一种深海潜水器双作用增压缸式浮力调节装置

技术领域

本发明涉及深海探测装备领域，更具体的说，是涉及一种深海潜水器双作用增压缸式浮力调节装置。

背景技术

深海潜水器是海洋环境自动观测平台，是现代海洋环境立体监测系统的重要组成部分。将潜水器投放到海洋中，在海水中做往复循环运动，在上浮过程中采集海水数据；潜水器采用可变浮力驱动系统改变自身体积，从而改变所受浮力大小，实现下潜和上浮；浮力调节装置是潜水器稳定运行的关键部件；深海潜水器所用压载舱一般为球形，由于内部空间小导致电池数量少，在有限的能量下做更多的剖面是我们所面临的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种深海潜水器双作用增压缸式浮力调节装置，能够降低深海潜水器的能量消耗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明深海潜水器双作用增压缸式浮力调节装置，包括直流电机、柱塞泵、粗过滤器、单向阀组、溢流阀、三位三通电磁阀、双作用增压缸、二位二通电磁阀、外油囊、内油缸，所述单向阀组包括单向阀一、单向阀二、单向阀三、单向阀四，所述外油囊设置于真空压载舱外部，其余部分均设置于真空压载舱内部；

所述粗过滤器一端口连接高压管路并伸入内油缸内底处，另一端口连接柱塞泵进油口，所述柱塞泵与直流电机通过联轴器连接，所述柱塞泵出油口分为两路，一路连接三位三通电磁阀的P口，一路连接溢流阀进油口，所述溢流阀的出油口连接高压管路并伸入内油缸内底处；

所述三位三通电磁阀的T口连接高压管路并伸入内油缸内底处，A口分别连接单向阀一的进油口和双作用增压缸的低压腔一，B口分别连接单向阀二的进油口和双作用增压缸的低压腔二；

所述双作用增压缸的高压腔一分别连接单向阀一的出油口和单向阀三的进油口，所述双作用增压缸的高压腔二分别连接单向阀二的出油口和单向阀四的进油口；所述单向阀三和单向阀四的出油口均连接外油囊；所述二位二通电磁阀的P口连接外油囊，A口连接高压管路并伸入内油缸内底处。

所述柱塞泵采用轴向柱塞泵。

所述三位三通电磁阀控制双作用增压缸的增压缸活塞左右往复运动，将液压油排入外油囊，实现排油功能。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明降低了柱塞泵的额定压力，直流电机带动柱塞泵旋转需要的转矩降低，同时降低了电机的功耗，在同等能量的条件下，能做更多的剖面运动，采集更多的数据；对柱塞泵、三位三通球阀、单向阀一、单向阀二和部分管路的耐压性要求降低，降低了高压零部件的价格，节约了成本。

本发明用于深海潜水器，是潜水器实现下潜和上浮的驱动装置；该装置结构简单合理，相较与常规浮力调节装置，有效的降低了能耗，有效的提高了液压系统效率，有效的节约了成本。

相较与直接用柱塞泵将液压油排入外油囊的装置，本装置在相同深度下排油，电机所消耗的功率减小，在有限的能量下，能做更多的剖面运动，采集更多数据；对柱塞泵等主要液压系统零部件的耐压性能降低，节约了成本；溢流阀对液压系统起保护作用，液压系统压力超过额定压力时，液压油经溢流阀流至内油缸，使液压系统最高压力保持在额定压力。

附图说明

图1是本发明深海潜水器双作用增压缸式浮力调节装置的原理图；

图2是本发明深海潜水器双作用增压缸式浮力调节装置的三维结构图。

附图标记：1内油缸；2粗过滤器；3直流电机；4柱塞泵；5、溢流阀；6三位三通电磁阀；7二位二通电磁阀；8单向阀一；9单向阀二；10低压腔一；11低压腔二；12高压腔一；13高压腔二；14增压缸活塞；15增压缸；16单向阀三；17单向阀四；18外油囊。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1和图2所示，本发明深海潜水器双作用增压缸式浮力调节装置，包括直流电机3、柱塞泵4、粗过滤器2、单向阀组、溢流阀5、三位三通电磁阀6、双作用增压缸15、二位二通电磁阀7、外油囊18、内油缸1及各部件之间连接的高压管路。所述单向阀组包括单向阀一8、单向阀二9、单向阀三16、单向阀四17，所述双作用增压缸包括缸体和增压缸活塞14，所述增压缸活塞14设置于缸体内部，将缸体内部空间由左至右依次划分为高压腔一12、低压腔一10、低压腔二11、高压腔二13。所述外油囊18设置于真空压载舱外部，其余部分均设置于真空压载舱内部。其中，二位二通电磁阀7、外油囊18、高压管路、内油缸1作为本发明的回油系统。

所述粗过滤器2一端口连接高压管路并伸入内油缸1内底处，另一端口连接柱塞泵4进油口，所述柱塞泵4与直流电机3通过联轴器连接，所述柱塞泵4出油口分为两路，一路连接三位三通电磁阀6的P口，一路连接溢流阀5进油口，所述溢流阀5的出油口连接高压管路并伸入内油缸1内底处。

所述三位三通电磁阀6的T口连接高压管路并伸入内油缸1内底处，A口分别连接单向阀一8的进油口和双作用增压缸15的低压腔一10，B口分别连接单向阀二9的进油口和双作用增压缸15的低压腔二11。

所述双作用增压缸15的高压腔一12分别连接单向阀一8的出油口和单向阀三16的进油口，所述双作用增压缸15的高压腔二13分别连接单向阀二9的出油口和单向阀四17的进油口；所述单向阀三16和单向阀四17的出油口均连接外油囊18；所述二位二通电磁阀7的P口连接外油囊18，A口连接高压管路并伸入内油缸1内底处。

其中，所述柱塞泵4采用轴向柱塞泵，降低了高压柱塞泵耐高压性能。所述三位三通电磁阀6控制双作用增压缸15的增压缸活塞14左右往复运动，将液压油排入外油囊18，实现排油功能。采用溢流阀5作为安全阀，防止柱塞泵4出油口端压力过高损坏系统。

本发明深海潜水器双作用增压缸式浮力调节装置的浮力调节方法，包含排油过程和回油过程：

排油过程：将溢流阀5设定为系统最高额定压力，直流电机3带动柱塞泵4旋转，液压油从内油缸1经过粗过滤器2和柱塞泵4到达三位三通电磁阀6，三位三通电磁阀6处于左位，液压油从三位三通电磁阀6的P口进、A口出，双作用增压缸15的低压腔一10的压力逐渐增加至海水压力的1/4，推动增压缸活塞14向右运动，低压腔二11中的液压油经过B口、T口进入内油缸1，高压腔二13的液压油推入到外油囊18，当增压缸活塞14到达右极限位置时，切换三位三通电磁阀6到右位，液压油从P口进、B增压缸口出，低压腔二11压力逐渐升高，推动增压缸活塞14向左运动，低压腔一10中液压油经过A口、T口进入内油缸1，高压腔一12中液压油进入外油囊18，当增压缸活塞14运动到左边极限位置时，三位三通电磁阀6切换至左位，重复以上步骤，直到外油囊18油量达到设定值，将三位三通电磁阀6切换至中位。

回油过程：直流电机3停止，三位三通电磁阀6处于中位，二位二通电磁阀7上电，处于开通状态，液压油在海水压力作用下从外油囊18经二位二通电磁阀7的P口、A口进入内油缸1，潜水器整体体积减小，浮力降低，潜水器下潜，当外油囊18油量达到设定值时，二位二通电磁阀7断电，处于关闭状态，外油囊18液压油停止回油。

本发明深海潜水器双作用增压缸式浮力调节装置可应用于4000米智能浮标，通过改变外油囊18的体积使浮标实现下潜和上浮。

下潜阶段：浮标在海水表面处于配平状态，此时，直流电机3断电，三位三通电磁阀6处于中位关闭位置，二位二通电磁阀7处于断开位置；要使浮标下潜，需将二位二通电磁阀7上电，处于连通状态，外油囊18中的航空液压油在外部海水环境的压力下，分别通过二位二通电磁阀7的P口、A口进入内油缸1底部，外油囊18体积缩小，浮标整体体积变小，浮力减小，浮标下潜；外油囊18油量达到设定值时，二位二通电磁阀7断电，浮标停止回油，达到下潜深度时，处于悬浮状态。

上浮阶段：浮标在水下4000米处悬停，此时三位三通电磁阀6处于中位关闭状态，二位二通电磁阀7处于关闭状态；要使浮标上浮，需增加浮力，即增加浮标的体积，直流电机3上电，直流电机3带动柱塞泵4旋转，柱塞泵4将内油缸1中的油经过粗过滤器2泵入到三位三通电磁阀6的P口，此时三位三通电磁阀6处于左位P与A连通，B与T连通，液压油分别经过P口、A口进入双作用双作用增压缸15的低压腔一10，此时低压腔二11与内油缸1连通，压力基本为0，增压缸活塞14在液压油的压力下向右运动，双作用增压缸15的的高压腔二13中的液压油经单向阀四17进入外油囊18，低压腔的压力等于高压腔压力除以增压比，当增压缸活塞14到达右极限位置时，切换三位三通电磁阀6到右位，P与B口连通，A与T口连通，柱塞泵4将液压油从P口、B口排入双作用增压缸15的低压腔二11，此时A口与T口连通，即低压腔一10与内油缸1连通，压力基本为0，增压缸活塞14在液压油压力的作用下向左运动，双作用增压缸15的高压腔一12中液压油在增压缸活塞14的推动下经由单向阀二9进入外油囊18，当增压缸活塞14到达左边极限位置时，将三位三通电磁阀6切换至左位，重复以上步骤，直到外油囊18油量达到设定值，将三位三通电磁阀6断电，处于中位关闭状态，外油囊18体积增大，浮标浮力增加，浮标上浮至水面。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。