CN108343656B - 一种深海自适应夹紧装置及其自适应夹紧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种深海自适应夹紧装置及其自适应夹紧方法，一种深海自适应夹紧装置，包括缸筒，所述缸筒开口端通过导向套连接活塞杆，且活塞杆位于缸筒内一端连接活塞片，缸筒内通过活塞片分成无杆腔和有杆腔，所述缸筒外侧密封连接缸体，所述缸体和缸筒之间行成第一密封腔，且第一密封腔和无杆腔之间通过阻尼孔连通，所述缸筒外侧与补偿皮囊一端连接，补偿皮囊另一端连接在导向套和缸筒之间，且补偿皮囊与缸筒之间形成第二密封腔，所述第二密封腔与有杆腔通过通孔连通，所述缸筒和缸体分别开设充油口和充气口，实现装置的预紧及位移补偿，且结构简单，可靠性好。
Description
技术领域
本发明涉及预紧设备领域，尤其涉及一种深海自适应夹紧装置及其自适应夹紧方法。
背景技术
海洋蕴含丰富的资源，是人类赖以生存和发展的物质源泉，也是国际竞争的重要领域。为了进行海洋的探测和开发，各国先后研制各种形式的海洋探测和开发装备，包括各种ROV、AUV、载人潜器、深海挖沟装备、深海石油探测和开采设备、深海检修设备等。为了完成不同的作业任务，或补偿深海压力变化对耐压结构变形的影响，这些深海装备常配置有不同形式的夹紧装置。在水深较浅的海域，由于环境压力较低，耐压结构变形量较小，常采用固定的夹紧装置，并未对夹紧装置进行位移补偿；但随着作业深度的增加，耐压结构的变形量不断增大，此时若不对所夹紧的物体进行位移补偿，可能就会出现松脱等安全隐患。
现有的夹紧装置常采用液压系统夹紧方式实现装置的预紧及位移补偿；采用此方式需配置液压泵源、控制阀、压力检测装置、蓄能器等设备，需对补偿量进行检测和控制，系统元件多、控制系统复杂，特别在深海环境下，此方式可靠性低。
发明内容
本申请人针对以上缺点，进行了研究改进，提供一种深海自适应夹紧装置及其自适应夹紧方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种深海自适应夹紧装置，包括缸筒，所述缸筒开口端通过导向套连接活塞杆，且活塞杆位于缸筒内一端连接活塞片，缸筒内通过活塞片分成无杆腔和有杆腔，所述缸筒外侧密封连接缸体，所述缸体和缸筒之间行成第一密封腔，且第一密封腔和无杆腔之间通过阻尼孔连通，所述缸筒外侧与补偿皮囊一端连接，补偿皮囊另一端连接在导向套和缸筒之间，且补偿皮囊与缸筒之间形成第二密封腔，所述第二密封腔与有杆腔通过通孔连通，所述缸筒和缸体分别开设充油口和充气口。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述缸筒尾端连接关节轴承，所述活塞杆连接球铰。
一种自适应夹紧装置自适应夹紧方法，通过充油口可使液压油送入有杆腔内，再通过充气口可使高压气体通过第一密封腔和阻尼孔进入无杆腔，通过气体即可驱动活塞杆伸出，驱动夹紧物体，且夹紧装置包括以下工况：
1)水面工况：此时环境压力几乎为0，第一密封腔和无杆腔压力相等，始终使活塞杆处于伸出预紧状态，此时预紧力最大，可有效抵抗水面波浪等外部载荷；
2)下潜工况：下潜时，水压不断增大，被夹物体收缩，无杆腔内的高压空气推动活塞杆继续伸出，始终保持夹紧装置与物体的贴合并预紧，同时有杆腔内的液压油通过通孔进入第二密封腔内，使补偿皮囊膨胀；
3)上浮工况：上浮使，水压逐渐减小，被夹物体膨胀，膨胀推力使活塞杆缩回，始终保持夹紧装置与物体的贴合并预紧，此时第一密封腔和无杆腔内气体被压缩，压力上升，同时补偿皮囊被环境压力压缩，第二密封腔内的液压油通过通孔回流到有杆腔内，实现有杆腔容积的补偿；
4)动载荷工况：动载荷加载在活塞杆上，即可通过活塞片压缩无杆腔内气体，无杆腔内气体可通过阻尼孔进入第一密封腔，受阻尼孔的阻尼作用，无杆腔气体所产生的瞬时刚度增加，可有效抵抗外部载荷。
本发明的有益效果如下：1)夹紧装置一端为球铰连接，另外一端为关节轴承连接，因此可实现对夹紧物体轴向位移、径向位移和扭转位移的方向自适应补偿；2)所述深海自适应夹紧装置在水面工况时，预紧力最大，可有效抵抗外部载荷，在水下工况时，随水深的增加预紧力不断减小，可有效降低被夹紧物表面所受的载荷。
附图说明
图1为本发明提供的深海自适应夹紧装置的剖视图。
图中：1、缸筒；11、无杆腔；12、有杆腔；13、充油口；14、关节轴承；2、导向套；3、活塞杆；31、活塞片；32、球铰；4、缸体；41、第一密封腔；42、充气口；5、阻尼孔；6、补偿皮囊；61、第二密封腔；7、通孔。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的深海自适应夹紧装置，包括缸筒1，缸筒1开口端通过导向套2连接活塞杆3，且活塞杆3位于缸筒1内一端连接活塞片31，缸筒1内通过活塞片31分成无杆腔11和有杆腔12，缸筒1外侧密封连接缸体4，缸体4和缸筒1之间行成第一密封腔41，且第一密封腔41和无杆腔11之间通过阻尼孔5连通，缸筒1外侧与补偿皮囊6一端连接，补偿皮囊6另一端连接在导向套2和缸筒1之间，且补偿皮囊6与缸筒1之间形成第二密封腔61，第二密封腔61与有杆腔12通过通孔7连通，缸筒1和缸体4分别开设充油口13和充气口42，缸筒1尾端连接关节轴承14，活塞杆3连接球铰32。
本实施例的自适应夹紧装置自适应夹紧方法，通过充油口13可使液压油送入有杆腔12内，再通过充气口42可使高压气体通过第一密封腔41和阻尼孔5进入无杆腔11，通过高压气体即可驱动活塞杆3伸出，驱动夹紧物体，且夹紧装置包括水面工况、下潜工况、上浮工况和动载荷工况，为便于理解，假设海水环境最大压力10MPa，夹紧装置预充气压力15MPa，活塞片31面积为S，下面就四种工况分别介绍：
1)水面工况：此时环境压力几乎为0，第一密封腔41和无杆腔11压力相等，始终使活塞杆3处于伸出预紧状态，此时预紧力最大，为15MPa×S，可有效抵抗水面波浪等外部载荷；
2)下潜工况：下潜时，水压不断增大，被夹物体收缩，无杆腔11内的高压空气推动活塞杆3继续伸出，始终保持夹紧装置与物体的贴合并预紧，同时有杆腔12内的液压油通过通孔7进入第二密封腔61内，使补偿皮囊6膨胀，有杆腔12内压力为环境压力p0，假设此时无杆腔11内压力为p1则预紧力为(p1-p0)MPa×S；
3)上浮工况：上浮使，水压逐渐减小，被夹物体膨胀，膨胀推力使活塞杆3缩回，始终保持夹紧装置与物体的贴合并预紧，此时第一密封腔41和无杆腔11内气体被压缩，压力上升，同时补偿皮囊6被环境压力压缩，第二密封腔61内的液压油通过通孔7回流到有杆腔12内，实现有杆腔12容积的补偿，有杆腔12压力为环境压力p2，假设此时无杆腔11压力为p3，则预紧力为(p3-p2)MPa×S；
4)动载荷工况：动载荷加载在活塞杆3上，即可通过活塞片31压缩无杆腔11内气体，无杆腔11内气体可通过阻尼孔5进入第一密封腔41，受阻尼孔5的阻尼作用，无杆腔11气体所产生的瞬时刚度增加，可有效抵抗外部载荷。
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。
Claims (1)
1.一种深海自适应夹紧装置的自适应夹紧方法，包括深海自适应夹紧装置，具体结构为：包括缸筒(1)，所述缸筒(1)开口端通过导向套(2)连接活塞杆(3)，且活塞杆(3)位于缸筒(1)内一端连接活塞片(31)，缸筒(1)内通过活塞片(31)分成无杆腔(11)和有杆腔(12)，所述缸筒(1)外侧密封连接缸体(4)，所述缸体(4)和缸筒(1)之间形成第一密封腔(41)，且第一密封腔(41)和无杆腔(11)之间通过阻尼孔(5)连通，所述缸筒(1)外侧与补偿皮囊(6)一端连接，补偿皮囊(6)另一端连接在导向套(2)和缸筒(1)之间，且补偿皮囊(6)与缸筒(1)之间形成第二密封腔(61)，所述第二密封腔(61)与有杆腔(12)通过通孔(7)连通，所述缸筒(1)和缸体(4)分别开设充油口(13)和充气口(42)；所述缸筒(1)尾端连接关节轴承(14)，所述活塞杆(3)连接球铰(32)；
通过充油口(13)可使液压油送入有杆腔(12)内，再通过充气口(42)可使高压气体通过第一密封腔(41)和阻尼孔(5)进入无杆腔(11)，通过气体即可驱动活塞杆(3)伸出，驱动夹紧物体，且夹紧装置包括以下工况：
1)水面工况：此时环境压力几乎为0，第一密封腔(41)和无杆腔(11)压力相等，始终使活塞杆(3)处于伸出预紧状态，此时预紧力最大，可有效抵抗水面波浪等外部载荷；
2)下潜工况：下潜时，水压不断增大，被夹物体收缩，无杆腔(11)内的高压空气推动活塞杆(3)继续伸出，始终保持夹紧装置与物体的贴合并预紧，同时有杆腔(12)内的液压油通过通孔(7)进入第二密封腔(61)内，使补偿皮囊(6)膨胀；
3)上浮工况：上浮使，水压逐渐减小，被夹物体膨胀，膨胀推力使活塞杆(3)缩回，始终保持夹紧装置与物体的贴合并预紧，此时第一密封腔(41)和无杆腔(11)内气体被压缩，压力上升，同时补偿皮囊(6)被环境压力压缩，第二密封腔(61)内的液压油通过通孔(7)回流到有杆腔(12)内，实现有杆腔(12)容积的补偿；
动载荷工况：动载荷加载在活塞杆(3)上，即可通过活塞片(31)压缩无杆腔(11)内气体，无杆腔(11)内气体可通过阻尼孔(5)进入第一密封腔(41)，受阻尼孔(5)的阻尼作用，无杆腔(11)气体所产生的瞬时刚度增加，可有效抵抗外部载荷。
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