CN107253517A - 一种对称式活塞缸浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型海洋航行器浮力调节设计领域，为一种对称式活塞缸浮力调节装置，由控制元件、动力元件、过渡元件、执行元件、密封元件、固接元件和保护元件组成，浮力调节装置利用了海洋航行器的浮力和重力的相对大小调节航行器所在液体深度方向的运动，对称式布置的活塞缸浮力调节装置克服单缸活塞结构引起的活塞杆连接件易弯曲进而对驱动部件丝杠和丝杠螺母的顺畅运行产生影响。电机驱动丝杠旋转，带动对称式连接杆在丝杠轴向相对于丝杠产生位移，通过直杆球头形关节轴承调节活塞杆和液压缸在实际加工和装配的时候产生的轴向、径向和角向位移。具有运行顺畅、结构简单、成本低等特点，丰富了海洋航行器的浮力调节装置的类型，效果显著。

Description

一种对称式活塞缸浮力调节装置

技术领域

本发明涉及一种新型海洋航行器浮力调节设计领域，具体为一种对称式活塞缸浮力调节装置。

背景技术

海洋航行器的浮力调节装置用来实现航行器的下潜、上浮、悬挂、定深航行和姿态的调整，是水下航行器实现自由运动不可或缺的组成部分。目前，主流的浮力调节方法主要有以下几种：抛载法是通过丢掉压载来完成航行器的浮力调节，容易实现，但每次下水前都必须重新安装压载，并且在一次航行时不具有重复性；相变法与鱼鳔原理类似，特殊介质在相变过程中的体积发生变化,通过调节重浮力的相对大小关系调节航行器，然而控制困难，原因在于物体相变是复杂的非线性的热力学过程,且相变产生的气体易压缩；利用液压泵向油囊内排吸液压油，虽然原理和形式简单，性能稳定，不与外界物质发生交换，安全性高，但是结构复杂，所携带的液压油给航行器带来额外的负担；利用机械法通过一系列的机械传动改变航行器的体积调节浮力，结构复杂，效率不高。

发明专利CN101870351A“深海油囊式浮力调节装置”和专利ZL200620098094.1“油气囊组合式浮动平台”，专利内所述的装置尺寸大，对于尺寸要求严格的紧凑型航行器不适合，结构相对复杂。发明专利CN102975835A“海水活塞调节式滑翔式潜水器”采用了单缸的活塞缸结构，轴向尺寸大，调节范围相对较小。如果活塞缸和电机等驱动部件不同轴心会对丝杠和丝杠螺母的顺畅运行产生影响。发明专利CN104535050A“一种双液压缸控制的深海多参数测量装置”虽然采用了双缸的结构，但是携带液压油增大了装置的重量。综合上述看来，研究一种结构简单，尺寸小且重量轻的浮力调节装置对于轻小型海洋航行器的研究很有必要。

发明内容

要解决的技术问题

为避免现有技术的不足，克服单缸活塞结构引起的活塞杆连接件易弯曲进而对驱动部件丝杠和丝杠螺母的顺畅运行产生影响，本发明提出了一种对称式的活塞缸浮力调节装置。通过电机驱动丝杠旋转，带动和丝杠螺母固连的对称式连接杆在丝杠轴向相对于丝杠产生位移，通过直杆球头形关节轴承调节活塞杆和液压缸在实际加工和装配的时候产生的轴向、径向和角向位移，通过活塞和液压缸吸入排出液体来调节航行器重力和浮力的相对大小。本发明具有运行顺畅、结构简单、成本较低、组合紧凑、安装拆卸操作方便等特点，并且丰富了海洋航行器的活塞缸浮力调节装置的类型，效果显著。

技术方案

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：本发明由动力元件、过渡元件、执行元件、密封元件、固接元件和保护元件组成，其特点是，所述浮力调节装置利用了海洋航行器的浮力和重力的相对大小关系调节航行器所在液体深度方向的运动，液压缸吸入液体使得航行器重力大于浮力，航行器向深度增大方向运动，液压缸排出液体，航行器向深度减小方向运动。

所述新型浮力调节装置动力元件包括电机驱动器、编码器、电机、滚珠丝杠和丝杠螺母，驱动器接受来自上位机的控制命令控制电机带动滚珠丝杠正反向旋转或者停机，丝杠螺母相对于丝杠在轴向产生指令相应的位移或者处于自锁状态。

所述新型浮力调节装置过渡元件包括对称连接杆、直杆球头形关节轴承和螺栓，对称性连接杆和直杆球头形关节轴承以螺栓连接，丝杠螺母带动连接杆进而带动直杆球头关节轴承在电机丝杠轴向移动，直杆球头形关节轴承可调节活塞杆与丝杠在轴向、径向和角向产生的相对误差，对称性连接杆两侧受力均匀，避免单侧弯曲引起的丝杠螺母与丝杠相对运动受阻。

所述执行元件包括活塞杆、液压缸、O型圈和定位导向套，直杆球头形关节轴承与活塞杆固连，活塞头上O型圈保证活塞和液压缸之间的密封，定位导向套起到定位液压缸和L板的位置，并且引导活塞杆沿着液压缸的轴线运动，定位导向套上的O型圈可避免如果活塞头上O型圈失效引起泄露现象，起到双重密封保护作用。

所述新型浮力调节装置密封元件为O型圈，液压缸直接穿过航行器的壳体直接与外界液体联通，保证吸入和排出液体的顺畅，O型圈保证液压缸和海洋航行器外壳连接处的密封。

所述新型浮力调节装置的固连元件包括L形板、支撑杆和螺栓螺母，装置基本所有部件全部安装于L形板上，可整体拆装，L形板定位连接电机和结合定位导向套定位对称布置的液压缸，再与支撑杆通过螺栓螺母连接至航行器的壳体上。

所述新型浮力调节装置的保护元件包括定位开关和保护开关，分别起到定位起始原点和防止丝杠螺母旋出丝杠撞击航行器或者活塞撞击液压缸的作用。

有益效果

本发明提出了一种对称式活塞缸浮力调节装置，包括动力元件、过渡元件、执行元件、密封元件、固接元件和保护元件。

由于传统的海洋航行器浮力调节装置的单个活塞杆缸结构可引起连接杆的弯曲，进而对运动要求严格的电机滚珠丝杠与丝杠螺母的相对运动产生影响。本发明采用的对称布置结构和直杆球头形关节轴承可弥补在实际加工和装配过程中产生的轴向、径向和角向误差位移。

本发明结构简单，容易实现，对现有海洋航行器的浮力调节系统的设计或者改进提供了一种新型的设计思路，对于扩展航行器的应用领域、改善航行器的性能有显著的作用。

附图说明

图1：对称式活塞缸浮力调节装置俯视图；

图2：对称式活塞缸浮力调节装置俯视剖视图；

图中：1.电机；2.第一O型圈；3.液压缸；4.第一螺栓螺母垫片；5.L形板；6.第二螺栓螺母垫片；7.支撑杆；8.活塞杆；9.直杆球头形关节轴承；10.第三螺栓螺母垫片；11.连接杆；12.第一螺母；13.撞块；14.保护开关；15.挡片；16.第二螺母；17.航行器壳体；18.电机驱动器；19.第四螺栓螺母垫片；20.定位开关；21.电机编码器；22.紧定螺钉；23.丝杠螺母；24.滚珠丝杠；25.定位导向套；26.第二O型圈；27.第三O型圈；28.第五螺栓螺母垫片；

具体实施方式

本实施例是一种对称式活塞缸浮力调节装置。下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

参照图1-图2，一种对称式活塞缸浮力调节装置由电机1、第一O型圈2、液压缸3、第一螺栓螺母垫片4、L形板5、第二螺栓螺母垫片6、支撑杆7、活塞杆8、直杆球头形关节轴承9、第三螺栓螺母垫片10、连接杆11、第一螺母12、撞块13、保护开关14、挡片15、第二螺母16、航行器壳体17、电机驱动器18、第四螺栓螺母垫片19、定位开关20、电机编码器21、紧定螺钉22、丝杠螺母23、滚珠丝杠24、定位导向套25、第二O型圈26、第三O型圈27、第五螺栓螺母垫片28组成。液压缸3吸入液体使得航行器重力大于浮力，航行器向深度增大方向运动，液压缸3排出液体，航行器向深度减小方向运动。

参照图2，对称式活塞缸浮力调节装置动力元件包括电机驱动器18、电机编码器21、电机1、滚珠丝杠24和丝杠螺母23，电机驱动器18与航行器的控制部件和电机编码器21连接，接受来自航行器控制器的控制命令控制电机1带动滚珠丝杠24正反向旋转或者停止，丝杠螺母23相对于丝杠在轴向产生指令相应的位移，电机驱动器18利用螺栓螺母固连于支撑杆上，电机1伸出轴和滚珠丝杠24固连，电机1另一端与电机编码器21固连，利用电机止口和L形板5相应孔定位并用螺栓固连，滚珠丝杠24末端没有使用轴承支撑。

参照图1、图2，对称式活塞缸浮力调节装置的过渡元件包括对称连接杆11、直杆球头形关节轴承9和第三螺栓螺母垫片10，对称性连接杆11和直杆球头形关节轴承9以螺栓连接，丝杠螺母23带动连接杆11进而带动直杆球头关节轴承9在电机丝杠轴向移动，对称连接杆11和丝杠螺母23利用螺纹连接，再使用两个对称于丝杠轴线布置的紧定螺钉22固定，对称连接杆11上开有安装撞块13和挡片15的孔，撞块13安装孔开在对称连接杆11的与丝杠连接位置的外侧，挡片15的安装孔开在丝杠螺母孔和连接直杆球头关节轴承的中间，直杆球头形关节轴承9和连接杆11用第三螺栓螺母垫片10连接。

参照图2，对称式活塞缸浮力调节装置执行元件包括活塞杆8、液压缸3、第一O型圈2和定位导向套25，直杆球头形关节轴承9与活塞杆8固连，活塞头上第三O型圈27保证活塞杆8和液压缸3之间的密封，定位导向套25上的第二O型圈26可避免如果活塞头上第三O型圈27失效引起泄露现象，起到双重密封保护作用，活塞杆8和直杆球头形关节轴承9螺纹连接，直杆球头形关节轴承9的最大尺寸小于定位导向套25的内孔尺寸，定位导向套25和L形板5过盈配合，液压缸3依靠定位导向套25与L形板5定位，定位导向套25内孔有O型圈，O型圈可适当调节活塞杆8的运动轨迹以配合实际加工液压缸3内壁形状。

参照图1，对称式活塞缸浮力调节装置密封元件为第一O型圈2，液压缸直接穿过航行器的壳体，保证吸入和排除液体的顺畅，液压缸与壳体接触一端O型圈2保证液压缸3和海洋航行器壳体17连接处的密封，活塞杆头部第三O型圈27保证避免液体从液压缸另一端进入航行器，定位导向套25上第二O型圈26可对此进行双重保护。

参照图2，对称式活塞缸浮力调节装置的固连元件包括L形板5、支撑杆7和第二螺栓螺母垫片6，L形板5定位连接电机1和结合定位导向套25定位对称布置的液压缸3，再与7支撑杆通过第二螺栓螺母垫片6连接至航行器的壳体上，利用螺母连接L形板5和定位开关20。

参照图1，对称式活塞缸浮力调节装置的保护元件包括保护开关14、定位开关20、撞块13和挡片15，两个开关分别起到定位起始原点和防止丝杠螺母旋出丝杠撞击航行器或者活塞撞击液压缸的作用，撞块13可使用全螺纹杆，配合第一螺母12可调节撞块撞击定位开关20的位置，从而调节活塞移动开始位置，挡片15通过螺栓螺母固连于连接杆11上，定位开关20通过螺钉连接于航行器的壳体上。

Claims (7)

1.一种对称式活塞缸浮力调节装置，由控制元件、动力元件、过渡元件、执行元件、密封元件、固接元件和保护元件组成，其特征是：所述浮力调节装置利用了海洋航行器的浮力和重力的相对大小关系调节航行器所在液体深度方向的运动，液压缸吸入液体使得航行器重力大于浮力，航行器向深度增大方向运动，液压缸排出液体，航行器向深度减小方向运动。

2.据权利要求1所述的一种对称式活塞缸浮力调节装置，其特征是：动力元件包括电机驱动器、编码器、电机、滚珠丝杠和丝杠螺母，驱动器接受来自上位机的控制命令控制电机带动滚珠丝杠正反向旋转或者停机，丝杠螺母相对于丝杠在轴向产生指令相应的位移或者处于自锁状态。

3.据权利要求1所述的一种对称式活塞缸浮力调节装置，其特征是：过渡元件包括对称连接杆、直杆球头形关节轴承和螺栓，对称性连接杆和直杆球头形关节轴承以螺栓连接，丝杠螺母带动连接杆进而带动直杆球头关节轴承在电机丝杠轴向移动，直杆球头形关节轴承可调节活塞杆与丝杠在轴向、径向和角向产生的相对误差，对称性连接杆两侧受力均匀，避免单侧弯曲引起的丝杠螺母与丝杠相对运动受阻。

4.据权利要求1所述的一种对称式活塞缸浮力调节装置，其特征是：执行元件包括活塞杆、液压缸、O型圈和定位导向套，直杆球头形关节轴承与活塞杆固连，活塞头上O型圈保证活塞和液压缸之间的密封，定位导向套起到定位液压缸和L板的位置，并且引导活塞杆沿着液压缸的轴线运动，定位导向套上的O型圈可避免如果活塞头上O型圈失效引起泄露现象，起到双重密封保护作用。

5.据权利要求1所述的一种对称式活塞缸浮力调节装置，其特征是：新型浮力调节装置密封元件为O型圈，液压缸直接穿过航行器的壳体直接与外界液体联通，保证吸入和排出液体的顺畅，O型圈保证液压缸和海洋航行器外壳连接处的密封。

6.据权利要求1所述的一种对称式活塞缸浮力调节装置，其特征是：固连元件包括L形板、支撑杆和螺栓螺母，装置基本所有部件全部安装于L形板上，可整体拆装，L形板定位连接电机和结合定位导向套定位对称布置的液压缸，再与支撑杆通过螺栓螺母连接至航行器的壳体上。

7.据权利要求1所述的一种对称式活塞缸浮力调节装置新型浮力调节装置，其特征是：保护元件包括定位开关和保护开关，分别起到定位起始原点和防止丝杠螺母旋出丝杠撞击航行器或者活塞撞击液压缸的作用。