滑动释放销连接一对挂载基座，所述挂载基座固定在载人潜水器上，两挂载基座之间通过挂载耳板连接抛载重块；
活塞包括活塞头和活塞杆，电动推杆的杆体伸入至油缸内部并与活塞头连接，所述杆体上套有复位弹簧。
其进一步技术方案在于：
所述油缸的结构为：包括呈圆柱体结构的油缸缸体，所述油缸缸体内部中空，在油缸缸体的一端面设置有活塞杆进出口，所述活塞杆进出口的内表面设置有密封槽，密封槽内安装一号动密封圈，活塞杆通过一号动密封圈与活塞杆进出口构成动密封配合；
活塞头的侧面设置两道凹槽，凹槽内设置二号动密封圈，活塞头通过二号动密封圈与油缸缸体的内壁构成动密封配合，并将油缸分隔为密封空间和透水空间；
在油缸缸体的另一端面设置电动推杆进出口和油缸透水孔，靠近活塞杆进出口的圆柱面上设置液压油进出口。
在活塞杆与活塞头的交界处设置凸台，凸台位于密封空间内，通过凸台形成初始密封空间，并预充液压油，以保证液压油在密封空间内的持续流动性。
所述液压油进出口连接油管。
所述活塞杆的端部固定有释放舱，所述释放舱的两端均设置有透水孔，保证释放舱的内外压力一致，释放舱的侧壁设置有滑动限位销出入口，在滑动限位销出入口的上方设置感应舱，感应舱的底部端面设置透水孔，用于感应水体环境压力；释放舱的一端还通过蓄能弹簧安装有滑动释放销。
所述滑动释放销的安装结构为：滑动释放销的一端设置有凸块，凸块侧面设置限位槽；蓄能弹簧设置在凸块和释放舱的端面之间，处于压缩蓄能状态；滑动限位销设置在感应舱内，呈T字型结构，并在滑动限位销的侧面设置槽口，槽口内设置三号动密封圈，滑动限位销通过三号动密封圈与感应舱的内壁构成动密封配合，滑动限位销与滑动释放销上的限位槽构成限位配合；感应弹簧设置在滑动限位销与感应舱构成的密闭空间内，感应弹簧的劲度系数与载人潜水器的最大工作环境压力相匹配。
所述挂载耳板和挂载基座上均开有与滑动释放销匹配的通孔。
一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置的操作方法，包括如下工况：
正常工况：
当载人潜水器完成水下作业任务后，操作人员通过控制系统控制电动推杆回缩，电动推杆带动活塞发生移动，进而带动滑动释放销从压载重块的挂载耳板上的通孔中移出，压载重块在重力作用下脱落，完成压载重块抛弃；
主动应急工况：
当载人潜水器因非供电故障而无法继续执行作业任务时，采用与上述正常工况中相同的操作步骤，完成压载重块的抛弃；
当载人潜水器因供电故障而无法继续执行作业任务时，操作人员操作手动液压泵将泵体中的液压油通过油管压入油缸的密封空间内，通过液压能推动活塞发生移动，最终带动滑动释放销从压载重块的挂载耳板上的通孔中移出，压载重块在重力作用下脱落，完成压载重块1的抛弃；
被动应急工况：
当载人潜水器在最大工作深度附近执行作业任务，因水体环境参数发生骤变，导致潜水器突发掉深而迅速下落时，水体环境压力达到设定的安全值，滑动限位销在水体环境压力和感应弹簧的共同作用下沿感应舱的轴线向感应弹簧的一侧移动，滑动限位销从滑动释放销的限位槽中移出，滑动释放销在蓄能弹簧的作用下瞬间从压载重块的挂载耳板上的通孔中移出，压载重块在重力作用下脱落，完成压载重块的抛弃。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过活塞机构、电推驱动机构、液压驱动机构、环境压力感应释放机构和压载重块等部件之间的互相配合工作，能够在多种工况下完成压载抛弃，实现对正常工况、主动应急工况和被动应急工况的全覆盖，保障载人潜水器和人员的安全。
同时，本发明还具备如下优点：
1)本发明装置能够在正常工况、主动应急工况和被动应急工况下完成压载抛弃，保证载人潜水器具有足够的正浮力上浮至水面，实现了对载人潜水器作业工况的全覆盖，大幅提升了载人潜水器和人员的安全性；
2)本发明装置将电能、手动液压能和环境液压能相结合，三种供能方式均可独立完成压载的抛弃，可靠性更高；
3)本发明装置采用基于蓄能原理的环境压力感应释放机构，无需额外供能，通过感应外界环境压力，依靠预存储的能量，实现压载的主动、瞬时释放，响应速度更快；
4)本发明装置既可在供电正常的情况下完成载荷抛弃，也可在供电异常或中断的情况下完成载荷抛弃，
5)本发明装置采用一体化设计，集成度高，便于载人潜水器的模块化和轻量化；
6)本发明装置自成模块，通用性强，适用于不同作业深度和作业任务的载人潜水器，适用范围广；
7)本发明装置仅释放压载重块，成本消耗低，有利于提升载人潜水器的运行经济性。
附图说明
图1为本发明所述抛载装置的整体示意图。
图2为本发明所述抛载装置的爆炸视图。
图3为本发明所述抛载装置的内部结构示意图。
图4为图2中活塞、释放舱和感应舱的剖视图。
图5为图2中油缸缸体的剖视图。
其中：1、抛载重块；2、挂载基座；3、活塞；4、油缸；5、电动推杆；6、油管；7、载人舱；8、手动液压泵；9、缆线；10、控制系统；11、滑动释放销；12、蓄能弹簧；13、释放舱；14、一号动密封圈；15、二号动密封圈；16、复位弹簧；17、感应舱；18、感应弹簧；19、滑动限位销；20、三号动密封圈；21、液压油；
301、活塞头；302、活塞杆；303、滑动腔；
401、油缸缸体；402、活塞杆进出口；403、液压油进出口；404、油缸透水孔；405、电动推杆进出口。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图5所示，本实施例的适用于多工况的潜水器应急抛载装置，包括载人潜水器，载人潜水器上通过安装支架固定有油缸4，油缸4的一端配合安装有电动推杆5，电动推杆5通过缆线9连接控制系统10，控制系统10位于载人舱7内部，载人舱7的内部还设置有手动液压泵8，手动液压泵8通过油管6与油缸4连通；油缸4内部安装活塞3，活塞3从油缸4的另一端伸出，并连接释放舱13，释放舱13的端部通过滑动释放销11连接一对挂载基座2，挂载基座2固定在载人潜水器上，两挂载基座2之间通过挂载耳板连接抛载重块1。
活塞3包括活塞头301和活塞杆302，电动推杆5的杆体伸入至油缸4内部并与活塞头301连接，杆体上套有复位弹簧16。
油缸4的结构为：包括呈圆柱体结构的油缸缸体401，油缸缸体401内部中空，在油缸缸体401的一端面设置有活塞杆进出口402，活塞杆进出口402的内表面设置有密封槽，密封槽内安装一号动密封圈14，活塞杆302通过一号动密封圈14与活塞杆进出口402构成动密封配合。
活塞头301的侧面设置两道凹槽，凹槽内设置二号动密封圈15，活塞头301通过二号动密封圈15与油缸缸体401的内壁构成动密封配合，并将油缸4分隔为密封空间和透水空间。
在油缸缸体401的另一端面设置电动推杆进出口405和油缸透水孔404，靠近活塞杆进出口402的圆柱面上设置液压油进出口403。
在活塞杆302与活塞头301的交界处设置凸台，凸台位于密封空间内，通过凸台形成初始密封空间，并预充液压油21，以保证液压油21在密封空间内的持续流动性。
液压油进出口403连接油管6。
活塞杆302的端部固定有释放舱13，释放舱13的两端均设置有透水孔，保证释放舱13的内外压力一致，释放舱13的侧壁设置有滑动限位销出入口，在滑动限位销出入口的上方设置感应舱17，感应舱17的底部端面设置透水孔，用于感应水体环境压力；释放舱13的一端还通过蓄能弹簧12安装有滑动释放销11。
滑动释放销11的安装结构为：滑动释放销11的一端设置有凸块，凸块侧面设置限位槽；蓄能弹簧12设置在凸块和释放舱13的端面之间，处于压缩蓄能状态；滑动限位销19设置在感应舱17内，呈T字型结构，并在滑动限位销19的侧面设置槽口，槽口内设置三号动密封圈20，滑动限位销19通过三号动密封圈20与感应舱17的内壁构成动密封配合，滑动限位销19与滑动释放销11上的限位槽构成限位配合；感应弹簧18设置在滑动限位销19与感应舱17构成的密闭空间内，感应弹簧18的劲度系数与载人潜水器的最大工作环境压力相匹配。
挂载耳板和挂载基座2上均开有与滑动释放销11匹配的通孔。
本发明所述的一种适用于多工况的一体化抛载装置的具体结构和功能如下：
主要包括活塞机构、电推驱动机构、液压驱动机构、环境压力感应释放机构和抛载重块1。
其中，活塞机构包括油缸4和活塞3，油缸4通过安装支架(图中未画出)与载人潜水器(图中未画出)固定连接。油缸缸体401为圆柱体，一端端面设置活塞杆进出口402，另一端端面设置电动推杆进出口405和油缸透水孔404，在靠近活塞杆进出口402的圆柱面上设置液压油进出口403，在活塞杆进出口402的内表面设置密封槽，密封槽内设置一号动密封圈14；在油缸4的内部设置活塞3，活塞3包括活塞头301和活塞杆302，活塞杆302通过一号动密封圈14与活塞杆进出口402构成动密封配合；在活塞头301的侧面设置两道凹槽，凹槽内设置二号动密封圈15，活塞头301通过二号动密封圈15与油缸缸体401的内壁构成动密封配合，并将油缸4分隔为密封空间和透水空间；在活塞杆302与活塞头301的交界处设置凸台，凸台位于密封空间内，通过凸台形成初始密封空间，并预充液压油21，以保证液压油21在密封空间内的持续流动性；在活塞杆302靠近活塞头301的一侧设置滑动腔303。
电推驱动机构包括电动推杆5和复位弹簧16，其中，电动推杆5通过缆线9与载人舱7内的控制系统10连接。电动推杆5固定在油缸4的一端端面上，电动推杆5的杆体通过电动推杆进出口405进入油缸缸体401内，并进一步进入滑动腔303内，电动推杆5的杆体端部设置凸起，该凸起与滑动腔303构成滑动配合，滑动腔303腔口外部的环形凸台与电动推杆5的杆体端部凸起构成拉动配合；复位弹簧16设置在油缸4的透水空间里，与电动推杆5和活塞3构成复位配合。
液压驱动机构包括手动液压泵8和液压油21。手动液压泵8设置在载人舱7内，通过油管6与油缸4的液压油进出口403连接；液压油21充满在油缸4的密封空间内，通过手动液压泵8调节液压油21的油量，将液压能传递至活塞3上。
环境压力感应释放机构包括释放舱13、感应舱17、滑动释放销11、滑动限位销19、蓄能弹簧12和感应弹簧18，其中，释放舱13设置在活塞杆302的端部，两端端部设置透水孔，保证释放舱13内外压力的一致，释放舱13的侧面设置滑动限位销出入口；在滑动限位销出入口的上方设置感应舱17，感应舱17的底部端面设置透水孔，用于感应水体环境压力；滑动释放销11设置在释放舱13内，其一端设置凸块，凸块侧面设置限位槽；蓄能弹簧12设置在凸块和释放舱13的端面之间，处于压缩蓄能状态；滑动限位销19设置在感应舱17内，呈T字型结构，并在其侧面设置槽口，槽口内设置三号动密封圈20，滑动限位销19通过三号动密封圈20与感应舱17的内壁构成动密封配合，滑动限位销19与滑动释放销11上的限位槽构成限位配合；感应弹簧18设置在滑动限位销19与感应舱17构成的密闭空间内，感应弹簧18的劲度系数与载人潜水器的最大工作环境压力相匹配。
抛载重块1上设置挂载耳板，通过滑动释放销11与载人潜水器上的挂载基座2连接。
利用本发明的一种适用于多工况的一体化抛载装置的操作方法主要包括如下几个方面：
(一)正常工况：
当载人潜水器完成水下作业任务后，操作人员通过控制系统10控制电动推杆5回缩，电动推杆5通过杆体端部与滑动腔303腔口的环形凸台构成的拉动配合，带动活塞3移动，进而带动环境压力感应释放机构移动，最终带动滑动释放销11从抛载重块1的挂载耳板上的通孔中移出，抛载重块1在重力作用下脱落，完成压载重块抛弃；
(二)主动应急工况：
当载人潜水器因非供电故障而无法继续执行作业任务时，采用与(一)正常工况中相同的操作步骤，完成抛载重块1的抛弃；当载人潜水器因供电故障而无法继续执行作业任务时，操作人员操作手动液压泵8将泵体中的液压油21通过油管6压入油缸4的密闭空间内，通过液压能推动活塞3带动环境压力感应释放机构移动，最终带动滑动释放销11从抛载重块1的挂载耳板上的通孔中移出，抛载重块1在重力作用下脱落，完成抛载重块1的抛弃；
(三)被动应急工况：
当载人潜水器在最大工作深度附近执行作业任务，因水体环境参数发生骤变，导致潜水器突发掉深而迅速下落时，水体环境压力达到设定的安全值，环境压力感应释放机构中的滑动限位销19在水体环境压力和感应弹簧18的共同作用下沿感应舱17的轴线向感应弹簧18的一侧移动，滑动限位销19从滑动释放销11的限位槽中移出，滑动释放销11在蓄能弹簧12的作用下瞬间从抛载重块1的挂载耳板上的通孔中移出，抛载重块1在重力作用下脱落，完成抛载重块1的抛弃。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (8)
1.一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置，包括载人潜水器，其特征在于：所述载人潜水器上通过安装支架固定有油缸(4)，所述油缸(4)的一端配合安装有电动推杆(5)，所述电动推杆(5)通过缆线(9)连接控制系统(10)，所述控制系统(10)位于载人舱(7)内部，所述载人舱(7)的内部还设置有手动液压泵(8)，所述手动液压泵(8)通过油管(6)与油缸(4)连通；所述油缸(4)内部安装活塞(3)，活塞(3)从油缸(4)的另一端伸出，并连接释放舱(13)，所述释放舱(13)的端部通过滑动释放销(11)连接一对挂载基座(2)，所述挂载基座(2)固定在载人潜水器上，两挂载基座(2)之间通过挂载耳板连接抛载重块(1)；
活塞(3)包括活塞头(301)和活塞杆(302)，电动推杆(5)的杆体伸入至油缸(4)内部并与活塞头(301)连接，所述杆体上套有复位弹簧(16)。
2.如权利要求1所述的一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置，其特征在于：所述油缸(4)的结构为：包括呈圆柱体结构的油缸缸体(401)，所述油缸缸体(401)内部中空，在油缸缸体(401)的一端面设置有活塞杆进出口(402)，所述活塞杆进出口(402)的内表面设置有密封槽，密封槽内安装一号动密封圈(14)，活塞杆(302)通过一号动密封圈(14)与活塞杆进出口(402)构成动密封配合；
活塞头(301)的侧面设置两道凹槽，凹槽内设置二号动密封圈(15)，活塞头(301)通过二号动密封圈(15)与油缸缸体(401)的内壁构成动密封配合，并将油缸(4)分隔为密封空间和透水空间；
在油缸缸体(401)的另一端面设置电动推杆进出口(405)和油缸透水孔(404)，靠近活塞杆进出口(402)的圆柱面上设置液压油进出口(403)。
3.如权利要求2所述的一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置，其特征在于：在活塞杆(302)与活塞头(301)的交界处设置凸台，凸台位于密封空间内，通过凸台形成初始密封空间，并预充液压油(21)，以保证液压油(21)在密封空间内的持续流动性。
4.如权利要求3所述的一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置，其特征在于：所述液压油进出口(403)连接油管(6)。
5.如权利要求4所述的一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置，其特征在于：所述活塞杆(302)的端部固定有释放舱(13)，所述释放舱(13)的两端均设置有透水孔，保证释放舱(13)的内外压力一致，释放舱(13)的侧壁设置有滑动限位销出入口，在滑动限位销出入口的上方设置感应舱(17)，感应舱(17)的底部端面设置透水孔，用于感应水体环境压力；释放舱(13)的一端还通过蓄能弹簧(12)安装有滑动释放销(11)。
6.如权利要求5所述的一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置，其特征在于：所述滑动释放销(11)的安装结构为：滑动释放销(11)的一端设置有凸块，凸块侧面设置限位槽；蓄能弹簧(12)设置在凸块和释放舱(13)的端面之间，处于压缩蓄能状态；滑动限位销(19)设置在感应舱(17)内，呈T字型结构，并在滑动限位销(19)的侧面设置槽口，槽口内设置三号动密封圈(20)，滑动限位销(19)通过三号动密封圈(20)与感应舱(17)的内壁构成动密封配合，滑动限位销(19)与滑动释放销(11)上的限位槽构成限位配合；感应弹簧(18)设置在滑动限位销(19)与感应舱(17)构成的密闭空间内，感应弹簧(18)的劲度系数与载人潜水器的最大工作环境压力相匹配。
7.如权利要求1所述的一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置，其特征在于：所述挂载耳板和挂载基座(2)上均开有与滑动释放销(11)匹配的通孔。
8.如权利要求6所述的一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置的操作方法，其特征在于：包括如下工况：
正常工况：
当载人潜水器完成水下作业任务后，操作人员通过控制系统(10)控制电动推杆(5)回缩，电动推杆(5)带动活塞(3)发生移动，进而带动滑动释放销(11)从压载重块(1)的挂载耳板上的通孔中移出，压载重块(1)在重力作用下脱落，完成压载重块抛弃；
主动应急工况：
当载人潜水器因非供电故障而无法继续执行作业任务时，采用与上述正常工况中相同的操作步骤，完成压载重块(1)的抛弃；
当载人潜水器因供电故障而无法继续执行作业任务时，操作人员操作手动液压泵(8)将泵体中的液压油(21)通过油管(6)压入油缸(4)的密封空间内，通过液压能推动活塞(3)发生移动，最终带动滑动释放销(11)从压载重块(1)的挂载耳板上的通孔中移出，压载重块(1)在重力作用下脱落，完成压载重块1的抛弃；
被动应急工况：
当载人潜水器在最大工作深度附近执行作业任务，因水体环境参数发生骤变，导致潜水器突发掉深而迅速下落时，水体环境压力达到设定的安全值，滑动限位销(19)在水体环境压力和感应弹簧(18)的共同作用下沿感应舱(17)的轴线向感应弹簧(18)的一侧移动，滑动限位销(19)从滑动释放销(11)的限位槽中移出，滑动释放销(11)在蓄能弹簧(12)的作用下瞬间从压载重块(1)的挂载耳板上的通孔中移出，压载重块(1)在重力作用下脱落，完成压载重块(1)的抛弃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310679901.7A CN116477033A (zh) | 2023-06-08 | 2023-06-08 | 一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置及操作方法 |
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|---|---|---|---|
| CN202310679901.7A CN116477033A (zh) | 2023-06-08 | 2023-06-08 | 一种适用于多工况的潜水器应急抛载装置及操作方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117141693A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-12-01 | 中国船舶集团有限公司第七一九研究所 | 一种抛载装置、装配方法及水下机器人 |
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2023
- 2023-06-08 CN CN202310679901.7A patent/CN116477033A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN117141693A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-12-01 | 中国船舶集团有限公司第七一九研究所 | 一种抛载装置、装配方法及水下机器人 |
| CN117141693B (zh) * | 2023-09-12 | 2024-03-08 | 中国船舶集团有限公司第七一九研究所 | 一种抛载装置、装配方法及水下机器人 |
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