專利名稱：活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水下浮力調節(jié)機構，特別涉及到一種活塞式水下升降平臺浮力調 節(jié)機構，屬于海洋環(huán)境監(jiān)測領域。
背景技術：
以往國、內外海洋環(huán)境監(jiān)測平臺系統(tǒng)，在水中的工作方式一般是采用錨系方式將 平臺主體系留在水中的某一深度處，而通訊浮標搭載在平臺主體上；根據(jù)預設指令在某一 時刻釋放通訊浮標，并在水面長期漂浮，由此構成一個水下通訊鏈，將平臺系統(tǒng)監(jiān)測到的水 下環(huán)境信息，通過這條通訊鏈發(fā)往外界。但是這種工作方式有它的局限性，它只能進行定點 位置的環(huán)境監(jiān)測，監(jiān)測范圍很有限。而且，在水面長期漂浮的浮標由于受海面風浪、潮汐、陽 光長期暴曬、不同季節(jié)與晝夜溫差變化的影響以及人為等因素的影響，很容易受到損壞，平 常還需相當?shù)娜肆痛贿M行監(jiān)守或巡查，維護費用相當可觀。
近期專利文獻ZL 200620098049. 1公開過一種油氣囊組合式浮動平臺，該發(fā)明克 服了上述存在的不足，由此為海洋環(huán)境監(jiān)測平臺的發(fā)展另辟了一條嶄新的道路；然而，凡事 不可能盡善盡美，該發(fā)明自身同樣也存在著不足，譬如油氣囊組合式結構相對復雜、反映 速度慢、管路內壓力慢泄露問題至今難以完全解決等缺陷，針對這些不足，就此提出了本發(fā) 明。發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提出一種活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構，能達到調節(jié)浮力能力 強、工作可靠性高、響應速度快、結構簡單、組合緊湊、安裝拆卸操作方便等實用效果。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構，包括推力彈簧、活 塞、彈性膠膜、連接件、筒體、推桿、螺桿、螺桿驅動機構和定位導軌，外圍設備為水下平臺和 控制系統(tǒng)；其中浮力調節(jié)機構位于水下平臺的內部，水下平臺的外圓上開有一對以上兩 兩對稱的活塞孔，活塞孔為臺階孔，在臺階孔上與外圓相通的孔大于內孔，彈性膠膜用連接 件固定連接在臺階孔的臺階端面上，保證活塞孔的水密性；推力彈簧分別套在兩個活塞的 外圓上對稱安裝在活塞孔的內孔中，使兩個活塞處于接觸狀態(tài)，水下平臺的中心軸線在活 塞接觸面上；螺桿驅動機構位于活塞下方，螺桿驅動機構上的螺桿上套裝推桿，推桿兩側固 定裝有定位導軌，推桿與水下平臺的中心軸線重合。
工作方式控制系統(tǒng)控制螺桿驅動機構的運動、在定位導軌的約束下，使螺桿與 推桿形成相對運動，實現(xiàn)旋轉運動與直線運動的轉換，推桿產生的位移，經推桿與活塞的接 觸，活塞沿筒體向活塞孔平臺外緣移動，由于彈性膠膜與活塞緊密接觸，在活塞移動的過程 中也推動彈性膠膜的移動，由此形成了密閉的凸起，使得系統(tǒng)體積額外地增加，提高了系統(tǒng) 排水量，系統(tǒng)處于上升狀態(tài)；當螺桿驅動機構反向驅動時，使螺桿與推桿相對運動產生相反 方向的位移，此時推桿的位移，給活塞的縮進騰出了空間，并在推力彈簧和深水壓力的聯(lián)合 作用下使活塞回到起始位置，此時額外增加的體積消失，系統(tǒng)排水量回到起點，系統(tǒng)處于下降狀態(tài)；由前述動作的反復結合運用和運行時間的控制，實現(xiàn)了系統(tǒng)漂浮升降功能。
(1)運用原理
本裝置運用原理為“螺旋傳動原理”，是通過螺桿7與推桿6之間的旋合傳遞運動 和動力，并直接將旋轉運動變成直線運動，從中以較小的轉矩獲取較大的推力。在該推力的 作用下實現(xiàn)零件間相互位置的可調性。
對于本系統(tǒng)，事先將該系統(tǒng)的水中質量配置成為小質量系統(tǒng)。理由是采用這種配 置，有利于控制，只需用少量的能源，就能很容易地實現(xiàn)對系統(tǒng)工作狀態(tài)的控制?；谶@種 配置，在系統(tǒng)質量保持不變的情況下，通過活塞式浮力調節(jié)裝置中各個活塞2沿筒體5向平 臺外緣進行有序的伸縮運動，造成平臺某一部位體積的改變，從而引起系統(tǒng)浮力發(fā)生變化， 以此實現(xiàn)平臺在水中有目的地升降與漂浮。
系統(tǒng)具備了上述功能，再通過控制系統(tǒng)的有機配合，就可以完成多種形式的工作 任務，譬如某一時刻向平臺系統(tǒng)控制中心輸入程控指令(浮出水面時，也可以通過衛(wèi)星接 收)，則系統(tǒng)控制中心可根據(jù)深度傳感器和環(huán)境感應器測得的參數(shù)，經過內部程序處理，對 下潛深度、水下停留時間、上浮時機、水面停留時間、以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊裙ぷ鳝h(huán)節(jié)進行控制， 實現(xiàn)平臺自主升降和定深漂行的全過程智能化控制。
(2)附加體積分析
由于系統(tǒng)的升降、漂浮等工作過程的實現(xiàn)，是按控制指令的要求，通過附加體積的 有序變化來完成的。所以確定出合適的附加體積量值，有利于系統(tǒng)的定量控制與合理的結 構布局安排。但附加體積各尺寸又和周圍的結構尺寸有機關聯(lián)，存在著相互制約性。為了 能夠滿足傳統(tǒng)布放工具的要求，一般而言，平臺的最大外徑已被限定，說明了活塞的長度不 可能太長。而活塞直徑可在一定的范圍內選擇，但這個范圍也不會很大。這就意味著只靠 單活塞很難實現(xiàn)利用附加體積進行浮力調節(jié)，所以必須采用多活塞的方式，才能夠實現(xiàn)對 系統(tǒng)的浮力控制。
通過計算機的圖形仿真分析，清楚地反映出多活塞的分布關系，以及關鍵尺寸的 關聯(lián)比例關系。對于本方案，在同一圓周上四活塞分布結構是不可行的，只能采用兩活塞對 稱分布的結構形式。且活塞伸出長度與推桿直徑兩者合適比例關系為1/2，活塞直徑與水下 平臺殼體直徑合適比例關系近似為1/4。根據(jù)使用需要，采用交叉疊層結構分布，浮力可以 相應增加。
(3)水下平臺升降漂浮過程
把狀態(tài)準備完好的活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構安裝在水下平臺內構成完 整的水下升降平臺系統(tǒng)，通過布放工具布入水中，該平臺靠自身小負浮力不斷的下沉直至 設定水深，最深可控制在400m水深(主要受限于殼體強度，調節(jié)系統(tǒng)本身不存在問題)，利 用活塞式浮力調節(jié)系統(tǒng)使平臺自動調整到零浮力，并漂浮在水中。
有益效果本裝置安裝在水下平臺內構成完整的水下升降平臺系統(tǒng)；該系統(tǒng)為小 負浮力配置，只需增加少許附加體積即可實現(xiàn)系統(tǒng)的升降漂浮功能；內部裝有系統(tǒng)控制中 心，上端設有連接接口，可外接各種不同類型的收發(fā)裝置；實現(xiàn)了水下平臺在水中自主升 降、自行定深漂浮、搭載不同類型的海洋環(huán)境監(jiān)測設備、衛(wèi)星通訊裝備等功能。
圖1是活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構示意圖2是活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構內部活塞空間分布示意1-推力彈簧、2-活塞、3-彈性膠膜、4-連接件、5-筒體、6_推桿、7_螺桿、8_螺桿 驅動機構、9-水下平臺、10-定位導軌。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。
活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構，包括推力彈簧1、活塞2、彈性膠膜3、連接件 4、筒體5、推桿6、螺桿7、螺桿驅動機構8和定位導軌10，外圍設備為水下平臺9和控制系 統(tǒng)；浮力調節(jié)機構位于水下平臺9的內部，水下平臺9的外圓上開有兩對對稱的活塞孔，活 塞孔為臺階孔，在臺階孔上與外圓相通的孔大于內孔，彈性膠膜3通過連接件4固定連接在 臺階孔的臺階端面上；推力彈簧1分別套在兩個活塞2的外圓上，并對稱安裝在活塞孔的內 孔中，兩個活塞2處于接觸狀態(tài)，水下平臺9的中心軸線在兩個活塞2的接觸面上；螺桿驅 動機構8位于活塞2下方且與控制系統(tǒng)相連，螺桿驅動機構8上的螺桿上套裝推桿7，推桿 7兩側固定裝有定位導軌10，推桿7與水下平臺9的中心軸線重合。
當控制系統(tǒng)按設定控制程序給出上浮指令時，螺桿驅動機構8啟動，在定位導軌 10的約束下，螺桿7將旋轉運動變?yōu)橥茥U6的直線運動。推桿6在運動轉換過程中獲取了足 夠大的推力，并將推力分別傳遞給了各個活塞2，使活塞2產生位移，同時推動彈性膠膜3向 平臺外緣延伸。由于這一結果，使平臺局部體積增加，產生了附加體積，引起了系統(tǒng)浮力的 增大。隨著附加體積的不斷增加，當系統(tǒng)浮力大于系統(tǒng)水中的配置質量時，平臺開始上浮， 并直至水面。到達水面后，按控制指令要求，一方面，通過衛(wèi)星收發(fā)裝置向外界傳遞信息，同 時可接收外界控制指令。
當本裝置接收到控制系統(tǒng)發(fā)來的下沉指令時，螺桿驅動機構8反轉，推桿6逐漸脫 離活塞，脫離的速度與脫離活塞的個數(shù)，由控制螺桿驅動機構8的速度決定。推桿6脫離活 塞的同時，活塞2在推力彈簧1和水壓的聯(lián)合作用下，將其沿筒體5逐漸推入到原始位置。 這一結果，使系統(tǒng)的附加體積逐漸減少，系統(tǒng)浮力也隨之降低。當系統(tǒng)浮力小于系統(tǒng)水中 的配置質量時，水下平臺9開始下降，直至指令要求的水深，并在此深度段內通過本裝置將 系統(tǒng)自動調整到零浮力，螺桿驅動機構8停機，鎖定此時的附加體積，使系統(tǒng)漂浮在這一深 度。通過搭載的監(jiān)測設備對海洋環(huán)境信息和各種目標信息進行監(jiān)測，再由系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理存 儲器對監(jiān)測到的信息進行處理與壓縮儲備，為下一個升降工作周期的到來做好充分的信息 傳輸準備。如果在這段時間里，感受到突發(fā)事件，可以立即上浮，并在第一時間里把事件發(fā) 生的相關信息，以密碼方式通過衛(wèi)星收發(fā)裝置迅速傳遞給指揮中心，為上層提供決策依據(jù)。
權利要求
1.活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構，包括推力彈簧(1)、活塞O)、彈性膠膜(3)、連 接件(4)、筒體(5)、推桿(6)、螺桿(7)、螺桿驅動機構(8)和定位導軌(10)，外圍設備為水 下平臺(9)和控制系統(tǒng)；其特征在于浮力調節(jié)機構位于水下平臺(9)的內部，水下平臺 (9)的外圓上開有一對以上兩兩對稱的活塞孔，活塞孔為臺階孔，在臺階孔上與外圓相通的 孔大于內孔，彈性膠膜C3)通過連接件(4)固定連接在臺階孔的臺階端面上；推力彈簧(1) 分別套在兩個活塞( 的外圓上，并對稱安裝在活塞孔的內孔中，兩個活塞( 處于接觸狀 態(tài)，水下平臺(9)的中心軸線在兩個活塞O)的接觸面上；螺桿驅動機構(8)位于活塞(2) 下方且與控制系統(tǒng)相連，螺桿驅動機構(8)上的螺桿上套裝推桿(7)，推桿(7)兩側固定裝 有定位導軌(10)，推桿(7)與水下平臺(9)的中心軸線重合。
2.如權利要求1所述的活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構，其特征在于當活塞(2) 為兩個以上時，活塞(2)呈交叉疊層結構縱軸分布。
3.如權利要求1所述的活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構，其特征在于活塞(2)伸 出長度與推桿(7)直徑兩者比例關系為1/2，活塞⑵直徑與水下平臺(9)直徑比例關系為 1/4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活塞式水下升降平臺浮力調節(jié)機構，包括推力彈簧、活塞、彈性膠膜、連接件、筒體、推桿、螺桿、螺桿驅動機構和定位導軌，外圍設備為水下平臺和控制系統(tǒng)；浮力調節(jié)機構位于水下平臺的內部，水下平臺的外圓上開有兩個對稱的活塞孔，活塞孔為臺階孔，在臺階孔上與外圓相通的孔大于內孔，彈性膠膜用連接件固定連接在臺階孔的臺階端面上；推力彈簧套在活塞的外圓上安裝在活塞孔的內孔中，兩活塞處于接觸狀態(tài)，水下平臺的中心軸線在活塞接觸面上；螺桿驅動機構位于活塞下方，螺桿驅動機構上的螺桿上套裝推桿，推桿兩側裝有定位導軌，推桿與水下平臺的中心軸線重合。本發(fā)明應用在海洋環(huán)境監(jiān)測領域，調節(jié)浮力能力強、工作可靠性高。
文檔編號B63C11/52GK102030088SQ20091017457
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權日2009年9月30日
發(fā)明者佘湖清, 吳旌, 武衛(wèi), 王明惠, 谷軍 申請人:中國船舶重工集團公司第七一○研究所