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1、1,水中浮标浮力调节装置结构设计,学 号： 姓 名： 指导教师： 日 期：,一.课题背景 二.课题设计（研究）的目的、意义 三.课题预期完成的内容 四.论文的主要内容 五.结论,2,课题背景：,水中浮标浮力调节装置，简称浮标系统。海洋浮标是世界各国海洋环境监测与海洋灾害预报的主要手段之一，它具有全天候、长期连续、定点进行监测的特点，其它海洋监测手段无法替代的。 我国是一个濒海大国，拥有18000多千米的海岸线，以及近300万的可控海域，拥有6000多个岛屿以及1000多个可以利用的港湾，近海波浪的观测研究对海洋开发、交通运输、国民经济建设、国防建设及海上舰船活动都有十分重要的作用。 因此，我国
2、必须大力发展浮标。,浮标的外形,课题设计的目的、意义：,水中浮标浮力调节装置，简称浮标系统。海洋浮标是世界各国海洋环境监测与海洋灾害预报的主要手段之一，它具有全天候、长期连续、定点进行监测的特点，其它海洋监测手段无法替代的。 全球海洋探测浮标实时海洋观测网所获得的海量数据，将会在天气和海洋业务化预报中得到广泛运用，从而大幅度提高人们对天气、气候和海洋环境预报的精度。,课题预期完成的内容：,1）完成水中浮标浮力调节装置总体结构的设计； 2）水中浮标浮力调节装置零部件设计，包括耐压壳体结构、闭式液压系统、充放气机构、油囊调节补充机构、密封机构等零部件，完成装配图和零件图； 3）撰写毕业论文。,设计
3、的主要内容：,1.首先要确定浮标装置的要实现的功能，根据已有浮标的结构，构想出浮标的整体结构。 2.根据浮标系统的的工作状况，确定浮标的动力装置，选择液压系统。 3.根据液压缸的工作压力设计出液压缸，并根据液压缸来选择直流电动机和液压泵。 4.根据需要设计出能使浮标装置横向运动的装置。 5.对耐压壳体和与海水直接接触的螺栓，以及横向运动电机的传动轴进行校核，以达到使用要求。,浮标的工作原理：,1、辅助皮囊； 2、螺旋桨；3、联轴器；4、底盖；5、皮囊；6、电池；7、内壳体；8、电路板；9、外壳体；10、顶盖；11、传感器；12、天线；13、微型真空泵；14、液压缸；15、直流电动机；16、联轴
4、器；17、液压泵。,浮标沉浮的工作原理：浮标装置是根据阿基米德原理，让浸没在水中的物体质量不变， 仅改变它的体积， 使浮标装置在水中所承受的浮力发生变化，当浮力大于重力时该浮标上浮，浮力于重力时该物体下潜，当浮标保持浮力最大时可长期漂浮在水面，当浮标调整自身体积，使水中重量与所在深度所承受的浮力相等时，浮标可以处在中性状态在该深度停留，通常，浮标在水中停留设置成三种状态：一是水面漂浮，进行卫星通讯和定位；二是水下停留 一定深度的水深处，此处滞留；三是采集起始，根据需要一般取在 2 000 m 水深处，抵达此深度即上浮,浮标工作流程图：,1）首先将浮标装置投放至所需要测量的海域，开机运行；2）与
5、卫星进行通讯，取得浮标装置初始的工作位置和工作情况；3）通讯结束后浮标装置外壳收缩，浮标开始下潜；4）下潜到一定深度时停留一段时间，测量海洋剖面数据，并存储起来；5）浮标继续收缩外壳下潜；6）当到达2000米深的海底时，浮标装置在这个深度的海域停留一段时间，测量数据并存储起来；7） 浮标装置外壳伸长，并开始上浮；8）上浮到一定深度海面时，浮标装置外壳停止伸长并停留下来测量数据储存；9）浮标装置上甚至海平面，这是浮标装置外壳伸长到最长，以浮标装置保证有足够的浮力能漂浮在海面上，这样浮标装置在海面上才能平稳的与卫星进行通讯，并把所测得的数据通过天线发射给卫星，给监控中心提供所需要的海洋数据；10）
6、发射完数据后，浮标装置继续收缩外壳下潜和上浮，不断的重复以上过程，直到浮标的电池耗尽沉入海底为止，那时浮标的寿命就是它的设计实际使用寿命,当浮标采集完数据需要上浮时，两位两通电磁换向阀5失电，液压泵开始工作，并将液压油从油箱中压入液压缸，使液压缸伸长，进而推动浮标的内外壳相互分离，浮标体积随之增大，浮力也随之增大，浮标开始上浮；上浮到达一定深度的海域时，电磁换向阀得电，液压泵停止工作，浮标的体积也停止变化，浮标将停留在这个深度的海域，进行工作；采集完数据后，电磁换向阀继续失电，浮标的体积继续增大，浮标继续上浮，直到上升到海面，电磁换向阀得电，液压泵停止工作，浮标将浮于海面之上；当遇到特殊海况，
7、因浮标使用时间过长而导致浮力不够或因浮标潜入的深度太深时，通过增大皮囊4来的体积增大来增大浮标的浮力，此时电磁换向阀3得电，关闭液压缸的供油回路，液压泵将把浮标内腔中油箱中的液压油全部压入皮囊之中为皮囊提供辅助浮力,浮标液压系统原理图,1、液压缸； 2、液压泵； 3、电磁换向阀 4、皮囊； 5、电磁换向阀 6、液压缸,液压系统的工作原理,两位两通电磁换向阀5失电，液压泵开始工作，将油箱中的液压油注入液压缸中，液压缸伸长，从而推动浮标装置的内外壳相互分离，浮标装置的体积增大，浮力也会跟着增大，浮标上浮，并最终停留在海面上；浮标下沉时，电磁换向阀3失电，液压泵会停止工作，液压油被皮囊和海水的压力将
8、液压油压回浮标装置的油箱之中，电磁换向阀5失电液压缸中的液压油通过浮标装置内腔真空度、海水压力和连接浮标内外壳的皮囊拉力将液压油压回浮标内腔之中，浮标的皮囊体积减小，浮标由于重力作用开始下沉；当浮标到达一定深度时，压力传感器将信号传给电磁换向阀5，电磁换向阀5得电，并停止将液压油压回内腔油箱之中浮标将停留在预定深度的海域之中，一点时间后，电磁换向阀5失电，压力油继续被压入浮标内腔之中，浮标的体积进一步减小，浮标在重力作用下继续下沉，到达两千米是，压力传感器将信号传输到电磁换向阀中，电磁换向阀5得电，压力油停止压回浮标内腔，浮标体积不再变化，将停留在2000米的海底，,当浮标采集完数据需要上浮时
9、，两位两通电磁换向阀5失电，液压泵开始工作，并将液压油从油箱中压入液压缸，使液压缸伸长，进而推动浮标的内外壳相互分离，浮标体积随之增大，浮力也随之增大，浮标开始上浮；上浮到达一定深度的海域时，电磁换向阀得电，液压泵停止工作，浮标的体积也停止变化，浮标将停留在这个深度的海域，进行工作；采集完数据后，电磁换向阀继续失电，浮标的体积继续增大，浮标继续上浮，直到上升到海面，电磁换向阀得电，液压泵停止工作，浮标将浮于海面之上；当遇到特殊海况，因浮标使用时间过长而导致浮力不够或因浮标潜入的深度太深时，通过增大皮囊4来的体积增大来增大浮标的浮力，此时电磁换向阀3得电，关闭液压缸的供油回路，液压泵将把浮标内腔
10、中油箱中的液压油全部压入皮囊之中为皮囊提供辅助浮力。,浮标横向运动装置的确定,1、螺旋桨1；2、底盖； 3、联轴器；4、直流电机； 5、固定螺钉,此机构由水平放置的四台直流电动机进行驱动，前后左右各布置有一对电动机，要向标向前后移动时，单片机控制前后这对电机中的一台进行驱动，带动螺旋桨进行作，推动浮标的前后运动；当需要浮标进行左右移动时，用单片机控制左右一对电机的一台工作，带动螺旋桨进行工作，即可实现浮标左右运动，有前面的液压系统进行上浮和下沉，再加上这两对电机能控制浮标的在海里水平方向的随意移动，即可实现整个浮标系统在任意海域进行工作，就不需要后续的把浮标捞起来在投放到其他海域进行数据的测量
11、，可以节省不少的人力物力，另外这么布置电机也可节省空间，缩小整个装置的体积，减少能耗，延长浮标的寿命。,辅助皮囊的设计,辅助皮囊的在深海区也能能够为浮标装置也能提供足够的浮力，本设计在浮标装置的底部安装了一个辅助皮囊，辅助皮囊对改进浮标的功能有以下两点好处：1）浮标要潜入深海区时，不需要重新制造一个探测浮标或者对现有的浮标进行改进，只需将将液压缸中的液压油注入皮囊之中，使皮囊的体积增大来增大浮力即可；2) 当浮标装置在海里工作时，有时会遇到特殊海况或因浮标使用时间过长而导致浮力不够，这时液压泵可以将浮标内腔中的液压油注入皮囊之中，以此来增大浮标装置的体积，进而增大浮标浮力，使浮标装置上浮,主要
12、部件的确定与校核,液压缸的设计 1）液压缸缸径的计算 2）液压缸流量的计算 3） 液压缸运动速度的计算 4）液压缸速比的计算 5）液压缸活塞行程的计算 6）液压缸缸筒长度的计算 7）液压缸缸壁厚度的计算 8）液压缸端盖厚度的计算,液压泵的选择,1）液压泵最大工作压力的计算 2）液压泵最大流量的计算 3）液压泵规格的选择,驱动电机的选取 液压管路的计算 1）液压管路的选择 2）油管尺寸的选择 3）金属油管的壁厚 横向方向电动机的选择 浮标外壳伸长的受力计算,螺栓的选用与校核 1)螺栓的选用 2)螺栓的校核 真空泵的选择 横向电机转动轴的计算与校核 1)轴的材料选择 2)轴的直径和长度确定 3)轴的强度校核,结论,经过这段时间的设计，基本完成了相应的工作，本文只设计了水中浮标浮力调节装置结构设计，若有足够的时间设计电路和控制部分，将更加完善，由于本人的设计经验不足，设计中难免存在一些问题，敬请见谅。,这是我第一次完成毕业设计，由于经验的缺陷，我的设计难免会有缺点和不足，欢迎各位老师给予我批评与指正，谢谢！,
