專利名稱：基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)、電、液控制技術(shù)為特征的流體傳動與控制領(lǐng)域，是一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
水面的船舶在波浪的不規(guī)則運(yùn)動中將產(chǎn)生圍繞其原始平衡位置的縱蕩、橫蕩、升沉、縱搖、橫搖、首搖六個自由度的搖蕩運(yùn)動。惡劣海況下，母船的劇烈運(yùn)動帶動處于拖曳狀態(tài)的水下拖體的位置發(fā)生變化，拖體的拖曳電纜受到較大張力的反復(fù)沖擊。拖體的大幅度非控運(yùn)動和拖曳電纜張力的劇烈變化不僅影響拖體中傳感器的正常工作，而且給水下拖體和拖曳電纜的安全造成很大威脅。
為消除母船升沉運(yùn)動對水下拖體和拖曳電纜的影響，水下拖體收放裝置上常裝備升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，這些升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的分類從執(zhí)行器劃分，分為油缸升沉補(bǔ)償，液壓馬達(dá)升沉補(bǔ)償兩類，從工作原理劃分，其又分為被動升沉補(bǔ)償和主動升沉補(bǔ)償兩類。所謂被動型，即母船在波浪作用下上升時，水下拖體將蓄能器的氣體再度壓縮儲存能量，母船下沉?xí)r，蓄能器釋放能量以補(bǔ)償升沉，升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的能量來自母船的升沉運(yùn)動，故幾乎不消耗動力，因此被動升沉補(bǔ)償方法目前運(yùn)用最多。所謂主動型，即使用液壓泵控制液壓缸或者液壓馬達(dá)的運(yùn)動以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?，補(bǔ)償器依靠外部動力驅(qū)動。
目前，常規(guī)的被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)采用的技術(shù)方案為在其執(zhí)行器——液壓油缸或液壓馬達(dá)的高壓腔出口處串聯(lián)一個氣液蓄能器，通過空氣壓縮機(jī)，儲氣瓶，氣動閥組件控制蓄能器壓力，實(shí)現(xiàn)升沉補(bǔ)償功能，補(bǔ)償?shù)木入S著儲氣瓶體積的增大而提高。此種技術(shù)方案不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，并且儲氣瓶體積越大，補(bǔ)償系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和魯棒性越差，系統(tǒng)對初始穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的準(zhǔn)確性要求越高，而在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中，直接精確測量穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
為克服背景技術(shù)中涉及的常規(guī)被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)及控制方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是供油系統(tǒng)中的第一單向閥的輸出端分三路，第一路接比例溢流閥的進(jìn)油口，第二路接減壓閥的進(jìn)油口，第三路經(jīng)第一截止閥后又分為三路，第一路接壓力傳感器，第二路接蓄能器，第三路經(jīng)第二截止閥接液壓馬達(dá)高壓腔，液壓馬達(dá)低壓腔分為兩路，第一路接先導(dǎo)式溢流閥進(jìn)油口，第二路經(jīng)第二單向閥接減壓閥的出油口；控制器的輸出端接比例溢流閥自帶放大器的輸入端，控制器的輸入端分兩路，第一路接安裝在水下拖體內(nèi)的深度傳感器的輸出端，第二路接壓力傳感器的輸出端；自帶剎車的液壓馬達(dá)固定在收放絞車基座上，液壓馬達(dá)的輸出軸通過花鍵與絞車連接，拖曳電纜一端固定在絞車上，一端與水下拖體相連。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有有益的效果是(1)本發(fā)明采用一個比例溢流閥連接液壓馬達(dá)高壓腔，一個先導(dǎo)式溢流閥連接液壓馬達(dá)低壓腔，等效為背景技術(shù)中涉及的常規(guī)被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)中蓄能器無限大儲氣瓶容積的情況，保證升沉補(bǔ)償時液壓馬達(dá)兩腔壓差和輸出扭矩保持不變，減小了水下拖體拖曳電纜張力的變化，提高了升沉補(bǔ)償精度；(2)本發(fā)明的控制單元主要包括液壓閥、壓力傳感器、深度傳感器和控制器，避免采用背景技術(shù)中涉及的常規(guī)被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)采用的儲氣瓶，空氣壓縮機(jī)，氣動閥組件等調(diào)節(jié)單元，節(jié)約成本，縮小占地空間，提高裝船性。
(3)本發(fā)明采用小容積蓄能器，壓力傳感器，深度傳感器和控制器組成穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)二級測控系統(tǒng)。蓄能器，壓力傳感器和控制器在線測量計算獲得穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)近似值，深度傳感器和控制器在線測量計算獲得穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的準(zhǔn)確值，從而準(zhǔn)確設(shè)置比例溢流閥的控制值，有利于提高升沉補(bǔ)償精度。
(4)本發(fā)明自帶蓄能器充油、放油、補(bǔ)油裝置，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用。


附圖為本發(fā)明的液壓系統(tǒng)原理圖。
圖中1、吸油濾油器，2、電動機(jī)，3、定量泵，4、高壓濾油器，5、安全閥，6、比例溢流閥，7、單向閥，8、減壓閥，9、控制器，10、截止閥，11、單向閥，12、深度傳感器，13、壓力傳感器，14、蓄能器，15、截止閥，16、液壓馬達(dá)，17、先導(dǎo)式溢流閥。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如附圖所示，本發(fā)明包括供油系統(tǒng)中的第一單向閥7的輸出端分三路，第一路接比例溢流閥6的進(jìn)油口，第二路接減壓閥8的進(jìn)油口，第三路經(jīng)第一截止閥10后又分為三路，第一路接壓力傳感器13，第二路接蓄能器14，第三路經(jīng)第二截止閥15接液壓馬達(dá)16高壓腔，液壓馬達(dá)16低壓腔分為兩路，第一路接先導(dǎo)式溢流閥17進(jìn)油口，第二路經(jīng)第二單向閥11接減壓閥8的出油口；控制器9的輸出端接比例溢流閥6自帶放大器的輸入端，控制器9的輸入端分兩路，第一路接安裝在水下拖體內(nèi)的深度傳感器12的輸出端，第二路接壓力傳感器13的輸出端；自帶剎車的液壓馬達(dá)16固定在收放絞車基座上，液壓馬達(dá)16的輸出軸通過花鍵與絞車連接，拖曳電纜一端固定在絞車上，一端與水下拖體相連。
所述的供油系統(tǒng)包括吸油濾油器1，電動機(jī)2，定量泵3，高壓濾油器4，安全閥5和第一單向閥7；第一單向閥7的輸入端分二路，第一路接安全閥5的輸入端，第二路經(jīng)電動機(jī)2驅(qū)動的定量泵3、吸油濾油器1接油箱。
系統(tǒng)的工作原理如下(1)水下拖體拖曳電纜收放絞車將水下拖體釋放到指定拖曳電纜長度后，液壓馬達(dá)16剎車，切換為拖曳狀態(tài)。開啟截止閥10，關(guān)閉截止閥15，設(shè)置安全閥5壓力為28Mpa，設(shè)置比例溢流閥6為卸荷壓力，啟動電動機(jī)2，待定量泵3穩(wěn)定工作后，調(diào)節(jié)比例溢流閥6壓力至5Mpa，調(diào)節(jié)減壓閥8、先導(dǎo)式溢流閥17壓力為2Mpa。根據(jù)液壓馬達(dá)負(fù)載壓力與海況、母船航速、拖曳電纜長度之間相互關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，計算液壓馬達(dá)16兩腔負(fù)載壓差ΔP，設(shè)定比例溢流閥6壓力P＝ΔP+2(Mpa)，蓄能器14開始充油，蓄能器14壓力達(dá)到比例溢流閥6設(shè)定壓力以后，充油完成。
(2)關(guān)閉截止閥10，開啟截止閥15，開啟液壓馬達(dá)16剎車，液壓馬達(dá)16開始往復(fù)運(yùn)動。
(3)控制器9對壓力傳感器13輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以一定時間T1內(nèi)(T1為母船升沉運(yùn)動周期的整數(shù)倍)壓力傳感器13輸出值作為蓄能器14壓力變化的樣本(p1，p2，…，pn)i(n為樣本容量，i為樣本編號，i＝1，2，3…)，樣本之間的時間間隔為零。每個樣本A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，在線計算每個樣本的樣本均值，當(dāng)均值趨于穩(wěn)定后，保存此樣本均值，液壓馬達(dá)16剎車。
(4)開啟截止閥9和截止閥14，將步驟(3)中保存的樣本均值設(shè)定為比例溢流閥6的調(diào)定壓力，開啟液壓馬達(dá)16剎車，液壓馬達(dá)16開始往復(fù)運(yùn)動，被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)開始工作。
(5)控制器9對裝在水下拖體內(nèi)的深度傳感器12輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以一定時間T2內(nèi)(T2為母船升沉運(yùn)動周期)深度傳感器12輸出值作為拖體深度變化的樣本(d1，d2，…，dn)i(n為樣本容量，i為樣本編號，i＝1，2，3…)，樣本之間的時間間隔為零。每個樣本A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，在線對每個樣本的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行一次直線擬合，當(dāng)擬合直線斜率大于預(yù)先設(shè)定斜率范圍的最大值，控制器9調(diào)大比例溢流閥6設(shè)定壓力；當(dāng)擬合直線斜率小于預(yù)先設(shè)定斜率范圍的最小值，控制器9調(diào)小比例溢流閥6設(shè)定壓力；當(dāng)擬合直線斜率處于預(yù)先設(shè)定斜率范圍內(nèi)，比例溢流閥6設(shè)定壓力不變。重復(fù)第(5)步，被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)正常工作。
(6)關(guān)閉截止閥15，液壓馬達(dá)16剎車，停止被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，調(diào)低比例溢流閥6壓力，蓄能器14放油。
本發(fā)明中采用的控制器9為可編程邏輯控制器PLC。
權(quán)利要求
1.一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于供油系統(tǒng)中的第一單向閥(7)的輸出端分三路，第一路接比例溢流閥(6)的進(jìn)油口，第二路接減壓閥(8)的進(jìn)油口，第三路經(jīng)第一截止閥(10)后又分為三路，第一路接壓力傳感器(13)，第二路接蓄能器(14)，第三路經(jīng)第二截止閥(15)接液壓馬達(dá)(16)高壓腔，液壓馬達(dá)(16)低壓腔分為兩路，第一路接先導(dǎo)式溢流閥(17)進(jìn)油口，第二路經(jīng)第二單向閥(11)接減壓閥(8)的出油口；控制器(9)的輸出端接比例溢流閥(6)自帶放大器的輸入端，控制器(9)的輸入端分兩路，第一路接安裝在水下拖體內(nèi)的深度傳感器(12)的輸出端，第二路接壓力傳感器(13)的輸出端；自帶剎車的液壓馬達(dá)(16)固定在收放絞車基座上，液壓馬達(dá)(16)的輸出軸通過花鍵與絞車連接，拖曳電纜一端固定在絞車上，一端與水下拖體相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于所述的供油系統(tǒng)包括吸油濾油器(1)，電動機(jī)(2)，定量泵(3)，高壓濾油器(4)，安全閥(5)和第一單向閥(7)；第一單向閥(7)的輸入端分二路，第一路接安全閥(5)的輸入端，第二路經(jīng)電動機(jī)(2)驅(qū)動的定量泵(3)、吸油濾油器(1)接油箱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于恒定壓差的水下拖體被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)。采用定量泵，比例溢流閥，先導(dǎo)式溢流閥，小容積蓄能器和減壓閥在驅(qū)動水下拖體拖曳電纜收放絞車的液壓馬達(dá)兩腔建立恒定壓差，等效于常規(guī)被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)中具有無限大儲氣瓶容積，提高了升沉補(bǔ)償精度；采用小容積蓄能器，壓力傳感器，深度傳感器和控制器組成穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)二級測控系統(tǒng)，在線測量計算獲得被動升沉補(bǔ)償系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，調(diào)節(jié)比例溢流閥壓力，實(shí)現(xiàn)水下拖體被動升沉補(bǔ)償。
文檔編號B63B21/56GK101032996SQ20071006794
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者王慶豐, 王海波 申請人:浙江大學(xué)