CN104443320A - 水下弹簧活塞式浮力补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下弹簧活塞式浮力补偿装置，包括耐压壳体和一套以上弹簧活塞式运动机构。其中弹簧活塞式运动机构包括活塞杆、弹簧、万向压头和限位拔销。耐压壳体上加工有与活塞杆配合的活塞孔，活塞杆为阶梯轴结构，与耐压壳体配合处通过设置密封件起到密封壳体的作用。活塞杆的下部为球形，与万向压头配合。活塞杆的上部设置有限位拔销和止位螺钉。该装置可以根据补偿速度的要求选择弹簧活塞式运动机构的个数。万向压头可以在活塞杆上转动，以适应载荷的不同方位。载荷装载时抵住万向压头，此时弹簧处于压缩状态，拔掉限位拔销，当载荷释放后，活塞杆在弹簧的恢复力作用下弹开，密封失效而进水，补偿水下无人航行器因释放载荷后带来的浮力变化。

Description

水下弹簧活塞式浮力补偿装置

技术领域

本发明涉及一种补偿装置，具体涉及一种浮力补偿装置，属于水下机器人技术领域。

背景技术

水下无人航行器(UUV)作为一种载荷运载工具目前已得到了广泛关注。其载荷可以是水下勘探设备、监控设备、侦查设备等。载荷作为航行器的一部分，其被释放后，航行器通常会由于浮力发生变化而失去平衡，若该浮力变化没有得到及时补偿，航行器的水中状态会失控，发生危险。目前常用的解决方法是把所释放的载荷配成零浮力(重力等于浮力)。但是，一些载荷由于功能要求不能配成零浮力，使得该方法的使用具有一定的局限性；另外，零浮力载荷的释放通常需要较复杂的弹射机构为其提供初始动能。因此，为了解决UUV释放负浮力(重力大于浮力)载荷后航行不稳定的问题，需要一种浮力补偿装置对UUV释放载荷后的浮力进行补偿。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种水下弹簧活塞式浮力补偿装置，能够有效保证水下无人航行器释放负浮力载荷后能够稳定航行，且整个装置结构简单。

该水下弹簧活塞式浮力补偿装置包括：耐压壳体和N套弹簧活塞式运动机构，N为大于等于1的整数；所述弹簧活塞式运动机构包括活塞杆、弹簧、万向压头和限位拔销；***设备为与该浮力补偿装置配合的载荷。

所述耐压壳体为密闭的环形腔体；在所述耐压壳体上加工有N组贯穿其壁厚的活塞孔，每组中的两个活塞孔沿耐压壳体的径向对称；每套弹簧活塞式运动机构安装在一组活塞孔内。

所述活塞孔内固接有用于和活塞杆配合的套筒；所述活塞杆的两端直径增大形成轴肩，活塞杆沿耐压壳体的径向贯穿耐压壳体后，其两个轴肩分别位于同一组活塞孔的两个套筒内；在活塞杆与套筒配合的圆周面上设置有密封件；所述活塞杆的一端伸出套筒后与万向压头匹配连接，万向压头能够在活塞杆的端部自由转动；另一端伸出套筒后用于安装限位拔销；所述载荷装配到位后压紧万向压头；

在活塞杆与万向压头匹配连接的一端套装有弹簧，所述弹簧的一端与万向压头抵触，另一端和位于该端的套筒抵触。

作为本发明的一种优选方式，在所述活塞杆安装限位拔销一端的端部设置有止位螺钉；当载荷释放后，活塞杆向万向压头所在方向运动，所述止位螺钉的位置应保证活塞杆的位移能够使活塞杆与套筒之间的密封失效。

作为本发明的一种优选方式，在所述耐压壳体上加工有一个以上放水孔，在所述放水孔内设置有堵头。

作为本发明的一种优选方式，在所述耐压壳体上设置有真空阀。

有益效果：

(1)该浮力补偿装置结构简单，适用范围广，能够通过抽真空和增加活塞杆数量的方式快速补偿较大浮力；能够根据载荷的重量来设置耐压壳体的容积，以适应各种大小载荷的浮力补偿，从而有效解决水下无人航行器载荷释放后航行不稳定的问题；且该浮力装置能够被重复利用。

(2)采用万向压头与活塞杆配合，由于万向压头能够自由转动，与载荷适配性好。

(3)整个补偿动作采用纯机械结构，为水下无人航行器的远距离航行节约电能。

附图说明

图1为该浮力补偿装置的结构示意图。

其中：1-耐压壳体、2-活塞杆、3-0形密封圈、4-万向压头、5-弹簧、6-载荷、7-堵头、8-真空阀、9-限位拔销、10-止位螺钉

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种水下弹簧活塞式浮力补偿装置，能够解决水下无人航行器(UUV)释放负浮力载荷后航行状态不稳定的问题。

该补偿装置包括耐压壳体1、活塞杆2、万向压头以及限位拔销等，***设备为水下无人航行器上的负载，如图1所示。其中耐压壳体1采用圆柱形壳身加球形封头的结构形式，耐压壳体1上加工有四个贯穿其壁厚的活塞孔，其中每两个活塞孔为一组，沿耐压壳体1的径向对称。每个活塞杆对应一组活塞孔；每个活塞孔内焊接有用于和活塞杆配合的套筒。所需的活塞杆的个数依据补偿速度的要求设置，本实施例中即设置了两个活塞杆。

所述活塞杆2为阶梯轴结构，其两端直径较大的部分分别位于同一径向上的两个套筒内。活塞杆2与套筒配合处均设置有密封沟槽，通过设置在密封沟槽内的O形密封圈起到密封耐压壳体1的作用。耐压壳体1与载荷相连的一端为其下端，所述活塞杆2的两端均伸出套筒，其下端的端面为外凸的球面，万向压头4与活塞杆2连为一体，万向压头4的内凹球面装配在活塞杆2的外凸球面上，可以根据外力的方向在活塞杆2上自由转动，但不会从活塞杆2上脱落。与该浮力补偿装置配合的载荷6被固定在水下无人航行器内，并与万向压头4接触；万向压头4通过在活塞杆4上的转动适应不同方向的载荷。

在活塞杆2的下端套装有弹簧5，弹簧5的一端与万向压头4抵触，另一端和位于活塞杆2下端的套筒抵触。

活塞杆2顶部伸出套筒的部分加工有两个孔，分别用于安装限位拔销和止位螺钉。所述两个孔的轴线与耐压壳体1的轴线方向一致。

在耐压壳体外圆周面下部的两端分别加工有放水孔，用于在装置回收后，排放耐压壳体内部补偿的液体；该补偿装置在使用时通过堵头7堵住放水孔。在耐压壳体外圆周面还设置有真空阀8，真空阀8用于抽除耐压壳体内部的空气，从而加快进水补偿速度，并且有利于补偿的液体充满耐压壳体内部。

该浮力补偿装置的工作原理为：整个装置装配完成后，耐压壳体1处于密封状态，用真空泵通过真空阀8抽除耐压壳体1内部的空气。载荷6装载前，通过万向压头4向上推动活塞杆2，使弹簧5处于压缩状态；然后在活塞杆2上端的限位拔销安装孔内安装限位拔销，对活塞杆2进行限位，此时弹簧5就被压缩在万向压头4和耐压壳体1之间。载荷6装载到位后，刚好抵住万向压头4，此时拔掉限位拔销9，弹簧5在载荷6的作用下仍处于压缩状态。

当水下无人航行器释放载荷6后，活塞杆2在弹簧5的恢复力作用下弹开，推动万向压头4向下运动，由于万向压头4与活塞杆2连为一体，带动活塞杆2向下运动。使得活塞杆2与套筒之间密封失效，外界水从活塞孔内进入耐压壳体1内部，由于整个装置的浮力与载荷在水中的重力平衡，从而能够有效补偿水下无人航行器因释放载荷后带来的浮力变化，以保持水下无人航行器的航行状态稳定。活塞杆2向下运动至密封失效位置后(保证活塞杆2向下运动的距离大于密封圈与壳体之间的距离)，被其上端的止位螺钉10卡在耐压壳体1上，以防止活塞杆2脱落，使该补偿装置可以回收重复利用。补偿装置回收后，卸下堵头7排空耐压壳体1内部的水。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.水下弹簧活塞式浮力补偿装置，其特征在于，包括耐压壳体(1)和N套弹簧活塞式运动机构，N为大于等于1的整数；所述弹簧活塞式运动机构包括活塞杆(2)、弹簧(5)、万向压头(4)和限位拔销(9)；***设备为与该浮力补偿装置配合的载荷(6)；

所述耐压壳体(1)为密闭的环形腔体；在所述耐压壳体(1)上加工有N组贯穿其壁厚的活塞孔，每组中的两个活塞孔沿耐压壳体(1)的径向对称；每套弹簧活塞式运动机构安装在一组活塞孔内；

所述活塞孔内固接有用于和活塞杆配合的套筒；所述活塞杆(2)的两端直径增大形成轴肩，活塞杆(2)沿耐压壳体(1)的径向贯穿耐压壳体(1)后，其两个轴肩分别位于同一组活塞孔的两个套筒内；在活塞杆(2)与套筒配合的圆周面上设置有密封件；所述活塞杆(2)的一端伸出套筒后与万向压头(4)匹配连接，万向压头(4)能够在活塞杆(2)的端部自由转动；另一端伸出套筒后用于安装限位拔销(9)；所述载荷(6)装配到位后压紧万向压头(4)；

在活塞杆(2)与万向压头(4)匹配连接的一端套装有弹簧(5)，所述弹簧(5)的一端与万向压头(4)抵触，另一端和位于该端的套筒抵触。

2.如权利要求1所述的水下弹簧活塞式浮力补偿装置，其特征在于，在所述活塞杆(2)安装限位拔销(9)一端的端部设置有止位螺钉(10)；当载荷(6)释放后，活塞杆(2)向万向压头(4)所在方向运动，所述止位螺钉(10)的位置应保证活塞杆(2)的位移能够使活塞杆(2)与套筒之间的密封失效。

3.如权利要求1或2所述的水下弹簧活塞式浮力补偿装置，其特征在于，在所述耐压壳体(1)上加工有一个以上放水孔，在所述放水孔内设置有堵头。

4.如权利要求1或2所述的水下弹簧活塞式浮力补偿装置，其特征在于，在所述耐压壳体(1)上设置有真空阀(8)。