CN105216121B - 一种深海载人潜器液压链锯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海载人潜器液压链锯，主要包括密封外壳、液压马达、上挡版、下挡板、连接键、锯板、切割链条，防冲板，液压马达通过法兰盘固定在密封外壳内部，上、下挡板卡合后固定在密封外壳前端；在上挡板和锯板相应位置开有滑槽，卡键设置有横键和弹簧，连接键穿过上挡板和锯板的滑槽将锯板固定在上下挡板之间，间隙配合连接；液压马达的输出轴通过联轴器连接有花键轴，花键轴穿过密封外壳前端盖以及下挡板，在花键轴前端固定有链轮，切割链条缠绕在链轮和锯板上，防冲板为弧形通过连接杆铰接在下挡板侧面；液压链锯搭载于潜器采样篮内。本装置操作简单、维护方便、安全可靠的特点。

Description

一种深海载人潜器液压链锯

技术领域

本发明涉及深海岩石取样装置，具体涉及一种深海载人潜器液压链锯。

背景技术

世界海洋总面积约3.61亿平方千米，海底地壳中有极其丰富的矿产资源，如多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物等矿石资源，现阶段陆地资源日益枯竭，人类越来越重视深海矿产资源的开发利用，2012年6月15—20日，“蛟龙”号载人潜器完成7000米级海试。最大下潜深度达7062米。7000米海试成功标志着中国具备了在全球99.8％的海洋深处开展科学研究、资源勘探的能力。针对海底的采样现阶段多数使用海底岩芯取样机进行钻探取样。纵观国内外研究现状，国外研制的可用于搭载的取芯器都是专用工具，与我国蛟龙号载人潜水器接口不匹配；国内研制的7000m钴结壳钻机由于各种原因一直未实现与蛟龙号潜水器的匹配作业，除重量太大外，由于岩心取样器结构和工作方式的限制，易发生钻头卡在矿石中的现象，易发生危险；又由于钻头为管状结构，取出的矿石样本形状大小无法自主调节，还需进一步进行升级改造和优化，在实际应用中尚未有相关报道。

综上，现有的在深海环境下矿石的取样设备具有取样困难、结构复杂、切割深度低、操作复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石链锯的切割形式、方便搭载，传动结构简单，操作简单、维护方便、安全可靠、作业范围广同时安全性高。

本发明所采用的技术方案如下：

一种深海载人潜器液压链锯，主要包括密封外壳、液压马达、上挡版、下挡板、卡键、锯板、切割链条，防冲板，所述液压马达通过法兰盘固定在密封外壳内部，液压马达采用摆线式液压马达驱动，转速600r/min的情况下扭矩可达13N·M～15N·m，该马达体积小，重量轻，外形比同样扭矩的其他类型马达小得多，且转速范围广，可无级调速，安装方便，投资费用低，转动惯量小，负载下易启动。上、下挡板卡合后固定在密封外壳前端；位于下挡板的内壁上端设置有凸台，在凸台上开有卡槽，所述上挡板上端开有滑槽Ⅰ，在所述锯板相应位置开有滑槽Ⅱ，所述卡键由上至下依次平行设置有横键Ⅰ、横键Ⅱ、横键Ⅲ，在横键Ⅲ下端固定连接弹簧；

所述卡键穿过滑槽Ⅰ和滑槽Ⅱ、并进入卡槽旋转90°将锯板固定在上下挡板之间，上挡板卡在横键Ⅰ和横键Ⅱ之间，锯板固定在横键Ⅲ和下挡板的凸台之间，弹簧与下挡板接触；在深海进行切割作业时，若出现链锯卡死，或锯链断裂卡住链板等危险情况时，先将液压驱动关闭，使用开关机械手将连接键取出，链板和锯链与链锯本体脱离，实现安全抛弃，取出方式同安装方式相同，按下旋钮并旋转九十度，将卡键对准凹槽取出即可。连接键与滑槽采用间隙配合，连接键尺寸略小于滑槽，不需要精确对位，降低机械手操作难度。

所述液压马达的输出轴通过联轴器连接有花键轴，花键轴穿过密封外壳前端盖以及下挡板，在花键轴前端固定有链轮，采用花键配合的方式，接触面积大，承载能力高，定心性能和导向性能好，有效避免了震动；链轮采用液晶高分子材料，选用酚醛硫醚——RTP1300系列，其耐化学腐蚀能力强，适用于深海机械结构。且具有很好的自润滑性能，不需油润滑，防止油液污染海水。

所述切割链条缠绕在链轮和锯板上；链锯选择金刚石锯链，其耐腐蚀性好，硬度高，可以迅速稳定的实现深海岩石切割采样的作业要求。

所述防冲板为弧形通过连接杆铰接在下挡板侧面，当链锯进行切割工作前，将防冲板调节至90度位置，同时用一个球型插接结构固定防冲板，保护在海底环境中不被水流冲倒影响切割工作。此时防冲板可阻挡因链锯高速转动带起的水流和石渣，同时挡流的水流对锯链起到一定的冷却作用。当链锯完成工作时，开关机械手将防冲板角度调节，将其平行放置，此时作为支撑板，可将链锯一定角度摆置于潜器采样篮上。所述液压链锯搭载于潜器采样篮内。

所述卡槽是由侧壁与底壁围成的圆柱状空间，在侧壁上开有凹槽，所述凹槽横截面形状与横键配合，凹槽的下壁高于卡槽底壁。

进一步的，密封外壳后端盖上开有液压补偿管孔和液压马达进出油管孔，通过油管与潜器液压源相连，无需油泵、电机、液压站等复杂配套设备。与潜器连接配套，不存在取芯器与潜器接口不匹配问题。

进一步的，所述密封外壳的前后端盖处采用静密封设计，接触部设置至少一道“O”形橡胶圈。

进一步的，所述花键轴与前端盖接触部设置旋转组合密封圈。该旋转组合密封为双作用旋转密封，密封压力可达30MP，可实现输出轴转动时的动态密封。

进一步的，所述联轴器与液压马达输出轴连接处配置两个重载轴承，用于承受深海环境中轴向和径向较大载荷。

进一步的，所述的密封罩外层设置有爪持把手，采用插接组成形式，可将把手拆分，携带方便；所述把手上方设置有便于机械手爪夹的卡槽。

本发明的有益效果是：

本装置针对潜器深海资源勘探的要求采用带有金刚石锯片的链传动切割形式，传动机构简单，切割操作灵活，切割深度大；通过7000米级载人潜水器机械手操作，采用液压驱动，通过潜器HID水下灯及3CCD摄像机等照明设备和摄像设备的配合，有效提高深海链锯水下施工时的精确性和安全性，解决了现有矿石取样设备取样困难、结构复杂、切割深度低、操作复杂等问题，具有操作简单、维护方便、安全可靠等特点。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域的技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。

图1：本发明的结构示意图。

图2：为本发明A-A向剖视图。

图3：为本发明B-B向剖视图。

图4：为本发明的C-C向剖视图。

图5：为下挡板结构示意图。

图6：为卡键正视图。

图7：为卡键左视图。

附图中：密封外壳-1、液压马达-2、上挡版-3、下挡板-4、卡键-5、锯板-6、切割链条-7，防冲板-8，法兰盘-9、横键Ⅰ-10、横键Ⅱ-11、横键Ⅲ-12、弹簧-13、联轴器-14、花键轴-15，链轮-16，液压补偿管孔-17，液压马达进出油管孔-18，压力补偿器-19，爪持把手-20，重载轴承-21、卡槽22、凸台-23。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

如图1——图7所示，一种深海载人潜器液压链锯，主要包括密封外壳1、液压马达2、上挡版3、下挡板4、卡键5、锯板6、切割链条7，防冲板8，所述液压马达2通过法兰盘9固定在密封外壳1内部，上、下挡板卡合后固定在密封外壳1前端；位于下挡板(4)的内壁上端设置有凸台23，在凸台23上开有卡槽22，所述上挡板3上端开有滑槽Ⅰ，在所述锯板相应位置开有滑槽Ⅱ，所述卡键5由上至下依次平行设置有横键Ⅰ10、横键Ⅱ11、横键Ⅲ12，在横键Ⅲ12下端固定连接弹簧13；所述卡键穿过滑槽Ⅰ和滑槽Ⅱ、并进入卡槽22旋转90°将锯板固定在上下挡板之间，上挡板3卡在横键Ⅰ10和横键Ⅱ11之间，锯板固定在横键Ⅲ12和下挡板的凸台23之间，弹簧13与下挡板4接触；所述液压马达2的输出轴通过联轴器14连接有花键轴15，花键轴15穿过密封外壳1前端盖以及下挡板4，在花键轴15前端固定有链轮16，所述切割链条缠绕在链轮16和锯板上，所述防冲板8为弧形通过连接杆铰接在下挡板4侧面；所述液压链锯搭载于潜器采样篮内。所述卡槽22是由侧壁与底壁围城的椭圆柱状空间，在侧壁上开有凹槽，所述凹槽横截面为圆形，凹槽的下壁高于卡槽底壁。密封外壳后1端盖上开有液压补偿管孔17和液压马达进出油管孔18，液压补偿管孔通过油管与外置压力补偿器19相连,液压马达进出油管孔18通过油管连接潜器阀箱。所述密封外壳1的前后端盖处采用静密封设计，接触部设置至少一道“O”形橡胶圈。所述花键轴15与前端盖接触部设置旋转组合密封圈。所述联轴器14与液压马达2输出轴连接处配置两个重载轴承21。所述的密封罩外层设置有爪持把手20，采用插接组成形式，可将把手拆分，所述把手上方设置有便于机械手爪夹的卡槽。

本装置针对潜器深海资源勘探的要求采用带有金刚石锯片的链传动切割形式，传动机构简单，切割操作灵活，切割深度大；通过7000米级载人潜水器机械手操作，采用液压驱动，通过潜器HID水下灯及3CCD摄像机等照明设备和摄像设备的配合，有效提高深海链锯水下施工时的精确性和安全性，解决了现有矿石取样设备取样困难、结构复杂、切割深度低、操作复杂等问题，具有操作简单、维护方便、安全可靠等特点。

本装置的工作流程：

下水前，进行装置组装和***联调，将装置的各部件按照预定方案组装，***联调包括液压链锯自身的调试以及与潜水器的配合调试。自身调试主要调试链锯的液压马达2是否能正常转动，转速能否达到预期效果；接着进行与潜水器的***联调，将液压链锯2搭载于潜水器采样篮上，液压补偿管孔17通过油管与外置压力补偿器19相连，外置压力补偿器是弹性油囊,在深海不同压力条件下通过压缩油囊的大小自主调节机构内的压力，不需要补偿压力调节。液压马达进出油管孔18通过油管连接到潜器阀箱，舱内对阀箱进行调节实现调速和开关，该油管线长度约1.5-2.5米，保证机械手的自由转动操作，链锯切割端可由潜器主从式机械手夹持进行相应的海底切割作业，完成***全流程的调试工作。

入水到目标区域后，用载人潜水器主从式机械手抓取该装置的机械手抓取爪持把手20，并将本切割装置提起到预定切割的区域。

当液压链锯进行切割工作前，将防冲板8调节至90度位置，同时用一个球型插接结构固定防冲板，保护在海底环境中不被水流冲倒影响切割工作。此时防冲板8可阻挡因链锯高速转动带起的水流和石渣，同时挡流的水流对锯链起到一定的冷却作用。

潜航员在舱内控制潜器阀箱液压阀的开关实现液压马达的调速和开关，链锯片采用金刚石锯片进行切割作业。

切割作业过程中如果发生链锯卡死，或锯链断裂卡住链板等危险情况时，先将液压马达关闭，使用开关机械手将卡键5按安装过程的逆操作将其取出，锯板6和锯链同时将与液压链锯本体脱离，实现安全抛弃。卡键5与卡槽22采用间隙配合，降低了机械手操作难度。

当液压链锯完成工作时，机械手将防冲板8角度调节，将其平行放置，此时作为支撑板，可将液压链锯以一定角度摆置于潜器采样篮上。

上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种深海载人潜器液压链锯，主要包括密封外壳(1)、液压马达(2)、上挡板(3)、下挡板(4)、卡键(5)、锯板(6)、切割链条(7)，防冲板(8)，其特征在于：所述液压马达(2)通过法兰盘(9)固定在密封外壳(1)内部，上、下挡板卡合后固定在密封外壳(1)前端；位于下挡板(4)的内壁上端设置有凸台(23)，在凸台(23)上开有卡槽(22)，所述上挡板(3)上端开有滑槽Ⅰ，在所述锯板相应位置开有滑槽Ⅱ，所述卡键(5)由上至下依次平行设置有横键Ⅰ(10)、横键Ⅱ(11)、横键Ⅲ(12)，在横键Ⅲ(12)下端固定连接弹簧(13)；所述卡键穿过滑槽Ⅰ和滑槽Ⅱ、并进入卡槽(22)旋转90°将锯板固定在上下挡板之间，上挡板(3)卡在横键Ⅰ(10)和横键Ⅱ(11)之间，锯板固定在横键Ⅲ(12)和下挡板的凸台(23)之间，弹簧(13)与下挡板(4)接触；所述液压马达(2)的输出轴通过联轴器(14)连接有花键轴(15)，花键轴(15)穿过密封外壳(1)前端盖以及下挡板(4)，在花键轴(15)前端固定有链轮(16)，所述切割链条缠绕在链轮(16)和锯板上，所述防冲板(8)为弧形通过连接杆铰接在下挡板(4)侧面；所述液压链锯搭载于潜器采样篮内；密封外壳(1)后端盖上开有液压补偿管孔(17)和液压马达进出油管孔(18)，液压补偿管孔通过油管与外置压力补偿器(19)相连，液压马达进出油管孔(18)通过油管连接潜器阀箱。

2.根据权利要求1所述一种深海载人潜器液压链锯，其特征在于，所述卡槽(22)是由侧壁与底壁围成的圆柱状空间，在侧壁上开有凹槽，所述凹槽横截面形状与横键配合，凹槽的下壁高于卡槽底壁。

3.根据权利要求1所述一种深海载人潜器液压链锯，其特征在于，所述密封外壳(1)的前后端盖处采用静密封设计，接触部设置至少一道“O”形橡胶圈。

4.根据权利要求1所述一种深海载人潜器液压链锯，其特征在于，所述花键轴(15)与前端盖接触部设置旋转组合密封圈。

5.根据权利要求1所述一种深海载人潜器液压链锯，其特征在于，所述联轴器(14)与液压马达(2)输出轴连接处配置两个重载轴承(21)。