一种多功能潜水器水液压系统

摘要

本发明提供了一种多功能潜器水液压系统，包括动力源、浮力和姿态调节机构以及作业机构，动力源主要包括电机、水压泵和电磁换向阀，所述浮力和姿态调节机构主要包括多个压载水舱和平衡阀；通过对不同水舱注水排水，不仅实现对潜水器的浮力调节，同时实现了纵倾与横倾调节，使浮节调节与纵倾、横倾姿态调节的单一独立系统综合为统一的系统；此外，在各阀的配合作用下，还可驱动作业机构完成水下作业。本发明能够提供不同流量和压力的水源，以满足不同类型作业工具对动力源的要求；同时使浮力与纵倾、横倾调节在不同水深时具有不同性能，即满足大深度的适用性及浅深度的快速响应性。

权利要求

1.一种潜水器水液压系统，包括动力源，浮力和姿态调节机构，以及作业机构，其特征在于，动力源一方面与浮力和姿态调节机构协作完成潜水器的浮力和纵倾、横倾的调节，另一方面驱动作业机构完成作业；

所述动力源包括电机(15)、水压泵(14)、安全阀(13)、电磁开关阀(12)、入口过滤器(9)、出口过滤器(17)以及电磁换向阀(10)；所述浮力和纵倾调节机构包括一个以上的压载水舱(1)、电磁开关阀(7)以及平衡阀(11)；

电磁换向阀(10)的I口连接入口过滤器(9)，电磁换向阀(10)的II口依次通过水压泵(14)、出口过滤器(17)、平衡阀(11)连接电磁换向阀(10)的III口，电磁换向阀(10)的IV口通过电磁开关阀(7)连接压载水舱(1)；水压泵(14)的出口端连接安全阀(13)和电磁开关阀(12)的入口端，安全阀(13)和电磁开关阀(12)的出口端连接水压泵(14)的入口端，水压泵(14)的传动端连接电机(15)；水压泵(14)的出口端通过出口过滤器(17)连接作业机构。

2.根据权利要求1所述的潜水器水液压系统，其特征在于，所述出口过滤器(17)连接远程驱动可调变流量优先分流阀(25)后再连接平衡阀(11)和作业机构。

3.根据权利要求1所述的潜水器水液压系统，其特征在于，所述出口过滤器(17)通过分流阀连接平衡阀(11)和作业机构。

4.根据权利要求1所述的潜水器水液压系统，其特征在于，所述作业机构包括往复型作业单元、旋转型作业单元和机械手单元。

5.根据权利要求4所述的潜水器水液压系统，其特征在于，所述往复型作业单元包括顺序相接的增压器(18)、第二电磁换向阀(19)和往复型作业工具(20)。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的潜水器水液压系统，其特征在于，在所述压载水舱(1)内设有液位传感器和压力传感器，在所述水压泵的出口端设有压力传感器。

说明书

一种多功能潜水器水液压系统

技术领域

[0001] 本发明属于潜水器领域，具体涉及一种多功能潜水器水液压系统。

背景技术

[0002] 潜水器是进行高效勘探、科学考察、开发作业、军事侦测及作战平台的重要装备。潜水器在水下需要完成不同任务，如对水下钢缆、软缆剪切，清刷、打磨、切割、钻孔及连接件的装卸等作业任务，或完成水下样品的采集，设备的布放等任务。

[0003] 潜水器取样后由于重量的增加或释放其它装备后重量的减小，或是由于水介质的特性(压力、温度)而引起海水密度的变化；并随着下潜深度的增加，潜水器耐压结构发生弹性变形而引起排水体积的变化，这些因素均导致重力和浮力的平衡经常被打破。因此，为确保潜水器在一定深度具有相对稳定的作业姿态，需要对其进行浮力及姿态（纵倾和横倾）微调。除潜水器的浮力根据需要实时调节外，潜水器的姿态角度也需要进行实时调节，以使潜水器以一定倾角下潜或上浮，或保证潜水器在不同水域，不同深度等条件下倾角为零的稳定姿态。

[0004] 原有潜水器往往采用各自独立的动力系统完成浮力调节，纵倾、横倾调节及各种作业任务，增加了潜水器的重量、体积及成本，因此，现实情况要求一个综合动力系统用以完成潜水器水下工作时的不同功能和需求。

发明内容

[0005] 本发明提供一种水液压系统，将作业工具的动力源和浮力与姿态调节（纵倾，横倾）机构的动力源进行了统一，实现潜水器系统简化，提高了潜水器的可靠性及载重比。

[0006] 一种潜水器水液压系统，包括动力源、浮力和姿态调节机构以及作业机构，动力源一方面与浮力和姿态调节机构协作完成潜水器的浮力和纵倾、横倾的调节，另一方面驱动作业机构完成作业；

[0007] 所述动力源包括电机、水压泵、安全阀、电磁开关阀、入口过滤器、出口过滤器以及电磁换向阀；所述浮力和纵倾调节机构包括一个以上的压载水舱、电磁开关阀以及平衡阀；

[0008] 电磁换向阀的I口连接入口过滤器，电磁换向阀的II口依次通过水压泵、出口过滤器、平衡阀连接电磁换向阀的III口，电磁换向阀的IV口通过电磁开关阀连接压载水舱；水压泵的出口端连接安全阀和电磁开关阀的入口端，安全阀和电磁开关阀的出口端连接水压泵的入口端，水压泵的传动端连接电机；水压泵的出口端通过出口过滤器连接作业机构。

[0009] 进一步地，所述出口过滤器连接远程驱动可调变流量优先分流阀后再连接平衡阀和作业机构。

[0010] 进一步地，所述出口过滤器通过分流阀连接平衡阀和作业机构。

[0011] 进一步地，所述作业机构包括往复型作业单元、旋转型作业单元和机械手单元。

[0012] 进一步地，所述往复型作业单元包括顺序相接的增压器、第二电磁换向阀和往复型作业工具。

[0013] 进一步地，在所述加载舱1内设有液位传感器和压力传感器，在所述水压泵的出口端设有压力传感器。

[0014] 本发明的技术效果体现在：

[0015] 潜水器水下作业前，先进行浮力与纵倾、横倾的姿态调节然后进行水下作业，本发明将作业工具及机械手的动力源与浮力与姿态调节系统的动力源进行了统一，实现潜水器系统减化，同时有利于提高潜水器的可靠性及载重比。

[0016] 浮力和姿态调节机构包括多个压载水舱，根据潜器的结构空间及控制需要可在不同位置布置水舱，通过对不同水舱的注水排水动作，不仅实现对潜水器的浮力调节，同时实现了纵倾、横倾调节，使浮节调节与纵倾、横倾调节的单一独立系统综合为统一的系统。

[0017] 动力源中的水压泵使用变量泵，在浅水时，输出压力较低，增加水压泵倾角，使输出流量增大，从而使潜水器在潜水时具有高的响应特性；当深水区时，输出压力较高，减小水压泵倾角，使输出流量减小，实现在相同功率条件下，浮力与纵倾调节系统对水深的适应性。

[0018] 本发明以潜水器工作环境的水介质为工作介质，相比油压浮力调节系统，具有以下优点：1）环境友好，避免了工作介质渗漏造成的环境污染，有利于提高潜器的掩蔽性；2）工作介质为环境介质，不存在工作介质环境被污染的危险，从而有利于提高系统的可靠性；3）减少了油箱及管路，无需储存工作介质，从而减化系统，降低了系统重量和体积。4）去除了皮襄，有利于浮力调节系统大深度的适应性。

[0019] 本发明水液压系统通过变量泵及增压器的作用可提供不同流量和压力的水源，以满足不同类型作业工具对动力源的要求；同时使浮力与姿态调节在不同水深时具有不同性能，即满足大深度的适用性及浅深度的快速响应性。

[0020] 本发明在动力源的出口根据需要可设有远程驱动可调变流量优先分流阀，使系统可以根据工况控制浮力姿态调节机构及作业机构两边的流量，以同时满足工具作业及浮力与姿态控制的需要，从而进一步提高了该系统的适应性。

附图说明

[0021] 图1为本发明潜水器水液压系统结构图。

[0022] 图2为在图1增设远程驱动可调变流量优先分流阀后的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0024] 如图1所示，实施例中水液压系统包括动力源、潜水器浮力和姿态调节系统、作业工具及系统。

[0025] 动力源用于对水压载水舱1，4注排水，实现潜水器的浮力和纵倾、横倾的调节，同时给作业工具及系统提供压力水驱动机械手和工具完成作业。其包括电动机15、水压泵14、安全阀13、电磁开关阀12、压力传感器16，入口过滤器9、出口过滤器17以及电磁换向阀10。电磁换向阀10为三位四通换向阀，动力源不工作时，电磁铁失电，该电磁阀处于中位。

[0026] 浮力和姿态调节系统用于潜水器浮力和纵倾、横倾调节，压载水舱1，4的数量可根据需要确定，本实施例为两个，与每个压载舱配套的有液位传感器2、3，压力传感器5、6，电磁开关阀7、8。此外，浮力和姿态调节系统包括平衡阀11。

[0027] 作业工具系统用于完成潜水器的水下不同任务，包括往复型作业工具20，旋转型作业工具22及机械手24，电磁开关阀19，21，23分别控制往复型工具，旋转型作业工具和机械手。其中往复型作业工具通过电磁开关阀与增压器18相连接。

[0028] 根据潜水器下潜或上浮，前倾，后倾，左倾及右倾等具体需要，对不同水舱注水或排水将可以实现浮力和倾角的调节。压载水舱的数量根据潜器姿态控制的要求而设置，一个，可控制浮力，前后两个，则可控制纵倾，左右两个，则可控制横倾。浮力及姿态控制均通过控制不同压载水舱注排水而实现。

[0029] 当某压载舱需注水时，以压载舱1需注水为例，电磁换向阀10左位工作，电磁开关阀12开启，电磁开关阀7开启，起动潜水电机15，在电机的驱动下水压泵14开始工作，待水压泵启动平稳后，电磁开关阀12关闭，系统建压。此时，海水从海洋环境经过入口过滤器9，电磁换向阀10流至水压泵14，经水压泵加压后，压力水经出口过滤器17，平衡阀11，电磁换向阀10，电磁开关阀7流入压载舱1实现注水。当液位传感器检测出注水量达到潜水器所需值时，电动机15停机，然后电磁阀开关阀7及电磁换向阀10关闭。

[0030] 当某压载舱需排水时，以压载舱1需排水为例，电磁换向阀10右位工作，电磁开关阀12开启，电磁开关阀7开启，起动潜水电机15，在电机的驱动下水压泵14开始工作，待水压泵启动平稳后，电磁开关阀12关闭，系统建压。此时，海水从压载舱1流出，经电磁开关阀7，电磁换向阀10，水压泵14，出口过滤器17，平衡阀11，电磁换向阀10，入口过滤器9，使海水排入海洋环境，实现压载舱1的排水。当液位传感器检测出排水量达到潜水器所需值时，电动机15停机，然后电磁阀开关阀7及电磁换向阀10关闭。

[0031] 在注排水过程，平衡阀11起到流量控制作用。其工作原理为，平衡阀11的平衡口和入口分别连接水压泵14的入口，出口，平衡阀11的出口经电磁换向阀10，电磁开阀7或8与压载水舱相连，当平衡阀的平衡口，入口之间形成一定压力差，平衡阀才会开启，而压力差形成必然在水压泵开启后加压形成。即注排水的流量由水压泵14的流量决定，与海深无关，从而实现注排水流量的可控。

[0032] 所选水压泵为变量泵，则实现在浅水时，输出压力较低，增加水压泵倾角，使输出流量增大，从而使潜水器在潜水时具有高的响应特性；当深水区时，输出压力较高，减小水压泵倾角，使输出流量减小，实现在相同功率条件下，浮力与姿态调节系统对水深的适应性。

[0033] 当潜水器浮力与姿态调节完毕后，潜水器需要进行水下作业时，电磁换向阀10左位工作，电磁开关阀12开启，与压载舱相连的电磁开关阀7或8关闭，起动潜水电机15，在电机的驱动下水压泵14开始工作，待水压泵启动平稳后，电磁开关阀12关闭，系统建压，控制各作业单元的电磁换向阀19，21，23根据作业需要单独或同时开启，高压水驱作业工具或机械手工作。以旋转型作业单元为例，海水从海洋环境经过入口过滤器9，电磁换向阀10流至水压泵14，经水压泵加压后，压力水经出口过滤器17，电磁换向阀21，驱动旋转型作业工具22完成作业后经电磁换向阀21排向海洋。

[0034] 由于往复型作业工具20由液压缸驱动，相比由马达驱动的旋转型作业工具22需更大的液压力，而对需流量较小，因而在往复型作业工具前增加了自动增压器18。具体工作过程为水压泵初次加压海水经增压器18增压，然后经电磁换向阀19驱动往复型作业工具作业。增压压力可以通过选择不同增压比的增压器来实现。

[0035] 为提高该多功能水压系统的适应性，在水压泵14的出口增加了如图2所示的远程驱动可调变流量优先分流阀25，以同时满足工具作业及浮力与姿态控制的需要，并可以根据工况控制两边的流量，从而进一步提高了该系统的适应性。

[0036] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。