CN115071928A - 一种内外膜片浮力调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内外膜片浮力调节装置。包括依次连接的透水油箱、液压控制模块和耐压舱体；透水油箱通过液压控制模块与耐压舱体进行同轴连通，且透水油箱的中心轴线与耐压舱体的中心轴线在同一直线上，使得液压油经液压控制模块在透水油箱和耐压舱体之间进行流通。通过控制直流伺服电机驱动双向柱塞泵运转且控制电磁截止阀的通断电实现外部膜片的伸缩，从而改变外部储油空间大小，进而调节装置浮力，整个装置结构紧凑，空间占用小且利用率很高，并能实现较高调节精度。
Description
技术领域
本发明涉及了水下机器人领域的一种浮力调节装置，尤其涉及一种内外膜片浮力调节装置。
背景技术
目前人类对于海洋的开发和认识仍是冰山一角，而探测海洋最常用的作业平台便是水下机器人，浮力调节装置作为水下机器人的核心部件之一，对控制水下机器人姿态、实现无动力浮潜起到了不可替代的作用，因此，设计一套可靠的、精准的浮力调节装置是必须要考虑的问题。
目前的浮力调节方案主要分为可调压载式和可变体积式，可调压载式浮力调节装置较为复杂，大多作为大深度载人潜水器浮力调节系统的首要选择；可变体积式浮力调节装置因其调节体积变化有限，调节精度较高，广泛应用于中小型水下设备的浮力调节系统中。
发明内容
为解决现有需求，本发明针对中小型水下设备提出一种内外膜片浮力调节装置，通过控制直流伺服电机驱动双向柱塞泵运转且控制电磁截止阀的通断电实现外部膜片的伸缩，从而改变外部储油空间大小，进而调节装置浮力，整个装置结构紧凑，空间占用小且利用率很高，并能实现较高调节精度。
本发明的技术方案是：
包括依次连接的透水油箱、液压控制模块和耐压舱体；所述透水油箱通过液压控制模块与耐压舱体进行连通，且透水油箱的中心轴线与耐压舱体的中心轴线在同一直线上，使得液压油经液压控制模块在透水油箱和耐压舱体之间进行流通。
所述液压控制模块包括液压阀块、直流伺服电机、联轴器、双向柱塞泵、流量计和测压接头；所述双向柱塞泵安装在液压阀块的一端，所述直流伺服电机的转动轴通过联轴器与双向柱塞泵传动连接，所述流量计安装在液压阀块的另一端，所述液压阀块的顶端面上设置有单向阀，所述单向阀的两端并联连接有电磁截止阀，所述液压阀块的另一端的端面设置有单向节流阀，所述测压接头固定安装在液压阀块上单向节流阀的附近，所述液压阀块的一个侧面开设有进油口，所述液压阀块的另一个侧面开设有出油口，所述液压阀块的进油口与耐压舱体连通，所述液压阀块的出油口与透水油箱连通；所述耐压舱体、双向柱塞泵与透水油箱通过液压阀块内部的油道相连通，使得液压油自耐压舱体流出后依次经过单向节流阀、双向柱塞泵、流量计和单向阀后流入透水油箱。
所述耐压舱体包括耐压舱筒体、舱体底板、上下抱箍、内部膜片、第一防堵头、管接头座和管接头；所述耐压舱筒体为一端开口的桶状回转件，所述耐压舱筒体开口的一端通过上下抱箍与舱体底板边缘封闭连接，形成密封腔，所述密封腔内设置有内部膜片，所述内部膜片的边缘嵌入舱体底板边缘处开设的凹槽内，所述内部膜片和舱体底板在耐压舱体内形成密闭的内部储油空间，所述耐压舱筒体的侧面间隔开设有多个通孔，所述耐压舱筒体开设的通孔旁均焊接有管接头座，所述管接头通过管接头座固定安装在耐压舱筒体上，且每个所述管接头均通过耐压舱筒体开设的通孔与耐压舱筒体的舱体内部进行连通，使得外部气源通过管接头流入耐压舱筒体的舱体内部；所述舱体底板上开设有进出油口，舱体底板的进出油口内侧安装有第一防堵头，舱体底板的进出油口在外侧与液压阀块的进油口相连通。
所述透水油箱包括油箱罩、外部膜片、油箱底板和第二防堵头；所述油箱罩主要由多孔圆板、多孔护圈和膜片压环依次同轴焊接而成，且多孔圆板、多孔护圈和膜片压环的中心轴线在同一直线上，所述油箱罩通过膜片压环与油箱底板紧密连接，形成透水油箱腔体，所述透水油箱腔体内设置有外部膜片，所述外部膜片的边缘嵌入油箱底板边缘处开设的凹槽内，所述外部膜片和油箱底板在透水油箱腔体内形成密闭的外部储油空间，所述油箱底板上开设有进出油口，油箱底板的进出油口内侧安装有第二防堵头，油箱底板的进出油口在外侧与液压阀块的出油口相连通。
所述外部膜片和内部膜片为相同型号的膜片，且材质均为丁腈橡胶。
所述多孔圆板和多孔护圈均开设有多个用于透水的通孔。
所述油箱底板和舱体底板均通过螺栓螺母与液压阀块固定连接。
所述液压阀块的进油口、出油口处均采用O型密封圈进行密封。
所述舱体底板和油箱底板上还均开设有一个螺纹孔。本发明的有益效果是：
1)本发明采用无管路设计，密封和连接更简单可靠，并且结构极为紧凑，压缩占用体积，空间利用率极高。
2)本发明预留测压接头，方便装置的调试与检修，且内外膜片安装简单，便于检查与更换。
3)耐压舱体预充有一定压力气体，确保双向柱塞泵在供油时不会出现吸空现象。
附图说明
图1为内外膜片浮力调节装置结构示意图；
图2为本发明耐压舱体内部结构示意图；
图3为本发明透水油箱内部结构示意图；
图4为本发明液压控制模块结构示意图；
图5为本发明液压油流动过程示意图。
图中所示：1.透水油箱；2.液压控制模块；3.耐压舱体；4.上下抱箍；5.内部膜片；6.管接头；7.管接头座；8.耐压舱筒体；9.第一防堵头；10.舱体底板；11.多孔圆板；12.多孔护圈；13.膜片压环；14.油箱底板；15.第二防堵头；16.直流伺服电机；17.联轴器；18.双向柱塞泵；19.液压阀块；20.进油口；21.流量计；22.单向节流阀；23.测压接头；24.电磁截止阀；25.单向阀。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
由图1所示，本装置包括依次连接的透水油箱1、液压控制模块2和耐压舱体3；透水油箱1通过液压控制模块2与耐压舱体3进行连通，且透水油箱1的中心轴线与耐压舱体3的中心轴线在同一直线上，使得液压油经液压控制模块2在透水油箱1和耐压舱体3之间进行流通。
由图4所示，液压控制模块2包括液压阀块19、直流伺服电机16、联轴器17、双向柱塞泵18、流量计21和测压接头23；双向柱塞泵18安装在液压阀块19的一端，直流伺服电机16的转动轴通过联轴器17与双向柱塞泵18传动连接，流量计21安装在液压阀块19的另一端，液压阀块19的顶端面上设置有单向阀25，单向阀25的两端并联连接有电磁截止阀24，液压阀块19的另一端的端面设置有单向节流阀22，通过液压阀块19内部的油道构成液压油的流通通道，测压接头23固定安装在液压阀块19上单向节流阀22的附近，用于连接测压装备进行装置的调试与检修。液压阀块19的一个侧面开设有进油口20，液压阀块19的另一个侧面开设有出油口，液压阀块19的进油口20与耐压舱体3连通，液压阀块19的出油口与透水油箱1连通；耐压舱体3、双向柱塞泵18与透水油箱1通过液压阀块19内部的油道相连通，使得液压油自耐压舱体3流出后依次经过单向节流阀22、双向柱塞泵18、流量计21和单向阀25后流入透水油箱1。
由图2所示，耐压舱体3包括耐压舱筒体8、舱体底板10、上下抱箍4、内部膜片5、第一防堵头9、管接头座7和管接头6；耐压舱筒体8为一端开口的桶状回转件，耐压舱筒体8开口的一端通过上下抱箍4与舱体底板10边缘封闭连接，形成密封腔，密封腔内设置有内部膜片5，内部膜片5的边缘嵌入舱体底板10边缘处开设的凹槽内，内部膜片5和舱体底板10在耐压舱体3内形成密闭的内部储油空间，密封方式为通过内部膜片5底部的轴向O型密封圈进行密封。耐压舱筒体8的侧面间隔开设有多个通孔，耐压舱筒体8开设的通孔旁均焊接有管接头座7，管接头6通过管接头座7固定安装在耐压舱筒体8上，且每个管接头6均通过耐压舱筒体8开设的通孔与耐压舱筒体8的舱体内部进行连通，使得外部气源通过管接头6流入耐压舱筒体8的舱体内部，用于为耐压舱筒体8充入气压为1-2bar的气体；舱体底板10上开设有进出油口，舱体底板10的进出油口内侧安装有第一防堵头9，舱体底板10的进出油口在外侧与液压阀块19的进油口20相连通。
由图3所示，透水油箱1包括油箱罩、外部膜片、油箱底板14和第二防堵头15；油箱罩主要由多孔圆板11、多孔护圈12和膜片压环13依次同轴焊接而成，且多孔圆板11、多孔护圈12和膜片压环13的中心轴线在同一直线上，油箱罩通过膜片压环13与油箱底板14紧密连接，形成能够透水的透水油箱腔体，透水油箱腔体内设置有外部膜片，外部膜片的边缘嵌入油箱底板14边缘处开设的凹槽内，外部膜片和油箱底板14在透水油箱腔体内形成密闭的外部储油空间，密封方式为通过外部膜片底部的轴向O型密封圈进行密封。油箱底板14上开设有进出油口，油箱底板14的进出油口内侧安装有第二防堵头15，油箱底板14的进出油口在外侧与液压阀块19的出油口相连通。通过伺服电机16调整双向柱塞泵18的运转方向且控制液压阀块19上电磁截止阀24的开闭，进而控制液压油在内部储油空间和外部储油空间之间相互流通，使外部膜片运动，改变外部储油空间的排水体积，进而控制水下设备的浮力大小。
优选的，外部膜片和内部膜片5为相同型号的膜片，且材质均为丁腈橡胶，可随液压油充排做直线往复运动而改变外部储油空间大小。
优选的，多孔圆板11和多孔护圈12均开设有多个用于透水的通孔。
优选的，油箱底板14和舱体底板10均通过螺栓螺母与液压阀块19固定连接。
优选的，液压阀块19的进油口20、出油口处均采用O型密封圈进行密封。
优选的，舱体底板10和油箱底板14上还均开设有一个螺纹孔，系统工作时将螺纹孔密封，当注油或检修时，通过该螺纹孔向内部储油空间和外部储油空间进行注油或排气。
如图5所示，当浮力调节装置需要增大浮力时，控制直流伺服电机16转动轴顺时针转动，驱动双向柱塞泵18顺时针方向旋转进行供油，过程中控制电磁截止阀24关闭，此时内部储油空间中的液压油依次经单向节流阀22、双向柱塞泵18、流量计21和单向阀25进入外部储油空间，外部膜片伸展，装置排水体积变大，浮力增加。在此过程中，单向节流阀22和单向阀25作用相同。
当浮力调节装置需要减小浮力时，电磁截止阀24开通，单向阀25不起作用，同时控制直流伺服电机16转动轴逆时针转动，驱动双向柱塞泵18逆时针方向旋转进行回油，此时外部储油空间中的液压油依次经电磁截止阀24、流量计21、双向柱塞泵18和单向节流阀22进入内部储油空间，外部膜片收缩，装置排水体积变小，浮力减小。在此过程中，单向节流阀22起节流作用，用以减小双向柱塞泵18进出油口的压差，改善双向柱塞泵18的泵油性能。
Claims (9)
1.一种内外膜片浮力调节装置，其特征在于：包括依次连接的透水油箱(1)、液压控制模块(2)和耐压舱体(3)；所述透水油箱(1)通过液压控制模块(2)与耐压舱体(3)进行连通，且透水油箱(1)的中心轴线与耐压舱体(3)的中心轴线在同一直线上，使得液压油经液压控制模块(2)在透水油箱(1)和耐压舱体(3)之间进行流通。
2.根据权利要求1所述的一种内外膜片浮力调节装置，其特征在于：所述液压控制模块(2)包括液压阀块(19)、直流伺服电机(16)、联轴器(17)、双向柱塞泵(18)、流量计(21)和测压接头(23)；所述双向柱塞泵(18)安装在液压阀块(19)的一端，所述直流伺服电机(16)的转动轴通过联轴器(17)与双向柱塞泵(18)传动连接，所述流量计(21)安装在液压阀块(19)的另一端，所述液压阀块(19)的顶端面上设置有单向阀(25)，所述单向阀(25)的两端并联连接有电磁截止阀(24)，所述液压阀块(19)的另一端的端面设置有单向节流阀(22)，所述测压接头(23)固定安装在液压阀块(19)上单向节流阀(22)的附近，所述液压阀块(19)的一个侧面开设有进油口(20)，所述液压阀块(19)的另一个侧面开设有出油口，所述液压阀块(19)的进油口(20)与耐压舱体(3)连通，所述液压阀块(19)的出油口与透水油箱(1)连通；所述耐压舱体(3)、双向柱塞泵(18)与透水油箱(1)通过液压阀块(19)内部的油道相连通，使得液压油自耐压舱体(3)流出后依次经过单向节流阀(22)、双向柱塞泵(18)、流量计(21)和单向阀(25)后流入透水油箱(1)。
3.根据权利要求2所述的一种内外膜片浮力调节装置，其特征在于：所述耐压舱体(3)包括耐压舱筒体(8)、舱体底板(10)、上下抱箍(4)、内部膜片(5)、第一防堵头(9)、管接头座(7)和管接头(6)；所述耐压舱筒体(8)为一端开口的桶状回转件，所述耐压舱筒体(8)开口的一端通过上下抱箍(4)与舱体底板(10)边缘封闭连接，形成密封腔，所述密封腔内设置有内部膜片(5)，所述内部膜片(5)的边缘嵌入舱体底板(10)边缘处开设的凹槽内，所述内部膜片(5)和舱体底板(10)在耐压舱体(3)内形成密闭的内部储油空间，所述耐压舱筒体(8)的侧面间隔开设有多个通孔，所述耐压舱筒体(8)开设的通孔旁均焊接有管接头座(7)，所述管接头(6)通过管接头座(7)固定安装在耐压舱筒体(8)上，且每个所述管接头(6)均通过耐压舱筒体(8)开设的通孔与耐压舱筒体(8)的舱体内部进行连通，使得外部气源通过管接头(6)流入耐压舱筒体(8)的舱体内部；所述舱体底板(10)上开设有进出油口，舱体底板(10)的进出油口内侧安装有第一防堵头(9)，舱体底板(10)的进出油口在外侧与液压阀块(19)的进油口(20)相连通。
4.根据权利要求3所述的一种内外膜片浮力调节装置，其特征在于：所述透水油箱(1)包括油箱罩、外部膜片、油箱底板(14)和第二防堵头(15)；所述油箱罩主要由多孔圆板(11)、多孔护圈(12)和膜片压环(13)依次同轴焊接而成，且多孔圆板(11)、多孔护圈(12)和膜片压环(13)的中心轴线在同一直线上，所述油箱罩通过膜片压环(13)与油箱底板(14)紧密连接，形成透水油箱腔体，所述透水油箱腔体内设置有外部膜片，所述外部膜片的边缘嵌入油箱底板(14)边缘处开设的凹槽内，所述外部膜片和油箱底板(14)在透水油箱腔体内形成密闭的外部储油空间，所述油箱底板(14)上开设有进出油口，油箱底板(14)的进出油口内侧安装有第二防堵头(15)，油箱底板(14)的进出油口在外侧与液压阀块(19)的出油口相连通。
5.根据权利要求4所述的一种内外膜片浮力调节装置，其特征在于：所述外部膜片和内部膜片(5)为相同型号的膜片，且材质均为丁腈橡胶。
6.根据权利要求4所述的一种内外膜片浮力调节装置，其特征在于：所述多孔圆板(11)和多孔护圈(12)均开设有多个用于透水的通孔。
7.根据权利要求4所述的一种内外膜片浮力调节装置，其特征在于：所述油箱底板(14)和舱体底板(10)均通过螺栓螺母与液压阀块(19)固定连接。
8.根据权利要求4所述的一种内外膜片浮力调节装置，其特征在于：所述液压阀块(19)的进油口(20)、出油口处均采用O型密封圈进行密封。
9.根据权利要求4所述的一种内外膜片浮力调节装置，其特征在于：所述舱体底板(10)和油箱底板(14)上还均开设有一个螺纹孔。
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