可應(yīng)用于多尺寸無(wú)人潛航器轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

王甜甜WANG Tian-tian

（青島海安航行設(shè)備有限公司，青島 266000）

0 引言

無(wú)人潛航器越來(lái)越多地應(yīng)用于海洋領(lǐng)域，其主要功能是進(jìn)行海洋/水庫(kù)等水域探測(cè)、搜索、替代人員執(zhí)行未知或危險(xiǎn)任務(wù)。根據(jù)使用用途、功能和性能的不同，無(wú)人潛航器種類(lèi)繁多，重量從幾十公斤到數(shù)百公斤不等，主尺度變化很大；同時(shí)，目前市場(chǎng)客戶(hù)端批量訂購(gòu)?fù)顭o(wú)人潛航器的微乎其微，基本都是單獨(dú)訂制，這就造成了無(wú)人潛航器型號(hào)品種多、單款數(shù)量少的情況。

轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)作為無(wú)人潛航器是轉(zhuǎn)運(yùn)的專(zhuān)用裝置，主要應(yīng)用于生產(chǎn)車(chē)間轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程或在船艇甲板吊裝區(qū)與存放區(qū)之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，目前現(xiàn)有的無(wú)人潛航器轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)只能運(yùn)輸固定尺寸的產(chǎn)品，無(wú)法滿(mǎn)足多種型號(hào)尺寸的無(wú)人潛航器轉(zhuǎn)運(yùn)的要求，如果船艇上配備多型號(hào)無(wú)人潛航器，勢(shì)必由于主尺度、線(xiàn)型的不同，造成每個(gè)型號(hào)無(wú)人潛航器都必須配備一個(gè)專(zhuān)用的轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)，造成原本就緊張的船用空間更加局促，造成資源的浪費(fèi)（如圖1、圖2）。

圖1 意大利Pluto Plus 無(wú)人潛航器

圖2 美國(guó)Bluefin-12 無(wú)人潛航器

為了解決每型潛航器配備一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)的設(shè)備資源及空間資源問(wèn)題，本方案設(shè)計(jì)了一種適用于多尺寸無(wú)人潛航器運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)，即在通用平臺(tái)上，設(shè)置可自由調(diào)整位置及便于更換、調(diào)整的線(xiàn)型墩，實(shí)現(xiàn)高度、間距和半寬的選擇和調(diào)整，從而達(dá)到轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)多型號(hào)兼容、操作便捷、減少資源浪費(fèi)的目的。同時(shí)，無(wú)人潛航器為了減小水下阻力，其線(xiàn)型均設(shè)計(jì)為近圓柱形或水滴形（如圖3），這就為本方案的實(shí)現(xiàn)提供了更大的可行性。

圖3 美國(guó)：“藍(lán)色錐齒鯊”無(wú)人潛航器

1 多尺寸轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路

為了實(shí)現(xiàn)適用于多尺寸無(wú)人潛航器轉(zhuǎn)運(yùn)，需要從根本上解決多尺寸轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)對(duì)多種主尺度無(wú)人潛航器的兼容，多尺寸就是指無(wú)人潛航器的長(zhǎng)度、寬度、線(xiàn)型有明顯區(qū)別和變化，轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)需要適配多種尺寸的無(wú)人潛航器。

本設(shè)計(jì)將多尺寸轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)分為上下兩層，上平臺(tái)為托架，托架上設(shè)置有托板作為升降臺(tái)，升降臺(tái)設(shè)置有滑槽，滑槽內(nèi)設(shè)置安裝可滑動(dòng)滑塊，滑塊上設(shè)有弧形墩，由滑塊和弧形墩組成線(xiàn)型墩，根據(jù)不同線(xiàn)型，選取適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行更換，以滿(mǎn)足不同線(xiàn)型的無(wú)人潛航器要求；下層為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝平臺(tái)，兼做結(jié)構(gòu)強(qiáng)度件，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接上層托板，達(dá)到橫向、垂向可調(diào)的要求；多功能轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)總體設(shè)有靈活的可移動(dòng)方式及可靠的固定方式。

2 多尺寸轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 托板設(shè)計(jì)

為適應(yīng)多尺寸無(wú)人潛航器，將托架平臺(tái)設(shè)計(jì)為多向可調(diào)式，即縱向、橫向、垂向均可按照不同尺寸進(jìn)行調(diào)整。

如圖4 所示，托板21 上設(shè)置有滑槽22，滑槽22 內(nèi)設(shè)置可滑動(dòng)的線(xiàn)型墩23。線(xiàn)型墩對(duì)稱(chēng)布置，可沿轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)縱向滑動(dòng)及任意位置停止、固定。線(xiàn)型墩由上下兩部分組成，下半部分為滑塊231，上半部分的弧形墩232，通過(guò)螺栓固定在滑塊上，該部分為線(xiàn)型部分，可進(jìn)行更換、調(diào)整，以適應(yīng)不同型值的無(wú)人潛航器。

圖4 托板設(shè)計(jì)

線(xiàn)型墩設(shè)計(jì)為可沿滑槽任意滑動(dòng)、并停留在任意位置可固定的方式，解決了縱向適應(yīng)無(wú)人潛航器長(zhǎng)度的問(wèn)題，線(xiàn)型墩上半部分的弧形墩，可根據(jù)無(wú)人潛航器線(xiàn)型簡(jiǎn)單更換，解決了線(xiàn)型問(wèn)題。

如圖5、圖6、圖7、圖8 所示，滑槽的底部設(shè)置有開(kāi)槽212，開(kāi)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有旋轉(zhuǎn)軸25，旋轉(zhuǎn)軸25 的上表面設(shè)置有若干陣列的螺旋弧形槽251，每個(gè)螺旋弧形槽內(nèi)滑動(dòng)安裝有一個(gè)轉(zhuǎn)軸252，轉(zhuǎn)軸的上端固定安裝在滑塊底部。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸沿著螺旋弧形槽移動(dòng)，從而帶動(dòng)滑塊沿著滑槽移動(dòng)。因?yàn)榫€(xiàn)型墩兩兩對(duì)稱(chēng)，從而可以保證線(xiàn)型墩同步向兩側(cè)同步移動(dòng)。這種中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，保證在調(diào)整線(xiàn)型墩半寬時(shí)，可以同步向兩側(cè)展開(kāi)，保證無(wú)人潛航器與轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)的中線(xiàn)面重合。

圖5 托板俯視圖

圖6 驅(qū)動(dòng)軸連接示意圖

圖7 圖2A--A 剖面圖

圖8 圖4A 局部放大圖

2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖9 所示，本方案在下層平臺(tái)上設(shè)置有蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)垂向機(jī)械操控，帶動(dòng)上層托板上升或下降；通過(guò)橫向機(jī)械操控，帶動(dòng)線(xiàn)型墩同步向兩側(cè)展開(kāi)，操作便捷、省時(shí)省力。

對(duì)應(yīng)兩排線(xiàn)型墩下方設(shè)置有兩根旋轉(zhuǎn)軸25，兩根旋轉(zhuǎn)軸之間傳動(dòng)連接。如圖6 所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)旋鈕261，從而帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸26 轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)兩根旋轉(zhuǎn)軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)兩排線(xiàn)型墩同時(shí)調(diào)整半寬值。此設(shè)計(jì)解決橫向適應(yīng)無(wú)人潛航器寬度的問(wèn)題。

下層平臺(tái)底部設(shè)有萬(wàn)向輪，可使多功能轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)靈活運(yùn)動(dòng)，在萬(wàn)向輪上設(shè)置有剎車(chē)裝置，保證停放時(shí)的穩(wěn)定、可靠。

轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)示意圖如圖9 所示。

圖9 轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)示意圖

3 設(shè)計(jì)及使用實(shí)例

根據(jù)本公司生產(chǎn)的多型無(wú)人潛航器尺度，轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)托架尺寸為4500mm*1000mm 時(shí)，可滿(mǎn)足重量1000 千克及以下、主尺度6000mm*Φ800mm 及以下的無(wú)人潛航器的轉(zhuǎn)運(yùn)。表1 為本公司生產(chǎn)的產(chǎn)品實(shí)例。

表1 產(chǎn)品實(shí)例選型

總體采取框架式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，局部進(jìn)行加強(qiáng)。托板、升降臺(tái)、平臺(tái)、立柱等均選用不銹鋼材質(zhì)，設(shè)計(jì)有3 組立柱連接上下平臺(tái)，連接處設(shè)有局部加強(qiáng)及腹板，上下平臺(tái)背面設(shè)有加強(qiáng)筋，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選用機(jī)械式蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中兩組立式絲杠，由一個(gè)升降控制機(jī)構(gòu)控制同步；一組水平式絲杠，由一個(gè)橫向控制機(jī)構(gòu)控制。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與升降平臺(tái)連接處設(shè)有局部加強(qiáng)。

在生產(chǎn)1300mm*Φ180mm 無(wú)人潛航器時(shí)（下稱(chēng)1#），根據(jù)內(nèi)部橫隔壁位置、艙室分隔及結(jié)構(gòu)加強(qiáng)位置，設(shè)計(jì)了四組線(xiàn)型墩，間距350mm，半寬90mm，基線(xiàn)距托架高度150mm。

四組線(xiàn)型墩的滑塊根據(jù)圖紙位置進(jìn)行定位，測(cè)定中心線(xiàn)、間距、半寬值，然后將線(xiàn)型墩用緊固螺栓固定在滑槽內(nèi)；通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)升降平臺(tái)，測(cè)定基線(xiàn)高度，選取R90mm弧形墩（1 號(hào)墩和4 號(hào)墩視實(shí)際線(xiàn)型選取適當(dāng)弧形墩，或采用橡膠等軟質(zhì)材料調(diào)整），使線(xiàn)型墩整體與潛航器外型吻合，符合公差要求，將1#潛航器吊裝至轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)上，對(duì)相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)鎖定或打開(kāi)后，開(kāi)展裝配、轉(zhuǎn)運(yùn)等工作。

在生產(chǎn)4200mm*Φ480mm 無(wú)人潛航器時(shí)（下稱(chēng)2#），根據(jù)內(nèi)部橫隔壁位置、艙室分隔及結(jié)構(gòu)加強(qiáng)位置，設(shè)計(jì)了10 組線(xiàn)型墩，間距350mm，半寬240mm，基線(xiàn)距托架高度200mm（尾部有附體）。

首先在原四組線(xiàn)型墩兩側(cè)，各增加三組線(xiàn)型墩滑塊，使得中心線(xiàn)、間距、半寬值與1#的原四組線(xiàn)型墩一致，用緊固螺栓固定在滑槽內(nèi)；然后操作平臺(tái)下方傳動(dòng)機(jī)構(gòu)橫向控制，帶動(dòng)10 組線(xiàn)型墩向兩側(cè)同步展開(kāi)，到達(dá)半寬值為240mm 時(shí)停止；選取R240mm 弧形墩（1 號(hào)墩和10 號(hào)墩視實(shí)際線(xiàn)型選取適當(dāng)弧形墩，或采用橡膠等軟質(zhì)材料調(diào)整），更換弧形墩，使得線(xiàn)型墩整體與2#線(xiàn)型吻合；操作平臺(tái)下方傳動(dòng)機(jī)構(gòu)升降控制，調(diào)整基線(xiàn)高度至200mm。對(duì)相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)鎖定或打開(kāi)后，開(kāi)展下一步工作。

4 總結(jié)

針對(duì)每型潛航器配備一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)的設(shè)備資源及空間資源浪費(fèi)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了無(wú)人潛航器多尺寸轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)，通過(guò)將車(chē)身結(jié)構(gòu)與托架結(jié)構(gòu)分開(kāi)，托架結(jié)構(gòu)上配有滑槽，通過(guò)調(diào)節(jié)線(xiàn)型墩的縱向位置來(lái)適配不同長(zhǎng)度的無(wú)人潛航器，當(dāng)無(wú)人潛航器的線(xiàn)型或直徑發(fā)生變化時(shí)，僅更換弧形墩即可，從而達(dá)到一個(gè)平臺(tái)可適用多個(gè)不同尺寸的無(wú)人潛航器的轉(zhuǎn)運(yùn)要求，降低了設(shè)備存放的空間，節(jié)省了設(shè)備制作費(fèi)用。