一种水下离心环流叶轮式吸盘制造技术

本实用新型专利技术公开了一种水下离心环流叶轮式吸盘。吸盘外壳为空心柱状结构，叶轮底盘和离心环流叶轮固定连接后安装在内部的空腔中，防水直流电机和伯努利底盘分别同轴固定安装在吸盘外壳的上、下两侧，防水直流电机输出轴的下端穿设过吸盘外壳后依次与叶轮底盘和轴端挡圈固定连接，离心圆环的上部开设有若干个梯形凹槽从而在相邻的梯形凹槽之间形成凸起块，内侧倾斜直叶片和外侧倾斜直叶片之间通过凸起块固定连接，内侧倾斜直叶片和外侧倾斜直叶片之间的倾斜角度相同、倾斜方向相反。本实用新型专利技术的水下离心环流叶轮式吸盘比传统的离心叶轮式吸盘或伯努利吸盘可以产生更大的吸附力，且吸盘能耗小。且吸盘能耗小。且吸盘能耗小。

【技术实现步骤摘要】
一种水下离心环流叶轮式吸盘


[0001]本技术属于机械创新设计领域的一种水下勘测吸盘，尤其是涉及了一种水下离心环流叶轮式吸盘。

技术介绍

[0002]水下吸附技术与水下抓取技术是开展水下勘测与作业的关键技术之一，被广泛应用于海洋地质勘测、资源勘探及矿产评估、深海打捞等诸多领域，完成诸如水下取样、水下打捞、水下吸附等多种工程作业。传统的水下吸附技术若要使承担钻凿切割、高压清洗等重型作业的水下机器人稳定吸附，则需要一个大吸盘或多个小吸盘，导致机构整体复杂且沉重，而水下抓取技术多采用机械抓取装置，存在设计复杂以及操作不便等问题，难以适应诸多不规则形状的物体，有可能对抓取物造成损伤，且在无水环境下无法进行吸附。
[0003]机器人技术一直都是学术和工业界的研究热点之一，近年来，伴随着机器人被广泛应用于各个领域之中，特种机器人技术也得到了飞速的发展。区别于工业和服务机器人，特种机器人面向于解决专业领域内的难点问题，因此需要在一些特殊的功能和需求上进行细化和加强。而水下爬壁机器人作为特种机器人的一个新的重要分支，在海洋装备清洗、水下结构物勘探以及水利设备维护中扮演着十分重要的角色。但是如何实现在不同类型的表面上的稳定吸附，一直都是水下爬壁机器人的研究难点之一。
[0004]传统水下机器人依赖于磁吸附、真空吸附或负压吸附实现在结构及装备物上的贴附，然后目前各种吸附技术均存在一定的缺陷，磁力吸附的适用场景局限于铁磁材料表面，无法在桥墩和坝体等非铁磁材料结构上发挥作用；真空吸附难以摆脱真空泵的限制，并且真空吸盘在水下环境中极易发生泄漏，大大增加了机构设计与实际操作的困难程度；旋流负压吸附依靠高压水泵或大功率电机在吸盘腔体内产生负压区，负压吸附技术属于接触式吸附，较依赖于密封性能，吸盘本体或连接管路较容易堵塞造成吸附失效。
[0005]针对负压吸附技术，目前所应用的吸盘主要可分为两类：一是依靠真空发生装置产生真空负压从而进行吸附。这种吸盘由于是依靠真空发生装置，所以吸盘可以液体介质环境中工作。不足之处是装置相对复杂，操作要求也相对较多，而且费用较高。另一种则是通过机械运动排除密闭空间内介质，形成负压环境从而形成吸附。这种吸盘结构简单、操作方便，但在一定体积和功率限制下吸附能力有限，无法满足一些重型作业领域，因此设计出一种体积小、功率小、吸附能力强的水下吸盘具有重要的应用价值。
[0006]如公布号CN112478109A的专利技术专利文献公开的一种适用于水下作业的伯努利吸盘，该吸盘包括吸附主体和吸附主体内的推进器组成。该吸盘通过螺旋桨制造环境流动，通过吸附面底部的支撑结构，在吸附面与壁面之间形成流动间隙，因为吸附面的伯努利效应和螺旋桨的反作用力形成整个吸盘的吸附力。这种设计的优点是结构简单，控制方便，制造与安装便捷。但是采用螺旋桨作为吸盘动力源，会导致水流扰动较大，影响水下观测；另外支撑结构在粗糙表面上容易发生磨损。此外单独的离心叶轮式吸盘或者加装伯努利底盘后的吸附能力有限，若要执行反作用力较大的水下钻凿、切割等重型作业需要配置多个吸盘，
分布占用面积、体积大，且所要求的功率较大。

技术实现思路

[0007]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本技术的目的在于设计一种水下离心环流叶轮式吸盘。本技术的水下离心环流叶轮式吸盘安装便捷，具有更大的吸附力。
[0008]本技术技术方案如下：
[0009]包括防水直流电机、吸盘外壳、轴端挡圈、环状的伯努利底盘和离心机构；所述的吸盘外壳为顶端开设孔洞底端开口的空心柱状结构，离心机构设置在吸盘外壳内部的空腔中且离心机构不与吸盘外壳的内侧壁接触，防水直流电机和伯努利底盘分别同轴固定安装在吸盘外壳的上、下两侧，轴端挡圈位于离心机构的中部，防水直流电机输出轴的下端穿设过吸盘外壳后依次与离心机构和轴端挡圈固定连接；
[0010]防水直流电机的输出轴带动离心机构旋转，导致水流流出吸盘外壳的空腔中，从而使吸盘外壳的空腔内形成真空负压，进而实现吸盘的水下吸附。
[0011]所述的离心机构包括圆盘状的叶轮底盘和离心环流叶轮，离心环流叶轮固定连接在叶轮底盘的下表面，叶轮底盘和离心环流叶轮固定连接后同轴安装在吸盘外壳内部的空腔中，叶轮底盘和离心环流叶轮的中部均开设有孔洞，防水直流电机输出轴的底端穿设过吸盘外壳后依次与叶轮底盘和轴端挡圈同轴固定连接。
[0012]所述的离心环流叶轮主要由离心圆环和倾斜叶片阵列组成，离心圆环的上部开设有若干个梯形凹槽从而在相邻间的梯形凹槽之间形成凸起块，倾斜叶片阵列主要由若干个倾斜叶片沿着离心圆环的周向均匀间隔排布形成，各个倾斜叶片沿着离心圆环的径向布置，各个倾斜叶片均与离心圆环的凸起块固定连接。
[0013]所述的倾斜叶片包括内侧倾斜直叶片和外侧倾斜直叶片，内侧倾斜直叶片和外侧倾斜直叶片分别固定连接在离心圆环的内侧壁和外侧壁上，内侧倾斜直叶片和外侧倾斜直叶片之间的倾斜角度相同、倾斜方向相反；
[0014]内侧倾斜直叶片、外侧倾斜直叶片和凸起块的数量和排布位置分布相同且对齐。
[0015]所述伯努利底盘的内径等于吸盘外壳的内径，伯努利底盘的外径大于吸盘外壳的外径。
[0016]所述离心环流叶轮的下端面不低于伯努利底盘的下端面。
[0017]所述外侧倾斜直叶片的长度大于内侧倾斜直叶片的长度。
[0018]本技术的原理如下：
[0019]如图6所示，防水直流电机与离心环流叶轮和叶轮底盘同轴连接，防水直流电机工作时高速旋转带动离心环流叶轮和叶轮底盘同步高速旋转，离心环流叶轮中的内侧倾斜直叶片搅动离心环流叶轮中心的水流向外推动，离离心环流叶轮中心处的水流经过离心圆环处的梯形凹槽后再进入到外侧倾斜直叶片的作用区域。由于外侧倾斜直叶片和离心环流叶轮的中轴线呈一定的倾斜角度，外侧倾斜直叶片高速旋转时给予吸盘内水流的力不仅有离心力还有向上推动的力。吸盘内的一部分水流因离心力作用被甩向离心环流叶轮边缘，随后流出离心环流叶轮中间的空腔外，使得吸盘内部形成局部真空负压而产生吸力，水流流出离心环流叶轮的空腔后再经过环形的伯努利底盘流到外部环境时，离心环流叶轮内部与伯努利底盘下部的水流产生流速差形成伯努利效应，从而产生更大的吸力。而吸盘内的另
一部分向上流动的水流遇到叶轮底盘和吸盘外壳内壁的阻隔无法继续前行，便会有一部分的水流积聚在吸盘外壳内壁的上边缘处，从而形成压力相对增大、速度相对稳定、分布相对集中的周向环流，流体粘性增大的周向环流会通过流体内摩擦力带动吸盘下方的流体沿着圆周切线做高速圆周运动，因此产生旋流及离心力进一步增大吸盘吸附力。因此离心环流吸盘通过流体内摩擦力和离心力的共同作用下产生压差形成内部真空负压而不是单靠离心叶轮式的离心力产生压差形成真空负压。吸盘吸附壁面后吸盘内水流几乎不流出吸盘外，即使少量水流流出，环境中的水流会进入吸盘中从而实现吸盘内水流的动平衡，进而实现吸盘对壁面的稳定吸附。
[0020]吸盘可以实现非接触式吸附，属于非接触式吸盘的一种，对吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下离心环流叶轮式吸盘，其特征在于：包括防水直流电机(1)、吸盘外壳(2)、轴端挡圈(5)、环状的伯努利底盘(6)和离心机构；所述的吸盘外壳(2)为顶端开设孔洞底端开口的空心柱状结构，离心机构设置在吸盘外壳(2)内部的空腔中且离心机构不与吸盘外壳的内侧壁接触，防水直流电机(1)和伯努利底盘(6)分别同轴固定安装在吸盘外壳(2)的上、下两侧，轴端挡圈(5)位于离心机构的中部，防水直流电机(1)输出轴的下端穿设过吸盘外壳(2)后依次与离心机构和轴端挡圈(5)固定连接；防水直流电机(1)的输出轴带动离心机构旋转，导致水流流出吸盘外壳(2)的空腔中，从而使吸盘外壳(2)的空腔内形成真空负压，进而实现吸盘的水下吸附。2.根据权利要求1所述的一种水下离心环流叶轮式吸盘，其特征在于：所述的离心机构包括圆盘状的叶轮底盘(3)和离心环流叶轮(4)，离心环流叶轮(4)固定连接在叶轮底盘(3)的下表面，叶轮底盘(3)和离心环流叶轮(4)固定连接后同轴安装在吸盘外壳(2)内部的空腔中，叶轮底盘(3)和离心环流叶轮(4)的中部均开设有孔洞，防水直流电机(1)输出轴的底端穿设过吸盘外壳(2)后依次与叶轮底盘(3)和轴端挡圈(5)同轴固定连接。3.根据权利要求2所述的一种水下离心环流叶轮式吸盘，其特征在于：所述的离心环流叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷勇，王旭，张俊鹏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：