一种水下机器人驱动系统变刚度装置的密封装置的制作方法

本发明涉及水下设备密封技术，尤其涉及一种水下机器人驱动系统变刚度装置的密封装置。

背景技术

随着社会的发展与科学技术的进步，人类在海洋工程方面取得重大的进步。作为海洋工程的一个重要探测系统，水下机器人具有体积小、重量轻、噪声低、隐蔽性好的特点，在海洋勘测、深海作业、海洋资源开发以及海洋权益维护中发挥了重要作用。对水下作业的机器人来说，设备的密封是机器人的关键技术，同时也是机器人正常工作最基本的保证。专利申请号为cn201710284606.6，名称为《一种仿鱼类水下机器人尾部驱动系统变刚度装置》的专利提出了一种仿鱼类水下机器人尾部驱动系统变刚度装置，通过活塞的推力往橡胶管中压入凝胶来实现尾部变刚度。该装置活塞壳与内钢套的螺纹连接处并未设置任何密封件或密封装置，在活塞推力的作用下，易造成凝胶的泄漏和螺纹的损坏，从而使活塞壳与内钢套的螺纹连接失效，装置的刚度变化无法实现以及整个水下机器人无法正常工作等问题。因此为了解决的这些问题,保证水下机器人驱动系统变刚度装置能正常工作，必须设计一种可以有效对水下机器人驱动系统变刚度装置进行可靠密封的结构装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点和不足而提供一种水下机器人驱动系统变刚度装置的密封装置，其结构简单、操作方便、实用性强、创新性强、密封效果好、使用周期长，易于实现和控制。

本发明的目的是这样实现的：包括活塞、活塞壳、密封机构、橡胶管组件，所述活塞设置在活塞壳的一端内；所述橡胶管组件包括设置在活塞壳的另一端内的内钢套、设置在内钢套外端部外钢套、与外钢套端部连通的橡胶管；所述密封机构包括增压组件和密封组件，增压组件包括设置在活塞壳上的液压管接头、设置在活塞壳上的固定法兰、设置在固定法兰上的缸体、设置在缸体上端的缸体端盖、设置在缸体内的小活塞、连接缸体和液压缸接头的连接管，密封组件包括设置在内钢套与活塞壳之间的工字型密封圈、左半钢片、右半钢片和弹性橡胶条，所述工字型密封圈设置在内缸套外表面，所述弹性橡胶条设置在左半钢片和右半钢片之间，半钢片、右半钢片和弹性橡胶条形成的环形结构设置在工字型密封圈和活塞壳之间，且左半钢片的端部和右半钢片的端部之间形成楔形空隙，所述小活塞的下端部为与楔形空隙配合的楔形端部。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.活塞与活塞壳之间设置有密封件。

2.所述缸体内设置有a腔、b腔和c腔，从连接管横向进入缸体到小活塞上部分为b腔，小活塞左边的竖直腔为a腔，且a腔与b腔相互交叉贯通，小活塞以下部分为c腔。

3.当活塞在外部动力机的作用下向右移动，推动液体腔里的凝胶沿着液压管接头和连接管进入缸体，随着活塞不断向右运动，b腔和c腔对小活塞的压力越来越大，由于接触面积的不同导致b腔的压力增幅大于c腔，小活塞在b腔和c腔的凝胶压力差的作用下逐渐向下运动，当小活塞的楔形端部进入左半钢片与右半钢片组合形成的楔形间隙后，小活塞施加给左半钢片和右半钢片一个挤压力，使左半钢片与右半钢片在压缩弹性橡胶条的同时，施加给工字型密封圈一个压紧力，使工字型密封圈压紧内钢套；

当活塞在动力机的作用下向左运动时，缸体里b腔和c腔对小活塞的压力越来越小，由于接触面积的不同导致b腔的压力减幅大于c腔，于是小活塞在b腔和c腔凝胶压力差的作用下逐渐向上运动，弹性橡胶条的恢复力推动左半钢片和右半钢片恢复到原位置，同时，左半钢片和右半钢片对工字型密封圈的压紧力消失，工字型密封圈恢复自然密封状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)结构简单、操作方便、密封效果好，易于安装和更换；(2)本发明设计的工字型密封圈、左半钢片、右半钢片以及小活塞楔形端部，结构合理且具有创新性，巧妙的利用工字型密封圈、左半钢片、右半钢片以及小活塞楔形端部的结构特性，实现了增强工字型密封圈密封效果的目的；(3)本发明创造性的利用活塞右运动对液压腔里凝胶的推力和液压差动原理，使小活塞向下运动，推动左半钢片和右半钢片挤压工字型密封圈，来增强工字型密封圈的密封效果。同时，在活塞向左运动时，缸体对小活塞的压力减小，小活塞向上运动，左半钢片和右半钢片在弹性橡胶条的弹性恢复力作用下回到原位置，不在对工字型密封圈施加压紧力，使工字型密封圈处于自然密封状态，从而既在活塞右运动时增强了工字型密封圈的密封效果，又在活塞左运动时使工字型密封圈处于自然密封状态，避免了工字型密封圈长时间处于外力压紧状态而失效。此外，这种间歇性的工字型密封圈被外力压紧密封与工字型密封圈自然密封的状态，提高了工字型密封圈的使用寿命和整个密封装置的使用周期。

附图说明

图1为本发明的整体三维图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为缸体9的结构示意图；

图4为本发明的a-a剖面图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图4，本发明主要由活塞1，活塞壳3，密封机构以及橡胶管组件组成。整个装置的结构简图如图2所示，其中密封机构包括增压组件和密封组件两部分。增压组件包括液压管接头4，连接管5，缸体端盖6，小活塞7，缸体密封件8，缸体9，固定法兰10，内六角螺栓11；密封组件包括左半钢片15，右半钢片16，工字型密封圈17，弹性橡胶条18；橡胶管组件包括内钢套12，外钢套13，橡胶管14。所述活塞、活塞壳和内钢套之间的空腔为液压腔，液压腔内充有凝胶。所述液压管接头的作用是连通活塞壳与连接管，便于使凝胶在活塞推力的作用下进入缸体。所述缸体通过螺栓固定在固定法兰上，而固定法兰又通过内六角头螺栓固定在活塞壳上。所述缸体上方有缸体端盖，其主要作用是防止凝胶的溢出。

本发明的活塞1的形状大小需与活塞壳3配合，且活塞1上装有密封件2，主要是为了防止活塞1在活塞通3中运动时发生泄漏。所述活塞左端与动力机连接，在动力机的作用下做往复运动。

本发明的液压管接头4主要起连接作用，用于将活塞壳3和连接管5连通，使活塞1右运动时，在推力的作用下推动凝胶流入缸体9，缸体9上方有用内六角螺栓固定的缸体端盖6，缸体端盖6的形状与缸体内腔形状契合，防止凝胶从缸体9上方溢出。

本发明的缸体9通过螺栓固定在固定法兰10上，而固定法兰又通过内六角螺栓11固定在活塞壳3上。

本发明的缸体9根据液压差动原理一共设计了a，b，c三个腔，其结构示意图如图3所示。从连接管5横向进入缸体9到小活塞7上部分为b腔，小活塞7左边的竖直腔为a腔，且a腔与b腔相互交叉贯通，小活塞以下部分为c腔。缸体9内的压力变化过程如下：当活塞1在外部动力机的作用下向右运动时，活塞1推动凝胶沿着连接管5逐渐进入缸体9的a，b，c腔，随着活塞1不断向右运动，b腔和c腔对小活塞7的压力越来越大，由于接触面积的不同导致b腔的压力增幅大于c腔，于是小活塞7在b腔和c腔凝胶压力差的作用下逐渐向下运动。当活塞1向左运动时，b腔和c腔对小活塞7的压力逐渐减小，且b腔的压力减幅大于c腔，于是小活塞7在b腔和c腔凝胶压力差的作用下逐渐向上运动，同时，左半钢片15和右半钢片16在弹性橡胶条18的弹性恢复力作用下，将对小活塞7产生一个向上的推力，当这个推力将会加快小活塞7的向上运动。

本发明的工字型密封圈17安装(套)在内钢套12上，工字型密封圈17的左边是左半钢片15，右边是右半钢片16，下边是弹性橡胶条18，且左半钢片15与右半钢片16的形状大小完全相同，只是位置放置不同，左半钢片15与右半钢片16组合放置工字型密封圈17两边，将会在工字型密封圈17上部分形成一个楔形空隙，如图4所示。当小活塞7在缸体9内凝胶压力差的作用下向下运动时，小活塞7的楔形端部将插入左半钢片15与右半钢片16组合形成的楔形空隙中，随着小活塞7不断的向下运动，将会对左半钢片15与右半钢片16产生一个推力，使左半钢片15与右半钢片16在压缩弹性橡胶条18的同时挤压工字型密封圈17，从而增强工字型密封圈17的密封效果。反之，当小活塞7在缸体9内凝胶压力差的作用下向上运动时，弹性橡胶条的恢复力推动左半钢片15和右半钢片16回复到原位置，左半钢片15和右半钢片16对工字型密封圈17的压紧力消失，工字型密封圈17恢复自然密封状态，避免了工字型密封圈17长时间处于外力压紧状态。这种间歇性的工字型密封圈被外力压紧密封与工字型密封圈自然密封的状态，既增强了工字型密封圈的密封效果，又提高了工字型密封圈的使用寿命和整个密封装置的使用周期。

本发明的工作原理是：本发明的活塞在外部动力机的作用下向右移动，使液压腔里的推力增大，推动液压腔里的凝胶沿着液压管接头和连接管进入缸体的a，b，c腔，缸体利用液压差动原理使缸体里的压力增大，具体是：随着活塞不断向右运动，b腔和c腔对小活塞的压力越来越大，由于接触面积的不同导致b腔的压力增幅大于c腔，于是小活塞在b腔和c腔凝胶压力差的作用下逐渐向下运动；在活塞的推动下，进入缸体里的凝胶推动小活塞向下运动，当小活塞的楔形端部进入左半钢片与右半钢片之间的楔形间隙时，小活塞将给左半钢片和右半钢片一个挤压力，使左半钢片与右半钢片在压缩弹性橡胶条的同时，给工字型密封圈一个压紧力，使工字型密封圈压紧内钢套，增强工字型密封圈的密封效果，防止液压腔内液体的泄漏。当活塞向左运动时，缸体里对小活塞的压力逐渐减小，小活塞向上运动，具体过程是：b腔和c腔对小活塞的压力逐渐减小，且b腔的压力减幅大于c腔，于是小活塞在b腔和c腔凝胶压力差的作用下逐渐向上运动；之前被压缩的弹性橡胶条产生弹性力使左半钢片和右半钢片恢复到原位置，工字型密封圈不在受左半钢片和右半钢片的压力而处于自然压紧状态。

综上，本发明涉及一种水下机器人驱动系统变刚度装置的密封装置。其主要包括活塞1，活塞壳3，液压密封机构以及橡胶管组件。其中液压密封机构包括增压组件和密封组件两部分。增压组件包括液压管接头4，连接管5，缸体端盖6，小活塞7，缸体密封件8，缸体9，固定法兰10，内六角螺栓11；密封组件包括左半钢片15，右半钢片16，工字型密封圈17，弹性橡胶条18。橡胶管组件包括内钢套12，外钢套13，橡胶管14。缸体9通过固定法兰10固定在活塞壳3上。内钢套12与活塞壳3通过螺纹连接，外钢套13与内钢套12也通过螺纹连接在一起。活塞1在外部动力机的作用下向右移动，使液压腔里的推力增大，推动液体腔里的凝胶沿着液压管接头4和连接管5进入缸体9，缸体9利用差动原理使缸体9里压力变化，随着活塞1不断向右运动，b腔和c腔对小活塞7的压力越来越大，由于接触面积的不同导致b腔的压力增幅大于c腔，于是小活塞7在b腔和c腔的凝胶压力差的作用下逐渐向下运动。当小活塞7的楔形端部进入左半钢片15与右半钢片16组合形成的楔形间隙后，小活塞7将施加给左半钢片15和右半钢片16一个挤压力，使左半钢片15与右半钢片16在压缩弹性橡胶条18的同时，施加给工字型密封圈17一个压紧力，使工字型密封圈17压紧内钢套12，增强工字型密封圈17的密封效果，防止液压腔内的凝胶发生泄漏。当活塞1在动力机的作用下向左运动时，缸体9里b腔和c腔对小活塞7的压力越来越小，由于接触面积的不同导致b腔的压力减幅大于c腔，于是小活塞7在b腔和c腔凝胶压力差的作用下逐渐向上运动，弹性橡胶条18的恢复力推动左半钢片15和右半钢片16回复到原位置，同时，左半钢片15和右半钢片16对工字型密封圈17的压紧力消失，工字型密封圈17恢复自然密封状态，避免了工字型密封圈17长时间处于外力压紧状态。从而既利用外力来达到增强工字型密封圈17的密封效果，又利用间歇性的外力压紧状态与外力不压紧状态来提高了工字型密封圈17的使用寿命。本发明提供一种结构简单、操作方便、密封效果好、实用性强、使用周期长、适于水下持续作业的机器人驱动系统变刚度装置的密封装置，本发明创造性的利用活塞左右运动与液压差动原理，通过缸体内凝胶压力差的变化，使小活塞向下运动或向上运动，推动左半钢片与右半钢片压紧工字型密封圈或工字型密封圈处于自然压紧状态，从而增强工字型密封的圈密封效果，避免了工字型密封圈长时间处于外力压紧状态而失效。这种间歇性的工字型密封圈被外力压紧密封与工字型密封圈自然密封的状态，提高了工字型密封圈的使用寿命和整个密封装置的使用周期。