專利名稱：深海油囊式浮力調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種浮力裝置，具體地說是實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人或其它水下裝置升沉 運(yùn)動(dòng)、定深控制以及姿態(tài)調(diào)節(jié)的浮力調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
由于無纜型水下機(jī)器人航向時(shí)自身攜帶的能源是有限的，為了盡可能的降低其工 作時(shí)的能量消耗，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的潛航和運(yùn)載功能，為其配備浮力調(diào)節(jié)裝置是十分必要 的，水下機(jī)器人浮力調(diào)節(jié)裝置可以實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的下潛、上浮、懸浮、定深航行和姿態(tài)的 調(diào)整，對(duì)于長(zhǎng)航程、大潛深的水下機(jī)器人來說是重要的。通過拋棄壓載來完成水下機(jī)器人的浮力調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)起來容易，但每次下水前均要重 新安裝壓載，且一次航向時(shí)的浮力調(diào)節(jié)不具備可重復(fù)性；利用海水泵往壓載水艙抽排水的 方式浮力調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、形式簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、安全環(huán)保、可往復(fù)調(diào)節(jié)提供正負(fù)浮力，但海水具 有腐蝕性強(qiáng)、粘度低、潤(rùn)滑性差等特點(diǎn)導(dǎo)致了海水液壓元件加工困難、壽命較短、成本較高， 無法保證裝置的長(zhǎng)期工作。中國(guó)船舶重工集團(tuán)七一〇研究所的谷軍、張?jiān)坪５热说陌l(fā)明專利“油氣囊組合式 浮動(dòng)平臺(tái)”，專利號(hào)ZL 200620098094. 1，該專利采用液壓與氣壓系統(tǒng)組合作用的方案實(shí)現(xiàn) 對(duì)浮動(dòng)平臺(tái)的浮力調(diào)節(jié)，存在一個(gè)油囊和一個(gè)氣囊，工作時(shí)需要通過二者的協(xié)調(diào)作用控制 平臺(tái)的浮力，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人升沉運(yùn)動(dòng)、定深控制以及姿態(tài)調(diào)節(jié)的深海 油囊式浮力調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明深海油囊式浮力調(diào)節(jié)裝置，包括控制艙、耐壓油箱和伸縮油囊，其特征是 控制艙的上半球和下半球相連，安裝板固定在下半球里，直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、液壓泵和 控制電路板安裝在安裝板上，下半球上設(shè)置進(jìn)油口和出油口 ；耐壓油箱包括左半球、圓柱筒 體和右半球，圓柱筒體的兩側(cè)分別連接左半球和右半球；伸縮油囊包括上端蓋、下端蓋、夕卜 套筒、油過濾器和位移式液位傳感器，外套筒分別與上端蓋和下端蓋相連，油過濾器固定在 下端蓋上，位移式液位傳感器安裝在油過濾器上；控制艙的進(jìn)油口連接伸縮油囊，控制艙的 出油口連接耐壓油箱。本發(fā)明深海油囊式浮力調(diào)節(jié)裝置還可以包括
所述的圓柱筒體內(nèi)部安裝隔板。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明采用位移式液位傳感器測(cè)量伸縮油囊上端蓋的位移， 利用浮球式液位傳感器測(cè)量耐壓油箱內(nèi)液壓油的液位，不存在累積誤差，測(cè)量精度較高。


圖1為本發(fā)明總裝圖；圖2為本發(fā)明控制艙示意圖；圖3為液壓管路示意圖；圖4為本發(fā)明耐壓油箱示意圖；圖5為本發(fā)明伸縮油囊示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 5，如附圖1所示，本發(fā)明的深海油囊式浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制艙、耐壓 油箱和伸縮油囊?？刂婆摓榍驙铙w，如圖2所示，用螺栓2將上半球1和下半球4連接成密閉的耐壓 球體，通過密封圈3進(jìn)行密封，內(nèi)部安裝有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，下半球4的凸臺(tái)上設(shè) 有進(jìn)油口、出油口、水密頭，系統(tǒng)供電、控制信號(hào)、傳感器信號(hào)均由水密頭引入控制艙，進(jìn)油 口接伸縮油囊，出油口接耐壓油箱。安裝板15通過螺栓17與控制艙固定，直流電機(jī)18、電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器19，滑板塊6、控制器電路板與安裝板相連，兩位四通電磁換向閥7、電磁截止閥9 通過螺栓與滑板塊6連接、液壓泵5、三通10、調(diào)速閥11、單向閥12、輸油管13、流量傳感器 14構(gòu)成浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，如圖5所示，當(dāng)電磁換向閥54位于左位時(shí)，液壓油通過直 流電動(dòng)機(jī)52帶動(dòng)液壓泵51經(jīng)過單向閥53由儲(chǔ)油器57轉(zhuǎn)移到油囊58，系統(tǒng)浮力增加；當(dāng) 電磁換向閥54位于右位時(shí)，液壓油由伸縮油囊轉(zhuǎn)移到耐壓油箱，系統(tǒng)浮力減小；當(dāng)電磁換 向閥54位于中位時(shí)，伸縮油囊處于自鎖位置，系統(tǒng)浮力不變，其中流量計(jì)59用于檢測(cè)系統(tǒng) 管路中所流過的油量。當(dāng)系統(tǒng)處于深海，外界海水壓力比較大時(shí)，將電磁換向閥54置于中 位，打開電磁截止閥55，此時(shí)，油囊中的油在外界海水的壓力下通過電磁截止閥55和調(diào)速 閥56進(jìn)入儲(chǔ)油器57。耐壓球殼是用于盛裝液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的密封容器，在工作深度內(nèi)承受 外部海水的壓力。殼體材料選用高強(qiáng)鋁合金，外表面進(jìn)行噴塑處理以防海水腐蝕。控制器 以單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)，由液壓油量信息感知單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制單元、電磁閥驅(qū)動(dòng)單 元、故障監(jiān)測(cè)單元、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)單元組成；油量信息感知單元采用液位傳感器和位移傳 感器相結(jié)合的方式，分別獲取耐壓油箱和伸縮油囊內(nèi)的油量信息，在提高浮力調(diào)節(jié)精度的 同時(shí)也提高了系統(tǒng)的安全性；電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制模塊由直流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器組成，用來驅(qū) 動(dòng)液壓泵，從而實(shí)現(xiàn)控制伸縮油囊內(nèi)液壓油的油量；電磁閥驅(qū)動(dòng)單元采用高可靠性、低功耗 固態(tài)繼電器控制電磁閥的通斷，以控制液壓油流向；依據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)獲取的液壓油量信息 計(jì)算水下機(jī)器人當(dāng)前的浮力變化量；故障監(jiān)測(cè)單元用以監(jiān)測(cè)直流伺服驅(qū)動(dòng)器是否過流，控 制艙是否漏水等信息，并將電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是否過流、控制艙是否漏水、當(dāng)前的浮力變化量等信 息一并保存起來。液壓油路見附圖5，主要有液壓泵1、電磁換向閥4、調(diào)速閥6、截止閥5、液 壓閥塊、液壓管路等組成。所述耐壓油箱如圖3所示，由左半球20、圓柱筒體31、右半球24形成密閉的耐壓 油箱，它們之間通過螺栓21連接，并在連接處裝有密封圈32，其中圓柱筒體設(shè)有加強(qiáng)筋23， 由于耐壓油箱是水平放置，為防止油管在水下顛簸折斷，因此在內(nèi)部安裝了六塊隔板25，這 六塊隔板也可以保持液面的穩(wěn)定，他們通過螺桿22固定在耐壓油箱內(nèi)部。外部管路通過管接頭33與油箱相連，油管30進(jìn)入油箱后通過油管支架29對(duì)油管進(jìn)行固定，另外，油路末端 裝有管接頭26、油過濾器27和油過濾器罩28。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將耐壓油艙倒置，這樣 只需在耐壓出油口安裝油過濾器即可，且液位傳感器對(duì)耐壓油箱內(nèi)的油量信息測(cè)量更為準(zhǔn) 確。所述伸縮油囊為圓柱體，如圖4所示，由上端蓋34、下端蓋44、底蓋46、外套筒42 和折疊式伸縮油囊41形成密閉的儲(chǔ)油腔，由于油囊在工作時(shí)內(nèi)外壓相近，因此無需進(jìn)行耐 壓設(shè)計(jì)。底座上開有出油口，與控制艙進(jìn)油口相連，油過濾器47上端設(shè)有安裝支架，用以固 定位移式液位傳感器，通過測(cè)量上端蓋的位移，轉(zhuǎn)換成伸縮油囊內(nèi)當(dāng)前的油量信息；油過濾 器47通過卡套式管接頭48、卡套式管接頭49與外界管路相連。伸縮油囊通過壓環(huán)37用螺 釘38與上端蓋34相連，通過卡箍43與下端蓋44相連，下端蓋44通過螺栓與外套筒42相 連，外套筒42上開有導(dǎo)引槽，上端蓋設(shè)有導(dǎo)引指針50，以保證油囊和上端蓋在外套筒內(nèi)上 下順暢滑動(dòng)，另外下端蓋與底蓋46連接處裝有0型密封圈進(jìn)行密封處理。排氣螺塞35用 以注油和排氣只用。本發(fā)明采用重力壓力補(bǔ)償，伸縮油囊向上伸縮，利用頂蓋的重力實(shí)現(xiàn)內(nèi) 部液壓油的壓力略高于海水壓力，可有效防止海水滲入油囊內(nèi)部。通過底座上的水密接頭 將油囊內(nèi)部的信息傳給控制器。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供一種可往復(fù)提供高精度正負(fù)浮力的油囊式浮力調(diào)節(jié)裝 置，采用浮球式液位傳感器和位移式液位傳感器分別對(duì)耐壓油箱、伸縮油囊內(nèi)的油量信息 進(jìn)行感知，提高了裝置的精度和工作時(shí)的安全性。由于采用了成熟的液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)體系相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低廉，極大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且不與外界物質(zhì)交換，安全性較高， 具有很好的市場(chǎng)前景。
本發(fā)明采用位移式液位傳感器測(cè)量伸縮油囊上端蓋的位移，利用浮球式液位傳感 器測(cè)量耐壓油箱內(nèi)液壓油的液位，不存在累積誤差，測(cè)量精度較高。
權(quán)利要求
深海油囊式浮力調(diào)節(jié)裝置，包括控制艙、耐壓油箱和伸縮油囊，其特征是控制艙的上半球和下半球相連，安裝板固定在下半球里，直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、液壓泵和控制電路板安裝在安裝板上，下半球上設(shè)置進(jìn)油口和出油口；耐壓油箱包括左半球、圓柱筒體和右半球，圓柱筒體的兩側(cè)分別連接左半球和右半球；伸縮油囊包括上端蓋、下端蓋、外套筒、油過濾器和位移式液位傳感器，外套筒分別與上端蓋和下端蓋相連，油過濾器固定在下端蓋上，位移式液位傳感器安裝在油過濾器上；控制艙的進(jìn)油口連接伸縮油囊，控制艙的出油口連接耐壓油箱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1深海油囊式浮力調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述的圓柱筒體內(nèi)部安裝隔板。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供深海油囊式浮力調(diào)節(jié)裝置。包括控制艙、耐壓油箱和伸縮油囊，其特征是控制艙的上半球和下半球相連，安裝板固定在下半球里，直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、液壓泵和控制電路板安裝在安裝板上，下半球上設(shè)置進(jìn)油口和出油口；耐壓油箱包括左半球、圓柱筒體和右半球，圓柱筒體的兩側(cè)分別連接左半球和右半球；伸縮油囊包括上端蓋、下端蓋、外套筒、油過濾器和位移式液位傳感器，外套筒分別與上端蓋和下端蓋相連，油過濾器固定在下端蓋上，位移式液位傳感器安裝在油過濾器上；控制艙的進(jìn)油口連接伸縮油囊，控制艙的出油口連接耐壓油箱。本發(fā)明利用浮球式液位傳感器測(cè)量耐壓油箱內(nèi)液壓油的液位，不存在累積誤差，測(cè)量精度較高。
文檔編號(hào)B63C11/52GK101870351SQ20101020355
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者張銘鈞, 徐建安, 李建明, 王玉甲, 王蘇鳴, 趙文德 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)