分析發(fā)展水下電動工具的必要性

目前，國內(nèi)外潛水員所使用的水下作業(yè)工具，主要是氣動和液壓動力工具，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的動力源，同時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)了便攜式電動工具產(chǎn)品，采用可充電的新型高能電池作為動力源，以直流安全電壓供電�；�于電動工具的特點，本文提出了便攜式低壓電動工具新概念機型的研究方案。

水下電動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機驅(qū)動的陸用手電鉆為母型，在該陸上母型的基礎(chǔ)上進(jìn)行水下電動工具的設(shè)計。

本文對所研制的水下電動工具總體方案的確定原則如下。動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)計成密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔全充油并設(shè)置壓力補償器。充油對電機起到冷卻與絕緣作用，降低碳刷火花并改善繼電器性能。補償器可使工具內(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)計一種非接觸式水下手動開關(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開關(guān)，實現(xiàn)非接觸條件下的開關(guān)控制。考慮到水介質(zhì)對旋轉(zhuǎn)型水下作業(yè)工具的影響，在驅(qū)動功率選擇方面，比陸用工具的相應(yīng)功率要大些，其它設(shè)計要求基本相同。

由此，確定的水下電動工具總體方案如所示。樣機結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵件設(shè)計本文設(shè)計的水下手電鉆樣機有兩種結(jié)構(gòu)方案，一種為機殼采用機械密封的結(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)，樣機結(jié)構(gòu)如，所示。其中重點對工具殼體、輸出軸動密封、壓力補償器、非接觸式觸點開關(guān)作了詳細(xì)設(shè)計。

合密封的水下電鉆樣機前端結(jié)構(gòu)。1殼體設(shè)計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。

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。非接觸式手動開關(guān)本文采用磁鋼干簧管繼電器非接觸式觸點開關(guān)，干簧管繼電器在磁性體構(gòu)件靠近時，2個簧片閉合，當(dāng)磁性體構(gòu)件遠(yuǎn)離時，簧片自動彈開，實現(xiàn)對水下電動工具的控制，其開關(guān)電路原壓力補償器設(shè)計為了消除隨深度變化的水壓力對水下作業(yè)工具的影響，采用補償器對水壓力進(jìn)行補償。其補償器不僅要用來平衡外部水的壓力，而且還要對工具內(nèi)部油液的體積變化及泄漏損失進(jìn)行體積補償。

本文設(shè)計的壓力補償器結(jié)構(gòu)，采用式補償器。外加一補償彈簧，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)軸機械密封的結(jié)構(gòu)及原理如所示。