分析發(fā)展水下電動(dòng)工具的必要性

目前，國(guó)內(nèi)外潛水員所使用的水下作業(yè)工具，主要是氣動(dòng)和液壓動(dòng)力工具，已經(jīng)是商品化、系列化的產(chǎn)品。由于氣壓或液壓工具需要單獨(dú)的動(dòng)力源，同時(shí)帶有供氣管或液壓供回油管路，使攜帶和作業(yè)不十分方便。而電動(dòng)工具使用靈活、攜帶方便，因此在陸上作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，出現(xiàn)了便攜式電動(dòng)工具產(chǎn)品，采用可充電的新型高能電池作為動(dòng)力源，以直流安全電壓供電。基于電動(dòng)工具的特點(diǎn)，本文提出了便攜式低壓電動(dòng)工具新概念機(jī)型的研究方案。

水下電動(dòng)工具總體方案的確定水下作業(yè)工具大都以陸用同類工具為基礎(chǔ)，經(jīng)特殊設(shè)計(jì)以適合水下環(huán)境使用。因此，本文選用以低壓交直流兩用串激電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的陸用手電鉆為母型，在該陸上母型的基礎(chǔ)上進(jìn)行水下電動(dòng)工具的設(shè)計(jì)。

本文對(duì)所研制的水下電動(dòng)工具總體方案的確定原則如下。動(dòng)力源采用普通鉛酸蓄電池36V直流供電，由潛水員攜帶入水，相同電壓的直流電比交流電安全性能好，而且直流電更便于由蓄電池來提供工具殼體設(shè)計(jì)成密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔全充油并設(shè)置壓力補(bǔ)償器。充油對(duì)電機(jī)起到冷卻與絕緣作用，降低碳刷火花并改善繼電器性能。補(bǔ)償器可使工具內(nèi)外壓力相等或內(nèi)壓略大于外部水壓力，確保水下工具的密封性能。設(shè)計(jì)一種非接觸式水下手動(dòng)開關(guān)，采用基于磁感應(yīng)原理的磁鋼干簧管繼電器非接觸式觸點(diǎn)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)非接觸條件下的開關(guān)控制。考慮到水介質(zhì)對(duì)旋轉(zhuǎn)型水下作業(yè)工具的影響，在驅(qū)動(dòng)功率選擇方面，比陸用工具的相應(yīng)功率要大些，其它設(shè)計(jì)要求基本相同。

由此，確定的水下電動(dòng)工具總體方案如所示。樣機(jī)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵件設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的水下手電鉆樣機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)方案，一種為機(jī)殼采用機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)，另一種為采用O型圈聚四氟乙烯滑環(huán)組合式密封結(jié)構(gòu)，樣機(jī)結(jié)構(gòu)如，所示。其中重點(diǎn)對(duì)工具殼體、輸出軸動(dòng)密封、壓力補(bǔ)償器、非接觸式觸點(diǎn)開關(guān)作了詳細(xì)設(shè)計(jì)。

合密封的水下電鉆樣機(jī)前端結(jié)構(gòu)。1殼體設(shè)計(jì)水下手電鉆殼體由前殼體、后殼體、中間盤、減速箱、前后端蓋等組成，前后端蓋間各部件連通形成密封內(nèi)腔，充油后腔內(nèi)壓力均衡，殼體硬度按常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

為減輕重量，殼體選用鋁合金材料，壁厚以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配要求為原則；工具外表面陽極化處理，外形美觀、抗腐蝕性良好。非接觸式手動(dòng)開關(guān)本文采用磁鋼干簧管繼電器非接觸式觸點(diǎn)開關(guān)，干簧管繼電器在磁性體構(gòu)件靠近時(shí)，2個(gè)簧片閉合，當(dāng)磁性體構(gòu)件遠(yuǎn)離時(shí)，簧片自動(dòng)彈開，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下電動(dòng)工具的控制，其開關(guān)電路原壓力補(bǔ)償器設(shè)計(jì)為了消除隨深度變化的水壓力對(duì)水下作業(yè)工具的影響，采用補(bǔ)償器對(duì)水壓力進(jìn)行補(bǔ)償。其補(bǔ)償器不僅要用來平衡外部水的壓力，而且還要對(duì)工具內(nèi)部油液的體積變化及泄漏損失進(jìn)行體積補(bǔ)償。

本文設(shè)計(jì)的壓力補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)，采用式補(bǔ)償器。外加一補(bǔ)償彈簧，產(chǎn)生一定的預(yù)壓力，使工具腔內(nèi)充油壓力始終略大于環(huán)境水壓力，其原理可用下式表示為Pn=Pw+Pu式中，Pn為工具腔內(nèi)充油壓力；型圈聚四氟乙烯滑環(huán)組合密封結(jié)構(gòu)示意圖旋轉(zhuǎn)軸機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)及原理如所示。