一种水液压浮力调节装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水液压浮力调节装置及方法，所述的装置包括壳体，壳体内充有一定压力的气体；壳体内设置盛装水的内容器、第一水液压液控单向阀、盛装水的第一容器、双向作用水液压泵‑马达、盛装水的第二容器、第二水液压液控单向阀；所述的内容器为体积随其内装水体积的变化而变化的弹性软容器；壳体内还设置与双向作用水液压泵‑马达相连接的电机。本发明专利技术所公开的水液压浮力调节装置及方法，结构简单，通过改变内容器的质量调节壳体的下潜和上浮，实现对水下机器人、浮标、深潜器、滑翔机等设备的自动下潜、上浮和定深控制。充分利用水深压力能，在提高水液压浮力调节装置工作效率的同时，降低了水液压泵所需的工作压力及壳体承受压力，减小了壳体的重量及体积，为进一步增加下潜深度创造条件。

Water hydraulic buoyancy regulating device and method

The invention discloses a device and a method for adjusting water hydraulic buoyancy, which comprises a shell, the shell is filled with certain gas pressure; casing filled with the water content, the first water hydraulic control one-way valve, the water holding container, the first two-way water hydraulic pump motor, containing water second containers, second water hydraulic control one-way valve; soft elastic vessel the change with the change of volume with water volume; the casing is provided with the motor connected with the bidirectional water hydraulic pump motor. Device and method for regulating water hydraulic buoyancy disclosed by the invention has the advantages of simple structure, by changing the mass content of regulator shell dive and float, the underwater robot, buoy, submersible, glider equipment such as diving, floating and automatic depth control. Make full use of water pressure can improve the work efficiency, the adjusting device of water hydraulic force at the same time, reduce the water required by the hydraulic pump working pressure and casing under pressure, reduce the weight and volume of the housing, to further increase the depth to create conditions.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于浮力调节装置领域，特别涉及该领域中的一种实现水下机器人、浮标、深潜器、滑翔机等设备的自动下潜、上浮和定深控制的水液压浮力调节装置及方法。
技术介绍
现有技术中公开的液压驱动浮力调节系统有油液压浮力调节式和水液压浮力调节式两种。中国专利技术专利CN102079375 A，硕士论文“油囊式浮力调节装置研制”（华中科技大学，方旭）公开的油液压浮力调节系统如图1所示，主要包括内外容器、单向阀、电磁换向阀、双向液压泵、电机等，其中外容器为密封腔，并置于装置壳体外的环境介质中；其余部件置于装置壳体内。内容器为非密封圈腔，保证与装置壳体内压力相平衡。当电机驱动液压泵顺时针（或逆时针）旋转时，泵从外容器吸油，通过单向阀压入内容器，外容器体积减小，实现下潜；当电机驱动液压泵逆时针（或顺时针）旋转时，泵从内容器吸油，电磁换向阀得电，液压油通过换向阀左位压入外容器，外容器体积增大，实现上浮。下潜和上浮过程中，内外容器压力变化趋势如图2所示，内容器压力变化远小于外容器。上浮时，液压泵的工作压力需足以克服水深压力，故对于深海情况，液压泵工作压力必须足够高；下潜时，外容器压力较内容器高，即泵的进口压力高于出口压力，液压油可直接压入内容器，但为了控制下潜速度，电机须施加一反向力矩，阻止过速下潜，深海压力能未得到有效的利用；此外，因为壳体内压力低，壳体外是深海压力，故对于大海深，壳体需承受高压，不便于微型化。特别需要说明的是，电磁换向阀需要有专门的控制信号，并且在上浮过程中需要始终通电，浪费能源，一旦电磁换向阀失效，装置将无法实现上浮回收，造成损失。论文“大深度潜水器海水液压浮力调节技术研究进展” 刘银水，液压与气动，2014（10）、硕士论文“海水式浮力调节系统及其控制技术研究”（张杰，哈尔滨工程大学，2014）公开的水液压浮力调节系统如图3所示，该系统主要由单向海水泵2、电机1、电磁阀5、安全阀3、压力平衡阀4、耐压水舱7和过滤器6等组成。打开电磁阀5（B）和5（C），电机1驱动单向海水泵2，海水通过过滤器6和电磁阀5（B），进入单向海水泵2加压，通过压力平衡阀4和电磁阀5（C），进入水舱7，系统重量增加，体积不变，实现下潜；打开电磁阀5（A）和5（D），电机1驱动单向海水泵2，水舱7中的海水通过电磁阀5（A），进入单向海水泵2加压，通过压力平衡阀4和电磁阀5（D），进入过滤器6，排到海洋，完成系统重量减小，体积不变，实现上浮。压力平衡阀4的作用是防止海水直接进入单向海水泵2灌入水舱7，保证系统处于受控状态。安全阀3的作用是在电磁阀5未正常开启时，保护系统管路，起安全作用。虽然该水液压技术与海洋环境相容、具有海深压力自动补偿功能、运行成本低、工作介质易处理等优点，但需多个额外的电磁阀配合单向海水泵完成系统的下潜与上浮，不但系统结构复杂，而且也同样存在泵工作压力高、深海压力能未利用、壳体承压大等问题。特别需要说明的是，该方案中使用的电磁阀需要有专门的控制信号，并且在上浮下潜过程中需要始终通电，浪费能源，一旦电磁阀失效，装置将无法工作，影响装置工作的稳定性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种可以充分利用水深压力能的水液压浮力调节装置及方法。本专利技术采用如下技术方案：一种水液压浮力调节装置，其改进之处在于：所述的装置包括壳体，壳体内充有一定压力的气体；壳体内设置盛装水的内容器、第一水液压液控单向阀、盛装水的第一容器、双向作用水液压泵-马达、盛装水的第二容器、第二水液压液控单向阀；所述的内容器为体积随其内装水体积的变化而变化的弹性软容器；内容器通过上述的第一水液压液控单向阀、第一容器、双向作用水液压泵-马达、第二容器、第二水液压液控单向阀与壳体外的水环境相通以便进行排水或吸水，所述第一水液压液控单向阀的进水口与第一容器相通，出水口与内容器相通，控制水口与第二容器相通，所述第二水液压液控单向阀的进水口与第二容器相通，出水口与壳体外的水环境相通，控制水口则与第一容器相通；壳体内还设置与双向作用水液压泵-马达相连接的电机。进一步的，壳体内充的气体为惰性气体。进一步的，所述的弹性软容器为弹性水囊。进一步的，所述的电机为永磁式有刷直流电机。进一步的，壳体内还设置控制电机工作的控制系统。进一步的，所述的控制系统为单片机。进一步的，所述的控制系统通过压力传感器获取内容器和壳体外水环境的压力值。进一步的，所述的第一容器为与第一水液压液控单向阀相连的管路中直径增大的部分；第二容器为与第二水液压液控单向阀相连的管路中直径增大的部分。进一步的，所述的壳体上设置过滤器，第二水液压液控单向阀的出水口通过上述的过滤器与壳体外的水环境相通。一种水液压浮力调节方法，使用上述的水液压浮力调节装置，其改进之处在于：（11）在下潜时，如第二水液压液控单向阀从出水口向进水口的水路尚未打开，则双向作用水液压泵-马达做水液压泵使用，电机驱动水液压泵将第二容器内的水通过第一容器和第一水液压液控单向阀压入内容器，第一容器压力升高打开第二水液压液控单向阀从出水口向进水口的水路，使壳体外水环境的水进入内容器，壳体体积不变质量增加实现下潜；（12）在下潜时，如第二水液压液控单向阀从出水口向进水口的水路已经打开，在内容器压力大于等于壳体外水环境压力时，双向作用水液压泵-马达做水液压泵使用，电机驱动水液压泵将壳体外水环境的水压入内容器，壳体体积不变质量增加实现下潜；在内容器压力小于壳体外水环境压力时，水自动由壳体外水环境进入内容器，双向作用水液压泵-马达做水液压马达使用，水液压马达驱动电机转动释放压力能，防止水液压马达转速过快；（21）在上浮时，如第一水液压液控单向阀从出水口向进水口的水路尚未打开，则双向作用水液压泵-马达做水液压泵使用，电机驱动水液压泵将第一容器内的水通过第二容器和第二水液压液控单向阀排入壳体外的水环境，第二容器压力升高打开第一水液压液控单向阀从出水口向进水口的水路，使水从内容器排入壳体外的水环境，壳体体积不变质量减小实现上浮；（22）在上浮时，如第一水液压液控单向阀从出水口向进水口的水路已经打开，在内容器压力小于等于壳体外水环境压力时，双向作用水液压泵-马达做水液压泵使用，电机驱动水液压泵将内容器内的水排入壳体外的水环境，壳体体积不变质量减小实现上浮；在内容器压力大于壳体外水环境压力时，水自动由内容器排入壳体外的水环境，双向作用水液压泵-马达做水液压马达使用，水液压马达驱动电机转动释放压力能，防止水液压马达转速过快。本专利技术的有益效果是：本专利技术所公开的水液压浮力调节装置及方法，结构简单，通过改变内容器的质量调节壳体的下潜和上浮，实现对水下机器人、浮标、深潜器、滑翔机等设备的自动下潜、上浮和定深控制。充分利用水深压力能，在提高水液压浮力调节装置工作效率的同时，降低了水液压泵所需的工作压力及壳体承受压力，减小了壳体的重量及体积，为进一步增加下潜深度创造条件。本专利技术所公开的水液压浮力调节装置及方法，采用外部水环境中的水作为工作介质，消除浮力调节装置的污染，达到与环境相容及降低运行成本的目的；通过将部分压力能储存于内容器的水中，解决了水下作业设备的节能技术瓶颈；通过向壳体内预充一定压力的气体，降低对水液压泵工作压力的要求及壳体所承受的压差，减小了水液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水液压浮力调节装置，其特征在于：所述的装置包括壳体，壳体内充有一定压力的气体；壳体内设置盛装水的内容器、第一水液压液控单向阀、盛装水的第一容器、双向作用水液压泵‑马达、盛装水的第二容器、第二水液压液控单向阀；所述的内容器为体积随其内装水体积的变化而变化的弹性软容器；内容器通过上述的第一水液压液控单向阀、第一容器、双向作用水液压泵‑马达、第二容器、第二水液压液控单向阀与壳体外的水环境相通以便进行排水或吸水，所述第一水液压液控单向阀的进水口与第一容器相通，出水口与内容器相通，控制水口与第二容器相通，所述第二水液压液控单向阀的进水口与第二容器相通，出水口与壳体外的水环境相通，控制水口则与第一容器相通；壳体内还设置与双向作用水液压泵‑马达相连接的电机。

【技术特征摘要】
1.一种水液压浮力调节装置，其特征在于：所述的装置包括壳体，壳体内充有一定压力的气体；壳体内设置盛装水的内容器、第一水液压液控单向阀、盛装水的第一容器、双向作用水液压泵-马达、盛装水的第二容器、第二水液压液控单向阀；所述的内容器为体积随其内装水体积的变化而变化的弹性软容器；内容器通过上述的第一水液压液控单向阀、第一容器、双向作用水液压泵-马达、第二容器、第二水液压液控单向阀与壳体外的水环境相通以便进行排水或吸水，所述第一水液压液控单向阀的进水口与第一容器相通，出水口与内容器相通，控制水口与第二容器相通，所述第二水液压液控单向阀的进水口与第二容器相通，出水口与壳体外的水环境相通，控制水口则与第一容器相通；壳体内还设置与双向作用水液压泵-马达相连接的电机。2.根据权利要求1所述的水液压浮力调节装置，其特征在于：壳体内充的气体为惰性气体。3.根据权利要求1所述的水液压浮力调节装置，其特征在于：所述的弹性软容器为弹性水囊。4.根据权利要求1所述的水液压浮力调节装置，其特征在于：所述的电机为永磁式有刷直流电机。5.根据权利要求1所述的水液压浮力调节装置，其特征在于：壳体内还设置控制电机工作的控制系统。6.根据权利要求5所述的水液压浮力调节装置，其特征在于：所述的控制系统为单片机。7.根据权利要求5所述的水液压浮力调节装置，其特征在于：所述的控制系统通过压力传感器获取内容器和壳体外水环境的压力值。8.根据权利要求1所述的水液压浮力调节装置，其特征在于：所述的第一容器为与第一水液压液控单向阀相连的管路中直径增大的部分；第二容器为与第二水液压液控单向阀相连的管路中直径增大的部分。9.根据权利要求1所述的水液压浮力调节装置，其特征在于：所述的壳体上设置过滤器，第二水液压液控单向阀的出水口通过上述的过滤器与壳体外的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨友胜，穆为磊，赵忠生，石林，金春洁，别海燕，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37