本發(fā)明屬于深海密封技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有全海深高壓密封裝置的機械腿臂關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

深海蘊藏有豐富的海底資源，潛水器是實現(xiàn)深海開發(fā)利用的重要海洋工程裝備。為實現(xiàn)精確穩(wěn)定的海底勘探和采樣作業(yè)等，需要潛水器配備機械腿或機械手去近距離精確獲取。由于潛水器水下爬行姿態(tài)調(diào)整、機械手水下作業(yè)等都需要通過機械腿臂關(guān)節(jié)的運動來實現(xiàn)，因此保證機械腿臂關(guān)節(jié)在深海高壓環(huán)境下可靠的密封性能是潛水器正常工作的基礎(chǔ)。

目前，對機械腿臂關(guān)節(jié)的密封分為靜密封和動密封。靜密封技術(shù)相對成熟且較為容易解決，關(guān)鍵在于解決動密封。常用的動密封方式有承壓型動密封和壓力補償型動密封。在大深度海水環(huán)境下，機械腿臂關(guān)節(jié)需要承受很高的外壓，這就要求機械腿臂關(guān)節(jié)的輸出軸與關(guān)節(jié)殼體之間的連接處有可靠的動密封。采用承壓型動密封會大大增加基體的重量，且不能保證完全不泄露。而壓力補償型動密封是通過壓力補償來實現(xiàn)內(nèi)外均壓，雖能減輕基體的重量，但由于在需要動密封的位置必然存在有間隙以保證相對運動，而間隙的存在也一定會降低密封的可靠性。此外，這兩種動密封方式也難以解決潛水器機械腿臂關(guān)節(jié)的防腐、防污問題，從而導(dǎo)致機械腿臂關(guān)節(jié)的維護保養(yǎng)成本較高，并在工作過程中存在有因關(guān)節(jié)“卡滯”而導(dǎo)致水下作業(yè)任務(wù)失敗的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為克服現(xiàn)有動密封技術(shù)在不同海深的高壓環(huán)境下使用存在的不足，提供一種具有全海深自平衡式高壓密封裝置的機械腿臂關(guān)節(jié)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有全海深自平衡式高壓密封裝置的機械腿臂關(guān)節(jié)，它包括：機械腿臂關(guān)節(jié)以及全海深自平衡式高壓密封裝置；

機械腿臂關(guān)節(jié)由鉸接的上肢與下肢組成；

全海深自平衡式高壓密封裝置包括：上轉(zhuǎn)接碗、彈性皮囊管以及下轉(zhuǎn)接碗；

上轉(zhuǎn)接碗設(shè)有排氣閥口；

彈性皮囊管包括：上端面法蘭、可伸縮覆皮、彈簧骨架以及下端面法蘭；可伸縮覆皮是截面為波紋狀結(jié)構(gòu)的彈性元件，其兩端分別與上端面法蘭、下端面法蘭硫化成一整體；彈簧骨架內(nèi)嵌在可伸縮覆皮的內(nèi)表面起徑向支撐的作用，其在初始狀態(tài)呈自然伸長狀態(tài)；

下轉(zhuǎn)接碗設(shè)有充油閥口；

彈性皮囊管通過其上端面法蘭、下端面法蘭上設(shè)置的端面靜密封結(jié)構(gòu)分別連接上轉(zhuǎn)接碗、下轉(zhuǎn)接碗；上轉(zhuǎn)接碗與上肢之間通過端面靜密封結(jié)構(gòu)進行連接，下轉(zhuǎn)接碗與下肢之間通過端面靜密封結(jié)構(gòu)進行連接；上轉(zhuǎn)接碗、彈性皮囊管以及下轉(zhuǎn)接碗三者之間組合后形成一個空腔，空腔通過充油閥口注入變壓器油，通過排氣閥口排出內(nèi)部空氣。

工作過程為：空腔內(nèi)部預(yù)先充滿具有一定壓力大小的變壓器油，當(dāng)外界海水壓力因水深變化而發(fā)生改變，使得外部海水壓力大于空腔內(nèi)部的變壓器油的油壓時，可伸縮覆皮發(fā)生彈性變形，將外部壓力傳遞給內(nèi)部變壓器油，從而使可伸縮覆皮的內(nèi)部壓力與外部海水壓力保持平衡；當(dāng)海水深度繼續(xù)發(fā)生變化時，通過可伸縮覆皮的彈性變形來自動平衡外部海水的壓力作用，保證可伸縮覆皮的內(nèi)外壓差始終為0或略高于外部海水壓力，從而實現(xiàn)全海深自平衡式高壓密封。

有益效果：(1)本發(fā)明能夠?qū)⑺鰴C械腿臂關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動密封轉(zhuǎn)化為端面靜密封，從而可以實現(xiàn)“零泄露”或絕對密封，并可利用可伸縮覆皮的彈性變形來自動平衡外部海水壓力作用，從而適應(yīng)全海深高壓密封的要求。

(2)本發(fā)明能夠保證機械腿臂關(guān)節(jié)不受海水腐蝕和污染，關(guān)節(jié)輸出軸與關(guān)節(jié)殼體之間的活動表面狀態(tài)不會被破壞，始終能夠正常工作，維護保養(yǎng)成本低、可靠性高。

(3)本發(fā)明的變形量大，不僅可以徑向彈性變形以自動平衡外部海水壓力作用，而且還可以軸向大伸縮變形以自適應(yīng)機械腿臂關(guān)節(jié)的工作運動范圍。

(4)本發(fā)明的變形阻力小，內(nèi)嵌安裝的彈簧骨架不僅可以保證可伸縮覆皮在機械腿臂關(guān)節(jié)運動過程中不會嵌入到活動部位而導(dǎo)致?lián)p壞，而且其自然伸長的初始態(tài)和低彎曲剛度保證了機械腿臂關(guān)節(jié)在運動過程中附加的變形阻力很小，以降低關(guān)節(jié)力矩損耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的剖視圖；

圖3為本發(fā)明中機械腿臂關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中全海深自平衡式高壓密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中上轉(zhuǎn)接碗的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明中下轉(zhuǎn)接碗的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明中彈性皮囊管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明彎曲狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為圖8的局部剖視圖。

其中：100-機械腿臂關(guān)節(jié)、101-上肢、102-下肢、200-空腔、300-變壓器油、400-全海深自平衡式高壓密封裝置、1-上轉(zhuǎn)接碗、11-小口徑法蘭a、12-碗體a、13-排氣閥口、14-大口徑法蘭a、2-彈性皮囊管、21-上端面法蘭、22-可伸縮覆皮、23-彈簧骨架、24-下端面法蘭、22a-伸長狀態(tài)、22b-收縮狀態(tài)、3-下轉(zhuǎn)接碗、31-小口徑法蘭b、32-碗體b、33-充油閥口、34-大口徑法蘭b、j1-第一端面靜密封、j2-第二端面靜密封、j3-第三端面靜密封、j4-第四端面靜密封。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

參見附圖1、2，一種具有全海深自平衡式高壓密封裝置的機械腿臂關(guān)節(jié)，它包括：機械腿臂關(guān)節(jié)100以及全海深自平衡式高壓密封裝置400；

參見附圖3，機械腿臂關(guān)節(jié)100由鉸接的上肢101與下肢102組成；

參見附圖4，全海深自平衡式高壓密封裝置400包括：上轉(zhuǎn)接碗1、彈性皮囊管2以及下轉(zhuǎn)接碗3；

參見附圖5，上轉(zhuǎn)接碗1包括：依次連接的小口徑法蘭a11、碗體a12、大口徑法蘭a14；排氣閥口13設(shè)置在碗體a12上，小口徑法蘭a11與大口徑法蘭a14上均設(shè)有一道端面密封結(jié)構(gòu)。

參見附圖6，下轉(zhuǎn)接碗3包括：下轉(zhuǎn)接碗3包括：依次連接的小口徑法蘭b31、碗體b32、大口徑法蘭b34；充油閥口33設(shè)置在碗體b32上，小口徑法蘭b31和大口徑法蘭b34上均設(shè)有一道端面密封結(jié)構(gòu)。

參見附圖7，彈性皮囊管2包括：上端面法蘭21、可伸縮覆皮22、彈簧骨架23、下端面法蘭24，并且上端面法蘭21和下端面法蘭24上均設(shè)置有一道端面靜密封結(jié)構(gòu)；可伸縮覆皮22為按波紋狀結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計的彈性元件，在受到彎曲時具有伸長22a和收縮22b兩種自適應(yīng)變形狀態(tài)，其兩端分別與上端面法蘭21、下端面法蘭24硫化成一整體；彈簧骨架23的初始狀態(tài)呈自然伸長狀態(tài)，其內(nèi)嵌在可伸縮覆皮的內(nèi)表面以起到徑向支撐的作用，并且其彎曲剛度很小，能夠自適應(yīng)彎曲載荷作用而不產(chǎn)生較大的反作用力。

參見附圖8、9，具有全海深自平衡式高壓密封裝置的機械腿臂關(guān)節(jié)的整體連接關(guān)系為：彈性皮囊管2的上端面法蘭21與上轉(zhuǎn)接碗1的大口徑法蘭a14之間通過第二端面靜密封j2進行連接，彈性皮囊管2的下端面法蘭24與下轉(zhuǎn)接碗3的大口徑法蘭b34之間通過第三端面靜密封j3進行連接，上轉(zhuǎn)接碗1、彈性皮囊管2、下轉(zhuǎn)接碗3三者之間組合后形成一個可包覆機械腿臂關(guān)節(jié)100的空腔200，通過下轉(zhuǎn)接碗3的充油閥口33可向空腔200的內(nèi)部充變壓器油300，并可通過上轉(zhuǎn)接碗1的排氣閥口13排空空腔200的內(nèi)部空氣。上轉(zhuǎn)接碗1的小口徑法蘭a11與機械腿臂關(guān)節(jié)100的上肢101之間通過第一端面靜密封j1進行連接，下轉(zhuǎn)接碗3的小口徑法蘭b31與機械腿臂關(guān)節(jié)100的下肢102之間通過端面靜密封j4進行連接。

本發(fā)明的工作過程為：空腔200內(nèi)部預(yù)先充滿具有一定壓力大小的變壓器油300，當(dāng)外界海水壓力因水深變化而發(fā)生改變，使得外部海水壓力大于空腔200內(nèi)部變壓器油300的油壓時，可伸縮覆皮22發(fā)生彈性變形，將外部壓力傳遞給內(nèi)部變壓器油300，從而使可伸縮覆皮22的內(nèi)部壓力與外部海水壓力保持平衡；當(dāng)海水深度繼續(xù)發(fā)生變化時，通過可伸縮覆皮22的彈性變形來自動平衡外部海水的壓力作用，保證可伸縮覆皮22的內(nèi)外壓差始終為0或略高于外部海水壓力，從而實現(xiàn)全海深自平衡式高壓密封。

綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。