CN102207108B - 液压系统及其制动方法和助推方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用液压系统的特点进行制动和助推的方法，所述液压系统包括：液压马达；进油路和回油路，进油路与第一腔连接，回油路与第二腔连接；液压泵，通过进油路向液压马达充油；第一电磁阀，第二电磁阀和第三电磁阀，所述第一电磁阀控制进油路与液压泵的连通，所述进油路通过第三电磁阀连接到第一腔；蓄能器，通过所述第三电磁阀连接到所述第一腔，并通过所述第二电磁阀连接到所述第二腔。采用上述液压系统的液压绞车，能够在放缆过程中实现对卷筒的缓冲制动，不仅降低了设备维护成本而且提高了垂直剖面测量的效率，而且能够在坠体下坠过程中对液压马达的A腔补压，辅助放缆过程克服卷筒的转动惯量，以加速坠体的下坠速度。

Description

液压系统及其制动方法和助推方法

技术领域

本发明涉及水体测量技术领域，特别涉及一种液压系统及其制动方法和助推方法。

背景技术

当前，随着科学技术日新月异的进步，人类对水体资源(包括海洋、江河、湖泊)的开发、利用和保护也突飞猛进的发展。要开发和利用水体资源必须先了解水体，对水体进行水文测量就是了解水体的一种方式。

例如，在物理海洋学中，随着不同深度的水层温度和含盐量的变化，声速也随之改变，获得特定海域的上述水体参数可以用于声纳测速、测距等海洋测绘；又如，测量海水的温度、盐度(含盐量)等水体参数可以用于海底暗流、大洋环流以及潮汐的研究。在环境海洋学里，测量水体的化学成分含量，可以用于监测和防控蓝藻、赤潮等灾害。

总之，获取水体中各种物理和化学参数比如温度、盐度、深度、溶解氧浓度、PH值、浊度、营养盐含量、叶绿素含量、BOD、COD、氮磷含量、CO₂含量等随着深度变化的垂直剖面图是水体水文和环境测量的重要测量方法。

温盐深垂直剖面测量为一种重要的水体测量技术，适用于海洋、江河湖面等水体的测量。由于盐度可以通过测量海水的导电性(Conductivity)而获得，因此温度(Temperature)、盐度随着深度(Depth)变化的垂直剖面图通常简称为CTD垂直剖面图。

CTD垂直剖面图在军事和民用方面都具有很重要的意义。例如，温度、盐度会影响海水的密度，进而导致声音在不同的温度和/或盐度的海水中的传播速度产生差异。通常将海水密度跃变的水层叫做密跃层，声音在密跃层中传播就像声音在管道中(又称作声道)传播一样，能量损耗最小，在同样的声能情况下声音可以传播得更远；当声音穿透密跃层时，就好像光线从空气传入玻璃两种不同介质的界面时会发生折射现象一样。海水这样的特性在军事上已经被广泛应用，潜艇的声纳可以利用密跃层发现遥远处的目标，也可以利用声道与遥远处的我方潜艇进行通讯，还可以利用密跃层对声波的折射和反射来躲避敌方的搜索。而通过CTD垂直剖面图就能探测到海水中密跃层的分布情况，类似于为潜艇绘制了一张海水地形图。

又例如，通过水体CTD垂直剖面图可以发现不同海区、不同深度的暖水团和冷水团，这些都是探寻渔业资源的重要信息，也可以通过CTD垂直剖面图了解海底热量、湍流和电荷等的输运情况，用于水体气候学的研究。

由于季节变化及二十四小时内日照的变化，CTD垂直剖面图随着时间和海域的不同也相应变化的。但是在一定的海区，CTD垂直剖面图的变化具有一定的规律。为了摸清CTD垂直剖面图的变化规律，水体工作者需要经常出海进行水文测量。以往的测量方法是船舶在海上定点抛锚，停船状态下投放CTD测量仪进行垂直剖面测量。如果要进行某一海区测量，先在航海图上设定若干个测量点，船舶航行到上述测量点时停船抛锚，向海底投放CTD测量仪进行垂直剖面测量，下坠到海底特定深度并测量完毕后回收CTD测量仪，然后，船舶继续航行到下一测量点进行下一次测量，最后由多个测量点的测量结果综合获得整个海区的CTD垂直剖面图。船舶不断的航航停停，测量一片海区往往要花费相当长的时间，测量的工作量也相当大，例如，测量深度为3-4km，需要5-6小时，这种定点测量的方法既费时又费工。

为了提高测量效率，人们提出了一种走航式CTD垂直剖面测量方法，也就是在船舶行进过程中重复抛投、回收探测坠体，进行连续的CTD垂直剖面测量，不需要停航抛投，而且全部作业都是自动进行。

以下结合图1说明上述测量方法的工作原理。如图1所示，装有CTD测量仪的坠体1通过绞车2吊杆上的挂轮投放入水中，而绞车2固定于船舶3的甲板上。具体说来，绞车2处于自由转动状态，拖拽缆4盘绕在绞车2内部，其末端与坠体1连接，绞车2可以在坠体1的自重和水流阻力的拉力作用下将拖拽缆4释放，进而将坠体1沉放到水下预定的深度。

坠体1在下坠的过程中，装在其内部的CTD测量仪不断地进行实时数据测量，这些数据通过连接在坠体1尾部的拖拽缆4传回到船上的检测仪(图中未示出)，检测仪用于记录和储存坠体1每次下坠的测试结果。坠体1被投放到预定深度后，绞车2开始回收拖拽缆4，从而将坠体1由水下回收；当坠体1回收到距离水面的设定深度时即停止回收，绞车2再次开始自动释放拖拽缆4，坠体1再次被投向海底深处，船舶3沿方向D航行，图1中曲线A示出了坠体1在水中的运动轨迹。如此周而复始进行投放和回收作业，船舶始终在以一定的速度航行，于是节省了船舶停航、再启动的大量时间，提高了测量效率，大大节省了在某一海区测量的作业时间，提高了费效比。而且，由于作业速度快，测量点更密集，提高了水文测量精度，而且有可能捕捉到瞬间即逝的一些水文变化。

现有的CTD测量系统中，一般使用由电动机驱动的电动绞车，拖拽缆缠绕在绞车的卷筒里，当坠体到达预定深度时，离合器将卷筒轴与电动机的传动轴啮合，卷筒旋转回收缆绳；当抛投坠体时，离合器将卷筒轴与电动机的传动轴脱开，缆绳在坠体重力和水流阻力的作用下，克服卷筒的转动惯量向水中释放。

这种电动绞车的问题在于，在投放开始的时候，由于卷筒的惯量较大，靠坠体自身的重量很难在短时间内加速到稳定下落速度。另一方面，当坠体到达设定深度时实际速度很大，此时利用蝶式刹车器等实施硬制动，则对缆绳会产生过大的冲量，有可能发生缆绳绷断的危险，一般的缓冲软制动器虽然可以避免缆绳瞬间冲量超负荷，但是在频繁使用过程中软制动器摩擦片磨损严重，寿命较低，需经常更换。

发明内容

本发明解决的问题是现有电动绞车释放坠体时，软制动器摩擦片在频繁使用过程中磨损严重导致经常更换。

本发明解决的另一问题是现有电动绞车释放坠体时，很难在短时间内加速到稳定下落速度。

为解决上述问题，本发明一种液压系统，包括：

液压马达，具有第一腔和第二腔；

进油路和回油路，所述进油路与第一腔连接，所述回油路与第二腔连接；

液压泵，通过所述进油路向液压马达充油；

第一电磁阀，第二电磁阀和第三电磁阀，所述第一电磁阀控制进油路与液压泵的连通，所述进油路通过第三电磁阀连接到第一腔；

蓄能器，通过所述第三电磁阀连接到所述第一腔，并通过所述第二电磁阀连接到所述第二腔。

所述的液压系统还包括：与所述第二腔连通的溢流阀。

所述的液压系统还包括第一单向阀，连接于所述第一电磁阀和液压泵之间，使得泵油仅能由液压泵到第一电磁阀单向流通。

所述的液压系统还包括第二单向阀，连接于所述蓄能器与第二电磁阀之间，使得泵油仅能由第二电磁阀到蓄能器单向流通。

所述的液压系统还包括平衡阀，连接于所述回油路与第一电磁阀之间。

本发明相应的还提供一种所述液压系统的制动方法，包括以下步骤：

断开第二腔与回油路的连通，而将第二腔和蓄能器连通，则液压马达的负载向第二腔加压，以由第二腔向蓄能器充油，蓄能器逐渐升压使得液压马达逐渐停止转动。

当蓄能器逐渐升高压力到最大值时，如果液压马达并未停止转动，则对第二腔进行溢流泄压。

将液压泵通过进油路与第一腔保持连通，以使液压泵给第一腔进行补油。

本发明相应的还提供一种所述液压系统的助推方法，包括以下步骤：

将高压状态的蓄能器与第一腔连通，并将第二腔与回油路连通，使得蓄能器向第一腔补压，以增加液压马达的输出扭矩。

蓄能器向第一腔补压完成后，将进油路与回油路连通，以连通第一腔和第二腔，使得液压马达在负载的作用下自由转动。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

液压绞车完全由液压系统控制放缆和回收，并能够在放缆过程中实现对卷筒的缓冲制动，不必使用任何附加制动器，不仅降低了设备维护成本而且提高了垂直剖面测量的效率。

上述液压系统及其助推方法能够在坠体下坠过程中对液压马达的A腔补压，进而提高液压马达的输出扭矩，辅助放缆过程克服卷筒的转动惯量，以加速坠体的下坠速度。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为目前走航式CTD测量方法的工作原理示意图；

图2为本发明实施例中液压系统的示意图；

图3为本发明实施例中液压绞车的结构示意图；

图4为本发明实施例中液压系统制动状态的示意图；

图5和图6为本发明实施例中液压系统助推状态的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸，以下结合附图进行说明。

正如背景技术所述，现有的CTD垂直剖面测量系统，通常采用电动绞车释放或回收拖拽缆。这种电动绞车的问题在于，当坠体到达设定深度时实际速度很大，此时利用蝶式刹车器等实施硬制动，则对缆绳会产生过大的冲量，有可能发生缆绳绷断的危险，一般的缓冲软制动器虽然可以避免缆绳瞬间冲量超负荷，但是在频繁使用过程中软制动器摩擦片磨损严重，寿命较低，需经常更换。

基于此，本发明提供一种液压系统，其通过液压马达驱动绞车卷筒用于水体垂直剖面测量系统投放或回收探测坠体。

以下结合附图详细说明所述液压系统的一个具体实施例。为突出本发明的特点，附图中没有给出与本发明的发明点必然直接相关的部分，例如，坠体、船和用于垂直剖面测量的仪器。本文中所述的水体包括海洋、江河、湖泊。

图2为本实施例中液压系统的示意图，图3为本实施例中液压绞车的结构示意图。图中仅将绞车车架、进油路和回油路用线条示出，并不表示它们实际的结构，而且控制器、卷筒等也未按照实际比例绘制。

如图2所示，所述液压系统包括：液压泵10、液压马达11、进油路12、回油路13、蓄能器30、第一电磁阀21，第二电磁阀22和第三电磁阀23。

其中，液压马达11具有第一腔(即A腔)和第二腔(B腔)，该液压马达11的转轴与负载连接；所述进油路12与液压马达11的A腔连接，所述回油路13与液压马达11的B腔连接；液压泵10通过所述进油路12向液压马达11充油。

所述第一电磁阀21控制进油路12与液压泵10的连通，所述进油路12通过第三电磁阀23连接到所述A腔；蓄能器30通过所述第三电磁阀23连接到所述A腔，并通过所述第二电磁阀22连接到所述B腔。

优选的，所述液压系统还包括溢流阀24、第一单向阀25和第二单向阀26，以及平衡阀27。

所述溢流阀24与所述B腔连通。所述第一单向阀25连接于第一电磁阀21和液压泵10之间，使得泵油仅能由液压泵10到第一电磁阀21单向流通，而不能由第一电磁阀21流回液压泵10。所述第二单向阀26连接于所述蓄能器30与第二电磁阀22之间，使得泵油仅能由第二电磁阀22到蓄能器单向流通，而不能由蓄能器流回所述第二电磁阀22。平衡阀27连接于所述回油路13与第一电磁阀21之间。

液压泵10将油箱31的油抽出，形成高压油输向高压油路12，回油路13的低压油经过第一电磁阀21流回油箱中，所述第一电磁阀21和油箱之间还具有回油滤器32，溢流阀33设置于第一单向阀25和第一电磁阀21之间的油路中。

上述液压系统中的液压马达与绞车卷筒连接即可以构成液压绞车，与液压系统相应的液压绞车的结构如图3所示，所述液压绞车包括：液压泵10、液压马达11、卷筒15、电滑环16、控制器17、车架18、分离式的吊杆(图中未示出)。图3中也未示出蓄能器以及各个电磁阀和单向阀。

其中，车架18固定于船舶的甲板上，液压泵10、液压马达11、卷筒15、电滑环16和控制器17均固定在车架18上。液压马达11与所述卷筒转轴连接，用于驱动或者制动所述卷筒15的旋转，为绞车收揽时提供卷筒15旋转的动力。所述液压马达11优选为齿轮式液压马达。卷筒15的驱动装置是液压马达11，液压马达11的动力来自于液压泵10，液压泵10由交流电动机(图中未示出)驱动。所示液压泵10通过进油路12和回油路13与所述液压马达11的油腔(A腔和B腔)实现油路的连通。

所述卷筒15表面缠绕有拖拽缆(图中未示出)。本实施例中，所述卷筒15为圆柱体形，其轴线平行于水平面设置。卷筒15的两个端面具有法兰151、152，法兰的直径大于卷筒15的直径，可以防止卷筒15上缠绕的缆绳滑出。液压马达11位于法兰151的一侧，电滑环16位于法兰152的一侧。

吊杆设置于相隔车架18一定距离的位置，所述吊杆与车架18分离，可以灵活的调整其在船舶甲板上的位置。吊杆的顶端设有导轮，所述导轮离甲板的距离由吊杆的高度决定。所述拖拽缆的一端固定于所述卷筒15上，另一端为自由端，该自由端从所述卷筒15上伸出直接穿过所述导轮，而没有经过其他的排缆机构，以实现自由排缆。所述自由端可以与坠体的牵引部固定连接，从而能够投放或回收坠体。所述坠体中设置有垂直剖面数据测量仪器。

控制器17为绞车的控制装置，根据坠体实时深度、海底深度、船速、释放缆长和缆速等因素控制绞车的动作执行。当释放拖拽缆时，所述控制器17控制液压泵10停止向液压马达11供油，并命令第二电磁阀22将进油路12和回油路13直接短接，以使拖拽缆克服卷筒15惯性释放，卷筒15在坠体重力作用下自由旋转。当拖拽缆释放到预定深度时，所述控制器17控制液压泵10开始向液压马达11供油，并命令第二电磁阀22将进油路12和回油路13断开，以使液压马达11与液压泵10连通，在A腔和B腔间形成压力差驱动液压马达11转动，使得卷筒15反向旋转收回拖拽缆绳。

在所述液压系统可以实现对绞车卷筒放缆动作的制动控制，图4为所述液压系统制动状态的示意图，图中粗实线表示高压部分，细虚线表示低压部分。所述液压系统的制动方法包括以下步骤：

第二电磁阀22断开B腔与回油路13的连通，而将、B腔和蓄能器30连通，则液压马达11在负载(即卷筒15)的作用下(坠体下坠带动卷筒转动)向B腔加压，以由B腔向蓄能器30充油，蓄能器30压力逐渐抬升，使得液压马达11因B腔压力过高而逐渐停止转动，从而实现了对释放缆绳的卷筒的制动效果。

由于蓄能器30的升压过程是逐渐升高的，因此制动的过程也是缓冲进行的，可以避免制动对缆绳会产生过大的冲量而导致的缆绳绷断危险。能够在放缆过程中实现对卷筒的缓冲制动，不必使用任何附加制动器，不仅降低了设备维护成本而且提高了垂直剖面测量的效率。

优选的，当蓄能器30逐渐升高压力到最大值时，如果液压马达11并未停止转动，则溢流阀24对所述B腔进行溢流泄压。

另外，将液压泵10通过进油路12与所述A腔保持连通，以使液压泵10给A腔进行补油。图中的细虚线部分为补油管路。

在所述液压系统还可以实现对绞车卷筒放缆动作的助推控制，图5和图6为所述液压系统助推状态的示意图，图中粗实线表示高压部分，细虚线表示低压部分。所述液压系统的助推方法包括以下步骤：

制动完毕后所述蓄能器30充满了泵油，当需要再次投放坠体时，利用第三电磁阀23将高压状态的蓄能器30与所述A腔连通，并将B腔与回油路13连通，使得蓄能器30向A腔大流量进行补压，以增加液压马达11的输出扭矩，从而帮助坠体下坠克服卷筒的转动惯量，使得卷筒15迅速加速旋转，坠体能够在短时间内加速到稳定下落速度，提高了测量的效率和采集数据的准确性。

另外，蓄能器30向A腔补压完成后，如图6所示，利用第三电磁阀23和第二电磁阀22将进油路12与回油路13连通，以连通A腔和B腔，使得液压马达11让加速后的卷筒在坠体重力的作用下得以继续自由转动。

上述液压系统能够在坠体下坠过程中对液压马达的A腔补压，进而提高液压马达的输出扭矩，辅助放缆过程克服卷筒的转动惯量，以加速坠体的下坠速度。

本发明优选的技术方案中，吊杆导轮与圆柱体卷筒母线中点的连线为a，所述导轮与圆柱体卷筒母线端点(即所述母线与卷筒端面的交点)的连线为b，所述连线a与连线b之间的夹角可称为安全角θ。由于本实施例中的绞车没有自动排缆机构，为保证紧密、分层缠绕在卷筒13表面的缆绳能够整齐的释放，不发生扰乱或打结，需要使得所述安全角θ小于或等于安全值，所述安全值例如为3度。

卷筒上缠绕的缆绳，也即拖拽缆，不仅用于连接、拖拽坠体装置，并且用于传输数据信号，实际上也是电缆，可见，拖拽缆既要有良好的机械特性，又要具有可靠的电气特性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。需要说明的是，本发明提供的液压系统及其制动方法和助推方法，不限于CTD测量系统，还可在各种水体水文垂直剖面调查行为中用于投放或回收探测坠体而得到多种类型数据，例如物理水体学中CTD、溶解氧、PH、浊度等参数，水体生物学中营养盐、叶绿素等参数，水体环境保护领域中生物耗氧量(BOD)、COD、氮磷含量等参数，水体化学中氨氮、CO2等含量参数，因此具有广阔的应用范围。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种液压系统，其特征在于，包括：

液压马达，具有第一腔和第二腔；

进油路和回油路，所述进油路与第一腔连接，所述回油路与第二腔连接，所述液压系统用于制动时，所述回油路与第二腔断开，所述液压系统用于助推时，所述回油路与第二腔连通；

液压泵，通过所述进油路向液压马达充油；

第一电磁阀，第二电磁阀和第三电磁阀，所述第一电磁阀控制进油路与液压泵的连通，所述进油路通过第三电磁阀连接到第一腔；

蓄能器，通过所述第三电磁阀连接到所述第一腔，并通过所述第二电磁阀连接到所述第二腔，所述液压系统用于制动时，所述蓄能器与第二腔连通，且当所述液压系统用于助推时，所述蓄能器与第一腔连通。

2.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括：与所述第二腔连通的溢流阀。

3.根据权利要求2所述的液压系统，其特征在于，还包括第一单向阀，连接于所述第一电磁阀和液压泵之间，使得泵油仅能由液压泵到第一电磁阀单向流通。

4.根据权利要求2或3所述的液压系统，其特征在于，还包括第二单向阀，连接于所述蓄能器与第二电磁阀之间，使得泵油仅能由第二电磁阀到蓄能器单向流通。

5.根据权利要求4所述的液压系统，其特征在于，还包括平衡阀，连接于所述回油路与第一电磁阀之间。

6.一种如权利要求1所述液压系统的制动方法，其特征在于，包括以下步骤：

断开第二腔与回油路的连通，而将第二腔和蓄能器连通，则液压马达的负载向第二腔加压，以由第二腔向蓄能器充油，蓄能器逐渐升压使得液压马达逐渐停止转动。

7.根据权利要求6所述的制动方法，其特征在于，当蓄能器逐渐升高压力到最大值时，如果液压马达并未停止转动，则对第二腔进行溢流泄压。

8.根据权利要求6所述的制动方法，其特征在于，将液压泵通过进油路与第一腔保持连通，以使液压泵给第一腔进行补油。

9.一种如权利要求1所述液压系统的助推方法，其特征在于，包括以下步骤：

将高压状态的蓄能器与第一腔连通，并将第二腔与回油路连通，使得蓄能器向第一腔补压，以增加液压马达的输出扭矩。

10.根据权利要求9所述的助推方法，其特征在于，蓄能器向第一腔补压完成后，将进油路与回油路连通，以连通第一腔和第二腔，使得液压马达在负载的作用下自由转动。

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