CN101695839B

CN101695839B - 一种水压软缆割刀

Info

Publication number: CN101695839B
Application number: CN2009102722694A
Authority: CN
Inventors: 刘银水; 朱碧海; 吴德发; 姜维; 蒋卓; 郭志恒; 陈经跃
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2009-09-27
Filing date: 2009-09-27
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-09-27
Also published as: CN101695839A

Abstract

本发明公开了一种水压软缆割刀，包括依次相接的控制阀、海水或淡水液压缸和剪刀运动机构，控制阀控制液压缸伸缩，液压缸通过伸缩带动剪刀运动机构张合实现剪切。剪刀运动机构采用连杆滑块机构，滑块导轨与缸体为一整体，具有结构紧凑，刚度大的特点。换向阀设计为三位四通结构，其阀芯与阀座接触形式采用浮动结构，在弹簧压力的作用下，阀芯与阀座始终接触可靠，磨损后的间隙可以自动补偿，大大提高了密封的可靠性和寿命。本发明以海水或淡水作为工作介质，具有效率高，作业深度大，操作方便，环境相容性好的特点，可广泛用于水下及陆地的剪切作业。

Description

一种水压软缆割刀

技术领域

本发明涉及一种水下作业工具，尤其涉及一种水压软缆割刀。

背景技术

软缆割刀在水下作业中有广泛的应用，可实现对麻、棕、棉、尼龙、化纤等软质材料缆绳或铜/铝芯电缆的剪切任务，主要用于水下打捞、资源开采以及海洋建筑等领域的水下作业。最早的水下作业软缆割刀一般是由陆用油压驱动工具改装而成，油压工具的工作压力高，功率密度大。

虽然油压工具的工作压力高，功率密度大，然而，由于液压油自身理化特性，决定了由改装后的油压软缆剪刀用于水下作业时存在如下问题：

1)液压油和水不相容，当液压油泄漏到水环境，会造成环境污染，用于国防军事领域时，外泄漏还有可能造成军事活动的暴露，当水渗入到油压系统，会引起元件的腐蚀和功能失效，从而降低工具的可靠性；

2)油压软缆割刀及动力源必须设计成闭式系统，需要进回油管，用于大深度作业时，必须增加压力补偿装置，增加了设备的体积、重量以及复杂程度，降低了系统的可靠性与可维修性；

3)液压油的粘度大，且其粘温、粘压系数大，随着作业深度和范围的扩大，系统进油和回油管的沿程压力损失显著增大，工具效率明显降低；同时进回油管道易受风浪及海流的影响，增加了潜水员操作时的负担。

4)不能够在水下更换作业工具，或者进行简单的维修，工具的适应性较差。

为此，逐渐有研究人员提出以海/淡水代替液压油为工作介质来驱动作业工具的研究方向。但是目前，还未有成熟的水压软缆割刀技术方案被现有技术公布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水压软缆割刀，直接以海水或淡水作为工作介质进行作业，重量轻、体积小、效率高、环境相容性好，能可靠地用于对水下软缆或电缆的剪切作业。

一种水压软缆割刀，包括依次相接的控制阀、海水或淡水液压缸和剪刀运动机构，控制阀控制海水或淡水液压缸伸缩，海水或淡水液压缸通过伸缩带动剪刀运动机构张合实现剪切，其特征在于，

所述换向阀包括阀座5、阀芯4、阀体2和换向手轮18；阀体2内安放有阀芯4，阀芯4一端伸出阀体2并套有换向手轮18；阀体2远离换向手轮18的一端连接阀座5；阀座5内设有四个流道，第一和第二流道分别与海水或淡水液压缸的无杆腔和有杆腔相连通，第三和第四流道分别为进水流道和出水流道；阀芯4内设有三个通道，通过转动阀芯4使得阀座5的流道与阀芯4的通道能够选择组合连通；在阀座5的四个流道内分别设有浮动密封组件，浮动密封组件由密封弹簧13和中间开有通孔的密封块15组成，密封块15在密封弹簧13的压力作用上保持与阀芯4的紧密接触。

本发明的技术效果体现在：

1)工作介质为海水或淡水，具有五个优点：a、绿色、环保，对环境没有污染，b、不会因水进入系统而降低工作可靠性；c、水的粘度只有液压油的四十分之一，因此管路压力损失小很多，作业效率高；d、本发明的动力源设计成开式系统，直接从水环境中吸水，加压做功后，再直接排回水环境中，因而无需携带水箱，不用冷却器，不但简化了系统，减少了体积，降低了重量，并且系统不需要压力补偿装置，作业工具的工作水深不受限制；本发明将水直接排入水环境，因此无需回水管，水下作业时受潮流干扰小，提高水下操作的稳定性；f、因为水的环保性，可在水下直接更换作业工具，或者进行简单的维修，提高了工具的适应性；

2)水压软缆割刀的换向阀为三位四通换向转阀，为克服水的粘度低、泄漏量大、气蚀严重等技术问题，该阀阀芯与密封块的密封形式与油压转阀常采用的间隙密封形式不同。油压转阀的密封结构中阀芯和阀套之间总是存在间隙，而且该间隙随着阀芯和阀套的磨损而加大，从而引起泄漏量的增加，本发明在阀座内设有浮动密封组件，阀座通过密封组件与阀芯密封，密封组件与阀芯之间采用了抗气蚀性强的端面密封形式，在弹簧力作用下阀芯和密封组件间密封可靠，可实现零泄漏。

3)三位四通换向转阀阀芯与阀座接触形式采用浮动结构，在弹簧压力的作用下，阀芯与阀座始终接触可靠，磨损后的间隙可以自动补偿，从而大大提高了密封的可靠性和寿命；

4)本发明在海洋中采用海水液压缸，在淡水环境中采用淡水液压缸，广泛应用于水库大坝，湖泊、河道工程的水下作业以及陆地作业。

附图说明

图1是本发明实施例的海水液压软缆割刀结构原理图。

图2是实施例的控制阀组件结构示意图。

图3是实施例的控制阀组件的功能符号图。

图4是实施例的控制阀阀座端面视图。

图5是实施例的控制阀阀芯端面视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明进行进一步的说明。

图1为海水液压软缆割刀的结构原理图，包括海水液压缸、控制阀以及剪刀运动机构。控制阀组件与海水液压缸相连接，控制液压缸伸缩；液压缸的活塞杆与剪刀运动机构相连。

海水液压缸包含有一缸体6，缸体6内设有活塞杆12，活塞杆12一端从缸体6中伸出后与剪刀运动机构相连，另一端与阀座5相连，阀座充当安装缸体端盖，对活塞杆12进行轴向限位，参考图1。缸体6的尾端与活塞杆12的空腔为无杆腔，缸体6的头端与活塞杆12的空腔为有杆腔，无杆腔与阀座5的第一流道B相连通，有杆腔与阀座5的第二流道A相连通。海水液压缸的缸体6前端加长，作为剪刀运动机构的导轨和机架。

剪刀运动机构采用连杆滑块机构，滑块导轨与缸体为整体结构，具有结构紧凑，刚度大，重量轻的优点。剪刀运动机构包括两个结构相同的剪刀片9，9′，剪刀片9，9′的外角点8，8′分别通过销轴与连杆7，7′相接，两连杆7，7′均铰接滑块11，滑块11连接海水液压缸的活塞杆12。海水液压缸的缸体6前端加长，在其内表面加工有导轨，滑块11安放在导轨上。剪刀片9，9′的内角点10，10′通过销轴固定于缸体6加长后的前端。在液压力的作用下，活塞杆12前后运动，从而带动滑块沿缸体6上的导轨前后运动，连杆和剪刀片分别绕连接销轴灵活转动。具体的运动过程为，活塞杆12前伸，带动滑块11沿着导轨向前运动，连杆18与剪刀片9之间的夹角变小，两剪刀片的刀口向着缩拢方向运动，实现剪切动作；当活塞杆12后退时，带动滑动块11向后运动，剪刀片张开，为下一次剪切做准备。各连杆与销轴构成铰链的内孔都镶有铜套，以改善销轴与铜套之间的摩擦性能。

图2为换向阀结构示意图，换向阀所实现的功能如图3所示。换向阀包括阀座5、阀芯4、阀体2和换向手轮18。阀体2内安放有阀芯4，阀芯4一端伸出阀体2并装有换向手轮18。阀体2远离换向手轮18的一端固定在阀座5上。

阀座5内设四个流道，参考图4，第一，二流道A，B分别与海水液压缸的无杆腔和有杆腔相连通，截面呈“L”型的第三，四流道P，T分别作为进水流道和出水流道，工作时，进水流道的进水口通过图1中的快换接头14与动力源相连，出水流道的出水口无回水管，回水直接排入大海。

阀芯4内设有三个通道，三个通道截面成

形，如图5所示。A1，A2为第一通道的两个端口，B1，B2为第二通道的两个端口，C1，C2为第三通道的两个端口。

用户转动换向手轮18，由于换向手轮18与阀芯4之间通过平键19进行传动，因此阀芯4随换向手轮18一起转动。为了限定阀芯的最大转动角，增设了限位销1，限位销1的上端固定于换向轮18内，下端位于阀体2的弧形限位槽内。最大转动角度由弧形限位槽的弧度决定，本实施例中换向手轮18转向角度即阀芯转动角度为-45度～45度。

依据阀芯转动区域可将阀芯位置分为左位(-45度)、中位(0度)和右位(45度)。位于右位时，高压海水进入第三流道P的进水口，依次经过第一通道A1-A2、第二流道B进入液压缸的无杆腔，驱动液压缸前伸，海水再从液压缸的有杆腔流出，依次经过第一流道A、第三通道C1-C2，从第四流道T的出水口排出。位于中位时，高压海水进入第三流道P，再直接从第四流道T排出，海水不经过海水液压缸，实现卸荷；位于左位时，高压海水从第三流道P的进水口进入，依次经过第三通道C1-C2、第一流道A进入液压缸的有杆腔，驱动液压缸后缩，海水再从液压缸的无杆腔流出，依次经过第二流道B、第一通道A1-A2，从第四流道T的出水口排出。

在海下操作时，操作员主要靠手感感知换向手柄工作位置，因此在转向时需给出手可感知的到位提示。实施例在换向手轮18和阀体2的接触面处安放有限位机构，限位机构包括限位弹簧17、限位钢球16和圆锥孔，限位弹簧17位于换向手轮18内靠近其与阀体2的接触面处，紧靠限位弹簧17安放有限位钢球16，阀体2与换向手轮18的接触面处加工有三个直径略小于限位钢球16的圆锥孔，三个圆锥孔分别对应阀芯左位、中位和右位。转动换向手轮18，当到达左或中或右位时，限位钢球16在限位弹簧17弹力下落入对应的圆锥孔，此时操作者会有明显振动感，由此判断转向是否到位。

由于海水需经过阀座5的流道和阀芯4的通道进入液压缸，因此，流道和通道之间的水密封非常重要，一旦出现泄漏，流量将减小，效率除低，严重时，高压海水的压力将降低，从而不能驱动液压缸正常工作。阀座5与阀芯4间采用磨损能自动补偿的浮动结构，即本实施例在阀座的流道内增设了浮动密封组件，浮动密封组件安放于流道内的上部分位置处，其由密封弹簧13和密封块15组成，密封块37在密封弹簧13的压力作用上始终保持与阀芯4的紧密接触，实现高压水的可靠密封。为了固定密封弹簧13，实施例将流道靠近阀芯4处设计为截面呈形。密封块15的内部开有通孔，用于阀芯通道和阀座流道之间的连通。

阀芯4与阀体2的接触面之间安装有推力轴承3，使阀芯4与密封块15之间以较大的压力接触，以保证两者间的密封可靠，而换向手轮18操作仍然轻松灵活。

考虑海水的润滑性较差，摩擦副易磨损、腐蚀性强等特点，控制阀的阀芯4采用双向不锈钢(例如F225)，密封块15采用特种高性能工程塑料(例如聚醚醚酮PEEK)，以提高耐蚀性以及摩擦副之间的摩擦性能。

Claims

1.一种水压软缆割刀，包括依次相接的控制阀、海水或淡水液压缸和剪刀运动机构，控制阀控制海水或淡水液压缸伸缩，海水或淡水液压缸通过伸缩带动剪刀运动机构张合实现剪切，其特征在于，

所述控制阀包括阀座(5)、阀芯(4)、阀体(2)和换向手轮(18)；阀体(2)内安放有阀芯(4)，阀芯(4)一端伸出阀体(2)并套有换向手轮(18)；阀体(2)远离换向手轮(18)的一端连接阀座(5)；阀座(5)内设有四个流道，第一和第二流道分别与海水或淡水液压缸的无杆腔和有杆腔相连通，第三和第四流道分别为进水流道和出水流道；阀芯(4)内设有三个通道，通过转动阀芯(4)使得阀座(5)的流道与阀芯(4)的通道能够选择组合连通；在阀座(5)的四个流道内分别设有浮动密封组件，浮动密封组件由密封弹簧(13)和中间开有通孔的密封块(15)组成，密封块(15)在密封弹簧(13)的压力作用上保持与阀芯(4)的紧密接触。

2.根据权利要求1所述的水压软缆割刀，其特征在于，所述控制阀还包括限位销(1)，限位销(1)的一端固定于换向手轮(18)内，另一端位于阀体(2)的弧形限位槽内。

3.根据权利要求1或2所述的水压软缆割刀，其特征在于，在换向手轮(18)与阀体(2)的接触面处设置有限位机构，限位机构包括限位弹簧(17)、限位钢球(16)和圆锥孔，限位弹簧(17)位于换向手轮(18)内靠近其与阀体(2)的接触面处，在限位弹簧(17)下端安放有限位钢球(38)，阀体(2)与换向手轮(18)的接触面处加工有三个直径略小于限位钢球(38) 的圆锥孔，三个圆锥孔的位置分别对应阀芯的三个预定工位。

4.根据权利要求1或2所述的水压软缆割刀，其特征在于，所述阀芯(4)与阀体(2)的接触面之间安装有推力轴承(3)。

5.根据权利要求3所述的水压软缆割刀，其特征在于，所述阀芯(4)与阀体(2)的接触面之间安装有推力轴承(3)。

6.根据权利要求1或2所述的水压软缆割刀，其特征在于，所述阀芯(4)采用双相不锈钢，密封体(37)采用聚醚醚酮PEEK。