CN114455041B - 一种精确控制式浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确控制式浮力调节装置，包括，舱体，舱体的内部设有固定板，固定板的一侧面通过固定杆与上端盖固定连接，固定板的另一侧面上设有电机座，电机座上设有电机，电机的输出轴上设有丝杆，丝杆的另一端与第一活塞固定连接；上端盖的中部开孔设有水下专用插头，水下专用插头具有圆柱状结构，水下专用插头的下方与上端盖螺接；本发明通过使用贯通式直线丝杆步进电机，改变第二活塞与下端盖之间水体储存的体积，进而引起装置整体所受浮力的变化，第二活塞上装有的位移传感器，可以监测到第二活塞的位移，从而可以精确的测量装置内部水体体积的变化量，同时具有水下专用插头则可以保证装置在水下得到供电和信号控制。

Description

一种精确控制式浮力调节装置

技术领域

本发明涉及水下设备技术领域，具体为一种精确控制式浮力调节装置。

背景技术

随着水下装置以及水下机器人技术的发展，跟多的国家开始对水下设备技术产生重视，浮力调节装置是其中一个很关键的部分，如何精确控制浮力调节装置成为必须要解决的问题之一，其不但要求浮力调节要十分有效、可靠，并且结构要尽量简单，占用空间小，而且要求浮力调节装置的快速、有效性又依赖排水结构的排水效果，目前，水下浮力调节设备可以分为可调压载式和可变体积式两种，可调压载式，不能重复对浮力进行调节，在水下当压载物被抛弃后，就无法重新获得压载；可变体积式，这种调节方式的浮力调节范围较小，但是易于实现浮力的精确控制，多用于中小型的水下设备。

现有技术中公开的一种浮力调节装置，公开号（CN110316343A），该发明浮力调节装置结构简单，提高了能量利用效率，利用超声波测距系统通过测得的推杆的位移，能够准确计算出装置受到的浮力，提高浮力调整精度，同时，用油液作为工作介质，第一皮囊和第二皮囊将水与运动部件隔开，避免运动部件被腐蚀，延长装置使用寿命，设置一级浮力调节系统和二级浮力调节系统，增大浮力调节范围，但其缺少能保持装置整体稳定性的部件，以及其所使用的活塞周围缺少避免油体产生泄漏的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确控制式浮力调节装置，以解决装置整体缺乏稳定性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精确控制式浮力调节装置，包括，舱体，舱体具有圆筒状结构，舱体的一端部设有上端盖，舱体的内腔中部设有第一活塞，第一活塞的一侧设有隔板，隔板的一侧设有第二活塞，舱体的另一端部设有下端盖，隔板设于第一活塞和第二活塞的中间，第二活塞靠近下端盖设置，上端盖和所述下端盖分别通过螺母与舱体固定连接；上端盖的中部开孔设有水下专用插头，水下专用插头具有圆柱状结构，水下专用插头的下方与上端盖螺接；舱体的内部设有固定板，固定板的一侧面通过固定杆与上端盖固定连接，固定板的另一侧面上设有电机座，电机座上设有电机，电机的输出轴上设有丝杆，丝杆的另一端与第一活塞固定连接；第二活塞靠近下端盖的一侧面设有位移传感器；

电机使用贯通式直线丝杆步进电机，电机上的丝杆可以在电机中间来回移动，将丝杆的旋转运动转换为直线运动，从而使用丝杆的另一端推动第一活塞产生位移，第一活塞和第二活塞中间充满了液压油，中间设有隔板，隔板起到限位的作用，当第一活塞来回移动的时候，第二活塞也会来回移动，从而改变了第二活塞与下端盖之间水体储存的体积，进而引起装置整体所受浮力的变化，第二活塞上装有的位移传感器，可以监测到第二活塞的位移，从而可以精确的测量装置内部水体体积的变化量，水下专用插头则可以保证装置在水下得到供电和信号控制。

上端盖和下端盖的侧壁上设有O型圈，第一活塞和第二活塞的侧壁上也设有O型圈；隔板的中部开设有第一通孔，下端盖中部开设有第二通孔；第一活塞的侧面开设有环槽，第一活塞靠近隔板的一底面上开设有半通槽，环槽内设有滑移组件，滑移组件具有第一环体和第二环体，第一环体和第二环体的外直径与舱体的内直径相同，第一环体和第二环体之间设有弯板；第二活塞的侧面开设有环槽，环槽内设有第一环体和第二环体，第一环体和第二环体的外直径与舱体的内直径相同，第一环体和第二环体之间设有弯板；

上端盖和下端盖设有的O型圈可以对装置内部实现密封，避免装置内部进水，造成设备短路，或者大量水气涌入装置内部，长此以往会对装置内部的金属部件造成腐蚀，降低装置内部件的使用寿命；第一活塞和第二活塞上设有的O型圈能够在第一活塞推动液压油的时候，有效地保证液压油整体产生位移，既能避免液压油残留在舱体内壁上，导致液压油泄漏，对装置内部造成污染，又能够防止由于液压油体积的减少，导致第二活塞的位移量发生偏差，对第二活塞上位移传感器的精确度造成影响；

第一活塞上的O型圈设置在第一活塞的环槽内，且靠近上端盖，第二活塞的O型圈设置在第二活塞的环槽内，且靠近下端盖；第一环体、第二环体之间的弯板能够对第一活塞和第二活塞侧方形成多级密封，并且在实现密封的过程中可根据活塞移动方向在环槽内实现轴向的滑移，避免第一、第二环体侧面过度磨损；在第一板体、第二环体滑移过程中其通过两者之间的弯板与液压油进行接触，运动状态的液压油能够促使第一环体、第二环体围绕第一活塞和第二活塞的轴线形成旋转运动，来进一步降低第一环体和第二环体的磨损，从而保证有效密封；同时通过第一环体、第二环体的旋转运动带动环槽内的液压油的位移，加强液压油自身的自冷却效果，避免液压油与舱体内壁或者活塞及其它部件持续地滑移摩擦接触，导致液压油温度升高，进而会引起内泄漏的增加，继续导致油温升高，周而复始，造成油液的黏度下降，继而引起内泄漏进一步增加，造成油温进一步升高，形成恶性循环。

下端盖的一侧面设有缓流组件，缓流组件设于舱体的外部，缓流组件具有分隔基板，分隔基板上开设有第三通孔，第三通孔贯穿分隔基板，第三通孔与第二通孔直径相同，分隔基板通过紧固件与下端盖固定连接，分隔基板上设有加强杆，加强杆的一端部固定连接有缓冲基套；缓冲基套具有中空的圆柱状结构，缓冲基套内部设有轴体，轴体贯穿缓冲基套的两对立侧壁，轴体上设有支杆，支杆上卡设有弹簧，轴体的两端部各设有橡胶；

缓流组件能够实现对下端盖的第二通孔进行防护，避免异物通过第二通孔进入到装置内部，影响单位时间内的排水量，会导致浮力调节不精准甚至失控的后果；在缓流组件的作用下，当装置需要进水时，能够减缓进水速度，避免强大的水流对装置自身造成冲击；当在深水区工作时，面对外部的暗流，通过橡胶塞以及弹簧等部件的配合，也能够有助于降低水流的冲击力，并且能够通过橡胶塞的分流效果，避免水流冲击对浮力调节精准度的影响，以及可以通过橡胶塞将外部的冲击力传递至轴体并带动弹簧产生弹性形变，进而达到消耗水流能量的目的，进一步地提高装置整体在水中的稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.该一种精确控制式浮力调节装置，通过贯通式直线丝杆步进电机，改变第二活塞与下端盖之间水体储存的体积，并通过第二活塞上装有的位移传感器，可以监测到第二活塞的位移，从而可以精确的测量装置内部水体体积的变化量；

2. 该一种精确控制式浮力调节装置，通过第一环体、第二环体的旋转运动带动环槽内的液压油的位移，加强液压油自身的自冷却效果，避免液压油与舱体内壁或者活塞及其它部件持续地滑移摩擦接触，导致液压油温度升高，进而会引起内泄漏的增加，继续导致油温升高，周而复始，造成油液的黏度下降，继而引起内泄漏进一步增加，造成油温进一步升高，形成恶性循环；

3. 该一种精确控制式浮力调节装置，通过缓流组件上的橡胶塞将外部的冲击力传递至轴体并带动弹簧产生弹性形变，进而达到消耗水流能量的目的，进一步地提高装置整体在水中的稳定性。

附图说明

图1为本发明提供的一种精确控制式浮力调节装置的外部结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为本发明提供的一种精确控制式浮力调节装置的另一方案的外部结构示意图；

图4为图3的局部剖视图；

图5为图4所示Ⅰ-Ⅰ的放大图；

图6为图4所示第一活塞的结构示意图；

图7为水下专用插头的结构示意图。

图中：1、舱体；11、上端盖；12、水下专用插头；13、固定杆；14、固定板；15、电机座；16、电机；17、螺母；18、下端盖；19、丝杆；2、第一活塞；21、第二活塞；22、O形圈；23、隔板；24、第一通孔；25、位移传感器；26、半通槽；27、环槽；28、滑移组件；29、第一环体；210、第二环体；211、弯板；212、第二通孔；3、缓流组件；31、第三通孔；32、分隔基板；33、紧固件；34、加强杆；35、缓冲基套；36、橡胶塞；37、轴体；38、支杆；39、弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4和图6，本发明提供的一种实施例：

一种精确控制式浮力调节装置，包括，舱体1，舱体1具有圆筒状结构，舱体1的一端部设有上端盖11，舱体1的内腔中部设有第一活塞2，第一活塞2的一侧设有隔板23，隔板23的一侧设有第二活塞21，舱体1的另一端部设有下端盖18，隔板23设于第一活塞2和第二活塞21的中间，第二活塞21靠近下端盖18设置，上端盖11和所述下端盖18分别通过螺母17与舱体1固定连接；第二活塞21靠近下端盖18的一侧面设有位移传感器25；上端盖11的中部开孔设有水下专用插头12，水下专用插头12具有圆柱状结构，水下专用插头12的下方与上端盖11螺接；舱体1的内部设有固定板14，固定板14的一侧面通过固定杆13与上端盖11固定连接，固定板14的另一侧面上设有电机座15，电机座15上设有电机16，电机16的输出轴上设有丝杆19，丝杆19的另一端与第一活塞2固定连接；

电机16使用贯通式直线丝杆步进电机，电机16上的丝杆19可以在电机16中间来回移动，将丝杆19的旋转运动转换为直线运动，从而使用丝杆19的另一端推动第一活塞2产生位移，第一活塞2和第二活塞21中间充满了液压油，中间设有隔板23，隔板23起到限位的作用，当第一活塞2来回移动的时候，第二活塞21也会来回移动，从而改变了第二活塞21与下端盖18之间水体储存的体积，进而引起装置整体所受浮力的变化，第二活塞21上装有的位移传感器25，可以监测到第二活塞21的位移，从而可以精确的测量装置内部水体体积的变化量，水下专用插头12则可以保证装置在水下得到供电和信号控制。

请参阅图1-5，上端盖11和下端盖18的侧壁上设有O型圈22，第一活塞2和第二活塞21的侧壁上设有O型圈22；隔板23的中部开设有第一通孔24，下端盖18中部开设有第二通孔212；第一活塞2的侧面开设有环槽27，第一活塞2靠近隔板23的一底面上开设有半通槽26，环槽27内设有滑移组件28，滑移组件28具有第一环体29和第二环体210，第一环体29和第二环体210的外直径与舱体1的内直径相同，第一环体29和第二环体210之间设有弯板211；第二活塞21的侧面开设有环槽27，环槽27内设有第一环体29和第二环体210，第一环体29和第二环体210的外直径与舱体1的内直径相同，第一环体29和第二环体210之间设有弯板211；

上端盖11和下端盖18设有的O型圈22可以对装置内部实现密封，避免装置内部进水，造成设备短路，或者大量水气涌入装置内部，长此以往会对装置内部的金属部件造成腐蚀，降低装置内部件的使用寿命；第一活塞2和第二活塞21上设有的O型圈22能够在第一活塞2推动液压油的时候，有效地保证液压油整体产生位移，既能避免液压油残留在舱体1内壁上，导致液压油泄漏，对装置内部造成污染，又能够防止由于液压油体积的减少，导致第二活塞21的位移量发生偏差，对第二活塞21上位移传感器25的精确度造成影响；

第一活塞2上的O型圈22设置在第一活塞2的环槽27内，且靠近上端盖11，第二活塞21的O型圈22设置在第二活塞21的环槽27内，且靠近下端盖18；第一环体29、第二环体210之间的弯板211能够对第一活塞2和第二活塞21侧方形成多级密封，并且在实现密封的过程中可根据活塞移动方向在环槽27内实现轴向的滑移，避免第一、第二环体210侧面过度磨损；在第一板体、第二环体210滑移过程中其通过两者之间的弯板211与液压油进行接触，运动状态的液压油能够促使第一环体29、第二环体210围绕第一活塞2和第二活塞21的轴线形成旋转运动，来进一步降低第一环体29和第二环体210的磨损，从而保证有效密封；同时通过第一环体29、第二环体210的旋转运动带动环槽27内的液压油的位移，加强液压油自身的自冷却效果，避免液压油与舱体1内壁或者活塞及其它部件持续地滑移摩擦接触，导致液压油温度升高，进而会引起内泄漏的增加，继续导致油温升高，周而复始，造成油液的黏度下降，继而引起内泄漏进一步增加，造成油温进一步升高，形成恶性循环。

请参阅图3-4，下端盖18的一侧面设有缓流组件3，缓流组件3设于舱体1的外部，缓流组件3具有分隔基板32，分隔基板32上开设有第三通孔31，第三通孔31贯穿分隔基板32，第三通孔31与第二通孔212直径相同，分隔基板32通过紧固件33与下端盖18固定连接，分隔基板32上设有加强杆34，加强杆34的一端部固定连接有缓冲基套35；缓冲基套35具有中空的圆柱状结构，缓冲基套35内部设有轴体37，轴体37贯穿缓冲基套35的两对立侧壁，轴体37上设有支杆38，支杆38上卡设有弹簧39，轴体37的两端部各设有橡胶塞36；

缓流组件3能够实现对下端盖18的第二通孔212进行防护，避免异物通过第二通孔212进入到装置内部，影响单位时间内的排水量，会导致浮力调节不精准甚至失控的后果；在缓流组件3的作用下，当装置需要进水时，能够减缓进水速度，避免强大的水流对装置自身造成冲击；当在深水区工作时，面对外部的暗流，通过橡胶塞36以及弹簧39等部件的配合，也能够有助于降低水流的冲击力，并且能够通过橡胶塞36的分流效果，避免水流冲击对浮力调节精准度的影响，以及可以通过橡胶塞36将外部的冲击力传递至轴体37并带动弹簧39产生弹性形变，进而达到消耗水流能量的目的，进一步地提高装置整体在水中的稳定性；

工作原理：

将此浮力调节装置置于水中或者与其它设备进行绑定，随后通过水下专用插头12对舱体1内部进行供电和远程控制，通过使用贯通式直线丝杆步进电机控制丝杆19进行直线往复运动，来实现第一活塞2的直线往复运动；

第一活塞2向靠近上端盖11的方向运动时，则会带动第二活塞21实现相同方向的运动，此时舱体1内部下端盖18与第二活塞21之间的空间增大，使水流进入到舱体1内部，装置自身重力增加，当装置自身重力大于浮力时，则实现装置的下沉；

第一活塞2向远离上端盖11的方向运动时，则会带动第二活塞21实现相同方向的运动，此时舱体1内部下端盖18与第二活塞21之间的空间减小，使水流进入到舱体1内部，装置自身重力减小，当装置自身重力小于浮力时，则实现装置的上浮；

与此同时，通过第二活塞21上的位移传感器25可以通过计算装置内部进水或排水产生的重力变化，对该浮力调节装置上浮或下沉的速度或距离实现精确控制。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种精确控制式浮力调节装置，包括，舱体（1），其特征在于：所述舱体（1）具有圆筒状结构，所述舱体（1）的一端部设有上端盖（11），所述舱体（1）的内腔中部设有第一活塞（2），所述第一活塞（2）的一侧设有隔板（23），所述隔板（23）的中部开设有第一通孔（24），所述隔板（23）的一侧设有第二活塞（21），所述舱体（1）的另一端部设有下端盖（18），所述下端盖（18）中部开设有第二通孔（212），所述隔板（23）设于第一活塞（2）和第二活塞（21）的中间，所述第二活塞（21）靠近所述下端盖（18）设置，所述上端盖（11）和所述下端盖（18）分别通过螺母（17）与所述舱体（1）固定连接，所述下端盖（18）的一侧面设有缓流组件（3），所述缓流组件（3）设于所述舱体（1）的外部，所述缓流组件（3）具有分隔基板（32），所述分隔基板（32）上开设有第三通孔（31），所述第三通孔（31）贯穿所述分隔基板（32），所述第三通孔（31）与所述第二通孔（212）直径相同，所述分隔基板（32）通过紧固件（33）与所述下端盖（18）固定连接，所述分隔基板（32）上设有加强杆（34），所述加强杆（34）的一端部固定连接有缓冲基套（35），所述缓冲基套（35）具有中空的圆柱状结构，所述缓冲基套（35）内部设有轴体（37），所述轴体（37）贯穿所述缓冲基套（35）的两对立侧壁，所述轴体（37）上设有支杆（38），所述支杆（38）上卡设有弹簧（39），所述轴体（37）的两端部各设有橡胶塞（36）。

2.根据权利要求1所述的一种精确控制式浮力调节装置，其特征在于：所述上端盖（11）的中部开孔设有水下专用插头（12），所述水下专用插头（12）具有圆柱状结构，所述水下专用插头（12）的下方与所述上端盖（11）螺接。

3.根据权利要求1所述的一种精确控制式浮力调节装置，其特征在于：所述舱体（1）的内部设有固定板（14），所述固定板（14）的一侧面通过固定杆（13）与所述上端盖（11）固定连接，所述固定板（14）的另一侧面上设有电机座（15），所述电机座（15）上设有电机（16），所述电机（16）的输出轴上设有丝杆（19），所述丝杆（19）的另一端与所述第一活塞（2）固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种精确控制式浮力调节装置，其特征在于：所述上端盖（11）和所述下端盖（18）的侧壁上设有O型圈（22），所述第一活塞（2）和第二活塞（21）的侧壁上设有O型圈（22）。

5.根据权利要求1所述的一种精确控制式浮力调节装置，其特征在于：所述第二活塞（21）靠近下端盖（18）的一侧面设有位移传感器（25）。

6.根据权利要求1所述的一种精确控制式浮力调节装置，其特征在于：所述第一活塞（2）的侧面开设有环槽（27），所述第一活塞（2）靠近所述隔板（23）的一底面上开设有半通槽（26），所述环槽（27）内设有滑移组件（28），所述滑移组件（28）具有第一环体（29）和第二环体（210），所述第一环体（29）和所述第二环体（210）的外直径与所述舱体（1）的内直径相同，所述第一环体（29）和所述第二环体（210）之间设有弯板（211）。

7.根据权利要求1所述的一种精确控制式浮力调节装置，其特征在于：所述第二活塞（21）的侧面开设有环槽（27），所述环槽（27）内设有第一环体（29）和第二环体（210），所述第一环体（29）和所述第二环体（210）的外直径与所述舱体（1）的内直径相同，所述第一环体（29）和所述第二环体（210）之间设有弯板（211）。

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