一种紧凑型水下并联稳定平台及其工作方法与流程

1.本发明属于稳定平台技术领域，尤其涉及一种紧凑型水下并联稳定平台及其工作方法。


背景技术：

2.水下稳定平台一般安装于船舶底部或船体月池内部，能够将搭载的探测设备下放至水下，并能够实时补偿船体姿态角变化，使测量设备的空间姿态保持相对稳定，以提高测量设备的测量精度，一般用于水下声呐探测设备等。
3.目前，传统的稳定平台并不能直接搭载于船舶进行水下稳定工作，主要原因在于：
4.(1)传统的稳定平台(无论是框架式、并联式还是串联式稳定平台)，均没有针对水下环境的防水密封设计，不能够长时间在水下工作；
5.(2)以框架式稳定平台、多轴并联稳定平台为代表的一系列稳定平台，结构紧凑性不足，占用空间过大，难以在小型船舶上搭载；
6.(3)以串联式稳定平台为代表的的一系列稳定平台，以相同质量计算，其刚度普遍偏低，水下环境中的侧向水流冲击等外界干扰对平台稳定精度影响较大。


技术实现要素：

7.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种紧凑型水下并联稳定平台及其工作方法，采用紧凑式构型设计，实现了稳定平台的高刚度与低空间占用；通过特有的防水电缸模块，确保了稳定平台具有较好的防水密封性能，使稳定平台能够长时间在水下工作。
8.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种紧凑型水下并联稳定平台，包括：上台面模块、下台面、中间支撑杆模块、支撑座、防水电缸模块、上十字铰链、下十字铰链和中心十字铰链；
9.支撑座的下安装面与船体安装法兰通过螺钉固连，支撑座的上安装面与中间支撑杆模块的中间支撑座通过螺钉固连；其中，支撑座的中心设置有中心圆孔，中心圆孔外侧周向均布有三个安装圆孔，正后方布置有一个走线圆孔；
10.中间支撑杆模块的一端与上台面模块的中心通过螺钉固连，中间支撑杆模块的另一端与下台面的中心通过中心十字铰链采用螺钉固连；
11.三个防水电缸模块分别穿过支撑座上的三个安装圆孔，周向均布在中间支撑杆模块外侧；其中，防水电缸模块的一端与上台面模块通过一个上十字铰链采用螺钉固连，防水电缸模块的另一端与下台面通过一个下十字铰链采用螺钉固连。
12.在上述紧凑型水下并联稳定平台中，中间支撑杆模块为伸缩杆式结构，包括：中间支撑杆、密封圈座、导向轴套、中间支撑座和中间支撑柱；
13.中间支撑杆、密封圈座、导向轴套、中间支撑座和中间支撑柱由上至下依次设置；
14.若干个周向均布的固定螺钉由上至下依次穿过中间支撑杆下端面的法兰盘、密封
圈座后，固定至中间支撑座上的螺纹孔内；
15.导向轴套设置在中间支撑座与中间支撑柱之间，并通过密封圈座压紧固定在中间支撑座内部；
16.密封圈座及中间支撑座靠近下端面位置，设置有孔用密封胶圈，用于防止导向轴套附近的润滑油脂泄露；
17.中间支撑杆为一中空套管，中间支撑柱可在中空套管内沿轴向滑动，并通过导向轴套和导向轴套两端的密封圈实现润滑及轴向定位。
18.在上述紧凑型水下并联稳定平台中，
19.中间支撑杆远离中间支撑柱的一端与上台面模块的中心通过螺钉固连；
20.中间支撑柱远离中间支撑杆的一端穿过支撑座的中心圆孔后，通过与下台面的中心通过中心十字铰链采用螺钉固连；
21.中间支撑杆模块通过中间支撑座实现与支撑座的上安装面的连接固定。
22.在上述紧凑型水下并联稳定平台中，
23.中间支撑柱上安装有防转挡块；其中，防转挡块通过螺钉固定在中间支撑柱顶部位置外表面；防转挡块为长条形状，长度方向与中间支撑柱轴线平行；
24.中间支撑杆的腔体内设置有滑槽，滑槽深度方向贯穿中间支撑杆单侧筒壁；其中，滑槽为长条状孔，长度方向与中间支撑杆中轴线平行；滑槽与防转挡块之间采用间隙配合；
25.中间支撑柱在中间支撑杆中上下滑动时，防转挡块可在滑槽中滑动，但不可绕轴线转动，且由于滑槽长度是有限的，使防转挡块沿轴线滑动的运动范围受到限制，可防止中间支撑柱脱出或旋转。
26.在上述紧凑型水下并联稳定平台中，上台面模块，包括：上台面座、上台面盖、隔膜气泵、气瓶、姿态感知设备和姿态感知设备安装座；
27.隔膜气泵、姿态感知设备和姿态感知设备安装座安装在上台面座的内部，并通过上台面盖封装，确保上台面座内部密封；其中，姿态感知设备通过姿态感知设备安装座安装固定；
28.气瓶安装在上台面座的下表面中心、与台体中轴线同轴，放置于中间支撑柱靠近中间支撑杆的另一端的空腔内；
29.隔膜气泵设置在上台面模块内部，通过螺钉固定在上台面座，隔膜气泵的进气管通过延长管探出上台面模块外，隔膜气泵的出气管与气瓶和防水电缸模块连接。
30.在上述紧凑型水下并联稳定平台中，隔膜气泵与气管、气压传感器组成气路系统，用于向气瓶内部注入压缩空气；气瓶内存储的压缩空气通过气管注入防水电缸模块，实现对防水电缸模块的防水密封。
31.在上述紧凑型水下并联稳定平台中，防水电缸模块，包括：缸体、防水密封套和电缸活塞杆；
32.缸体与电缸活塞杆连接；
33.防水密封套设置在缸体与电缸活塞杆的连接处。
34.在上述紧凑型水下并联稳定平台中，防水密封套在缸体与电缸活塞杆的连接处形成一个密封腔室，工作时，气瓶内存储的压缩空气通过气管注入密封腔室内，使密封腔室内的气压始终大于外界水压，以防外界的水通过缸体与电缸活塞杆之间的间隙浸入防水电缸
模块内，对结构造成腐蚀损坏。
35.在上述紧凑型水下并联稳定平台中，
36.支撑座整体为圆锥形薄壁结构，底部掏空；
37.当紧凑型水下并联稳定平台处于收纳状态时，下台面位于支撑座掏空的底部空腔内，下台面的底面与支撑座的底面齐平，便于安装及运输。
38.相应的，本发明还公开了一种紧凑型水下并联稳定平台的工作方法，包括：
39.紧凑型水下并联稳定平台工作时，通过驱动伺服电机调整三个防水电缸模块中电缸活塞杆的伸出长度，当3根电缸活塞杆按照相同速度伸出或缩回相同长度时，与电缸活塞杆连接的下十字铰链带动下台面上升与下降，同步通过中心十字铰链链驱动中间支撑柱伸出与缩回，完成平台的上升与下降调整动作；
40.当3根电缸活塞杆按照程序各自调整长度，驱动下台面绕中心十字铰链转动，且保持中间支撑柱的位置不变，上十字铰链与下十字铰链同步被动调整角度，实现下台面的姿态调整运动；
41.运动过程中，外界因素对下台面施加的侧向载荷通过中间支撑杆模块直接传递至支撑座，以防止侧向载荷的分力与防水电缸模块的出力相叠加，进而防止侧向载荷影响防水电缸模块的调整精度，进而提高下台面的姿态调整精度。
42.本发明具有以下优点：
43.(1)本发明公开了一种紧凑型水下并联稳定平台及其工作方法，防水电缸模块采用防水密封设计，借助正压气体，防止水进入结构内部，确保了稳定平台具有较好的防水密封性能，使稳定平台能够长时间在水下工作，解决了传统稳定平台无法在水中使用的问题。
44.(2)本发明公开了一种紧凑型水下并联稳定平台及其工作方法，采用独特的支撑座+中间支撑杆模块的设计，使下台面的受力点靠近稳定平台的安装支撑，减小了作用力力臂，增强了稳定平台的整体刚度，优于传统稳定平台的刚度。
45.(3)本发明公开了一种紧凑型水下并联稳定平台及其工作方法，防水电缸模块采用平行于台体轴线的周向均布设计，使稳定平台的结构更加紧凑，优于传统的串联、框架式、并联式稳定平台。
附图说明
46.图1是本发明实施例中一种紧凑型水下并联稳定平台的爆炸图；
47.图2是本发明实施例中一种紧凑型水下并联稳定平台的纵剖面示意图；
48.图3是本发明实施例中一种紧凑型水下并联稳定平台的横剖面示意图；
49.图4是本发明实施例中一种紧凑型水下并联稳定平台的下放状态示意图；
50.图5是本发明实施例中一种紧凑型水下并联稳定平台的的角度调整状态示意图；
51.图6是本发明实施例中一种防水密封套的结构示意图。
具体实施方式
52.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
53.如图1～3，在本实施例中，该紧凑型水下并联稳定平台，包括：上台面模块1、下台
面2、中间支撑杆模块3、支撑座4、防水电缸模块5、上十字铰链6、下十字铰链7和中心十字铰链8。
54.支撑座4整体为圆锥形薄壁结构，底部掏空，底部直径500mm左右。其中，支撑座4底部留有法兰安装孔，便于支撑座4固定至船体；支撑座4顶部设置有安装法兰，便于支撑座4的上安装面与中间支撑杆模块3连接。具体的：支撑座4的下安装面与船体安装法兰通过螺钉固连，支撑座4的上安装面与中间支撑杆模块3的中间支撑座34通过螺钉固连。进一步的，支撑座4的中心设置有中心圆孔，中心圆孔外侧周向均布有三个安装圆孔，正后方布置有一个走线圆孔。
55.中间支撑杆模块3的一端与上台面模块1的中心通过螺钉固连，中间支撑杆模块3的另一端与下台面2的中心通过中心十字铰链8采用螺钉固连。
56.三个防水电缸模块5分别穿过支撑座4上的三个安装圆孔，周向均布在中间支撑杆模块3外侧。其中，防水电缸模块5的一端与上台面模块1通过一个上十字铰链6采用螺钉固连，防水电缸模块5的另一端与下台面2通过一个下十字铰链7采用螺钉固连。
57.在本实施例中，如图1，中间支撑杆模块3为伸缩杆式结构，具体可以包括：中间支撑杆31、密封圈座32、导向轴套33、中间支撑座34和中间支撑柱35。具体的：中间支撑杆31、密封圈座32、导向轴套33、中间支撑座34和中间支撑柱35由上至下依次设置；其中，若干个周向均布的固定螺钉由上至下依次穿过中间支撑杆31下端面的法兰盘、密封圈座32后，固定至中间支撑座34上的螺纹孔内。导向轴套33设置在中间支撑座34与中间支撑柱35之间，并通过密封圈座32压紧固定在中间支撑座34内部。密封圈座32及中间支撑座34靠近下端面位置，设置有孔用密封胶圈，用于防止导向轴套33附近的润滑油脂泄露。中间支撑杆31为一中空套管，中间支撑柱35可在中空套管内沿轴向滑动，并通过导向轴套33和导向轴套33两端的密封圈实现润滑及轴向定位。
58.优选的，中间支撑杆31远离中间支撑柱35的一端与上台面模块1的中心通过螺钉固连。中间支撑柱35远离中间支撑杆31的一端穿过支撑座4的中心圆孔后，通过与下台面2的中心通过中心十字铰链8采用螺钉固连。中间支撑杆模块3通过中间支撑座34实现与支撑座4的上安装面的连接固定。
59.进一步的，中间支撑柱35上安装有防转挡块37；其中，防转挡块37通过螺钉固定在中间支撑柱35顶部位置外表面；防转挡块37为长条形状，长度方向与中间支撑柱35轴线平行。中间支撑杆31的腔体内设置有滑槽36，滑槽36深度方向贯穿中间支撑杆31单侧筒壁；其中，滑槽36为长条状孔，长度方向与中间支撑杆31中轴线平行；滑槽36与防转挡块37之间采用间隙配合。中间支撑柱35在中间支撑杆31中上下滑动时，防转挡块37可在滑槽36中滑动，但不可绕轴线转动，且由于滑槽36长度是有限的，使防转挡块37沿轴线滑动的运动范围受到限制，可防止中间支撑柱35脱出或旋转。
60.在本实施例中，如图1，上台面模块1具体可以包括：上台面座11、上台面盖12、隔膜气泵13、气瓶14、姿态感知设备15和姿态感知设备安装座16。具体的：隔膜气泵13、姿态感知设备15和姿态感知设备安装座16安装在上台面座11的内部，并通过上台面盖12封装，确保上台面座11内部密封；其中，姿态感知设备15通过姿态感知设备安装座16安装固定。气瓶14安装在上台面座11的下表面中心、与台体中轴线同轴，放置于中间支撑柱35靠近中间支撑杆31的另一端的空腔内。隔膜气泵13设置在上台面模块1内部，通过螺钉固定在上台面座
11，隔膜气泵13的进气管通过延长管探出上台面模块1外，隔膜气泵13的出气管与气瓶14和防水电缸模块5连接。
61.优选的，气泵13与气管、气压传感器组成气路系统，用于向气瓶14内部注入压缩空气。气瓶14内存储的压缩空气通过气管注入防水电缸模块5，实现对防水电缸模块5的防水密封。
62.在本实施例中，如图1，防水电缸模块5具体可以包括：缸体51、防水密封套52和电缸活塞杆53。具体的：缸体51与电缸活塞杆53连接；防水密封套52设置在缸体51与电缸活塞杆53的连接处。
63.优选的，防水密封套52在缸体51与电缸活塞杆53的连接处形成一个密封腔室，工作时，气瓶14内存储的压缩空气通过气管注入密封腔室内，使密封腔室内的气压始终大于外界水压，以防外界的水通过缸体51与电缸活塞杆53之间的间隙浸入防水电缸模块5内，对结构造成腐蚀损坏。
64.如图6所示，防水密封套52具体可以包括：防水套521、聚四氟乙烯垫片522、密封胶圈523、气路转接头524和斯特封525。其中，聚四氟乙烯垫片522和密封胶圈523设置在防水套521与缸体51之间，用于保证安装面的气密性及水密性。斯特封525设置在防水套521的尾部，用于保证防水套521与电电缸活塞杆53之间的气密性及水密性，使防水套521内部构成密封腔室。气路转接头524通过圆锥管螺纹拧紧至防水套521，可安装软管，与隔膜气泵13与气瓶14通过软管连接，可将压缩空气导入到防水套521内部的密封腔室，确保腔室内部压力大于外界水环境压力。
65.在本实施例中，如图2，当紧凑型水下并联稳定平台处于收纳状态时，下台面2位于支撑座4掏空的底部空腔内，下台面2的底面与支撑座4的底面齐平，便于安装及运输。
66.在本实施例中，如图3，三个防水电缸模块5在台体中轴线周向均布，与台体中轴线平行，并紧靠中间支撑杆模块3，使稳定平台构型更为紧凑。优选的，防水电缸模块5的中轴线距台体中轴线的距离可以但不仅限于设置为150mm。
67.在本实施例中，在支撑座靠近艉部方向留有走线孔，用于安装设备的线缆进入月池内部。
68.在本实施例中，如图4和图5，当紧凑型水下并联稳定平台工作时，紧凑型水下并联稳定平台工作时，通过驱动伺服电机调整三个防水电缸模块5中电缸活塞杆53的伸出长度，当3根电缸活塞杆53按照相同速度伸出或缩回相同长度时，与电缸活塞杆53连接的下十字铰链7带动下台面2上升与下降，同步通过中心十字铰链8链驱动中间支撑柱35伸出与缩回，完成平台的上升与下降调整动作。当3根电缸活塞杆53按照程序各自调整长度，驱动下台面2绕中心十字铰链8转动，且保持中间支撑柱35的位置不变，上十字铰链6与下十字铰链7同步被动调整角度，实现下台面2的姿态调整运动。运动过程中，外界因素对下台面2施加的侧向载荷通过中间支撑杆模块3直接传递至支撑座4，以防止侧向载荷的分力与防水电缸模块5的出力相叠加，进而防止侧向载荷影响防水电缸模块5的调整精度，进而提高下台面2的姿态调整精度。
69.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明
的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
70.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。