[实用新型]潜标液压浮力驱动系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种海底潜标观测系统，尤其涉及一种潜标浮力驱动系统。

背景技术

液压浮力驱动系统是海底热液/冷泉系统观测潜标的核心部分，潜标外皮囊内液压油的体积改变由其提供，潜标在垂直剖面的定深运动也由它完成。它是潜标能否完成任务的关键，其性能优劣关系到监测平台的可靠性。为满足监测平台能在2000m进行定深控制的要求，浮力驱动系统必须要具有较大排量、较高流量、以及最大能在25Mpa压力下做功的能力。基于上述要求，将潜标液压系统的总体参数定为：排量≥500ml；流量≥25ml/min；最大工作压力25Mpa；整体重量≤7kg。

现有技术中通常采用如下几种潜标浮力驱动方式：

单级液压缸方案：使用单级活塞式液压缸，通过电机带动丝杠，活塞往复运动过程中从外皮囊吸排油，潜标整体体积改变。此种方案整体液压系统结构简单，制造成本低。设计方案适于整体质量较小的Argo浮标使用（一般30公斤），但是对于大体积和较重质量的监测平台系统，此浮力驱动方案不易满足大排量的要求；丝杠行程较长，容易失稳；液压系统排量在系统设计后为定值，排量扩大难。对于此种设计方案，设活塞杆直径D＝0.03m，若要达到500ml的排量，则活塞上承受的力为17671N，活塞长度为919.6mm，液压缸重量为3.036kg。按照目前已有丝杠参数计算可知，该设计方案中丝杠已处于失稳状态，不满足设计要求。同时，该方案在大排量和流量上也较难满足本平台提出的要求，液压系统总体长度约为1.4m，不利于监测平台内部布局，故不采用该方案。

多级液压缸方案：主液压缸在低压下使用，可以实现潜标在较浅范围内的升沉运动，由于工作深度较浅，可以使用较大的液压缸内径，完成监测平台大体积的改变。次级液压缸根据工作深度不同也可分级，使用较小内径，实现在深海作业时潜标的小体积改变。整体系统可实现各级液压缸可以分时工作，分级排油，节约能量；同时能够实现较大排量。但是此系统设计复杂，传动系统及动力部件多，造价高且可靠性较差。同时液压系统的最大排量在系统设计完成后为定值，排量扩充难以实现。由于使用多级液压缸，液压缸的总体重量已达到2.94kg，按照一般传动系统估算，其重量约为液压缸重量的2倍计算，则液压系统总重量约为8.82kg，故液压系统总体重量较大。同时该设计方案的液压系统总体长度约为1.2m，不利于监测平台内部布局。

初级齿轮泵和后级的高压柱塞泵组合方案：初级齿轮泵用于对内皮囊的液压油初步增压，满足高压柱塞泵的使用要求，同时能够析出液压油内的空气，提高高压柱塞泵的工作可靠性。液压油经过初级齿轮泵后，经由高压柱塞泵和单向阀流向外皮囊，改变皮囊体积。在初级齿轮泵和高压柱塞泵之间的溢流阀用于大排量齿轮泵的泄流。液压油从外皮囊至内皮囊回流时则通过三位两通电磁阀换位，流经节流阀和溢流阀回到内皮囊。方案设计可实现大的排量，且排量不受设计约束，可以方便扩充。同时本系统使用现有泵、阀搭建，需要自己设计的部件少，方案完成速度快。但是此方案系统较复杂，难以实现潜标定量的体积改变，系统所需元件多，可靠性差，重量大。由于系统比较复杂且重量偏大，完成定量排油较为困难。

实用新型内容

本实用新型的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种潜标液压浮力驱动系统，其满足大排量需求且排量方便扩充。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：其包括壳体、内皮囊、外皮囊、液压缸和传动机构，外皮囊设置在壳体外，内皮囊、液压缸和传动机构皆设置在壳体内，液压缸包括缸体以及设置在缸体内的活塞，内皮囊通过二通阀Ⅱ与缸体连通，外皮囊通过二通阀Ⅰ与缸体连通，传动机构驱动液压缸的活塞往复运动。

本实用新型基本工作原理为：外皮囊装在潜标耐压壳体的外部，经油管与液压缸相连。当传动机构将液压缸内的液压油注入外皮囊后会使皮囊体积增大，致使潜标浮力逐渐增大，当浮力大于重力时潜标上升。反之，当传动机构将外皮囊里的液压油抽回液压缸内，外皮囊体积缩小，潜标浮力随之减小，直至重力大于浮力，潜标便开始下沉。液压浮力驱动系统组成结构布置首先要注意布局紧凑，充分利用潜标耐压壳体内的空间，以保证液压系统各种设备装置便于操作，又避免相互干扰和影响，确保安全可靠。其次要留有一部分备用空间，便于需要改装和临时加挂设备仪器，本实用新型的潜标液压浮力驱动系统体积小、结构紧凑。

传动机构包括电机，电机驱动轴通过减速器与小齿轮固定连接，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮与丝杠连接，丝杠与活塞固定连接。本实用新型的减速器和齿轮可把电机的高速转动降速，以提高转矩。