用于拖曳陣的多連桿穩(wěn)定翼鎖緊裝置設(shè)計

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)，拖體通過優(yōu)良的水動力設(shè)計可大大降低拖曳陣水下拖曳時阻力和流噪聲，有效提高拖曳陣穩(wěn)定性和信噪比[1,2]。穩(wěn)定翼為拖體拖曳時提供升力，調(diào)整發(fā)射陣姿態(tài)，工作時使聲波盡量在可靠聲道內(nèi)傳播，進(jìn)而提升發(fā)射陣探測距離[3,4]。拖曳陣使用時依靠船上的絞車及拖纜進(jìn)行釋放和回收[5]，拖體在甲板存儲時由于受存儲空間限制，需要將拖體穩(wěn)定翼放倒一定角度，降低拖體高度。使用時，在拖體釋放過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)計一種方便可靠的鎖緊裝置，在拖體釋放過程中單側(cè)操作即可實現(xiàn)穩(wěn)定翼與拖體主體雙側(cè)快速鎖緊固定，在拖體回收過程實現(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)這一工程實際需求，本文設(shè)計了一種多連桿穩(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)是一種常見的傳動機(jī)構(gòu)，組成為平面低副，面接觸，耐磨損，可實現(xiàn)力的遠(yuǎn)距離傳導(dǎo)，制造簡便，易于獲得較高的制造精度，通過改變連桿長度可實現(xiàn)從動件預(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)運動，多連桿機(jī)構(gòu)一側(cè)兩連桿鉸接處安裝一個把手，把手手柄可繞把手橫軸轉(zhuǎn)動，在安裝殼體適當(dāng)位置加工把手存放槽，兩個限位塊分別嵌入穩(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)簡圖

機(jī)構(gòu)中共有7 個構(gòu)件，9 個運動副（均為轉(zhuǎn)動副或滑動副等低副），由此可計算機(jī)構(gòu)自由度為

式中，n為運動構(gòu)件數(shù)量，P為低副數(shù)量。

推動把手可實現(xiàn)兩個鎖緊銷的水平移動，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)，可同時限制鎖緊銷的水平移動和把手轉(zhuǎn)動。此時機(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，實現(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)計為流線型，可減小水下拖曳時鎖緊裝置帶來的阻力，并能增強(qiáng)穩(wěn)定翼對拖體姿態(tài)的穩(wěn)定作用。

2 鎖緊裝置功能實現(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，實現(xiàn)穩(wěn)定翼定位；然后由另一名操作人員向前推動把手，直到鎖緊銷的錐形頭完全嵌入限位塊上的錐形槽內(nèi)；最后扳動把手手柄，將手柄置于殼體上的存放槽內(nèi)，即可實現(xiàn)穩(wěn)定翼與拖體主體的鎖緊?；厥諘r，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，在穩(wěn)定翼上的位置不可避免的會出現(xiàn)偏差，這樣會導(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，不能實現(xiàn)兩側(cè)同時有效鎖緊，通過在限位塊錐形槽內(nèi)側(cè)硫化一層橡膠，可順利解決這一問題。兩側(cè)錐形頭均通過壓縮橡膠實現(xiàn)與限位塊錐形槽的緊密配合。

3 連桿長度計算

3.1 連桿長度最大值計算

多連桿機(jī)構(gòu)在安裝殼體內(nèi)運動時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)此可確定連桿長度范圍。

為保證運動時多連桿機(jī)構(gòu)不超出殼體寬度，要求節(jié)點A處的縱坐標(biāo)極限值為Y0，此時鎖緊裝置與穩(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)安裝殼體長度為l1，鎖緊銷長度為l2，鎖緊銷錐尖縮進(jìn)殼體d1，由此算出連桿最大長度為

3.2 連桿長度最小值計算

錐形頭與限位塊內(nèi)的橡膠完全貼合，實現(xiàn)鎖緊，鎖緊狀態(tài)結(jié)構(gòu)簡圖如圖5 所示。此時錐尖突出安裝殼體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，此時連桿的長度為

圖5 鎖緊裝置鎖緊狀態(tài)

4 推力計算

鎖緊銷是通過壓縮限位塊中的橡膠實現(xiàn)緊密配合的，橡膠需壓縮到一定量才能使把手可旋轉(zhuǎn)放入存儲槽內(nèi)。橡膠壓縮是通過推動把手實現(xiàn)的，需要一定的推力才能實現(xiàn)橡膠壓縮到位，然后將把手放入存儲槽內(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)受外力簡圖如圖6 所示。多連桿機(jī)構(gòu)是關(guān)于O點的旋轉(zhuǎn)對稱，推動把手兩側(cè)鎖緊銷位移量相同，橡膠壓縮量相同，橡膠對鎖緊銷產(chǎn)生的彈力相同，即

圖6 機(jī)構(gòu)受外力簡圖

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圖分別如圖7 和8 所示。由AC和BH受力平衡可推出：

由O點處力矩平衡可得：

由此得出推力：

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

5 結(jié)束語

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，通過多次收放驗證，可有效實現(xiàn)拖體尾翼的單側(cè)扶正鎖緊和解鎖放倒，水下拖曳時穩(wěn)定翼牢固固定，發(fā)射陣工作時穩(wěn)定翼無明顯抖動。

多連桿穩(wěn)定翼鎖緊裝置是根據(jù)工程中實際需求而設(shè)計的。通過邊界條件可推出多連桿機(jī)構(gòu)連桿的尺寸范圍，通過計算推力進(jìn)而改進(jìn)結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)使用盡可能小的推力實現(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值。