一種基于潛水器的大深度海底便攜式電動切割裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明所屬深海資源勘探開發(fā)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于潛水器的大深度海底便攜式電動切割裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]深海海域蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源、生物資源等大量國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)不可或缺的資源。海底區(qū)域尤其是深海區(qū)域礦產(chǎn)資源的勘探開發(fā)，需要海洋高技術(shù)的強(qiáng)有力支撐。深海底礦產(chǎn)資源勘探是進(jìn)行海洋研究、科學(xué)考察不可缺少的重大技術(shù)。通常大深度海底巖石取樣是大多數(shù)是采用巖芯取樣鉆機(jī)進(jìn)行巖石的鉆取取樣的，而采用圓鋸片的切割進(jìn)行取樣的報(bào)道目前尚未發(fā)現(xiàn)。
[0003]五十年以來，國外有關(guān)部門發(fā)展了多種取樣技術(shù)，研制和開發(fā)了多種海洋地質(zhì)取樣器。如美國研制的液壓活塞取心器(RPC)、延伸式巖芯筒(SCB)、加拿大MarkI型巖鉆、澳大利亞PROD型鉆機(jī)等，但上述取樣器通常采用液壓動力驅(qū)動。我國在863項(xiàng)目支持下于2003年研制我國第一臺深海淺地層巖芯取樣鉆機(jī)。上述巖石取樣鉆機(jī)的研制極大的解決了深海礦產(chǎn)資源勘探、取樣的問題，但是上述巖石取樣鉆機(jī)都存在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)極其昂貴、維護(hù)成本極高、設(shè)備過于龐大、且不能依靠載人潛水器搭載等問題，因此在實(shí)際使用時(shí)存在眾多局限，如我國巖芯取樣鉆機(jī)凈重2.8t，外形尺寸達(dá)到1.8mX1.8mX2.3 m(高)，無論是海上操作難度、布放回收難度、維護(hù)難度都非常大，因此實(shí)際應(yīng)用效果不明顯。
[0004]隨著深海潛水器的發(fā)展，安裝在深海遙控潛水器(ROV)或深海載人潛水器(HOV)上的取樣設(shè)備得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其中海底巖芯取樣裝置就是獲取海底底質(zhì)巖芯樣品的重要作業(yè)工具之一，如美國的ALVIN號曾于1991年10月攜帶HSTR取芯器成功取得480 mm的巖石樣品！Harbor Branch海洋研究所為美國海洋工程技術(shù)協(xié)會研制了 7 000 m級的取芯器，曾安裝在Magellan ROV上，在超過3 000 m的深海里取得多個(gè)巖芯樣品；俄羅斯APTYC號深海運(yùn)載器也配備有便攜式取芯器，可在VI1-X級花崗巖、玄武巖以及其它硬巖上鉆取巖芯，取芯器重量為30 kg ο除此之外，英國的CONSUB號、法國的ST-1號和日本的Shenkai6500號載人潛水器都曾搭載過水下微型取芯器對巖石進(jìn)行取樣。在“蛟龍”號載人潛水器的研制過程中，也曾同步研制了蛟龍?zhí)? 000 m鈷結(jié)殼鉆機(jī)。該系統(tǒng)采用鉆進(jìn)取芯方式，搭載于載人潛水器前部，利用載人潛水器的液壓源提供動力，但由于該鉆機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)及維護(hù)成本較高、設(shè)備重量過大無法便捷的搭載到潛器，同時(shí)該鉆機(jī)利用載人潛水器的液壓源提供動力，其在使用過程中會對潛器自身液壓系統(tǒng)造成潛在安全隱患，因此，該鉆機(jī)尚未付諸實(shí)際應(yīng)用。
[0005]我國自主設(shè)計(jì)集成的首臺7000米級載人潛水器“蛟龍”號已于2012年完成海試，2013年成功進(jìn)行了首個(gè)試驗(yàn)性應(yīng)用航次，標(biāo)志著我國初步具備了大深度載人潛水器的工程應(yīng)用能力。7000米載人潛水器具備在復(fù)雜海底地形進(jìn)行機(jī)動、懸停、正確就位和定點(diǎn)坐坡等精確活動，其配備的兩部主從式、開關(guān)式機(jī)械手可以操作便攜式切割裝置進(jìn)行精確的切割作業(yè)，完成海底取樣任務(wù)， 但是，現(xiàn)有的巖芯取樣鉆機(jī)存在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、維護(hù)成本極高、設(shè)備過重、搭載會對潛器可能造成重大危險(xiǎn)等問題，同時(shí)載人潛水器機(jī)械手操作巖芯取樣鉆機(jī)作業(yè)時(shí)必須提供按壓力，而實(shí)際由于處于懸空狀態(tài)的潛器在海底會受到反作用力的影響，造成潛器搖擺，嚴(yán)重影響潛器安全和作業(yè)效率，綜合上述嚴(yán)重限制了大深度巖石取樣范圍。
[0006]鑒于此，獨(dú)創(chuàng)性的采用金剛石圓鋸片切割的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行便攜式設(shè)計(jì)，傳動機(jī)構(gòu)簡單、可靠、易維護(hù)；采用自容式電力驅(qū)動，滿足7000米級載人潛水器及其他潛器搭載要求，安全可靠，提高工作效率。目前，國內(nèi)外未見相關(guān)裝置的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有深海巖芯取樣機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、維護(hù)成本高、搭載及作業(yè)困難的現(xiàn)實(shí)問題，本發(fā)明提出一種基于潛水器的大深度海底便攜式電動切割裝置，其具體的技術(shù)方案如下:
一種基于潛水器的大深度海底便攜式電動切割裝置，包括外殼、直流電機(jī)、減速器，所述直流電機(jī)、減速器封裝于外殼內(nèi)，通過設(shè)置于減速器上的電機(jī)固定板與外殼固定；所述直流電機(jī)、減速器前端通過聯(lián)軸器與軸承固定于輸出軸上，所述聯(lián)軸器與輸出軸連接處配置兩個(gè)重載軸承，用于承受深海環(huán)境中軸向和徑向較大載荷；輸出軸末端連接鋸片，所述鋸片與輸出軸通過內(nèi)法蘭、外法蘭連接，外法蘭外側(cè)設(shè)置法蘭面緊定螺釘將內(nèi)法蘭、外法蘭固定；外殼前端蓋處與外殼之間采用靜密封設(shè)計(jì)，所述前端蓋與外殼接觸部設(shè)置至少一道“ O ”形橡膠圈；所述旋轉(zhuǎn)軸與前端蓋接觸部設(shè)置旋轉(zhuǎn)組合密封圈，該旋轉(zhuǎn)組合密封為雙作用旋轉(zhuǎn)密封，密封壓力可達(dá)30MP，可實(shí)現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)動時(shí)的動態(tài)密封；外殼后端蓋處同樣采用靜密封設(shè)計(jì)，所述后端蓋與外殼接觸部設(shè)置至少一道“O”形橡膠圈；外殼與直流電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器之間的空腔內(nèi)填充液壓油；后端蓋留有外置電氣線路口及壓力補(bǔ)償油管口，一油補(bǔ)償器通過補(bǔ)償油管連接至補(bǔ)償油口，通過對腔體供油實(shí)現(xiàn)壓力補(bǔ)償調(diào)節(jié)；電氣線路口通過電氣線路與磁性觸發(fā)器、電池連接；所述磁性觸發(fā)器、電池及油補(bǔ)償器封裝于一控制箱內(nèi)；所述切割裝置搭載于潛水器采樣籃內(nèi)。
[0008]進(jìn)一步地，所述鋸片上方設(shè)置保護(hù)外罩，所述外罩通過鋸片外罩緊定螺釘與外殼固定。
[0009]進(jìn)一步地，所述鋸片為金剛石鋸片。
[0010]進(jìn)一步地，所述外殼上方設(shè)置與外殼固定連接的“U”形把手，用于機(jī)械手對本裝置的抓取。
[0011]本發(fā)明所提供的基于潛水器的大深度海底便攜式電動切割裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn): 第一:本發(fā)明的水下切割裝置采樣自容式電傳動方式，動力系統(tǒng)采用直流伺服電機(jī)加精密行星齒輪減速機(jī)的組合。調(diào)諧減速的輸出傳動裝置通過聯(lián)軸器被直接固定在輸出軸上。輸出軸處配置有一對重載軸承來承受重的軸向和徑向載荷。通過減速器的減速可實(shí)現(xiàn)最終輸出扭矩維持在8至1N -M左右，轉(zhuǎn)速維持在800-1000rpm，可以滿足大深度海底切割力矩和切割效率要求；
第二:采用動密封與靜密封組合密封的形式，使殼體內(nèi)腔形成有效密封，其中外殼前端與電機(jī)輸出軸之間采用動密封與靜密封相結(jié)合的方式，前端蓋與外殼之間由一個(gè)旋轉(zhuǎn)組合密封圈和兩個(gè)“ O ”形橡膠圈組合而成，輸出軸與前端蓋連接處采用旋轉(zhuǎn)組合密封圈的動密封方式，旋轉(zhuǎn)組合密封由一個(gè)密封環(huán)和一個(gè)GB3452.1 “O”形橡膠圈組合而成，組成雙作用旋轉(zhuǎn)密封件，密封壓力可達(dá)30MP，在后端蓋與切割裝置外殼之間采用采用兩道O型圈的靜密封形式，密封效果好，滿足大深度海底環(huán)境的密封要求；
第三:采用分體式結(jié)構(gòu)，將磁性觸發(fā)器、電池及油補(bǔ)償器封裝于獨(dú)立的控制箱內(nèi)，并通過長度可調(diào)的連接線連接，既滿足了充油式壓力補(bǔ)償、非接觸式觸發(fā)與控制的要求，又使整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡化，搭載方便，提高了作業(yè)效率；
第四:采用了充油式壓力補(bǔ)償形式，并采用外置壓力補(bǔ)償器的補(bǔ)償策略，壓力補(bǔ)償器放置于控制箱內(nèi)，可固定于載人潛水器采樣籃上，裝置內(nèi)部端口處采用動密封加靜密封組合密封的形式，可以實(shí)現(xiàn)水7000m級的大深度作業(yè)。
[0012]第五:采用“U”形把手的設(shè)置，使切割部分便于機(jī)械手抓取，鋸片采用金剛石材料，硬度高，使裝置能夠適應(yīng)7000米級的大深度對巖石等切割采樣的作業(yè)要求。
【附圖說明】
[0013]圖1本發(fā)明一種基于潛水器的大深度海底便攜式電動切割裝置外殼內(nèi)部分正視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2本發(fā)明一種基于潛水器的大深度海底便攜式電動切割裝置外殼內(nèi)部分立本結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3本發(fā)明一種基于潛水器的大深度海底便攜式電動切割裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]【主要部件符號說明】
1:把手；2:直流電機(jī)；3:據(jù)片；4:外罩；5:后端蓋；6:外罩緊定螺釘；7: O形橡I父圈；8:內(nèi)法蘭；9:外法蘭；10:法蘭面緊定螺釘；11:旋轉(zhuǎn)密封圈；12:輸出軸；13:聯(lián)軸器；14:電機(jī)固定法蘭；15:軸承