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        用于拖曳陣的多連桿穩(wěn)定翼鎖緊裝置設(shè)計(jì)

        2021-07-26 05:54:30孫昕煜蘇石飛郝浩琦范進(jìn)良
        聲學(xué)與電子工程 2021年2期
        關(guān)鍵詞:槽內(nèi)錐形手柄

        孫昕煜 蘇石飛 郝浩琦 范進(jìn)良

        (第七一五研究所,杭州,310023)

        拖曳式發(fā)射陣是將發(fā)射聲基陣安裝在導(dǎo)流拖體內(nèi),拖體通過(guò)優(yōu)良的水動(dòng)力設(shè)計(jì)可大大降低拖曳陣水下拖曳時(shí)阻力和流噪聲,有效提高拖曳陣穩(wěn)定性和信噪比[1,2]。穩(wěn)定翼為拖體拖曳時(shí)提供升力,調(diào)整發(fā)射陣姿態(tài),工作時(shí)使聲波盡量在可靠聲道內(nèi)傳播,進(jìn)而提升發(fā)射陣探測(cè)距離[3,4]。拖曳陣使用時(shí)依靠船上的絞車及拖纜進(jìn)行釋放和回收[5],拖體在甲板存儲(chǔ)時(shí)由于受存儲(chǔ)空間限制,需要將拖體穩(wěn)定翼放倒一定角度,降低拖體高度。使用時(shí),在拖體釋放過(guò)程中需在釋放口處將穩(wěn)定翼扶至豎直狀態(tài),穩(wěn)定翼與拖體主體可靠固定后再放入水中進(jìn)行拖曳工作。由于釋放口處一側(cè)面向海水,需要在拖體單側(cè)操作,將穩(wěn)定翼扶直并與拖體主體兩側(cè)鎖緊后,再釋放拖體,因此需要設(shè)計(jì)一種方便可靠的鎖緊裝置,在拖體釋放過(guò)程中單側(cè)操作即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定翼與拖體主體雙側(cè)快速鎖緊固定,在拖體回收過(guò)程實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定翼與拖體的快速脫離,并將穩(wěn)定翼翻倒至一定角度。根據(jù)這一工程實(shí)際需求,本文設(shè)計(jì)了一種多連桿穩(wěn)定翼鎖緊裝置。

        1 鎖緊裝置組成及工作原理

        連桿機(jī)構(gòu)是一種常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),組成為平面低副,面接觸,耐磨損,可實(shí)現(xiàn)力的遠(yuǎn)距離傳導(dǎo),制造簡(jiǎn)便,易于獲得較高的制造精度,通過(guò)改變連桿長(zhǎng)度可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件預(yù)期位移[6]。鎖緊裝置由安裝殼體、多連桿機(jī)構(gòu)、限位塊、把手等組成,如圖1 所示。安裝殼體固定在拖體主體上,內(nèi)置多連桿機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)中心鉸接在安裝殼體上,多連桿機(jī)構(gòu)兩端分別鉸接一個(gè)帶錐形頭的鎖緊銷,嵌入安裝殼體,可隨機(jī)構(gòu)在殼體軌道內(nèi)進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),多連桿機(jī)構(gòu)一側(cè)兩連桿鉸接處安裝一個(gè)把手,把手手柄可繞把手橫軸轉(zhuǎn)動(dòng),在安裝殼體適當(dāng)位置加工把手存放槽,兩個(gè)限位塊分別嵌入穩(wěn)定翼兩側(cè)。多連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2 所示。

        圖1 鎖緊裝置組成

        圖2 多連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

        機(jī)構(gòu)中共有7 個(gè)構(gòu)件,9 個(gè)運(yùn)動(dòng)副(均為轉(zhuǎn)動(dòng)副或滑動(dòng)副等低副),由此可計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度為

        式中,n為運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)量,P為低副數(shù)量。

        推動(dòng)把手可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鎖緊銷的水平移動(dòng),當(dāng)鎖緊銷的錐形頭頂?shù)綋鯄K后,旋轉(zhuǎn)把手手柄使手柄置于存放槽內(nèi),可同時(shí)限制鎖緊銷的水平移動(dòng)和把手轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)機(jī)構(gòu)自由度為零,裝置鎖死,鎖緊銷的錐形頭頂住擋塊的錐形槽可限制穩(wěn)定翼的轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定翼與拖體主體的固定。當(dāng)把手手柄置于存放槽后,多連桿機(jī)構(gòu)完全隱匿在安裝殼體內(nèi)。殼體外形設(shè)計(jì)為流線型,可減小水下拖曳時(shí)鎖緊裝置帶來(lái)的阻力,并能增強(qiáng)穩(wěn)定翼對(duì)拖體姿態(tài)的穩(wěn)定作用。

        2 鎖緊裝置功能實(shí)現(xiàn)

        限位塊安裝需保證穩(wěn)定翼扶正后限位塊錐形槽與鎖緊銷同軸。拖體釋放時(shí)由一名操作人員將穩(wěn)定翼扶正,限位塊上的擋塊與安裝殼體上的缺口完全契合,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定翼定位;然后由另一名操作人員向前推動(dòng)把手,直到鎖緊銷的錐形頭完全嵌入限位塊上的錐形槽內(nèi);最后扳動(dòng)把手手柄,將手柄置于殼體上的存放槽內(nèi),即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定翼與拖體主體的鎖緊。回收時(shí),由一名操作人員扶住穩(wěn)定翼,另一名操作人員將手柄從存放槽內(nèi)掰出,往后拉把手,錐形頭與限位塊完全脫離后將穩(wěn)定翼放倒,然后進(jìn)行拖體回收存儲(chǔ)操作。穩(wěn)定翼的翻倒和扶正狀態(tài)示意如圖3 所示。

        圖3 穩(wěn)定翼翻倒和扶正狀態(tài)示意

        限位塊安裝時(shí),在穩(wěn)定翼上的位置不可避免的會(huì)出現(xiàn)偏差,這樣會(huì)導(dǎo)致其中一側(cè)鎖緊銷的錐形頭與限位塊完全接觸后而另一側(cè)的錐形頭與限位塊還存在間隙,不能實(shí)現(xiàn)兩側(cè)同時(shí)有效鎖緊,通過(guò)在限位塊錐形槽內(nèi)側(cè)硫化一層橡膠,可順利解決這一問(wèn)題。兩側(cè)錐形頭均通過(guò)壓縮橡膠實(shí)現(xiàn)與限位塊錐形槽的緊密配合。

        3 連桿長(zhǎng)度計(jì)算

        3.1 連桿長(zhǎng)度最大值計(jì)算

        多連桿機(jī)構(gòu)在安裝殼體內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)不能超出殼體寬度方向,且需保證錐形頭能與限位塊內(nèi)的橡膠完全貼合,據(jù)此可確定連桿長(zhǎng)度范圍。

        為保證運(yùn)動(dòng)時(shí)多連桿機(jī)構(gòu)不超出殼體寬度,要求節(jié)點(diǎn)A處的縱坐標(biāo)極限值為Y0,此時(shí)鎖緊裝置與穩(wěn)定翼完全分離,鎖緊銷錐形頭完全收入安裝殼體缺口內(nèi),分離狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示。

        圖4 鎖緊裝置分離狀態(tài)

        假設(shè)安裝殼體長(zhǎng)度為l1,鎖緊銷長(zhǎng)度為l2,鎖緊銷錐尖縮進(jìn)殼體d1,由此算出連桿最大長(zhǎng)度為

        3.2 連桿長(zhǎng)度最小值計(jì)算

        錐形頭與限位塊內(nèi)的橡膠完全貼合,實(shí)現(xiàn)鎖緊,鎖緊狀態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5 所示。此時(shí)錐尖突出安裝殼體d2,連桿與水平方向夾角為θ,極限狀態(tài)下相鄰兩連桿在水平方向重合,θ為零,此時(shí)連桿的長(zhǎng)度為

        圖5 鎖緊裝置鎖緊狀態(tài)

        4 推力計(jì)算

        鎖緊銷是通過(guò)壓縮限位塊中的橡膠實(shí)現(xiàn)緊密配合的,橡膠需壓縮到一定量才能使把手可旋轉(zhuǎn)放入存儲(chǔ)槽內(nèi)。橡膠壓縮是通過(guò)推動(dòng)把手實(shí)現(xiàn)的,需要一定的推力才能實(shí)現(xiàn)橡膠壓縮到位,然后將把手放入存儲(chǔ)槽內(nèi)。推力與橡膠厚度、橡膠壓縮量、連桿尺寸等相關(guān)。

        多連桿機(jī)構(gòu)受外力簡(jiǎn)圖如圖6 所示。多連桿機(jī)構(gòu)是關(guān)于O點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱,推動(dòng)把手兩側(cè)鎖緊銷位移量相同,橡膠壓縮量相同,橡膠對(duì)鎖緊銷產(chǎn)生的彈力相同,即

        圖6 機(jī)構(gòu)受外力簡(jiǎn)圖

        CD桿和EH桿均為二力桿,連桿兩端合力均沿連桿方向,由作用力和反作用力可得出兩鎖緊銷受力簡(jiǎn)圖分別如圖7 和8 所示。由AC和BH受力平衡可推出:

        由O點(diǎn)處力矩平衡可得:

        由此得出推力:

        由上式可看出在安裝殼體和鎖緊銷長(zhǎng)度一定的情況下,θ越小,推力越小,鎖緊時(shí)越省力。在不干涉的情況下,減小連桿長(zhǎng)度,進(jìn)而減小θ,提高可操作性,但應(yīng)避免θ為0 情況,否則會(huì)導(dǎo)致連桿共線,出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        多連桿穩(wěn)定翼鎖緊裝置已完成樣件制作,并安裝于拖曳陣,通過(guò)多次收放驗(yàn)證,可有效實(shí)現(xiàn)拖體尾翼的單側(cè)扶正鎖緊和解鎖放倒,水下拖曳時(shí)穩(wěn)定翼牢固固定,發(fā)射陣工作時(shí)穩(wěn)定翼無(wú)明顯抖動(dòng)。

        多連桿穩(wěn)定翼鎖緊裝置是根據(jù)工程中實(shí)際需求而設(shè)計(jì)的。通過(guò)邊界條件可推出多連桿機(jī)構(gòu)連桿的尺寸范圍,通過(guò)計(jì)算推力進(jìn)而改進(jìn)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)使用盡可能小的推力實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)鎖死,增加可操作性。使用多連桿鎖緊裝置可快速實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定翼與拖體主體的鎖緊和脫離,具有一定的工程使用價(jià)值。

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