CN208470082U - 一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***。该基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，包括安装于海上操作平台上的负载吊放***、主动补偿***和被动补偿***；所述被动补偿***包括被动缸、与被动缸的无杆腔油口相连的蓄能单元；所述主动补偿***包括主动缸、与主动缸的有杆腔油口及无杆腔油口相连的液压回路***、检测单元、控制器。该基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，可实现主动补偿与被动补偿的灵活切换或并行处理，增强了深沉补偿***的抗干扰能力，***补偿的行程更长，在未来的高海况深海作业领域的升沉补偿中具有广阔的应用前景，对水下机器人的深海水下作业提供了更加优异的选择。

Description

一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***

技术领域：

本实用新型属于深海探测与作业技术的海洋技术领域，尤其涉及一种应用于有缆水下机器人深海作业时的基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***。

背景技术：

当今世界是海洋的世界，随着海洋探索的日益频繁，我国在深海探测等远洋作业也越来越多，但海上作业受到风、浪、流、潮等恶劣环境影响，海上操作平台会发生纵摇、横遥、艏摇，纵荡、横荡、垂荡及其耦合运动，其中升沉方向运动对海上安全作业影响最为显著。

当在海上平台上进行深海作业时有缆水下机器人通过缆绳连接着中继器，中继器通过很长的缆绳连接着海面操作平台。在不同的海况下，海上平台会随着海浪不断地升沉，该升沉运动通过缆绳传递至水下中继器，导致有缆水下机器人在回收、释放或工作过程中受到缆绳牵引的冲击甚至于与中继器发生碰撞，极大的影响水下机器人操作精度，严重的会引发安全问题，这就需要采用合适的升沉补偿***。

目前有缆水下机器人采用的升沉补偿***主要是被动升沉补偿***和主动升沉补偿***。其中被动升沉补偿***利用液压缸和蓄能器缓冲海上平台升沉运动对水下中继器的扰动。在海上操作平台发生深沉运动时，依靠海浪的升举力和水下海洋装备的自重来压缩和释放蓄能器中的工作介质，从而实现对水下装备的升沉补偿。被动升沉补偿***的好处在于不需要额外提供动力，***简单，应用较为广泛，但其所需设备庞大，补偿精度较低，滞后问题比较突出，补偿能力极为有限。当海况变得更加恶劣时，被动升沉补偿***就不足以满足水下机器人的平稳工作要求。所以，主动升沉补偿***的使用应运而生，其特点主要是需要添加主动力，以电能或是液压能驱动，现在有绞车式、液压缸式，用以来补偿海洋平台的深沉运动，使水下机器人保持稳定工作点或是稳定运动状态，优点是补偿精度高，抗外部干扰能力更强，补偿能力更强，缺点是***复杂，在补偿较重工作深度较大的水下机器人工作***时能源消耗更大，补偿时间不宜过长。

现有的主被动一体式的深沉补偿***大多通过简单的串联将被动补偿***和主动升沉补偿***串接，优点是比单独的补偿***补偿能力有所提高，缺点是经过简单的串接，其补偿***更加庞大冗余，在升沉补偿的选择上不够准确，会造成更多的能源消耗，或是补偿失效。因此，亟需一种新型的补偿***来解决上述问题。

实用新型内容：

本实用新型提供了一种补偿精度高、***控制简单、补偿效率高、能耗消耗低、成本低的基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，包括安装于海上操作平台上的负载吊放***、与负载吊放***相连的主动补偿***和被动补偿***；

所述被动补偿***包括水平设于海上操作平台顶部的被动缸、与被动缸的无杆腔油口相连的蓄能单元；所述主动补偿***包括主动缸、与主动缸的有杆腔油口及无杆腔油口相连的液压回路***、检测海上操作平台运动状态的检测单元、分析检测单元发来信号并向液压回路***发送指令的控制器；所述主动缸的无杆腔缸体水平伸入被动缸的缸体内作为被动缸的活塞杆，在主动缸的缸体后部设有一活塞，所述活塞将被动缸的缸体分隔为有杆腔和无杆腔；

所述负载吊放***包括设于主动缸活塞杆上的第一动滑轮和第二动滑轮、设于海上操作平台顶部的第一定滑轮和第二定滑轮，缆绳的一端固定于第一定滑轮上，另一端依次绕过第二动滑轮、第一定滑轮、第一动滑轮、第二定滑轮后与水下中继器相连，水下机器人通过另一缆绳悬挂在水下中继器上。

所述蓄能单元包括气液蓄能器和储气瓶组，气液蓄能器的油口与被动缸的无杆腔油口相连，气液蓄能器的气口与储气瓶组相连。

所述检测单元包括设于海上操作平台上的IMU运动传感器、设于主动缸和被动缸活塞杆上的位移传感器、设于水下中继器与第二定滑轮之间以及水下中继器与水下机器人之间缆绳上的张力传感器。

所述液压回路***包括与主动缸的无杆腔油口相连的主动缸无杆腔输油管，主动缸无杆腔输油管从被动缸的无杆腔缸壁穿出后与三位四通阀的第一油口相连，主动缸的有杆腔油口与三位四通阀的第二油口相连，三位四通阀的第三油口经变量泵与油箱相连，三位四通阀的第四油口也与油箱相连。

在连接三位四通阀的第一油口和主动缸有杆腔油口的油路与连接三位四通阀的第二油口和主动缸有杆腔油口的油路之间反向并联有两个背压阀，两个背压阀构成差动回路，在每个背压阀油路上各设有一与油箱相连的卸荷阀。

在变量泵与油箱之间的管路上、三位四通阀的第四油口与油箱之间的管路上分别设有一回油过滤器，在变量泵的出油口和进油口之间并联有一安全阀。

在主动缸无杆腔输油管外部套设有有输油管密封管道，所述输油管密封管道与被动缸缸体外螺纹连接，与外油路内螺纹连接。

本实用新型采用上述结构，具有以下优点：

该基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，用于深海探测与作业技术的海洋技术领域，基于在远洋深海作业时的大深度、大载荷、长时间、高精度、低能耗、低成本、高效率的要求，来对海上操作平台的升沉运动进行补偿，有效降低水下缆绳张力波动、中继器深沉运动的幅度，从而保证有缆水下机器人得以平稳、安全地释放、回收和工作。

该基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，主要包括负载吊放***、主动补偿***、被动补偿***、控制器及液压回路***，主动升沉补偿***用于海况变得更加恶劣被动补偿***不足以提供补偿精度或是升沉运动突发情况需要更加灵敏补偿的情况，整个***补偿精度高、***控制简单、补偿效率高、能耗消耗低、成本低，***压缩整合，体积小，可实现主动补偿与被动补偿的灵活切换或并行处理，增强了深沉补偿***的抗干扰能力，***补偿的行程更长，在未来的高海况深海作业领域的升沉补偿中具有广阔的应用前景，对水下机器人的深海水下作业提供了更加优异的选择。

附图说明：

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图。

图中，1、海上操作平台，2、被动缸，3、主动缸，4、控制器，5、活塞，6、第一动滑轮，7、第二动滑轮，8、第一定滑轮，9、第二定滑轮，10、水下中继器，11、水下机器人，12、气液蓄能器，13、储气瓶组，14、IMU运动传感器，15、位移传感器，16、张力传感器，17、主动缸无杆腔输油管，18、三位四通阀，19、变量泵，20、油箱，21、输油管密封管道，22、背压阀，23、卸荷阀，24、回油过滤器，25、安全阀。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。

如图1中所示，本实施例基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，包括安装于海上操作平台1上的负载吊放***、与负载吊放***相连的主动补偿***和被动补偿***；

所述被动补偿***包括水平设于海上操作平台1顶部的被动缸2、与被动缸2的无杆腔油口相连的蓄能单元；所述主动补偿***包括主动缸3、与主动缸3的有杆腔油口及无杆腔油口相连的液压回路***、检测海上操作平台1运动状态的检测单元、分析检测单元发来信号并向液压回路***发送指令的控制器4；所述主动缸3的无杆腔缸体水平伸入被动缸2的缸体内作为被动缸的活塞杆，在主动缸3的缸体后部设有一活塞5，所述活塞5将被动缸2的缸体分隔为有杆腔和无杆腔；

所述负载吊放***包括设于主动缸3活塞杆上的第一动滑轮6和第二动滑轮7、设于海上操作平台1顶部的第一定滑轮8和第二定滑轮9，缆绳的一端固定于第一定滑轮8上，另一端依次绕过第二动滑轮7、第一定滑轮8、第一动滑轮6、第二定滑轮9后与水下中继器10相连，水下机器人11通过另一缆绳悬挂在水下中继器10上。所述动滑轮和定滑轮相互配合，将水下装置运动位移转化为升沉补偿运动位移的四分之一，极大的提高了补偿的灵敏性，并有效缩短了补偿装置的长度，提高了位移补偿行程，能适应更复杂的海况。

所述蓄能单元包括气液蓄能器12和储气瓶组13，气液蓄能器12的油口与被动缸2的无杆腔油口相连，气液蓄能器12的气口与储气瓶组13相连。

所述检测单元包括设于海上操作平台1上的IMU运动传感器14、设于主动缸3和被动缸2活塞杆上的位移传感器15、设于水下中继器10与第二定滑轮9之间以及水下中继器10与水下机器人11之间缆绳上的张力传感器16，通过收集各方信号复合处理，使得升沉补偿***更加精确。来自海上操作平台1的升沉信号、液压缸活塞杆运动信号和中继器的位移信号，然后经过信息处理，将指示命令传出，用以控制液压回路，通过控制有杆腔和无杆腔的油路通断，从而启动和关闭主动升沉补偿，并通过传感器上位移信号来控制油液流量和压力，来提高调节精度。

所述液压回路***包括与主动缸3的无杆腔油口相连的主动缸无杆腔输油管17，主动缸无杆腔输油管17从被动缸2的无杆腔缸壁穿出后与三位四通阀18的第一油口相连，主动缸3的有杆腔油口与三位四通阀18的第二油口相连，三位四通阀18的第三油口经变量泵19与油箱20相连，三位四通阀18的第四油口也与油箱20相连。

在主动缸无杆腔输油管17外部套设有有输油管密封管道21，所述输油管密封管道21与被动缸缸体外螺纹连接，与外油路内螺纹连接

实施例2：

如图2中所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：在连接三位四通阀18的第一油口和主动缸3有杆腔油口的油路与连接三位四通阀18的第二油口和主动缸3有杆腔油口的油路之间反向并联有两个背压阀22，两个背压阀22构成差动回路，能保持油路稳定和减少液压冲击，在每个背压阀22油路上各设有一与油箱20相连的卸荷阀23。

在变量泵19与油箱20之间的管路上、三位四通阀18的第四油口与油箱20之间的管路上分别设有一回油过滤器24，在变量泵19的出油口和进油口之间并联有一安全阀25。

所述控制器4的输入端与IMU运动传感器14、位移传感器15、张力传感器16相连，控制器4的控制端与三位四通阀18、背压阀22、卸荷阀23的控制端相连。

当处于较好海况，深沉补偿需求较小时，被动升沉补偿***率先启动，被动缸2进行自动的向左或是向右运动，位于被动缸2活塞杆(即主动缸缸体前部)上的位移传感器15将运动信号传给控制器4。

当海况变得更加恶劣，被动补偿***不足以提供补偿精度或是升沉运动突发情况需要更加灵敏补偿时，主动深沉补偿***根据控制器4收集处理的信号，启动主动升沉补偿***，信号被传送至液压回路***，输出恒定压力的油源进入被动缸2的无杆腔或是有杆腔，从而完成主动深沉补偿过程。

待海况好转，被动升沉补偿***的被动缸2开始往中位运动，待主动缸3上位移传感器15将其回归完成信号传送控制器4处理后，主动升沉补偿***的主动缸3再开始回归中位运动，完成升沉补偿全过程。

本实用新型基于复合式二级液压缸的主被动升沉补偿***，有效减少了补偿装置空间占用大的问题，且主被动升沉补偿***完全***组合后，主被动升沉补偿可以在调节过程中协同使用，极大地减少了动力消耗，节约了成本，并且提高了补偿精度，控制灵活。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，其特征在于：包括安装于海上操作平台上的负载吊放***、与负载吊放***相连的主动补偿***和被动补偿***；

所述被动补偿***包括水平设于海上操作平台顶部的被动缸、与被动缸的无杆腔油口相连的蓄能单元；所述主动补偿***包括主动缸、与主动缸的有杆腔油口及无杆腔油口相连的液压回路***、检测海上操作平台运动状态的检测单元、分析检测单元发来信号并向液压回路***发送指令的控制器；所述主动缸的无杆腔缸体水平伸入被动缸的缸体内作为被动缸的活塞杆，在主动缸的缸体后部设有一活塞，所述活塞将被动缸的缸体分隔为有杆腔和无杆腔；

所述负载吊放***包括设于主动缸活塞杆上的第一动滑轮和第二动滑轮、设于海上操作平台顶部的第一定滑轮和第二定滑轮，缆绳的一端固定于第一定滑轮上，另一端依次绕过第二动滑轮、第一定滑轮、第一动滑轮、第二定滑轮后与水下中继器相连，水下机器人通过另一缆绳悬挂在水下中继器上。

2.根据权利要求1所述的一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，其特征在于：所述蓄能单元包括气液蓄能器和储气瓶组，气液蓄能器的油口与被动缸的无杆腔油口相连，气液蓄能器的气口与储气瓶组相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，其特征在于：所述检测单元包括设于海上操作平台上的IMU运动传感器、设于主动缸和被动缸活塞杆上的位移传感器、设于水下中继器与第二定滑轮之间以及水下中继器与水下机器人之间缆绳上的张力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，其特征在于：所述液压回路***包括与主动缸的无杆腔油口相连的主动缸无杆腔输油管，主动缸无杆腔输油管从被动缸的无杆腔缸壁穿出后与三位四通阀的第一油口相连，主动缸的有杆腔油口与三位四通阀的第二油口相连，三位四通阀的第三油口经变量泵与油箱相连，三位四通阀的第四油口也与油箱相连。

5.根据权利要求4所述的一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，其特征在于：在连接三位四通阀的第一油口和主动缸有杆腔油口的油路与连接三位四通阀的第二油口和主动缸有杆腔油口的油路之间反向并联有两个背压阀，两个背压阀构成差动回路，在每个背压阀油路上各设有一与油箱相连的卸荷阀。

6.根据权利要求4所述的一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，其特征在于：在变量泵与油箱之间的管路上、三位四通阀的第四油口与油箱之间的管路上分别设有一回油过滤器，在变量泵的出油口和进油口之间并联有一安全阀。

7.根据权利要求1所述的一种基于复合式二级液压缸的半主动升沉补偿***，其特征在于：在主动缸无杆腔输油管外部套设有有输油管密封管道，所述输油管密封管道与被动缸缸体外螺纹连接，与外油路内螺纹连接。