CN114919723A - 一种前置自主增压式水下浮力调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种前置自主增压式水下浮力调节系统，包括耐压壳，所述耐压壳的壳体内固定装有电机；所述电机的转轴与液压泵的传动轴固定连接，与所述液压泵出油口端连通的支路一通过二位四通换向阀的P口、A口与液控单向阀二的P1口连通，所述液控单向阀二的P2口通过输油管路与设置在耐压壳壳体外部的油囊连通；所述液压泵出油口连通的支路二通过二位四通换向阀的B口、T口与液控单向阀二的控制口K口连通，所述支路二的另一端与设置在耐压壳壳体内凸字形的异形油缸的大端、液压泵的吸油口及液控单向阀一的K口连通。本发明通过将油箱制成圆筒状、凸字形的异形油缸，实现异形油缸的自主增压，使泵入口压力一直在适当范围内。

Description

一种前置自主增压式水下浮力调节系统

技术领域

本发明涉及潜水器的技术领域，具体而言，尤其涉及一种前置自主增压式水下浮力调节系统。

背景技术

潜水器及其他水下设备是科学考察，军事探测的重要装备，这些设备需要在不同的深度展开工作，因此需要用到水下浮力调节系统。作为一种主要的水下浮力调节系统，油囊式浮力调节系统被广泛应用到潜水器中，它是通过油泵将潜水器内部油箱里的液压泵出到潜水器外部油囊中改变油囊体积，使整个潜水器设备体积增大而整个潜水器总质量不变，从而调节潜水器下潜深度。其内部油箱多为密闭油箱，当内油箱中的油液泵出到油囊中以提高浮力时，内油箱中油液压力减小，这会造成泵吸油困难甚至泵吸真空等问题。

针对以上问题现有预充压法、可压缩油箱气泵法、套筒缸活塞油箱法等

预充压法，此方法是在潜水器下水工作前，先对水下潜水器的内油箱进行预充压，以提高油液压力。但此方法只适用于小浮力调节量的系统，对于浮力调节量大的系统，由于要泵出的油液更多，预充压力也更高，这将导致泵的入口压力过高，进而影响泵的使用寿命，甚至会影响泵正常工作。

可压缩油箱气泵法，此方法采用可压缩油箱或含有活塞的油箱，利用气泵排出高压气体压缩油箱或推动油箱内活塞，从而提高油箱内压力。但此方法只适用于大型水下潜水器，需要有较大空间或气体源提供充足气体，且气泵需要单独的电机带动，气泵和电机需占用一定空间，且需耗费电力。

套筒缸活塞油箱法，该方法利用套筒式多级液压缸推动活塞。液压泵在向油囊泵油同时向油箱内的多级液压缸泵油，液压缸伸出推动活塞增加油箱压力。此方法的问题在于，其油箱需注入大量的液压油，以满足多级液压缸的工作，相应地用于调节浮力的液压油的量受到影响，液压油的有效利用率较低。

发明内容

针对现有的油囊式浮力调节系统需要的液压油油量多、液压油的利用率较低，液压泵的入口压力难以调节的技术问题，本发明通过将油箱制成一端大、一端小的呈凸字形的异形油缸，其大端与液压泵吸油口相连通，小端与液压泵的输油管引出的支管连通的方式增加液压泵的入口压力，实现异形油缸的自主增压，使液压泵可顺利地实现吸油、送油的一种前置自主增压式水下浮力调节系统。本发明采用的技术手段如下：包括耐压壳，所述耐压壳的壳体内固定装有由设置在潜水器内的控制器控制的电机；所述电机的转轴与液压泵的传动轴固定连接，与所述液压泵出油口端连通的支路一通过由控制器控制的二位四通换向阀的P口、A口与液控单向阀二的P1口连通，所述液控单向阀二的P2口通过输油管路与设置在耐压壳壳体外部的油囊连通；所述液压泵出油口连通的支路二通过二位四通换向阀的B口、T口与液控单向阀二的控制口K口连通，所述支路二的另一端与设置在耐压壳壳体内凸字形的异形油缸的大端、液压泵的吸油口及液控单向阀一的K口连通；所述液控单向阀一的K1口通过输油管路与注满液压油的异形油缸的大端连通、K2口通过输油管路与异形油缸小端连通。

进一步地，所述异形油缸大端内装有活塞二、小端内装有活塞一，所述活塞一和活塞二通过连接杆构成一体；所述液压泵出油端的支路一中设有与异形油缸小端连通的旁通管路，所述液压泵泵出的一部分液压油通过旁通管路推动活塞一向异形油缸大端移动，完成所述异形油缸的自增压动作。

进一步地，所述二位四通换向阀的T口端的输油管路中装有防止液压油回流过快时产生对异形油缸和液控单向阀一剧烈冲击的节流阀。

进一步地，所述支路二中装有与控制器电连接的可使电机实现内循环式轻载启动的电磁溢流阀。

进一步地，所述支路一与异形油缸小端连通的旁通管路中装有可使异形油缸出口压力维持在恒定值的减压阀。

进一步地，所述减压阀是与控制器电连接、可调控出口压力的比例减压阀。

进一步地，所述液压泵吸油端与异形油缸连通的输油管路中装有过滤器。

进一步地，所述异形油缸大端端面的内壁上装有可感知异形油缸大端内压力的与控制器电连接的压力传感器和可防止活塞二压坏压力传感器的限位柱一。

进一步地，所述异形油缸小端的内壁上装有与控制器电连接的位移传感器和可防止活塞一压坏位移传感器的限位柱二。

进一步地，所述异形油缸为一大、一小两个圆筒状的壳体通过焊接贯通在一起构成一端大、一端小的凸字形异形油缸，所述活塞一和活塞二是圆盘状的。

本发明具有以下优点：

1、相较于现有气泵方法，本发明通过将贮存液压油的油箱制成圆筒状、其横截面为凸字形的异形油缸，其大端与液压泵的吸油口连通，小端与液压泵的出油口的旁通管路连通，实现油缸的自主增压，结构简单，增压效果好；相较于现有的预充压方法，本发明可使泵入口压力一直在适当范围内，不会使泵工作在过高或过低的压力下，能够有效提高泵的适用寿命，且油缸内的内压可控，可用于玻璃耐压罩式浮力调节系统。

2、在液压泵和油囊的输油管路中装有的液控单向阀，可有效减少潜水器悬浮阶段油液泄漏量。

3、在液压泵的出油口和异形油缸小端的旁通输油管路中装有减压阀，可有效控制增压压力，防止异形油缸压力过高将油液压出异形油缸甚至影响液压泵的正常工作。

4、基于增压器原理逆用设计的异形油缸，可使系统在向油囊排油增大浮力的同时完成异形油缸的自增压，且相较于现有的伸缩缸式油箱，本发明用于增压的流量更少可使更多油液用于增大浮力，系统效率更高；

5、在异形油缸大端和小端的连通管路中装有的液控单向阀一，利用系统回油压力反向打开液控单向阀一，使异形油缸自动泄压，使增压用的活塞自动回到初始位置。

6、在油囊与异形油缸的回油管路中装有节流阀，可调节系统回油速度，缓解回流油液对异形油缸的冲击。

7、利用装在异形油缸内小端进出油口处箱壁内侧的直线位移传感器可测量出两个活塞移动的距离，通过计算即可得出液压泵泵出的油量，易于实现高精度控制。

基于上述理由，本发明可以在潜水器的领域中广泛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A处的放大图。

图中：1、液控单向阀一；2、减压阀；3、电机；4、液压泵；5、油囊；6、液控单向阀二；7、二位四通换向阀；8、节流阀；9、电磁溢流阀；10、过滤器；11、异形油缸；11.1、活塞一；11.2、活塞二；12、限位柱一；13、压力传感器；14、耐压壳；15、限位柱二；16、位移传感器；16.1、探测杆；17、支路一；18、支路二。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种前置自主增压式水下浮力调节系统，如图1所示，包括耐压壳14，在耐压壳14的壳体内固定装有电机3，电机3由设置在潜水器内的控制器控制；电机3的转轴与液压泵4的传动轴固定连接，液压泵4出油口端的支路一17与控制器控制的二位四通换向阀7的P口连通，二位四通换向阀7的A口与液控单向阀二6的P1口连通，液控单向阀二6的P2口通过输油管路与设置在耐压壳14壳体外部的油囊5连通；与液压泵4出油口连通的支路二18与二位四通换向阀7的T口连通，二位四通换向阀7的B口与液控单向阀二6的控制口K口连通，支路二18的另一端与设置在耐压壳14壳体内凸字形的异形油缸11的大端、液压泵4的吸油口及液控单向阀一1的K口连通；液控单向阀一1的K1口通过输油管路与异形油缸11的大端的端面连通、K2口通过输油管路与异形油缸11小端的端面连通。

异形油缸11大端内装有活塞二11.2、小端内装有活塞一11.1，活塞一11.1和活塞二11.2通过连接杆构成一体，油腔内中注满液压油。

所述液压泵4出油端的支路一17中设有与异形油缸11小端连通的旁通管路，从液压泵4泵出的一部分液压油通过旁通管路推动活塞一11.1向异形油缸11大端移动，完成异形油缸11的自增压动作，使液压泵4的入口压力始终处于允许范围。

液控单向阀一1的作用是：当控制口K口无压力时，油液只能由K1口流向K2口；当控制口K口有压力油输入时，液控单向阀一1反向打开，油液可由K2口流向K1口。

液控单向阀二6的作用是：当控制口K口无压力时，油液只能由P1口流向P2口；当控制口K口有压力油输入时，液控单向阀二6反向打开，油液可由P2口留向P1口。

作为一种优选的实施方式，所述二位四通换向阀7的T口端的输油管路中装有节流阀8，通过节流阀8的调节，以避免外界压力过大时，液压油回流过快产生对异形油缸11和液控单向阀一1剧烈的冲击。

作为一种优选的实施方式，所述支路二18中装有与控制器电连接的电磁溢流阀9；在控制器的控制下，当电机3启动的同时溢流阀9打开，因为从电磁溢流阀9到异形油缸11的管路压力远小于从液压泵4到油囊5的管道压力，因此液压泵4从异形油缸11吸油、泵出的液压油会从电磁溢流阀9流再向异形油缸11，实现内循环式的轻载启动；当电机3的转速达到额定转速后，关闭电磁溢流阀9，液压泵4开始向油囊5泵油。

作为一种优选的实施方式，所述支路一17与异形油缸11小端连通的旁通管路中可加装减压阀2，通过设定减压阀2开度的大小调节小端活塞一11.1的压力，减压阀2可使其出口压力维持在恒定值，确保小端的压力不致于过高的同时还能保证大端油液的顺利压出。减压阀2可以用普通减压阀或比例减压阀；普通减压阀造价低廉适用范围广；比例减压阀与控制器电连接，通过控制器控制比例减压阀的出口压力，控制压力控制的更为精准，但成本较高；在本实施例中使用的是普通减压阀。

作为一种优选的实施方式，所述液压泵4吸油端与异形油缸11连通的输油管路中装有过滤器10。

作为一种优选的实施方式，所述异形油缸11大端端面的内壁上装有可感知异形油缸11大端内压力的压力传感器13，压力传感器13将测得的压力值传送到控制器，通过控制器控制减压阀2开度的大小调节小端活塞一11.1的压力，进而调节大端的内压，以保证液压泵4吸油口端的压力在一定范围内，压力传感器13的旁边的内壁上装有可防止活塞二11.2压坏压力传感器13的限位柱一12；如图2所示，所述异形油缸11小端的内壁上装有与控制器电连接的位移传感器16，位移传感器16的旁边的内壁上装有可防止活塞一11.1压坏位移传感器16的限位柱二15，位移传感器16上的可伸缩的探测杆16.1的端部抵接在活塞一11.1的端面，并可随活塞一11.1的移动而移动。

作为一种优选的实施方式，所述异形油缸11为一大、一小两个圆筒状的壳体通过焊接贯通在一起构成一端大、一端小的凸字形异形油缸11，相应地活塞一11.1和活塞二11.2是圆盘状的，圆盘状的活塞和圆筒状的异形油缸11接触的会更为紧密，在两个活塞做直线移动时推动液压油的效果更好。

本发明的具体工作过程如下：

当水潜水器需要上浮到指定位置时，安装在潜水器内的控制器计算出上浮到该位置所需排出油量记为预调量一。启动电机3，在电机3的驱动下，液压泵4向外输出油液，二位四通换向阀7左位工作，此时活塞一11.1处于异形油缸11最左端。油液分为两路，一路油液经二位四通换向阀7及液控单向阀二6流入油囊5，油囊5体积增大，潜水器浮力增大。另一路油液经减压阀2后降低到一定压力进入异形油缸11的小端，推动活塞一11.1向异形油缸11大端移动完成异形油缸11的自增压动作，使液压泵4入口压力始终处于允许范围。直至直线位移传感器16反馈的位移xπ(R²-r²)＝预调量一(X＝活塞一11.1的移动距离、R＝异形油缸11大端半径，r＝异形油缸11小端半径)，控制器发出信号电机3停止工作。

当潜水器需要下潜到指定位置时，控制器计算出下潜到该位置所需回油量记为预调量二。启动电机3，在电机3的驱动下，液压泵4向外输出流量，控制器输出信号二位四通换向阀7换向，换向阀右位接入回路。油液经二位四通换向阀7流入液控单向阀二6的控制口K口，液控单向阀二6反向打开。油囊5内油液在外部海水压力作用下经过液控单向阀二6的P1口，二位四通换向阀7的A口、T口、节流阀8流入异形油缸11大端，同时进入液控单向阀一1的K口，液控单向阀一1反向打开。在具有回流油液压力作用下，活塞二11.2向异形油缸11小端移动，异形油缸11小端内油液经反向打开的液控单向阀一1流入异形油缸11大端。直至直线位移传感器16反馈的位移xπ(R²-r²)＝预调量二，控制器发出信号电机3停止工作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：包括耐压壳(14)，所述耐压壳(14)的壳体内固定装有由设置在潜水器内的控制器控制的电机(3)；所述电机(3)的转轴与液压泵(4)的传动轴固定连接，与所述液压泵(4)出油口端连通的支路一(17)通过由控制器控制的二位四通换向阀(7)的P口、A口与液控单向阀二(6)的P1口连通，所述液控单向阀二(6)的P2口通过输油管路与设置在耐压壳(14)壳体外部的油囊(5)连通；所述液压泵(4)出油口连通的支路二(18)通过二位四通换向阀(7)的B口、T口与液控单向阀二(6)的控制口K口连通，所述支路二(18)的另一端与设置在耐压壳(14)壳体内凸字形的注满液压油的异形油缸(11)的大端、液压泵(4)的吸油口及液控单向阀一(1)的K口连通；所述液控单向阀一(1)的K1口通过输油管路与的异形油缸(11)的大端连通、K2口通过输油管路与异形油缸(11)小端连通。

2.一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：所述异形油缸(11)大端内装有活塞二(11.2)、小端内装有活塞一(11.1)，所述活塞一(11.1)和活塞二(11.2)通过连接杆构成一体；所述液压泵(4)出油端的支路一(17)中设有与异形油缸(11)小端连通的旁通管路，所述液压泵(4)泵出的一部分液压油通过旁通管路推动活塞一(11.1)向异形油缸(11)大端移动，完成所述异形油缸(11)的自增压动作。

3.根据权利要求1所述一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：所述二位四通换向阀(7)的T口端的输油管路中装有防止液压油回流过快时产生对异形油缸(11)和液控单向阀一(1)剧烈冲击的节流阀(8)。

4.根据权利要求1所述一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：所述支路二(18)中装有与控制器电连接的可使电机(3)实现内循环式轻载启动的电磁溢流阀(9)。

5.根据权利要求2所述一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：所述支路一(17)与异形油缸(11)小端连通的旁通管路中装有可使异形油缸(11)出口压力维持在恒定值的减压阀(2)。

6.根据权利要求5所述一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：所述减压阀(2)是与控制器电连接、可调控出口压力的比例减压阀。

7.根据权利要求1所述一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：所述液压泵(4)吸油端与异形油缸(11)连通的输油管路中装有过滤器(10)。

8.根据权利要求1所述一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：所述异形油缸(11)大端端面的内壁上装有可感知异形油缸(11)大端内压力的与控制器电连接的压力传感器(13)和可防止活塞二(11.2)压坏压力传感器(13)的限位柱一(12)。

9.根据权利要求1所述一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：所述异形油缸(11)小端的内壁上装有与控制器电连接的位移传感器(16)和可防止活塞一(11.1)压坏位移传感器(16)的限位柱二(15)。

10.根据权利要求2所述一种前置自主增压式水下浮力调节系统，其特征在于：所述异形油缸(11)为一大、一小两个圆筒状的壳体通过焊接贯通在一起构成一端大、一端小的凸字形异形油缸(11)，所述活塞一(11.1)和活塞二(11.2)是圆盘状的。

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