一种船载水下探测设备用升降、姿态控制装置及控制方法与流程

本发明涉及一种船载水下探测设备用升降、姿态控制装置及控制方法，属于水下探测辅助设备技术领域。

背景技术：

科学考察船，是指用于调查研究海洋水文、地质、气象、生物等特殊任务的船舶。而水下探测设备是科学考察船上的核心组成部分之一。水下探测设备必须通过水下作业的方式，才能开展各项工作。令水下探测设备下潜所采取的手段是将探测设备直接安装在船体的入水部分上，工作完成后，为保证探测设备的安全，再将设备拆卸下来。这种方式具有明显的缺陷，故需要有一种辅助设备，在探测设备工作时，自动将其下放入水中，工作完成后，半自动将探测设备回收入船体安全区域。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足,提供一种船载水下探测设备用升降、姿态控制装置及控制方法，能够实现水下探测设备水下、水上的快速转移，从而提高工作效率和安全性。

一种船载水下探测设备用升降、姿态控制装置，上台面的外法兰与船体法兰固连，上台面的中间上法兰与液压缸吊装法兰连接，上台面的中间下法兰与上支撑圆筒的上法兰连接；上支撑圆筒的下法兰与斜拉杆固定筒的法兰连接，斜拉杆固定筒的耳座与斜拉杆的下端吊耳连接，斜拉杆上端通过斜拉杆承力座及调节螺母与上台面连接，升降支撑圆筒置于上支撑圆筒及斜拉杆固定筒内部，升降支撑圆筒的下端法兰与下台面的中间法兰连接，下台面与水下探测设备连接，液压缸组件上端通过固定轴及液压缸关节轴承与液压缸吊装法兰的吊耳连接，液压缸组件的下端通过过渡连接法兰与下台面连接。

升降支撑圆筒与上支撑圆筒为花键配合连接结构；斜拉杆固定筒内径为台阶结构，升降支撑圆筒外径为台阶结构。液压缸组件与液压缸吊装法兰通过液压缸组件关节轴承及固定轴连接。液压缸组件内部安装有位置传感器。液压缸组件内部设置有多重密封装置。

液压缸组件的插装式溢流阀与电磁换向阀连接，电磁换向阀分别与第一节流阀及第二节流阀连接，第一节流阀与第一高压截止阀连接，第一高压截止阀通过第一胶管与液压缸组件连接，第二节流阀与第二高压截止阀连接，第二高压截止阀通过第二胶管与液压缸组件连接，压力传感器与插装式溢流阀连接，压力传感器与插装式溢流阀之间有mp测压接头，第一节流阀与第一高压截止阀之间有ma测压接头，第二节流阀与第二高压截止阀之间有mb测压接头，第三胶管、第四胶管分别与mp测压接头及插装式溢流阀连接。

一种船载水下探测设备用升降、姿态控制方法，含有以下步骤；控制板实时接收上位计算机或控制面板发出的指令，控制液压控制阀组的通断，驱动升降平台进行上升、下降和停止，通过安装在液压缸组件上的位移传感器实时反馈平台当前的实际位置，形成位置闭环控制。

本发明具有以下有益效果：实现了水下探测设备的垂直升降、在受侧向载荷作用下能正常工作，水上、水下两种介质的快速、安全转移，本发明结构简单，伺服控制和液压系统操控方便、稳定可靠，适用于船载水下探测设备的辅助升降、姿态控制。

本发明提供的辅助升降、姿态控制装置，可实现水中探测设备水下、水上两种介质中的快速转移，从而提高探测设备的工作效率和安全性，特别适用于水下科学探测，是水下科学探测重要设备之一。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整、更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的亮点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的机械结构图；

图2为本发明的机械结构俯视图；

图3是本发明的上台面结构图；

图4为本发明的液压控制原理图；

图5是本发明的伺服控制原理图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对实施例的限定。

实施例1：如图1、图2、图3、图4及图5所示，一种船载水下探测设备用升降、姿态控制装置，上台面7的外法兰31与船体法兰固连，上台面7的中间上法兰33与液压缸吊装法兰8连接，上台面7的中间下法兰32与上支撑圆筒5的上法兰连接。

上支撑圆筒5的下法兰与斜拉杆固定筒4的法兰连接，斜拉杆固定筒4的耳座与斜拉杆11的下端吊耳连接，斜拉杆11上端通过斜拉杆承力座10及调节螺母12与上台面7连接，升降支撑圆筒3置于上支撑圆筒5及斜拉杆固定筒4内部，升降支撑圆筒3的下端法兰与下台面1的中间法兰连接，下台面1与水下探测设备连接，液压缸组件6上端通过固定轴9及液压缸组件的关节轴承与液压缸吊装法兰8的吊耳连接，液压缸组件6的下端通过过渡连接法兰2与下台面1连接，通过液压缸组件6的伸缩，实现结构的升降直线移动。

升降支撑圆筒3置于上支撑圆筒5内部，升降支撑圆筒3与上支撑圆筒5为花键配合结构，可防止升降支撑圆筒3的转动，最终实现升降装置只做直线移动。

斜拉杆11的上端通过斜拉杆承力座10及调节螺母12与上台面7连接，可以通过调整斜拉杆11的伸出长度，可大致判断斜拉杆固定筒4的轴线是否与上台面外法兰的基准面处于垂直的状态。

斜拉杆11沿斜拉杆固定筒4的外圆周分布，可分担一部分升降装置所承受的侧向载荷(水的阻尼力)。

斜拉杆固定筒4内径为台阶结构，升降支撑圆筒3外径为台阶结构，斜拉杆固定筒4在升降支撑圆筒3升降过程中起辅助导向作用，同时内径的台阶结构为机械保护限位装置，可防止升降支撑圆筒3的整体脱出。

液压缸组件6与液压缸吊装法兰8通过液压缸组件6关节轴承与固定轴9连接，关节轴承起到调节作用，可以避免液压缸组件受侧向载荷时，因变形导致渗漏油。

液压缸组件6内部安装有位置传感器，可通过液压及电控系统，实时测量与升降装置下台面刚性连接的探测设备的深度。

液压缸组件6内部设置有多重密封装置，可在海水下数米垂直安装不会出现因环境导致的质量问题和性能下降。

实施例2：其它结构如同上述实施例1，一种船载水下探测设备用升降、姿态控制装置，如图4所示的液压缸组件6的液压原理图，实现控制液压缸组件启停、换向、锁定等一系列动作，包括：插装式溢流阀13，电磁换向阀14，叠加式液控单向阀15，第一节流阀16、第二节流阀17，液压缸组件(海水)18，棉线管19，第一胶管20，第一高压截止阀21，ma测压接头22，压力传感器23，mp测压接头24，第二胶管25，阀块26，mb测压接头27，第二高压截止阀28,第三胶管29，第四胶管30。

阀块26包括插装式溢流阀13、电磁换向阀14、叠加式液控单向阀15、第一节流阀16及第二节流阀17。

插装式溢流阀13与电磁换向阀14连接，电磁换向阀14分别与第一节流阀17及第二节流阀16连接，第一节流阀17与第一高压截止阀21连接，第一高压截止阀21通过第一胶管20与液压缸组件(海水)18连接，第二节流阀16与第二高压截止阀28连接，第二高压截止阀28通过第二胶管25与液压缸组件(海水)18连接，压力传感器23与插装式溢流阀13连接，压力传感器23与插装式溢流阀13之间有mp测压接头24，第一节流阀17与第一高压截止阀21之间有ma测压接头22，第二节流阀16与第二高压截止阀28之间有mb测压接头27，第三胶管29、第四胶管30分别与mp测压接头24及插装式溢流阀13连接。

插装式溢流阀13：液压缸组件的安全阀，限制液压缸组件的最大工作压力，超压自动溢流。

电磁换向阀14：控制液压缸组件的换向和启停，可电控和手动控制。

叠加式液控单向阀15：液压缸组件的锁定装置，停机或者断电后使液压缸组件保持在当前位置。

第一节流阀17、第二节流阀16：调速装置，可手动设定液压缸组件伸出和缩回的速度。

mp测压接头24、ma测压接头22及mb测压接头27分别为p测压点、a测压点及b测压点。

第一高压截止阀21、第二高压截止阀28：手动切断液压缸组件的油路，当需要长时间停机时可手动关闭此阀，可使液压缸组件较长时间保持在当前位置。

液压缸组件18：液压缸组件为升降装置的执行机构、支撑装置。

压力继电器23：压力继电器是压力和信号的转换元件，可实时传输讯号给电控系统。

第一胶管20、第二胶管25、第三胶管29、第四胶管30：工作介质输送软管，耐高压且方便连接。

棉线管19：液压缸组件传感器线缆的保护管。

实施例3：其它结构如同上述实施例1和实施例2，如图5所示，控制面板有上行、下行及停止控制按钮，控制面板有位移故障指示灯及压力故障指示灯，单片机控制板包括数字量输入模块、网口、串口、数字量输出模块及模拟量输入模块，网口与计算机通过udp协议连接，网口通过485通信与液压泵站连接，数字量输入模块与上行、下行及停止控制按钮连接，数字量输出模块与位移故障指示灯、压力故障指示灯、油缸上行控制继电器、油缸下行控制继电器连接，模拟量输入模块与位移传感器、压力传感器连接。

一种船载水下探测设备用升降、姿态控制方法，含有以下步骤；

单片机控制板实时接收上位的计算机或控制面板发出的指令，控制液压控制阀组的通断，驱动升降平台进行上升、下降和停止，通过安装在液压缸组件上的位移传感器实时反馈平台当前的实际位置，形成位置闭环控制。

当上位的计算机发出上行指令时，单片机控制板接通油缸上行控制继电器，平台上行移动，移动到极限位置后，自动停止。

当上位的计算机发出下行指令时，单片机控制板接通油缸下行控制继电器，平台下行移动，移动到极限位置后，自动停止。

在平台的移动过程中，上位计算机可随时发出停止命令，单片机控制板同时切断油缸上行控制继电器和油缸下行控制继电器，使平台可停止在任意位置。

计算机还可以发送平台移动至有效范围的任意位置，平台移动到指定位置后自动停止。

分别按下控制面板的上行或下行按钮时，平台进行相应的上行或下行移动，移动到极限位置后自动停止。在平台的移动过程中，可以随时按下停止按钮，实现平台的紧急停止。

为保证液压系统的安全运行，单片机控制板实时采集压力传感器的数值，一旦液压压力超过上限值，则压力报警灯闪烁，平台急停，同时通过串口向液压泵站发出报警信号，自动关闭液压泵站。

当位移传感器或者压力传感器产生故障时，则对应的故障指示灯常亮，同时平台急停，这时，需要对单片机控制板断电，故障排除后，单片机控制板重新通电，系统才能正常工作。

实施例4：其它结构如同上述实施例，一种船载水下探测设备用升降、姿态控制装置，包括液压缸组件、下台面、过渡连接法兰、升降支撑圆筒、斜拉杆固定筒、上支撑圆筒、上台面、斜拉杆、斜拉杆承力座、调节螺母、固定轴、液压缸吊装法兰等，水下探测设备与下台面连接,下台面与升降支撑圆筒连接，同时下台面通过过渡连接法兰与液压缸组件下端伸出缸杆连接，相当于液压缸组件间接与升降支撑筒连接，液压缸组件置于升降支撑筒内部，液压缸组件的上端通过关节轴承及固定轴和液压缸吊装法兰连接，液压缸吊装法兰与上台面中间上法兰连接，上台面的外法兰与船体固连，上支撑圆筒上法兰与上台面中间下法兰连接，上支撑圆筒下法兰与斜拉杆固定筒法兰连接，升降支撑圆筒置于上支撑圆筒和斜拉杆固定筒内部形成移动副，升降支撑筒与上支撑圆筒间设置有导向结构，斜拉杆下端与斜拉杆固定筒的耳座通过轴连接，斜拉杆上端通过斜拉杆承力座及调节螺母与上台面连接。

升降支撑圆筒与上支撑圆筒间设置有花键导向限位结构，防止升降装置的转动，在升降过程中还起导向作用，最终实现装置只做直线移动。

斜拉杆可以通过调节螺母调节斜拉杆伸出上台面长度，通过测量每根斜拉杆的伸出长度，可大致判断斜拉杆固定筒的轴线是否与上台面外法兰的基准面处于垂直的状态。

斜拉杆沿斜拉杆固定筒的外圆周分布，可分担一部分升降装置所承受的侧向载荷(水的阻尼力)。

斜拉杆固定筒内筒为台阶结构，升降支撑圆筒外筒为台阶结构，升降支撑圆筒置于斜拉杆固定筒内部,斜拉杆固定筒在升降支撑圆筒升降过程中起辅助导向作用，同时内、外筒的台阶结构为机械保护限位装置，可防止升降支撑圆筒的整体脱出。

液压缸组件与液压缸吊装法兰吊耳通过关节轴承及固定轴连接，关节轴承起到调节作用，可以避免液压缸组件受侧向载荷时，因变形导致渗漏油。

液压缸组件内部安装有位置传感器，可通过伺服控制和液压系统，实时测量与升降装置下台面刚性连接的探测设备的深度，液压控制系统设置有电磁换向阀，伺服控制系统控制液压缸组件的换向和启停，与伺服控制系统配合可实现电控和手动控制两种形式。

液压控制系统设置有叠加式液控单向阀，是液压缸组件的锁定装置，停机或者突然断电后使液压缸组件保持在当前位置，同时设置有高压截止阀，可以手动切断液压缸组件的油路，当需要长时间停机时可手动关闭此阀，可使液压缸组件较长时间保持在当前位置。

液压控制系统设置有节流阀，可以手动设定液压缸组件的升降速度。

液压缸组件内部设置有多重密封装置，可在海水下数米垂直安装不会出现因环境导致的质量问题和性能下降。

实施例5：其它结构如同上述实施例，一种船载水下探测设备用升降、姿态控制装置，水下探测设备与下台面连接,下台面与升降支撑圆筒连接，同时下台面通过过渡连接法兰与液压缸组件下端伸出缸杆连接，相当于液压缸组件间接与升降支撑筒连接，液压缸组件置于升降支撑筒内部，液压缸组件的上端通过关节轴承及固定轴与液压缸吊装法兰连接的吊耳连接，液压缸吊装法兰与上台面中间上法兰连接，上台面的外法兰与船体固连，上支撑圆筒上端法兰与上台面中间下法兰连接，上支撑圆筒下端法兰与斜拉杆固定筒法兰连接，升降支撑圆筒置于上支撑圆筒和斜拉杆固定筒内部形成移动副，升降支撑圆筒与上支撑圆筒间设置有导向结构，升降支撑圆筒与斜拉杆固定筒设置有限位保护结构，斜拉杆下端与斜拉杆固定筒的耳座通过轴连接，斜拉杆上端通过斜拉杆承力座及调节螺母与上台面连接，通过液压缸组件的伸缩，实现与升降装置下台面刚性连接的探测设备升降的直线移动。

液压缸组件可在海水下数米垂直安装不会出现因环境导致的质量问题和性能下降，液压缸组件内部设置有位移传感器，可通过液压及电控系统，实时测量与升降装置下台面刚性连接的探测设备的深度，液压控制系统设置有电磁换向阀、叠加式液控单向阀、高压截止阀、节流阀等，与电控系统配合，可以控制液压缸组件启停、工作压力、速度和移动方向，通过液压缸组件的移动实现整装置的升降功能，实现水中探测设备水下、水上两种介质中的快速转移。

液压缸组件内部设置有线位移传感器，可通过液压及电控系统，实时测量与升降装置下台面刚性连接的探测设备的深度，液压控制系统设置有电磁换向阀，由伺服控制系统控制液压缸组件的换向和启停，设置有叠加式液控单向阀，可实现停机或者断电后使液压缸组件保持在当前位置，设置有高压截止阀，可以手动切断液压缸组件的油路，设置有节流阀，可以手动设定液压缸组件的升降速度，与伺服控制系统配合，可实现水中探测设备水下、水上两种介质中的快速转移，从而提高探测设备的工作效率和安全性，特别适用于水下探测辅助设备姿态控制和动态转移。

升降支撑圆筒与上支撑圆筒间设置有导向结构，导向结构为花键配合结构，防止升降装置的转动，及在升降过程中起导向作用，最终实现装置只做直线移动。

斜拉杆上端通过斜拉杆承力座及调节螺母与上台面连接。

升降支撑圆筒与斜拉杆固定筒设置有限位保护结构，斜拉杆固定筒内径为台阶结构，升降支撑圆筒外径为台阶结构，升降支撑圆筒置于斜拉杆固定筒内部,斜拉杆固定筒在升降支撑圆筒升降过程中起辅助导向作用，同时内径的台阶结构为机械保护限位装置，可防止升降支撑圆筒的整体脱出。

液压缸组件上端通过关节轴承、固定轴和液压缸吊装法兰连接，关节轴承起到调节作用，可以避免液压缸组件受侧向载荷时，因变形导致渗漏油。

液压控制系统设置有叠加式液控单向阀，是液压缸组件的锁定装置，停机或者突然断电后使液压缸组件保持在当前位置，同时设置有高压截止阀，可以手动切断液压缸组件的油路，当需要长时间停机时可手动关闭此阀，可使液压缸组件较长时间保持在当前位置。

液压控制系统设置有节流阀，可以手动设定液压缸组件的升降速度。

通过伺服控制系统和液压阀组可以控制液压缸组件启停、工作压力、液压缸杆的速度和移动方向，通过液压缸组件的移动实现船载水下探测设备的升降、姿态控制功能。

以上对本发明所提供的一种船载水下探测设备用升降、姿态控制装置进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。