一种水下机器人用内油箱
阅读说明：本技术 一种水下机器人用内油箱 (Inner oil tank for underwater robot ) 是由 谭智铎 王旭 罗业腾 王启家 郭玉平 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于水下机器人领域,具体地说是一种水下机器人用内油箱,内油箱活塞及滚动膜片均容置于内油箱箱体内,滚动膜片的上端与内油箱活塞密封连接,下端与内油箱箱体的底部密封连接,内油箱活塞与内油箱箱体顶部之间设有预紧弹簧,预紧弹簧的上下两端分别与内油箱箱体顶部、内油箱活塞抵接；电位计安装于内油箱箱体的顶部,电位计的测量端伸入内油箱箱体内,并与内油箱活塞相连,随内油箱活塞升降；内油箱箱体底部密封螺纹连接有作为液压油进出口的调向接头。本发明结构简单、寿命长、可靠性高,可以广泛适用于各种水下机器人液压系统中。(The invention belongs to the field of underwater robots, and particularly relates to an inner oil tank for an underwater robot.A piston and a rolling diaphragm of the inner oil tank are both accommodated in a box body of the inner oil tank, the upper end of the rolling diaphragm is hermetically connected with the piston of the inner oil tank, the lower end of the rolling diaphragm is hermetically connected with the bottom of the box body of the inner oil tank, a pre-tightening spring is arranged between the piston of the inner oil tank and the top of the box body of the inner oil tank, and the upper end and the lower end of the pre-tightening spring are respectively abutted against the top of the box; the potentiometer is arranged at the top of the inner oil tank body, and the measuring end of the potentiometer extends into the inner oil tank body, is connected with the inner oil tank piston and rises and falls along with the inner oil tank piston; the bottom of the inner oil tank body is connected with a direction-adjusting joint serving as a hydraulic oil inlet and a hydraulic oil outlet in a sealing threaded manner. The invention has simple structure, long service life and high reliability, and can be widely applied to various underwater robot hydraulic systems.)
技术领域
本发明属于水下机器人领域，具体地说是一种水下机器人用内油箱。
背景技术
水下机器人作为一种水下测量、作业平台，已经广泛应用在海洋科学研究、海洋工程、海洋资源勘探、救援打捞等应用领域。液压系统是水下机器人的核心关键系统，可以实现液压驱动、压力补偿以及浮力调节等多种功能。水下液压系统通常需要油箱结构来实现储油功能，根据需要选择从油箱内进行吸排油，同时用于测量液压系统油量的变化。水下油箱主体通常采用橡胶皮囊来实现。由于橡胶皮囊的刚度较小，在吸排油过程中形状变化不规则，往往无法对液压系统的油量变化进行精确的测量。
发明内容
为了解决采用橡胶皮囊作为主体的现有水下油箱存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种水下机器人用内油箱。该水下机器人用内油箱结构简单、工作可靠、油量变化检测精度高，且具备自吸油功能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括内油箱箱体、电位计、预紧弹簧、内油箱活塞、滚动膜片及调向接头，其中内油箱活塞及滚动膜片均容置于内油箱箱体内，该滚动膜片的上端与所述内油箱活塞密封连接，下端与所述内油箱箱体的底部密封连接，所述内油箱活塞与内油箱箱体顶部之间设有预紧弹簧，该预紧弹簧的上下两端分别与所述内油箱箱体顶部、内油箱活塞抵接；所述电位计安装于内油箱箱体的顶部，该电位计的测量端伸入所述内油箱箱体内，并与所述内油箱活塞相连，随该内油箱活塞升降；所述内油箱箱体底部密封螺纹连接有作为液压油进出口的调向接头。
其中：所述内油箱箱体顶部分别安装有真空泵及节流阀，该真空泵通过软管与所述内油箱活塞和内油箱箱体顶部之间的空间相连通。
所述内油箱箱体内部设有导向杆及导向活塞，该导向杆由内油箱活塞穿过，并且导向杆的上下两端分别与所述内油箱箱体的顶部和底部插接；所述导向活塞可相对移动地密封套设于导向杆上，该导向活塞与所述内油箱活塞固接。
所述内油箱活塞的上表面中间位置开设有通孔A，该通孔A的边缘沿所述导向杆的轴向向上延伸、形成配合止口；所述导向活塞的轴向截面呈“十”字形，该“十”字形的坚边沿轴向开设有通孔B，所述导向杆由该通孔B穿过，所述通孔B的内壁上装入与所述导向杆实现密封的星型圈，所述“十”字形的横边与所述配合止口固接；所述预紧弹簧的下端套设于配合止口上。
所述滚动膜片的上端通过膜片压紧件与内油箱活塞下表面密封固接。
所述滚动膜片的上下两端的边缘在硫化成型时均具有O型圈，该滚动膜片上端边缘的O型圈嵌入所述内油箱活塞下表面开设的轴向密封槽中，并在所述膜片压紧件的压紧力作用下与内油箱活塞实现密封；所述滚动膜片下端边缘的O型圈套入内油箱箱体底部开设的径向密封槽中，并通过内油箱箱体侧壁压紧实现密封；所述滚动膜片在内油箱活塞升降过程中始终有部分与内油箱箱体的侧壁抵接。
所述内油箱活塞的下表面安装有定位销，该定位销的一端穿过所述膜片压紧件、与所述内油箱活塞的下表面螺纹连接，所述定位销的另一端在内油箱活塞贴紧内油箱箱体底部时插入内油箱箱体底部开设的销孔中。
所述电位计的测量端通过电位计连接件与内油箱活塞相连，该电位计连接件包括安装板、关节轴承、拉杆头、六角螺母及内六角圆柱头螺钉，该安装板的一端固接于所述内油箱活塞上，另一端设有关节轴承，所述关节轴承通过安装于安装板侧面的内六角圆柱头螺钉定位，所述拉杆头由关节轴承穿过，并通过六角螺母螺纹连接固定；所述电位计的测量端安装于拉杆头上。
所述电位计通过电位计固定件及电位计压紧件安装于内油箱箱体的顶部，该电位计固定件包括电位计连接固定座、压紧环及螺钉，该电位计连接固定座的轴向截面呈“十”字形，“十”字形的竖边开有通孔C，“十”字形的横边放置于所述内油箱箱体顶部上；所述压紧环压在“十”字形横边上，并通过螺钉与内油箱箱体顶部固接；所述电位计由通孔C穿过，该电位计上固接有与“十”字形竖边上端螺纹连接的所述电位计压紧件。
所述内油箱箱体包括内油箱外壳及分别固接于该内油箱外壳上下两端的内油箱上盖和内油箱底盖，所述内油箱上盖与内油箱外壳之间设有倒角密封，所述内油箱底盖与内油箱外壳之间通过滚动膜片下端边缘硫化成型的O型圈密封。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明实现水下液压系统储油和吸排油的油箱结构，可以广泛地应用在水下液压系统上，能够可靠地实现液压系统的储油功能。
2.本发明采用滚动膜片式结构，将传统的活塞运动的动密封转化为了静密封，有效降低了大直径活塞在运动过程中的渗漏问题，同时也降低了内油箱活塞和内油箱外壳的加工难度；同时利用直线电位计检测内油箱活塞的位置，油量变化线性度较好，可以精确地检测内油箱中的油量变化。
3.本发明内油箱中设有预紧弹簧，使得内油箱中的液压油具有一定的初始压力，使滚动膜片一直处于张紧状态，提高液压系统的油量检测精度，同时有助于液压系统从内油箱中进行吸油。
4.本发明内油箱设有真空泵，用于水下机器人浮力调节系统是可以对内油箱进行抽真空实现自吸回油功能。
5.本发明内油箱储油能力大，通过调整内油箱的直径，以及活塞行程，即可灵活调整最大储油量。
附图说明
图1为本发明的结构主视图(内油箱容积最大)；
图2为本发明的结构主视图(内油箱容积最小)；
图3为本发明的结构右视图；
图4为本发明电位计连接件处的局部放大图；
图5为本发明电位计固定件及电位计压紧件处的局部放大图；
图6为本发明导向活塞处的局部放大图；
其中：1为内油箱外壳，2为定位销，3为电位计连接件，301为安装板，302为关节轴承，303为拉杆头，304为六角螺母，305为内六角圆柱头螺钉，4为内油箱上盖，5为电位计固定件，501为电位计连接固定座，502为压紧环，503为螺钉，6为电位计压紧件，7为电位计，8为预紧弹簧，9为导向杆，10为导向活塞，11为真空泵，12为内油箱活塞，13为膜片压紧件，14为滚动膜片，15为内油箱底盖，16为调向接头，17为注油口丝堵，18为软管，19为真空泵固定件，20为节流阀，21为软管接头，22为配合止口，23为销孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
实施例一
如图1～6所示，本发明包括内油箱箱体、电位计7、预紧弹簧8、内油箱活塞12、滚动膜片14及调向接头16，其中内油箱活塞12及滚动膜片14均容置于内油箱箱体内，本实施例的内油箱箱体包括内油箱外壳1、内油箱上盖4和内油箱底盖15，内油箱上盖4盖在内油箱外壳1的上端，并用螺栓对内油箱上盖4与内油箱外壳1进行固定连接，内油箱上盖4与内油箱外壳1之间设有倒角密封，确保内油箱内的上部的气密封性良好。本发明以内油箱底盖15为固定依托，同时内油箱底盖15可以用于内油箱与其他机构的固定与连接。
将滚动膜片14进行卷积处理，滚动膜片14的上端利用膜片压紧件13通过十字槽沉头螺钉固接在内油箱活塞12的下表面，下端与内油箱箱体的底部(即内油箱底盖15)密封连接。本实施例滚动膜片14的上下两端的边缘在硫化成型时均带有O型圈，该滚动膜片14上端边缘的O型圈嵌入内油箱活塞12下表面开设的轴向密封槽中，并在膜片压紧件13的压紧力作用下与内油箱活塞12实现密封；滚动膜片14下端边缘的O型圈套入内油箱底盖15上开设的径向密封槽中，并通过内油箱箱体侧壁(即内油箱外壳1)压紧，并通过螺栓将内油箱外壳1与内油箱底盖15进行固定连接、实现密封。滚动膜片14在内油箱活塞12升降过程中始终有部分与内油箱外壳1内表面抵接。
本实施例的内油箱箱体内部设有导向杆9及导向活塞10，该导向杆9由内油箱活塞12穿过，并且导向杆9的上端与内油箱上盖4的接插，下端与内油箱底盖15上表面的中心止口插接。本实施例的内油箱活塞12的上表面中间位置开设有通孔A，该通孔A的边缘沿导向杆9的轴向向上延伸、形成配合止口22。本实施例的导向活塞10的轴向截面呈“十”字形，该“十”字形的坚边下端插入配合止口22内，并利用O型密封圈进行密封；“十”字形的竖边沿轴向开设有通孔B，导向杆9由该通孔B穿过，通孔B的内壁上装入与导向杆9实现密封的星型圈，导向活塞10与导向杆9之间可相对移动，“十”字形的横边通过十字槽沉头螺钉固定在内油箱活塞12的配合止口22上。
本实施例的内油箱活塞12与内油箱箱体顶部(即内油箱上盖4)之间设有预紧弹簧8，该预紧弹簧8的上端与内油箱上盖4的上表面抵接，下端套设于内油箱活塞12的配合止口22上。
本实施例的内油箱活塞12的下表面安装有定位销2，该定位销2的一端穿过膜片压紧件13、与内油箱活塞12的下表面螺纹连接，定位销2的另一端在内油箱活塞12贴紧内油箱箱体底部时插入内油箱箱体底部开设的销孔23中。
本实施例的电位计7通过电位计固定件5及电位计压紧件6安装于内油箱上盖4上，该电位计7的测量端伸入内油箱箱体内，并通过电位计连接件3与内油箱活塞12相连，随该内油箱活塞12升降。本实施例的电位计连接件3包括安装板301、关节轴承302、拉杆头303、六角螺母304及内六角圆柱头螺钉305，该安装板301的一端固接于内油箱活塞12上，另一端设有关节轴承302，关节轴承302通过螺纹安装于安装板301侧面的内六角圆柱头螺钉305定位；关节轴承302的设置，可避免电位计7受到剪切应力；拉杆头303由关节轴承302穿过，并通过六角螺母304螺纹连接固定；电位计7的测量端安装于拉杆头303上。本实施例的电位计固定件5包括电位计连接固定座501、压紧环502及螺钉503，该电位计连接固定座501的轴向截面呈“十”字形，“十”字形的竖边开有通孔C，“十”字形的横边放置于内油箱上盖4上；压紧环502压在“十”字形横边上，并通过螺钉503与内油箱上盖4固接；电位计7由通孔C穿过，该电位计7上固接有电位计压紧件6，电位计7与电位计压紧件6之间通过密封圈进行密封，电位计压紧件6与“十”字形竖边上端螺纹连接，本实施例的电位计压紧件6为电位计压紧帽。本实施例的电位计为现有技术中的直线电位计。
调向接头16和注油口丝堵17通过螺纹与内油箱底盖15进行连接，均通过轴向密封圈来确保密封性能的良好。调向接头16与液压系统各液压元件进行连接，是液压油的进出口。
本实施例的安装如下：
将滚动膜片14进行与卷积处理，利用膜片压紧件13将滚动膜片14的上端固定连接在内油箱活塞12上。
导向活塞10固定在内油箱活塞12上，并在导向活塞10的内部装入三个星型圈，导向活塞10与内油箱活塞12直径利用进行O型密封圈进行密封。
将内油箱活塞12贴紧内油箱底盖15，如图2所示的活塞位置，并将定位销2对准内油箱底盖15上的销孔23，导向杆9穿过导向活塞10、并插入内油箱底盖15上的中心止口。
将滚动膜片14下端的径向密封圈，套入内油箱底盖15上的径向密封槽中，之后利用内油箱外壳1将O型圈压紧，并通过螺栓将内油箱外壳1与内油箱底盖15进行固定连接。
电位计7首先固定安装在电位计压紧件6上，两者之间通过密封圈进行密封，之后利用电位计固定件5将电位计7固定安装在内油箱上盖4上，将电位计7拉伸至最长状态，通过电位计连接件3将电位计7的测量端固定在内油箱活塞12上,这样电位计7的拉杆可以随着活塞进行上下移动。
调向接头16和注油口丝堵17通过螺纹与内油箱底盖15进行连接。
将预紧弹簧8装入内油箱中，并套在内油箱活塞12的配合止口上，之后盖上内油箱上盖4，并用螺栓对内油箱上盖4与内油箱外壳1进行固定连接。
本实施例的工作原理为：
当内油箱处于最满状态(如图1所示)，液压系统从内油箱中进行吸油，随着油液的减少，在大气压和预紧弹簧8的作用下，内油箱活塞12向下移动，滚动膜片14沿着内油箱外壳1的内壁和内油箱活塞12的外壁进行规则的卷积滚动，起到内油箱活塞12和内油箱外壳1之间的密封作用，内油箱活塞12在导向杆9、导向活塞10的导向作用下在移动过程中，不会发生偏斜，防止内油箱活塞12在运动过程中的卡滞，同时保证了内油箱在油量测量过程中良好的线性度。电位计7的测量端与内油箱活塞12相连，在内油箱活塞12向下移动过程中，电位计7实时检测内油箱活塞12的位移，结合滚动膜片14的截面直径可以精确的计算内油箱中液压油的变化量。
本实施例内油箱的回油：当内油箱处于最小状态(如图2所示)，液压系统利用液压泵将液压油经过调向接头16，将油液注入内油箱中，随着油液的增加内油箱活塞12向上移动，在移动过程中利用电位计7实时检测内油箱活塞12的位置。这种工作模式主要适用于各种执行类的液压系统，如水下液压机械臂等。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：本实施例在内油箱上盖4分别安装有真空泵11及节流阀20，该真空泵11通过螺杆固定在真空泵固定件19的上端，该真空泵固定件19的下端通过螺钉安装在内油箱上盖4上；软管接头21通过螺母固定在在内油箱上盖4上，利用轴向O型密封圈对软管接头21与内油箱上盖4之间进行密封。软管接头21与真空本11之间通过软管18进行连接，真空泵11通过软管18与内油箱活塞12和内油箱上盖4之间的空间相连通。节流阀20通过螺母固定连接在内油囊上盖4上，节流阀20与内油囊上盖4之间设有轴向密封圈，确保密封性能良好。
本实施例的工作原理为：
本实施例从内油箱中进行吸油与实施例一相同，内油箱的回油为：当内油箱处于最小状态(如图2所示)，启动真空泵11，将内油箱活塞12上部的气体通过软管18排出。由于通过真空泵11排出的空气速度要比通过节流阀20进入气体的速度快，因此通过一段设定时间之后，内油箱活塞12上部将会形成真空，在内外大气压的作用下，将液压系统中的油液倒吸回内油箱。同样利用电位计7来实时检测油量变化，当完成回油时液压系统中的截止阀关闭切断内油箱与系统之间的油液流动，同时真空泵11停止工作，空气通过节流阀20缓缓流进内油箱上部使上部气压恢复大气压。这种模式主要用于液压浮力调节系统。
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