一种潜水器的纵倾角度调节系统论文和设计-韩俊

全文摘要

本发明公开了一种潜水器的纵倾角度调节系统，涉及海洋技术领域，该系统创造性的设计了管路结构，通过调节艏水银罐和艉水银罐中的水银液位高度能够有效快速的实现潜水器纵倾角度的调节，且调节角度能够精确控制，同时可以使潜水器在任一纵倾角度锁定，不会产生水银因重力在艏艉水银罐之间流动而改变纵倾角度的情况，水银放置在水银罐中，通过活塞很好的实现了水银与液压系统的物理隔离，避免液压系统遭受污染。

主设计要求

1.一种潜水器的纵倾角度调节系统，其特征在于，所述纵倾角度调节系统包括：主控器电性连接电机控制器，所述电机控制器连接并控制调速电机，所述调速电机连接并控制双向泵，所述双向泵的第一油口连通第一单向阀的出油口，所述第一单向阀的进油口连通油箱，所述双向泵的第二油口连通第二单向阀的出油口，所述第二单向阀的进油口连通所述油箱；所述双向泵的第一油口还连通第三单向阀的进油口，所述第三单向阀的出油口连通艏水银罐的上腔体，所述艏水银罐安装在潜水器的艏部，所述艏水银罐的内部通过可移动的活塞分隔为上腔体和下腔体，所述艏水银罐的上腔体充满液压油、下腔体充满水银，所述第三单向阀的出油口还连通第一安全阀的进油口，所述第一安全阀的出油口连通所述油箱；所述双向泵的第二油口还连通第四单向阀的进油口，所述第四单向阀的出油口连通艉水银罐的上腔体，所述艉水银罐安装在所述潜水器的艉部，所述艉水银罐的内部通过可移动的活塞分隔为上腔体和下腔体，所述艉水银罐的上腔体充有液压油、下腔体充有水银，所述第四单向阀的出油口还连通第二安全阀的进油口，所述第二安全阀的出油口连通所述油箱；所述艏水银罐的下腔体与所述艉水银罐的下腔体通过水银管路连通，所述艏水银罐的下腔体中设置有第一水银液位传感器，所述艉水银罐的下腔体中设置有第二水银液位传感器，所述第一水银液位传感器和所述第二水银液位传感器分别电性连接所述主控器；所述第三单向阀与所述艏水银罐的上腔体之间的油液管路还连通第一液控单向阀的出油口，所述第一液控单向阀的进油口连通所述油箱，所述第一液控单向阀的控制油口连通所述第四单向阀与所述艉水银罐的上腔体之间的油液管路；所述第四单向阀与所述艉水银罐的上腔体之间的油液管路还连通第二液控单向阀的出油口，所述第二液控单向阀的进油口连通所述油箱，所述第二液控单向阀的控制油口连通所述第三单向阀与所述艏水银罐的上腔体之间的油液管路。

设计方案

1.一种潜水器的纵倾角度调节系统，其特征在于，所述纵倾角度调节系统包括：

主控器电性连接电机控制器，所述电机控制器连接并控制调速电机，所述调速电机连接并控制双向泵，所述双向泵的第一油口连通第一单向阀的出油口，所述第一单向阀的进油口连通油箱，所述双向泵的第二油口连通第二单向阀的出油口，所述第二单向阀的进油口连通所述油箱；

所述双向泵的第一油口还连通第三单向阀的进油口，所述第三单向阀的出油口连通艏水银罐的上腔体，所述艏水银罐安装在潜水器的艏部，所述艏水银罐的内部通过可移动的活塞分隔为上腔体和下腔体，所述艏水银罐的上腔体充满液压油、下腔体充满水银，所述第三单向阀的出油口还连通第一安全阀的进油口，所述第一安全阀的出油口连通所述油箱；

所述双向泵的第二油口还连通第四单向阀的进油口，所述第四单向阀的出油口连通艉水银罐的上腔体，所述艉水银罐安装在所述潜水器的艉部，所述艉水银罐的内部通过可移动的活塞分隔为上腔体和下腔体，所述艉水银罐的上腔体充有液压油、下腔体充有水银，所述第四单向阀的出油口还连通第二安全阀的进油口，所述第二安全阀的出油口连通所述油箱；

所述艏水银罐的下腔体与所述艉水银罐的下腔体通过水银管路连通，所述艏水银罐的下腔体中设置有第一水银液位传感器，所述艉水银罐的下腔体中设置有第二水银液位传感器，所述第一水银液位传感器和所述第二水银液位传感器分别电性连接所述主控器；

所述第三单向阀与所述艏水银罐的上腔体之间的油液管路还连通第一液控单向阀的出油口，所述第一液控单向阀的进油口连通所述油箱，所述第一液控单向阀的控制油口连通所述第四单向阀与所述艉水银罐的上腔体之间的油液管路；所述第四单向阀与所述艉水银罐的上腔体之间的油液管路还连通第二液控单向阀的出油口，所述第二液控单向阀的进油口连通所述油箱，所述第二液控单向阀的控制油口连通所述第三单向阀与所述艏水银罐的上腔体之间的油液管路。

2.根据权利要求1所述的纵倾角度调节系统，其特征在于，所述艏水银罐和所述艉水银罐的结构相同，每个水银罐包括：罐体、端盖、安装底板和活塞，所述安装底板固定在所述罐体的底部，所述水银罐通过所述安装底板安装在所述潜水器上，所述端盖固定在所述罐体顶部的开口处且所述罐体的端面与所述端盖接触位置设置有端面密封件，所述活塞设置在所述罐体的内部并与所述罐体的内壁接触将所述罐体分隔为上腔体和下腔体，所述活塞上有三个导向带和两个活塞密封件，所述导向带和所述活塞密封件分别与所述罐体的内壁相接触，且所述罐体上分别开设有用于连通所述油液管路和所述水银管路的通孔。

3.根据权利要求1或2所述的纵倾角度调节系统，其特征在于，所述纵倾角度调节系统还包括三个应急抛载阀，所述三个应急抛载阀均为常闭型电磁阀，第一应急抛载阀的一个接口连通所述艏水银罐的下腔体与所述艉水银罐的下腔体之间的水银管路、另一个接口连通所述潜水器的外部介质；第二应急抛载阀的一个接口连通所述第三单向阀与所述艏水银罐的上腔体之间的油液管路、另一个接口连通所述潜水器的外部介质；第三应急抛载阀的一个接口连通所述第四单向阀与所述艉水银罐的上腔体之间的油液管路、另一个接口连通所述潜水器的外部介质。

4.根据权利要求1或2所述的纵倾角度调节系统，其特征在于，所述纵倾角度调节系统还包括压力补偿器，所述压力补偿器与所述双向泵、所述第一单向阀、所述第二单向阀、所述第三单向阀、所述第四单向阀、所述第一安全阀、所述第二安全阀、所述第一液控单向阀以及所述第二液控单向阀组成的液压源箱体相连，所述艏水银罐通过所述第一单向阀和所述第三单向阀与所述油箱实现压力补偿，所述艉水银罐通过所述第二单向阀和所述第四单向阀与所述油箱实现压力补偿。

设计说明书

技术领域

本发明涉及海洋技术领域，尤其是一种潜水器的纵倾角度调节系统。

背景技术

潜水器在水下作业时，由于搭载设备的不同或携带水下采集样品，会造成潜水器姿态发生变化，产生一定的纵倾角，这对潜水器运行和驾驶员操作都会带来一定的影响，所以潜水器需要具有一套能够调节其纵倾角度的系统，以适应其在不同场景下的应用。

目前潜水器广泛使用的纵倾角调节系统使用液压油直接推动水银在潜水器艏部和艉部流动的办法实现潜水器纵倾角的调节，这样存在几个弊端：(1)、水银与液压油直接接触，长时间使用后，会有水银颗粒进入液压系统，对油液产生污染，对液压元件产生腐蚀。(2)、调节纵倾角度时，无法精确完成所需角度的调节。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种潜水器的纵倾角度调节系统，该系统能够精确快速的完成潜水器纵倾角度的调节，实现水银与液压系统的绝对隔离，同时，又满足潜水器应急抛弃水银的需要。

本发明的技术方案如下：

一种潜水器的纵倾角度调节系统，该纵倾角度调节系统包括：

主控器电性连接电机控制器，电机控制器连接并控制调速电机，调速电机连接并控制双向泵，双向泵的第一油口连通第一单向阀的出油口，第一单向阀的进油口连通油箱，双向泵的第二油口连通第二单向阀的出油口，第二单向阀的进油口连通油箱；

双向泵的第一油口还连通第三单向阀的进油口，第三单向阀的出油口连通艏水银罐的上腔体，艏水银罐安装在潜水器的艏部，艏水银罐的内部通过可移动的活塞分隔为上腔体和下腔体，述艏水银罐的上腔体充满液压油、下腔体充满水银，第三单向阀的出油口还连通第一安全阀的进油口，第一安全阀的出油口连通油箱；

双向泵的第二油口还连通第四单向阀的进油口，第四单向阀的出油口连通艉水银罐的上腔体，艉水银罐安装在潜水器的艉部，艉水银罐的内部通过可移动的活塞分隔为上腔体和下腔体，艉水银罐的上腔体充有液压油、下腔体充有水银，第四单向阀的出油口还连通第二安全阀的进油口，第二安全阀的出油口连通油箱；

艏水银罐的下腔体与艉水银罐的下腔体通过水银管路连通，艏水银罐的下腔体中设置有第一水银液位传感器，艉水银罐的下腔体中设置有第二水银液位传感器，第一水银液位传感器和第二水银液位传感器分别电性连接主控器；

第三单向阀与艏水银罐的上腔体之间的油液管路还连通第一液控单向阀的出油口，第一液控单向阀的进油口连通油箱，第一液控单向阀的控制油口连通第四单向阀与艉水银罐的上腔体之间的油液管路；第四单向阀与艉水银罐的上腔体之间的油液管路还连通第二液控单向阀的出油口，第二液控单向阀的进油口连通油箱，第二液控单向阀的控制油口连通第三单向阀与艏水银罐的上腔体之间的油液管路。

其进一步的技术方案为，艏水银罐和艉水银罐的结构相同，每个水银罐包括：罐体、端盖、安装底板和活塞，安装底板固定在罐体的底部，水银罐通过安装底板安装在潜水器上，端盖固定在罐体顶部的开口处且罐体的端面与端盖接触位置设置有端面密封件，活塞设置在罐体的内部并与罐体的内壁接触将罐体分隔为上腔体和下腔体，活塞上有三个导向带和两个活塞密封件，导向带和活塞密封件分别与罐体的内壁相接触，且罐体上分别开设有用于连通油液管路和水银管路的通孔。

其进一步的技术方案为，纵倾角度调节系统还包括三个应急抛载阀，三个应急抛载阀均为常闭型电磁阀，第一应急抛载阀的一个接口连通艏水银罐的下腔体与艉水银罐的下腔体之间的水银管路、另一个接口连通潜水器的外部介质；第二应急抛载阀的一个接口连通第三单向阀与艏水银罐的上腔体之间的油液管路、另一个接口连通潜水器的外部介质；第三应急抛载阀的一个接口连通第四单向阀与艉水银罐的上腔体之间的油液管路、另一个接口连通潜水器外部介质。

其进一步的技术方案为，纵倾角度调节系统还包括压力补偿器，压力补偿器与双向泵、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第一安全阀、第二安全阀、第一液控单向阀以及第二液控单向阀组成的液压源箱体相连，艏水银罐通过第一单向阀和第三单向阀与油箱实现压力补偿，艉水银罐通过第二单向阀和第四单向阀与油箱实现压力补偿。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种潜水器的纵倾角度调节系统，该系统创造性的设计了管路结构，通过调节艏水银罐和艉水银罐中的水银液位高度能够有效快速的实现潜水器纵倾角度的调节，且调节角度能够精确控制，同时可以使潜水器在任一纵倾角度锁定，不会产生水银因重力在艏艉水银罐之间流动而改变纵倾角度的情况，水银放置在水银罐中，通过活塞很好的实现了水银与液压系统的物理隔离，避免液压系统遭受污染。

本申请公开的纵倾角度调节系统采用了特殊的压力补偿技术，可在任意水深使用，同时，所涉及的箱体、罐体等零部件均可采用非耐压结构设计，有效的减轻了整个系统的重量。

本申请公开的纵倾角度调节系统通过应急抛载阀与管路结构的结合还能够实现应急抛载功能，能够在潜水器需要快速的将艏艉水银罐中的水银快速的全部抛弃。

附图说明

图1是本申请公开的纵倾角度调节系统的系统结构图。

图2是艏水银罐和艉水银罐的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种潜水器的纵倾角度调节系统，请参考图1，该纵倾角度调节系统的结构为：主控器电性连接电机控制器，电机控制器连接并控制调速电机M，主控器为具有计算机信号处理功能的设备，可以直接实现为潜水器的控制台，也可以实现单独的设备，电机控制器用于控制和驱动调速电机M，为现有市售设备。调速电机M连接并控制双向泵1，调速电机M和双向泵1组成动力源。双向泵1的第一油口连通第一单向阀2的出油口，第一单向阀2的进油口连通油箱O，双向泵1的第二油口连通第二单向阀3的出油口，第二单向阀3的进油口连通油箱O。双向泵1的第一油口还连通第三单向阀4的进油口、第二油口还连通第四单向阀5的进油口，第三单向阀4和第四单向阀5作为高压油止回阀。

第三单向阀4的出油口连通艏水银罐6的上腔体，艏水银罐6安装在潜水器的艏部。第四单向阀5的出油口连通艉水银罐7的上腔体，艉水银罐7安装在潜水器的艉部。

艏水银罐6和艉水银罐7的结构相同，请参考图2，每个水银罐包括：罐体20、端盖21、安装底板22和活塞23。安装底板22固定在罐体20的底部，水银罐通过安装底板22安装在潜水器上。端盖21固定在罐体20顶部的开口处且罐体20的端面与端盖21接触位置设置有端面密封件24，端盖21与端面密封件24接触密封。活塞23设置在罐体20的内部并与罐体20的内壁接触从而将罐体20分隔为上腔体和下腔体，罐体20的上腔体充有液压油、下腔体充有水银，液压油和水银通过活塞23实行物理隔离。活塞23上有三个导向带25和两个活塞密封件26，如图2所示，导向带25和活塞密封件26间隔设置，导向带25和活塞26密封件分别与罐体20的内壁相接触，既可以使得活塞23顺利滑动，又可以有效可靠的将水银和液压油隔离开。罐体20上还分别开设有用于连通液压油和水银的通孔，比如连通液压油的通孔开设在罐体20的顶部连通上腔体，连通水银的通孔开设在罐体20的底部连通下腔体，图2中未示出。

如图1中，艏水银罐6和艉水银罐7中斜线阴影部分表示上腔体中填充的液压油、点阵阴影部分表示下腔体中填充的水银。艏水银罐6的下腔体与艉水银罐7的下腔体通过水银管路连通。艏水银罐6的下腔体中还设置有第一水银液位传感器8，艉水银罐7的下腔体中还设置有第二水银液位传感器9，第一水银液位传感器8和第二水银液位传感器9采用市售的液位传感器。需要说明的是，图1仅表示了水银液位传感器与水银罐之间的信号传输关系，并不表示两者之间的相对位置关系，实际上水银液位传感器是置于水银罐的下腔体中从而感应水银的液位高度的，更为常规的做法是，将水银液位传感器设置在水银罐的活塞23上并接触下腔体中的水银液面，则在活塞23的移动过程中水银液位传感器可以感应出下腔体中水银的液位高度。第一水银液位传感器8和第二水银液位传感器9分别电性连接主控器从而将两个水银罐中的水银液位高度传输给主控器。

第三单向阀4的出油口还连通第一安全阀10的进油口，第一安全阀10的出油口连通油箱O，第四单向阀5的出油口连通第二安全阀11的进油口，第二安全阀11的出油口连通油箱O，第一安全阀10和第二安全阀11可以防止双向泵1输出压力过高。

第三单向阀4的出油口与艏水银罐6的上腔体之间的油液管路还连通第一液控单向阀12的出油口，第一液控单向阀12的进油口连通油箱O、控制油口连通第四单向阀5与艉水银罐7的上腔体之间的油液管路。第四单向阀5的出油口与艉水银罐7的上腔体之间的油液管路还连通第二液控单向阀13的出油口，第二液控单向阀13的进油口连通油箱O、控制油口连通第三单向阀4与艏水银罐6的上腔体之间的油液管路。第一液控单向阀12和第二液控单向阀13可以起到液压系统无输出时自锁功能。

本申请的纵倾角度调节系统还包括压力补偿器14，压力补偿器14与双向泵1、第一单向阀2、第二单向阀3、第三单向阀4、第四单向阀5、第一安全阀10、第二安全阀11、第一液控单向阀12以及第二液控单向阀13组成的液压源箱体相连，实现系统的压力补偿，压力补偿器14是液压系统的常用设备，本申请对其工作原理和结构不再赘述。同时，艏水银罐6通过第一单向阀2和第三单向阀4与油箱O实现压力补偿，艉水银罐7通过第二单向阀3和第四单向阀5与油箱O实现压力补偿，因此水银罐的端盖21和罐体20只需按非耐压设备设计即可，有效的减轻了两个水银罐的重量。

基于上述结构，本申请公开的纵倾角度调节系统的工作原理为：

当潜水器需要艏倾时，即需要潜水器的艏部变重时，主控器向电机控制器输出相应的控制指令，电机控制器根据接收到的控制指令调整调速电机M的转速和转向从带动双向泵1工作，此时双向泵1的第一油口为进油口、第二油口为出油口。油箱O中的液压油经过第一单向阀2进入双向泵1的吸油腔，双向泵1中的高压油经过第四单向阀5，通过第四单向阀5与艉水银罐7的上腔体之间的油液管路进入艉水银罐7的上腔体，同时，第四单向阀5与艉水银罐7的上腔体之间的油液管路中的高压油打开第一液控单向阀12。液压油进入艉水银罐7的上腔体后，艉水银罐7中的活塞在液压油的作用下向下腔体移动压缩下腔体，艉水银罐7下腔体的水银经过两个水银罐之间的水银管路进入艏水银罐6，艏水银罐6中的活塞在水银的作用下向上腔体移动压缩上腔体，艏水银罐6上腔体中的液压油经过已经打开的第一液控单向阀12直接回到油箱O。艉水银罐7中的水银流入至艏水银罐6中，因此潜水器艏部变重，实现艏倾。

当潜水器需要艉倾时，即需要潜水器的艉部变重时，主控器向电机控制器输出相应的控制指令，电机控制器根据接收到的控制指令调整调速电机M的转速和转向从带动双向泵1工作，此时双向泵1的第一油口为出油口、第二油口为进油口。油箱O中的液压油经过第二单向阀3进入双向泵1的吸油腔，双向泵1中的高压油经过第三单向阀4，通过第三单向阀4与艏水银罐6的上腔体之间的油液管路进入艏水银罐6的上腔体，同时，第三单向阀4与艏水银罐6的上腔体之间的油液管路中的高压油打开第二液控单向阀13。液压油进入艏水银罐6的上腔体后，艏水银罐6中的活塞在液压油的作用下向下腔体移动压缩下腔体，艏水银罐6下腔体的水银经过两个水银罐之间的水银管路进入艉水银罐7，艉水银罐7中的活塞在水银的作用下向上腔体移动压缩上腔体，艉水银罐7上腔体中的液压油经过已经打开的第二液控单向阀13直接回到油箱O。艏水银罐6中的水银流入至艉水银罐7中，因此潜水器艉部变重，实现艉倾。

同时，无论是哪种情形，艏水银罐6中的第一水银液位传感器8和艉水银罐7中的第二水银液位传感器9都会实时感应两个水银罐中的水银液位高度并传输给主控器，主控器根据水银液位高度调整控制指令直至两个水银罐中的水银液位高度达到预期从而实现所需的纵倾角度，通过负反馈的控制策略实现纵倾角度调整的快速化和高精度。同时，当调节到所需的纵倾角度后，调速电机M停止工作，此时艏水银罐6和艉水银罐7中的水银会通过第一液控单向阀12和第二液控单向阀13实现液位自锁，以此保持潜水器所需的纵倾角度。

可选的，本申请的纵倾角度调节系统还包括三个应急抛载阀，分别为第一应急抛载阀15、第二应急抛载阀16和第三应急抛载阀17，三个应急抛载阀均为常闭型电磁阀。第一应急抛载阀15的一个接口连通艏水银罐6的下腔体与艉水银罐7的下腔体之间的水银管路、另一个接口连通潜水器的外部介质。第二应急抛载阀16的一个接口连通第三单向阀4与艏水银罐6的上腔体之间的油液管路、另一个接口连通潜水器的外部介质。第三应急抛载阀17的一个接口连通第四单向阀5与艉水银罐7的上腔体之间的油液管路、另一个接口连通潜水器的外部介质。实际应用时，连通潜水器的外部介质即为连通海水。当需要应急抛载时，将三个应急抛载阀都打开，则艏水银罐6和艉水银罐7中的水银通过水银管路经由第一应急抛载阀15排入到海水中，同时，第二应急抛载阀16和第三应急抛载阀17则可流入海水以填充流失掉水银的空腔，以免艏水银罐6和艉水银罐7中产生空腔形成负压，影响水银的抛弃。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

设计图

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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