海水液压软缆割刀的设计与结构分析

　　海洋占地球表面的70%以上,对海洋资源的利用越来越受到各沿海国家的重视。在海洋开发、深潜救生、沉船打捞、以及舰艇的维护保养过程中,需要借助于各种作业工具完成大量的水下作业任务。水下作业工具驱动方式可以分为气压驱动、电力驱动和液压驱动三类[1]。海洋水下环境特殊,如水温低,水深压力大,海水的腐蚀性强,能见性差,洋流和海洋生物的干扰等,给水下作业带来诸多困难。特别是对于深海探测、海底钻探、海洋地质地貌及资源调查、海底油气勘探开采及海底运输工程、现代海洋救助打捞、水下军工技术等,需要借助水下作业机械来完成[2]。

　　水下作业工具有3种驱动方式,分别是电力驱动、气压驱动和液压驱动。液压驱动方式又分为油压驱动和海水液压驱动[3]。电力驱动对绝缘等级要求高,体积大,工作可靠性差,不能驱动往复运动的作业工具。气压驱动作业深度小,负载刚度小,速度不易控制,易产生气泡,影响操作人员作业。油压驱动系统工作介质泄漏会污染海洋环境,海水易侵入,影响工作元件寿命;同时需要回油管道,系统结构复杂,可靠性低。海水液压驱动系统结构(简单,可使用开式系统,直接从海洋中取水排水,不污染环境;同时作业工具也可采用开式结构,由海水压力自动平衡,受工作深度影响小;可以在水下进行作业工具的更换,方便操作。

　　哈尔滨工程大学研制的深水软缆割刀采用油压驱动方式,手动旋转换向阀结构复杂;系统可靠性低,平直刀口,线缆容易脱出,影响作业效率;工作介质泄漏污染海洋环境,作业深度有限[4]。

　　作者介绍了其中一种水下作业工具———海水液压软缆割刀。该割刀以海水为工作介质,最高压力可达32MPa,流量为3 L/min。工作时直接将水排放到海水中,使用方便,机动性好,可以切割直径32 mm以下的电缆和各种软缆。

　　1　海水液压软缆割刀的工作原理

　　海水液压软缆割刀通过海水液压缸带动剪切机构的滑块运动,图1为海水液压软缆割刀工作液压系统图。系统采用两位三通电磁换向球阀对软缆割刀进行控制,软缆割刀由两位四通手动换向阀和海水液压缸进行控制和驱动。

　　如图1所示,溢流阀起到安全阀的作用,同时与节流阀1构成进水调速回路。溢流阀调定系统最高工作压力,对软缆割刀的最大剪切负载进行限定。通过对剪切过程速度的控制。节流阀2设置在软缆割刀回水管道上,产生背压,调节开口度,可模拟不同水深压力对软缆割刀排水产生的背压。

　　当两位三通阀电磁铁YA1得电,电磁换向阀阀芯工作在上位,压力水经电磁换向阀接入软缆割刀。当软缆割刀的手动换向阀手柄未扳动时,压力水进入液压缸有杆腔,活塞杆缩回,软缆割刀刀片张开,软缆放入。扳动手柄,手动换向阀阀芯换位,压力水进入海液压缸的无杆腔,活塞杆伸出,带动滑块运动,进而驱动剪切机构运动,实现剪切过程。松开手柄,手动换向阀复位,压力水进入液压缸有杆腔,为下一个剪切循环做准备。