CN109866249B - 一种水下液压机械手叶片式摆动关节结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下液压机械手领域，具体地说是一种水下液压机械手叶片式摆动关节结构，可应用于海洋开发或水下作业，机械臂底座固连于摆动缸输出轴上，机械臂安装在机械臂底座上，液压油通过管接头和内部通油轴将动力液压油输送给叶片式摆动缸组件和后续的关节驱动器，实现关节驱动和内部通油；关节装有内置全海深接触式角度传感器，满足深海作业的需求。本发明具有结构紧凑、质量轻、体积小、负载能力强、转角范围大、故障率低、可全海深作业等优点。

Description

一种水下液压机械手叶片式摆动关节结构

技术领域

本发明属于水下液压机械手领域，具体地说是一种水下液压机械手叶片式摆动关节结构。

背景技术

目前在海洋油气勘探开发等领域，多数水下作业具有压力高，负载重等特点，液压驱动具有负载能力强，负载/自重比高、通过压力补偿器，可适应全海深环境压力，可实现全海深作业等优点，故液压驱动的水下机械手具有广阔的应用前景。

水下液压机械手由于作业环境的特殊性，与陆地上的应用有很大区别，对水下液压机械手要求具有耐高压、耐腐蚀、结构紧凑、密封可靠等要求，研制出性能稳定，结构紧凑的水下液压机械手已成为亟待解决的问题。

发明内容

为了满足水下液压机械手的使用要求，本发明的目的在于提供一种水下液压机械手叶片式摆动关节结构。该水下液压机械手叶片式摆动关节结构由叶片式摆动缸驱动，具有位置反馈功能，可内部通油走线。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括摆动缸端盖、压紧端盖、密封端盖、摆动缸输出轴、内部通油轴、转子叶片、定子叶片、关节外壳、机械臂底座及机械臂，其中关节外壳的一端与摆动缸端盖密封连接，另一端与机械臂底座密封转动连接，机械臂安装在该机械臂底座上；所述摆动缸输出轴与内部通油轴均容置于关节外壳内，该内部通油轴的一端通过空心螺栓与摆动缸端盖相连，所述摆动缸输出轴可相对转动地套设在内部通油轴外部，摆动缸输出轴的两端外表面均转动连接有与所述关节外壳内壁密封抵接的密封端盖，所述摆动缸输出轴的一端连动有位于该端密封端盖与摆动缸端盖之间的压紧端盖，另一端与所述机械臂底座相连；两端所述密封端盖与摆动缸输出轴围成的腔体内分别设有转子叶片及定子叶片，该转子叶片的一端安装在所述摆动缸输出轴上，另一端与所述关节外壳的内壁密封抵接，所述定子叶片的一端安装在关节外壳上，另一端与所述摆动缸输出轴的外表面密封抵接，所述转子叶片和定子叶片将腔体分成两个相互隔离的密封腔体；所述摆动缸端盖上及机械臂底座上分别安装有带走线体的接线盒，电线由摆动缸端盖上的接线盒穿入、经过所述空心螺栓、内部通油轴的中间通孔，由所述机械臂底座上的接线盒穿出；所述摆动缸端盖上安装有多个组合式铰接管接头，所述摆动缸输出轴及内部通油轴上均开设有与该组合式铰接管接头数量相同的工艺孔，所述摆动缸输出轴上的工艺孔中有两个分别与转子叶片两侧的密封腔体相连通、通过转子叶片带动摆动缸输出轴摆动，其余的工艺孔分别与所述机械臂底座上安装的直通管接头一一连通；

其中：两端所述密封端盖的外侧均套有压紧环及弹性挡圈，该弹性挡圈对所述压紧环和密封端盖轴向限位；所述压紧环上沿圆周方向均布了多个用于安装紧定螺钉的螺纹通孔，通过旋紧紧定螺钉将密封端盖压紧在关节外壳上；所述密封端盖与摆动缸输出轴之间装有起到支撑作用的滚针轴承和起到密封作用的组合密封；

所述转子叶片的另一端安装有叶片密封挡圈和矩形圈组合密封，通过该叶片密封挡圈和矩形圈组合密封与所述关节外壳的内壁密封抵接；所述定子叶片的另一端安装有叶片密封挡圈和矩形圈组合密封，通过该叶片密封挡圈和矩形圈组合密封与所述摆动缸输出轴的外表面密封抵接；

所述摆动缸端盖的外侧开设有多个螺纹孔，每个螺纹孔内均安装有组合式铰接管接头，该摆动缸端盖上还开设有数量与所述螺纹孔相同的工艺孔，摆动缸端盖上每个工艺孔的入口分别连通于一个螺纹孔，摆动缸端盖上每个工艺孔的出口与内部通油轴上的一个工艺孔入口对应连通，所述内部通油轴的每个工艺孔的出口与摆动缸输出轴上的一个工艺孔入口对应连通，摆动缸输出轴上有两个工艺孔出口连通至所述转子叶片两侧的密封腔体、驱动摆动缸输出轴，摆动缸输出轴上的其余工艺孔出口与所述机械臂底座上的一个工艺孔入口对应连通，机械臂底座上的每个工艺孔出口均与一个直通管接头对应连通；

所述内部通油轴上每个工艺孔的出口两侧均安装有用于隔绝相邻管路油液的旋转密封圈；

所述内部通油轴的另一端安装有传感器电刷，所述机械臂底座上安装有传感器膜片，该传感器膜片随所述机械臂底座由摆动缸输出轴带动相对传感器电刷转动，通过测量传感器压力变化获取所述摆动缸输出轴的转角变化；

所述关节外壳上螺纹连接有排放关节外壳内气体的放气孔螺栓；所述组合式铰接管接头的外部设有安装在摆动缸端盖上的关节防护罩。

本发明的优点与积极效果为：

1．性能稳定：本发明采用关节内部通油和走线，避免了外部通油、走线引起的管线折弯缠绕等故障的发生，并且传感器置于关节内部，具有更高的可靠性。

2．结构紧凑：本发明中的驱动器采用液压叶片式摆动缸组件，液压叶片式摆动缸组件可在很小的空间里产生非常高的扭矩；内部通油轴实现了液压管路的内部联通，走线孔可通过多根传感器数据线；传感器位于关节内部，这些设计使整个关节机构非常紧凑。

3．功能齐全：本发明可以实现众多功能，如产生大扭矩驱动、液压管路的联通、数据线的内部联通、关节位置信息的检测、液压管接头统一布置、压力补偿。

4．调试、维护方便：本发明中的管接头布置统一，走线盒可单独拆卸，传感器置于关节末端的双孔走线盒的一侧，这些都便于关节的调试与维护。

附图说明

图1为图2的B—B剖视图；

图2为图1中的局部放大图；

图3为图1的A—A剖视图；

图4为图1的C—C剖视图；

图5为图1中的D向视图；

其中：1为关节防护罩，2为组合式铰接管接头，201为第一组合式铰接管接头，202为第二组合式铰接管接头，203为第三组合式铰接管接头，204为第四组组合式铰接管接头，205为第五组组合式铰接管接头，206为第六组组合式铰接管接头，207为第七组组合式铰接管接头，208为第八组组合式铰接管接头，3为走线体，4为单孔走线盒，5为空心螺栓，6为摆动缸端盖，7为压紧端盖，8为压紧环，9为密封端盖，10为摆动缸输出轴，11为内部通油轴，12转子叶片，13为定子叶片，14为组合密封，15为紧定螺钉，16为弹性挡圈，17为关节外壳，18为机械臂底座，19为传感器电刷，20为传感器膜片，21为叶片密封挡圈，22为矩形圈组合密封，23为放气孔螺栓，24为旋转密封圈，25为滚针轴承，26为双孔走线体，27为直通管接头，271为第一直通管接头，272为第二直通管接头，273为第三直通管接头，274为第四直通管接头，275为第五直通管接头，276为第六直通管接头，28为机械臂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～5所示，本发明包括关节防护罩1、组合式铰接管接头2、走线体3、单孔接线盒4、空心螺栓5、摆动缸端盖6、压紧端盖7、压紧环8、密封端盖9、摆动缸输出轴10、内部通油轴11、转子叶片12、定子叶片13、组合密封14、紧定螺钉15、弹性挡圈16、关节外壳17、机械臂底座18、传感器电刷19、传感器膜片20、叶片密封挡圈21、矩形圈组合密封22、放气孔螺栓23、旋转密封圈24、滚针轴承25、双孔接线盒26、端直通管接头27及机械臂28，其中压紧端盖7、弹性挡圈16、紧定螺钉15、压紧环8、摆动缸端盖9、摆动缸输出轴10、关节外壳17、转子叶片12、定子叶片13、组合密封14、叶片密封挡圈21、矩形圈组合密封22、放气孔螺栓23及滚针轴承25构成了关节驱动机构；组合式铰接管接头2、空心螺栓5、摆动缸端盖6、内部通油轴11、摆动缸输出轴10、机械臂底座18、旋转密封圈24及直通管接头27构成了转动关节的通油管路；走线体3、单孔接线盒4、传感器电刷19、传感器膜片20及双孔接线盒26构成了关节转角监测装置。

关节外壳17的一端与摆动缸端盖6密封连接，另一端与机械臂底座18密封转动连接，机械臂28安装在该机械臂底座18上。摆动缸输出轴10与内部通油轴11均容置于关节外壳17内，该内部通油轴11的一端通过空心螺栓5与摆动缸端盖6相连，摆动缸输出轴10可相对转动地套设在内部通油轴11外部。摆动缸输出轴10的两端外表面均转动连接有与关节外壳17内壁密封抵接的密封端盖9，摆动缸输出轴10的一端连动有位于该端密封端盖9与摆动缸端盖6之间的压紧端盖，另一端与机械臂底座18相连；两端密封端盖9与摆动缸输出轴10围成的腔体内分别设有转子叶片12及定子叶片13，该转子叶片12的一端安装在摆动缸输出轴10上，另一端与关节外壳17的内壁密封抵接，定子叶片13的一端安装在关节外壳17上，另一端与摆动缸输出轴10的外表面密封抵接，转子叶片12和定子叶片13将腔体分成两个相互隔离的密封腔体。摆动缸端盖6上安装有带走线体3的单孔接线盒4，机械臂底座18上安装有带走线体3的双孔接线盒26，电线由摆动缸端盖6上的单孔接线盒4穿入、经过空心螺栓5、内部通油轴11的中间通孔，由机械臂底座18上的双孔接线盒26穿出。走线体3、单孔接线盒4、双孔接线盒26用于放置和导通传感器的数据线。摆动缸端盖6上安装有多个组合式铰接管接头2，摆动缸输出轴10及内部通油轴11上均开设有与该组合式铰接管接头2数量相同的工艺孔，摆动缸输出轴10上的工艺孔中有两个分别与转子叶片12两侧的密封腔体相连通、通过转子叶片12带动摆动缸输出轴10摆动，其余的工艺孔分别与机械臂底座18上安装的直通管接头27一一连通。

两端密封端盖9的外侧均套有压紧环8及弹性挡圈16，该弹性挡圈16将压紧环8和密封端盖9在轴向上进行限位。压紧环8上沿圆周方向均布了多个用于安装紧定螺钉15的螺纹通孔，通过旋紧紧定螺钉15可将密封端盖9压紧在关节外壳17上。密封端盖9与摆动缸输出轴10之间装有起到支撑作用的滚针轴承25和起到密封作用的组合密封14。

转子叶片12的一端通过螺栓固定于摆动缸输出轴10上，另一端安装有叶片密封挡圈21和矩形圈组合密封22，通过该叶片密封挡圈21和矩形圈组合密封22与关节外壳17的内壁密封抵接。定子叶片13的一端通过螺栓固定于关节外壳17上，另一端安装有叶片密封挡圈21和矩形圈组合密封22，通过该叶片密封挡圈21和矩形圈组合密封22与摆动缸输出轴10的外表面密封抵接。转子叶片12与定子叶片13将两个密封端盖9之间的空腔分成两个相互隔离的密封腔体，当分别向其中任一密封腔体连通油液时，两个密封腔体之间的压力差会驱动转子叶片12相对定子叶片13由高压侧转向低压侧，转子叶片12带动摆动缸输出轴10输出转角和扭矩。

摆动缸端盖6的外侧开设有多个（本实施例为八个）螺纹孔，每个螺纹孔内均安装有组合式铰接管接头2，组合式铰接管接头2共八个，分别是第一～八组合式铰接管接头201～208；摆动缸端盖6上还开设有数量与螺纹孔相同的工艺孔、一一对应，本实施例摆动缸端盖6上的工艺孔、摆动缸输出轴10上的工艺孔及内部通油轴11上的工艺孔各为八个。摆动缸端盖6上每个螺纹孔与对应的工艺孔入口相连，摆动缸端盖6上每个工艺孔的出口与内部通油轴11上的一个工艺孔入口对应连通，内部通油轴11的每个工艺孔的出口与摆动缸输出轴10上的一个工艺孔入口对应连通，摆动缸输出轴10上有两个工艺孔出口连通至转子叶片12两侧的密封腔体、驱动摆动缸输出轴10，摆动缸输出轴10上的其余工艺孔出口与机械臂底座18上的一个工艺孔入口对应连通，机械臂底座18上的每个工艺孔出口均与一个直通管接头27对应连通。本实施例的机械臂底座18上设有六个直通管接头27，分别为第一～六直通管接头271～276。通过上述设计，液压油路依次通过组合式铰接管接头2、摆动缸端盖6、内部通油轴11、摆动缸输出轴10、机械臂底座18、直通管接头27进行导通，且相对静止的零件油路连接处用O形圈密封，相对转动的零件之间油路连接处采用旋转密封圈24密封。内部通油轴11上每个工艺孔的出口两侧均安装有旋转密封圈24，用于隔绝相邻管路的油液。

内部通油轴11的另一端安装有传感器电刷19，机械臂底座18上安装有传感器膜片20，机械臂底座18通过螺栓与摆动缸输出轴10的另一端固连，当摆动缸输出轴10转动时，传感器膜片20随机械臂底座18由摆动缸输出轴10带动相对传感器电刷19转动，通过测量传感器压力变化获取摆动缸输出轴10的转角变化。

关节外壳17上螺纹连接有排放关节外壳17内气体的放气孔螺栓23。组合式铰接管接头2的外部设有安装在摆动缸端盖6上的关节防护罩1。

本发明的工作原理为：

转子叶片12与定子叶片13将两个密封端盖9之间的空腔分成两个相互隔离的密封腔体，当分别向其中任一密封腔体连通油液时，两个密封腔体之间的压力差会驱动转子叶片12相对定子叶片13由高压侧转向低压侧，转子叶片12带动摆动缸输出轴10输出转角和扭矩。当摆动缸输出轴10转动时，传感器膜片20相对于传感器电刷19转动，通过测量传感器压力变化，可以获取摆动缸输出轴10的转角变化。液压油路依次通过组合式铰接管接头2、摆动缸端盖6、内部通油轴11、摆动缸输出轴10、机械臂底座18、端直通管接头27进行导通。

综上所述，本发明给出了一种水下液压机械手叶片式摆动关节结构，它具有结构紧凑，负载能力强，摆动范围大，性能可靠，功能齐全、便于维护和调试等诸多优点。本发明采用关节内部通油和走线，避免了外部通油、走线引起的管线折弯缠绕等故障的发生，并且传感器都是置于关节内部，具有更高的可靠性。驱动器采用液压叶片摆动缸组件，液压叶片式组件可在很小的空间里产生非常高的扭矩；内部通油轴实现了液压管路的内部联通，走线孔可通过传感器数据线；传感器位于关节内部，这些设计使整个关节机构非常紧凑。关节可实现产生大扭矩驱动力、液压管路的联通、数据线的内部联通、关节位置信息的检测、液压管接头统一布置、压力补偿等诸多功能。本发明中的管接头布置统一，走线盒可单独拆卸，传感器置于关节末端的双孔走线盒的一侧，这些都便于关节的调试与维护。

Claims (8)

1.一种水下液压机械手叶片式摆动关节结构，其特征在于：包括摆动缸端盖（6）、压紧端盖（7）、密封端盖（9）、摆动缸输出轴（10）、内部通油轴（11）、转子叶片（12）、定子叶片（13）、关节外壳（17）、机械臂底座（18）及机械臂（28），其中关节外壳（17）的一端与摆动缸端盖（6）密封连接，另一端与机械臂底座（18）密封转动连接，机械臂（28）安装在该机械臂底座（18）上；所述摆动缸输出轴（10）与内部通油轴（11）均容置于关节外壳（17）内，该内部通油轴（11）的一端通过空心螺栓（5）与摆动缸端盖（6）相连，所述摆动缸输出轴（10）转动地套设在内部通油轴（11）外部，摆动缸输出轴（10）的两端外表面均转动连接有与所述关节外壳（17）内壁密封抵接的密封端盖（9），所述摆动缸输出轴（10）的一端连动有位于该端密封端盖（9）与摆动缸端盖（6）之间的压紧端盖，另一端与所述机械臂底座（18）相连；两端所述密封端盖（9）与摆动缸输出轴（10）围成的腔体内分别设有转子叶片（12）及定子叶片（13），该转子叶片（12）的一端安装在所述摆动缸输出轴（10）上，另一端与所述关节外壳（17）的内壁密封抵接，所述定子叶片（13）的一端安装在关节外壳（17）上，另一端与所述摆动缸输出轴（10）的外表面密封抵接，所述转子叶片（12）和定子叶片（13）将腔体分成两个相互隔离的密封腔体；所述摆动缸端盖（6）上及机械臂底座（18）上分别安装有带走线体（3）的接线盒，电线由摆动缸端盖（6）上的接线盒穿入、经过所述空心螺栓（5）、内部通油轴（11）的中间通孔，由所述机械臂底座（18）上的接线盒穿出；所述摆动缸端盖（6）上安装有多个组合式铰接管接头（2），所述摆动缸输出轴（10）及内部通油轴（11）上均开设有与该组合式铰接管接头（2）数量相同的工艺孔，所述摆动缸输出轴（10）上的工艺孔中有两个分别与转子叶片（12）两侧的密封腔体相连通、通过转子叶片（12）带动摆动缸输出轴（10）摆动，其余的工艺孔分别与所述机械臂底座（18）上安装的直通管接头（27）一一连通；

两端所述密封端盖（9）的外侧均套有压紧环（8）及弹性挡圈（16），该弹性挡圈（16）对所述压紧环（8）和密封端盖（9）轴向限位，所述压紧环（8）上沿圆周方向均布了多个用于安装紧定螺钉（15）的螺纹通孔，通过旋紧紧定螺钉（15）将密封端盖（9）压紧在关节外壳（17）上。

2.根据权利要求1所述水下液压机械手叶片式摆动关节结构，其特征在于：所述密封端盖（9）与摆动缸输出轴（10）之间装有起到支撑作用的滚针轴承（25）和起到密封作用的组合密封（14）。

3.根据权利要求1所述水下液压机械手叶片式摆动关节结构，其特征在于：所述转子叶片（12）的另一端安装有叶片密封挡圈（21）和矩形圈组合密封（22），通过该叶片密封挡圈（21）和矩形圈组合密封（22）与所述关节外壳（17）的内壁密封抵接；所述定子叶片（13）的另一端安装有叶片密封挡圈（21）和矩形圈组合密封（22），通过该叶片密封挡圈（21）和矩形圈组合密封（22）与所述摆动缸输出轴（10）的外表面密封抵接。

4.根据权利要求1所述水下液压机械手叶片式摆动关节结构，其特征在于：所述摆动缸端盖（6）的外侧开设有多个螺纹孔，每个螺纹孔内均安装有组合式铰接管接头（2），该摆动缸端盖（6）上还开设有数量与所述螺纹孔相同的工艺孔，摆动缸端盖（6）上每个工艺孔的入口分别连通于一个螺纹孔，摆动缸端盖（6）上每个工艺孔的出口与内部通油轴（11）上的一个工艺孔入口对应连通，所述内部通油轴（11）的每个工艺孔的出口与摆动缸输出轴（10）上的一个工艺孔入口对应连通，摆动缸输出轴（10）上有两个工艺孔出口连通至所述转子叶片（12）两侧的密封腔体、驱动摆动缸输出轴（10），摆动缸输出轴（10）上的其余工艺孔出口与所述机械臂底座（18）上的一个工艺孔入口对应连通，机械臂底座（18）上的每个工艺孔出口均与一个直通管接头（27）对应连通。

5.根据权利要求4所述水下液压机械手叶片式摆动关节结构，其特征在于：所述内部通油轴（11）上每个工艺孔的出口两侧均安装有用于隔绝相邻管路油液的旋转密封圈（24）。

6.根据权利要求1所述水下液压机械手叶片式摆动关节结构，其特征在于：所述内部通油轴（11）的另一端安装有传感器电刷（19），所述机械臂底座（18）上安装有传感器膜片（20），该传感器膜片（20）随所述机械臂底座（18）由摆动缸输出轴（10）带动传感器电刷（19）转动，通过测量传感器压力变化获取所述摆动缸输出轴（10）的转角变化。

7.根据权利要求1所述水下液压机械手叶片式摆动关节结构，其特征在于：所述关节外壳（17）上螺纹连接有排放关节外壳（17）内气体的放气孔螺栓（23）。

8.根据权利要求1所述水下液压机械手叶片式摆动关节结构，其特征在于：所述组合式铰接管接头（2）的外部设有安装在摆动缸端盖（6）上的关节防护罩（1）。