專利名稱：一種自調(diào)節(jié)式變浮力水下平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自調(diào)節(jié)變浮力水下平臺，屬于海洋監(jiān)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著內(nèi)陸礦產(chǎn)的不斷開發(fā)，儲存量越來越少，為確保戰(zhàn)爭儲備需求，世界各國逐步向海洋發(fā)展。為探索海洋秘密，就必須對海洋環(huán)境進(jìn)行探測和觀察，收集海洋相關(guān)數(shù)據(jù)與資料。因而需要開發(fā)出一種用于水下監(jiān)測的平臺，用于搭載各種海洋環(huán)境監(jiān)測儀，同時對海洋各個層面進(jìn)行監(jiān)測。盡管目前所述平臺種類繁多，但存在如下問題一是將平臺通過錨系固定在某一區(qū)域范圍內(nèi)對海洋各層面進(jìn)行探測，但監(jiān)測范圍有限；二是將平臺投放于海洋中隨波逐流，依據(jù)設(shè)定時間使其下沉至水下一定深度進(jìn)行探測作業(yè)或上升到水面發(fā)射數(shù)據(jù)，但平臺上升或下降所用驅(qū)動機(jī)構(gòu)是由電機(jī)驅(qū)動絲桿帶動活塞在液壓缸內(nèi)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對平臺深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的注油或抽油，從而改變其體積大小。然而當(dāng)平臺在水下工作會受到外界水壓的作用，工作環(huán)境越深，深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)受到的背壓就越大，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)能力不夠。而且其采用的電機(jī)驅(qū)動絲桿的方式導(dǎo)致自鎖性能差，在大深度常會出現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)、定深精度不準(zhǔn)以及調(diào)節(jié)能力差等問題。為此，有必要研制一種自調(diào)節(jié)變浮力水下平臺，實(shí)現(xiàn)自動沉浮，且能定期將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦笓]中心。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自調(diào)節(jié)變浮力水下平臺，所述平臺采用電機(jī)驅(qū)動雙向定量液壓泵對深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行注油或抽油，實(shí)現(xiàn)平臺上升或下沉的自調(diào)節(jié)功能；同時設(shè)有脈沖控制閥保證驅(qū)動電機(jī)的自鎖性，防止在大深度海洋環(huán)境中出現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種自調(diào)節(jié)式變浮力水下平臺，所述平臺包括發(fā)射裝置、水下監(jiān)測儀、穩(wěn)定盤、控制單元、電池組、耐壓殼體、儲油箱、深度傳感器、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、液壓脈沖控制閥、雙向定量液壓泵和電機(jī)；耐壓殼體為頂部封閉，底部開口的的圓柱筒狀結(jié)構(gòu)，在耐壓殼體頂部裝有發(fā)射裝置和水下監(jiān)測儀，耐壓殼體上部外側(cè)裝有穩(wěn)定盤；耐壓殼體內(nèi)部裝有控制單元、電池組、儲油箱、深度傳感器、液壓脈沖控制閥、雙向定量液壓泵和電機(jī)，控制單元通過電纜分別與水下監(jiān)測儀、電機(jī)和液壓脈沖控制閥連接，耐壓殼體底部通過液壓脈沖控制閥與深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接；深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括接頭體、油囊端蓋、油囊和油囊護(hù)罩；接頭體位于油囊開口密封端面處的凸出部分，接頭體和油囊成一體，油囊通過接頭體與液壓脈沖控制閥聯(lián)通；在油囊與接頭體的連接面上設(shè)有油囊端蓋，油囊通過油囊端蓋與耐壓殼體固定連接；油囊護(hù)罩固定在油囊端蓋上，包覆在油囊外；在液壓脈沖控制閥內(nèi)設(shè)有箭頭管道和錐形單向閥，所述箭頭管道和錐形單向閥均與液壓脈沖控制閥上的兩個連接端口相通；所述液壓脈沖控制閥一端的連接端口通過接頭體與油囊聯(lián)通，另一端的連接端口依次與雙向定量液壓泵和儲油箱聯(lián)通。在液壓脈沖控制閥內(nèi)設(shè)計有錐形單向閥的目的是使所述平臺在大深度海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測作業(yè)時不出現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，可保證液壓脈沖控制閥在未通電的狀態(tài)下，液壓油只能從儲油箱流向油囊內(nèi)，反向則不聯(lián)通，這種結(jié)構(gòu)形式解決了驅(qū)動機(jī)構(gòu)在深海環(huán)境大背壓下的自鎖問題，實(shí)現(xiàn)了平臺在水下的精確調(diào)節(jié)功能；其中，穩(wěn)定盤的作用是使平臺在水下保持穩(wěn)定，防止波動；水下監(jiān)測儀的作用是完成水下測量任務(wù)，可根據(jù)海洋監(jiān)測需求選取不同類型的傳感器。穩(wěn)定盤的作用是確保平臺在水下運(yùn)動過程中姿態(tài)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)平臺在水下的垂直剖面測量；電池組的作用是為平臺內(nèi)的元器件提供電源，確保平臺正常運(yùn)行；控制單元的作用是分別對水下監(jiān)測儀、電機(jī)和液壓脈沖控制閥進(jìn)行供電和控制；為確保平臺實(shí)現(xiàn)自調(diào)節(jié)變浮力功能，達(dá)到在水中上升或下降的要求，由控制單元、電機(jī)、儲油箱、雙向定量液壓泵、液壓脈沖控制閥、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和深度傳感器組成液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中控制單元與電機(jī)、儲油箱、雙向定量液壓泵、液壓脈沖控制閥、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和深度傳感器依次順序連接，形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)；所述液壓脈沖控制閥的工作原理為當(dāng)不對電機(jī)供電時，單向閥打開，箭頭管道關(guān)閉，液壓油從儲油箱中經(jīng)過單向閥流入油囊中；當(dāng)對電機(jī)供電時，單向閥關(guān)閉，箭頭管道打開，液壓油從油囊經(jīng)過箭頭管道流入儲油箱中；當(dāng)平臺下潛到設(shè)定深度，電機(jī)關(guān)閉，在壓差作用下箭頭管道打開，液壓油從油囊經(jīng)過箭頭管道流入儲油箱中；所述液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工作方式如下①當(dāng)平臺入水或位于較淺深度(彡50m)時，利用電機(jī)驅(qū)動雙向定量液壓泵，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時，液壓油從儲油箱經(jīng)雙向定量液壓泵、液壓脈沖控制閥后注入到深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的油囊內(nèi)，此時液壓脈沖控制閥處于不供電狀態(tài)，油路經(jīng)液壓脈沖控制閥中的單向閥流入深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的油囊內(nèi)，此時油囊體積增大，使平臺的浮力增大，實(shí)現(xiàn)平臺上?。虎诋?dāng)平臺在水面通信完成后需要下沉?xí)r，控制單元控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動，同時給液壓脈沖控制閥供電使其打開，此時油囊內(nèi)的液壓油依次經(jīng)過液壓脈沖控制閥中的箭頭管道、雙向定量液壓泵后流入儲油箱中，此時油囊體積減小，使平臺的浮力減小，實(shí)現(xiàn)平臺的下沉；③當(dāng)平臺下潛到水下一定深度后，為降低平臺的功耗，控制單元將給液壓脈沖控制閥提供預(yù)先設(shè)定好的脈沖信號，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與雙向定量液壓泵之間在脈沖時間內(nèi)的聯(lián)通，由于油囊內(nèi)的液壓油與儲油箱內(nèi)的液壓油存在壓差，液壓油將在壓差的作用下依次經(jīng)過液壓脈沖控制閥10中的箭頭管道、雙向定量液壓泵后流入儲油箱7中，此時電機(jī)不工作，可節(jié)省功耗。有益效果本發(fā)明公開了一種自調(diào)節(jié)變浮力水下平臺，該平臺能在水下自動調(diào)節(jié)其外形結(jié)構(gòu)的體積，使其達(dá)到浮力變化，實(shí)現(xiàn)平臺在水中的沉浮功能。采用的具體措施一是采用電機(jī)驅(qū)動雙向定量液壓泵來實(shí)現(xiàn)對深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的注油或抽油，達(dá)到平臺上升或下沉的自調(diào)節(jié)功能；二是在液壓回路系統(tǒng)中設(shè)計有液壓脈沖控制閥，可確保證驅(qū)動電機(jī)的自鎖性，防止在大深度海洋環(huán)境中出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，且能降低平臺的整體功耗。


圖1是本發(fā)明所述的自調(diào)節(jié)式變浮力水下平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述的深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明所述的液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)原理示意圖。其中，1-發(fā)射裝置、2-水下監(jiān)測儀、3-穩(wěn)定盤、4-控制單元、5-電池組、6_耐壓殼體、7-儲油箱、8-深度傳感器、9-深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、10-液壓脈沖控制閥、11-雙向定量液壓泵、12-電機(jī)、13-接頭體、14-油囊端蓋、15-油囊、16-油囊護(hù)罩。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示的一種自調(diào)節(jié)式變浮力水下平臺，所述平臺包括發(fā)射裝置I、水下監(jiān)測儀2、穩(wěn)定盤3、控制單元4、電池組5、耐壓殼體6、儲油箱7、深度傳感器8、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9、液壓脈沖控制閥10、雙向定量液壓泵11和電機(jī)12 ；耐壓殼體6為頂部封閉，底部開口的的圓柱筒狀結(jié)構(gòu)，在耐壓殼體6頂部裝有發(fā)射裝置I和水下監(jiān)測儀2，耐壓殼體6上部外側(cè)裝有穩(wěn)定盤3 ;耐壓殼體6內(nèi)部裝有控制單元
4、電池組5、儲油箱7、深度傳感器8、液壓脈沖控制閥10、雙向定量液壓泵11和電機(jī)12，控制單元4通過電纜分別與水下監(jiān)測儀2、電機(jī)12和液壓脈沖控制閥10連接，耐壓殼體6底部通過液壓脈沖控制閥10與深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9連接；如圖2所示，深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9包括接頭體13、油囊端蓋14、油囊15和油囊護(hù)罩16 ；接頭體13位于油囊15開口密封端面處的凸出部分，接頭體13和油囊15通過硫化技術(shù)硫化成一體，油囊15通過接頭體13與液壓脈沖控制閥10聯(lián)通；在油囊15與接頭體13的連接面上設(shè)有油囊端蓋14，油囊15通過油囊端蓋14與耐壓殼體6固定連接，密封端面處的凸出部分，是按照標(biāo)準(zhǔn)O形密封圈的功能設(shè)計的，連接面通過密封圈和螺釘進(jìn)行密封固定，是靜密封結(jié)合面的典型結(jié)構(gòu)，并通過螺母壓緊的方式實(shí)現(xiàn)油囊端蓋14與接頭體13接觸處的密封；為保護(hù)油囊15在深海中不被外物損傷，設(shè)計有油囊護(hù)罩16進(jìn)行保護(hù)，油囊護(hù)罩16固定在油囊端蓋14上，包覆在油囊15外；水下監(jiān)測儀2可根據(jù)海洋監(jiān)測需求進(jìn)行不種類型的傳感器的選取。穩(wěn)定盤3的功能是確保平臺在水下運(yùn)動過程中姿態(tài)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)平臺在水下的垂直剖面測量。電池組5為平臺內(nèi)的元器件提供電源，確保平臺正常運(yùn)行。在液壓脈沖控制閥10內(nèi)設(shè)有箭頭管道和錐形單向閥，所述箭頭管道和錐形單向閥均與液壓脈沖控制閥10上的兩個連接端口相通；所述液壓脈沖控制閥10 —端的連接端口通過接頭體13與油囊15聯(lián)通，另一端的連接端口依次與雙向定量液壓泵11和儲油箱7聯(lián)通。在液壓脈沖控制閥10內(nèi)設(shè)計有錐形單向閥的目的是使所述平臺在大深度海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測作業(yè)時不出現(xiàn)電機(jī)12反轉(zhuǎn)，可保證液壓脈沖控制閥10在未通電的狀態(tài)下，液壓油只能從儲油箱7流向油囊15內(nèi)，反向則不聯(lián)通，這種結(jié)構(gòu)形式解決了驅(qū)動機(jī)構(gòu)在深海環(huán)境大背壓下的自鎖問題，實(shí)現(xiàn)了平臺在水下的精確調(diào)節(jié)功能；圖3是本發(fā)明驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工作原理圖。為確保平臺實(shí)現(xiàn)自調(diào)節(jié)變浮力功能，達(dá)到在水中上升或下降的要求，由控制單元4、電機(jī)12、儲油箱7、雙向定量液壓泵11、液壓脈沖控制閥10、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9和深度傳感器8組成液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中控制單元4與電機(jī)12、儲油箱7、雙向定量液壓泵11、液壓脈沖控制閥10、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9和深度傳感器8依次順序連接，形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)；所述液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工作方式如下①當(dāng)平臺入水或位于較淺深度(彡50m)時，利用電機(jī)12驅(qū)動雙向定量液壓泵11，當(dāng)電機(jī)12正轉(zhuǎn)時，液壓油從儲油箱7經(jīng)雙向定量液壓泵11、液壓脈沖控制閥10后注入到深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9中的油囊15內(nèi)，此時液壓脈沖控制閥10處于不供電狀態(tài)，油路經(jīng)液壓脈沖控制閥10中的單向閥流入深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9中的油囊15內(nèi)，此時油囊體積增大，使平臺的浮力增大，實(shí)現(xiàn)平臺上??；②當(dāng)平臺在水面通信完成后需要下沉?xí)r，控制單元4控制電機(jī)12反向轉(zhuǎn)動，同時 給液壓脈沖控制閥10供電使其打開，此時油囊15內(nèi)的液壓油依次經(jīng)過液壓脈沖控制閥10中的箭頭管道、雙向定量液壓泵11后流入儲油箱7中，此時油囊體積減小，使平臺的浮力減小，實(shí)現(xiàn)平臺的下沉；③當(dāng)平臺下潛到水下一定深度后，為降低平臺的功耗，控制單元4將給液壓脈沖控制閥10提供預(yù)先設(shè)定好的脈沖信號，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9與雙向定量液壓泵11之間在脈沖時間內(nèi)的聯(lián)通，由于油囊15內(nèi)的液壓油與儲油箱7內(nèi)的液壓油存在壓差，液壓油將在壓差的作用下依次經(jīng)過液壓脈沖控制閥10中的箭頭管道、雙向定量液壓泵11后流入儲油箱7中，此時電機(jī)12不工作，可節(jié)省功耗。所述自調(diào)節(jié)變浮力水下平臺的工作原理是首先用磁性開關(guān)開啟平臺，此時平臺將首先進(jìn)行自身定位及狀態(tài)檢查，并將狀態(tài)檢查結(jié)果發(fā)送到陸上控制指揮中心。陸上控制指揮中心收到信息，確認(rèn)平臺正常工作后則可以投放入水。當(dāng)平臺在水面時，控制單元4首先開啟液壓脈沖控制閥10，使深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9與雙向定量液壓泵11之間油路聯(lián)通，然后開啟電機(jī)12，讓其反轉(zhuǎn)，此時油囊15內(nèi)的液壓油依次經(jīng)過液壓脈沖控制閥10的箭頭管道、雙向定量液壓泵11后流入到儲油箱7中，使平臺的浮力減少，實(shí)現(xiàn)平臺在水面的自動下沉；平臺下潛到一定深度后，由控制單元4給液壓脈沖控制閥10提供脈沖信號，使油囊15與雙向定量液壓泵11之間在脈沖時間內(nèi)聯(lián)通，液壓油在壓差的作用下從油囊15流入到儲油箱7內(nèi)，實(shí)現(xiàn)平臺在水下的自動下沉；按程序設(shè)定當(dāng)平臺需要上浮時，電機(jī)12正轉(zhuǎn)驅(qū)動雙向定量液壓泵11，液壓油從儲油箱7依次經(jīng)過雙向定量液壓泵11、液壓脈沖控制閥10中的單向閥后注入到深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9中的油囊15內(nèi)，使平臺的浮力增大，實(shí)現(xiàn)平臺的上浮運(yùn)動功能；平臺在下沉及上浮過程中都可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)行采集數(shù)據(jù)工作，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境的監(jiān)測；當(dāng)平臺完成一個剖面的水下測量任務(wù)上浮到水面后，將通過發(fā)射裝置I發(fā)送采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行自身定位。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，如果發(fā)射裝置I未收到陸上控制指揮中心發(fā)送過來的新的剖面指令，則平臺將按上次參數(shù)自動下潛到水下進(jìn)行新的剖面測量。平臺將在大海中一直進(jìn)行循環(huán)剖面，直至電池耗盡為止。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自調(diào)節(jié)式變浮力水下平臺，其特征在于所述平臺包括發(fā)射裝置(I)、水下監(jiān)測儀(2)、穩(wěn)定盤(3)、控制單元(4)、電池組(5)、耐壓殼體(6)、儲油箱(7)、深度傳感器(8)、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9 )、液壓脈沖控制閥(10 )、雙向定量液壓泵(11)和電機(jī)(12 ); 耐壓殼體(6)為頂部封閉，底部開口的的圓柱筒狀結(jié)構(gòu)，在耐壓殼體(6)頂部裝有發(fā)射裝置(I)和水下監(jiān)測儀(2 )，耐壓殼體(6 )上部外側(cè)裝有穩(wěn)定盤(3 );耐壓殼體(6 )內(nèi)部裝有控制單元(4)、電池組(5)、儲油箱(7)、深度傳感器(8)、液壓脈沖控制閥(10)、雙向定量液壓泵(11)和電機(jī)(12)，控制單元(4)通過電纜分別與水下監(jiān)測儀(2)、電機(jī)(12)和液壓脈沖控制閥(10 )連接，耐壓殼體(6 )底部通過液壓脈沖控制閥(10 )與深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9 )連接； 深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9)包括接頭體(13)、油囊端蓋(14)、油囊(15)和油囊護(hù)罩(16);接頭體(13)位于油囊(15)開口密封端面處的凸出部分，接頭體(13)和油囊(15)成一體，油囊(15)通過接頭體(13)與液壓脈沖控制閥(10)聯(lián)通；在油囊(15)與接頭體(13)的連接面上設(shè)有油囊端蓋(14)，油囊(15)通過油囊端蓋(14)與耐壓殼體(6)固定連接；油囊護(hù)罩(16)固定在油囊端蓋(14)上，包覆在油囊(15)外。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自調(diào)節(jié)式變浮力水下平臺，其特征在于在液壓脈沖控制閥(10 )內(nèi)設(shè)有箭頭管道和錐形單向閥，所述箭頭管道和錐形單向閥均與液壓脈沖控制閥(10)上的兩個連接端口相通；所述液壓脈沖控制閥(10)—端的連接端口通過接頭體(13)與油囊(15)聯(lián)通，另一端的連接端口依次與雙向定量液壓泵(11)和儲油箱(7)聯(lián)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種自調(diào)節(jié)式變浮力水下平臺，其特征在于由控制單元(4)、電機(jī)(12 )、儲油箱(7 )、雙向定量液壓泵(11)、液壓脈沖控制閥(10 )、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9 )和深度傳感器(8)組成液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中控制單元(4)與電機(jī)(12)、儲油箱(7)、雙向定量液壓泵(11)、液壓脈沖控制閥(10)、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9)和深度傳感器(8)依次順序連接，形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自調(diào)節(jié)變浮力水下平臺，屬于海洋監(jiān)測領(lǐng)域。所述平臺包括發(fā)射裝置、水下監(jiān)測儀、穩(wěn)定盤、控制單元、電池組、耐壓殼體、儲油箱、深度傳感器、深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、液壓脈沖控制閥、雙向定量液壓泵和電機(jī)；深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括接頭體、油囊端蓋、油囊和油囊護(hù)罩；所述平臺采用電機(jī)驅(qū)動雙向定量液壓泵來實(shí)現(xiàn)對深度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的注油或抽油，達(dá)到平臺上升或下沉的自調(diào)節(jié)功能；在液壓回路系統(tǒng)中設(shè)計有液壓脈沖控制閥，可確保證驅(qū)動電機(jī)的自鎖性，防止在大深度海洋環(huán)境中出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，且能降低平臺的整體功耗。
文檔編號B63C11/52GK102975832SQ20121051437
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者曾軍財, 苗建明, 任宏偉, 王德亮, 高頻, 楊江濤, 甘文兵, 劉書峰, 孫暢, 楊小輝, 張素偉, 李莉, 楊勇, 王松, 張晉斌 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所