CN203581366U - 用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自治水下航行器的配套设备，具体地说是一种用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，包括载体外壳、大端缸体、大端缸活塞、小端缸体、小端活塞杆、连接板、驱动器、电机、液压泵、内油箱和液压控制阀体，大、小端缸体相互连接，大端缸体与海水相通，小端缸体内的小端活塞杆与大端缸体内的大端缸活塞相连接；电机、液压泵、液压控制阀体、内油箱及驱动器分别安装在连接板上，液压泵分别与内油箱及液压控制阀体相连通，液压控制阀体与小端活塞杆两侧的小端缸体相连通，进入小端缸体内的液压油推动小端活塞杆带动大端缸活塞伸缩，大端缸体的一端随着大端缸活塞的伸缩吸入或排出海水。本实用新型具有体积小、质量轻、测量精确等优点。

Description

用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置

技术领域

本实用新型涉及自治水下航行器的配套设备，具体地说是一种用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置。

背景技术

自治水下航行器是一种依靠自身携带能源进行自主航行的水下平台，具有重要的应用价值。自治水下航行器在水下航行时会受到各种诸如海水深度、海水温度、海水盐度、季节、海域等因素的影响，而使航行器的浮力发生变化导致浮力和重力不平衡。此时需要设计一种用来调节浮力与重力平衡的装置，即浮力调节装置，它可以实现自治水下航行器在不同水域和不同深度航行时的自动配平，从而实现不同航行水域自适应调节、航行姿态辅助调节、航行器定深悬浮调节、安全上浮一系列功能。

目前的浮力调节装置因其结构复杂、部件较多，占用空间大，而且自重也很大，对自治水下航行器的水下航行造成了影响。

实用新型内容

为了克服现有浮力调节装置占用空间大、质量重，测量精度低等缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置。该模块化浮力调节装置为液压系统通过驱动小端活塞杆往复运动，从而带动大端缸活塞的运动，最终大端缸活塞实现吸排海水，实现重浮力的变化，进而实现自治水下航行器的整体浮力调节。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括载体外壳及分别安装于该载体外壳内的大端缸体、大端缸活塞、小端缸体、小端活塞杆、连接板、驱动器、电机、液压泵、内油箱和液压控制阀体，其中大端缸体的一端与海水相通，所述小端缸体的一端通过连接板安装在大端缸体的另一端，所述小端缸体内的小端活塞杆与大端缸体内的大端缸活塞相连接；所述电机、液压泵、液压控制阀体、内油箱及驱动器分别安装在连接板上，该电机与驱动器电连接、驱动所述液压泵工作，所述液压泵分别通过油管与内油箱及液压控制阀体相连通，该液压控制阀体通过油管分别与所述小端活塞杆两侧的小端缸体相连通，进入小端缸体内的液压油推动所述小端活塞杆带动大端缸活塞伸缩，所述大端缸体的一端随着大端缸活塞的伸缩吸入或排出海水，实现所述自治水下航行器重量的增加或减小，进而实现浮力调节。

其中：所述大端缸活塞的一端边缘设有大端活塞活动密封头，该大端活塞活动密封头与大端缸体的内侧壁之间通过O形密封圈实现活塞密封，所述大端缸活塞的另一端与小端活塞杆螺纹连接；所述大端活塞活动密封头与大端缸体的内侧壁之间设有大油缸内衬，该大油缸内衬的一端通过大端法兰固定在所述大端缸体的一端，所述大油缸内衬的另一端安装在大端缸体的底面；所述大端法兰上设有铰接式接头，该铰接式接头通过油管与安装在载体外壳上的吸排海水装置相连通；海水通过所述吸排海水装置进入大端缸体中，所述吸排海水装置包括进口过滤座体、过滤块、中过滤板及外过滤板，该进口过滤座体安装在所述载体外壳上，所述过滤块、中过滤板及外过滤板依次由内而外地安装在进口过滤座体内；所述进口过滤座体通过铰接式接头与油管相连；

所述小端缸体的另一端连接有小缸法兰，该小缸法兰及小端缸体内容置有测量吸排海水量的位置传感器；所述小缸法兰上安装有管路过滤器支撑架，该管路过滤器支撑架上设有管路过滤器，所述管路过滤器的两端分别通过铰接式接头及油管与液压泵、液压控制阀体相连通；所述液压控制阀体包括液控单向阀、单向阀、溢流阀、节流阀、三位四通阀及压力传感器，该单向阀及溢流阀并联于管路过滤器与三位四通阀之间，所述三位四通阀控制液压油向小端缸体油口的流向，在三位四通阀与小端活塞杆两侧油口的油路上分别设有液控单向阀，其中与小端活塞杆远离大端缸活塞一侧油口的油路上还设有节流阀；

所述大端缸体上安装有底座，该底座的外侧设有凸台，所述凸台卡在所述载体外壳内壁设置的凹槽内，所述底座的内侧设有支撑所述连接板的连接块；在底座上还安装有防止凸台与所述凹槽相对滑动的压紧块；所述底座上安装有底部漏水传感器固定板，该底部漏水传感器固定板上通过底部漏水传感器垫块、基座安装有检测所述浮力调节装置是否漏水的电极

所述连接板上安装有减速箱壳体，该减速箱壳体上设有液压系统减速箱，所述液压系统减速箱与减速箱壳体构成了一个空腔；所述液压泵通过液压泵连接法兰安装在液压系统减速箱上，电机固定在所述液压系统减速箱上，所述空腔内装配有将电机和液压泵连接在一起的液压泵齿轮及电机齿轮。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型采用模块化结构，整体构架是圆柱形的大端缸体和小端缸体装配在一个圆柱形的载体外壳内部，采用液压系统驱动小端缸体内的小端活塞杆运动，小端活塞杆再驱动大端缸活塞运动，大端缸活塞的运动形成吸排海水效果，从而改变自治水下航行器的重浮力实现浮力调节，从而使整个系统结构紧凑、占用空间更小。

2.本实用新型在综合了质量轻、体积小的特征情况下，使用了位置传感器精确测量活塞运动的位移，通过位移计算出吸排海水的量，从而计算调节的浮力大小；该方式由于可精确测量活塞缸的位移，可实现浮力调节的精确测量。

3.本实用新型的液压系统在高压小流量工况下工作，一方面可提高整个液压系统的效率，另一方面缩小了液压系统的整体体积。

4.本实用新型液压系统工作在油液介质条件下，完全吸排海水浮力调节方案具有更高的可靠性，且液压系统工作压力高、流量小，较完全吸排油系统结构更紧凑。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型内部立体结构示意图之一（拿掉了载体外壳）；

图3为本实用新型内部立体结构示意图之二（拿掉了载体外壳）；

图4为本实用新型的结构剖面图（拿掉了载体外壳）；

图5为本实用新型的液压系统原理示意图；

其中：1为大端缸体，2为螺母，3为垫片，4为大油缸内衬，5为螺钉，6为大端法兰，7为大端缸活塞，8为大端活塞活动密封头，9为铰链式接头，10为油管，11为进口过滤座体，12为过滤快，13为中过滤板，14为外过滤板，15为控制系统盒，16为连接板，17为驱动器，18为压紧块，19为压力传感器，20为小端缸体，21为液控单向阀，22为单向阀，23为小缸法兰，24为小端活塞杆，25为管路过滤器支撑架，26为管路过滤器，27为密封连接器，28为调试口压盖，29为内油箱，30为内油箱座，31为直端式接头，32为液压泵，33为底座，34为连接块，35为液压泵连接法兰，36为液压系统减速箱，37为减速箱壳体，38为位置传感器，39为溢流阀，40为节流阀，41为三位四通阀，42为电机，43为底部漏水传感器固定板，44为底部漏水传感器垫块，45为基座，46为电极，47为O形密封圈，48为液压控制阀体，49为载体外壳，50为凸台。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1～4所示，本实用新型包括载体外壳49及分别安装于该载体外壳9内的大端缸体1、大端缸活塞7、小端缸体20、小端活塞杆24、连接板16、驱动器17、电机42、液压泵32、内油箱29和液压控制阀体48，其中载体外壳49是整个浮力调节装置的耐压外壳，载体外壳49内的内部结构系统通过凸台和凹槽的镶嵌固定在一起；在载体外壳49上对称设置了一个调试装置及一个吸排海水装置，该调试装置包括密封连接器27及调试口压盖28，密封连接器27与载体外壳49密封连接，调试口压盖28密封安装在密封连接器27上。吸排海水装置包括进口过滤座体11、过滤块12、中过滤板13、外过滤板14及O形密封圈47，进口过滤座体11安装在载体外壳49上，过滤块12、中过滤板13及外过滤板14依次由内而外地安装在进口过滤座体11内；吸排海水装置采用多层过滤，防止杂质进入缸体内部堵塞活塞运动。

大端缸体1的一端通过螺钉5固接有大端法兰6，该大端法兰6上设有一个铰接式接头9，该铰接式接头9与油管10的一端相连，油管10的另一端通过铰接式接头9与进口过滤座体11连接；海水通过吸排海水装置过滤后经油管10进入到大端缸体1内。大端缸体1内设有往复移动的大端缸活塞7，该大端缸活塞7的一端边缘设有大端活塞活动密封头8，大端活塞活动密封头8与大端缸体1的内侧壁之间通过O形密封圈实现活塞密封。因大端缸体1的一端与海水相通，故在大端缸体1内部加了一层防腐蚀的大油缸内衬4、可有效减小活塞和缸体之间的摩擦力以及减小海水的腐蚀作用，磨损和腐蚀后可方便更换；大油缸内衬4位于大端活塞活动密封头8与大端缸体1的内侧壁之间，大油缸内衬4的一端通过大端法兰6固定在大端缸体1的一端，大油缸内衬4的另一端固定在大端缸体1的底面。

小端缸体20与大端缸体1的另一端通过连接板16连接，中间使用了一个垫片；小端缸体20的另一端通过螺钉5固接有小缸法兰23，小端缸体20内部装配一个测量吸排海水量的位置传感器38，该位置传感器38的一端伸入到小端缸体20内部，另外一端固定在小缸法兰23内部；本实用新型的位置传感器38为市购产品，购置于上海风意机电设备有限公司，型号为MHC0076MS02A10，该位置传感器38包含测量杆、磁环、非导磁垫等零件，通过活塞移动在位置传感器38上读出缸内液压油的变化量，进而计算出调节的浮力大小。小端缸20内设有可往复移动的小端活塞杆24，该小端活塞杆24与大端缸活塞7的另一端螺纹连接。

小缸法兰23上面装配了一个管路过滤器支撑架25，该管路过滤器支撑架25和管路过滤器压块、管路过滤器压盖共同支撑管路过滤器26。

本实用新型的电机42、液压泵32、液压控制阀体48、内油箱29、控制系统盒15及驱动器17分别安装在连接板16上，其中电机42、液压泵32及内油箱29安装在连接板16的一侧，液压控制阀体48通过螺钉5固定在连接板16的另一侧，驱动器17位于连接板16的中间，控制系统盒15安装在连接板16的底面。连接板16上固定有减速箱壳体37，该减速箱壳体37上设有液压系统减速箱36，液压系统减速箱36与减速箱壳体37构成了一个空腔；液压泵32通过液压泵连接法兰35固定在液压系统减速箱36上，电机42通过螺钉5固定在液压系统减速箱36上，空腔内装配有将电机42和液压泵32连接在一起的液压泵齿轮及电机齿轮。电机42与驱动器17电连接，电源与驱动17连接，由驱动器17驱动控制电机42（伺服电机），进而驱动液压泵32工作。大端缸体1上固接有底座33，该底座33的外侧设有凸台50，凸台50卡在载体外壳49内壁设置的凹槽内，这样就把整个内部结构系统都固定在载体外壳49的内部，为防止内部结构系统在载体外壳2内滑动，在底座33上还安装了压紧块18。底座33的内侧设有支撑连接板16的连接块34。内油箱29安装在连接板16上，内油箱座30与内油箱29构成的空腔内安装了一个油囊，液压泵32通过直端式接头31及油管10与内油箱29内的油囊相连；根据液压系统原理布置管路，使用了多个铰链式接头9、直端式接头31和油管10。底座33上安装有底部漏水传感器固定板43，该底部漏水传感器固定板43上面装配了底部漏水传感器垫块44，一个基座45和两个电极46来检测整个浮力调节装置是否有漏水现象。

液压控制阀体48采用插装阀式，液控单向阀21、单向阀22、溢流阀39、节流阀40、三位四通阀41及压力传感器19分别装配在该液压控制阀体48上。液压泵32通过铰接式接头9、油管10与管路过滤器26相连，单向阀22及溢流阀39并联于管路过滤器26与三位四通阀41之间，三位四通阀41控制液压油向小端缸体20油口的流向，在三位四通阀41与小端活塞杆24两侧油口的油路上分别设有液控单向阀21，其中与小端活塞杆24远离大端缸活塞7一侧油口的油路上还设有节流阀40。通过控制电机42的转速可控制液压油的流量，从而空控制小端活塞杆24的运动速度，最终达到控制浮力调节速度的目的；通过采用两个液控单向阀21构成液压锁，从而防止大端缸活塞7在外压作用下的运动。小端活塞杆24靠近大端缸活塞7一侧的油口通过油管10、直端式接头31与内油箱29内的油囊相连。

本实用新型的工作原理为：

如图5所示，当需要增加系统浮力时要使大端缸体1向外排出海水，电机42驱动液压泵32从油囊内吸油，经管路过滤器26过滤，液压油经过单向阀22；当三位四通阀41右侧线圈通电，则三位四通阀41的右位接入油路，液压油通过左侧的液控单向阀21后、经过节流阀40后由小端活塞杆24的左侧进入小端缸体20，小端活塞杆24右侧小端缸体20内的液压油依次经右侧液控单向阀21、三位四通阀41回到内油箱29内的油囊中。此时，液压油驱动小端活塞杆向右运动，并推动大端缸活塞7向右移动，通过大端缸活塞7的运动，把大端缸体1的海水排出大端缸体1。自治水下航行器由于重量的减小而浮力增加，浮力增加量和排出大端缸体1内的海水量相同。

反之，当需要减小系统的浮力时，需要向大端缸体1内吸入海水。此时三位四通阀41左侧线圈通电，则液压油通过小端活塞杆24的右侧进入小端缸体20，小端活塞杆24左侧小端缸体20内的油液依次经节流阀40、左侧液控单向阀21、三位四通阀41回到内油箱29内的油囊中。液压油驱动小端活塞杆24向左运动，并带动大端缸活塞7向左移动，通过大端缸活塞7的运动，把海水通过吸排海水装置吸入大端缸体1，自治水下航行器由于重量的增加而浮力减小。

在活塞杆运动过程中，小端缸体20及小缸法兰23内部的位置传感器3可以测量活塞杆的运动位移，从而计算出大端缸体1的吸排海水量，即浮力调节量。当重浮力调节合适时，要把三位四通阀41的两个线圈都断电，此时处于阀体中位，在液控单向阀21的作用下，此时小端缸体20进出口的油路被完全封死，小端活塞杆24可保持调节后的位置不变，这样大端缸体1的大端缸活塞7位置也保持不变，此时的浮力就会保持不变。本实用新型的各控制阀、驱动器17分别通过控制系统盒15（现有技术）控制。

本实用新型适合于需要进行浮力调节的大航程和大潜深水下航行器，可实现浮力调节系统的结构紧凑、效率高、调节精度高等特点。

Claims (10)

1.一种用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：包括载体外壳（49）及分别安装于该载体外壳（9）内的大端缸体（1）、大端缸活塞（7）、小端缸体（20）、小端活塞杆（24）、连接板（16）、驱动器（17）、电机（42）、液压泵（32）、内油箱（29）和液压控制阀体（48），其中大端缸体（1）的一端与海水相通，所述小端缸体（20）的一端通过连接板（16）安装在大端缸体（1）的另一端，所述小端缸体（20）内的小端活塞杆（24）与大端缸体（1）内的大端缸活塞（7）相连接；所述电机（42）、液压泵（32）、液压控制阀体（48）、内油箱（29）及驱动器（17）分别安装在连接板（16）上，该电机（42）与驱动器（17）电连接、驱动所述液压泵（32）工作，所述液压泵（32）分别通过油管（10）与内油箱（29）及液压控制阀体（48）相连通，该液压控制阀体（48）通过油管（10）分别与所述小端活塞杆（24）两侧的小端缸体（20）相连通，进入小端缸体（20）内的液压油推动所述小端活塞杆（24）带动大端缸活塞（7）伸缩，所述大端缸体（1）的一端随着大端缸活塞（7）的伸缩吸入或排出海水，实现所述自治水下航行器重量的增加或减小，进而实现浮力调节。

2.按权利要求1所述用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：所述大端缸活塞（7）的一端边缘设有大端活塞活动密封头（8），该大端活塞活动密封头（8）与大端缸体（1）的内侧壁之间通过O形密封圈实现活塞密封，所述大端缸活塞（7）的另一端与小端活塞杆（24）螺纹连接。

3.按权利要求2所述用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：所述大端活塞活动密封头（8）与大端缸体（1）的内侧壁之间设有大油缸内衬（4），该大油缸内衬（4）的一端通过大端法兰（6）固定在所述大端缸体（1）的一端，所述大油缸内衬（4）的另一端安装在大端缸体（1）的底面；所述大端法兰（6）上设有铰接式接头（9），该铰接式接头（9）通过油管（10）与安装在载体外壳（49）上的吸排海水装置相连通。

4.按权利要求3所述用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：海水通过所述吸排海水装置进入大端缸体（1）中，所述吸排海水装置包括进口过滤座体（11）、过滤块（12）、中过滤板（13）及外过滤板（14），该进口过滤座体（11）安装在所述载体外壳（49）上，所述过滤块（12）、中过滤板（13）及外过滤板（14）依次由内而外地安装在进口过滤座体（11）内；所述进口过滤座体（11）通过铰接式接头（9）与油管（10）相连。

5.按权利要求1所述用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：所述小端缸体（20）的另一端连接有小缸法兰（23），该小缸法兰（23）及小端缸体（20）内容置有测量吸排海水量的位置传感器（38）。

6.按权利要求5所述用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：所述小缸法兰（23）上安装有管路过滤器支撑架（25），该管路过滤器支撑架（25）上设有管路过滤器（26），所述管路过滤器（26）的两端分别通过铰接式接头（9）及油管（10）与液压泵（32）、液压控制阀体（48）相连通。

7.按权利要求1或6所述用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：所述液压控制阀体（48）包括液控单向阀（21）、单向阀（22）、溢流阀（39）、节流阀（40）、三位四通阀（41）及压力传感器（19），该单向阀（22）及溢流阀（39）并联于管路过滤器（26）与三位四通阀（41）之间，所述三位四通阀（41）控制液压油向小端缸体（20）油口的流向，在三位四通阀（41）与小端活塞杆（24）两侧油口的油路上分别设有液控单向阀（21），其中与小端活塞杆（24）远离大端缸活塞（7）一侧油口的油路上还设有节流阀（40）。

8.按权利要求1所述用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：所述大端缸体（1）上安装有底座（33），该底座（33）的外侧设有凸台（50），所述凸台（50）卡在所述载体外壳（49）内壁设置的凹槽内，所述底座（33）的内侧设有支撑所述连接板（16）的连接块（34）；在底座（33）上还安装有防止凸台（50）与所述凹槽相对滑动的压紧块（18）。

9.按权利要求8所述用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：所述底座（33）上安装有底部漏水传感器固定板（43），该底部漏水传感器固定板（43）上通过底部漏水传感器垫块（44）、基座（45）安装有检测所述浮力调节装置是否漏水的电极（46）。

10.按权利要求1所述用于自治水下航行器的模块化浮力调节装置，其特征在于：所述连接板（16）上安装有减速箱壳体（37），该减速箱壳体（37）上设有液压系统减速箱（36），所述液压系统减速箱（36）与减速箱壳体（37）构成了一个空腔；所述液压泵（32）通过液压泵连接法兰（35）安装在液压系统减速箱（36）上，电机（42）固定在所述液压系统减速箱（36）上，所述空腔内装配有将电机（42）和液压泵（32）连接在一起的液压泵齿轮及电机齿轮。

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