一种潜水器用机械式纵倾平衡装置及操作方法与流程

本发明涉及海洋装备技术领域，尤其是一种潜水器用机械式纵倾平衡装置及操作方法。

背景技术：

随着对海洋开发程度的日益加深，各种潜水器应运而生。潜水器在水面水下状态转换时会出现纵倾差，并且在潜水器航行过程中，由于设备仪器或其他载荷移动与调整、航速变化、载荷消耗等原因会使潜水器出现纵向不平衡力矩，为了消除纵向不平衡力矩，需要用到纵倾平衡系统。

现有技术中，纵倾平衡系统多是利用压缩空气预压调水或水泵调水两种方式，这两种方式需要在潜水器艏艉两端设置纵倾平衡水舱，使用贯穿全船的空气管路和水管路将艏艉纵倾平衡水舱相连接，并且在管路上要安装水泵、阀门、流量计以及管路消声器等元器件，通过艏艉之间的移水来消除纵向不平衡力矩。这种纵倾平衡系统调水量难以准确控制，使用精度不高，并且水管路需要贯穿全船，占据较多安装空间，施工过程较为繁琐，并且管路或阀门损坏有可能会使舱室进水，较难维修。现有潜水器大多都分段建造，要求水管路或气管路的安装精度较高，并且不易拆除，亟需发明一种新型的潜水器用纵倾平衡系统。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的潜水器用机械式纵倾平衡系统，从而在减少潜水器用纵倾平衡系统安装步骤，简化纵倾平衡系统设备数量，提高纵倾平衡系统运行精度，克服已有纵倾平衡系统水管路移水方式来消除纵向不平衡力矩的不足。

本发明所采用的技术方案如下：

一种潜水器用机械式纵倾平衡装置，包括底座，所述底座的上表面设置有两条平行的凸起，所述凸起的顶面安装有直线导轨，所述直线导轨上配合安装有滑块，所述滑块的顶面固定有下质量块，所述下质量块的上表面固定有中质量块，所述中质量块的顶面固定有上质量块；

位于两条凸起之间的底座上固定有伺服电机，所述伺服电机的输出端通过联轴器安装有丝杠，所述丝杠上配合安装有螺母，螺母的外部安装有固定座，所述固定座的顶面与下质量块连接。

其进一步技术方案在于：

所述下质量块、中质量块和上质量块的长度相同，宽度由大到小依次递减。

所述下质量块、中质量块和上质量块安装完成后与耐压壳共形。

所述伺服电机上安装有编码器，编码器为绝对值编码器。

所述丝杠的两端分别通过固定端支承单元和支撑端支承单元支撑安装。

固定端支承单元包括固定在底座上的固定端支承单元安装块，支撑端支承单元包括固定在底座上的支撑端支承单元安装块。

底座上还垂直安装有支架，所述支架用于固定伺服电机，所述支架上开有圆孔。

底座上间隔安装有吊环螺钉。

所述直线导轨的两端安装有限位螺钉。

一种潜水器用机械式纵倾平衡装置的操作方法，包括如下步骤：

驱动方式为：启动伺服电机，通过联轴器的作用，带动丝杠发生转动，从而螺母发生移动，螺母通过固定座的作用带动下质量块、中质量块和上质量块沿着直线导轨发生移动；

在潜水器无纵倾时，质量块在丝杠长度的中间位置，此位置为质量块的初始位置，

当潜水器发生艏纵倾时，质量块由伺服电机驱动向潜水器艉部方向移动，

当发生艉纵倾时，质量块由伺服电机驱动向潜水器艏部方向移动，直至满足潜水器运行要求，调节过程可由上位机通过程序精准实现。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，采用机械式纵倾平衡系统，完全取代以前使用水管路移水的方式来消除纵向不平衡力矩，取消了水泵、阀门、流量计等元器件，简化了安装设备；采用模块化安装，只需要将本发明中的整个机械式纵倾平衡系统用螺栓等紧固件固定在安装架上即可，系统安装性得到优化。

潜水器耐压壳截面一般都为圆形，顶部圆形利用率较低，本发明中三个质量块安装后可与耐压壳实现共形，充分利用了潜水器舱内空间，且质量块为螺钉连接安装，若调节纵倾能力不足，可使用密度更大的质量块替换原质量块，简单方便；采用伺服电机驱动质量块移动，精度可达到很高要求，滑块移动速度与系统调节潜水器纵倾角的速度相关，并且滑块移动速度可通过调节伺服电机转速来修改，增加了可操作性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图(省略质量块)。

图3为本发明另一视角的结构示意图。

图4为图3中a部的局部放大图。

图5为图3中b部的局部放大图。

图6为本发明的应用图。

图7为本发明的应用图(耐压壳透明化)。

图8为本发明的应用图(主视图)。

其中：1、伺服电机；2、联轴器；3、固定端支承单元；4、丝杠；5、上质量块；6、中质量块；7、下质量块；8、支撑端支承单元；9、底座；10、直线导轨；

101、编码器；102、支架；

401、螺母；402、固定座；

901、固定端支承单元安装块；902、吊环螺钉；903、支撑端支承单元安装块；904、限位螺钉；

1001、滑块；

11、安装架；

12、耐压壳。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图8所示，本实施例的潜水器用机械式纵倾平衡装置，包括底座9，底座9的上表面设置有两条平行的凸起，凸起的顶面安装有直线导轨10，直线导轨10上配合安装有滑块1001，滑块1001的顶面固定有下质量块7，下质量块7的上表面固定有中质量块6，中质量块6的顶面固定有上质量块5；

位于两条凸起之间的底座9上固定有伺服电机1，伺服电机1的输出端通过联轴器2安装有丝杠4，丝杠4上配合安装有螺母401，螺母401的外部安装有固定座402，固定座402的顶面与下质量块7连接。

下质量块7、中质量块6和上质量块5的长度相同，宽度由大到小依次递减。

下质量块7、中质量块6和上质量块5安装完成后与耐压壳12共形。

伺服电机1上安装有编码器101，编码器101为绝对值编码器。

丝杠4的两端分别通过固定端支承单元3和支撑端支承单元8支撑安装。

固定端支承单元3包括固定在底座9上的固定端支承单元安装块901，支撑端支承单元8包括固定在底座9上的支撑端支承单元安装块903。

底座9上还垂直安装有支架102，支架102用于固定伺服电机1，支架102上开有圆孔。

底座9上间隔安装有吊环螺钉902。

直线导轨10的两端安装有限位螺钉904。

本实施例的潜水器用机械式纵倾平衡装置的操作方法，包括如下步骤：

驱动方式为：启动伺服电机1，通过联轴器2的作用，带动丝杠4发生转动，从而螺母401发生移动，螺母401通过固定座402的作用带动下质量块7、中质量块6和上质量块5沿着直线导轨10发生移动；

在潜水器无纵倾时，质量块在丝杠4长度的中间位置，此位置为质量块的初始位置，

当潜水器发生艏纵倾时，质量块由伺服电机1驱动向潜水器艉部方向移动，

当发生艉纵倾时，质量块由伺服电机1驱动向潜水器艏部方向移动，直至满足潜水器运行要求，调节过程可由上位机通过程序精准实现。

本发明的具体结构和功能如下：

包括伺服电机1、联轴器2、固定端支承单元3、丝杠4、上质量块5、中质量块6、下质量块7、支撑端支承单元8、底座9、直线导轨10、编码器101、支架102、螺母401、固定座402、固定端支承单元安装块901、吊环螺钉902、支撑端支承单元安装块903、限位螺钉904、滑块1001。

为了减少加工量，实现底座9上的零件高精度安装，在底座9上开有三个安装槽，支架102在安装槽处通过螺钉安装在底座9上，固定端支承单元安装块901在安装槽处通过螺钉安装在底座9上，支撑端支承单元安装块903在安装槽处通过螺钉安装在底座9上，伺服电机1通过紧固件与支架102相连接，固定端支承单元3通过螺钉与固定端支承单元安装块901相连接，支撑端支承单元8通过螺钉与支撑端支承单元安装块903相连接，丝杠4一端通过固定端支承单元3支撑，另一端通过支撑端支承单元8相支撑，丝杠4在靠近伺服电机1的一端安装有键，通过联轴器2与伺服电机1的输出轴相连接，丝杠4上安装有螺母401，固定座402通过螺钉固定在螺母401上，下质量块7通过螺钉固定在固定座402以及滑块1001上，滑块1001安装在直线导轨10上，直线导轨10通过螺钉与底座9相连接。

上质量块5通过螺钉与中质量块6相连接，中质量块6通过螺钉与下质量块7相连接，且三块质量块安装完成后与耐压壳12共形，可充分利用潜水器内的空间，并且若设计的机械式纵倾平衡系统纵倾调节能力不足，可根据现场情况，改用密度更大的质量块替换原质量块。

本发明中的伺服电机1带有抱闸功能，当机械式纵倾平衡系统不动作或者断电时，伺服电机1中的抱闸功能开启，丝杠4不能旋转；编码器101可以向上位机反馈丝杠4转速和转动角度，进而可换算出质量块移动的距离，并且编码器101为绝对值编码器，在断电再上电后，编码器101可以自动记录并反馈质量块的位置，无需另外设置另外的测距仪器。

在直线导轨10两端安装有限位螺钉904，起到防护作用，防止质量块滑出直线导轨10。

为了提高直线导轨10的安装精度，在底座9上安装直线导轨10处加工有定位凸起，对直线导轨10起到限制作用，底座9上共安装有两条直线导轨10，每条直线导轨10上装有两个滑块1001，对质量块起到支撑作用。

底座9上安装有四个吊环螺钉902，方便本发明的吊装与运输。

本发明可以通过螺栓等紧固件固定在安装架11上，安装架11通过焊接方式与耐压壳12相连接，一艘潜水器上可沿纵向安装多个本机械式纵倾平衡系统。

本发明的工作原理：

伺服电机1通过联轴器2带动丝杠4旋转，丝杠4与螺母401相互配合将旋转运动转变为直线运动，带动质量块滑动。本发明中潜水器纵倾平衡是通过质量块的滑动实现的，首先，在潜水器无纵倾时，质量块在丝杠4长度的中间位置，此位置为质量块的初始位置，当潜水器发生艏纵倾时，质量块由伺服电机1驱动向潜水器艉部方向移动，当发生艉纵倾时，质量块由伺服电机1驱动向潜水器艏部方向移动，直至满足潜水器运行要求，调节过程可由上位机通过程序精准实现。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。