專利名稱：活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水下浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，特別涉及到一種活塞式水下升降平臺(tái)浮
力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，屬于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以往國(guó)、內(nèi)外海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)，在水中的工作方式一般是采用錨系方式將平臺(tái)主體系留在水中的某一深度處，而通訊浮標(biāo)搭載在平臺(tái)主體上；根據(jù)預(yù)設(shè)指令在某一時(shí)刻釋放通訊浮標(biāo)，并在水面長(zhǎng)期漂浮，由此構(gòu)成一個(gè)水下通訊鏈，將平臺(tái)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的水下環(huán)境信息，通過(guò)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(jìn)行定點(diǎn)位置的環(huán)境監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍很有限。而且，在水面長(zhǎng)期漂浮的浮標(biāo)由于受海面風(fēng)浪、潮汐、陽(yáng)光長(zhǎng)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(dāng)?shù)娜肆痛贿M(jìn)行監(jiān)守或巡查，維護(hù)費(fèi)用相當(dāng)可觀。 近期專利文獻(xiàn)ZL 200620098049. 1公開(kāi)過(guò)一種油氣囊組合式浮動(dòng)平臺(tái)，該實(shí)用新型克服了上述存在的不足，由此為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)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，該實(shí)用新型自身同樣也存在著不足，譬如油氣囊組合式結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、反映速度慢、管路內(nèi)壓力慢泄露問(wèn)題至今難以完全解決等缺陷，針對(duì)這些不足，就此提出了本實(shí)用新型。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提出一種活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，能達(dá)到調(diào)節(jié)浮力能力強(qiáng)、工作可靠性高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組合緊湊、安裝拆卸操作方便等實(shí)用效果。[0005] 本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括推力彈簧、活塞、彈性膠膜、連接件、筒體、推桿、螺桿、螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和定位導(dǎo)軌，外圍設(shè)備為水下平臺(tái)和控制系統(tǒng)；其中浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于水下平臺(tái)的內(nèi)部，水下平臺(tái)的外圓上開(kāi)有一對(duì)以上兩兩對(duì)稱的活塞孔，活塞孔為臺(tái)階孔，在臺(tái)階孔上與外圓相通的孔大于內(nèi)孔，彈性膠膜用連接件固定連接在臺(tái)階孔的臺(tái)階端面上，保證活塞孔的水密性；推力彈簧分別套在兩個(gè)活塞的外圓上對(duì)稱安裝在活塞孔的內(nèi)孔中，使兩個(gè)活塞處于接觸狀態(tài)，水下平臺(tái)的中心軸線在活塞接觸面上；螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于活塞下方，螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的螺桿上套裝推桿，推桿兩側(cè)固定裝有定位導(dǎo)軌，推桿與水下平臺(tái)的中心軸線重合。 工作方式控制系統(tǒng)控制螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、在定位導(dǎo)軌的約束下，使螺桿與推桿形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，推桿產(chǎn)生的位移，經(jīng)推桿與活塞的接觸，活塞沿筒體向活塞孔平臺(tái)外緣移動(dòng)，由于彈性膠膜與活塞緊密接觸，在活塞移動(dòng)的過(guò)程中也推動(dòng)彈性膠膜的移動(dòng)，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(dāng)螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)反向驅(qū)動(dòng)時(shí)，使螺桿與推桿相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生相反方向的位移，此時(shí)推桿的位移，給活塞的縮進(jìn)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(shí)額外增加的體積消失，系統(tǒng)排水量回到起點(diǎn)，系統(tǒng)處于下降狀態(tài)；由前述動(dòng)作的反復(fù)結(jié)合運(yùn)用和運(yùn)行時(shí)間的控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)漂浮升降功能。
(1)運(yùn)用原理 本裝置運(yùn)用原理為"螺旋傳動(dòng)原理"，是通過(guò)螺桿7與推桿6之間的旋合傳遞運(yùn)動(dòng) 和動(dòng)力，并直接將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，從中以較小的轉(zhuǎn)矩獲取較大的推力。在該推力的 作用下實(shí)現(xiàn)零件間相互位置的可調(diào)性。 對(duì)于本系統(tǒng)，事先將該系統(tǒng)的水中質(zhì)量配置成為小質(zhì)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(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)的控制?；谶@種 配置，在系統(tǒng)質(zhì)量保持不變的情況下，通過(guò)活塞式浮力調(diào)節(jié)裝置中各個(gè)活塞2沿筒體5向平 臺(tái)外緣進(jìn)行有序的伸縮運(yùn)動(dòng)，造成平臺(tái)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(shí)現(xiàn)平臺(tái)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(guò)控制系統(tǒng)的有機(jī)配合，就可以完成多種形式的工作 任務(wù)，譬如某一時(shí)刻向平臺(tái)系統(tǒng)控制中心輸入程控指令(浮出水面時(shí)，也可以通過(guò)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(yīng)器測(cè)得的參數(shù)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序處理，對(duì) 下潛深度、水下停留時(shí)間、上浮時(shí)機(jī)、水面停留時(shí)間、以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊裙ぷ鳝h(huán)節(jié)進(jìn)行控制， 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)自主升降和定深漂行的全過(guò)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(guò)程的實(shí)現(xiàn)，是按控制指令的要求，通過(guò)附加體積的 有序變化來(lái)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(jié) 構(gòu)布局安排。但附加體積各尺寸又和周圍的結(jié)構(gòu)尺寸有機(jī)關(guān)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(tái)的最大外徑已被限定，說(shuō)明了活塞的長(zhǎng)度不 可能太長(zhǎng)。而活塞直徑可在一定的范圍內(nèi)選擇，但這個(gè)范圍也不會(huì)很大。這就意味著只靠 單活塞很難實(shí)現(xiàn)利用附加體積進(jìn)行浮力調(diào)節(jié)，所以必須采用多活塞的方式，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì) 系統(tǒng)的浮力控制。 通過(guò)計(jì)算機(jī)的圖形仿真分析，清楚地反映出多活塞的分布關(guān)系，以及關(guān)鍵尺寸的 關(guān)聯(lián)比例關(guān)系。對(duì)于本方案，在同一圓周上四活塞分布結(jié)構(gòu)是不可行的，只能采用兩活塞對(duì) 稱分布的結(jié)構(gòu)形式。且活塞伸出長(zhǎng)度與推桿直徑兩者合適比例關(guān)系為l/2，活塞直徑與水下 平臺(tái)殼體直徑合適比例關(guān)系近似為1/4。根據(jù)使用需要，采用交叉疊層結(jié)構(gòu)分布，浮力可以 相應(yīng)增加。
(3)水下平臺(tái)升降漂浮過(guò)程 把狀態(tài)準(zhǔn)備完好的活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在水下平臺(tái)內(nèi)構(gòu)成完 整的水下升降平臺(tái)系統(tǒng)，通過(guò)布放工具布入水中，該平臺(tái)靠自身小負(fù)浮力不斷的下沉直至 設(shè)定水深，最深可控制在400m水深(主要受限于殼體強(qiáng)度，調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身不存在問(wèn)題)，利 用活塞式浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)使平臺(tái)自動(dòng)調(diào)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(tái)內(nèi)構(gòu)成完整的水下升降平臺(tái)系統(tǒng)；該系統(tǒng)為小 負(fù)浮力配置，只需增加少許附加體積即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升降漂浮功能；內(nèi)部裝有系統(tǒng)控制中 心，上端設(shè)有連接接口，可外接各種不同類型的收發(fā)裝置；實(shí)現(xiàn)了水下平臺(tái)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(cè)設(shè)備、衛(wèi)星通訊裝備等功能。
圖1是活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖； 圖2是活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)部活塞空間分布示意圖； 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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、9-水下平臺(tái)、10_定位導(dǎo)軌。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。 活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8和定位導(dǎo)軌IO，外圍設(shè)備為水下平臺(tái)9和控制系 統(tǒng)；浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于水下平臺(tái)9的內(nèi)部，水下平臺(tái)9的外圓上開(kāi)有兩對(duì)對(duì)稱的活塞孔，活 塞孔為臺(tái)階孔，在臺(tái)階孔上與外圓相通的孔大于內(nèi)孔，彈性膠膜3通過(guò)連接件4固定連接在 臺(tái)階孔的臺(tái)階端面上；推力彈簧1分別套在兩個(gè)活塞2的外圓上，并對(duì)稱安裝在活塞孔的內(nèi) 孔中，兩個(gè)活塞2處于接觸狀態(tài)，水下平臺(tái)9的中心軸線在兩個(gè)活塞2的接觸面上；螺桿驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)8位于活塞2下方且與控制系統(tǒng)相連，螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8上的螺桿上套裝推桿7，推桿 7兩側(cè)固定裝有定位導(dǎo)軌10，推桿7與水下平臺(tái)9的中心軸線重合。 當(dāng)控制系統(tǒng)按設(shè)定控制程序給出上浮指令時(shí)，螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8啟動(dòng)，在定位導(dǎo)軌 10的約束下，螺桿7將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥茥U6的直線運(yùn)動(dòng)。推桿6在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中獲取了足 夠大的推力，并將推力分別傳遞給了各個(gè)活塞2，使活塞2產(chǎn)生位移，同時(shí)推動(dòng)彈性膠膜3向 平臺(tái)外緣延伸。由于這一結(jié)果，使平臺(tái)局部體積增加，產(chǎn)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(dāng)系統(tǒng)浮力大于系統(tǒng)水中的配置質(zhì)量時(shí)，平臺(tái)開(kāi)始上浮， 并直至水面。到達(dá)水面后，按控制指令要求，一方面，通過(guò)衛(wèi)星收發(fā)裝置向外界傳遞信息，同 時(shí)可接收外界控制指令。 當(dāng)本裝置接收到控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的下沉指令時(shí)，螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8反轉(zhuǎn)，推桿6逐漸脫 離活塞，脫離的速度與脫離活塞的個(gè)數(shù)，由控制螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8的速度決定。推桿6脫離活 塞的同時(shí)，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(jié)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(dāng)系統(tǒng)浮力小于系統(tǒng)水中 的配置質(zhì)量時(shí)，水下平臺(tái)9開(kāi)始下降，直至指令要求的水深，并在此深度段內(nèi)通過(guò)本裝置將 系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整到零浮力，螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8停機(jī)，鎖定此時(shí)的附加體積，使系統(tǒng)漂浮在這一深 度。通過(guò)搭載的監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)海洋環(huán)境信息和各種目標(biāo)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，再由系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理存 儲(chǔ)器對(duì)監(jiān)測(cè)到的信息進(jìn)行處理與壓縮儲(chǔ)備，為下一個(gè)升降工作周期的到來(lái)做好充分的信息 傳輸準(zhǔn)備。如果在這段時(shí)間里，感受到突發(fā)事件，可以立即上浮，并在第一時(shí)間里把事件發(fā) 生的相關(guān)信息，以密碼方式通過(guò)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(quán)利要求活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)和定位導(dǎo)軌(10)，外圍設(shè)備為水下平臺(tái)(9)和控制系統(tǒng)；其特征在于浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于水下平臺(tái)(9)的內(nèi)部，水下平臺(tái)(9)的外圓上開(kāi)有一對(duì)以上兩兩對(duì)稱的活塞孔，活塞孔為臺(tái)階孔，在臺(tái)階孔上與外圓相通的孔大于內(nèi)孔，彈性膠膜(3)通過(guò)連接件(4)固定連接在臺(tái)階孔的臺(tái)階端面上；推力彈簧(1)分別套在兩個(gè)活塞(2)的外圓上，并對(duì)稱安裝在活塞孔的內(nèi)孔中，兩個(gè)活塞(2)處于接觸狀態(tài)，水下平臺(tái)(9)的中心軸線在兩個(gè)活塞(2)的接觸面上；螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)位于活塞(2)下方且與控制系統(tǒng)相連，螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)上的螺桿上套裝推桿(7)，推桿(7)兩側(cè)固定裝有定位導(dǎo)軌(10)，推桿(7)與水下平臺(tái)(9)的中心軸線重合。
2. 如權(quán)利要求l所述的活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于當(dāng)活塞(2) 為兩個(gè)以上時(shí)，活塞(2)呈交叉疊層結(jié)構(gòu)縱軸分布。
3. 如權(quán)利要求l所述的活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于活塞(2)伸 出長(zhǎng)度與推桿(7)直徑兩者比例關(guān)系為1/2，活塞(2)直徑與水下平臺(tái)(9)直徑比例關(guān)系為 1/4。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種活塞式水下升降平臺(tái)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括推力彈簧、活塞、彈性膠膜、連接件、筒體、推桿、螺桿、螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和定位導(dǎo)軌，外圍設(shè)備為水下平臺(tái)和控制系統(tǒng)；浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于水下平臺(tái)的內(nèi)部，水下平臺(tái)的外圓上開(kāi)有兩個(gè)對(duì)稱的活塞孔，活塞孔為臺(tái)階孔，在臺(tái)階孔上與外圓相通的孔大于內(nèi)孔，彈性膠膜用連接件固定連接在臺(tái)階孔的臺(tái)階端面上；推力彈簧套在活塞的外圓上安裝在活塞孔的內(nèi)孔中，兩活塞處于接觸狀態(tài)，水下平臺(tái)的中心軸線在活塞接觸面上；螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于活塞下方，螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的螺桿上套裝推桿，推桿兩側(cè)裝有定位導(dǎo)軌，推桿與水下平臺(tái)的中心軸線重合。本實(shí)用新型應(yīng)用在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，調(diào)節(jié)浮力能力強(qiáng)、工作可靠性高。
文檔編號(hào)B63C11/52GK201501515SQ20092017494
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者吳旌, 武衛(wèi), 王明惠, 谷軍 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所