CN103895847A - 一种移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置，主要用于工作站的纵/横倾调节系统，包括框架、导轨组、传动组件、质量块移动组件、平衡摆球组件、接线柱组、蓄电池和电机。该装置依靠平衡摆球自动控制电机驱动一质量块沿导轨移动，通过对重心的调节实现对移动式深海工作站的纵/横倾调节。由于该装置在工作时主要克服质量块移动组件的滚动摩擦阻力做功，仅需耗费较少的电能。因此，相比采用推进器的方式，移动式深海工作站可以拥有更多的有效电能进行水下作业，可以在水下停留更长的时间。

Description

一种移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置

技术领域

本发明涉及到一种水下作业装备的纵/横倾调节装置，尤其是一种移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置。

背景技术

移动式深海工作站是一种在研的新型深海作业装备，相比潜水器，它具有更大的排水量，更强的水下作业能力，更长的水下停留时间，它是进行深海科学考察、能源勘探、海底地形测量、水下设备的布放和回收以及海底电缆和管路检修的有效载体。

水下作业装备，例如潜水器，在运行时会遇到纵/横倾问题，移动式深海工作站也不例外。纵/横倾可能是由人员及设备的移动导致重心改变引起的，也可能是受海流的影响甚至是由驾驶员的误操作引起的。目前，潜水器的纵/横倾一般是依靠导管桨推进器进行调节的，通常的做法是：在潜水器的某一水平面内垂向布置四个电力驱动的推进器，纵向、横向各两个，通过同一方向的两个推进器反向运转提供回复力矩，并实现纵/横倾调节。虽然采取上述方式能够解决潜水器的纵/横倾问题，但是却存在较大的制约因素，那就是电源问题。由于潜水器的工作深度通常达到数千米，例如我国的‘蛟龙’号载人潜水器最大工作深度达7000米，因而潜水器在水下作业时的电源供应得不到母船的支持，只能依靠自身携带的独立电源，由于导管桨推进器的效率不高，一般为30～40%，如果耗费在纵/横倾调节上的电能过多，那么用于执行水下作业的有效电能将减少，从而导致潜水器的水下作业效率降低。

对于移动式深海工作站而言，采用推进器进行纵/横倾调节的方式除了受电源因素制约外，还存在一个不利因素，那就是其排水量和湿表面积远大于潜水器，受到水的阻力大，依靠推进器很难提供足够的回复力矩用于纵/横倾调节（因为受工作站各系统功率分配的限制，不可能采用与主推进器同量级的大功率推进器），因此需要考虑其它方式进行移动式深海工作站的纵/横倾调节。

发明内容

为了解决导管桨推进器在纵/横倾调节上耗费的电能过多，推进器提供的回复力矩较小的问题，本发明提供了一种通过重心调节实现纵/横倾调节的一种移动式深海工作站。

本发明的技术方案如下：

一种移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置，其特征在于：包括框架、导轨组、传动组件、质量块移动组件、平衡摆球组件、接线柱组、蓄电池和电机；

框架为长方体立式骨架结构；导轨组包括两套相同的第一导轨组和第二导轨组，每一套导轨组都包括两根相同的互相平行的导轨，平行导轨间的距离与框架所围成的长方体上表面的宽度相同；导轨组连接在所述框架上，其中第一导轨组水平连接在框架顶端，第二导轨组平行于第一导轨组且在第一导轨组的垂直下方；

传动组件包括第一传动带、第二传动带、第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第一轴、第二轴、第一滚动轴承组、第二滚动轴承组、第一轴承基座组和第二轴承基座组，每个滚动轴承组都包括两个相同的滚动轴承，每个轴承基座组都包括两个相同的轴承基座；第一滚动轴承组与第一轴承基座组配合连接，第二滚动轴承组与第二轴承基座组配合连接；第一轴承基座组中两个相同的轴承基座分别对称固定在第二导轨组中两根导轨的同一端下方，第二轴承基座组中两个相同的轴承基座分别对称固定在第二导轨组中两根导轨的另一端下方；第一传动轮套在第一轴上的中间部位，第一轴两端分别套在第一滚动轴承组中；第二传动轮套在第二轴上的中间部位，第三传动轮套在第二轴上第三传动轮的旁边，第二轴两端分别套在第二滚动轴承组中；第一传动带连接第一传动轮与第二传动轮，第二传动带连接第三传动轮与电机；

质量块移动组件包括质量块、第一滚轮组、第二滚轮组、第三轴、第四轴、第一轴套、第二轴套和皮带连接器，每个滚轮组包括两个相同的滚轮；第一轴套固定在质量块一端，第二轴套固定在质量块另一端；第三轴穿过第一轴套，两端分别与第一滚轮组中的两个相同的滚轮相连接，第一滚轮组中的两个滚轮分别放置于第二导轨组的两根导轨上方，同时处于第一导轨组的两根导轨下方；第四轴穿过第二轴套，两端分别与第二滚轮组中的两个相同滚轮相连接，第二滚轮组中的两个滚轮分别放置于第二导轨组的两根导轨上方，同时处于第一导轨组的两根导轨下方；皮带连接器将第一传动带固定在质量块底部；

平衡摆球组件包括摆球、水平轴、竖直杆、第三滚动轴承组和第三轴承基座组，第三滚动轴承组包括两个相同的滚动轴承，第三轴承基座组包括两个相同的轴承基座；竖直杆的一端连接在水平轴的中部且与水平轴垂直，竖直杆的另一端连接摆球；第三轴承基座组中的两个相同的轴承基座顺导轨方向平行，共同固定在第二导轨组其中一根导轨的下方正中，第三轴承基座组与第三滚动轴承组配合连接；水平轴穿过第三滚动轴承组中的两个滚动轴承；

接线柱组包括八个接线柱，其中第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱和第四接线柱分别对称垂直固定在第二导轨组的下方的第三轴承基座组中两个相同的轴承基座两侧，第五接线柱、第六接线柱、第七接线柱和第八接线柱与平衡摆球组件中的竖直杆连接并垂直于竖直杆；

蓄电池和电机固定在框架底部；

第一接线柱和第三接线柱与蓄电池的负极连接，第二接线柱和第四接线柱与蓄电池的正极连接；第五接线柱和第八接线柱连通，并与电机的一个输入端连接，第六接线柱和第七接线柱连通，并与电机的另一个输入端连接；平衡摆球组件中的竖直杆与第五接线柱、第六接线柱、第七接线柱和第八接线柱组成双刀双掷开关，当所述双刀双掷开关处于第一工位时，第一接线柱与第五接线柱连通、第二接线柱与第六接线柱连通；当所述双刀双掷开关处于第二工位时，第三接线柱与第七接线柱连通，第四接线柱与第八接线柱连通。

其进一步的技术方案为：所述装置还包括四个相同的限位柱，分别固定在第二导轨组中两根导轨上方的四端，固定位置相互对称。

其进一步的技术方案为：所述电机上安装有堵转保护模块。

其进一步的技术方案为：所述电机和双刀双掷开关之间安装有控制开关。

本发明的有益技术效果是：

a.由于所述移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置在工作时主要克服质量块移动组件的滚动摩擦阻力做功，仅需耗费较少的电能。因此，移动式深海工作站可以拥有更多的有效电能进行水下作业，可以在水下停留更长的时间。

b.由于所述移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置还包括限位柱和电机中的电机堵转保护模块，具有自动调节功能和异常情况保护功能，在偏移的极限情况下，若调节功能由于某些异常无法完成，装置可以自动使电机停止运转。

c.所述移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置结构简单，可以在移动工作站上的纵横方向各装一套，完成纵横两个方向的倾斜调节，工作可靠。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的仰视图。

图3是本发明的右视图。

图4是本发明的三维立体视图。

图5是本发明另一方向的三维立体视图。

图6是图2在E处的放大结构示意图。

图7是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1和图2所示，纵/横倾自动调节装置包括框架1、导轨组2、传动组件3、质量块移动组件4、平衡摆球组件5、接线柱组6、蓄电池7和电机8。

框架1为长方体立式骨架结构。导轨组2包括两套相同的导轨组201、202，每一套导轨组都包括两根相同的互相平行的导轨，平行导轨间的距离与框架1所围成的长方体上表面的宽度相同，导轨组2焊接在所述框架1上，其中导轨组201水平焊接在框架1顶端，导轨组202平行于导轨组201且在导轨组201的垂直下方。

传动组件3包括两条传动带301、302，三个传动轮303～305，两根轴306、307，两个滚动轴承组308、309，两个轴承基座组310、311，每个滚动轴承组都包括两个相同的滚动轴承，每个轴承基座组都包括两个相同的轴承基座。滚动轴承组308与轴承基座组310配合连接，滚动轴承组309与轴承基座组311配合连接。轴承基座组310中两个相同的轴承基座分别对称焊接在导轨组202中两根导轨的同一端下方，轴承基座组311中两个相同的轴承基座分别对称焊接在导轨组202中两根导轨的另一端下方。传动轮303套在轴306上的中间部位，轴306两端分别套在滚动轴承组308中。传动轮304套在轴307上的中间部位，传动轮305套在轴307上传动轮305的旁边，轴307两端分别套在滚动轴承组309中。传动带301连接传动轮303与传动轮304，传动带302连接传动轮305与电机8。

质量块移动组件4包括质量块401、两个滚轮组402、403，两根轴404、405，两个轴套406、407和皮带连接器408，每个滚轮组包括两个相同的滚轮。轴套406固定在质量块401一端，轴套407固定在质量块401另一端；轴404穿过轴套406，两端分别与滚轮组402中的两个相同的滚轮相连接，滚轮组402中的两个滚轮分别放置于导轨组202的两根导轨上方，同时处于导轨组201的两根导轨下方。轴405穿过轴套407，两端分别与滚轮组403中的两个相同滚轮相连接，滚轮组403中的两个滚轮分别放置于导轨组202的两根导轨上方，同时处于导轨组201的两根导轨下方。皮带连接器408将传动带301固定在质量块401底部。

平衡摆球组件5包括摆球501、水平轴502、竖直杆503、滚动轴承组504和轴承基座组505，滚动轴承组504包括两个相同的滚动轴承，轴承基座组505包括两个相同的轴承基座。竖直杆503的一端连接在水平轴502的中部且与水平轴502垂直，竖直杆503的另一端连接摆球501；轴承基座组505中的两个相同的轴承基座顺导轨方向平行，共同固定在导轨组202其中一根导轨的下方正中，轴承基座组505与滚动轴承组504配合连接；水平轴502穿过滚动轴承组504中的两个滚动轴承。

接线柱组6包括八个接线柱。蓄电池7和电机8固定在框架1底部。

图3是图1的右视图，可以看出在传动组件3中，传动带302带动发电机8和滚轮305，滚轮304和滚轮305都套在轴307上，实现传动组件3的传动过程。在质量块移动组件4中，轴套407用螺丝钉固定在质量块401上，轴405穿过轴套407。

图4是本装置的三维立体视图，可以看出导轨组2包括两套相同的导轨组201、202，每一套导轨组都包括两根相同的互相平行的导轨，平行导轨间的距离与框架1所围成的长方体上表面的宽度相同；导轨组2连接在所述框架1上，其中导轨组201水平连接在框架1顶端，导轨组202平行于导轨组201且在导轨组201的垂直下方。

在衡摆球组件5中，竖直杆503的一端连接在水平轴502的中部且与水平轴502垂直，竖直杆503的另一端连接摆球501。

图5是本装置另一方向的三维立体视图，可以看到接线柱组6中八个接线柱的安装方式，其中接线柱A’、接线柱B’、接线柱C’和接线柱D’与平衡摆球组件5中的竖直杆503连接并垂直于竖直杆503，接线柱A、接线柱B、接线柱C和接线柱D分别对称垂直固定在导轨组202的下方的轴承基座组505中两个相同的轴承基座两侧。

图6是图2在E处的放大结构示意图，可以从仰视的角度看到8个接线柱的安装方式。

图7是本装置的电路原理图，接线柱A和接线柱C与蓄电池7的负极连接，接线柱B和接线柱D与蓄电池7的正极连接。接线柱A’和接线柱D’连通，并与电机8的一个输入端连接，接线柱B’和接线柱C’连通，并与电机8的另一个输入端连接。将平衡摆球组件5中的竖直杆503与接线柱A’、接线柱B’、接线柱C’和接线柱D’等同于一个双刀双掷开关，在装置左倾时，接线柱A与接线柱A’连通、接线柱B与接线柱B’连通，电机逆时针旋转；装置右倾时，接线柱C与接线柱C’连通，接线柱D与接线柱D’连通，电机顺时针旋转。可以在电机和双刀双掷开关之间安装控制开关，通过控制开关人为控制装置的开启和关闭。

由于移动式深海工作站具有较大的排水量和湿表面积，在水下运动时受到水的阻力较大，其发生纵/横倾的过程是一个缓慢的准静态过程，因此在该过程中平衡摆球组件5由于受重力的作用始终处于垂直状态。

装置未发生倾斜时，框架处于水平状态，摆球501竖直向下。当工作站发生横倾时，例如向右倾斜，此时由于摆球501受到重力作用，摆球501、水平轴502、竖直轴503和与竖直轴503连接的接线柱A’、接线柱B’、接线柱C’和接线柱D’保持静止不动，装置的其余部分将随工作站一起向右倾斜。当倾斜达到一定程度时，接线柱C与接线柱C’相接触，接线柱D与接线柱D’相接触，此时电路接通，电机8开始逆时针转动，通过传动组件3中的传动带301带动传动轮305转动，传动轮305带动轴307转动，轴307带动传动轮304、传动带301、传动轮303和轴306转动。皮带连接器408是一块与传动带301的截面轮廓相匹配的金属片，通过螺钉将传动带301与质量块401的底部连接固定。则通过皮带连接器408，传动组件3带动质量块移动组件4沿导轨组2向左运动，使得工作站的重心向左移动，然后工作站开始向左回复。当工作站回复到接近水平状态时，接线柱C、接线柱D与接线柱C’、接线柱D’脱开，此时电路断开，电机停止运转，工作站完成右倾调节。同理，如果工作站发生左倾，与平衡摆球组件5相连接的接线柱A与接线柱A’相接触，接线柱B与接线柱B’相接触，电路接通，电机8开始顺时针转动，带动质量块401向右运动直至左倾调节完成。

本装置进行纵倾调节的原理及过程与上述横倾调节是完全一样的。在实际使用时，本装置放置在工作站的耐压结构内部，通过螺栓将框架1连接固定在耐压结构上。将本装置沿工作站的纵向及横向各布置一套，就可以实现对工作站的纵倾和横倾调节。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置，其特征在于：包括框架（1）、导轨组（2）、传动组件（3）、质量块移动组件（4）、平衡摆球组件（5）、接线柱组（6）、蓄电池（7）和电机（8）；

框架（1）为长方体立式骨架结构；导轨组（2）包括两套相同的第一导轨组（201）和第二导轨组（202），每一套导轨组都包括两根相同的互相平行的导轨，平行导轨间的距离与框架（1）所围成的长方体上表面的宽度相同；导轨组（2）连接在所述框架（1）上，其中第一导轨组（201）水平连接在框架（1）顶端，第二导轨组（202）平行于第一导轨组（201）且在第一导轨组（201）的垂直下方；

传动组件（3）包括第一传动带（301）、第二传动带（302）、第一传动轮（303）、第二传动轮（304）、第三传动轮（305）、第一轴（306）、第二轴（307）、第一滚动轴承组（308）、第二滚动轴承组（309）、第一轴承基座组（310）和第二轴承基座组（311），每个滚动轴承组都包括两个相同的滚动轴承，每个轴承基座组都包括两个相同的轴承基座；第一滚动轴承组（308）与第一轴承基座组（310）配合连接，第二滚动轴承组（309）与第二轴承基座组（311）配合连接；第一轴承基座组（310）中两个相同的轴承基座分别对称固定在第二导轨组（202）中两根导轨的同一端下方，第二轴承基座组（311）中两个相同的轴承基座分别对称固定在第二导轨组（202）中两根导轨的另一端下方；第一传动轮（303）套在第一轴（306）上的中间部位，第一轴（306）两端分别套在第一滚动轴承组（308）中；第二传动轮（304）套在第二轴（307）上的中间部位，第三传动轮（305）套在第二轴（307）上第三传动轮（305）的旁边，第二轴（307）两端分别套在第二滚动轴承组（309）中；第一传动带（301）连接第一传动轮（303）与第二传动轮（304），第二传动带（302）连接第三传动轮（305）与电机（8）；

质量块移动组件（4）包括质量块（401）、第一滚轮组（402）、第二滚轮组（403）、第三轴（404）、第四轴（405）、第一轴套（406）、第二轴套（407）和皮带连接器（408），每个滚轮组包括两个相同的滚轮；第一轴套（406）固定在质量块（401）一端，第二轴套（407）固定在质量块（401）另一端；第三轴（404）穿过第一轴套（406），两端分别与第一滚轮组（402）中的两个相同的滚轮相连接，第一滚轮组（402）中的两个滚轮分别放置于第二导轨组（202）的两根导轨上方，同时处于第一导轨组（201）的两根导轨下方；第四轴（405）穿过第二轴套（407），两端分别与第二滚轮组（403）中的两个相同滚轮相连接，第二滚轮组（403）中的两个滚轮分别放置于第二导轨组（202）的两根导轨上方，同时处于第一导轨组（201）的两根导轨下方；皮带连接器（408）将第一传动带（301）固定在质量块（401）底部；

平衡摆球组件（5）包括摆球（501）、水平轴（502）、竖直杆（503）、第三滚动轴承组（504）和第三轴承基座组（505），第三滚动轴承组（504）包括两个相同的滚动轴承，第三轴承基座组（505）包括两个相同的轴承基座；竖直杆（503）的一端连接在水平轴（502）的中部且与水平轴（502）垂直，竖直杆（503）的另一端连接摆球（501）；第三轴承基座组（505）中的两个相同的轴承基座顺导轨方向平行，共同固定在第二导轨组（202）其中一根导轨的下方正中，第三轴承基座组（505）与第三滚动轴承组（504）配合连接；水平轴（502）穿过第三滚动轴承组（504）中的两个滚动轴承；

接线柱组（6）包括八个接线柱，其中第一接线柱（A）、第二接线柱（B）、第三接线柱（C）和第四接线柱（D）分别对称垂直固定在第二导轨组（202）的下方的第三轴承基座组（505）中两个相同的轴承基座两侧，第五接线柱（A’）、第六接线柱（B’）、第七接线柱（C’）和第八接线柱（D’）与平衡摆球组件（5）中的竖直杆（503）连接并垂直于竖直杆（503）；

蓄电池（7）和电机（8）固定在框架（1）底部；

第一接线柱（A）和第三接线柱（C）与蓄电池（7）的负极连接，第二接线柱（B）和第四接线柱（D）与蓄电池（7）的正极连接；第五接线柱（A’）和第八接线柱（D’）连通，并与电机（8）的一个输入端连接，第六接线柱（B’）和第七接线柱（C’）连通，并与电机（8）的另一个输入端连接；平衡摆球组件（5）中的竖直杆（503）与第五接线柱（A’）、第六接线柱（B’）、第七接线柱（C’）和第八接线柱（D’）组成双刀双掷开关，当所述双刀双掷开关处于第一工位时，第一接线柱（A）与第五接线柱（A’）连通、第二接线柱（B）与第六接线柱（B’）连通；当所述双刀双掷开关处于第二工位时，第三接线柱（C）与第七接线柱（C’）连通，第四接线柱（D）与第八接线柱（D’）连通。

2.如权利要求1所述移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置，其特征在于：所述装置还包括四个相同的限位柱（9），分别固定在第二导轨组（202）中两根导轨上方的四端，固定位置相互对称。

3.如权利要求1所述移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置，其特征在于：所述电机（8）上安装有堵转保护模块。

4.如权利要求1所述移动式深海工作站纵/横倾自动调节装置，其特征在于：所述电机（8）和双刀双掷开关之间安装有控制开关。

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