CN105089962A - 一种水下单柱塞式水液压驱动泵 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种水下单柱塞式水液压驱动泵，主要由电机、旋转-直线运动转换机构、单活塞杆式水液压缸、单向阀和三通阀等构成。电机经减速器、旋转-直线运动转换机构将电机转矩扩大，并且将电机、丝杠的旋转运动转化为液压缸活塞轴向直线运动；通过单向阀、三通阀组成的管路将外部水介质吸入液压缸转换成一定压力水介质供给液压执行器，实现液压泵功能。本发明可作为水下作业装备的小流量水液压驱动装置；体积小、重量轻、系统简化、装置具有结构紧凑、安装方便；通过电机调节控制，实现高精度、无脉动的小流量液压伺服控制流量输出。

Description

一种水下单柱塞式水液压驱动泵

技术领域

本发明涉及的是一种水下水液压驱动装置。

背景技术

由于水下作业装备中采用油液压驱动时，液压油的泄漏易造成水下环境污染以及水体富营养化等问题，而且液压油造成的水环境污染不易清理，而以包括海水、自来水等在内的水介质作为传动介质的水液压系统则以其环保、安全、效率高、来源广泛等优点得到越来越多的关注和研究，目前，水液压传动技术研究已经成为液压技术研究的一个重要方向。但是目前现有的水液压泵产品较少，价格较高，且多数只适用于陆上使用，并且，多柱塞式结构使得液压泵输出的流量脉动较大，在小流量输出方面尤其效果差。如中国专利申请号为031186327名称为轴向柱塞式水液压泵，结构上使用平板阀配流、柱塞及柱塞孔相对主轴均匀分布的方式，材料上采用耐腐蚀合金及陶瓷复合材料来减少内外泄漏、降低摩擦，但柱塞泵流量较大，不能实现小流量控制；中国专利申请号为201410195815的水液压驱动装置，不适用于水下；申请号201320259159.6的精简单单柱塞式液压泵，采用单柱塞方式，通过液压油缸、偏心轴、单向阀等组成，但该装置不适用于水液压控制，且流量较大，不适用于水下环境。

发明内容

本发明的目的在于提供可为需要实现流量精确控制的小型化水下液压作业装备以及水下液压执行器提供简单、环保、流量输出平稳、脉动小的一种水下单柱塞式水液压驱动泵。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种水下单柱塞式水液压驱动泵，其特征是：包括单活塞杆式水液压缸、旋转-直线运动转换机构、电机；所述单活塞杆式水液压缸包括液压缸缸筒、液压缸缸头、液压缸活塞杆，液压缸活塞杆包括与液压缸缸筒内壁相接触的活塞杆头以及与活塞杆头相连的活塞杆身，液压缸缸头安装在液压缸缸筒底端，活塞杆头位于液压缸缸筒里，活塞杆头上方的液压缸缸筒空间为无杆腔，活塞杆头下方的液压缸缸筒空间为有杆腔；所述旋转-直线运动转换机构包括丝杠、丝杠螺母、丝杠外壳，丝杠和丝杠螺母均位于丝杠外壳里，丝杠螺母安装在丝杠上，丝杠螺母连接导向槽元件，丝杠位于导向槽元件内部，导向槽元件通过连接端盖连接活塞杆身，丝杠外壳上端部通过液压缸固定端盖连接液压缸缸头；电机连接减速器，减速器通过联轴器连接丝杠的底部，电机和减速器均位于电机密封筒里，联轴器位于联轴器外壳里，丝杠外壳下端部连接联轴器外壳的上端部，电机密封筒上端部连接联轴器外壳下端部。

本发明还可以包括：

1、液压缸缸筒的无杆腔设置第一油管头，液压缸缸筒的有杆腔设置第二油管头，第一油管头接出的管道上设置第一三通阀，第二油管头接出的管道上设置第二三通阀，第一三通阀出口方向的管道上以及第二三通阀出口方向的管道上安装第三三通阀，第一三通阀出口方向的管道和进口方向的管道以及第二三通阀出口方向的管道和进口方向的管道上各安装一个单向阀。

2、所述的导向槽元件自上而下设置有滑道，丝杠外壳上固定有导向块，导向块位于滑道里，使得导向槽元件通过其滑道在导向块的限定下上下移动。

本发明的优势在于：

1、通过对水下单柱塞泵的小型化设计，使各部分具有结构紧凑、径向尺寸小、重量轻，液压缸组成部分采用抗腐蚀材料(3Cr13)，柱塞泵驱动介质以及使用环境适用于淡水和海水。

2、本发明作为单柱塞驱动泵直接使用于水下环境，可直接使用外部环节中的水介质作为其驱动介质，减少液压系统对油箱的携带，应用于水下液压装备时可有效的减少所占用的体积空间。

3、通过对电机的调节控制，可为需要实现流量精确控制的小型化水下液压作业装备以及水下液压执行器提供简单、环保、小流量输出且输出平稳、脉动小的压力水介质。

附图说明

图1为本发明的结构简图；

图2为本发明除去外部管路部分的剖面图；

图3a为联轴器套筒的结构简图，图3b为A向视图，图3c为B-B视图；

图4a为丝杠套筒的结构简图，图4b为C向视图，图4c为D-D视图；

图5a为导向槽元件的结构简图，图5b为导向槽元件立体图，图5c为E向视图，图5d为F-F视图；

图6a为导向块的结构简图a，图6b为导向块的结构简图b。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～6，本发明包括的部件有：水密头1、水密头端盖2、电机密封筒3、电机4、减速器5、电机固定板6、联轴器外壳7、联轴器8、密封堵头9、支撑件10、丝杠外壳11、丝杠螺母12、丝杠13、导向槽元件14、导向块15、连接端盖16、液压缸活塞杆17、液压缸固定端盖18、液压缸缸头19、液压缸缸筒20、油管头21、三通阀22、单向阀23、紧固螺母24、支撑轴承25、限位轴肩26、铜套27、O型密封圈28。

如图1和图2所示，本发明主要由电机、旋转-直线运动转换机构、单活塞杆式水液压缸、单向阀和三通阀以及外部管路等构成。电机4、减速器5和丝杠13之间通过联轴器8传递转速和转矩；旋转-直线运动转换机构由丝杠螺母副和导向槽元件14及导向块15构成，并通过连接端盖16与液压缸活塞杆17螺纹连接；电机4通过联轴器5驱动丝杠13，经旋转-直线运动转换机构实现液压缸中的活塞位置的变化，改变驱动泵的输出流量。

如图2所示，电机4和减速器5连接固定后通过螺钉与电机固定板紧固6连接，并固定在联轴器外壳7上，电机4尾端控制信号线通过安装在水密头端盖2上的水密头1引出，水密头端盖2与电机密封筒3螺钉连接，并用O型密封圈密封；减速器4与旋转-直线运动转换机构的丝杠13末端连接，丝杠13通过紧固螺母24、支撑轴承25、限位轴肩26、铜套27、支撑件10安装组合与联轴器外壳7固定安装，并通过螺钉与丝杠外壳11连接，丝杠螺母12与液压缸活塞杆17通过导向槽元件14及连接端盖16安装连接，导向槽元件跟随丝杠螺母直线运动，导向块15嵌套入导向槽元件并引导其直线运动。

如图2所示，本发明专利密封采用O型密封圈28，水密头端盖2与电机密封筒3之间、电机密封筒3与联轴器外壳7之间、联轴器外壳7与丝杠外壳11之间、丝杠外壳11与液压缸固定端盖18之间均采用端面螺钉连接以及O型密封圈28轴向静密封方式，以减小径向尺寸；液压缸缸头19与其固定端盖18螺纹连接并采用螺纹密封胶密封。

如图1所示，整个装置的外部管路主要由三通阀22以及单向阀23组成，连接方式图1所示。单向阀A和单向阀D处的I、J口作为驱动泵(可看成单柱塞泵)吸水口，三通阀G处的H口作为驱动泵(可看成单柱塞泵)排出口，通过有杆腔和无杆腔交替吸入和排出水介质作用于外部液压执行器上，并通过控制电机转速快慢改变流量输出。

这种实施方式的工作原理为：

电机4驱动丝杠13经丝杠螺母12及导向槽元件14、导向块15导向转化成液压缸活塞杆的直线运动。如图1、图2所示，当液压缸活塞杆17向上运动时，无杆腔排水、有杆腔吸水，外部环境水介质通过单向阀D经J口吸水并通过三通阀F进入有杆腔，而无杆腔则通过三通阀E、单向阀B、三通阀G经H口排出带压力水介质作用于与H口连接的液压系统；当液压缸活塞杆17向上运动时，无杆腔吸水、有杆腔排水，外部环境水介质通过单向阀A经I口吸水并通过三通阀E进入无杆腔，而有杆腔则通过三通阀F、单向阀C、三通阀G经H口排出带压力水介质作用于与H口连接的液压系统；电机通过不断换向实现水液压泵不断的向外界输出流量，并通过控制电机转速来控制单柱塞水液压驱动泵的流量，并实现驱动泵的小流量输出，并减小脉动。

采用装置外部环境中的淡水或海水作为水液压驱动装置的液压介质，装置由电机、旋转-直线运动转换机构、单活塞杆式水液压缸、单向阀和三通阀以及密封外壳等几部分构成。所述的电机通过联轴器驱动旋转-直线运动转换机构(丝杠螺母副)，改变水液压缸内活塞的位置，工作原理相当于一个单柱塞，通过柱塞往复运动实现水介质的吸入和排出。通过控制电机转速，缓慢地改变装置中液压缸有杆腔和无杆腔的水介质容积，可实现驱动装置的精确小流量输出，并通过外部三通阀和单向阀的液压管路将传递动力的水介质作用于液压执行器上。

电机经联轴器与旋转-直线运动转换机构(丝杠螺母副)连接，并传递转矩和运动，并将旋转运动转换为液压缸活塞杆的直线运动，通过改变电机转速实现该水液压泵输出流量的变化；密封外壳保证各组成部分之间的安装以及用于水下密封。

电机经减速器扩大转矩之后通过螺钉与电机固定板紧固，并固定在联轴器外壳；电机、减速器与旋转-直线运动转换机构的丝杠末端连接，将旋转运动转换成与其连接的单活塞杆式水液压缸活塞的直线运动，电机的正转和反转通过上述连接使液压缸的有杆腔和无杆腔交替吸入和排出水介质，并通过外部管路作用在外部液压执行器上。

旋转-直线运动转换机构主要由丝杠螺母副、支撑组件和导向件等组成。丝杠通过紧固螺母、支撑轴承、限位轴肩、铜套、支撑件丝杠安装组合与联轴器外壳固定安装，丝杠螺母与液压缸活塞杆通过导向槽元件及连接端盖安装连接，导向槽元件跟随丝杠螺母直线运动，导向块嵌套入导向槽元件并引导其直线运动。

本发明用于水下作业，其电机尾端控制信号线通过水密头引出，水密头端盖与电机密封筒之间、电机密封筒与联轴器外壳之间、联轴器外壳与丝杠外壳之间、丝杠外壳与液压缸固定端盖之间均采用端面螺钉连接以及O型密封圈轴向静密封方式，以减小径向尺寸；液压缸缸头与其固定端盖螺纹连接并采用螺纹密封胶密封。

整个装置的外部管路主要由三通阀以及单向阀组成，连接方式如摘要附图所示。单向阀A和单向阀D处的I、J口作为驱动泵(可看成单柱塞泵)吸水口，三通阀G处的H口作为驱动泵(可看成单柱塞泵)排出口，通过有杆腔和无杆腔交替吸入和排出水介质作用于外部液压执行器上，并通过控制电机转速快慢改变流量输出。

本发明由电机、旋转-直线运动转换机构、单活塞杆式水液压缸、单向阀和三通阀以及密封外壳等构成。电机与旋转-直线运动转换机构(丝杠螺母副)之间通过联轴器传递转矩和旋转运动，并且将旋转运动转换为液压缸活塞杆的直线运动，通过改变电机转速实现该水液压泵输出流量的变化；密封外壳保证各组成部分之间的安装以及用于水下密封。

电机经减速器扩大转矩之后通过螺钉与电机固定板紧固，并固定在联轴器外壳上；减速器一端与旋转-直线运动转换机构的丝杠末端连接，将旋转运动转换成与其连接的单活塞杆式水液压缸活塞的直线运动，并在电机正转与反转下实现来回往复运动，从而使液压缸的有杆腔和无杆腔交替吸入和排出水介质，并通过外部管路作用在液压执行器上。

丝杠与丝杠螺母组成丝杠螺母副，丝杠通过与联轴器连接并传递电机的转矩和转速，丝杠通过紧固螺母、支撑轴承、限位轴肩、铜套、支撑件的安装组合与联轴器外壳固定安装，丝杠螺母与液压缸活塞杆通过导向槽元件及连接端盖安装连接，导向槽元件跟随丝杠螺母直线运动，导向块嵌套入导向槽元件并引导其直线运动。

电机尾端的控制信号线通过水密头引出，水密头端盖与电机密封筒之间、电机密封筒与联轴器外壳之间、联轴器外壳与丝杠外壳之间、丝杠外壳与液压缸固定端盖之间均采用端面螺钉连接以及O型密封圈轴向静密封方式，以减小径向尺寸；液压缸缸头与液压缸缸筒采用螺纹连接、轴向静密封方式，液压缸缸头与液压缸固定端盖螺纹连接并涂以螺纹密封胶密封，油管头采用1/8NPT锥螺纹与液压缸缸筒密封连接。

外部管路由三通阀和单向阀以及液压管组合而成，通过摘要附图的连接方式，实现吸水、排水并将传递动力的水介质作用于液压执行器上，通过控制电机完成对外部液压执行器的小流量伺服控制。

Claims (3)

1.一种水下单柱塞式水液压驱动泵，其特征是：包括单活塞杆式水液压缸、旋转-直线运动转换机构、电机；所述单活塞杆式水液压缸包括液压缸缸筒、液压缸缸头、液压缸活塞杆，液压缸活塞杆包括与液压缸缸筒内壁相接触的活塞杆头以及与活塞杆头相连的活塞杆身，液压缸缸头安装在液压缸缸筒底端，活塞杆头位于液压缸缸筒里，活塞杆头上方的液压缸缸筒空间为无杆腔，活塞杆头下方的液压缸缸筒空间为有杆腔；所述旋转-直线运动转换机构包括丝杠、丝杠螺母、丝杠外壳，丝杠和丝杠螺母均位于丝杠外壳里，丝杠螺母安装在丝杠上，丝杠螺母连接导向槽元件，丝杠位于导向槽元件内部，导向槽元件通过连接端盖连接活塞杆身，丝杠外壳上端部通过液压缸固定端盖连接液压缸缸头；电机连接减速器，减速器通过联轴器连接丝杠的底部，电机和减速器均位于电机密封筒里，联轴器位于联轴器外壳里，丝杠外壳下端部连接联轴器外壳的上端部，电机密封筒上端部连接联轴器外壳下端部。

2.根据权利要求1所述的一种水下单柱塞式水液压驱动泵，其特征是：液压缸缸筒的无杆腔设置第一油管头，液压缸缸筒的有杆腔设置第二油管头，第一油管头接出的管道上设置第一三通阀，第二油管头接出的管道上设置第二三通阀，第一三通阀出口方向的管道上以及第二三通阀出口方向的管道上安装第三三通阀，第一三通阀出口方向的管道和进口方向的管道以及第二三通阀出口方向的管道和进口方向的管道上各安装一个单向阀。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下单柱塞式水液压驱动泵，其特征是：所述的导向槽元件自上而下设置有滑道，丝杠外壳上固定有导向块，导向块位于滑道里，使得导向槽元件通过其滑道在导向块的限定下上下移动。