專利名稱：?jiǎn)吻驓?duì)接裙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種單球殼對(duì)接裙，屬于潛艇人員的救援設(shè)備。
背景技術(shù)：
早在1963年美國(guó)開始計(jì)劃研制深潛救生艇DSRV(Deep Submergency RescueVehicle)。1966年6月洛克希德導(dǎo)彈與空間公司開始建造第一艘DSRV-I，1971年下水。這是一艘人工操縱的潛水器，裝有專門與失事艇逃逸艙口對(duì)接的通道(業(yè)內(nèi)人士常稱之為“裙”，以下這兩個(gè)名詞可以互換)，以實(shí)現(xiàn)失事艇上被救人員的“干”轉(zhuǎn)移。
由于失事艇逃逸艙口平面一般不處于水平狀態(tài)，有時(shí)甚至具有很大的縱、橫傾角，使得具有“固定”通道(裙)的四自由度動(dòng)力定位救生艇難以勝任救援工作，解決這一問(wèn)題目前有兩種辦法其一是改進(jìn)深潛救生艇的動(dòng)力定位功能，在四自由度動(dòng)力定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加縱傾和橫傾兩種定位功能，實(shí)現(xiàn)六自由度動(dòng)力定位；另一種是將四自由度動(dòng)力定位的深潛救生艇上的“固定”通道(裙)改裝為“轉(zhuǎn)動(dòng)”通道(裙)，以適應(yīng)失事艇逃逸艙口平面的縱傾與橫傾。
十分明顯，在前一種方案中，不僅需要加裝縱、橫傾調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，增加整個(gè)艇體縱、橫傾運(yùn)動(dòng)的控制和調(diào)節(jié)能力，而且由于其運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型具有更多的變量、更強(qiáng)的耦合性和非線性動(dòng)力特性，極大地增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。值得注意的是由于艇體慣性質(zhì)量很大，利用推進(jìn)器對(duì)整個(gè)艇體進(jìn)行縱、橫傾的精細(xì)調(diào)解不僅動(dòng)力消耗大，且抗干擾的能力差。而后一種方案不需要改變已經(jīng)成熟的四自由度動(dòng)力定位技術(shù)，即把救生艇與失事艇艙口對(duì)接時(shí)的動(dòng)力定位工作區(qū)分為“整體”和“局部”兩大部分，前者是以四自由度動(dòng)力定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)，定位的目標(biāo)是“對(duì)中”(使失事艇逃逸艙口處于救生艇傳感器的測(cè)量范圍之內(nèi))和“坐臺(tái)”(對(duì)接平面重合)，后者的定位目標(biāo)是“調(diào)平”(使通道對(duì)接平面平行)。
美國(guó)專利US3987742“Swivel air lock for airtight connection betweensubmergibles”(用于水下艇體之間氣密連接的轉(zhuǎn)動(dòng)氣密通道)(1976.10.26)和美國(guó)專利US5755532“Articulating pressure conduit”(活動(dòng)壓力通道)(1998.05.26)公開了上述第二個(gè)方案的研究情況。前一個(gè)專利的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將兩個(gè)截頭球殼套裝在一起，組成可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的球形通道，并在端部分別與裙(skirt)和裙座(bell)鉸接的作動(dòng)筒(jacks)的推動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。十分明顯，通道(裙)對(duì)接平面方位的調(diào)整實(shí)質(zhì)是在剛體(球形裙)繞球心的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的；此外，作動(dòng)筒的物理尺寸又減小了裙相對(duì)于裙座的活動(dòng)范圍。后一個(gè)專利認(rèn)為前者的調(diào)整范圍有限(have a limited ability)，故將兩個(gè)楔形球殼(hollow wedge-shaped segment)的端面動(dòng)連接形成一個(gè)整體通道，除楔形球殼可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)外，整個(gè)通道可繞艇體的垂向軸轉(zhuǎn)動(dòng)。于是，整個(gè)通道與失事艇間的方位調(diào)整是在楔形球殼單獨(dú)或整體地繞兩個(gè)非正交軸的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的。值得提及的是(1)在所述的專利中，深海高靜壓力環(huán)境下轉(zhuǎn)動(dòng)通道的“自由轉(zhuǎn)動(dòng)和密封”問(wèn)題已是一種現(xiàn)有技術(shù)，并提及兩個(gè)可以引用的、原本用于潛水服頭盔和手臂的典型專利US4549753“rotary joint(轉(zhuǎn)動(dòng)接頭)”(1985.10.29)和US4903941“pressure equalizing rotary joint(等壓轉(zhuǎn)動(dòng)接頭)”(1990.02.27)；(2)“定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)”和“繞兩個(gè)非正交軸的轉(zhuǎn)動(dòng)”導(dǎo)致通道對(duì)接平面的運(yùn)動(dòng)描述復(fù)雜化，故專利文件中沒(méi)有提及將通道對(duì)接平面調(diào)整到預(yù)定方位的控制策略和步驟。換言之，采用上述兩類轉(zhuǎn)動(dòng)通道時(shí)，通道對(duì)接平面的方位調(diào)整可能需要潛水員使用掛鉤、纜繩等工具(如US5755532專利文獻(xiàn)的附圖所示)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種單球殼對(duì)接裙，轉(zhuǎn)動(dòng)通道對(duì)接平面的方位調(diào)整是在繞兩個(gè)正交軸的兩次獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的。安裝有本發(fā)明的四自由度動(dòng)力定位救生艇可在對(duì)接過(guò)程中，把救生艇與失事艇艙口對(duì)接時(shí)所需要的六自由度動(dòng)力定位功能分解為“整體”和“局部”兩大部分，前者是以技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟的四自由度動(dòng)力定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)，定位的目標(biāo)是“對(duì)中”(使失事艇逃逸艙口處于救生艇裙口傳感器的測(cè)量范圍之內(nèi))和“坐臺(tái)”(對(duì)接平面重合)；后者的定位目標(biāo)是“調(diào)平”(使通道對(duì)接平面平行)，由于通道對(duì)接平面的方位調(diào)整是在兩次獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的，極有利于對(duì)接過(guò)程的自動(dòng)控制。
本發(fā)明的理論基礎(chǔ)在于平面(例如本發(fā)明中的球殼“赤道面”)欲置的任何方位均可通過(guò)繞該平面的法線軸和平面內(nèi)一根軸的兩次獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)(證明略)；且每次獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)后通道的對(duì)接平面(平行于球殼“赤道面”)所處的方位可由適當(dāng)布置的數(shù)個(gè)測(cè)距傳感器的測(cè)量值確定。據(jù)此制定控制策略的總原則是由于失事艇逃逸艙口大小有限，為使測(cè)距傳感器獲得測(cè)量值，“調(diào)平”工作應(yīng)以救生艇與失事艇通道對(duì)接平面“對(duì)中”為前提——對(duì)于裝有本發(fā)明的四自由度動(dòng)力定位功能的救生艇來(lái)說(shuō)這是不難做到的；又由于“調(diào)平”過(guò)程會(huì)影響“對(duì)中”，故在控制程序中應(yīng)交叉檢測(cè)“對(duì)中”與“調(diào)平”傳感器的測(cè)量值并設(shè)法復(fù)位到控制“目標(biāo)”；一旦兩種測(cè)量值均滿足要求，即可“坐臺(tái)”，完成對(duì)接。
單球殼對(duì)接裙包括球形裙、短軸、球形裙驅(qū)動(dòng)電機(jī)、球形裙座、高壓水接頭、球形裙座接管、端面密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、傘齒輪副和裙座驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其中，球形裙是一個(gè)兩側(cè)具有對(duì)稱截頭的球殼，固裝在其外表面的兩根短軸的軸線與過(guò)球心的直徑重合且平行于截口平面(即短軸軸線與球形裙的“赤道面”內(nèi)的一根直徑重合)；球形裙座是一個(gè)兩端板開孔的短圓柱筒體，孔的內(nèi)緣加裝動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，帶短軸的球形裙裝于其內(nèi)，并借助所述的兩根短軸和球形裙座上的軸承自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源是借助端部法蘭固定在球形裙座筒壁外側(cè)并與一根短軸相連的球形裙驅(qū)動(dòng)電機(jī)；用于與失事艇對(duì)接一側(cè)的所述截口處加裝一個(gè)錐形座圈。球形裙與球形裙座間實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可借鑒現(xiàn)有技術(shù)，且在球形裙座上加裝高壓水接頭，以便借助高壓水泵向球形裙座內(nèi)注入壓力適當(dāng)?shù)母邏核靡云胶馔饨绾Ｋo壓力，進(jìn)而防止海水中的微小顆粒進(jìn)入相對(duì)滑動(dòng)面間。端面密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承是由球形裙座接管的端部法蘭與救生艇救生艙口圍管的端部法蘭組成的動(dòng)密封體。球形裙座接管的另一端與球形裙座同軸線固連，而套裝在球形裙座接管上的傘齒輪副中的大齒圈固定在球形裙座的內(nèi)端面上；于是，與救生艇艙口圍管固連的帶減速器的裙座驅(qū)動(dòng)電機(jī)可借助傘齒輪副中的小傘齒輪帶動(dòng)球形裙座連同球形裙繞救生艇救生艙口圍管的中軸線(與救生艇的垂向軸以及轉(zhuǎn)動(dòng)前的救生艇球形裙“赤道面”的法向軸平行)轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明中的端面密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承可用組合密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承代替。后者是將球形裙座接管與救生艇救生艙口圍管插裝后組成徑向動(dòng)密封，同時(shí)在球形裙座接管的中部加工出凸緣，以便于與救生艇救生艙口圍管端部法蘭組成端面動(dòng)密封。這種組合密封體可以提高密封效果。
十分明顯，單球殼對(duì)接裙的兩根物理轉(zhuǎn)軸分別是救生艇救生艙口圍管的中軸線和所述兩根短軸的軸線；而本發(fā)明的理論基礎(chǔ)中所涉及的“平面”就是球形裙的“赤道面”。


圖1采用端面密封的單球殼對(duì)接裙結(jié)構(gòu)示意2采用組合密封的單球殼對(duì)接裙結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并結(jié)合附圖加以說(shuō)明。
如圖1所示，單球殼對(duì)接裙包括球形裙11、球形裙驅(qū)動(dòng)電機(jī)12、短軸13、球形裙座21、高壓水接頭26、球形裙座接管22、端面密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承23、傘齒輪副25和裙座驅(qū)動(dòng)電機(jī)24。其中，球形裙11是一個(gè)兩側(cè)具有對(duì)稱截頭的球殼，固裝在其外表面的兩根短軸13的軸線與球形裙11“赤道面”內(nèi)的一根直徑重合，且與截口平行；球形裙座21是一個(gè)兩端板開孔的短圓柱筒體，孔的內(nèi)緣加裝動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，帶短軸13的球形裙11裝于其內(nèi)，并借助兩根短軸13和球形裙座21上的軸承自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源是借助端部法蘭固定在球形裙座21外側(cè)并與一根短軸13相連的球形裙驅(qū)動(dòng)電機(jī)12；用于與失事艇對(duì)接一側(cè)的截口處加裝一個(gè)錐形座圈。在球形裙座21上加裝高壓水接頭26，以便借助高壓水泵(圖中未畫出)向球形裙座21內(nèi)注入壓力適當(dāng)?shù)母邏核?，用以平衡外界海水靜壓力，進(jìn)而防止海水中的微小顆粒進(jìn)入相對(duì)滑動(dòng)面間。端面密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承23是由球形裙座接管22端部法蘭與救生艇救生艙口圍管01的端部法蘭共同組成的動(dòng)密封體(圖中所畫的僅是示意圖)。球形裙座接管22的另一端與球形裙座21同軸線固連，而套裝在球形裙座接管22上的傘齒輪副25中的大齒圈固定在球形裙座21的內(nèi)端面上；于是，與救生艇艙口圍管01固連的裙座驅(qū)動(dòng)電機(jī)24可借助傘齒輪副25中的小傘齒輪帶動(dòng)球形裙座21連同球形裙11繞救生艇00的救生艙口圍管01的中軸線(與救生艇00的垂向軸以及轉(zhuǎn)動(dòng)前的球形裙11的“赤道面”的法向軸平行)轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖2所示，在本發(fā)明中，可以用組合密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承23代替圖1中的端面密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承23。前者是將球形裙座接管22與救生艇救生艙口圍管01插裝后組成徑向動(dòng)密封，同時(shí)在球形裙座接管22的中部加工出凸緣，以便于與救生艇救生艙口圍管01端部法蘭組成端面動(dòng)密封。毫無(wú)疑問(wèn)，這種組合密封體(圖中所畫的僅是示意圖)可以提高密封效果。
兩種密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承的具體結(jié)構(gòu)可根據(jù)現(xiàn)有的動(dòng)密封理論和美國(guó)專利US5755532“Articulating pressure conduit(活動(dòng)壓力通道)”中所提及的典型專利技術(shù)US4549753“轉(zhuǎn)動(dòng)接頭”和US4903941“等壓轉(zhuǎn)動(dòng)接頭”進(jìn)行設(shè)計(jì)。
安裝這種單球殼對(duì)接裙帶來(lái)的有益效果是通道對(duì)接平面的方位調(diào)整是在繞兩個(gè)正交軸的兩次獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的。于是，即便是具有四自由度動(dòng)力定位功能的救生艇，安裝了本發(fā)明后，也可在對(duì)接過(guò)程中具有六自由度動(dòng)力定位救生艇的對(duì)接功能。而且救生艇的四自由度動(dòng)力定位技術(shù)要比六自由度動(dòng)力定位技術(shù)成熟、簡(jiǎn)單得多；通道對(duì)接平面的“局部”方位調(diào)整也易于實(shí)現(xiàn)，由于通道對(duì)接平面的方位調(diào)整是在兩次獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的，極有利于對(duì)接過(guò)程的自動(dòng)控制。
使用本發(fā)明可極大地減少深潛救生艇所需動(dòng)力定位設(shè)備的數(shù)量和通道對(duì)接的控制難度。
權(quán)利要求
1.一種單球殼對(duì)接裙，其特征在于它包括球形裙(11)、短軸(13)、球形裙驅(qū)動(dòng)電機(jī)(12)、球形裙座(21)、高壓水接頭(26)、球形裙座接管(22)、端面密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(23)、傘齒輪副(25)和裙座驅(qū)動(dòng)電機(jī)(24)；其中，球形裙(11)是一個(gè)雙面對(duì)稱截頭的球殼；固裝在其外表面的兩根短軸(13)的軸線與球形裙(11)“赤道面”內(nèi)的一根直徑重合，且與截口平行；球形裙座(21)是一個(gè)兩端板上開孔的短圓柱筒體，孔的內(nèi)緣加裝動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，帶短軸(13)的球形裙(11)裝于其內(nèi)，并借助所述的兩根短軸(13)和球形裙座(21)上的軸承自由轉(zhuǎn)動(dòng)；與救生艇艙口圍管(01)固連的球形裙驅(qū)動(dòng)電機(jī)(12)借助端部法蘭固定在球形裙座(21)外側(cè)并與其中一根短軸(13)固連；球形裙座(21)與球形裙座接管(22)同軸線地固連成一體，并可繞救生艇(00)的救生艙口圍管(01)的中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；套裝在球形裙座接管(22)上的傘齒輪副(25)中的大齒圈固定在球形裙座(21)的內(nèi)端面上；帶減速器的裙座驅(qū)動(dòng)電機(jī)(24)的軸頭與傘齒輪副(25)中的小傘齒輪固連；球形裙座(21)上裝有高壓水接頭(26)。
2.如權(quán)利要求1所述的端面密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(23)，其特征在于它是由球形裙座接管(22)的端部法蘭與救生艇救生艙口圍管(01)的端部法蘭共同組成的動(dòng)密封體。
3.如權(quán)利要求1所述的端面密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(23)用組合密封轉(zhuǎn)動(dòng)軸承代替，其特征在于它是將球形裙座接管(22)與救生艇救生艙口圍管(01)插裝后組成徑向動(dòng)密封，同時(shí)在球形裙座接管(22)的中部加工出凸緣，以便于與救生艇救生艙口圍管(01)端部法蘭組成端面動(dòng)密封。
全文摘要
一種單球殼對(duì)接裙，屬于潛艇人員的救援設(shè)備，特別適宜替換四自由度動(dòng)力定位救生艇的“固定”救生艙口，使之具有六自由度動(dòng)力定位救生艇的對(duì)接功能。本發(fā)明包括一個(gè)與兩根同軸線的短軸固連，且可在球形裙座內(nèi)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的雙側(cè)截頭球形裙和一套確保整個(gè)通道繞救生艇艙口垂向軸轉(zhuǎn)動(dòng)的端面密封軸承(或組合密封軸承)。所述兩根軸線正交。轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源是球形裙驅(qū)動(dòng)電機(jī)和球形裙座驅(qū)動(dòng)電機(jī)。球形裙座上加裝高壓水接頭，以防止海水中的微小顆粒進(jìn)入相對(duì)滑動(dòng)面間。使用本發(fā)明可減少深潛救生艇所需動(dòng)力定位設(shè)備的數(shù)量，易于實(shí)現(xiàn)通道方位的“局部”調(diào)整，極有利于對(duì)接過(guò)程的自動(dòng)控制。
文檔編號(hào)F16L27/02GK1986328SQ200610151168
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者鄭可為, 唐照東, 邊信黔, 王宏健, 付明玉, 徐健 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)