一种大深度载人潜水器应急浮标释放装置的制作方法

本发明涉及潜水器领域，尤其涉及一种大深度载人潜水器应急浮标释放装置。

背景技术：

载人潜水器是当前海洋研究最重要的工具之一，其搭载于母船之上，在到达海洋指定作业区后，潜航员和科学家乘坐载人潜水器下潜至海底，在海底进行地质考察、生物取样、岩石或沉积物取样等科研工作，但是载人潜水器下潜至海底后会存在无法顺利上浮至水面的风险，这对潜航员构成了致命威胁，因此载人潜水器大多配备了多种冗余的安全措施，但是以目前的技术水平，目前采用的冗余安全措施均依赖于潜水器应急液压源的顺利工作与否，如果应急液压源故障，或者如果潜水器其他未设计抛弃功能的设备在水下被锚系或渔网等缠绕，那么载人潜水器将无法从海底上浮，潜航员的生命会面临严重威胁。而应急浮标作为载人潜水器的最后一项安全措施，其作用如下：当潜水器受困于水下，并实施完其他安全措施依然无法上浮，则释放应急浮标至水面，水面救援人员得以通过应急浮标判断潜水器受困位置并从水面组织救援。

目前，名称为“浮标释放装置”，申请号为2015109774905的发明专利采用液压源驱动油缸方式释放应急浮标，而应急浮标缆绳存放于锥形容器内，其存在的问题是：对于大深度载人潜水器，其配备的其他多种安全措施均依赖于液压源驱动，如果应急浮标释放也依赖于液压源驱动，则应急浮标作为载人潜水器最后一项安全措施，其释放成功的可靠性得不到保证；存在的另一个问题是：缆绳存放于锥形容器内，则应急浮标释放成功后，缆绳不可避免会出现打结缠绕现象，后果严重者应急浮标将无法上浮至海面。

专利名称为“载人潜水器救援装置”，申请号为201711013836.5的发明专利采用电驱动的爆炸螺栓释放应急浮标，应急浮标缆绳层层存放于长方体框内，并且在层与层之间通过鱼线将缆绳压紧，其避免了上述专利“浮标释放装置”(申请号为：2015109774905)存在的两个问题，但其存在的另外问题是：由于缆绳层存放于长方体框内，且在层与层之间通过鱼线将缆绳压紧，那么无法在载人潜水器每次下潜前检查鱼线是否都完好与否，只能对鱼线的完好性进行定期的检查，如果在潜水器受困于海底，且部分鱼线断裂，则在应急浮标上浮过程中，应急浮标缆绳同样不可避免存在打结缠绕现象，且断裂鱼线的存在会使得打结缠绕现象更加严重。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种大深度载人潜水器应急浮标释放装置，其具有电驱动或液压驱动两种模式，并且在载人潜水器每次下潜前均可方便的进行维护检查，避免缆绳打结缠绕。

本发明所采用的技术方案如下：

一种大深度载人潜水器应急浮标释放装置，包括应急浮标、用于缆绳释放或存储的缆绳存储释放装置及用于控制缆绳释放的液压控制系统；所述缆绳存储释放装置包括滚筒，于所述滚筒的表面缠绕多圈缆绳，所述缆绳未与滚筒表面缠绕的一端连接应急浮标；传动轴贯穿安装于滚筒上，所述传动轴的两端分别伸出滚筒并与轴承组件连接，所述传动轴的一端还伸出轴承组件与液压控制系统的动力源键连接。

其进一步技术方案在于：

所述应急浮标布置于浮标安装支架上，所述应急浮标的外轮廓为球形，浮标安装支架与应急浮标外轮廓接触的面为凹球面，在所述应急浮标与浮标安装支架凹球面的接触处还设置橡胶衬垫；

所述滚筒为“工”字形滚筒，于所述滚筒的内部开设带有键槽的孔，所述传动轴贯穿孔并与滚筒的内壁通过平键连接；

所述轴承组件包括安装深沟球轴承的轴承座，所述轴承座螺接于载人潜水器框架的表面；所述深沟球轴承采用陶瓷材料制成；

所述液压控制系统中动力源为油马达，所述油马达一端油口分别连接压力油与单向阀，所述单向阀的另一口连通海水；所述油马达的另一端油口通过节流阀连接油箱；还包括梭阀，所述梭阀两端的进油口分别与油马达的两端油口连接，所述梭阀的出口通过电磁换向阀连接马达制动器；

所述马达制动器为常闭型制动器，所述马达制动器的内部设置空腔，活塞设置于所述空腔内部并将所述空腔一分为二，于所述活塞一侧的空腔内设置压缩弹簧，所述活塞另一侧的空腔为油腔；

当所述油腔未通入压力油时，所述马达制动器通过压缩弹簧的压缩力抱紧油马达，使所述油马达锁紧无法转动；当所述油腔通入压力油时，活塞移动并使压缩弹簧压缩，使所述马达制动器松开油马达并使油马达转动；

所述油马达为带有泄漏油口的双向、低速大扭矩液压马达；

所述电磁换向阀为常闭二位二通电磁换向阀。

本发明的有益效果如下：

本发明结构简单、使用方便，若载人潜水器液压源正常工作，其可通过液压控制系统利用液压驱动的方式将应急浮标释放至海面；若载人潜水器液压源故障，则通过电驱动打开电磁换向阀，依靠应急浮标自身浮力释放至海面。本发明在潜水器下潜前均可方便检查缆绳的整齐性，在应急浮标上浮至海面的两种模式中，缆绳能够始终处于绷直状态，因此其不会存在打结缠绕现象。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明缆绳存储释放的主视图。

图3为本发明缆绳存储释放部分的右视图。

图4为图2在a-a方向的剖视结构示意图。

图5为本发明中液压马达驱动液压的原理图。

其中：1、应急浮标；2、橡胶衬垫；3、浮标安装支架；4、滚筒；401、孔；5、缆绳；6、轴承座；7、轴承端盖；8、传动轴；9、油马达；10、载人潜水器框架；11、平键；12、深沟球轴承；13、梭阀；14、马达制动器；141、压缩弹簧；142、油腔；143、活塞；15、节流阀；16、油箱；17、单向阀；18、电磁换向阀。

具体实施方式

下面说明本发明的具体实施方式。

如图1至图4所示，一种大深度载人潜水器应急浮标释放装置包括应急浮标1、用于缆绳释放或存储的缆绳存储释放装置及用于控制缆绳释放的液压控制系统；如图1所示，上述应急浮标1布置于浮标安装支架3上，应急浮标1的外轮廓为球形，浮标安装支架3与应急浮标1外轮廓接触的面为凹球面，在应急浮标1与浮标安装支架3凹球面的接触处还设置橡胶衬垫2。缆绳存储释放装置包括滚筒4，于滚筒4的表面缠绕多圈缆绳5，缆绳5未与滚筒4表面缠绕的一端连接应急浮标1；传动轴8贯穿安装于滚筒4上，传动轴8的两端分别伸出滚筒4并与轴承组件连接，传动轴8的一端还伸出轴承组件与液压控制系统的动力源键连接。

上述滚筒4为“工”字形滚筒，于滚筒4的内部开设带有键槽的孔401，传动轴8贯穿孔401并与滚筒4的内壁通过平键11连接。上述轴承组件包括安装深沟球轴承12的轴承座6，轴承座6螺接于载人潜水器框架10的表面，在轴承座6上还安装轴承端盖7。深沟球轴承12采用陶瓷材料制成。采用陶瓷材料可以使滚筒4在转动时受到的摩擦力减小，并且该材料制成的深沟球轴承12耐海水腐蚀性好。

上述液压控制系统中动力源为油马达9，油马达9为液压控制系统的主要部件，油马达9为带有泄漏油口的双向、低速大扭矩液压马达。油马达9一端油口分别连接压力油与单向阀17，单向阀17的另一口连通海水；油马达9的另一端油口通过节流阀15连接油箱16；还包括梭阀13，梭阀13两端的进油口分别与油马达9的两端油口连接，梭阀13的出口通过电磁换向阀18连接马达制动器14。上述电磁换向阀18为常闭二位二通电磁换向阀。马达制动器14为常闭型制动器，马达制动器14的内部设置空腔，活塞143设置于空腔内部并将空腔一分为二，于活塞143一侧的空腔内设置压缩弹簧141，活塞143另一侧的空腔为油腔142。

当油腔142未通入压力油时，马达制动器14通过压缩弹簧141的压缩力抱紧油马达9，使油马达9锁紧无法转动；当油腔142通入一定压力的压力油时，活塞143移动并使压缩弹簧141压缩，使马达制动器14松开油马达9并使油马达9可以自由转动。

本发明的具体实施过程如下：

本发明未启动状态时：此时液压控制系统中未通入压力油，电磁换向阀18未通电，油腔142中没有压力油，马达制动器14在压缩弹簧141释放弹性力的作用下抱紧油马达9，由于应急浮标1在海水中存在正浮力，因此应急浮标1通过缆绳5带动滚筒4、传动轴8、油马达9产生转动趋势，通过对压缩弹簧141设置合适的压缩力，使油马达9被马达制动器14抱紧不产生转动，进而通过传动轴8保持滚筒4不转动，保持应急浮标1被缆绳5下拉预紧在浮标安装支架3上。

本发明需要启动时：若载人潜水器液压源可以正常使用，液压控制系统通入压力油，电磁换向阀18通电换向，此时梭阀13将压力油引入油腔142，如图5所示，通过活塞143顶开压缩弹簧141，使马达制动器14松开油马达9，油马达9在压力油驱动下带动传动轴8开始转动并提供扭矩t和转速n，传动轴8带动滚筒4随动，通过释放缆绳5使应急浮标1开始释放。

应急浮标1释放后，由于应急浮标1在海水中处于正浮力，因此油马达9的负载为负负载，此时节流阀15充当背压阀的作用，节流阀15前的压力p1大于压力油的压力p，使应急浮标1的上浮过程被油马达9的转动所控制，即应急浮标1跟随滚筒4的转动进行上浮，由于应急浮标1在海水中处于正浮力，因此应急浮标1上浮至海面过程中，缆绳5处于绷紧状态，从而避免缆绳5发生缠绕打结现象。

当本发明需要启动但载人潜水器的液压源因故障无法使用时，如图5所示，液压控制系统无法通入压力油，将电磁换向阀18通电换向,此时由于应急浮标1的正浮力，使应急浮标1抽动缆绳5，进而带动滚筒4、传动轴8、油马达9产生转动趋势，由于节流阀15的存在，使得节流阀15前产生压力p1，p1被梭阀13引入油腔142中，通过合理设计活塞143面积，此p1作用于活塞143上所产生的力即可推开弹簧141，从而使得马达制动器14松开油马达9，应急浮标1被释放，开始上浮。此时，当应急浮标1释放后：应急浮标1上浮过程中带动油马达9转动，此时单向阀17充当补水阀，其通过另一口将海水引入1号油口，避免油马达9的1号油口前的管路出现抽真空现象，此时节流阀15起背压阀作用，油马达9充当应急浮标1上浮过程中的负载，该负载的大小和应急浮标1的上浮速度有关，另外应急浮标1上浮过程中，会受到海水阻力作用，此阻力和应急浮标1的上浮速度有关，最终，应急浮标1在油马达9负载和海水阻力的作用下，会达到一个平衡速度v，此时节流阀15前的压力从应急浮标1刚释放时的压力p1降为压力p2，通过合理设计活塞143面积，在此p2下，依然可以将弹簧141顶开，从而不影响应急浮标1的上浮。在浮标1上浮至海面过程中，由于缆绳5处于绷紧状态，因此缆绳5不会发生缠绕打结现象。

本发明结构简单、使用方便，若载人潜水器液压源正常工作，其可通过液压控制系统利用液压驱动的方式将应急浮标释放至海面；若载人潜水器液压源故障，则通过电驱动打开电磁换向阀，依靠应急浮标自身浮力释放至海面。本发明在潜水器下潜前可方便检查缆绳的整齐性，在应急浮标上浮至海面的两种模式中，缆绳始终处于绷直状态，其不会发生打结缠绕现象。

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，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。