CN103452832B - 柔性卷边柱塞浮力泵 - Google Patents

Abstract

一种柔性卷边柱塞浮力泵，耐压壳体(1)内部采用真空泵将气压抽成近似0.5个大气压，其前部外侧与外皮囊(19)固定连接；耐压壳体(1)与柱塞缸(14)之间设置有卷边柱塞(18)；卷边柱塞(18)套在刚性内衬(16)上，卷边柱塞(18)与耐压壳体(1)前端及外皮囊(19)之间构成一个封闭的空间，该空间内注入液压油；从动齿轮(8)与主动齿轮(10)啮合，主动齿轮(10)由直流电机(16)驱动旋转；在柱塞缸(14)排油和吸油的过程中柱塞和柱塞缸之间没有摩擦和渗漏。

Description

柔性卷边柱塞浮力泵

技术领域

本发明属于机电一体化领域，具体涉及一种用于驱动海洋剖面测量平台做上浮下潜运动的泵系统。

背景技术

当前，国际上常见的剖面浮标和水下滑翔器等海洋剖面测量平台通过改变自身的排水体积来调节自身的净浮力，从而实现在海洋一定深度范围内周而复始的上下运动，进而完成海洋不同深度处的环境观测。

剖面浮标和水下滑翔器等平台往往采用单循环柱塞泵或者多循环柱塞泵作为其浮力驱动系统，两种柱塞泵均依靠柱塞在柱塞缸内前后滑动来排出或者吸入液压油，在活塞和柱塞缸之间存在摩擦和渗漏，因此两种柱塞泵要求较高的加工精度，而且两种柱塞泵的工作效率也大大降低。

发明内容

本发明提供了一种柔性卷边柱塞浮力泵，在排油和吸油的过程中柱塞和柱塞缸之间没有摩擦和渗漏，克服了传统柱塞泵系统的上述缺陷。

本发明的技术方案是：一种柔性卷边柱塞浮力泵，其包括耐压壳体、直线导轨、深沟球轴承、滚珠丝杆、防转销柱、从齿轮座、齿轮外壳、从动齿轮、主动齿轮、齿轮支架、减速器、角接触球轴承、丝母支架、柱塞缸、滚珠丝母、直流电机、刚性内衬、卷边柱塞、外皮囊；耐压壳体内部采用真空泵将气压抽成近似0.5个大气压，其前部外侧与外皮囊固定连接，前部内侧与柱塞缸前端连接固定，耐压壳体与柱塞缸之间设置有卷边柱塞；卷边柱塞套在刚性内衬上，卷边柱塞与耐压壳体前端及外皮囊之间构成一个封闭的空间，该空间内注入液压油；滚珠丝杆的前端与刚性内衬固定连接，滚珠丝杆的后端垂直于滚珠丝杆的轴线开有通孔，防转销柱穿过该通孔，防转销柱两端套有深沟球轴承，深沟球轴承在直线导轨的轴承滚动槽内随滚珠丝杆和防转销柱前后移动；直线导轨与齿轮外壳之间、齿轮外壳与齿轮支架之间、齿轮支架与丝母支架之间均通过直口配合之后采用法兰连接固定，齿轮外壳将从动齿轮包覆起来，齿轮外壳为直线导轨克服滚珠丝杆的反向扭矩提供刚性支撑；滚珠丝母通过套在其外圈的两个角接触球轴承与丝母支架配合接触，并可相对于丝母支架自由转动；滚珠丝母后端通过直口与从齿轮座固定连接，从齿轮座与从动齿轮固定连接，传递来自从动齿轮的扭矩给滚珠丝母；从齿轮座卡住后面的角接触球轴承的内圈，从而限制滚珠丝母相对于丝母支架的轴向位移；从动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮由直流电机驱动旋转。

进一步，卷边柱塞由高强度的纤维布浸泡耐油腐蚀的丁腈橡胶后在模具内塑形而成。

进一步，刚性内衬和柱塞缸之间具有设计缝隙。

进一步，耐压壳体前部内侧与柱塞缸前端采用法兰连接固定。

进一步，耐压壳体与柱塞缸将两者之间的卷边柱塞端部压紧，保证卷边柱塞不脱落，而且保证卷边柱塞与耐压壳体的接触面密封紧实。

进一步，主动齿轮与减速器的输出轴固定连接，减速器通过法兰和直口与齿轮支架固定连接，减速器与直流电机固定连接。

本发明的柔性卷边柱塞浮力泵是一种用于驱动海洋剖面测量平台上升下潜运动的泵系统。柔性卷边柱塞浮力泵的耐压壳体用于隔离外界海水并承受外界海水压力，其内部采用真空泵将气压抽成近似0.5个大气压，其前部外侧与外皮囊固定连接，其前部内侧与柱塞缸前端采用法兰连接固定，耐压壳体与柱塞缸将两者之间的卷边柱塞端部压紧，保证卷边柱塞不脱落，而且保证卷边柱塞与耐压壳体的接触面密封紧实。卷边柱塞由纤维布浸泡丁腈橡胶后并光洁处理而成，具有很强的拉伸强度，并且耐油腐蚀，此外，卷边柱塞具有一定的弹性，可以较容易得与光洁面压紧密封。卷边柱塞套在刚性内衬上，卷边柱塞与耐压壳体前端及外皮囊之间构成一个封闭的空间，该空间内注入液压油。外界海水的压力作用在外皮囊上，通过液压油传递到卷边柱塞前表面上，卷边柱塞将海水压力传递到刚性内衬的外表面和柱塞缸的内表面，只有柱塞缸与刚性内衬之间缝隙处的压力作用由卷边柱塞的卷边内表面来承担。耐压壳体内部抽成近似0.5个大气压(即半真空状态)，卷边柱塞在外界大气压和水压的共同作用下，保持一个向壳体内部鼓起的状态，这样一来，刚性内衬相对柱塞缸运动过程中，夹在刚性内衬和柱塞缸之间的卷边柱塞可以顺利卷动，不会发生错叠和扭曲。齿轮外壳将从动齿轮包覆起来，避免齿轮外壳外部的电线因从动齿轮而缠绕到传动系中，同时，齿轮外壳为直线导轨克服滚珠丝杆的反向扭矩提供了刚性支撑。滚珠丝母后端通过直口与从齿轮座固定连接，从齿轮座与从动齿轮固定连接，传递来自从动齿轮的扭矩给滚珠丝母，同时，从齿轮座卡住后面的角接触球轴承的内圈，从而限制滚珠丝母相对于丝母支架的轴向位移。卷边柱塞由高强度的纤维布浸泡耐油腐蚀的丁腈橡胶后在模具内塑形而成，单位面积上可以承受较大的压力，即卷边柱塞可以承受较大的压强，而且具有很好的柔性卷曲特性。同时，刚性内衬和柱塞缸之间具有较小的设计缝隙，可以极大的减小卷边内表面的压力在柱塞缸壁和刚性内衬壁上的累积效应，大大提高了该泵的工作压力，从而大大提高了利用该泵系统的海洋剖面测量平台的工作深度。根据当前的制作工艺和设计方法，该泵系统的最大额定工作压力为5MPa，即最大额定工作深度为500米。

附图说明

图1是本发明的柔性卷边柱塞浮力泵剖面视图；

图中：1、耐压壳体，2、直线导轨，3、深沟球轴承，4、滚珠丝杆，5、防转销柱，6、从齿轮座，7、齿轮外壳，8、从动齿轮，9、主动齿轮，10、齿轮支架，11、减速器，12、角接触球轴承，13、丝母支架，14、柱塞缸，15、滚珠丝母，17、直流电机，16、刚性内衬，18、卷边柱塞，19、外皮囊。

具体实施方式

为进一步阐述本发明柔性卷边柱塞浮力泵系统的特点及功效，下面结合实施例作更为详尽的说明。

本发明的柔性卷边柱塞浮力泵是一种用于驱动海洋剖面测量平台上升下潜运动的泵系统。柔性卷边柱塞浮力泵由耐压壳体1、直线导轨2、深沟球轴承3、滚珠丝杆4、防转销柱5、从齿轮座6、齿轮外壳7、从动齿轮8、主动齿轮10、齿轮支架10、减速器11、角接触球轴承12、丝母支架13、柱塞缸14、滚珠丝母15、直流电机17、刚性内衬16、卷边柱塞18、外皮囊19等组成。耐压壳体1用于隔离外界海水并承受外界海水压力，其内部采用真空泵将气压抽成近似0.5个大气压，其前部外侧与外皮囊19固定连接，其前部内侧与柱塞缸14前端采用法兰连接固定，耐压壳体1与柱塞缸14将两者之间的卷边柱塞18端部压紧，保证卷边柱塞18不脱落，而且保证卷边柱塞18与耐压壳体1的接触面密封紧实。卷边柱塞18由纤维布浸泡丁腈橡胶后并光洁处理而成，具有很强的拉伸强度，并且耐油腐蚀，此外，卷边柱塞18具有一定的弹性，可以较容易得与光洁面压紧密封。卷边柱塞18套在刚性内衬16上，卷边柱塞18与耐压壳体1前端及外皮囊19之间构成一个封闭的空间，该空间内注入液压油。外界海水的压力作用在外皮囊19上，通过液压油传递到卷边柱塞18前表面上，卷边柱塞18将海水压力传递到刚性内衬16的外表面和柱塞缸14的内表面，只有柱塞缸14与刚性内衬16之间缝隙处的压力作用由卷边柱塞18的卷边内表面来承担。

耐压壳体1内部抽成近似0.5个大气压(即半真空状态)，卷边柱塞18在外界大气压和水压的共同作用下，保持一个向壳体内部鼓起的状态，这样一来，刚性内衬16相对柱塞缸14运动过程中，夹在刚性内衬16和柱塞缸14之间的卷边柱塞18可以顺利卷动，不会发生错叠和扭曲。

滚珠丝杆4的前端与刚性内衬16固定连接，滚珠丝杆4的后端垂直于滚珠丝杆4的轴线开有通孔，防转销柱5穿过通孔，防转销柱5两端套有深沟球轴承3，深沟球轴承3在直线导轨2的轴承滚动槽内随滚珠丝杆4和防转销柱5前后移动。直线导轨2与齿轮外壳7之间，齿轮外壳7与齿轮支架10之间，齿轮支架10与丝母支架13之间均通过直口配合之后采用法兰连接固定。齿轮外壳7将从动齿轮8包覆起来，避免齿轮外壳7外部的电线因从动齿轮8而缠绕到传动系中，同时，齿轮外壳7为直线导轨2克服滚珠丝杆4的反向扭矩提供了刚性支撑。

滚珠丝母15通过套在其外圈的两个角接触球轴承12与丝母支架13配合接触，并可相对于丝母支架13自由转动。滚珠丝母15后端通过直口与从齿轮座6固定连接，从齿轮座6与从动齿轮8固定连接，传递来自从动齿轮8的扭矩给滚珠丝母15，同时，从齿轮座6卡住后面的角接触球轴承12的内圈，从而限制滚珠丝母15相对于丝母支架13的轴向位移。从动齿轮8与主动齿轮10啮合，主动齿轮10与减速器11的输出轴固定连接，减速器11通过法兰和直口与齿轮支架10固定连接，减速器11与直流电机17固定连接。

卷边柱塞18由高强度的纤维布浸泡耐油腐蚀的丁腈橡胶后在模具内塑形而成，单位面积上可以承受较大的压力，即卷边柱塞18可以承受较大的压强，而且具有很好的柔性卷曲特性。同时，刚性内衬16和柱塞缸14之间具有较小的设计缝隙，可以极大的减小卷边内表面的压力在柱塞缸14壁和刚性内衬16壁上的累积效应，大大提高了该泵的工作压力，从而大大提高了利用该泵系统的海洋剖面测量平台的工作深度。根据当前的制作工艺和设计方法，该泵系统的最大额定工作压力为5MPa，即最大额定工作深度为500米。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种柔性卷边柱塞浮力泵，其包括耐压壳体(1)、直线导轨(2)、深沟球轴承(3)、滚珠丝杆(4)、防转销柱(5)、从齿轮座(6)、齿轮外壳(7)、从动齿轮(8)、主动齿轮(9)、齿轮支架(10)、减速器(11)、角接触球轴承(12)、丝母支架(13)、柱塞缸(14)、滚珠丝母(15)、直流电机(17)、刚性内衬(16)、卷边柱塞(18)、外皮囊(19)，其特征在于：耐压壳体(1)内部采用真空泵将气压抽成近似0.5个大气压，其前部外侧与外皮囊(19)固定连接，前部内侧与柱塞缸(14)前端连接固定，耐压壳体(1)与柱塞缸(14)之间设置有卷边柱塞(18)；卷边柱塞(18)套在刚性内衬(16)上，卷边柱塞(18)与耐压壳体(1)前端及外皮囊(19)之间构成一个封闭的空间，该空间内注入液压油；滚珠丝杆(4）的前端与刚性内衬(16)固定连接，滚珠丝杆(4)的后端垂直于滚珠丝杆(4)的轴线开有通孔，防转销柱(5)穿过该通孔，防转销柱(5)两端套有深沟球轴承(3)，深沟球轴承(3)在直线导轨(2)的轴承滚动槽内随滚珠丝杆(4)和防转销柱(5)前后移动；直线导轨(2)与齿轮外壳(7)之间、齿轮外壳(7)与齿轮支架(10)之间、齿轮支架(10)与丝母支架(13)之间均通过止口配合之后采用法兰连接固定，齿轮外壳(7)将从动齿轮(8)包覆起来，齿轮外壳(7)为直线导轨(2)克服滚珠丝杆(4)的反向扭矩提供刚性支撑；滚珠丝母(15)通过套在其外圈的两个角接触球轴承(12)与丝母支架(13)配合接触，并可相对于丝母支架(13)自由转动；滚珠丝母(15)后端通过止口与从齿轮座(6)固定连接，从齿轮座(6)与从动齿轮(8)固定连接，传递来自从动齿轮(8)的扭矩给滚珠丝母(15)；从齿轮座(6)卡住后面的角接触球轴承(12)的内圈，从而限制滚珠丝母(15)相对于丝母支架(13)的轴向位移；从动齿轮(8)与主动齿轮(9)啮合，主动齿轮(9)由直流电机(17)驱动旋转；

耐压壳体(1)前部内侧与柱塞缸(14)前端采用法兰连接固定；

主动齿轮(9)与减速器(11)的输出轴固定连接，减速器(11)通过法兰和止口与齿轮支架(10)固定连接，减速器(11)与直流电机(17)固定连接。

2.如权利要求1所述的柔性卷边柱塞浮力泵，其特征在于；卷边柱塞(18)由高强度的纤维布浸泡耐油腐蚀的丁腈橡胶后在模具内塑形而成。

3.如权利要求1或2所述的柔性卷边柱塞浮力泵，其特征在于：刚性内衬(16)和柱塞缸(14)之间具有设计缝隙。

4.如权利要求1所述的柔性卷边柱塞浮力泵，其特征在于：耐压壳体(1)与柱塞缸(14)将两者之间的卷边柱塞(18)端部压紧，保征卷边柱塞(18)不脱落，而且保证卷边柱塞(18)与耐压壳体(1)的接触面密封紧实。

5.一种柔性卷边柱塞浮力泵，其包括耐压壳体(1)、直线导轨(2)、从齿轮座(6)、从动齿轮(8)、主动齿轮(9)、齿轮支架(10)、角接触球轴承(12)、丝母支架(13)、柱塞缸(14)、滚珠丝母(15)、直流电机(17)，其特征在于：耐压壳体(1)前部内侧与柱塞缸(14)前端连接固定；直线导轨(2)与齿轮外壳(7)之间、齿轮外壳(7)与齿轮支架(10)之间、齿轮支架(10)与丝母支架(13)之间均通过止口配合之后采用法兰连接固定，齿轮外壳(7)将从动齿轮(8)包覆起来，齿轮外壳(7)为直线导轨(2)克服滚珠丝杆(4)的反向扭矩提供刚性支撑；滚珠丝母(15)后端通过止口与从齿轮座(6)固定连接，从齿轮座(6)与从动齿轮(8)固定连接，传递来自从动齿轮(8)的扭矩给滚珠丝母(15)；从动齿轮(8)与主动齿轮(9)啮合，主动齿轮(9)由直流电机(17)驱动；

耐压壳体(1)前部内侧与柱塞缸(14)前端采用法兰连接固定；

主动齿轮(9)与减速器(11)的输出轴固定连接，减速器(11)通过法兰和止口与齿轮支架(10)固定连接，减速器(11)与直流电机(17)固定连接。