用于水下快速接头的锁紧装置技术领域
本发明是关于水下多功能快速接头技术领域，特别涉及用于水下快速接头的锁紧
装置。
背景技术
目前，海底的资源还没有得到充分利用，我们应该最大程度上地利用海底的可以
利用的资源，比如天然气、石油等等，但由于海底的工况与陆地大不相同，因此需要一些特
殊的设备来完成一些特定工况的要求，对于水下的连接装置，怎样操作ROV来完成一些任
务，比如导向、锁紧等动作，这时就需要特定的一些装置来完成。
在传统的水下快速接头的锁紧装置中，大多是直接采用螺纹锁紧的方式，即利用
螺纹的旋合来实现多个公接头与对应母接头之间的可靠的密封，用来实现管路的连通。由
于螺纹配合极易发生错扣而造成螺纹的损坏，海底的沉积物(例如珊瑚、碳酸钙等)也容易
在螺纹上沉积而阻碍螺纹的旋合而使螺纹发生卡死，如果在解锁的过程中螺纹发生卡死的
情况，则就无法使公接头和母接头实现脱离，造成不可估量的经济损失，综合以上种种原
因，传统的螺纹式锁紧机构的可靠性不高，需要设计一种适用于海底环境下能够可靠的实
现水下多功能快速接头的锁紧装置。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可靠性较高的水下快速
接头的锁紧装置。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
提供用于水下快速接头的锁紧装置，包括移动端和固定端，移动端上安装母接头，
固定端上安装公接头，移动端和固定端的对接能使公接头和母接头快速连接，所述移动端
包括传动轴、导向键、蜗轮蜗杆装置、防旋转凸台、母接头安装板、传动螺母、内导向柱、外导
向柱、弹性夹头、外套筒；
所述内导向柱是圆柱体状的导向柱，内导向柱的后端面上设有一个开有(6个)螺
钉孔的法兰，用于和母接头安装板连接，且法兰的前端加工有凸台，用于保证内导向柱与母
接头安装板同轴；内导向柱的前端内表面设有沿圆周方向上的环形凸台(类似一个鼻梁的
结构)，用于和弹性夹头手指配合(当手指滑入凸台时，手指被压缩，对心轴的夹紧力增大，
当手指滑出凸台时，手指扩张，对心轴的夹紧力减小)；
所述弹性夹头是后端为法兰、前端向内设有突起结构的弹性夹头(在弹性夹头插
入心轴的过程中，前端的突起结构会张开直到插到和心轴的法兰接触)；弹性夹头的前端带
有弹性夹头手指，且弹性夹头手指均匀分布在前端的圆周方向上；每个弹性夹头手指分别
与一个薄壁状的弹性夹头支撑梁连接，各个弹性夹头手指和弹性夹头支撑梁沿圆周方向上
均匀排列，且每个弹性夹头支撑梁之间和弹性夹头手指之间都留有空隙，弹性夹头支撑梁
能在径向方向上被压缩；每个弹性夹头手指通过中间的弹性夹头支撑梁连接到弹性夹头的
法兰上，每个弹性夹头手指分别与弹性夹头后端的法兰部分组成1个简支梁结构，以实现各
个弹性夹头手指能在径向方向上压缩或伸张；弹性夹头的后端在径向上均匀开有6个光孔，
用于和传动螺母上的6个螺纹孔相对应，其中3个孔间隔均匀，用于安装剪切销，另外3个孔
用于作为海水流通孔；
所述传动螺母是中心开有梯形螺纹孔的圆柱体状结构的螺母，且中心的梯形螺纹
孔与传动轴上的梯形螺纹相配合安装；传动螺母的后端圆柱面上对称加工有两个平台，平
台上分别加工有螺纹孔，用于和防旋转凸台配合安装；
所述防旋转凸台是带有阶梯孔的圆柱体状结构凸台，沿防旋转凸台的轴向加工有
沉头型的螺纹孔，用于和传动螺母连接；
所述外套筒是管状结构的外套筒，外套筒的后端面沿圆周方向上均匀加工有8个
螺钉孔，用于和蜗轮蜗杆装置连接；在外套筒的后端部开有两个间隔180度、轴向的限位槽，
用于限制防旋转凸台的轴向运动；
所述蜗轮蜗杆装置包括蜗杆、蜗轮、蜗轮蜗杆外壳、把手、T把，蜗杆和蜗轮安装在
蜗轮蜗杆外壳内，把手安装在蜗轮蜗杆外壳上，T把和蜗杆转动连接；通过转动连接在蜗杆
上的T把，能带动蜗轮蜗杆转动，通过梯形螺纹能将运动传递到传动螺母上；
所述导向键为一个长方体状的装置，导向键的表面上开有两个螺纹孔；导向键利
用螺钉连接在移动端的外导向柱上，用于对移动端和固定端的正确插入提供导向；
所述母接头安装板上用于安装母接头，安装的母接头用于和固定端上安装的公接
头对应，以实现油路或电气的通断；
所述固定端包括弹性夹头心轴、公接头安装板、外导向套筒、固定安装板、内导向
套筒；所述公接头安装板上用于安装公接头，弹性夹头心轴和内导向套筒固定在公接头安
装板一侧的固定端上；所述内导向套筒是一个圆柱体形管状结构，其前端凸缘法兰盘上有6
个螺钉孔，利用螺钉连接在公接头安装板上，后端面上有6个光孔，用来安装弹性夹头心轴；
弹性夹头心轴的后端径向均匀加工有六个孔，用于和内导向套筒后端面通过螺钉连接；所
述弹性夹头心轴的端帽为圆柱体结构，且圆柱体的前端设有大斜度的斜面(斜面的斜度为
30度)，用于方便被插入弹性夹头；
所述外导向套筒具体是设置在固定端外面的套筒，外导向套筒的底部端面设有螺
纹孔，通过该螺纹孔固定在公接头安装板上，用于和移动端的外导向柱配合，方便移动端插
入到固定端中；
所述固定安装板为公接头的载体，固定安装板通过螺钉和内导向套筒、外导向套
筒相连接；固定安装板上固定的公接头，用于和移动端上的母接头进行对接，以实现油路或
电气的通断；
移动端和固定端锁紧时，通过弹性夹头的轴向运动，使弹性夹头手指收缩或扩张，
当弹性夹头手指运动到内导向柱的凸台上时，弹性夹头手指被压缩，当弹性夹头手指从内
导向柱的凸台上滑下时，弹性夹头手指扩张开；当弹性夹头手指扩张开的时候，弹性夹头心
轴能够滑入弹性夹头手指内部，当弹性夹头向后运动，弹性夹头手指发生收缩的时候对弹
性夹头心轴的夹紧力逐渐增大，弹性夹头和弹性夹头心轴之间就产生轴向拉力，推动母接
头、公接头进而实现密封。
在本发明中，所述母接头安装板上安装有八个母接头，公接头安装板上安装有八
个公接头。
在本发明中，所述弹性夹头前端的弹性夹头手指设有6个。
在本发明中，所述用于水下快速接头的锁紧装置还包括防沉积物护罩，防沉积物
护罩能对外套筒的限位槽进行遮盖，防止海底沉积物对传动螺纹的污染；防沉积物护罩上
还开有小孔，用于使移动端内部与海水连通，防止形成液压锁。
本发明的锁紧机构主要由蜗轮蜗杆装置、传动轴、传动螺母、防旋转凸台、弹性夹
头、内导向柱、弹性夹头心轴、内导向套筒等组成。首先，ROV操作机械手转动蜗轮蜗杆装置
中的T把，将扭矩传递到蜗轮蜗杆，而蜗轮又与传动轴固定，因此，将ROV输出的扭矩传递到
传动轴上，传动轴轴向方向上的运动被外套筒的端面和蜗轮蜗杆所限制，传动螺母与传动
轴通过梯形螺纹配合，防旋转凸台与传动螺母通过螺钉连接在一起，并被限制在外套筒的
轴向槽中运动，轴向槽位于母接头安装板的后部套筒上，这样当传动轴旋转时，传动螺母只
能在轴向方向上运动而不会旋转，而传动螺母的轴向运动通过剪切销带动弹性夹头产生轴
向运动，进而使夹头手指收缩或扩张，这些运动是靠如下结构来实现的：传动螺母与弹性夹
头的后部端面通过三个剪切销连接在一起，这样弹性夹头就能跟随传动螺母一起轴向运
动。弹性夹头由6个手指组成，手指能够在径向方向上扩张或收缩，并沿圆周方向均匀的分
布，弹性夹头安装在内导向柱的内部，内导向柱的内表面作为弹性夹头手指轴向运动的导
向，其内表面上有凸台，当手指运动到凸台上时，手指被压缩，当手指从凸台上滑下时，手指
自由的扩张开。当手指扩张开的时候，在一定的推力下，弹性夹头心轴能够滑入手指内部，
当弹性夹头向后运动，手指发生收缩的时候对弹性夹头心轴的夹紧力逐渐增大，这样在弹
性夹头和心轴之间就会产生很大的轴向拉力，从而推动母接头逐渐靠近公接头进而实现可
靠的密封。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明具有在水下同时连接多个接头的作用，该锁紧机构能够方便的由ROV机械
手操作，利用蜗轮蜗杆装置可以进行扭矩的放大，降低了对ROV的要求，适用于海底环境特
别是深海，潜水员不易操作的环境。
本发明能够可靠地将公接头和母接头锁紧在一起，且实现可靠的密封，保证管路
在海底长时间的可靠的连通，而且能够方便的调节锁紧力的大小，从而调节接头之间密封
的松紧。
本发明在发生意外卡死的情况下，还可以通过专用的扭矩工具来拉断剪切销来实
现接头之间的紧急脱离，而且脱离之后回收上来后，通过更换剪切销可方便实现再次使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中的移动端结构示意图。
图3为移动端中的蜗轮蜗杆装置结构示意图。
图4为本发明中的固定端结构示意图。
图5为移动端中的弹性夹头结构示意图。
图6为弹性夹头与弹性夹头心轴缩紧结构示意图。
图7为移动端和固定端插入到位结构示意图。
图8为移动端和固定端锁紧到位结构示意图。
图9为移动端和固定端锁紧标识示意图。
图中的附图标记为：1 蜗轮蜗杆装置；2 外套筒；3 传动轴；4 限位槽；5 防旋转凸
台；6 传动螺母；7 剪切销；8 弹性夹头；9 母接头；10 外导向柱；11 母接头安装板；12 内
导向柱；13 导向键；14 防尘积物罩；15 把手；16 T把；17 蜗轮蜗杆外壳；18 蜗轮；19 蜗
杆；20 外导向套筒；21 固定安装板；22 弹性夹头心轴；23 公接头安装板；24公接头；25 内
导向套筒；26 弹性夹头手指；27 弹性夹头支撑梁；28 弹性夹头凸台；29移动端锁紧到位第
一标志线；30 固定端锁紧到位标志线；31 移动端端锁紧到位第二标志线；32 固定端插入
到位标志线。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
一种用于水下快速接头的锁紧机构，主要由蜗轮蜗杆装置1、弹性夹头8和弹性夹
头心轴22等组成。移动端的母接头安装板11上安装着8个母接头9，母接头安装板11的前端
安装有内导向柱12，导向柱内表面有凸台用来在径向方向上压缩夹头手指26，图中画有6个
手指26(但可根据需要而改变个数)，弹性夹头8与传动螺母6通过三个径向方向上的剪切销
7连接，传动螺母6的平台面与圆柱体形的防旋转凸台5连接，而防旋转凸台5被限制在外套
筒2的轴向限位槽4中移动，故传动螺母6带动弹性夹头8只能在轴向方向上移动，传动螺母6
与传动轴3通过梯形螺纹配合，在轴向方向上，传动轴3被蜗轮蜗杆装置1、外套筒2上端面限
制轴向运动，只能产生旋转运动。
当ROV机械手操作蜗轮蜗杆装置1中的T把16顺指针或逆时针旋转时，传动螺母6、
防旋转凸台5、弹性夹头8、剪切销7就会在轴向方向上向前或向后来回运动。8个公接头24安
装在公接头安装板23上，内导向柱12与弹性夹头心轴22连接，弹性夹头心轴22的端帽加工
有大斜度的端面，以方便心轴22进入夹头手指26。轴向限位槽4被防沉积物护罩14遮盖起来
以防止海底沉积物对传动螺纹的污染，在防沉积物护罩14上还开有许多小孔，以用来使移
动端内部与海水连通，防止形成液压锁。
工作时，水下快速接头的锁紧过程分为两个阶段，插入的过程和锁紧的过程，下面
进行详细的描述。如图6所示，是移动端插入固定端到位后的结构示意图。ROV机械手抓住移
动端的蜗轮蜗杆上端的把手15，沿轴向进入固定端，在此之前，必须逆时针旋转T把16，使弹
性夹头8沿轴向向前移动，夹头手指26从弹性夹头心轴22前端的凸台上滑下，沿径向张开，
此时防旋转凸台5位于轴向限位槽4的前端。当心轴22的斜面刚好接触到夹头手指26时，这
时需要ROV机械手提供一个大的推力，这个力不能过大，要在机械手所能提供的推力范围
内，使夹头手指26越过端帽，这样手指26就拉住端帽在轴向提供了一个预紧力，此时已经插
入到位了，表示预锁紧过程结束。插入到位时，公接头24还没有插入到母接头9中，但此时两
者已经对齐。插入到位时，本发明的结构示意图如图6所示。在锁紧之前，提供一个预紧力来
使移动端和固定端进行初步的锁紧，不仅使整个连接过程安全可靠，而且使整个操作过程
更加易于ROV观察和操作。
接下来是锁紧的过程，当插入到位后，ROV机械手顺时针旋转T把16，然后蜗轮蜗杆
装置1将扭矩传递给传动轴3，由于传动轴3的轴向运动被限制，故其只能产生旋转运动，在
梯形螺纹的配合下，传动螺母6本来应该产生旋转和轴向方向的运动，但由于传动螺母6与
防旋转凸台5连接在一起，而防旋转凸台5只能在轴向限位槽4中轴向移动，故传动螺母6将
带动防旋转凸台5及弹性夹头8在轴向方向上向后移动，这个过程中，夹头手指24不断的拉
紧心轴22，使移动端向固定端靠近，母接头9向公接头24靠拢，最终使公接头24完全插入到
母接头9中，并提供一个足够大的锁紧力使接头之间形成可靠的密封，接头完全导通，实现
信号的传递或者液体的输送。与此同时，内导向柱12向后运动，最终运动到弹性夹头凸台28
上，手指26被径向压缩，手指26与心轴22之间的拉力达到最大，在此可靠的锁紧力下，能够
保证8个接头之间的可靠密封和导通。与此同时，防旋转凸台5向后运动，最后运动到轴向限
位槽4的后端，此时已经锁紧到位，连接作业结束。锁紧到位后，本发明的结构示意图如图7
和图8所示。
当接头需要脱离时，就要将移动端从固定端上脱离，脱离作业同样分为两个阶段：
解锁过程和拔出过程。解锁过程，即通过ROV机械手将本发明中移动端从固定端中分离。首
先，ROV机械手逆时针旋转T把16，带动传动轴3逆时针旋转，使传动螺母6、防旋转凸台5、外
套筒2和弹性夹头8向前运动，手指26对心轴22的夹紧力慢慢减小，当ROV观察到29与32重合
时，解锁过程结束，ROV机械手停止旋转，防旋转凸台5运动到轴向限位槽4的前端。解锁过程
结束。
接下来是拨出过程：需要ROV机械手提供一个较大的拉力将心轴22从手指26中拔
出，同样，此力不能太大，应在机械手所能提供的拉力范围内，拔出后，在顺着轴向方向将外
导向柱10慢慢的从外部导向套筒20中移出，最后等内导向柱12完全从固定端中移出后，由
机械手将移动端放置在暂置位或移动到其他地方。
当发生意外情况，锁紧机构发生卡死，通过ROV机械手不能使传动轴3发生旋转时，
这时候就需要液压驱动的高扭矩输出工具来施加更大的扭矩旋转传动轴3，从而强迫传动
螺母6向后运动，这样在传动螺母6和弹性夹头8之间就形成很大的拉力，当此拉力足以拉断
剪切销7时，三个剪切销7被拉断，在用机械手拉移动端，此时弹性夹头8向后运动，夹头手指
26张开，弹性夹头8与心轴22之间的锁紧力消失，由于弹性夹头8后半部分的法兰的作用，弹
性夹头8将不会从移动端中脱落，从而可以跟随移动端一起被回收到海上进行维修，在重新
安装上剪切销7后，此移动端又可重新使用。
在弹性夹头8后半部分加工有六个径向孔，但只均匀的安装了三个，另外三个是用
来做通道口使用，在内导向柱12插入内导向套筒25的过程中，此区域中被挤压出来的海水
通过外套筒2与防旋转凸台5之间的径向间隙，以及防尘积物帽14的多个小孔与外界海水连
通，以防止形成液压锁。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于
以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导
出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。