CN101870351A - 深海油囊式浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供深海油囊式浮力调节装置。包括控制舱、耐压油箱和伸缩油囊，其特征是：控制舱的上半球和下半球相连，安装板固定在下半球里，直流电机、电机驱动器、液压泵和控制电路板安装在安装板上，下半球上设置进油口和出油口；耐压油箱包括左半球、圆柱筒体和右半球，圆柱筒体的两侧分别连接左半球和右半球；伸缩油囊包括上端盖、下端盖、外套筒、油过滤器和位移式液位传感器，外套筒分别与上端盖和下端盖相连，油过滤器固定在下端盖上，位移式液位传感器安装在油过滤器上；控制舱的进油口连接伸缩油囊，控制舱的出油口连接耐压油箱。本发明利用浮球式液位传感器测量耐压油箱内液压油的液位，不存在累积误差，测量精度较高。

Description

深海油囊式浮力调节装置

技术领域

本发明涉及的是一种浮力装置，具体地说是实现水下机器人或其它水下装置升沉运动、定深控制以及姿态调节的浮力调节装置。

背景技术

由于无缆型水下机器人航向时自身携带的能源是有限的，为了尽可能的降低其工作时的能量消耗，实现水下机器人的潜航和运载功能，为其配备浮力调节装置是十分必要的，水下机器人浮力调节装置可以实现水下机器人的下潜、上浮、悬浮、定深航行和姿态的调整，对于长航程、大潜深的水下机器人来说是重要的。

通过抛弃压载来完成水下机器人的浮力调节实现起来容易，但每次下水前均要重新安装压载，且一次航向时的浮力调节不具备可重复性；利用海水泵往压载水舱抽排水的方式浮力调节能力强、形式简单、性能稳定、安全环保、可往复调节提供正负浮力，但海水具有腐蚀性强、粘度低、润滑性差等特点导致了海水液压元件加工困难、寿命较短、成本较高，无法保证装置的长期工作。

中国船舶重工集团七一○研究所的谷军、张云海等人的发明专利“油气囊组合式浮动平台”，专利号：ZL 200620098094.1，该专利采用液压与气压系统组合作用的方案实现对浮动平台的浮力调节，存在一个油囊和一个气囊，工作时需要通过二者的协调作用控制平台的浮力，结构相对复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供实现水下机器人升沉运动、定深控制以及姿态调节的深海油囊式浮力调节装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明深海油囊式浮力调节装置，包括控制舱、耐压油箱和伸缩油囊，其特征是：控制舱的上半球和下半球相连，安装板固定在下半球里，直流电机、电机驱动器、液压泵和控制电路板安装在安装板上，下半球上设置进油口和出油口；耐压油箱包括左半球、圆柱筒体和右半球，圆柱筒体的两侧分别连接左半球和右半球；伸缩油囊包括上端盖、下端盖、外套筒、油过滤器和位移式液位传感器，外套筒分别与上端盖和下端盖相连，油过滤器固定在下端盖上，位移式液位传感器安装在油过滤器上；控制舱的进油口连接伸缩油囊，控制舱的出油口连接耐压油箱。

本发明深海油囊式浮力调节装置还可以包括：

所述的圆柱筒体内部安装隔板。

本发明的优势在于：本发明采用位移式液位传感器测量伸缩油囊上端盖的位移，利用浮球式液位传感器测量耐压油箱内液压油的液位，不存在累积误差，测量精度较高。

附图说明

图1为本发明总装图；

图2为本发明控制舱示意图；

图3为液压管路示意图；

图4为本发明耐压油箱示意图；

图5为本发明伸缩油囊示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，如附图1所示，本发明的深海油囊式浮力调节系统包括控制舱、耐压油箱和伸缩油囊。

控制舱为球状体，如图2所示，用螺栓2将上半球1和下半球4连接成密闭的耐压球体，通过密封圈3进行密封，内部安装有液压传动系统和控制系统，下半球4的凸台上设有进油口、出油口、水密头，系统供电、控制信号、传感器信号均由水密头引入控制舱，进油口接伸缩油囊，出油口接耐压油箱。安装板15通过螺栓17与控制舱固定，直流电机18、电机驱动器19，滑板块6、控制器电路板与安装板相连，两位四通电磁换向阀7、电磁截止阀9通过螺栓与滑板块6连接、液压泵5、三通10、调速阀11、单向阀12、输油管13、流量传感器14构成浮力调节系统的液压系统，如图5所示，当电磁换向阀54位于左位时，液压油通过直流电动机52带动液压泵51经过单向阀53由储油器57转移到油囊58，系统浮力增加；当电磁换向阀54位于右位时，液压油由伸缩油囊转移到耐压油箱，系统浮力减小；当电磁换向阀54位于中位时，伸缩油囊处于自锁位置，系统浮力不变，其中流量计59用于检测系统管路中所流过的油量。当系统处于深海，外界海水压力比较大时，将电磁换向阀54置于中位，打开电磁截止阀55，此时，油囊中的油在外界海水的压力下通过电磁截止阀55和调速阀56进入储油器57。耐压球壳是用于盛装液压传动系统的密封容器，在工作深度内承受外部海水的压力。壳体材料选用高强铝合金，外表面进行喷塑处理以防海水腐蚀。控制器以单片机为核心控制系统，由液压油量信息感知单元、电机驱动与控制单元、电磁阀驱动单元、故障监测单元、数据采集和存储单元组成；油量信息感知单元采用液位传感器和位移传感器相结合的方式，分别获取耐压油箱和伸缩油囊内的油量信息，在提高浮力调节精度的同时也提高了系统的安全性；电机驱动与控制模块由直流伺服电机及驱动器组成，用来驱动液压泵，从而实现控制伸缩油囊内液压油的油量；电磁阀驱动单元采用高可靠性、低功耗固态继电器控制电磁阀的通断，以控制液压油流向；依据单片机系统获取的液压油量信息计算水下机器人当前的浮力变化量；故障监测单元用以监测直流伺服驱动器是否过流，控制舱是否漏水等信息，并将电机驱动器是否过流、控制舱是否漏水、当前的浮力变化量等信息一并保存起来。液压油路见附图5，主要有液压泵1、电磁换向阀4、调速阀6、截止阀5、液压阀块、液压管路等组成。

所述耐压油箱如图3所示，由左半球20、圆柱筒体31、右半球24形成密闭的耐压油箱，它们之间通过螺栓21连接，并在连接处装有密封圈32，其中圆柱筒体设有加强筋23，由于耐压油箱是水平放置，为防止油管在水下颠簸折断，因此在内部安装了六块隔板25，这六块隔板也可以保持液面的稳定，他们通过螺杆22固定在耐压油箱内部。外部管路通过管接头33与油箱相连，油管30进入油箱后通过油管支架29对油管进行固定，另外，油路末端装有管接头26、油过滤器27和油过滤器罩28。在实际应用中，可以将耐压油舱倒置，这样只需在耐压出油口安装油过滤器即可，且液位传感器对耐压油箱内的油量信息测量更为准确。

所述伸缩油囊为圆柱体，如图4所示，由上端盖34、下端盖44、底盖46、外套筒42和折叠式伸缩油囊41形成密闭的储油腔，由于油囊在工作时内外压相近，因此无需进行耐压设计。底座上开有出油口，与控制舱进油口相连，油过滤器47上端设有安装支架，用以固定位移式液位传感器，通过测量上端盖的位移，转换成伸缩油囊内当前的油量信息；油过滤器47通过卡套式管接头48、卡套式管接头49与外界管路相连。伸缩油囊通过压环37用螺钉38与上端盖34相连，通过卡箍43与下端盖44相连，下端盖44通过螺栓与外套筒42相连，外套筒42上开有导引槽，上端盖设有导引指针50，以保证油囊和上端盖在外套筒内上下顺畅滑动，另外下端盖与底盖46连接处装有O型密封圈进行密封处理。排气螺塞35用以注油和排气只用。本发明采用重力压力补偿，伸缩油囊向上伸缩，利用顶盖的重力实现内部液压油的压力略高于海水压力，可有效防止海水渗入油囊内部。通过底座上的水密接头将油囊内部的信息传给控制器。

本发明的优点在于：提供一种可往复提供高精度正负浮力的油囊式浮力调节装置，采用浮球式液位传感器和位移式液位传感器分别对耐压油箱、伸缩油囊内的油量信息进行感知，提高了装置的精度和工作时的安全性。由于采用了成熟的液压驱动技术，系统的结构体系相对简单、成本低廉，极大的简化了系统设计，且不与外界物质交换，安全性较高，具有很好的市场前景。

本发明采用位移式液位传感器测量伸缩油囊上端盖的位移，利用浮球式液位传感器测量耐压油箱内液压油的液位，不存在累积误差，测量精度较高。

Claims (2)

1.深海油囊式浮力调节装置，包括控制舱、耐压油箱和伸缩油囊，其特征是：控制舱的上半球和下半球相连，安装板固定在下半球里，直流电机、电机驱动器、液压泵和控制电路板安装在安装板上，下半球上设置进油口和出油口；耐压油箱包括左半球、圆柱筒体和右半球，圆柱筒体的两侧分别连接左半球和右半球；伸缩油囊包括上端盖、下端盖、外套筒、油过滤器和位移式液位传感器，外套筒分别与上端盖和下端盖相连，油过滤器固定在下端盖上，位移式液位传感器安装在油过滤器上；控制舱的进油口连接伸缩油囊，控制舱的出油口连接耐压油箱。

2.根据权利要求1深海油囊式浮力调节装置，其特征是：所述的圆柱筒体内部安装隔板。

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