CN105545863A - 一种水液压单叶片式摆动缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水液压单叶片式摆动缸，属于水下机器人关节的关键零部件，主要由前端盖、前密封盖、轴承、转动轴、转动叶片、固定叶片、壳体、封装编码器、后密封盖和后端盖等零部件组成，并由此构成两个工作水腔。其中，转动叶片和固定叶片上都安装特制的矩形密封圈并设有压紧和缓冲装置，轴承采用水润滑轴承。该水液压单叶片式摆动缸采用全水润滑，与编码器集成一体，结构简单紧凑，可以精确控制转动轴的输出位置和速度，广泛应用于水上、水下机器人关节的驱动和控制。

Description

一种水液压单叶片式摆动缸

技术领域

本发明属于水液压技术领域，属于水下机器人关节的关键零部件，涉及水下机器人关节的回转执行元件，尤其涉及一种水液压单叶片式摆动缸。

技术背景

水下机器人的开发是一项各个国家争相发展的技术领域，无论是水下救捞、水下资源勘探还是水下训练等，都需要高效的水下作业工具即水下机器人。而摆动液压缸作为水下机器人关节的回转执行元件，更是决定水下机器人运动的速度、平稳性等多项指标的关键性元件。

摆动液压缸又称摆动液压马达，它的突出优点是无需任何机构就能是负载获得往复摆动运动，可以说摆动液压缸是把压力能转变为转矩最合理和最紧凑的装置。叶片式摆动液压缸是一种高精度的液压执行机构，一般由壳体、转动轴、定子和转子等组成，以其结构简单、加工制造相对容易、工作可靠等获得了非常广泛的应用。然而，由于其内部高低压腔之间存在压差以及定子与转子之间有相对运动，从而存在液压介质的泄漏问题。

传统的叶片式摆动缸是以矿物型液压油作为工作介质，因而存在泄漏污染，系统必须为配置油源的闭式循环系统等一些难以克服的弊端。而水液压叶片式摆动缸无需附加沉重的油源，系统在水下工作，可直接以纯水作为传动介质，也无需配置压力补偿装置，系统为开式水液压系统，工作后的水直接排入水中，无需考虑冷却问题。水液压叶片式摆动缸降低了系统复杂性，提高了系统可靠性，对环境无污染，极大降低系统重量和成本，因此尤为适合在水下工程中应用，在水下机器人等领域更是有着不可替代的优势。

发明内容

本发明提供一种可用于水液压系统的单叶片式摆动缸，用于解决油压单叶片式摆动缸存在的上述问题，避免摆动缸的泄漏和污染等问题。为此本发明采用以下技术方案：

一种水液压单叶片式摆动缸，主要由前密封盖1、内六角圆柱螺钉a2、内六角圆柱螺钉b8、内六角圆柱螺钉c11、内六角圆柱螺钉d13、内六角圆柱螺钉e14、内六角圆柱螺钉f18、轴承a3、轴承b15、键a4、键b17、转动轴5、前端盖6、O型密封圈a7、O型密封圈b9、O型密封圈c20、O型密封圈d23、O型密封圈e25、固定叶片10、壳体12、封装编码器16、通水口19、后密封盖21、后端盖22、转动叶片24组成，并由此构成两个工作水腔。

水液压单叶片式摆动缸由耐蚀合金加工制造，采用端面固定结构，前端盖6用内六角圆柱螺钉a2固定在前密封盖1上，前密封盖1用内六角圆柱螺钉b8固定在壳体12上，后密封盖21用内六角圆柱螺钉e14固定在后端盖22上，后端盖22用内六角圆柱螺钉d13固定在壳体12上，封装编码器16用内六角圆柱螺钉f18固定在后端盖22上，并通过键b17与转动轴5相连，用三个内六角圆柱螺钉h30把转动叶片24和固定在转动轴5上，通过三个内六角圆柱螺钉c11将固定叶片10固定在壳体12上，上述为水液压单叶片式摆动缸的固定结构。在密封方面，前密封盖1用O型密封圈a7、O型密封圈b9分别与转动轴5进行密封，用O型密封圈e25与壳体12进行密封；后密封盖21用O型密封圈c20与转动轴5进行密封，用O型密封圈d23与壳体12进行密封；转动叶片24和固定叶片10分别通过矩形密封圈a26和矩形密封圈b32与前密封盖1、转动轴5、壳体12和后密封盖22四者之间的密封。轴承方面，轴承a3、轴承b15用于支承和平衡转动轴5的径向力，轴承a3由前端盖6和前密封盖1压紧，轴承b15由后端盖22和后密封盖21压紧，由于前端盖6和转动轴5存在间隙，并且在后端盖22上设有通水口19，因此轴承a3、轴承b15能直接浸没在水中；所述轴承a3、轴承b15为水润滑轴承，此时水充当轴承的润滑介质，实现全水润滑。

本发明中的转动叶片24由矩形密封圈a26、左转动叶片27、内六角圆柱螺钉g28、内六角圆柱螺钉h30、右转动叶片29和缓冲片a31组成，矩形密封圈a26套在左转动叶片27上，右转动叶片29用内六角圆柱螺钉g28固定在左转动叶片27上并压紧矩形密封圈a26，最后，用三个内六角圆柱螺钉h30把左转动叶片27固定在转动轴5上，从而实现整个转动叶片24与转动轴5之间的相连，缓冲片a31设置在转动叶片24的端部；转动叶片24用压紧后的矩形密封圈a26实现与前密封盖1、转动轴5、壳体12和后密封盖22四者之间的密封。

本发明中的固定叶片10由矩形密封圈b32、缓冲片b33、内六角圆柱螺钉i34、左固定叶片35和右固定叶片36组成，矩形密封圈b32套在左固定叶片35上，右固定叶片36用内六角圆柱螺钉i34固定在左固定叶片35上并压紧矩形密封圈b32，最后，用三个内六角圆柱螺钉c11把左固定叶片35和固定在壳体12上，从而实现整个固定叶片10与壳体12之间的固定，缓冲片b33设置在固定叶片10的端部；固定叶片10用压紧后的矩形密封圈b32实现与前密封盖1、转动轴5、壳体12和后密封盖22四者之间的密封。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

(1)水液压叶片式摆动缸直接以纯水作为传动介质，可应用于开式水液压系统，传动介质直接排放，不存在污染问题。

(2)摆动缸采用耐蚀合金加工制造，避免了水的腐蚀问题。水润滑轴承直接用水进行润滑，避免了润滑介质的泄漏造成油水混合从而引起污染水源等问题。

(3)转动叶片和固定叶片采用特制的矩形密封圈密封，并且设计了压紧装置，这大大降低了内泄漏。

(4)后端盖处安装了封装编码器，可以实时检测摆动缸转动轴的精确位置和速度。

(5)在转动叶片和固定叶片的两侧均安装缓冲片，防止转动叶片对固定叶片产生撞击，提高水液压单叶片式摆动缸工作时的稳定性、可靠性和使用寿命。

附图说明

图1.1水液压叶片式摆动缸的装配主视图。

图1.2水液压叶片式摆动缸的装配侧视图。

图2.1转动叶片的结构示意图。

图2.2固定叶片的结构示意图。

图2.3矩形密封圈的结构示意图。

图中的标号为：1—前密封，3、第一轴承，15—第二轴承，4、键a，17—键b，5—转动轴，6—前端盖，10—固定叶片，12—壳体，16—封装编码器，19—通水口，21—后密封盖，22—后端盖，24—转动叶片，2、内六角圆柱螺钉a，8、内六角圆柱螺钉b，11、内六角圆柱螺钉c，13、内六角圆柱螺钉d，14、内六角圆柱螺钉e，18—内六角圆柱螺钉f，7、O型密封圈a，9、O型密封圈b，20、O型密封圈c，23、O型密封圈d，25—O型密封圈e，26—矩形密封圈a，27—左转动叶片，28、内六角圆柱螺钉g，30—内六角圆柱螺钉h，29—右转动叶片，31—缓冲片a，32—矩形密封圈b，33—缓冲片b，34—内六角圆柱螺钉i，35—左固定叶片，36—右固定叶片。

具体实施方式

如图1.1-2.3所示，本发明公开了一种水液压单叶片式摆动缸，采用耐蚀合金加工制造，主要由前密封盖1、内六角圆柱螺钉(2、8、11、13、14、18)、轴承(3、15)、键(4、17)、转动轴5、前端盖6、O型密封圈(7、9、20、23、25)、固定叶片10、壳体12、封装编码器16、通水口19、后密封盖21、后端盖22、转动叶片24等零部件组成，并由此构成两个工作水腔，通过控制A口和B口的进出水顺序和流量大小来控制转动叶片24的转向和转速，进而控制转动轴5的转向和转速。下面将对具体的实施方式作进一步的说明。

当需要转动轴5正转时，高压水通过A口进入左侧工作水腔，压力作用于转动叶片24左侧，产生顺时针的转动扭矩，从而驱动转动轴5顺时针转动，转动轴5通过键4把转动扭矩传递出去，另一工作水腔的水通过B口直接排入水中。当需要转动轴5反转时，高压水通过B口进入右侧工作水腔，压力作用于转动叶片24右侧，产生逆时针的转动扭矩，从而驱动转动轴5逆时针转动，转动轴5通过键4把转动扭矩传递出去，另一工作水腔中的水通过A口直接排入水中。

在转动过程中，转动叶片24上特制的矩形密封圈26和固定叶片10上的特制的矩形密封圈32完成与前密封盖1、转动轴5、壳体12和后密封盖22四者之间的密封，并且由于设计了压紧装置，使得密封性更好。同时，在转动叶片24和固定叶片10的两侧都设计了缓冲片(31、33)，降低了转动叶片24转到最大角度时对固定叶片10的撞击力，从而提高了水液压单叶片摆动缸工作时的稳定性、可靠性和使用寿命。

在整个工作的过程中，用水润滑轴承承受转动轴5的径向液压不平衡力，其可以是陶瓷轴承或其他耐蚀水润滑轴承。并且后端盖22处安装了封装编码器16，用于检测摆动缸转动轴5的精确位置和速度。

Claims (5)

1.一种水液压单叶片式摆动缸，其特征在于：该摆动缸主要由前密封盖(1)、内六角圆柱螺钉a(2)、内六角圆柱螺钉b(8)、内六角圆柱螺钉c(11)、内六角圆柱螺钉d(13)、内六角圆柱螺钉e(14)、内六角圆柱螺钉f(18)、轴承a(3)、轴承b(15)、键a(4)、键b(17)、转动轴(5)、前端盖(6)、O型密封圈a(7)、O型密封圈b(9)、O型密封圈c(20)、O型密封圈d(23)、O型密封圈e(25)、固定叶片(10)、壳体(12)、封装编码器(16)、通水口(19)、后密封盖(21)、后端盖(22)、转动叶片(24)组成，并由此构成两个工作水腔；

水液压单叶片式摆动缸由耐蚀合金加工制造，采用端面固定结构，前端盖(6)用内六角圆柱螺钉a(2)固定在前密封盖(1)上，前密封盖(1)用内六角圆柱螺钉b(8)固定在壳体(12)上，后密封盖(21)用内六角圆柱螺钉e(14)固定在后端盖(22)上，后端盖(22)用内六角圆柱螺钉d(13)固定在壳体(12)上，封装编码器(16)用内六角圆柱螺钉f(18)固定在后端盖(22)上，并通过键b(17)与转动轴(5)相连，用三个内六角圆柱螺钉h(30)把转动叶片(24)和固定在转动轴(5)上，通过三个内六角圆柱螺钉c(11)将固定叶片(10)固定在壳体(12)上，上述为水液压单叶片式摆动缸的固定结构；在密封方面，前密封盖(1)用O型密封圈a(7)、O型密封圈b(9)分别与转动轴(5)进行密封，用O型密封圈e(25)与壳体(12)进行密封；后密封盖(21)用O型密封圈c(20)与转动轴(5)进行密封，用O型密封圈d(23)与壳体(12)进行密封；转动叶片(24)和固定叶片(10)分别通过矩形密封圈a(26)和矩形密封圈b(32)与前密封盖(1)、转动轴(5)、壳体(12)和后密封盖(22)四者之间的密封；轴承方面，轴承a(3)、轴承b(15)用于支承和平衡转动轴(5)的径向力，轴承a(3)由前端盖(6)和前密封盖(1)压紧，轴承b(15)由后端盖(22)和后密封盖(21)压紧，由于前端盖(6)和转动轴(5)存在间隙，并且在后端盖(22)上设有通水口(19)，因此轴承a(3)、轴承b(15)能直接浸没在水中。

2.根据权利要求1所述的一种水液压单叶片式摆动缸，其特征在于：转动叶片(24)由矩形密封圈a(26)、左转动叶片(27)、内六角圆柱螺钉g(28)、内六角圆柱螺钉h(30)、右转动叶片(29)和缓冲片a(31)组成，矩形密封圈a(26)套在左转动叶片(27)上，右转动叶片(29)用内六角圆柱螺钉g(28)固定在左转动叶片(27)上并压紧矩形密封圈a(26)，最后，用三个内六角圆柱螺钉h(30)把左转动叶片(27)固定在转动轴(5)上，从而实现整个转动叶片(24)与转动轴(5)之间的相连，缓冲片a(31)设置在转动叶片(24)的端部；转动叶片(24)用压紧后的矩形密封圈a(26)实现与前密封盖(1)、转动轴(5)、壳体(12)和后密封盖(22)四者之间的密封。

3.根据权利要求1所述的一种水液压单叶片式摆动缸，其特征在于：固定叶片(10)由矩形密封圈b(32)、缓冲片b(33)、内六角圆柱螺钉i(34)、左固定叶片(35)和右固定叶片(36)组成，矩形密封圈b(32)套在左固定叶片(35)上，右固定叶片(36)用内六角圆柱螺钉i(34)固定在左固定叶片(35)上并压紧矩形密封圈b(32)，最后，用三个内六角圆柱螺钉c(11)把左固定叶片(35)和固定在壳体(12)上，从而实现整个固定叶片(10)与壳体(12)之间的固定，缓冲片b(33)设置在固定叶片(10)的端部；固定叶片(10)用压紧后的矩形密封圈b(32)实现与前密封盖(1)、转动轴(5)、壳体(12)和后密封盖(22)四者之间的密封。

4.根据权利要求1所述的一种水液压单叶片式摆动缸，其特征在于：后端盖(22)处安装封装编码器(16)，用于检测摆动缸转动轴的精确位置和速度。

5.根据权利要求1所述的一种水液压单叶片式摆动缸，其特征在于：所述轴承a(3)、轴承b(15)为水润滑轴承，此时水充当轴承的润滑介质，实现全水润滑。