CN110539865B - 一种rov联动式矢量调节推进系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种ROV联动式矢量调节推进系统，可以有效调整ROV各向推力，以适应不同工况，提升ROV水下航行和作业能力。联动式矢量调节推进系统由一个液压马达统一控制ROV水平方向的四个推进器的推力方向，使各推进器推力方向得到最优的组合，以适应不同的作业工况。在改变推进器方向的同时还可以调整推进器布置位置，避免由于推力器方向的改变造成推进水流受到ROV自身设备的阻挡，导致推进效率的降低，最大程度优化推进能力。本发明推进效率高、结构简单，控制方法简单可靠，能耗少，成本低，可以满足实际的工程应用。

Description

一种ROV联动式矢量调节推进系统
技术领域
本发明涉及ROV水下机动航行和作业技术领域，尤其是一种ROV联动式矢量调节推进系统。
背景技术
目前作业级ROV水平推进器一般都是固定安装于ROV结构框架上，各推进器推力方向固定不变，则ROV水平方向各自由度的运动能力就保持不变。然而，ROV在执行不同作业任务时，对各个自由度运动能力的需求并不是恒定不变的，例如，在进行水平钻机取样时，需要很大的纵向推力，因此，固定安装的推进器难以满足各种不同作业工况。
为解决上述问题，目前采用增加ROV推进器数量来提高ROV的运动能力，然而会造成ROV重量尺寸增大，而且成本很高，无法满足实际使用需求。还有科研人员研究自身可以调整推进方向的矢量推进器，然而该推进器增加一套复杂的多自由度驱动机构，结构复杂，重量过重，控制困难，难以适应实际的工程应用。还有采用两套伺服机构完成四个推进器的角度调节，艏部两个推进器采用一套伺服机构驱动，尾部两个推进器采用一套伺服机构驱动。推进器只是改变推进角度，自身布置位置没有调整，推进器推进角度变化后会造成推进器推进水流受到ROV其它设备的阻碍，使推进器推进效率降低。两套直线伺服机构结构复杂，重量大，控制困难，且涉及动密封问题，可靠性差。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的ROV联动式矢量调节推进系统，可以调整水平方向上4个推进器的角度和位置，从而改变ROV水平方向各自由度运动能力，适应不同的作业任务。
ROV需要更大纵向推力时，减小推进器与纵向夹角，使推进器在纵向上获得更大的推力分量，同时各推进器位置向ROV两侧外部左右移动，避免水流受到其他设备阻挡，影响推进效率；ROV需要更大横推力时，减小推进器与横向夹角，使推进器在横向上获得更大的推力分量，同时各推进器位置向ROV艏艉两侧外部移动。
本发明所采用的技术方案如下：
一种ROV联动式矢量调节推进系统，包括矢量调节机构，其布置在ROV框架中部，矢量调节机构分别通过摆臂机构与布置在ROV框架四角处的四个推进器活动连接，控制四个推进器联动，完成推进器角度和位置调整；
所述矢量调节机构的结构为：包括驱动机构，所述驱动机构包括液压马达、与液压马达传动连接的涡轮蜗杆减速器，位于驱动机构两侧分别设有一段导轨，每段导轨中安装有沿其滑动的滑动销；所述涡轮蜗杆减速器与曲柄传动连接，曲柄的两端分别与一根连杆的一端转动连接，每根连杆的另一端通过所述滑动销同时与两根拉杆一端活动连接，四根拉杆的另一端分别通过摆臂机构与推进器连接；
所述摆臂机构的结构为：包括摆臂，摆臂中部为轴承座，轴承座内通过轴承装置安装法兰轴，摆臂一端设有铰接座孔，摆臂另一端为安装基座。
作为上述技术方案的进一步改进：
两段导轨间隔安装在ROV框架上。
法兰轴通过角接触轴承安装在所述轴承座中，并通过衬套、压盖和螺母进行轴向限位；所述摆臂机构通过法兰轴的法兰面螺栓固定于ROV框架上，通过安装基座与推进器连接，通过铰接座孔与拉杆铰接。
位于铰接座孔与法兰轴之间的摆臂成折弯结构，位于安装基座与法兰轴之间的摆臂上设有加强筋。
推进器包括轴部，其一端设有推进轮，推进轮上沿径向设有旋流叶片，轴部的侧面与所述安装基座固定连接。
四个推进器分为两组，每组的两个对称设置，两组推进器分别布置在艏部和艉部。
本发明的有益效果如下：
本发明推进效率高、结构简单，控制方法简单可靠，能耗少，成本低，可以满足实际的工程应用。可以有效调整ROV各向推力，以适应不同工况，提高了ROV航行机动性能和作业能力，优化组合水平方向的各向推力，满足不同的作业需求。
本发明由单一的液压马达统一驱动四个推进器的角度和位置调节，一个液压马达统一控制ROV水平方向的四个推进器的角度和位置从而控制推力方向，使各推进器推力方向得到最优的组合，在改变推进器方向的同时还可以调整推进器布置位置，避免由于推力器方向的改变造成推进水流受到ROV自身设备的干扰和阻挡，导致推进效率的降低，从而最大程度优化推进能力。本发明矢量调整机构为对称形式，各推进器反力不会作用到液压马达输出端，调节扭矩小，液压输入功率低。
附图说明
图1为本发明的推进器的纵向夹角为45°状态的结构示意图。
图2为本发明的推进器的纵向夹角为60°状态的结构示意图。
图3为本发明的推进器的纵向夹角为15°状态的结构示意图。
图4为本发明矢量调节机构与推进器的安装结构示意图。
图5为图4中A部的放大图。
图6为本发明摆臂机构的结构示意图。
图中：1、推进器；2、摆臂机构；3、导轨；4、液压马达；5、涡轮蜗杆减速器；6、拉杆；7、滑动销；8、连杆；9、曲柄；10、ROV框架；21、摆臂；21、法兰轴；22、法兰轴；23、角接触轴承；24、衬套；25、螺栓；26、压盖；27、安装基座；28、铰接座孔；101、轴部；102、推进轮；103、旋流叶片。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的ROV联动式矢量调节推进系统，包括矢量调节机构，其布置在ROV框架10中部，矢量调节机构分别通过摆臂机构2与布置在ROV框架10四角处的四个推进器1活动连接，控制四个推进器1联动，完成推进器1角度和位置调整；
如图4和图5所示，矢量调节机构的结构为：包括驱动机构，驱动机构包括液压马达4、与液压马达4传动连接的涡轮蜗杆减速器5，位于驱动机构两侧分别设有一段导轨3，每段导轨3中安装有沿其滑动的滑动销7；涡轮蜗杆减速器5与曲柄9传动连接，曲柄9的两端分别与一根连杆8的一端转动连接，每根连杆8的另一端通过滑动销7同时与两根拉杆6一端活动连接，四根拉杆6的另一端分别通过摆臂机构2与推进器1连接；
如图6所示，摆臂机构2的结构为：包括摆臂21，摆臂21中部为轴承座，轴承座内通过轴承装置安装法兰轴22，摆臂21一端设有铰接座孔28，摆臂21另一端为安装基座27。
两段导轨3间隔安装在ROV框架10上。
法兰轴22通过角接触轴承23安装在轴承座中，并通过衬套24、压盖26和螺母25进行轴向限位；摆臂机构2通过法兰轴22的法兰面螺栓固定于ROV框架10上，通过安装基座27与推进器1连接，通过铰接座孔28与拉杆6铰接。
位于铰接座孔28与法兰轴22之间的摆臂21成折弯结构，位于安装基座27与法兰轴22之间的摆臂21上设有加强筋。
推进器1包括轴部101，其一端设有推进轮102，推进轮102上沿径向设有旋流叶片103，轴部101的侧面与安装基座27固定连接。
四个推进器1分为两组，每组的两个对称设置，两组推进器1分别布置在艏部和艉部。
本发明在实施过程中，如图1-图3所示，为推进器1的纵向夹角为45°、15°和60°时的状态，三个状态下分别输出相同的纵横向推力、更大的纵向推力和更大的横向推力，同时推进器1位置向外部展开，避免其他设备的扰流。
四个推进器1及摆臂机构2对称布置于ROV框架10的四角，由中间的液压马达4和涡轮蜗杆减速器5统一驱动，液压马达4通过蜗轮蜗杆减速器5带动曲柄9顺时针或逆时针转动，曲柄9和位于其两端的连杆8、滑动销7和导轨3分别组成曲柄滑块机构，滑动销7在导轨3的约束下前后移动，通过拉杆6带动摆臂机构2绕其法兰轴22转动，调节安装在摆臂21末端的推进器1的角度和位置。蜗轮蜗杆减速器5具有自锁功能，可以保证推进器1在某一特定角度固定不变。推进器4两两一组分别位于艏部与艉部，艏部与艉部两套曲柄滑块机构共用同一个曲柄9且对称布置，艏部两个推进器1与尾部两个推进器1推力相互抵消，有效减小调节所需的输入扭矩，降低液压输入功率。
摆臂机构1的法兰轴22和角接触轴承23安装于摆臂21轴承座中，衬套24、压盖26和螺母25保证角接触轴承23的轴向限位，摆,21一端为铰接座孔28，用于和拉杆6连接，另一端为推进器1的安装基座27，用于安装推进器1，中间为轴承座，并且有加强筋结构，用于支撑推进器1的推力和重力。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (4)

1.一种ROV联动式矢量调节推进系统，其特征在于：包括矢量调节机构，其布置在ROV框架（10）中部，矢量调节机构分别通过摆臂机构（2）与布置在ROV框架（10）四角处的四个推进器（1）活动连接，控制四个推进器（1）联动，完成推进器（1）角度和位置调整；
所述矢量调节机构的结构为：包括驱动机构，所述驱动机构包括液压马达（4）、与液压马达（4）传动连接的涡轮蜗杆减速器（5），位于驱动机构两侧分别设有一段导轨（3），每段导轨（3）中安装有沿其滑动的滑动销（7）；所述涡轮蜗杆减速器（5）与曲柄（9）传动连接，曲柄（9）的两端分别与一根连杆（8）的一端转动连接，每根连杆（8）的另一端通过所述滑动销（7）同时与两根拉杆（6）一端活动连接，四根拉杆（6）的另一端分别通过摆臂机构（2）与推进器（1）连接；
所述摆臂机构（2）的结构为：包括摆臂（21），摆臂（21）中部为轴承座，轴承座内通过轴承装置安装法兰轴（22），摆臂（21）一端设有铰接座孔（28），摆臂（21）另一端为安装基座（27）；两段导轨（3）间隔安装在ROV框架（10）上；法兰轴（22）通过角接触轴承（23）安装在所述轴承座中，并通过衬套（24）、压盖（26）和螺母（25）进行轴向限位；
所述摆臂机构（2）通过法兰轴（22）的法兰面螺栓固定于ROV框架（10）上，通过安装基座（27）与推进器（1）连接，通过铰接座孔（28）与拉杆（6）铰接。
2.如权利要求1所述的ROV联动式矢量调节推进系统，其特征在于：位于铰接座孔（28）与法兰轴（22）之间的摆臂（21）成折弯结构，位于安装基座（27）与法兰轴（22）之间的摆臂（21）上设有加强筋。
3.如权利要求1所述的ROV联动式矢量调节推进系统，其特征在于：推进器（1）包括轴部（101），其一端设有推进轮（102），推进轮（102）上沿径向设有旋流叶片（103），轴部（101）的侧面与所述安装基座（27）固定连接。
4.如权利要求1所述的ROV联动式矢量调节推进系统，其特征在于：四个推进器（1）分为两组，每组的两个对称设置，两组推进器（1）分别布置在艏部和艉部。
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