CN112937816A - 一种水下航行器浮力调节装置的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种水下航行器浮力调节装置的液压控制系统，属于水下航行器领域；包括液压控制模块和活塞式液压缸；活塞式液压缸包括内油箱和外油箱；液压控制模块包括设置于油路块舱段耐压壳体内的液压阀块、液压阀、柱塞泵、电机、小油箱和插装滤器，液压阀、柱塞泵、小油箱和插装滤器均安装于液压阀块上；液压阀块体内各油道孔实现各部件的连通，构成油道回路；液压阀块上开有三个油口，其中两个油口分别通过两根油管与内油箱、外油箱连接，另一个油口与小油箱相连；通过电控系统控制各液压阀的开闭，进而控制液压油从内油箱流向外油箱或从外油箱1流向内油箱，通过改变内、外油箱的体积，改变航行器排水体积，从而使水下航行器所受的浮力随之改变。

Description

一种水下航行器浮力调节装置的液压控制系统

技术领域

本发明属于水下航行器领域，具体涉及一种水下航行器浮力调节装置的液压控制系统。

背景技术

水下航行器是一种探测水下世界的利器，它可以通过调节自身浮力来完成下潜和上浮，再加上其他的动力装置，可以实现在水下高机动性的航行与探测，在海洋环境监测和海底资源勘探方面有着广泛的应用场景。

随着海洋探索的深入，对水下航行器的要求越来越高，要求更高的续航能力和更深的下潜深度。浮力调节系统是航行器实现上浮和下潜的主要动力部件，能耗比例较高，合理降低浮力调节系统的能耗可以提高其续航能力。

目前，已有多种依靠液压的方式实现改变航行器自身重浮力的系统，但想要实现大深度的下潜并且还能精确控制下潜速度，对浮力调节系统来说，仍具有一定难度。专利：一种水下滑翔机浮力调节装[P].CN110667810A,2020-01-10.中所述的浮力调节装置采用一个二位三通阀来锁闭液压缸的液压系统，因此无法将油完全锁住，因此在水深较深的水域会出现液压油内泄现象，导致系统出现频繁启停的现象，另外，上述专利中的装置在深水环境下会出现泵吸口处压力过大的情况，导致系统吸排油困难，汽蚀严重，泵磨损严重，系统无法正常工作。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种水下航行器浮力调节装置的液压控制系统，可以使水下航行器实现大深度下潜，解决在大深度时，浮力调节装置出现吸排油困难，汽蚀严重的问题，提高整个装置的可靠性与使用寿命。

本发明的技术方案是：一种水下航行器浮力调节装置的液压控制系统，包括液压控制模块和活塞式液压缸；其特征在于：所述的活塞式液压缸包括液压缸体与分体式活塞，液压缸由隔板隔开、与分体式活塞共同构成内油箱2和外油箱1两个体积变化的油箱，外油箱1与海水接触；

所述液压控制模块包括设置于油路块舱段耐压壳体12内的液压阀块13、液压阀、柱塞泵8、电机11、小油箱10和插装滤器9，所述油路块舱段耐压壳体12与内油箱2连接，液压阀、柱塞泵8、小油箱10和插装滤器9均安装于液压阀块13上；所述液压阀包括三位四通阀5，溢流阀7，液控单向阀3、4和单向阀6；所述液压阀块体13内开有多个相互连通的油道孔，实现各部件的连通，构成油道回路；液压阀块13上开有三个油口，其中两个油口分别通过两根油管与内油箱2、外油箱1连接，另一个油口与小油箱10相连；所述电机11安装于柱塞泵8上；

通过电控系统控制各液压阀的开闭，进而控制液压油从内油箱2流向外油箱1或从外油箱1流向内油箱2，通过改变内、外油箱的体积，改变航行器排水体积，从而使水下航行器所受的浮力随之改变。

本发明的进一步技术方案是：所述液压阀块12与外油箱1连通的油口、与液控单向阀3出油口相连，液控单向阀3的进油口与三位四通阀5的A口相连，控制油口与三位四通阀5的B口相连；三位四通阀5的B口还与液控单向阀4进油口相连，液控单向阀4的出油口与液压阀块12和内油箱2相连通的油口相连，液控单向阀4的控制油口与三位四通阀5的A口相连；三位四通阀5的P口与单向阀6的出油口相连，单向阀6的进油口与柱塞泵8的排油口相连，柱塞泵8的进油口经插装滤器9与小油箱10相连，同时单向阀6的出油口与溢流阀7的进油口相连，溢流阀7的出油口与小油箱10相连；三位四通阀5的T口直接与小油箱10相连。

本发明的进一步技术方案是：所述小油箱10中的液压油体积占小油箱10总体积的50％-80％。

本发明的进一步技术方案是：所述柱塞泵8的排量为1L/min，小油箱10的体积为1L。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1.油路中采用液控单向阀与三位四通阀配合，当三位四通阀处于中位时，液控单向阀中的控制液压油可以迅速返回压力较小的小油箱，令液控单向阀迅速闭锁，以实现快速锁定分体活塞的位置，防止保持浮力的时候活塞来回窜动，解决了背景技术在大深度下液压油内泄的问题，实现了大深度下系统可以保持浮力大小不变。

2.在油路中增加了一个小油箱，小油箱中的液压油体积占小油箱总体积的50％-80％，在满足液压泵吸油的同时，可以利用小油箱内空气可压缩性起到减少压力脉冲并且减压的作用，避免背景技术在大深度时液压泵入口处的压力过大，或者吸口处有压力脉冲，造成的液压泵吸排油的问题，另外还可以将系统中析出的气体留在小油箱内，减轻了背景技术存在的汽蚀的问题。实现了系统可以在大深度下仍可以正常吸排油。

附图说明

图1为本发明水下航行器浮力调节装置总体液压油路图；

图2为本发明水下航行器浮力调节装置总体结构示意图；

图3为本发明水下航行器浮力调节装置液压阀块结构图；

图4为本发明中电机与柱塞泵连接示意图；

附图标记说明：1.外油箱；2.内油箱；3、4.液控单向阀；5.三位四通阀；6.单向阀；7.溢流阀；8.柱塞泵；9.插装滤器；10.小油箱；11.电机；12.油路块舱段耐压壳体；13.液压阀块。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图2所示，一种水下航行器浮力调节装置液压控制系统，包括液压控制模块和活塞式液压缸，通过液压控制模块控制液压油在内、外油箱间流动，从而控制活塞位置，改变航行器排水体积，实现水下航行器的浮力调节。

如图3所示，所述的液压控制模块包括液压阀块13、液压阀、高压柱塞泵8、插装滤器9以及小油箱10。所述的液压阀包括液控单向阀3、4，三位四通阀5、单向阀6和溢流阀7，上述液压阀与插装滤器9都安装在液压阀块上，通过液压阀块13中的流道相互连通，液压阀块13上另外还开有三个油口，分别与外油箱1、内油箱2以及小油箱10相连，系统的动力来自于由电机11带动的柱塞泵8。

液压阀块13通过两根油管与内、外油箱相连，如图2所示，液压阀块13上各组件之间通过液压阀块13内的流道相互连接。液压阀块13与外油箱1连通的油口与一个液控单向阀3出油口相连，液控单向阀3的进油口与三位四通阀5的A口相连，控制油口与三位四通阀5的B口相连；三位四通阀5的B口还与液控单向阀4进油口相连，液控单向阀4的出油口与液压阀块12和内油箱2相连通的油口相连，液控单向阀4的控制油口与三位四通阀5的A口相连；三位四通阀5的P口与单向阀6的出油口相连，单向阀6的进油口与柱塞泵8的排油口相连，柱塞泵8的进油口经插装滤器9与小油箱10相连，另外单向阀6的出油口还与一个溢流阀7的进油口相连，溢流阀的出油口与小油箱10相连；三位四通阀5的T口直接与小油箱10相连。液压阀块13上各部件之间的连接方式如图1所示。

所述的活塞式液压缸包括液压缸体与分体式活塞，液压缸中间由隔板隔开，与分体式活塞共同构成两个体积可变的油箱，内油箱2不与海水接触，而外油箱1与海水接触，通过改变内外油箱的体积，可以达到改变航行器排水体积，从而改变航行器浮力的目的。

整个系统通过电控系统控制液压阀块12上的液压阀的开闭，从而控制液压油从内油箱2流向外油箱或从外油箱1流向内油箱，实现整个航行器体积的改变，从而使水下航行器所受的浮力大小随之改变。

为保证系统中液压油供给充足，若系统中柱塞泵8的排量为1L/min，则所述小油箱的体积约为1L，小油箱10内液压油体积占小油箱总体积不小于50％；为保证小油箱内压力变化较小，以起到较好的缓冲压力、防止汽蚀的功效，小油箱中的液压油体积占小油箱总体积不大于80％，其余为空气。

工作过程：

航行器上浮工况下，控制液压系统液压阀的启闭，使液压油从内油箱排向外油箱，活塞向靠近海水的方向移动，航行器的排水体积增加，航行器所受的浮力随之增大，便实现航行器的上浮；上浮时的液压回路，三位四通阀5处于右位，此时在柱塞泵8的作用下，液控单向阀3阀前压力大于液控单向阀3阀后压力，液控单向阀4的控制压力大于开启压力，因此两个液控单向阀处于开启状态，液压油从内油箱2，通过主体阀块的内部油路前后流经液控单向阀4、三位四通阀5、小油箱10、插装滤器9、柱塞泵8、单向阀6、三位四通阀5、液控单向阀3后，最终流到外油箱1；分体式活塞向靠近海水的方向移动，航行器所受浮力随之变大，便实现上浮功能。若没有小油箱10，在这个过程中液压系统中的压力可能会出现压力波动，可能对柱塞泵8造成损坏，加装小油箱后，系统中油压便会变得稳定，同时也避免了活塞位置引起的压力波动对泵造成不良影响。

航行器下沉工况下，使内油箱2进油，外油箱1排油，液压油从外油箱1流向内油箱2，活塞向远离油箱前端盖的方向移动，浮力调节系统排水体积便减少，航行器所受的浮力便减小，便实现航行器的下沉；下沉工况的液压回路，三位四通阀5处于左位，此时在柱塞泵8的作用下，液控单向阀4阀前压力大于液控单向4阀后压力，液控单向阀3的控制液压大于开启压力，因此两个液控单向阀处于开启状态，液压油从外油箱1，通过主体阀块的内部油路前后流经液控单向阀3、三位四通阀5、小油箱10、插装滤器9、柱塞泵8、单向阀6、三位四通阀5、液控单向阀4后，最终流到内油箱2；分体式活塞向远离海水的方向移动，航行器所受浮力随之变小，便实现上潜功能。若没有小油箱，在这个过程中液压系统中的压力可能会出现压力波动以及泵吸口处压力过大，可能对柱塞泵8造成损坏，加装小油箱10后，系统中油压便会变得稳定，同时也避免了水压过大造成系统压力过大对泵造成不良影响。

当浮力调节系统到达指定浮力，需要保持活塞位置不变，从而保持浮力不变，在此工况下需使三位四通阀5处于中位，此时液控单向阀3、4中的控制液压油将迅速流至小油箱中，两个液控单向阀阀前压力将迅速变得小于阀后压力，使得两个液控单向阀迅速变为闭合状态，将分体式活塞锁在液压缸中，使得航行器的排水体积保持不变，保持航行器的浮力不变。

航行器下沉和上浮的速度取决于分体式活塞的排水体积，其体积越大，航行器所受浮力就越大，若要改变航行器下沉或上浮的速度，便只需要控制液压系统，改变液压油的流向，控制分体式活塞的位置。通过上述过程，便实现了航行器的下沉和上浮控制，以及下沉和上浮的速度控制。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种水下航行器浮力调节装置的液压控制系统，包括液压控制模块和活塞式液压缸；其特征在于：所述的活塞式液压缸包括液压缸体与分体式活塞，液压缸由隔板隔开、与分体式活塞共同构成内油箱(2)和外油箱(1)两个体积变化的油箱，外油箱(1)与海水接触；

所述液压控制模块包括设置于油路块舱段耐压壳体(12)内的液压阀块(13)、液压阀、柱塞泵(8)、电机(11)、小油箱(10)和插装滤器(9)，所述油路块舱段耐压壳体(12)与内油箱(2)连接，液压阀、柱塞泵(8)、小油箱(10)和插装滤器(9)均安装于液压阀块(13)上；所述液压阀包括三位四通阀(5)，溢流阀(7)，液控单向阀(3)、(4)和单向阀(6)；所述液压阀块体(13)内开有多个相互连通的油道孔，实现各部件的连通，构成油道回路；液压阀块(13)上开有三个油口，其中两个油口分别通过两根油管与内油箱(2)、外油箱(1)连接，另一个油口与小油箱(10)相连；所述电机(11)安装于柱塞泵(8)上；

通过电控系统控制各液压阀的开闭，进而控制液压油从内油箱(2)流向外油箱(1)或从外油箱(1)流向内油箱(2)，通过改变内、外油箱的体积，改变航行器排水体积，从而使水下航行器所受的浮力随之改变。

2.根据权利要求1所述水下航行器浮力调节装置的液压控制系统，其特征在于：所述液压阀块(12)与外油箱(1)连通的油口、与液控单向阀(3)出油口相连，液控单向阀(3)的进油口与三位四通阀(5)的A口相连，控制油口与三位四通阀(5)的B口相连；三位四通阀(5)的B口还与液控单向阀(4)进油口相连，液控单向阀(4)的出油口与液压阀块(12)和内油箱(2)相连通的油口相连，液控单向阀(4)的控制油口与三位四通阀(5)的A口相连；三位四通阀(5)的P口与单向阀(6)的出油口相连，单向阀(6)的进油口与柱塞泵(8)的排油口相连，柱塞泵(8)的进油口经插装滤器(9)与小油箱(10)相连，同时单向阀(6)的出油口与溢流阀(7)的进油口相连，溢流阀(7)的出油口与小油箱(10)相连；三位四通阀(5)的T口直接与小油箱(10)相连。

3.根据权利要求1所述水下航行器浮力调节装置的液压控制系统，其特征在于：所述小油箱(10)中的液压油体积占小油箱(10)总体积的50％-80％。

4.根据权利要求1所述水下航行器浮力调节装置的液压控制系统，其特征在于：所述柱塞泵(8)的排量为1L/min，小油箱(10)的体积为1L。

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