CN110985454B - 一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，包括第一换向阀，单向换向阀，高压压力补偿器，低压压力补偿器，第一油道和第二油道，所述第一换向阀与高压压力补偿器连通，所述单向换向阀与低压压力补偿器连通，所述第一油道分别与第一换向阀和油缸的无杆腔连通，所述第二油道分别与低压压力补偿器和油缸的有杆腔连通。本发明能够有效解决水下机器人和水下航行器的下潜、上浮行为动作，提供固体压载的抛出一次性液压能源，实现指令抛出和定深或超深应急抛出。采用辅助液压站进行调试和装载复位，该系统具有重复使用的功能，且调试、压力设定方便快捷。

Description

一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统
技术领域
本发明涉及水下移动设备技术领域，特别涉及一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统。
背景技术
水下机器人和水下航行器利用螺旋桨推动进行远距离的水下巡航或通过多肢多关节结构实现深海海底复杂地貌中的精确移动，进行稳定的海底作业和深海中行进，负浮力下潜、正浮力上浮的工况是各种水下机器人和水下航行器必然存在的技术难题。固体抛载系统是水下机器人和水下航行器实现上浮和下潜的重要系统，其作用是帮助水下机器人在指定深度获得浮力上浮，也可以在下潜过程中抛弃固体压载。
现有的水下机器人和水下航行器普遍采用有源液压系统、电磁铁以及压力爆破片释放固体压载抛载装置，没有采用无源的液压系统为固体压载抛载装置提供一次性能源。现有的抛载装置在深海中稳定性较差，爆破的方式可能产生安全风险，因此，需要研发一种在无源的液压系统为固体压载抛载装置提供一次性能源，不会产生泄露，可保证在一定的周期内在水下的可靠使用。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种在无源的液压系统为固体压载抛载装置提供一次性能源，可靠性高，能实现水下大深度环境下使用的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统。
具体技术方案如下：一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，包括第一换向阀，单向换向阀，高压压力补偿器，低压压力补偿器，第一油道和第二油道，所述第一换向阀与高压压力补偿器连通，所述单向换向阀与低压压力补偿器连通，所述第一油道分别与第一换向阀和油缸的无杆腔连通，所述第二油道分别与低压压力补偿器和油缸的有杆腔连通。
以下为本发明的附属技术方案。
进一步的，液压系统包括顺序阀，顺序阀分别与第一换向阀和单向换向阀连通。
进一步的，第一换向阀与高压压力补偿器之间设有第一导通型不锈钢堵头，所述低压压力补偿器与单向换向阀之间具有第二导通型不锈钢堵头，顺序阀和单向换向阀之间设有第三导通型不锈钢堵头。
进一步的，液压系统包括第二换向阀，第二换向阀分别与第一换向阀和油口D连通。
进一步的，液压系统包括低压水密罩，耐压密封罩，第一公头不锈钢快换接头和第二公头不锈钢快换接头，低压水密罩和耐压密封罩分别设置在阀块上，第一公头不锈钢快换接头和第二公头不锈钢快换接头分别设置在油口C和油口D位置。
进一步的，液压系统包括第一不锈钢排气测压接头，不锈钢接头，透明橡胶软管和第二不锈钢排气测压接头，所述透明橡胶软管通过不锈钢接头与低压水密罩连通，第一不锈钢排气测压接头设置在低压水密罩上，所述第二不锈钢排气测压接头设置在透明橡胶软管的端部。
进一步的，所述高压压力补偿器和低压压力补偿器中设有活塞和指示杆，指示杆一端与活塞连接，另一端为自由端。
进一步的，所述高压压力补偿器和低压压力补偿器中设有弹簧，弹簧套设在指示杆上且抵靠活塞，弹簧设置在指示杆腔中。
进一步的，所述高压压力补偿器和低压压力补偿器包括上缸体和下缸体，上缸体和下缸体螺纹连接，活塞设置在上缸体中，下缸体端部设有开口部。
进一步的，液压系统包括辅助液压站，辅助液压站分别与液压系统的油口C和油口D连通、同时分别与高压压力补偿器和低压压力补偿器连通。
本发明的技术效果：本发明的一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统能够有效解决水下机器人和水下航行器的下潜、上浮行为动作，提供固体压载的抛出一次性液压能源，实现指令抛出和定深或超深应急抛出。采用辅助液压站进行调试和装载复位，该系统具有重复使用的功能，且调试、压力设定方便快捷。其应用于深海探测领域，潜深可在5千米正常工作，目前该项目处于国内先进水平，对国家深海探测领域和海洋经济的发展起到积极的支持与推动作用。
附图说明
图1是本发明实施例的一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统的原理图。
图2是本发明实施例的一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统在水面上调试状态的示意图。
图3是本发明实施例的一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统的示意图。
图4是本发明实施例的高、低压压力补偿器的示意图。
图5是本发明实施例的辅助液压站的示意图。
图6是本发明实施例的油缸的示意图。
附图标记说明：17、螺纹插装截止阀；18、螺纹插装直动型减压阀；23、第一换向阀；24、第二换向阀；25、单向换向阀；26、顺序阀；27、低压水密罩；28、耐压密封罩；29、第一公头不锈钢快换接头；30、第二公头不锈钢快换接头；31、第一不锈钢排气测压接头，32、不锈钢接头，33、透明橡胶软管；34、第二不锈钢排气测压接头；35、第一导通型不锈钢堵头；36、第二导通型不锈钢堵头；37、第三导通型不锈钢堵头；39、高压压力补偿器；40、低压压力补偿器；42、第一油道；43、第二油道；200上缸体；201、下缸体；202、指示杆；203、弹簧；204、活塞；206、无杆腔；205、有杆腔；207、开口部。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
如图1至图5所示，本实施例的一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统包括第一换向阀23，单向换向阀25，高压压力补偿器39，低压压力补偿器40，第一油道10，第二油道20所述第一换向阀23与高压压力补偿器39连通，所述单向换向阀25与低压压力补偿器40连通，所述第一油道分别与第一换向阀23和油缸1的无杆腔11连通，所述第二油道20分别与低压压力补偿器40和油缸1的有杆腔12连通。上述技术方案中，第一油道通过油口A与油缸连通，第二油道通过油口B与油缸连通。
水下机器人和水下航行器一般底部悬挂两台或多台固体抛载装置。工作时随机器人下潜，当达到工作深度时，第一换向阀23、单向换向阀25通电，高压压力补偿器39储存油液经油道、第一换向阀23、油道的油口A进入油缸无杆腔11，油缸活塞杆在压力差△P作用下伸出，油缸有杆腔12内油液经油道的油口B、回到低压压力补偿器40储存，完成一台固体抛载装置指令抛载，水下机器人和水下航行器利用螺旋桨推动进行远距离的水下巡航。本实施例中，所述第一换向阀23为高压螺纹插装换向阀，所述单向换向阀25为螺纹插装单向换向阀，单向换向阀为二位二通单通电磁阀中位位置(A→B通，B→A不通)。所述低压压力补偿器40，采用压缩弹簧提供能源，用于一次性液压能源在水下不同深度时保持油缸两腔压差恒定的目的；高压压力补偿器39采用压缩弹簧提供能源，用于抛载装置在水下不同深度时提供指令抛出和定深或超深应急抛出一次性液压能源的目的。
本实施例中，液压系统包括顺序阀26，顺序阀26分别与第一换向阀23和单向换向阀25连通。通过上述技术方案，第2台固体抛载装置随着下潜深度的增加，顺序阀26开启，完成定深或超深应急抛出，或工作完成经指令抛载固体压载，水下机器人或水下航行器上浮回收。本实施例的顺序阀26为高压螺纹插装直动型顺序阀。所述顺序阀的调节螺杆暴露在耐压密封罩内的常压空气腔中，使顺序阀的弹簧腔的压力不因阀芯的运动以及工作的深度而发生变化，顺序阀的开启仅和弹簧的调定压力有关，以实现固体压载的超深抛载。顺序阀26可采用普通的高压螺纹插装直动型顺序阀，其弹簧腔与阀块上的常压空气腔联通，并采用承压法兰盖密封，由于顺序阀启闭时弹簧腔的容积变化远小于阀块上的常压空气腔，因而可以认为其压力保持1个大气压力不变，外部海水压力通过弹簧高压补偿蓄能器作用在顺序阀上，当压力超过其弹簧调定压力时，顺序阀开启，压载释放，动作可靠且调试方便，并且可方便地改变设定深度。
本实施例中，第一换向阀23与高压压力补偿器39之间设有第一导通型不锈钢堵头35，所述低压压力补偿器40与单向换向阀25之间具有第二导通型不锈钢堵头36，顺序阀26和单向换向阀25之间设有第三导通型不锈钢堵头37，从而防止油液渗漏。所述第一导通型不锈钢堵头35和第二导通型不锈钢堵头36设有螺纹插装截止阀17，第三导通型不锈钢堵头37设有螺纹插装直动型减压阀18。通过设置不锈钢堵头，可根据调试的不同要求更换接口相同的插装阀，方便调试和维护
本实施例中，液压系统包括第二换向阀24，第二换向阀24分别与第一换向阀23和油口D连通。
本实施例中，液压系统包括低压水密罩27，耐压密封罩28，第一公头不锈钢快换接头29和第二公头不锈钢快换接头30，低压水密罩27和耐压密封罩28分别设置在阀块38上，第一公头不锈钢快换接头29和第二公头不锈钢快换接头30分别设置在油口C和油口D位置。上述技术方案中，低压水密罩27用于保护电磁阀在深海中免受海水侵蚀的目的，快换接头能够便于连接。
本实施例中，液压系统包括第一不锈钢排气测压接头31，不锈钢接头32，透明橡胶软管33和第二不锈钢排气测压接头34，所述透明橡胶软管33通过不锈钢接头32与低压水密罩37连通，第一不锈钢排气测压接头31设置在低压水密罩37上，所述第二不锈钢排气测压接头34设置在透明橡胶软管33的端部。通过上述技术方案，能够实现排气和测压。
本实施例中，所述高压压力补偿器和低压压力补偿器中设有活塞204和指示杆202，指示杆202一端与活塞204连接，另一端为自由端，从而能够使活塞带动指示杆运动。
本实施例中，所述高压压力补偿器和低压压力补偿器中设有弹簧203，弹簧203套设在指示杆202上且抵靠活塞204，弹簧204设置在指示杆腔中，通过设置弹簧，能够在指示杆伸长时蓄能。
本实施例中，所述高压压力补偿器和低压压力补偿器包括上缸体200和下缸体201，上缸体200和下缸体201螺纹连接，活塞204设置在上缸体200中，下缸体201端部设有开口部207，从而使得指示杆能够通过开口部伸出。
本实施例中，液压系统包括辅助液压站，辅助液压站分别与液压系统的油口C和油口D连通，同时与高压压力补偿器39和低压压力补偿器40连通。
当水下机器人和水下航行器在水面上时，通过辅助液压站进行调试，连接辅助液压站，如图5所示，高压补偿器需要充油时，辅助液压站的油口A接液压系统油口C充油，当低压补偿器需要充油时，辅助液压站的油口B接液压系统油口D充油，高压螺纹插装常开换向阀4通电，油缸活塞杆缩回，安装压载及压载框架。油口C进油向高压压力补偿器充油P1，油口D进油向低压压力补偿器充油P2，P1-P2＝△P(压力差)，充油过程观察指示杆202伸出与下缸体201端面平齐即充油完成，断开辅助液压站，液压系统处于待机状态。
本实施例采用压缩弹簧提供能源，可提供一定的容积的一次性压力油源，使用弹簧蓄能的压力补偿油源(见附图4)，采用电磁阀以及压力阀控制器，驱动液压缸完成固体压载的抛出动作。
本实施例液压系统采用无泄漏技术，可保证在一定的周期内在水下的可靠使用。
本实施例的液压系统采用常用的液压阀件，无需改造就能实现水下大深度环境下使用。
本实施例的液压系统采用电磁阀驱动，可方便可靠地实现指令动作，带有压力补偿，可靠检测海水深度，实现超深抛载或动作。通过接受机器人的指令，以实现定时、超时、漏水等指令抛出，通过装置自身的压力阀，感应水下机器人和水下航行器实时深度，实现定深或超深应急抛出。
本实施例采用辅助液压站进行调试和复位，该系统可具有重复使用的功能，且调试、压力设定更为方便快捷。
本实施例的一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统能够有效解决水下机器人和水下航行器的下潜、上浮行为动作，提供固体压载的抛出一次性液压能源，实现指令抛出和定深或超深应急抛出。采用辅助液压站进行调试和装载复位，该系统具有重复使用的功能，且调试、压力设定方便快捷。其应用于深海探测领域，潜深可在5千米正常工作，目前该项目处于国内先进水平，对国家深海探测领域和海洋经济的发展起到积极的支持与推动作用。
由于采用了高压压力补偿器和低压压力补偿器，其弹簧所在腔室均与外部水环境联通；并且由于各个电磁换向阀(第一换向阀23，第二换向阀24和单向换向阀25)的电磁铁置于充满油液的低压水密罩内，且通过补偿软管补偿由于外部压力造成的油液体积的变化，使得装置液压元器件内外均同时承受外部压力并达到平衡，因而其工作理论上不受其工作深度的影响；通过采用高压压力补器作为抛载装置一次性的动作能源，水下航行器或机器人下水前，通过外部辅助液压站将油液充满压力补偿器，即可使抛载装置处于待机得工作状态，因而减少了装置的重量，有利于小型航行器和机器人的使用。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，包括第一换向阀，单向换向阀，高压压力补偿器，低压压力补偿器，第一油道和第二油道，液压系统还包括阀块，油口C和油口D设置在阀块上，所述第一换向阀与高压压力补偿器和油口D连通，所述单向换向阀与低压压力补偿器和油口C连通，所述第一油道分别与第一换向阀和油缸的无杆腔连通，所述第二油道分别与低压压力补偿器和油缸的有杆腔连通。
2.根据权利要求1所述的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，液压系统包括顺序阀，顺序阀分别与第一换向阀和单向换向阀连通。
3.根据权利要求2所述的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，第一换向阀与高压压力补偿器之间设有第一导通型不锈钢堵头，所述低压压力补偿器与单向换向阀之间具有第二导通型不锈钢堵头，顺序阀和单向换向阀之间设有第三导通型不锈钢堵头。
4.根据权利要求3所述的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，液压系统包括第二换向阀，第二换向阀分别与第一换向阀和油口D连通。
5.根据权利要求4所述的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，液压系统包括低压水密罩，耐压密封罩，第一公头不锈钢快换接头和第二公头不锈钢快换接头，低压水密罩和耐压密封罩分别设置在阀块上，第一公头不锈钢快换接头和第二公头不锈钢快换接头分别设置在油口C和油口D位置。
6.根据权利要求5所述的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，液压系统包括第一不锈钢排气测压接头，不锈钢接头，透明橡胶软管和第二不锈钢排气测压接头，所述透明橡胶软管通过不锈钢接头与低压水密罩连通，第一不锈钢排气测压接头设置在低压水密罩上，所述第二不锈钢排气测压接头设置在透明橡胶软管的端部。
7.根据权利要求1所述的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，所述高压压力补偿器和低压压力补偿器中设有活塞和指示杆，指示杆一端与活塞连接，另一端为自由端。
8.根据权利要求7所述的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，所述高压压力补偿器和低压压力补偿器中设有弹簧，弹簧套设在指示杆上且抵靠活塞，弹簧设置在指示杆腔中。
9.根据权利要求8所述的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，所述高压压力补偿器和低压压力补偿器包括上缸体和下缸体，上缸体和下缸体螺纹连接，活塞设置在上缸体中，下缸体端部设有开口部。
10.根据权利要求1所述的水下多功能固体压载抛载装置的液压系统，其特征在于，液压系统包括辅助液压站，辅助液压站分别与液压系统的油口C和油口D连通，同时分别与高压压力补偿器和低压压力补偿器连通。
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