本發(fā)明涉及一種水中浮載平臺(tái)，特別涉及一種結(jié)構(gòu)簡單且可利用外界壓力調(diào)整浮力大小的浮力調(diào)節(jié)設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著陸地資源的逐漸減少，世界各國把目光投向了海洋，而水下運(yùn)載器作為探索海洋特別是深海的重要工具，其技術(shù)日益向長航程、多功能、大潛深以及智能化等多元方向發(fā)展。在復(fù)雜的深海環(huán)境中，浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以代替垂向推進(jìn)器，在水下運(yùn)載器進(jìn)行無動(dòng)力升沉、定深控制等方面起到至關(guān)重要的作用。與長時(shí)間工作的垂向推進(jìn)器不同，浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)只需要在較短的時(shí)間內(nèi)通過定量充排水就能使?jié)撍鲗?shí)現(xiàn)連續(xù)的升沉運(yùn)動(dòng)，開展浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及定量充排水控制技術(shù)研究，對于深潛器在使用過程中降低能耗、時(shí)間和成本以及提高工作效率等方面，具有極其重要的作用。

目前主要采用的浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)有三種方式，分別為拋載式、海水泵式和油泵式。拋載式浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)對于深潛器的浮力調(diào)節(jié)是一次性不可反復(fù)使用的，多是作為輔助或應(yīng)急使用；海水泵式對設(shè)備要求高，成本高技術(shù)難度大；而油泵式則對載體的依賴性強(qiáng)，通用性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種結(jié)構(gòu)簡單且可利用外界壓力調(diào)整浮力大小的浮力調(diào)節(jié)設(shè)備。

特別地，本發(fā)明提供一種浮力調(diào)節(jié)設(shè)備，包括；

殼體，用于提供安裝空間；

浮力轉(zhuǎn)換裝置，包括分別安裝在所述殼體上且相互連通的雙向油缸和油囊，所述雙向油缸的活塞的一端面積小于另一端的面積，且面積小的一端與海水接觸；

油路控制裝置，控制所述雙向油缸和所述油囊之間的油路通斷；

動(dòng)力裝置，通過油路控制裝置使所述雙向油缸和所述油囊之間的油進(jìn)行流動(dòng)；

壓力監(jiān)控裝置，用于監(jiān)控所述浮力轉(zhuǎn)換裝置的壓力和位移變化，并在預(yù)定觸發(fā)點(diǎn)被觸發(fā)時(shí)，激活所述動(dòng)力裝置工作。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述雙向油缸包括儲(chǔ)油腔、活塞腔和活塞，所述儲(chǔ)油腔的直徑大于所述活塞腔的直徑，所述活塞面積小的一端位于所述活塞腔內(nèi)，面積大的一端位于所述儲(chǔ)油腔內(nèi)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述動(dòng)力裝置包括與所述油路控制裝置連通的泵，以及為泵提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述泵與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間通過齒輪組連接。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在所述泵上連接有減壓閥。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述油路控制裝置包括三位四通電磁閥，所述三位四通電磁閥包括四個(gè)相互之間可形成開閉關(guān)系的油口。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述三位四通電磁閥其中的兩個(gè)油口分別與所述雙向油缸和所述油囊連通，另兩個(gè)油口分別與所述泵的進(jìn)出口連通。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在所述雙向油缸與所述三位四通電磁閥之間的管路上安裝有兩位兩通電磁閥和單向節(jié)流器。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在所述油囊和所述三位四通電磁閥之間的管路上安裝有兩位兩通電磁閥。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述壓力監(jiān)控裝置包括分別安裝在所述雙向油缸、所述油囊和所述泵處的壓力傳感器，和監(jiān)測所述雙向油缸的活塞移動(dòng)距離的位移傳感器。

本發(fā)明的雙向油缸的活塞利用兩端之間的面積差，可以使設(shè)備內(nèi)部壓力從海水壓力處得到補(bǔ)償，使雙向油泵兩端的壓力差大大減小，無需選用高壓油泵，對油泵與內(nèi)部元件的要求大大降低，成本降低，而且可在功耗降低的情況下提高續(xù)航能力。整個(gè)浮力調(diào)節(jié)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可形成獨(dú)立的模塊，能夠與不同的航行器和其他系統(tǒng)配合使用，通用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的浮力調(diào)節(jié)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的雙向油缸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的浮力調(diào)節(jié)設(shè)備的液壓回路示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、2所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100一般性地包括用于提供安裝空間的殼體10，和安裝在殼體10上的浮力轉(zhuǎn)換裝置20，以及安裝在殼體10內(nèi)的油路控制裝置40、壓力監(jiān)控裝置50和動(dòng)力裝置30。

該殼體10采用密封結(jié)構(gòu)，且形狀為可減少水中阻力的魚雷型。

該浮力轉(zhuǎn)換裝置20用于根據(jù)自身容器體積大小調(diào)節(jié)浮力大小，以使浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100能夠停留在海水的指定高度，包括分別安裝在殼體10上且相互連通的雙向油缸21和油囊22，雙向油缸21包括一個(gè)可以在缸體211內(nèi)往復(fù)移動(dòng)的活塞212，和一個(gè)儲(chǔ)油腔213，活塞212包括兩個(gè)相對設(shè)置的外部推板214和內(nèi)部推板215，且外部推板214的面積小于內(nèi)部推板215的面積，外部推板214與海水接觸，內(nèi)部推板215與儲(chǔ)油腔213接觸。活塞212可以在儲(chǔ)油腔213或外部海水的壓力下在缸體211內(nèi)往復(fù)移動(dòng)。油囊22采用柔性材料制作，用于儲(chǔ)存油，本身在內(nèi)部油量體積的作用下，可以改變體積。浮力轉(zhuǎn)換裝置20通過雙向油缸21與油囊22之間的油量轉(zhuǎn)移，可以實(shí)現(xiàn)浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100的浮力大小調(diào)節(jié)。

油路控制裝置40用于控制雙向油缸21和油囊22之間的油路通斷，使雙向油缸21和油囊22之間可以實(shí)現(xiàn)油的流動(dòng)，或保持在當(dāng)前油量狀態(tài)下。

而壓力監(jiān)控裝置50則用于了解雙向油缸21的壓力變化和位移變化，和油囊22的壓力變化，以提供高度調(diào)節(jié)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。并在預(yù)定觸發(fā)點(diǎn)被觸發(fā)時(shí)，激活自動(dòng)運(yùn)行的動(dòng)作指令。動(dòng)作指令可以是一個(gè)聯(lián)動(dòng)開關(guān)，也可以是一個(gè)觸發(fā)信號(hào)。

動(dòng)力裝置30為整個(gè)浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100提供運(yùn)行動(dòng)力，包括雙向油缸21和油囊22之間油的流動(dòng)動(dòng)力。動(dòng)力裝置30在接收到壓力監(jiān)控裝置50的動(dòng)作指令后，通過油路控制裝置40使雙向油缸21和油囊22之間的油進(jìn)行流動(dòng)。

本實(shí)施方式中，殼體10采用魚雷型的結(jié)構(gòu)，雙向油缸21可以安裝在殼體10的一端；而油囊22則安裝在殼體10的另一端，同樣與海水接觸，其它裝置密封安裝在殼體10內(nèi)。

一般情況下，浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100停留在海水中的浮力，是雙向油缸21的儲(chǔ)油腔213和油囊22的體積與當(dāng)前高度的海水壓力之間平衡后提供的。如果想讓浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100改變當(dāng)前的高度，則需要調(diào)控雙向油缸21和油囊22之間的油量變化，進(jìn)而調(diào)整油囊22的體積，使之與外部海水壓力達(dá)到一個(gè)預(yù)定的平衡點(diǎn)，從而停留在海水中的預(yù)定高度處。

在本實(shí)施方式中，當(dāng)油囊22內(nèi)的油輸入至儲(chǔ)油腔213時(shí)，油囊22的油量減少，體積減小，整個(gè)浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100的體積減小，浮力降低，可以降低當(dāng)前高度；當(dāng)儲(chǔ)油腔213內(nèi)的油輸入至油囊22時(shí)，油囊22的油量增加，體積增大，整個(gè)浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100的體積增大，浮力增大，可以升高當(dāng)前高度。

這是因?yàn)殡p向油缸21將儲(chǔ)油腔213的油輸出到油囊22時(shí)，外部推板214的面積小于內(nèi)部推板215的面積，同樣的行程下，外部推板214處減小的體積小于內(nèi)部推板215處儲(chǔ)油腔213減少的油量體積，而油囊22增大的體積等于儲(chǔ)油腔213處減少的油量體積，所以雙向油缸21處的體積減小量小于油囊22處的體積增大量。

浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100在掛載了相應(yīng)的航行器之后，會(huì)根據(jù)預(yù)定要求停留在一個(gè)指定的高度，儲(chǔ)油腔213和油囊22的油量都是根據(jù)要求設(shè)定好的，油路控制裝置40也處于斷開狀態(tài)，以使航行器能夠長時(shí)間停留在當(dāng)前高度。一旦當(dāng)前高度發(fā)生了變化，這時(shí)壓力監(jiān)控裝置50上的數(shù)值就會(huì)發(fā)生變化，該數(shù)值的變化一旦達(dá)到了某個(gè)閥值，則會(huì)自動(dòng)激活動(dòng)力裝置30工作，同時(shí)油路控制裝置40也處于連通狀態(tài)，動(dòng)力裝置30會(huì)控制儲(chǔ)油腔213的油流向油囊22，或控制油囊22的油流向儲(chǔ)油腔213，使浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100重新回到原來的高度。該過程一旦完成，壓力監(jiān)控裝置50則可以再次激活一個(gè)動(dòng)作指令，使動(dòng)力裝置30停止工作，同時(shí)油路控制裝置40斷開雙向油缸21和油囊22之間的油路。

本實(shí)施方式中的油路控制裝置40可以是電磁閥，動(dòng)力裝置30可以是電機(jī)、壓力泵，壓力監(jiān)測裝置50可以是傳感器。

本實(shí)施方式的雙向油缸21的活塞212利用兩端之間的面積差，可以使設(shè)備內(nèi)部壓力從海水壓力處得到補(bǔ)償，使雙向油泵21兩端的壓力差大大減小，無需選用高壓油泵，對油泵與內(nèi)部元件的要求大大降低，成本降低，而且可在功耗降低的情況下提高續(xù)航能力。整個(gè)浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可形成獨(dú)立的模塊，能夠與不同的航行器和其他系統(tǒng)配合使用，通用性強(qiáng)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，可以在浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100中安裝相應(yīng)的控制單元(圖中未示出)，該控制單元用于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的條件或當(dāng)前的指令，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部各裝置動(dòng)作，以使浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100能夠保持在指定高度。控制單元可以采用FPGA或單片機(jī)一類處理芯片。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，具體的雙向油缸21可以包括位于殼體10內(nèi)的儲(chǔ)油腔213，和連通儲(chǔ)油腔213與殼體10外部的活塞腔216，以及用于活動(dòng)封堵活塞腔216的活塞212。儲(chǔ)油腔213的直徑大于活塞腔216的直徑，活塞212的外部推板214位于活塞腔216內(nèi)，而內(nèi)部推板215則位于儲(chǔ)油腔213內(nèi)。

當(dāng)需要調(diào)節(jié)油量時(shí)，一旦儲(chǔ)油腔213內(nèi)輸入油，則內(nèi)部推板215會(huì)帶動(dòng)外部推板214向活塞腔216靠近殼體10外部的一端運(yùn)動(dòng)，此時(shí)儲(chǔ)油腔213內(nèi)的油量增加，而油囊22的體積相應(yīng)減小，整個(gè)浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100的浮力減小。當(dāng)儲(chǔ)油腔213向油囊22輸出油時(shí)，則外部推板214會(huì)在海水壓力下推動(dòng)內(nèi)部推板215擠壓儲(chǔ)油腔213，此時(shí)，儲(chǔ)油腔213中的油流向油囊22，儲(chǔ)油腔213體積減小而油囊22體積增大，整個(gè)浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100的浮力增加。此外，也可以利用動(dòng)力裝置30來克服某端的壓力，來實(shí)現(xiàn)油的逆向流動(dòng)。

如圖3所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在前述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，具體的動(dòng)力裝置30可以包括與油路控制裝置40連通的泵32，以及為泵32提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)電機(jī)31。

泵32用于克服內(nèi)部壓力強(qiáng)制向油囊22或儲(chǔ)油腔213中灌入油，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)31可以采用直流電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)泵32。具體的泵32與驅(qū)動(dòng)電機(jī)31可以通過齒輪組33連接。在泵32上可以連接相應(yīng)的減壓閥34，以調(diào)節(jié)輸油時(shí)的壓力。

如圖4所示，具體的油路控制裝置40可以是一個(gè)三位四通電磁閥41，該三位四通電磁閥41包括四個(gè)相互之間可形成開閉關(guān)系的油口A、B、C、D。通過對不同油口A、B、C、D的關(guān)閉和連通，可以在雙向油缸21和油囊22之間實(shí)現(xiàn)不同的輸油效果。其中，三位四通電磁閥41的兩個(gè)油口D、C分別與雙向油缸21和油囊22連通，另兩個(gè)油口A、B分別與泵32的進(jìn)出口連通。

此外，可以在雙向油缸21與三位四通電磁閥41之間的管路上安裝兩位兩通電磁閥42。在油囊22和三位四通電磁閥41之間的管路上安裝兩位兩通電磁閥43和單向節(jié)流器44。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，具體的壓力監(jiān)控裝置50可以包括分別安裝在雙向油缸21、油囊22和泵32處的壓力傳感器52、53、51，以及監(jiān)測雙向油缸21的活塞212移動(dòng)距離的位移傳感器54。

壓力傳感器51、52、53可以實(shí)時(shí)獲取儲(chǔ)油腔213和油囊22的壓力變化，從而確定當(dāng)前壓力是否滿足浮力高度的要求。位移傳感器54可以獲取活塞212的移動(dòng)距離，從而根據(jù)位移的大小，可以直接得到浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100的浮力大小，進(jìn)而決定是否需要泵油，或需要提高那側(cè)的油量。

以下在前述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，提供一個(gè)具體的實(shí)施例。

如圖4所示，當(dāng)需要增大浮力時(shí)，三位四通電磁閥41處于中位(各油口處于關(guān)閉狀態(tài))，驅(qū)動(dòng)電機(jī)31驅(qū)動(dòng)泵32工作，當(dāng)壓力傳感器51檢測的壓力值達(dá)到要求時(shí)，三位四通電磁閥41移至左位，兩位兩通電磁閥42、43移至右位，油路導(dǎo)通，泵32將油從儲(chǔ)油腔213泵至油囊22，油囊體積增大，浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100體積增大，浮力增加，位移傳感器54實(shí)時(shí)檢測活塞212的位置，精確控制油量變化，當(dāng)滿足要求時(shí)，兩位兩通電磁閥42、43移至左位，油路關(guān)閉，三位四通電磁閥41移至中位，驅(qū)動(dòng)電機(jī)31停機(jī)。

當(dāng)需要減小浮力時(shí)，三位四通電磁閥41處于中位，驅(qū)動(dòng)電機(jī)31驅(qū)動(dòng)泵32工作，當(dāng)壓力傳感器51檢測的壓力值達(dá)到要求時(shí)，三位四通電磁閥41移至右位，兩位兩通電磁閥42、43移至右位，油路導(dǎo)通，，由于儲(chǔ)油腔213面積大于活塞腔214面積，而推力等于壓力乘以面積，所以儲(chǔ)油腔213的低壓油就可以推動(dòng)活塞腔216的高壓海水，從而不需要泵32工作，僅通過單向節(jié)流閥44控制流速即可實(shí)現(xiàn)油液從油囊22到儲(chǔ)油腔213的輸送。

浮力調(diào)節(jié)設(shè)備100體積減小，浮力減小，位移傳感器54實(shí)時(shí)檢測活塞212的位置，精確控制油量變化，當(dāng)滿足要求時(shí)，兩位兩通電磁閥42、43移至左位，油路關(guān)閉，三位四通電磁閥41移至中位，驅(qū)動(dòng)電機(jī)31停機(jī)。其中，壓力傳感器53與壓力傳感器52可對油囊22和儲(chǔ)油腔213的油壓做實(shí)時(shí)監(jiān)測。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。