机械式超深抛载装置的设计

2014-07-01唐娟

机械工程师 2014年4期

关键词：压杆钢球水压

唐娟

（中国船舶重工集团公司第七一O研究所，湖北宜昌443003）

机械式超深抛载装置的设计

唐娟

（中国船舶重工集团公司第七一O研究所，湖北宜昌443003）

介绍了机械式超深抛载装置的工作原理及用途，根据功能需求设计了一种可用于超深保护的纯机械式超深抛载装置，该型机械式超深抛载装置由水压触发，当水下机器人所处的深度超过其工作深度时自动释放压载，从而达到超深保护的功能要求。

超深；压力片；释放；弹簧；压载

0 引言

海洋世界蕴藏着丰富的资源，近几十年来，人类对海洋的探索工作在不断地深入。深海能源开采、海底科学研究、海洋救助与打捞等深海作业的迅速发展，必然对水下机器人提出了更高的需求。为了探索和开发海洋，各国都大力进行深海探测器技术的开发［1］。

如何保证水下机器人作业时的安全可靠，是圆满完成各项海底作业的基本保障。水下机器人由于工作环境的未知性，在作业过程中很容易超出其工作水深范围。超深抛载装置的主要功能是在超过设定工作水深时自动释放压载与本体脱离，使水下机器人获得正浮力上浮，从而起到超深保护的作用。超深抛载装置要独立于潜航体，以确保在工作时不因系统设备故障等因素影响而失效。

1 结构组成与工作原理

压载与壳体的脱离是水下机器人获得正浮力最重要的手段之一，抛载装置释放压载功能的实现主要采用电触发、液压驱动以及爆炸螺栓几种方式。其中电触发抛载方式需要配备电源供应，能耗高。液压驱动需要配备一套液压工作系统，结构复杂，成本高。而爆炸螺栓是火工品，安全性低，对安装、使用要求高。抛载装置是保证水下机器人获得正浮力的重要机构，对其工作可靠性要求高。以上几种抛载方式都需要相应的电气控制，不能很好地保证电子元件可靠性。抛载装置的动作失败将会导致水下机器人无法上浮，而其误动作将会导致不应有的上浮动作。

图1 超深抛载装置结构组成

机械式超深抛载装置则具有结构简单、安全性好、工作可靠等显著优点。整个装置由水压缸、压力片、弹簧、释放轴、压杆及安装架等组成，结构如图1所示。而抛载越重，平时需要的约束力也越大，抛载时释放它们需要的能量也越大。为了解决这个矛盾，除了考虑在能量上如何“蓄能”，关键问题在机构上如何设计一只体积小、重量轻、所需释放力小可靠性又高的“钩子”［1］。

本装置中设计的“钩子”由释放轴、安装架及钢球组成。当装有压载时，释放轴顶着钢球的外半侧，迫使钢球紧靠释放轴外侧。而钢球受释放轴的限位，卡住制动。工作时，水的静压和弹簧的预紧力作用在释放轴的下端，释放轴的上端则由压杆及压力片顶住。当达到设定工作水深时，压力片在释放轴与压杆的剪切力作用下被破坏，释放轴往上回缩。运动行程达到一定值时，钢球解锁，压载在自身重量作用下脱落，达到释放压载的目的。安装时，首先将钢球、压载依次装配到位，往下轻推释放轴，利用其端部的锥度，就很容易把钢球推向外侧，压载即被锁住。通过设计不同的弹簧和压力片，可以实现动作水深的设定。