一種水液壓浮力調節系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種水液壓浮力調節系統，其改進之處在于：所述的系統包括殼體，殼體內充有一定壓力的氣體；殼體內設置內容器、二位二通水液壓電磁換向閥和雙向作用水液壓泵?馬達，并且內容器通過上述的二位二通水液壓電磁換向閥和雙向作用水液壓泵?馬達與殼體外的水環境相通以便進行彼此之間的水傳遞；殼體內還設置與雙向作用水液壓泵?馬達相連接的電動機?發電機，控制電動機?發電機工作的控制系統和用于儲存電動機?發電機發出的電能并為殼體內各裝置供電的可充電電源。本發明專利技術所公開的水液壓浮力調節系統及方法，結構簡單，通過改變內容器的質量調節殼體的下潛和上浮，實現對水下機器人等水下作業設備的下潛和上浮控制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于浮力調節裝置領域，特別涉及該領域中的一種適用于水下機器人、浮標、深潛器、水下滑翔機等水下自行下潛上浮設備的水液壓浮力調節系統及方法。
技術介紹
現有技術中公開的液壓驅動浮力調節系統有油液壓浮力調節式和水液壓浮力調節式兩種。中國專利技術專利CN102079375 A，碩士論文“油囊式浮力調節裝置研制”（華中科技大學，方旭）公開的油液壓浮力調節系統如圖1所示，主要包括內外容器、單向閥、電磁換向閥、雙向液壓泵、電機等，其中外容器為密封腔，并置于裝置殼體外的環境介質中；其余部件置于裝置殼體內。內容器為非密封圈腔，保證與裝置殼體內壓力相平衡。當電機驅動液壓泵順時針（或逆時針）旋轉時，泵從外容器吸油，通過單向閥壓入內容器，外容器體積減小，實現下潛；當電機驅動液壓泵逆時針（或順時針）旋轉時，泵從內容器吸油，電磁換向閥得電，液壓油通過換向閥左位壓入外容器，外容器體積增大，實現上浮。下潛和上浮過程中，內外容器壓力變化趨勢如圖2所示，內容器壓力變化遠小于外容器。上浮時，液壓泵的工作壓力需足以克服水深壓力，故對于深海情況，液壓泵工作壓力必須足夠高；下潛時，外容器壓力較內容器高，即泵的進口壓力高于出口壓力，液壓油可直接壓入內容器，但為了控制下潛速度，電機須施加一反向力矩，阻止過速下潛，深海壓力能未得到有效的利用；此外，因為殼體內壓力低，殼體外是深海壓力，故對于大海深，殼體需承受高壓，不便于微型化。論文“大深度潛水器海水液壓浮力調節技術研究進展” 劉銀水，液壓與氣動，2014（10）、碩士論文“海水式浮力調節系統及其控制技術研究”（張杰，哈爾濱工程大學，2014）公開的水液壓浮力調節系統如圖3所示，該系統主要由單向海水泵2、電機1、電磁閥5、安全閥3、壓力平衡閥4、耐壓水艙7和過濾器6等組成。打開電磁閥5（B）和5（C），電機1驅動單向海水泵2，海水通過過濾器6和電磁閥5（B），進入單向海水泵2加壓，通過壓力平衡閥4和電磁閥5（C），進入水艙7，系統重量增加，體積不變，實現下潛；打開電磁閥5（A）和5（D），電機1驅動單向海水泵2，水艙7中的海水通過電磁閥5（A），進入單向海水泵2加壓，通過壓力平衡閥4和電磁閥5（D），進入過濾器6，排到海洋，完成系統重量減小，體積不變，實現上浮。壓力平衡閥4的作用是防止海水直接進入單向海水泵2灌入水艙7，保證系統處于受控狀態。安全閥3的作用是在電磁閥5未正常開啟時，保護系統管路，起安全作用。雖然該水液壓技術與海洋環境相容、具有海深壓力自動補償功能、運行成本低、工作介質易處理等優點，但需多個額外的電磁閥配合單向海水泵完成系統的下潛與上浮，不但系統結構復雜，而且也同樣存在泵工作壓力高、深海壓力能未利用、殼體承壓大等問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題就是提供一種可以充分利用水深壓力能的水液壓浮力調節系統及方法。本專利技術采用如下技術方案：一種水液壓浮力調節系統，其改進之處在于：所述的系統包括殼體，殼體內充有一定壓力的氣體；殼體內設置內容器、二位二通水液壓電磁換向閥和雙向作用水液壓泵-馬達，并且內容器通過上述的二位二通水液壓電磁換向閥和雙向作用水液壓泵-馬達與殼體外的水環境相通以便進行彼此之間的水傳遞；殼體內還設置與雙向作用水液壓泵-馬達相連接的電動機-發電機，控制電動機-發電機工作的控制系統和用于儲存電動機-發電機發出的電能并為殼體內各裝置供電的可充電電源。進一步的，所述的內容器是體積可隨內裝水體積變化而變化的彈性水囊。進一步的，殼體內充的氣體為惰性氣體。進一步的，所述的電動機-發電機為永磁式有刷直流電動機-發電機。進一步的，所述的控制系統為單片機。進一步的，所述的控制系統通過壓力傳感器獲取內容器和殼體外水環境的壓力值。進一步的，所述的殼體上設置過濾器，雙向作用水液壓泵-馬達通過上述的過濾器與殼體外的水環境相通。一種水液壓浮力調節方法，使用上述的水液壓浮力調節系統，其改進之處在于：（1）在下潛時，二位二通水液壓電磁換向閥通電接通外部水環境向內容器的單向水路，在內容器壓力大于等于外部水環境壓力時，電動機-發電機做電動機使用、雙向作用水液壓泵-馬達做水液壓泵使用，電動機轉動驅動水液壓泵將外部水環境的水壓入內容器，殼體體積不變質量增加實現下潛；在內容器壓力小于外部水環境壓力時，水自動由外部水環境進入內容器，此時電動機-發電機做發電機使用、雙向作用水液壓泵-馬達做水液壓馬達使用，水液壓馬達驅動發電機發電后輸入可充電電源保存；（2）在上浮時，二位二通水液壓電磁換向閥通電接通內容器向外部水環境的單向水路，在內容器壓力小于等于外部水環境壓力時，電動機-發電機做電動機使用、雙向作用水液壓泵-馬達做水液壓泵使用，電動機轉動驅動水液壓泵將內容器內的水壓入外部水環境，殼體體積不變質量減小實現上浮；在內容器壓力大于外部水環境壓力時，水自動由內容器進入外部水環境，此時電動機-發電機做發電機使用、雙向作用水液壓泵-馬達做水液壓馬達使用，水液壓馬達驅動發電機發電后輸入可充電電源保存。本專利技術的有益效果是：本專利技術所公開的水液壓浮力調節系統及方法，結構簡單，通過改變內容器的質量調節殼體的下潛和上浮，實現對水下機器人、浮標、深潛器、水下滑翔機等水下作業設備的下潛和上浮控制。充分利用水深壓力能，在提高水液壓浮力調節系統工作效率的同時，降低了水液壓泵所需的工作壓力及殼體承受壓力，減小了殼體的重量及體積，為進一步增加下潛深度創造條件。本專利技術所公開的水液壓浮力調節系統及方法，采用外部水環境中的水作為工作介質，消除浮力調節系統的污染，達到與環境相容及降低運行成本的目的；通過永磁式有刷直流電動機-發電機、雙向作用水液壓泵-馬達，將部分壓力能轉換成電能加以儲存，解決了水下作業設備的節能技術瓶頸；通過向殼體內預充一定壓力的氣體，降低對水液壓泵工作壓力的要求及殼體所承受的壓差，減小了水液壓泵的輸入功率及浮力調節系統的重量，解決了水下作業設備的微型化與深潛化技術瓶頸。附圖說明圖1是現有技術中的油液壓浮力調節系統的結構示意圖；圖2是現有技術中油液壓浮力調節系統的內外容器壓力變化趨勢圖；圖3是現有技術中的水液壓浮力調節系統的結構示意圖；圖4是本專利技術實施例1所公開的水液壓浮力調節系統的結構示意圖；圖5是本專利技術實施例1所公開水液壓浮力調節系統的內容器與外部水環境的壓力變化趨勢圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖和實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。實施例1，如圖4所示，本實施例公開了一種水液壓浮力調節系統，所述的系統包括殼體41，殼體41內充有一定壓力的惰性氣體；殼體41內設置內容器42、二位二通水液壓電磁換向閥43和雙向作用水液壓泵-馬達44，所述的內容器42是體積可隨內裝水體積變化而變化的彈性水囊，并且內容器42通過上述的二位二通水液壓電磁換向閥43和雙向作用水液壓泵-馬達44與殼體41外的水環境相通以便進行彼此之間的水傳遞；殼體41內還設置與雙向作用水液壓泵-馬達44相連接的電動機-發電機45，控制電動機-發電機45工作的控制系統46和用于儲存電動機-發電機45發出的電能并為殼體41內各裝置供電的可充電電源47。作為一種本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水液壓浮力調節系統，其特征在于：所述的系統包括殼體，殼體內充有一定壓力的氣體；殼體內設置內容器、二位二通水液壓電磁換向閥和雙向作用水液壓泵?馬達，并且內容器通過上述的二位二通水液壓電磁換向閥和雙向作用水液壓泵?馬達與殼體外的水環境相通以便進行彼此之間的水傳遞；殼體內還設置與雙向作用水液壓泵?馬達相連接的電動機?發電機，控制電動機?發電機工作的控制系統和用于儲存電動機?發電機發出的電能并為殼體內各裝置供電的可充電電源。

【技術特征摘要】
1.一種水液壓浮力調節系統，其特征在于：所述的系統包括殼體，殼體內充有一定壓力的氣體；殼體內設置內容器、二位二通水液壓電磁換向閥和雙向作用水液壓泵-馬達，并且內容器通過上述的二位二通水液壓電磁換向閥和雙向作用水液壓泵-馬達與殼體外的水環境相通以便進行彼此之間的水傳遞；殼體內還設置與雙向作用水液壓泵-馬達相連接的電動機-發電機，控制電動機-發電機工作的控制系統和用于儲存電動機-發電機發出的電能并為殼體內各裝置供電的可充電電源。2.根據權利要求1所述的水液壓浮力調節系統，其特征在于：所述的內容器是體積可隨內裝水體積變化而變化的彈性水囊。3.根據權利要求1所述的水液壓浮力調節系統，其特征在于：殼體內充的氣體為惰性氣體。4.根據權利要求1所述的水液壓浮力調節系統，其特征在于：所述的電動機-發電機為永磁式有刷直流電動機-發電機。5.根據權利要求1所述的水液壓浮力調節系統，其特征在于：所述的控制系統為單片機。6.根據權利要求1所述的水液壓浮力調節系統，其特征在于：所述的控制系統通過壓力傳感器獲取內容器和殼體外水環境的壓力值。7.根據權利要求1所述的水液壓浮力調節系統，其特征在于：所述的殼體上設置過濾器，雙向作用水液壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊友勝，穆為磊，趙忠生，石林，金春潔，別海燕，
申請(專利權)人：中國海洋大學，
類型：發明
國別省市：山東;37