阅读说明：本技术 一种深海载人潜水器舱口盖启闭机构 (Hatch cover opening and closing mechanism of deep-sea manned submersible ) 是由 陈峰落 康建军 张锦飞 罗瑞龙 张舜 于 2020-05-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及海洋装备领域的一种深海载人潜水器舱口盖启闭机构,包括舱口盖、锁紧组件、平衡组件；锁紧组件包括心轴,在心轴内侧端设有可在舱内进行锁紧、解锁操作的锁紧执行部件,心轴外侧端具有便于应急开启结构,以使工具通过应急开启结构驱使心轴自转以解锁锁紧执行部件；平衡组件包括连接臂,连接臂一端通过销轴与固定设于舱口盖外侧的舱口盖吊耳连接,连接臂的转动支点端转动连接固定支座；平衡组件包括钢丝绳、弹簧导向基座、压缩弹簧、滑杆,弹簧端面挡圈活动设置于弹簧导向基座内,并通过压缩弹簧与弹簧导向基座内壁连接,钢丝绳穿过压缩弹簧并向后拉住弹簧端面挡圈。既能够轻松开启舱口盖,还解决了正常启闭和应急启闭的问题。(The invention relates to a deep sea manned submersible hatch cover opening and closing mechanism in the field of marine equipment, which comprises a hatch cover, a locking assembly and a balance assembly, wherein the locking assembly is arranged on the hatch cover; the locking assembly comprises a mandrel, a locking execution part which can perform locking and unlocking operations in the cabin is arranged at the inner side end of the mandrel, and an emergency opening structure is arranged at the outer side end of the mandrel, so that the tool drives the mandrel to rotate to unlock the locking execution part through the emergency opening structure; the balance assembly comprises a connecting arm, one end of the connecting arm is connected with a hatch cover lifting lug fixedly arranged on the outer side of the hatch cover through a pin shaft, and a rotating fulcrum end of the connecting arm is rotatably connected with a fixed support; the balance assembly comprises a steel wire rope, a spring guide base, a compression spring and a sliding rod, wherein a spring end face check ring is movably arranged in the spring guide base and is connected with the inner wall of the spring guide base through the compression spring, and the steel wire rope penetrates through the compression spring and pulls the spring end face check ring backwards. The hatch cover can be easily opened, and the problems of normal opening and closing and emergency opening and closing are solved.)

一种深海载人潜水器舱口盖启闭机构

技术领域

本发明涉及海洋装备领域，具体来说，是一种深海载人潜水器出入舱口盖的启闭机构。

背景技术

现有技术中，载人舱是深海载人潜水器最为重要的核心部件之一，其安全评估是载人潜水器研制成功与否的重要标志之一，而舱口盖启闭机构作为载人舱的一部分，舱口盖的密封性以及舱口盖启闭机构的安全性直接关系到舱内人员的生命安全，因此对舱口下启闭机构重要性是不可估量的。在确保舱口盖密封性的条件下，启闭机构的主要作用是实现舱口盖启闭的轻便性，保证出入舱口人员无需借助外力就可实现舱口盖的开启。

“CN201761631U大深度载人潜水器出入舱口盖启闭机构”这一专利的平衡组件中采用设置在带密闭腔的转轴中的叠加片弹簧来提供扭矩，这一结构体积和重量较大，片簧主要提供弯矩的用途较广，用于提供扭矩，计算难度上相对较大。

“CN103895817A深海载人潜水器舱口盖锁紧装置”这一专利的锁紧装置利用杠杆原理，可实现锁紧装置的基本功能，但考虑载人舱内空间较小，使用这种结构的锁紧装置时，驾驶员进入载人舱后必须使用较大的力才可转动手轮实现舱口盖锁紧，可操作性较差，同时，该机构由众多杆件组成，一旦某一传动杆件出现问题，即使舱外也无法操作手轮实现应急救援，可靠性也较低。

“CN108791706B一种载人潜水器舱口盖锁紧装置”这一专利中的锁紧装置采用两套齿轮传动结构，齿轮结构包括扇形齿轮、齿圈、小齿轮与合成轮，四种齿轮都需要特定计算、加工，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种深海载人潜水器舱口盖启闭机构，既能够轻松开启舱口盖，还解决了正常启闭和应急启闭的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种深海载人潜水器舱口盖启闭机构，包括用于密封舱口的、环形盖结构的舱口盖，以及锁定舱口盖的锁紧组件，还包括平衡组件；

所述锁紧组件包括同轴密封穿接舱口盖的心轴，所述心轴外侧端处于舱口盖之外，所述心轴内侧端处于舱口盖之内的位置，在心轴内侧端设有可在舱内进行锁紧、解锁操作的锁紧执行部件，所述心轴外侧端具有便于应急开启结构，以使工具通过所述应急开启结构驱使心轴自转以解锁锁紧执行部件；

所述平衡组件包括连接臂，舱口盖基座上固定有固定支座，所述连接臂一端通过销轴与固定设于舱口盖外侧的舱口盖吊耳连接，所述连接臂的转动支点端转动连接固定支座；

所述平衡组件还包括钢丝绳、弹簧导向基座、压缩弹簧、滑杆，所述连接臂设置有两个，所述弹簧导向基座后端与两连接臂转动连接并处于两连接臂之间，所述钢丝绳一端固定设置，所述钢丝绳另一端活动穿入弹簧导向基座内并通过钢丝绳固定板固定在弹簧端面挡圈上，所述固定支座滑动支撑钢丝绳，所述弹簧端面挡圈活动设置于弹簧导向基座内，并通过压缩弹簧与弹簧导向基座内壁连接，所述钢丝绳穿过压缩弹簧并向后拉住弹簧端面挡圈；

所述两连接臂均设有长条孔，所述弹簧导向基座设有与长条孔对应的开口槽，所述滑杆固定穿接弹簧端面挡圈，且活动穿过两连接臂的长条孔以及弹簧导向基座的开口槽。

进一步地，所述心轴内侧端的锁紧执行部件包括：

把手组合件，安装在心轴内侧端；

驱动盘，同轴套装在心轴内侧段；

三个锁舌导向件，以心轴的轴线为准环向均布，并固定安装在舱口盖底面上，具有前后贯通的滑槽；以及

三套与锁舌导向件一一配套的锁定连杆组，每套锁定连杆组均包括依次连接的连接杆、调节件、锁舌，所述锁舌滑动设置于一锁舌导向件的滑槽中，所述调节件设置为可调节杆结构，所述连接杆一端铰接于驱动盘上，所述连接杆另一端铰接调节件一端；

其中，所述锁定连杆组在处于锁定状态时，所述连接杆、调节件、锁舌处于直线排列状态并组合成直杆结构，以使锁舌与舱口盖基座内壁锁定配合，且任意相邻两个锁定连杆组保持120°夹角；

所述锁定连杆组在处于解锁状态时，所述连接杆处于倾斜状态；

所述心轴外侧端的应急开启结构包括断面结构为六角形的、与心轴一体设置的六角凸起，所述六角凸起具有开口向上的、断面结构为六角形的六角凹槽。

进一步地，上述把手组合件包括折叠把手连接杆、折叠把手、拉伸弹簧，所述折叠把手连接杆以垂直于心轴轴线的方向穿过并固定连接在心轴上，所述折叠把手连接杆两端均连接有折叠把手，且所述折叠把手相对于折叠把手连接杆可上下转动，每个折叠把手均配置有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧一端连接折叠把手，所述拉伸弹簧另一端连接折叠把手连接杆，在不操作的状态下所述折叠把手在拉伸弹簧的作用下向上翘起。

进一步地，上述把手组合件还包括心轴端盖，所述驱动盘具有套筒部分以及构成其主体部分的圆盘部分，所述驱动盘的圆盘部分连接连接杆，所述驱动盘的套筒部分套装在心轴上，所述折叠把手连接杆同时穿过并连接心轴和驱动盘的套筒部分，所述驱动盘的套筒部分下端向下超出心轴内侧端，并被心轴端盖盖住，螺钉从下往上穿过心轴端盖、折叠把手连接杆后与心轴螺钉连接，以同时固定驱动盘和折叠把手连接杆。

进一步地，所述驱动盘上固定安装有三个限位螺钉，三个限位螺钉一一对应三个连接杆，在锁定状态下三个连接杆的杆身一一抵靠三个限位螺钉。

进一步地，所述连接杆朝向驱动盘的一端具有容纳驱动盘在其中活动的限位U型槽，在解锁状态下所述驱动盘的外周抵触限位U型槽。

进一步地，所述固定支座上连接有一对用于限定连接臂旋转角度位置的限位销，当舱口盖随连接臂旋转到目标位置时，所述限位销插入连接臂的预设定位孔和固定支座的预设定位孔中。

进一步地，所述钢丝绳、弹簧导向基座、压缩弹簧、钢丝绳夹均设有三套，且沿弹簧转轴轴向布置，所述滑杆横穿所有弹簧导向基座并与每个弹簧导向基座的弹簧端面挡圈固定连接。

本发明的有益效果在于：

1、既可以进行正常启闭动作，也可以进行应急启闭动作，使得舱口盖均能够在舱内外打开，在进行正常启闭时，只要关上舱口盖，然后手持折叠把手，驱使驱动盘和心轴一同旋转，从而带动锁舌在锁舌导向件的滑槽中滑动，以达到锁紧或解锁的目的，在进行应急启闭时，只要用扳手、手轮或其他工具与心轴外侧端的应急开启结构配合，驱使心轴旋转以带动舱内的三套锁定连杆组(相当于三套曲柄滑块机构)同时进行解锁动作，即可从外部打开舱口盖；

2、利用平衡组件的压缩弹簧的弹力产生的力矩克服舱口盖的重力产生的力矩，使得打开舱口盖的过程更加省力，来实现轻松开启舱口盖的效果，钢丝绳的目的是牵引压缩弹簧，使压缩弹簧压缩量随着舱口盖开启角度的变化而变化；

3、在不操作的状态下折叠把手在拉伸弹簧的作用下向上翘起，以免人员在舱内活动时碰到折叠把手导致解锁，使得安全性能够得到保障。

附图说明

图1是本发明的总装图。

图2是锁紧组件的结构示意图。

图3是心轴的结构示意图。

图4是折叠把手连接杆的安装示意图。

图5是驱动盘的结构示意图。

图6是本发明的解锁动作示意图。

图7是本发明的锁定动作示意图。

图8是平衡组件的立体结构示意图。

图9是平衡组件的截面结构示意图。

图10是固定支座的结构示意图。

图11是平衡组件的工作原理示意图。

图中，1舱口盖、101舱口盖吊耳、2平衡组件、201连接臂、202弹簧导向基座、203滑杆、204弹簧转轴、205钢丝绳夹、206钢丝绳、207弹簧端面挡圈、208压缩弹簧、209钢丝绳固定板、3锁紧组件、301心轴、301-1端面密封槽、301-2轴向密封槽、301-3导向环槽、301-4折叠把手连接杆孔、301-5螺纹孔、302锁舌导向件、303锁舌、304驱动盘、305折叠把手连接杆、306心轴端盖、307拉伸弹簧、308折叠把手、309调节件、310连接杆、311限位螺钉、312导向环、313密封圈、304驱动盘、304-1限位螺钉孔、304-2连接杆安装孔、4固定支座、401固定耳、402转轴、403转轴套筒、404钢丝绳端部固定板、405销钉、406螺母、407限位销、5舱口盖基座、501舱口盖基座锥形面、6销轴。

具体实施方式

下面结合附图1-11和具体实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种深海载人潜水器舱口盖启闭机构，包括用于密封舱口的、环形盖结构的舱口盖1，以及锁定舱口盖1的锁紧组件3，还包括平衡组件2。全套启闭机构由具备较强耐腐蚀性能的材料制成。

上述锁紧组件3包括同轴密封穿接舱口盖1的心轴301，心轴301外侧端处于舱口盖1之外，心轴301内侧端处于舱口盖1之内的位置，在心轴301内侧端设有可在舱内进行锁紧、解锁操作的锁紧执行部件，心轴301外侧端具有便于应急开启结构，以使工具通过应急开启结构驱使心轴301自转以解锁锁紧执行部件。

上述平衡组件2包括连接臂201，舱口盖基座5上固定有固定支座4，连接臂201一端通过销轴6与固定设于舱口盖1外侧的舱口盖吊耳101连接，连接臂201的转动支点端转动连接固定支座4。

上述平衡组件2还包括钢丝绳206、弹簧导向基座202、压缩弹簧208(一般是直线弹簧)、钢丝绳夹205、滑杆203，压缩弹簧208可以采用耐腐蚀能力强的钛合金弹簧或316不锈钢弹簧，直接暴露在外界环境以及海洋环境，不需要采取防腐蚀保护，连接臂201设置有两个，弹簧导向基座202后端与两连接臂201转动连接并处于两连接臂201之间，并配置有弹簧转轴204，钢丝绳206一端固定设置，钢丝绳206另一端活动穿入弹簧导向基座202内并通过钢丝绳固定板209固定在弹簧端面挡圈207上，固定支座4滑动支撑钢丝绳206，弹簧端面挡圈207活动设置于弹簧导向基座202内，并通过压缩弹簧208与弹簧导向基座202内壁连接，钢丝绳206穿过压缩弹簧208并向后拉拽住弹簧端面挡圈207。钢丝绳206的目的是牵引压缩弹簧208，使压缩弹簧208压缩量随着舱口盖1开启角度的变化而变化。

可以利用压缩弹簧208压缩产生的力矩克服重力力矩，来实现启闭的轻便性，而且，相比于扭簧之类的结构，使用压缩弹簧208就会使得力矩的计算方法更加简单、可靠，结构也更加简单。

上述钢丝绳206、弹簧导向基座202、压缩弹簧208、钢丝绳夹205均设有三套，三个弹簧导向基座202处于两个连接臂201之间，且沿弹簧转轴204轴向布置，滑杆203横穿所有弹簧导向基座202并与每个弹簧导向基座202的弹簧端面挡圈207固定连接。

上述两连接臂201均设有长条孔，弹簧导向基座202设有与长条孔对应的开口槽，滑杆203固定穿接弹簧端面挡圈207，且活动穿过两连接臂201的长条孔以及弹簧导向基座202的开口槽。

如图2所示，上述心轴301内侧端的锁紧执行部件包括：

把手组合件，安装在心轴301内侧端；

驱动盘304，同轴套装在心轴301内侧段；

三个锁舌导向件302，以心轴301的轴线为准环向均布，并固定安装在舱口盖1底面上，具有前后贯通的滑槽，该滑槽的延伸方向与心轴301的轴线垂直相交；以及

三套与锁舌导向件302一一配套的锁定连杆组，每套锁定连杆组均包括依次连接的连接杆310、调节件309、锁舌303，锁舌303滑动设置于一锁舌导向件302的滑槽中，调节件309设置为可调节杆结构，连接杆310一端铰接于驱动盘304上，连接杆310另一端铰接调节件309一端。

其中，上述调节件309一部分带有外螺纹，与锁舌303上带螺纹孔的一端相连，上述调节件309另一部分与连接杆310铰接。

上述锁定连杆组在处于锁定状态时，连接杆310、调节件309、锁舌303处于直线排列状态并组合成直杆结构，以使锁舌303与舱口盖基座5内壁锁定配合，且任意相邻两个锁定连杆组保持120°夹角，连接杆310、调节件309、锁舌303的轴线与心轴301的轴线垂直相交。

上述锁定连杆组在处于解锁状态时，连接杆310处于倾斜状态。

上述心轴301外侧端的应急开启结构包括断面结构为正六角形的、与心轴301一体设置的六角凸起，用于在外部使用扳手旋转心轴301，六角凸起具有开口向上的、断面结构为正六角形的六角凹槽，用于连接手轮。

如图2、4所示，上述把手组合件包括折叠把手连接杆305、折叠把手308、拉伸弹簧307，折叠把手连接杆305以垂直于心轴301轴线的方向穿过并固定连接在心轴301上，折叠把手连接杆305两端均连接有折叠把手308，且折叠把手308相对于折叠把手连接杆305可上下转动，每个折叠把手308均配置有拉伸弹簧307，拉伸弹簧307一端连接折叠把手308，拉伸弹簧307另一端连接折叠把手连接杆305，在不操作的状态下折叠把手308在拉伸弹簧307的作用下向上翘起。以免人员在舱内活动时碰到折叠把手308导致解锁舱口盖1，使得安全性能够得到保障。

旋转折叠把手308，折叠把手308带动驱动盘304旋转，驱动盘304带动连接杆310运动，连接杆310牵引着调节件309和锁舌303沿着锁舌导向件302的滑槽向舱口盖1中心做直线移动。解锁时，折叠把手308从锁舌303中心线与连接杆310中心线平行时开始旋转，旋转至一定角度，连接杆310的限位U型槽与驱动盘304的外圆轮廓相碰，达到解锁限位。

旋转折叠把手308，使得锁舌303向远离舱口盖1中心的方向移动，当锁舌303中心线与连接杆310中心线平行时，锁舌303移动至最远端，也就是锁定连杆组(曲柄滑块机构)的死点位置，锁舌303末端上的塑料块被舱口盖基座5轻微挤压，继续旋转一定角度，即越过锁定连杆组(曲柄滑块机构)的死点，连接杆310与限位螺钉311相接触，折叠把手308无法继续旋转，达到锁紧限位的效果。折叠把手308旋转过死点的目的是防止锁紧执行部件在外力作用下，意外解锁。

上述把手组合件还包括心轴端盖306，驱动盘304具有套筒部分以及构成其主体部分的圆盘部分，驱动盘304的圆盘部分连接连接杆310，驱动盘304的套筒部分套装在心轴301上，折叠把手连接杆305同时穿过并连接心轴301和驱动盘304的套筒部分，驱动盘304的套筒部分下端向下超出心轴301内侧端，并被心轴端盖306盖住，螺钉从下往上穿过心轴端盖306、折叠把手连接杆305后与心轴301螺钉连接，以将驱动盘304和折叠把手连接杆305固定在心轴301上。

如图3所示，为了保持心轴301的密封效果，心轴301上需要套装密封件，以密封心轴301与舱口盖1之间的安装间隙，以免漏水；心轴301具有端面密封槽301-1、轴向密封槽301-2、导向环槽301-3、折叠把手连接杆孔301-4、螺纹孔301-5，其中，端面密封槽301-1设置在心轴301的环形凸缘的下端面上，以便插入密封圈进行端面密封，轴向密封槽301-2具有两个，并沿心轴301轴向间隔排布，以便套入密封圈进行密封，因此，由于设置了可以装入密封圈的端面密封槽301-1、轴向密封槽301-2，使得心轴301的端面密封和轴向密封效果得以保障，能够适应大深度海水高压的使用工况；折叠把手连接杆孔301-4用于折叠把手连接杆305的插入连接。

如图2、6、7所示，上述驱动盘304上固定安装有三个限位螺钉311，三个限位螺钉311一一对应三个连接杆310，在锁定状态下三个连接杆310的杆身一一抵靠三个限位螺钉311，以免三个连接杆310在达到锁定位置后继续旋转，以免进行锁紧操作时折叠把手308旋转过位，从而准确地限定了锁紧的位置，便于舱内操作者知晓是否处于锁紧状态。驱动盘304的圆盘部分设有限位螺钉孔304-1、连接杆安装孔304-2，限位螺钉孔304-1用于安装限位螺钉311，连接杆安装孔304-2用于铰接连接杆310。

如图2所示，上述连接杆310朝向驱动盘304的一端具有容纳驱动盘304在其中活动的限位U型槽，在解锁状态下驱动盘304的外周抵触限位U型槽。

如图10所示，上述固定支座4上连接有一对用于限定连接臂201旋转角度位置的限位销407，当舱口盖1随连接臂201旋转到目标位置(可以是舱口盖1的打开位置，也可以是舱口盖1的锁紧位置，也可以是舱口盖1打开时的特定角度位置)时，限位销407插入连接臂201的预设定位孔和固定支座4的预设定位孔中。固定支座4是为启闭机构提供固定端，也为启闭机构提供旋转中心。固定支座4上主要安装转轴402和钢丝绳端部固定板404。固定支座4为特定的形状，其带有特定半径的圆弧，该半径是压缩弹簧208的弹力的力臂长。

如图10所示，上述固定支座4主要包括固定耳401、转轴402、转轴套筒403、钢丝绳端部固定板404、销钉405、大螺母406、限位销407，固定耳401焊接在舱口盖基座5上，转轴402横穿固定耳401的三块侧板，转轴402的一端与固定耳401之间装有连接臂201和转轴套管403，转轴402的另一端的尾部装有螺母406，螺母406与固定耳401之间装也有连接臂201和转轴套管403。钢丝绳端部固定板404通过螺钉连接在固定耳401上，三套装有钢丝绳夹205的钢丝绳206通过销钉405固定在钢丝绳端部固定板404上的凸耳上。当舱口盖1随着连接臂201一起旋转至目标位置时，用限位销407插入连接臂201和固定耳401对应的孔中，对其进行限位和固定。

在进行正常启闭时，只要关上舱口盖1，然后手持折叠把手308，驱使驱动盘304和心轴301一同旋转，从而带动锁舌303在锁舌导向件302的滑槽中滑动，以达到锁紧或解锁的目的，在进行应急启闭时，只要用扳手或其他工具与心轴301外侧端的应急开启结构配合，驱使心轴301旋转以带动舱内的三套锁定连杆组(相当于三套曲柄滑块机构)同时进行解锁动作，即可从外部打开舱口盖1。

舱内外不使用开启舱口盖1的旋转圆柄，一方面是为了节省结构空间，另一方面是降低因磕碰所致的心轴301变形或松动的风险。

本实施中，整个启闭机构的零部件小巧，且重量较轻。

平衡组件2的工作原理：如图11所示，启闭机构的自重产生逆时针方向的重力力矩M_g，借助顺时针的外力力矩M_s来平衡重力力矩，重力力矩M_g与外力力矩M_s之间力矩差略小于人工拉动舱口盖1所需力矩M_h，即可以拉动舱口盖1绕一固定轴转动，实现舱口盖1的开启，启闭机构受力结构如图4-2所示。其中，外力力矩来源于压缩弹簧208。舱口盖1的开启过程中，随着舱口盖1开启角度的增大，启闭机构绕转轴402旋转的部件的重心点G相对于舱口盖1关闭状态时在舱口盖1上某点位置近似不变，其与转轴402中心的水平距离不断减小，启闭机构自重形成的重力力矩也会不断减小，而平衡组件2中压缩弹簧208的压缩量随着开启角度的增大而减小，其弹力不断减小，弹力产生的弹簧力矩也会不断减小。因此，启闭机构的开启过程中，方向相反且均不断减小的重力力矩与平衡组件2的弹簧力矩形成的力矩差，达到了减小开启舱口盖1开启力F_h的目的。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。