專利名稱：基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補償系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機、電、液控制技術為特征的流體傳動與控制領域，是一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補償液壓系統(tǒng)及控制方法。
背景技術：
水面的船舶在波浪的不規(guī)則運動中將產生圍繞其原始平衡位置的縱蕩、橫蕩、升沉、縱搖、橫搖、首搖六個自由度的搖蕩運動。惡劣海況下，母船的劇烈運動帶動處于拖曳狀態(tài)的水下拖體的位置發(fā)生變化，拖體的拖曳電纜受到較大張力的反復沖擊。拖體的大幅度非控運動和拖曳電纜張力的劇烈變化不僅影響拖體中傳感器的正常工作，而且給水下拖體和拖曳電纜的安全造成很大威脅。
為消除母船升沉運動對水下拖體和拖曳電纜的影響，水下拖體收放裝置上常裝備升沉補償系統(tǒng)，這些升沉補償系統(tǒng)的分類從執(zhí)行器劃分，分為油缸升沉補償，液壓馬達升沉補償兩類，從工作原理劃分，其又分為被動升沉補償和主動升沉補償兩類。所謂被動型，即母船在波浪作用下上升時，水下拖體將蓄能器的氣體再度壓縮儲存能量，母船下沉時，蓄能器釋放能量以補償升沉，升沉補償系統(tǒng)的能量來自母船的升沉運動，故幾乎不消耗動力，因此被動升沉補償方法目前運用最多。所謂主動型，即使用液壓泵控制液壓缸或者液壓馬達的運動以達到補償的目的，補償器依靠外部動力驅動。
目前，常規(guī)的被動升沉補償系統(tǒng)采用的技術方案為在其執(zhí)行器——液壓油缸或液壓馬達的高壓腔出口處串聯(lián)一個氣液蓄能器，通過空氣壓縮機，儲氣瓶，氣動閥組件控制蓄能器壓力，實現(xiàn)升沉補償功能，補償的精度隨著儲氣瓶體積的增大而提高。此種技術方案不僅結構復雜，體積龐大，并且儲氣瓶體積越大，補償系統(tǒng)的自適應能力和魯棒性越差，系統(tǒng)對初始穩(wěn)態(tài)工作點的準確性要求越高，而在復雜多變的海洋環(huán)境中，直接精確測量穩(wěn)態(tài)工作點非常困難。

發(fā)明內容
為克服背景技術中涉及的常規(guī)被動升沉補償系統(tǒng)在實際應用中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補償液壓系統(tǒng)及控制方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是供油系統(tǒng)中的第一單向閥的輸出端分三路，第一路接比例溢流閥的進油口，第二路接減壓閥的進油口，第三路經第一截止閥后又分為三路，第一路接壓力傳感器，第二路接蓄能器，第三路經第二截止閥接液壓馬達高壓腔，液壓馬達低壓腔分為兩路，第一路接先導式溢流閥進油口，第二路經第二單向閥接減壓閥的出油口；控制器的輸出端接比例溢流閥自帶放大器的輸入端，控制器的輸入端分兩路，第一路接安裝在水下拖體內的深度傳感器的輸出端，第二路接壓力傳感器的輸出端；自帶剎車的液壓馬達固定在收放絞車基座上，液壓馬達的輸出軸通過花鍵與絞車連接，拖曳電纜一端固定在絞車上，一端與水下拖體相連。
本發(fā)明與背景技術相比，具有有益的效果是(1)本發(fā)明采用一個比例溢流閥連接液壓馬達高壓腔，一個先導式溢流閥連接液壓馬達低壓腔，等效為背景技術中涉及的常規(guī)被動升沉補償系統(tǒng)中蓄能器無限大儲氣瓶容積的情況，保證升沉補償時液壓馬達兩腔壓差和輸出扭矩保持不變，減小了水下拖體拖曳電纜張力的變化，提高了升沉補償精度；(2)本發(fā)明的控制單元主要包括液壓閥、壓力傳感器、深度傳感器和控制器，避免采用背景技術中涉及的常規(guī)被動升沉補償系統(tǒng)采用的儲氣瓶，空氣壓縮機，氣動閥組件等調節(jié)單元，節(jié)約成本，縮小占地空間，提高裝船性。
(3)本發(fā)明采用小容積蓄能器，壓力傳感器，深度傳感器和控制器組成穩(wěn)態(tài)工作點二級測控系統(tǒng)。蓄能器，壓力傳感器和控制器在線測量計算獲得穩(wěn)態(tài)工作點近似值，深度傳感器和控制器在線測量計算獲得穩(wěn)態(tài)工作點的準確值，從而準確設置比例溢流閥的控制值，有利于提高升沉補償精度。
(4)本發(fā)明自帶蓄能器充油、放油、補油裝置，結構簡單，實用。


附圖為本發(fā)明的液壓系統(tǒng)原理圖。
圖中1、吸油濾油器，2、電動機，3、定量泵，4、高壓濾油器，5、安全閥，6、比例溢流閥，7、單向閥，8、減壓閥，9、控制器，10、截止閥，11、單向閥，12、深度傳感器，13、壓力傳感器，14、蓄能器，15、截止閥，16、液壓馬達，17、先導式溢流閥。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如附圖所示，本發(fā)明包括供油系統(tǒng)中的第一單向閥7的輸出端分三路，第一路接比例溢流閥6的進油口，第二路接減壓閥8的進油口，第三路經第一截止閥10后又分為三路，第一路接壓力傳感器13，第二路接蓄能器14，第三路經第二截止閥15接液壓馬達16高壓腔，液壓馬達16低壓腔分為兩路，第一路接先導式溢流閥17進油口，第二路經第二單向閥11接減壓閥8的出油口；控制器9的輸出端接比例溢流閥6自帶放大器的輸入端，控制器9的輸入端分兩路，第一路接安裝在水下拖體內的深度傳感器12的輸出端，第二路接壓力傳感器13的輸出端；自帶剎車的液壓馬達16固定在收放絞車基座上，液壓馬達16的輸出軸通過花鍵與絞車連接，拖曳電纜一端固定在絞車上，一端與水下拖體相連。
所述的供油系統(tǒng)包括吸油濾油器1，電動機2，定量泵3，高壓濾油器4，安全閥5和第一單向閥7；第一單向閥7的輸入端分二路，第一路接安全閥5的輸入端，第二路經電動機2驅動的定量泵3、吸油濾油器1接油箱。
系統(tǒng)的工作原理如下(1)水下拖體拖曳電纜收放絞車將水下拖體釋放到指定拖曳電纜長度后，液壓馬達16剎車，切換為拖曳狀態(tài)。開啟截止閥10，關閉截止閥15，設置安全閥5壓力為28Mpa，設置比例溢流閥6為卸荷壓力，啟動電動機2，待定量泵3穩(wěn)定工作后，調節(jié)比例溢流閥6壓力至5Mpa，調節(jié)減壓閥8、先導式溢流閥17壓力為2Mpa。根據液壓馬達負載壓力與海況、母船航速、拖曳電纜長度之間相互關系的經驗公式，計算液壓馬達16兩腔負載壓差ΔP，設定比例溢流閥6壓力P＝ΔP+2(Mpa)，蓄能器14開始充油，蓄能器14壓力達到比例溢流閥6設定壓力以后，充油完成。
(2)關閉截止閥10，開啟截止閥15，開啟液壓馬達16剎車，液壓馬達16開始往復運動。
(3)控制器9對壓力傳感器13輸出進行A/D轉換，以一定時間T1內(T1為母船升沉運動周期的整數倍)壓力傳感器13輸出值作為蓄能器14壓力變化的樣本(p1，p2，…，pn)i(n為樣本容量，i為樣本編號，i＝1，2，3…)，樣本之間的時間間隔為零。每個樣本A/D轉換結束后，在線計算每個樣本的樣本均值，當均值趨于穩(wěn)定后，保存此樣本均值，液壓馬達16剎車。
(4)開啟截止閥9和截止閥14，將步驟(3)中保存的樣本均值設定為比例溢流閥6的調定壓力，開啟液壓馬達16剎車，液壓馬達16開始往復運動，被動升沉補償系統(tǒng)開始工作。
(5)控制器9對裝在水下拖體內的深度傳感器12輸出進行A/D轉換，以一定時間T2內(T2為母船升沉運動周期)深度傳感器12輸出值作為拖體深度變化的樣本(d1，d2，…，dn)i(n為樣本容量，i為樣本編號，i＝1，2，3…)，樣本之間的時間間隔為零。每個樣本A/D轉換結束后，在線對每個樣本的所有數據進行一次直線擬合，當擬合直線斜率大于預先設定斜率范圍的最大值，控制器9調大比例溢流閥6設定壓力；當擬合直線斜率小于預先設定斜率范圍的最小值，控制器9調小比例溢流閥6設定壓力；當擬合直線斜率處于預先設定斜率范圍內，比例溢流閥6設定壓力不變。重復第(5)步，被動升沉補償系統(tǒng)正常工作。
(6)關閉截止閥15，液壓馬達16剎車，停止被動升沉補償系統(tǒng)，調低比例溢流閥6壓力，蓄能器14放油。
本發(fā)明中采用的控制器9為可編程邏輯控制器PLC。
權利要求
1.一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補償系統(tǒng)，其特征在于供油系統(tǒng)中的第一單向閥(7)的輸出端分三路，第一路接比例溢流閥(6)的進油口，第二路接減壓閥(8)的進油口，第三路經第一截止閥(10)后又分為三路，第一路接壓力傳感器(13)，第二路接蓄能器(14)，第三路經第二截止閥(15)接液壓馬達(16)高壓腔，液壓馬達(16)低壓腔分為兩路，第一路接先導式溢流閥(17)進油口，第二路經第二單向閥(11)接減壓閥(8)的出油口；控制器(9)的輸出端接比例溢流閥(6)自帶放大器的輸入端，控制器(9)的輸入端分兩路，第一路接安裝在水下拖體內的深度傳感器(12)的輸出端，第二路接壓力傳感器(13)的輸出端；自帶剎車的液壓馬達(16)固定在收放絞車基座上，液壓馬達(16)的輸出軸通過花鍵與絞車連接，拖曳電纜一端固定在絞車上，一端與水下拖體相連。
2.根據權利要求1所述的一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補償系統(tǒng)，其特征在于所述的供油系統(tǒng)包括吸油濾油器(1)，電動機(2)，定量泵(3)，高壓濾油器(4)，安全閥(5)和第一單向閥(7)；第一單向閥(7)的輸入端分二路，第一路接安全閥(5)的輸入端，第二路經電動機(2)驅動的定量泵(3)、吸油濾油器(1)接油箱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補償系統(tǒng)。采用定量泵，比例溢流閥，先導式溢流閥，小容積蓄能器和減壓閥在驅動水下拖體拖曳電纜收放絞車的液壓馬達兩腔建立恒定壓差，等效于常規(guī)被動升沉補償系統(tǒng)中具有無限大儲氣瓶容積，提高了升沉補償精度；采用小容積蓄能器，壓力傳感器，深度傳感器和控制器組成穩(wěn)態(tài)工作點二級測控系統(tǒng)，在線測量計算獲得被動升沉補償系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點，調節(jié)比例溢流閥壓力，實現(xiàn)水下拖體被動升沉補償。
文檔編號B63B21/56GK101032996SQ20071006794
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權日2007年4月10日
發(fā)明者王慶豐, 王海波 申請人:浙江大學