[发明专利]一种水液压浮力调节装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于浮力调节装置领域，特别涉及该领域中的一种实现水下机器人、浮标、深潜器、滑翔机等设备的自动下潜、上浮和定深控制的水液压浮力调节装置及方法。

背景技术

现有技术中公开的液压驱动浮力调节系统有油液压浮力调节式和水液压浮力调节式两种。

中国发明专利CN102079375 A，硕士论文“油囊式浮力调节装置研制”（华中科技大学，方旭）公开的油液压浮力调节系统如图1所示，主要包括内外容器、单向阀、电磁换向阀、双向液压泵、电机等，其中外容器为密封腔，并置于装置壳体外的环境介质中；其余部件置于装置壳体内。内容器为非密封圈腔，保证与装置壳体内压力相平衡。当电机驱动液压泵顺时针（或逆时针）旋转时，泵从外容器吸油，通过单向阀压入内容器，外容器体积减小，实现下潜；当电机驱动液压泵逆时针（或顺时针）旋转时，泵从内容器吸油，电磁换向阀得电，液压油通过换向阀左位压入外容器，外容器体积增大，实现上浮。

下潜和上浮过程中，内外容器压力变化趋势如图2所示，内容器压力变化远小于外容器。上浮时，液压泵的工作压力需足以克服水深压力，故对于深海情况，液压泵工作压力必须足够高；下潜时，外容器压力较内容器高，即泵的进口压力高于出口压力，液压油可直接压入内容器，但为了控制下潜速度，电机须施加一反向力矩，阻止过速下潜，深海压力能未得到有效的利用；此外，因为壳体内压力低，壳体外是深海压力，故对于大海深，壳体需承受高压，不便于微型化。特别需要说明的是，电磁换向阀需要有专门的控制信号，并且在上浮过程中需要始终通电，浪费能源，一旦电磁换向阀失效，装置将无法实现上浮回收，造成损失。

论文“大深度潜水器海水液压浮力调节技术研究进展” 刘银水，液压与气动，2014（10）、硕士论文“海水式浮力调节系统及其控制技术研究”（张杰，哈尔滨工程大学，2014）公开的水液压浮力调节系统如图3所示，该系统主要由单向海水泵2、电机1、电磁阀5、安全阀3、压力平衡阀4、耐压水舱7和过滤器6等组成。打开电磁阀5（B）和5（C），电机1驱动单向海水泵2，海水通过过滤器6和电磁阀5（B），进入单向海水泵2加压，通过压力平衡阀4和电磁阀5（C），进入水舱7，系统重量增加，体积不变，实现下潜；打开电磁阀5（A）和5（D），电机1驱动单向海水泵2，水舱7中的海水通过电磁阀5（A），进入单向海水泵2加压，通过压力平衡阀4和电磁阀5（D），进入过滤器6，排到海洋，完成系统重量减小，体积不变，实现上浮。压力平衡阀4的作用是防止海水直接进入单向海水泵2灌入水舱7，保证系统处于受控状态。安全阀3的作用是在电磁阀5未正常开启时，保护系统管路，起安全作用。虽然该水液压技术与海洋环境相容、具有海深压力自动补偿功能、运行成本低、工作介质易处理等优点，但需多个额外的电磁阀配合单向海水泵完成系统的下潜与上浮，不但系统结构复杂，而且也同样存在泵工作压力高、深海压力能未利用、壳体承压大等问题。特别需要说明的是，该方案中使用的电磁阀需要有专门的控制信号，并且在上浮下潜过程中需要始终通电，浪费能源，一旦电磁阀失效，装置将无法工作，影响装置工作的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种可以充分利用水深压力能的水液压浮力调节装置及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种水液压浮力调节装置，其改进之处在于：所述的装置包括壳体，壳体内充有一定压力的气体；壳体内设置盛装水的内容器、第一水液压液控单向阀、盛装水的第一容器、双向作用水液压泵-马达、盛装水的第二容器、第二水液压液控单向阀；所述的内容器为体积随其内装水体积的变化而变化的弹性软容器；内容器通过上述的第一水液压液控单向阀、第一容器、双向作用水液压泵-马达、第二容器、第二水液压液控单向阀与壳体外的水环境相通以便进行排水或吸水，所述第一水液压液控单向阀的进水口与第一容器相通，出水口与内容器相通，控制水口与第二容器相通，所述第二水液压液控单向阀的进水口与第二容器相通，出水口与壳体外的水环境相通，控制水口则与第一容器相通；壳体内还设置与双向作用水液压泵-马达相连接的电机。

进一步的，壳体内充的气体为惰性气体。

进一步的，所述的弹性软容器为弹性水囊。

进一步的，所述的电机为永磁式有刷直流电机。

进一步的，壳体内还设置控制电机工作的控制系统。

进一步的，所述的控制系统为单片机。

进一步的，所述的控制系统通过压力传感器获取内容器和壳体外水环境的压力值。