专利名称：活塞式水下升降平台浮力调节机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水下浮力调节机构，特别涉及到一种活塞式水下升降平台浮力调 节机构，属于海洋环境监测领域。
背景技术：
以往国、内外海洋环境监测平台系统，在水中的工作方式一般是采用锚系方式将 平台主体系留在水中的某一深度处，而通讯浮标搭载在平台主体上；根据预设指令在某一 时刻释放通讯浮标，并在水面长期漂浮，由此构成一个水下通讯链，将平台系统监测到的水 下环境信息，通过这条通讯链发往外界。但是这种工作方式有它的局限性，它只能进行定点 位置的环境监测，监测范围很有限。而且，在水面长期漂浮的浮标由于受海面风浪、潮汐、阳 光长期暴晒、不同季节与昼夜温差变化的影响以及人为等因素的影响，很容易受到损坏，平 常还需相当的人力和船只进行监守或巡查，维护费用相当可观。
近期专利文献ZL 200620098049. 1公开过一种油气囊组合式浮动平台，该发明克 服了上述存在的不足，由此为海洋环境监测平台的发展另辟了一条崭新的道路；然而，凡事 不可能尽善尽美，该发明自身同样也存在着不足，譬如油气囊组合式结构相对复杂、反映 速度慢、管路内压力慢泄露问题至今难以完全解决等缺陷，针对这些不足，就此提出了本发 明。发明内容
本发明目的是提出一种活塞式水下升降平台浮力调节机构，能达到调节浮力能力 强、工作可靠性高、响应速度快、结构简单、组合紧凑、安装拆卸操作方便等实用效果。
本发明是这样实现的一种活塞式水下升降平台浮力调节机构，包括推力弹簧、活 塞、弹性胶膜、连接件、筒体、推杆、螺杆、螺杆驱动机构和定位导轨，外围设备为水下平台和 控制系统；其中浮力调节机构位于水下平台的内部，水下平台的外圆上开有一对以上两 两对称的活塞孔，活塞孔为台阶孔，在台阶孔上与外圆相通的孔大于内孔，弹性胶膜用连接 件固定连接在台阶孔的台阶端面上，保证活塞孔的水密性；推力弹簧分别套在两个活塞的 外圆上对称安装在活塞孔的内孔中，使两个活塞处于接触状态，水下平台的中心轴线在活 塞接触面上；螺杆驱动机构位于活塞下方，螺杆驱动机构上的螺杆上套装推杆，推杆两侧固 定装有定位导轨，推杆与水下平台的中心轴线重合。
工作方式控制系统控制螺杆驱动机构的运动、在定位导轨的约束下，使螺杆与 推杆形成相对运动，实现旋转运动与直线运动的转换，推杆产生的位移，经推杆与活塞的接 触，活塞沿筒体向活塞孔平台外缘移动，由于弹性胶膜与活塞紧密接触，在活塞移动的过程 中也推动弹性胶膜的移动，由此形成了密闭的凸起，使得系统体积额外地增加，提高了系统 排水量，系统处于上升状态；当螺杆驱动机构反向驱动时，使螺杆与推杆相对运动产生相反 方向的位移，此时推杆的位移，给活塞的缩进腾出了空间，并在推力弹簧和深水压力的联合 作用下使活塞回到起始位置，此时额外增加的体积消失，系统排水量回到起点，系统处于下降状态；由前述动作的反复结合运用和运行时间的控制，实现了系统漂浮升降功能。
(1)运用原理
本装置运用原理为“螺旋传动原理”，是通过螺杆7与推杆6之间的旋合传递运动 和动力，并直接将旋转运动变成直线运动，从中以较小的转矩获取较大的推力。在该推力的 作用下实现零件间相互位置的可调性。
对于本系统，事先将该系统的水中质量配置成为小质量系统。理由是采用这种配 置，有利于控制，只需用少量的能源，就能很容易地实现对系统工作状态的控制。基于这种 配置，在系统质量保持不变的情况下，通过活塞式浮力调节装置中各个活塞2沿筒体5向平 台外缘进行有序的伸缩运动，造成平台某一部位体积的改变，从而引起系统浮力发生变化， 以此实现平台在水中有目的地升降与漂浮。
系统具备了上述功能，再通过控制系统的有机配合，就可以完成多种形式的工作 任务，譬如某一时刻向平台系统控制中心输入程控指令(浮出水面时，也可以通过卫星接 收)，则系统控制中心可根据深度传感器和环境感应器测得的参数，经过内部程序处理，对 下潜深度、水下停留时间、上浮时机、水面停留时间、以及数据传输等等工作环节进行控制， 实现平台自主升降和定深漂行的全过程智能化控制。
(2)附加体积分析
由于系统的升降、漂浮等工作过程的实现，是按控制指令的要求，通过附加体积的 有序变化来完成的。所以确定出合适的附加体积量值，有利于系统的定量控制与合理的结 构布局安排。但附加体积各尺寸又和周围的结构尺寸有机关联，存在着相互制约性。为了 能够满足传统布放工具的要求，一般而言，平台的最大外径已被限定，说明了活塞的长度不 可能太长。而活塞直径可在一定的范围内选择，但这个范围也不会很大。这就意味着只靠 单活塞很难实现利用附加体积进行浮力调节，所以必须采用多活塞的方式，才能够实现对 系统的浮力控制。
通过计算机的图形仿真分析，清楚地反映出多活塞的分布关系，以及关键尺寸的 关联比例关系。对于本方案，在同一圆周上四活塞分布结构是不可行的，只能采用两活塞对 称分布的结构形式。且活塞伸出长度与推杆直径两者合适比例关系为1/2，活塞直径与水下 平台壳体直径合适比例关系近似为1/4。根据使用需要，采用交叉叠层结构分布，浮力可以 相应增加。
(3)水下平台升降漂浮过程
把状态准备完好的活塞式水下升降平台浮力调节机构安装在水下平台内构成完 整的水下升降平台系统，通过布放工具布入水中，该平台靠自身小负浮力不断的下沉直至 设定水深，最深可控制在400m水深(主要受限于壳体强度，调节系统本身不存在问题)，利 用活塞式浮力调节系统使平台自动调整到零浮力，并漂浮在水中。
有益效果本装置安装在水下平台内构成完整的水下升降平台系统；该系统为小 负浮力配置，只需增加少许附加体积即可实现系统的升降漂浮功能；内部装有系统控制中 心，上端设有连接接口，可外接各种不同类型的收发装置；实现了水下平台在水中自主升 降、自行定深漂浮、搭载不同类型的海洋环境监测设备、卫星通讯装备等功能。
图1是活塞式水下升降平台浮力调节机构示意图2是活塞式水下升降平台浮力调节机构内部活塞空间分布示意1-推力弹簧、2-活塞、3-弹性胶膜、4-连接件、5-筒体、6_推杆、7_螺杆、8_螺杆 驱动机构、9-水下平台、10-定位导轨。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
活塞式水下升降平台浮力调节机构，包括推力弹簧1、活塞2、弹性胶膜3、连接件 4、筒体5、推杆6、螺杆7、螺杆驱动机构8和定位导轨10，外围设备为水下平台9和控制系 统；浮力调节机构位于水下平台9的内部，水下平台9的外圆上开有两对对称的活塞孔，活 塞孔为台阶孔，在台阶孔上与外圆相通的孔大于内孔，弹性胶膜3通过连接件4固定连接在 台阶孔的台阶端面上；推力弹簧1分别套在两个活塞2的外圆上，并对称安装在活塞孔的内 孔中，两个活塞2处于接触状态，水下平台9的中心轴线在两个活塞2的接触面上；螺杆驱 动机构8位于活塞2下方且与控制系统相连，螺杆驱动机构8上的螺杆上套装推杆7，推杆 7两侧固定装有定位导轨10，推杆7与水下平台9的中心轴线重合。
当控制系统按设定控制程序给出上浮指令时，螺杆驱动机构8启动，在定位导轨 10的约束下，螺杆7将旋转运动变为推杆6的直线运动。推杆6在运动转换过程中获取了足 够大的推力，并将推力分别传递给了各个活塞2，使活塞2产生位移，同时推动弹性胶膜3向 平台外缘延伸。由于这一结果，使平台局部体积增加，产生了附加体积，引起了系统浮力的 增大。随着附加体积的不断增加，当系统浮力大于系统水中的配置质量时，平台开始上浮， 并直至水面。到达水面后，按控制指令要求，一方面，通过卫星收发装置向外界传递信息，同 时可接收外界控制指令。
当本装置接收到控制系统发来的下沉指令时，螺杆驱动机构8反转，推杆6逐渐脱 离活塞，脱离的速度与脱离活塞的个数，由控制螺杆驱动机构8的速度决定。推杆6脱离活 塞的同时，活塞2在推力弹簧1和水压的联合作用下，将其沿筒体5逐渐推入到原始位置。 这一结果，使系统的附加体积逐渐减少，系统浮力也随之降低。当系统浮力小于系统水中 的配置质量时，水下平台9开始下降，直至指令要求的水深，并在此深度段内通过本装置将 系统自动调整到零浮力，螺杆驱动机构8停机，锁定此时的附加体积，使系统漂浮在这一深 度。通过搭载的监测设备对海洋环境信息和各种目标信息进行监测，再由系统数据处理存 储器对监测到的信息进行处理与压缩储备，为下一个升降工作周期的到来做好充分的信息 传输准备。如果在这段时间里，感受到突发事件，可以立即上浮，并在第一时间里把事件发 生的相关信息，以密码方式通过卫星收发装置迅速传递给指挥中心，为上层提供决策依据。
权利要求
1.活塞式水下升降平台浮力调节机构，包括推力弹簧(1)、活塞O)、弹性胶膜(3)、连 接件(4)、筒体(5)、推杆(6)、螺杆(7)、螺杆驱动机构(8)和定位导轨(10)，外围设备为水 下平台(9)和控制系统；其特征在于浮力调节机构位于水下平台(9)的内部，水下平台 (9)的外圆上开有一对以上两两对称的活塞孔，活塞孔为台阶孔，在台阶孔上与外圆相通的 孔大于内孔，弹性胶膜C3)通过连接件(4)固定连接在台阶孔的台阶端面上；推力弹簧(1) 分别套在两个活塞( 的外圆上，并对称安装在活塞孔的内孔中，两个活塞( 处于接触状 态，水下平台(9)的中心轴线在两个活塞O)的接触面上；螺杆驱动机构(8)位于活塞(2) 下方且与控制系统相连，螺杆驱动机构(8)上的螺杆上套装推杆(7)，推杆(7)两侧固定装 有定位导轨(10)，推杆(7)与水下平台(9)的中心轴线重合。
2.如权利要求1所述的活塞式水下升降平台浮力调节机构，其特征在于当活塞(2) 为两个以上时，活塞(2)呈交叉叠层结构纵轴分布。
3.如权利要求1所述的活塞式水下升降平台浮力调节机构，其特征在于活塞(2)伸 出长度与推杆(7)直径两者比例关系为1/2，活塞⑵直径与水下平台(9)直径比例关系为 1/4。
全文摘要
本发明涉及一种活塞式水下升降平台浮力调节机构，包括推力弹簧、活塞、弹性胶膜、连接件、筒体、推杆、螺杆、螺杆驱动机构和定位导轨，外围设备为水下平台和控制系统；浮力调节机构位于水下平台的内部，水下平台的外圆上开有两个对称的活塞孔，活塞孔为台阶孔，在台阶孔上与外圆相通的孔大于内孔，弹性胶膜用连接件固定连接在台阶孔的台阶端面上；推力弹簧套在活塞的外圆上安装在活塞孔的内孔中，两活塞处于接触状态，水下平台的中心轴线在活塞接触面上；螺杆驱动机构位于活塞下方，螺杆驱动机构上的螺杆上套装推杆，推杆两侧装有定位导轨，推杆与水下平台的中心轴线重合。本发明应用在海洋环境监测领域，调节浮力能力强、工作可靠性高。
文档编号B63C11/52GK102030088SQ20091017457
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者佘湖清, 吴旌, 武卫, 王明惠, 谷军 申请人:中国船舶重工集团公司第七一○研究所