专利名称：单球壳对接裙的制作方法
技术领域：
一种单球壳对接裙，属于潜艇人员的救援设备。
背景技术：
早在1963年美国开始计划研制深潜救生艇DSRV(Deep Submergency RescueVehicle)。1966年6月洛克希德导弹与空间公司开始建造第一艘DSRV-I，1971年下水。这是一艘人工操纵的潜水器，装有专门与失事艇逃逸舱口对接的通道(业内人士常称之为“裙”，以下这两个名词可以互换)，以实现失事艇上被救人员的“干”转移。
由于失事艇逃逸舱口平面一般不处于水平状态，有时甚至具有很大的纵、横倾角，使得具有“固定”通道(裙)的四自由度动力定位救生艇难以胜任救援工作，解决这一问题目前有两种办法其一是改进深潜救生艇的动力定位功能，在四自由度动力定位系统的基础上增加纵倾和横倾两种定位功能，实现六自由度动力定位；另一种是将四自由度动力定位的深潜救生艇上的“固定”通道(裙)改装为“转动”通道(裙)，以适应失事艇逃逸舱口平面的纵倾与横倾。
十分明显，在前一种方案中，不仅需要加装纵、横倾调节机构，增加整个艇体纵、横倾运动的控制和调节能力，而且由于其运动的数学模型具有更多的变量、更强的耦合性和非线性动力特性，极大地增加了控制系统的复杂性。值得注意的是由于艇体惯性质量很大，利用推进器对整个艇体进行纵、横倾的精细调解不仅动力消耗大，且抗干扰的能力差。而后一种方案不需要改变已经成熟的四自由度动力定位技术，即把救生艇与失事艇舱口对接时的动力定位工作区分为“整体”和“局部”两大部分，前者是以四自由度动力定位系统为基础，定位的目标是“对中”(使失事艇逃逸舱口处于救生艇传感器的测量范围之内)和“坐台”(对接平面重合)，后者的定位目标是“调平”(使通道对接平面平行)。
美国专利US3987742“Swivel air lock for airtight connection betweensubmergibles”(用于水下艇体之间气密连接的转动气密通道)(1976.10.26)和美国专利US5755532“Articulating pressure conduit”(活动压力通道)(1998.05.26)公开了上述第二个方案的研究情况。前一个专利的结构特点是将两个截头球壳套装在一起，组成可相对转动的球形通道，并在端部分别与裙(skirt)和裙座(bell)铰接的作动筒(jacks)的推动下转动。十分明显，通道(裙)对接平面方位的调整实质是在刚体(球形裙)绕球心的定点运动中实现的；此外，作动筒的物理尺寸又减小了裙相对于裙座的活动范围。后一个专利认为前者的调整范围有限(have a limited ability)，故将两个楔形球壳(hollow wedge-shaped segment)的端面动连接形成一个整体通道，除楔形球壳可以相对转动外，整个通道可绕艇体的垂向轴转动。于是，整个通道与失事艇间的方位调整是在楔形球壳单独或整体地绕两个非正交轴的转动过程中实现的。值得提及的是(1)在所述的专利中，深海高静压力环境下转动通道的“自由转动和密封”问题已是一种现有技术，并提及两个可以引用的、原本用于潜水服头盔和手臂的典型专利US4549753“rotary joint(转动接头)”(1985.10.29)和US4903941“pressure equalizing rotary joint(等压转动接头)”(1990.02.27)；(2)“定点运动”和“绕两个非正交轴的转动”导致通道对接平面的运动描述复杂化，故专利文件中没有提及将通道对接平面调整到预定方位的控制策略和步骤。换言之，采用上述两类转动通道时，通道对接平面的方位调整可能需要潜水员使用挂钩、缆绳等工具(如US5755532专利文献的附图所示)。
发明内容
本发明的目的是公开一种单球壳对接裙，转动通道对接平面的方位调整是在绕两个正交轴的两次独立转动中实现的。安装有本发明的四自由度动力定位救生艇可在对接过程中，把救生艇与失事艇舱口对接时所需要的六自由度动力定位功能分解为“整体”和“局部”两大部分，前者是以技术简单、成熟的四自由度动力定位系统为基础，定位的目标是“对中”(使失事艇逃逸舱口处于救生艇裙口传感器的测量范围之内)和“坐台”(对接平面重合)；后者的定位目标是“调平”(使通道对接平面平行)，由于通道对接平面的方位调整是在两次独立转动中实现的，极有利于对接过程的自动控制。
本发明的理论基础在于平面(例如本发明中的球壳“赤道面”)欲置的任何方位均可通过绕该平面的法线轴和平面内一根轴的两次独立转动实现(证明略)；且每次独立转动后通道的对接平面(平行于球壳“赤道面”)所处的方位可由适当布置的数个测距传感器的测量值确定。据此制定控制策略的总原则是由于失事艇逃逸舱口大小有限，为使测距传感器获得测量值，“调平”工作应以救生艇与失事艇通道对接平面“对中”为前提——对于装有本发明的四自由度动力定位功能的救生艇来说这是不难做到的；又由于“调平”过程会影响“对中”，故在控制程序中应交叉检测“对中”与“调平”传感器的测量值并设法复位到控制“目标”；一旦两种测量值均满足要求，即可“坐台”，完成对接。
单球壳对接裙包括球形裙、短轴、球形裙驱动电机、球形裙座、高压水接头、球形裙座接管、端面密封转动轴承、伞齿轮副和裙座驱动电机。其中，球形裙是一个两侧具有对称截头的球壳，固装在其外表面的两根短轴的轴线与过球心的直径重合且平行于截口平面(即短轴轴线与球形裙的“赤道面”内的一根直径重合)；球形裙座是一个两端板开孔的短圆柱筒体，孔的内缘加装动密封结构，带短轴的球形裙装于其内，并借助所述的两根短轴和球形裙座上的轴承自由转动，而转动的动力源是借助端部法兰固定在球形裙座筒壁外侧并与一根短轴相连的球形裙驱动电机；用于与失事艇对接一侧的所述截口处加装一个锥形座圈。球形裙与球形裙座间实现动密封的结构设计可借鉴现有技术，且在球形裙座上加装高压水接头，以便借助高压水泵向球形裙座内注入压力适当的高压水，用以平衡外界海水静压力，进而防止海水中的微小颗粒进入相对滑动面间。端面密封转动轴承是由球形裙座接管的端部法兰与救生艇救生舱口围管的端部法兰组成的动密封体。球形裙座接管的另一端与球形裙座同轴线固连，而套装在球形裙座接管上的伞齿轮副中的大齿圈固定在球形裙座的内端面上；于是，与救生艇舱口围管固连的带减速器的裙座驱动电机可借助伞齿轮副中的小伞齿轮带动球形裙座连同球形裙绕救生艇救生舱口围管的中轴线(与救生艇的垂向轴以及转动前的救生艇球形裙“赤道面”的法向轴平行)转动。
本发明中的端面密封转动轴承可用组合密封转动轴承代替。后者是将球形裙座接管与救生艇救生舱口围管插装后组成径向动密封，同时在球形裙座接管的中部加工出凸缘，以便于与救生艇救生舱口围管端部法兰组成端面动密封。这种组合密封体可以提高密封效果。
十分明显，单球壳对接裙的两根物理转轴分别是救生艇救生舱口围管的中轴线和所述两根短轴的轴线；而本发明的理论基础中所涉及的“平面”就是球形裙的“赤道面”。
图1采用端面密封的单球壳对接裙结构示意2采用组合密封的单球壳对接裙结构示意图具体实施方式
下面给出本发明的优选实施方式，并结合附图加以说明。
如图1所示，单球壳对接裙包括球形裙11、球形裙驱动电机12、短轴13、球形裙座21、高压水接头26、球形裙座接管22、端面密封转动轴承23、伞齿轮副25和裙座驱动电机24。其中，球形裙11是一个两侧具有对称截头的球壳，固装在其外表面的两根短轴13的轴线与球形裙11“赤道面”内的一根直径重合，且与截口平行；球形裙座21是一个两端板开孔的短圆柱筒体，孔的内缘加装动密封结构，带短轴13的球形裙11装于其内，并借助两根短轴13和球形裙座21上的轴承自由转动，而转动的动力源是借助端部法兰固定在球形裙座21外侧并与一根短轴13相连的球形裙驱动电机12；用于与失事艇对接一侧的截口处加装一个锥形座圈。在球形裙座21上加装高压水接头26，以便借助高压水泵(图中未画出)向球形裙座21内注入压力适当的高压水，用以平衡外界海水静压力，进而防止海水中的微小颗粒进入相对滑动面间。端面密封转动轴承23是由球形裙座接管22端部法兰与救生艇救生舱口围管01的端部法兰共同组成的动密封体(图中所画的仅是示意图)。球形裙座接管22的另一端与球形裙座21同轴线固连，而套装在球形裙座接管22上的伞齿轮副25中的大齿圈固定在球形裙座21的内端面上；于是，与救生艇舱口围管01固连的裙座驱动电机24可借助伞齿轮副25中的小伞齿轮带动球形裙座21连同球形裙11绕救生艇00的救生舱口围管01的中轴线(与救生艇00的垂向轴以及转动前的球形裙11的“赤道面”的法向轴平行)转动。
如图2所示，在本发明中，可以用组合密封转动轴承23代替图1中的端面密封转动轴承23。前者是将球形裙座接管22与救生艇救生舱口围管01插装后组成径向动密封，同时在球形裙座接管22的中部加工出凸缘，以便于与救生艇救生舱口围管01端部法兰组成端面动密封。毫无疑问，这种组合密封体(图中所画的仅是示意图)可以提高密封效果。
两种密封转动轴承的具体结构可根据现有的动密封理论和美国专利US5755532“Articulating pressure conduit(活动压力通道)”中所提及的典型专利技术US4549753“转动接头”和US4903941“等压转动接头”进行设计。
安装这种单球壳对接裙带来的有益效果是通道对接平面的方位调整是在绕两个正交轴的两次独立转动中实现的。于是，即便是具有四自由度动力定位功能的救生艇，安装了本发明后，也可在对接过程中具有六自由度动力定位救生艇的对接功能。而且救生艇的四自由度动力定位技术要比六自由度动力定位技术成熟、简单得多；通道对接平面的“局部”方位调整也易于实现，由于通道对接平面的方位调整是在两次独立转动中实现的，极有利于对接过程的自动控制。
使用本发明可极大地减少深潜救生艇所需动力定位设备的数量和通道对接的控制难度。
权利要求
1.一种单球壳对接裙，其特征在于它包括球形裙(11)、短轴(13)、球形裙驱动电机(12)、球形裙座(21)、高压水接头(26)、球形裙座接管(22)、端面密封转动轴承(23)、伞齿轮副(25)和裙座驱动电机(24)；其中，球形裙(11)是一个双面对称截头的球壳；固装在其外表面的两根短轴(13)的轴线与球形裙(11)“赤道面”内的一根直径重合，且与截口平行；球形裙座(21)是一个两端板上开孔的短圆柱筒体，孔的内缘加装动密封结构，带短轴(13)的球形裙(11)装于其内，并借助所述的两根短轴(13)和球形裙座(21)上的轴承自由转动；与救生艇舱口围管(01)固连的球形裙驱动电机(12)借助端部法兰固定在球形裙座(21)外侧并与其中一根短轴(13)固连；球形裙座(21)与球形裙座接管(22)同轴线地固连成一体，并可绕救生艇(00)的救生舱口围管(01)的中轴线转动；套装在球形裙座接管(22)上的伞齿轮副(25)中的大齿圈固定在球形裙座(21)的内端面上；带减速器的裙座驱动电机(24)的轴头与伞齿轮副(25)中的小伞齿轮固连；球形裙座(21)上装有高压水接头(26)。
2.如权利要求1所述的端面密封转动轴承(23)，其特征在于它是由球形裙座接管(22)的端部法兰与救生艇救生舱口围管(01)的端部法兰共同组成的动密封体。
3.如权利要求1所述的端面密封转动轴承(23)用组合密封转动轴承代替，其特征在于它是将球形裙座接管(22)与救生艇救生舱口围管(01)插装后组成径向动密封，同时在球形裙座接管(22)的中部加工出凸缘，以便于与救生艇救生舱口围管(01)端部法兰组成端面动密封。
全文摘要
一种单球壳对接裙，属于潜艇人员的救援设备，特别适宜替换四自由度动力定位救生艇的“固定”救生舱口，使之具有六自由度动力定位救生艇的对接功能。本发明包括一个与两根同轴线的短轴固连，且可在球形裙座内作定轴转动的双侧截头球形裙和一套确保整个通道绕救生艇舱口垂向轴转动的端面密封轴承(或组合密封轴承)。所述两根轴线正交。转动的动力源是球形裙驱动电机和球形裙座驱动电机。球形裙座上加装高压水接头，以防止海水中的微小颗粒进入相对滑动面间。使用本发明可减少深潜救生艇所需动力定位设备的数量，易于实现通道方位的“局部”调整，极有利于对接过程的自动控制。
文档编号F16L27/02GK1986328SQ200610151168
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月20日 优先权日2006年12月20日
发明者郑可为, 唐照东, 边信黔, 王宏健, 付明玉, 徐健 申请人:哈尔滨工程大学