CN106640780A - 一种容积式升沉补偿液压系统和升沉补偿吊装系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种容积式升沉补偿液压系统，包括液压缸、油箱、比例泵和电动机，液压缸为内部设有单活塞的双作用式液压缸，包括相互隔离的有杆腔和无杆腔，有杆腔和无杆腔的压力端口分别通过第一油路和第二油路连接于比例泵，并经由比例泵连接于油箱，比例泵由电动机驱动运行，其中，比例泵可为一组或多组，每组比例泵各包括一个第一比例泵和一个第二比例泵，第一油路和第二油路上分别设有第一比例泵和第二比例泵。本发明能够兼顾大吨位与高效率的要求，且有杆腔和无杆腔分别通过比例泵与油箱相连接，比例泵分别在油箱与液压缸之间吸排油，无需增加额外的补油泵进行补油，能够减少控制元件的数量，并提高升沉补偿的系统效率和控制系统柔性。

Description

一种容积式升沉补偿液压系统和升沉补偿吊装系统
技术领域
本发明涉及波浪补偿液压领域，尤其是一种容积式升沉补偿液压系统和应用该液压系统的升沉补偿吊装系统。
背景技术
升沉补偿是波浪补偿的一种，是指因海面起伏引起作业装备产生波动而进行垂直方向上的补偿校正。主要应用于海上补给、海洋钻井、有缆海底机器人安装作业、深海探测等方面。由于海浪起伏的影响，起重机负载随着波浪产生相对运动，负载物资可能会因此碰撞或者增加海上作业困难，从而对海上作业的安全性造成影响。
目前的波浪补偿有主动补偿形式、被动补偿形式或主被动相结合的半主动补偿形式，均可采用液压系统来作为补偿动力装置，被动补偿通常采用蓄能器来作为液压系统的能量供给装置，例如申请号为CN201320599459.3的中国专利文件公开了一种海洋吊机波浪补偿装置，包括安装在吊臂头部的液压缸，在液压缸的活塞杆端头安装有滑轮，起升绞车中的钢丝绳通过滑轮与吊装物相连；液压缸的压力端口与蓄能器连通，蓄能器同时与电磁阀A、电磁阀B连接，电磁阀A与高压气瓶连通，电磁阀B与低压气瓶连通，电磁阀A、电磁阀B的动作由控制系统控制。本发明的装置兼有被动波浪补偿和恒张力补偿的功能，减小波浪引起的升沉运动对吊机和吊装物的影响，增加海洋吊机吊装的安全性。
主动式波浪补偿液压系统包括阀控液压缸式补偿系统和二次马达控制补偿系统。其中，阀控液压缸式补偿系统是通过比例阀控制液压缸的伸缩，从而实现波浪的升沉补偿；二次马达控制补偿系统是通过二次马达的转速与转角控制，实现波浪的升沉补偿。
申请号为CN200910227899.8的中国专利文件公开了一种用于主动式波浪补偿起重机的液压驱动系统，由油箱、分别包括液压马达的用于重物吊放的起重油路和用于波浪补偿的补偿油路组成；起重油路和补偿油路中的液压马达通过减速器共同驱动起重机的绞车转动。其补偿油路由包括依次连接的第二吸油过滤器、第二液压泵、第二单向阀、第二高压过滤器、电磁阀、电液伺服阀、第二进油平衡阀、第二液压泵、第二出油平衡阀组成，在第二单向阀的出口处分别连接有第二溢流阀、第二压力继电器、蓄能器和第二压力表，压力补偿器与电液伺服阀并联使用，第二压力继电器控制第二电磁制动器作为绞车的制动元件。该发明系统具有如下特点：一是重物的吊放与波浪补偿互不干扰，在没有海浪的情况下，可以关闭补偿回路，此时整个系统功能与普通起重机相同，在海浪较大的情况下，打开补偿回路，可以进行有波浪补偿的吊装。二是波浪补偿精度高。三是系统柔性可调。四是系统安全可靠，两个油路均使用双向平衡阀的组合，防止重物滑车。由此可见，阀控液压缸式补偿系统的特征是响应快、吨位大，然而由于阀控液压缸式系统采用比例阀节流控制实现液压缸的伸缩速度、位置的控制，其节流口的压降全部产生热量而使油液升温，阀控系统的效率一般不高于30％，其缺点是系统效率低。
再例如申请号为CN201320599459.3的中国专利文件公开了一种二次马达控制波浪补偿系统，具有补偿响应高，能耗小，可操作性强，补偿精度高，稳定性高可调节范围大特点，适合多种吨位的和不同海况下作业的起重机波浪补偿系统。其技术方案为：采用二次马达进行控制，通过摆动二次马达摆角进行正反转补偿，加大了响应速度，二次马达角速度传感器输出的角位移及伺服缸位移传感器反馈的实际波浪位移所形成的闭环回路进行闭环控制补偿，提高了补偿精度。二次马达伺服缸控制单元的蓄能器来确保控制的稳定性，制动单元采用双电磁换向阀增加系统安全性，二次马达主油口采用二通插装阀来控制在保证安全的同时减小压损，通过充氮气控制单元调节气瓶压力来适应多种海况作业。该实用新型的二次马达控制波浪补偿系统的特征是系统效率高，结构简单，但吨位大时绞车直径将很大。
由此可知，阀控液压缸式补偿系统和二次马达控制补偿系统的技术较成熟，但分别存在不足，无法兼顾大吨位与高效率，整体综合性能有待进一步优化升级。
另外，还可采用闭式泵控液压缸式补偿系统，闭式泵控液压缸式补偿系统的液压泵的进出油口分别连接在液压缸的有杆腔和无杆腔，通过改变闭式泵的转速或者排量实现液压缸的控制，但由于大部分液压缸的两腔面积不同，故还需要额外的补油泵，当有杆腔进油和无杆腔出油时，系统由于面积差产生的多余油需要排回油箱。当有杆腔出油和无杆腔进油时，系统由于面积差而使无杆腔供油不足，需要补油泵补油。
因此，如何设计一种兼顾大吨位、高效率并减少控制元件数量的波浪补偿液压驱动系统就成为本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种容积式升沉补偿液压系统，包括液压缸、油箱、比例泵和电动机，液压缸为内部设有单活塞的双作用式液压缸，包括内部设置有活塞杆的有杆腔和内部无活塞杆的无杆腔，有杆腔和无杆腔由活塞相互隔离，且有杆腔和无杆腔的压力端口分别通过第一油路和第二油路连接于比例泵，并经由比例泵连接于油箱，比例泵由电动机驱动运行。
进一步地，比例泵可为一组或多组，每组比例泵各包括一个第一比例泵和一个第二比例泵，第一比例泵和第二比例泵分别设置于第一油路和第二油路上，每组比例泵各由一电动机驱动运行。
优选地，第一比例泵和/或第二比例泵与液压缸之间的第一油路和/或第二油路上设有充液开关阀。
进一步地，无杆腔包括相互隔离的第二无杆腔和第一无杆腔，第一无杆腔通过第二油路连接于第二比例泵，第二无杆腔通过第三油路连接于第一比例泵或者第二比例泵，并经由第一比例泵或者第二比例泵连接于油箱。
优选地，第三油路上设有蓄能器，蓄能器通过第三油路连接于液压缸的第二无杆腔的压力端口。
进一步地，第一比例泵或者第二比例泵与蓄能器之间的第三油路上设有被动补偿开关阀。
优选地，还包括将第一油路和第二油路相连通的第四油路，且第四油路上设有连通开关阀。
进一步地，液压缸的活塞杆的前端设有位移传感器。
本发明还提供一种升沉补偿吊装系统，包括船舶、设置在船舶上的波浪补偿绞车系统、围绕波浪补偿绞车系统的钢丝绳、吊装于钢丝绳末端的负载和承载钢丝绳的起重机滑轮组，钢丝绳沿着滑轮组进行伸缩和转向，还包括如上所述的容积式升沉补偿液压系统，滑轮组中的一个滑轮连接于活塞杆的前端，使得该一个滑轮可随着活塞杆的往复运动而运动。
优选地，活塞杆和上述一个滑轮的连接处设有位移传感器。
如上，本发明所提供的容积式升沉补偿液压系统和升沉补偿吊装系统，能够兼顾大吨位与高效率的要求，且液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过比例泵与油箱相连接，两台比例泵分别从油箱与液压缸之间吸排油，因此无需增加额外的补油泵进行补油，能够减少控制元件的数量，并进一步提高升沉补偿的系统效率和控制系统柔性。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
附图说明
下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明第一实施例中提供的容积式主动升沉补偿液压系统的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中提供的容积式主被动升沉补偿液压系统的结构示意图；
图3为本发明第三实施例中提供的升沉补偿吊装系统的整体结构示意图。
元件标号说明
1 液压缸
11 有杆腔
12 无杆腔
12a 第一无杆腔
12b 第二无杆腔
13 活塞
14 活塞杆
2 油箱
3 比例泵
31 第一比例泵
32 第二比例泵
4 电动机
51 第一油路
52 第二油路
53 第三油路
54 第四油路
61 充液开关阀
62 被动补偿开关阀
63 连通开关阀
7 位移传感器
8 滑轮
9 蓄能器
10 负载
010 船舶甲板/舱室
011 波浪补偿绞车系统
012 钢丝绳
013 容积式升沉补偿液压系统
014 起重机滑轮组
015 船舶运动传感器
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”，不应理解为对本发明的限制。
【第一实施例】
如图1中所示，本发明第一实施例提供了一种容积式主动升沉补偿液压系统，包括液压缸1、油箱2、两组比例泵3和电动机4，液压缸1为内部设有单活塞的双作用式液压缸，包括内部设置有活塞杆14的有杆腔11和内部无活塞杆的无杆腔12，有杆腔11和无杆腔12由活塞13相互隔离，且有杆腔11和无杆腔12的压力端口A、B分别通过第一油路51和第二油路52连接于比例泵3，并经由比例泵3连接于油箱2，其中，每组比例泵3各包括一个第一比例泵31和一个第二比例泵32，第一比例泵31和第二比例泵32分别设于第一油路51和第二油路52上，每组比例泵3各由一电动机4驱动运行。
具体地，液压缸1为双作用的单活塞液压缸。通常而言，液压缸可分为活塞式液压缸和柱塞式液压缸，其中，活塞式液压缸按液压力的作用情况划分有单作用式和双作用式。在单作用式液压缸中，液压油只供液压缸的一腔，靠液压力使液压缸缸实现单方向运动，反方向运动则靠外力(如弹簧力、自重或外部载荷等)来实现；而双作用式液压缸活塞两个方向的运动则通过两腔交替进油，靠液压力的作用来完成。本发明第一实施例中，液压缸1内部设置单独的一个活塞13，且活塞13两个方向的运动分别通过有杆腔11和无杆腔12两个腔体的液压力作用来完成。
进一步地，在第一油路51和/或第二油路52上设有充液开关阀61，该充液开关阀61设置于第一比例泵31和/或第二比例泵32与液压缸1的压力端口A和/或B之间。通过充液开关阀61来对第一油路51和/或第二油路52进行开通与关闭，从而控制油箱2中的液压油在各个比例泵3的作用下经由第一油路51和/或第二油路52进入有杆腔11和/或无杆腔12中。
更为优选地，本实施的容积式主动补偿液压系统可以包括一组或者多组比例泵3，其中，任一组比例泵3均包括至少一个第一比例泵31和至少一个第二比例泵32，并且每一组比例泵3分别配置一个电动机4作为动力元件，以驱动该组比例泵3中的第一比例泵31和第二比例泵32运行。本发明第一实施例中，液压缸1的有杆腔11和无杆腔12分别配置一个容积控制元件(本实施例的容积控制元件为比例泵3)进行单独控制，即称为负载容腔独立控制方式，这种控制方式的优点在于：当液压缸1向两个方向伸缩运动时，其负载特性是不同的，且各腔体吸排油的流量与比例泵3的转速或者排量呈基本线性的关系；如果仅采用一个容积控制元件对两个腔体的压力端口进行控制，那么两个压力端口的特性就会有互相影响。
更进一步地，本实施例中的液压缸1的活塞杆14的前端设有位移传感器7。该位移传感器7用于测量活塞杆14的位移量，并将测得的位移量反馈给控制系统，从而根据控制系统的信号控制活塞杆14往复运动。
以下以应用于波浪补偿作业来对本实施例中的容积式主动升沉补偿液压系统进行详细说明。
准备工作工况：当应用于波浪补偿起重机系统中时，如图1中所示，将活塞杆14的前端连接于滑轮8，该滑轮8通过围绕其上的钢丝绳承载负载10。启动电动机4，连接于压力端口A和/或压力端口B的充液开关阀61得电，起重机系统的控制器分别给定第一比例泵31和第二比例泵32信号，在第一比例泵31和第二比例泵32的作用下，液压油分别从第一油路51和第二油路52进入液压缸1的有杆腔11和无杆腔12中，控制器监测位移传感器7的数值，直到活塞杆14移动到预定的位置，系统准备工作阶段完成。
主动补偿工况：当负载10随着波浪升沉运动时，继续启动电动机4，连接于压力端口A和/或压力端口B的充液开关阀61得电，控制器根据船舶运动传感器015的波浪补偿的给定信号及位移传感器7的数值计算出并发送给第一比例泵31和第二比例泵32控制信号，在第一比例泵31和第二比例泵32的作用下，液压油分别从第一油路51和第二油路52进入液压缸1的有杆腔11和无杆腔12，控制活塞杆14往复运动，从而抵消由于波浪使负载10产生的附加运动。
上述主动式波浪补偿作业过程中，液压缸1的有杆腔11和无杆腔12分别通过第一比例泵31和第二比例泵32与油箱2相连接，两台比例泵3分别在油箱2与液压缸1之间吸排油，通过改变比例泵3的转速或者排量实现对活塞杆14的控制，无需增加额外的补油泵进行补油，从而减少控制元件的数量，进一步降低成本。
【第二实施例】
如图2中所示，本发明第二实施例提供了一种容积式主被动升沉补偿液压系统，包括液压缸1、油箱2、两组比例泵3和电动机4，液压缸1为内部设有单活塞的双作用式液压缸，包括内部设置有活塞杆14的有杆腔11和内部无活塞杆的无杆腔12，有杆腔11和无杆腔12由活塞13相互隔离，且有杆腔11和无杆腔12的压力端口A、B分别通过第一油路51和第二油路52连接于比例泵3，并经由比例泵3连接于油箱2，其中，每组比例泵3各包括一个第一比例泵31和一个第二比例泵32，第一比例泵31和第二比例泵32分别设于第一油路51和第二油路52上，每组比例泵3各由一电动机4驱动运行。其中，无杆腔12包括相互隔离的第一无杆腔12a和第二无杆腔12b，第一无杆腔12a通过第二油路52连接于第二比例泵32，第二无杆腔12b通过第三油路53连接于第二比例泵32，并经由第二比例泵32连接于油箱2。
本实施例的上述容积式主被动升沉补偿液压系统中，第二无杆腔12b也可以通过第三油路53连接于第一比例泵31，并经由第一比例泵31连接于油箱2，即第三油路53可以在任一比例泵的作用下得到控制，而不限于图2中所示的第二比例泵32。
其中，第三油路53上设有蓄能器9，蓄能器9通过第三油路53连接于液压缸1的第二无杆腔12b的压力端口C。本实施例中，蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置，它在适当的时机将系统中的能量转变为压力能储存起来，当系统需要时，又将压力能转变为液压或气压等能量而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。
优选地，在第一油路51和/或第二油路52上设有充液开关阀61，该充液开关阀61设置于第一比例泵31和/或第二比例泵32与液压缸1的压力端口A和/或B之间。通过充液开关阀61来对第一油路51和/或第二油路52进行开通与关闭，从而控制油箱2中的液压油在各个比例泵3的作用下经由第一油路51和/或第二油路52进入有杆腔11和/或无杆腔12中。
更进一步地，本发明第二实施例中，有杆腔11和第一无杆腔12a均作为主动补偿过程中使用的主动腔，第二无杆腔12b作为被动补偿过程中使用的被动腔。如图2所示，第一无杆腔12a可以为设置于活塞杆14内部的中空腔体，并且分别与有杆腔11和第二无杆腔12b相隔离，第一无杆腔12a的左侧固定于缸筒，当活塞杆14运动时，第一无杆腔12a的体积随之变化，整个第一无杆腔12a外壁与活塞杆14内孔配合并密封。第一无杆腔12a的压力端口B通过第二油路52连接至第二比例泵32，从而连通于油箱2，依靠第二比例泵32的驱动力从油箱2中吸进和排除液压油。第二无杆腔12b占据无杆腔12中的剩余腔体空间，其压力端口C通过第三油路53连接至第一比例泵31或者连接于第二比例泵32(本实施例中为连接于第二比例泵32)，从而连通于油箱2，也同样依靠第一比例泵31或者第二比例泵32的驱动力从油箱2中吸进和排出液压油。
进一步地，第三油路53上的第一比例泵31或者第二比例泵32与蓄能器9之间设有被动补偿开关阀62。该被动补偿开关阀62设置于第一比例泵31或第二比例泵32与液压缸2之间。通过被动补偿开关阀62来对第三油路53进行开通与关闭，从而控制油箱2中的液压油在各个比例泵3的作用下经由第三油路53进入第二无杆腔12b中。
优选地，如图2所示，本实施例的容积式主被动升沉补偿液压系统还包括将第一油路51和第二油路52相连通的第四油路54，且第四油路54上设有连通开关阀63。连通开关阀63的作用为：在被动补偿时，只需要蓄能器9作用在液压缸1，并与外负载实现力平衡，此时有杆腔11和第一无杆腔12a面积相等的情况下，两腔体相连通便不会再打破力平衡。本实施例的主被动容积式升沉补偿液压系统中，充液开关阀61可仅设置于第二油路52上，当连通开关阀63打开时，充液开关阀61可为第一油路51和第二油路52共用。
如图2所示，本实施的容积式升沉补偿液压系统可以包括一组或者多组比例泵3，其中，任一组比例泵3均包括至少一个第一比例泵31和至少一个第二比例泵32，并且每一组比例泵3分别配置一个电动机4作为动力元件，以驱动该组比例泵3中的第一比例泵31和第二比例泵32运行。本发明第二实施例中，液压缸1的有杆腔11和无杆腔12分别配置一个容积控制元件(本实施例的容积控制元件为比例泵3)进行单独控制，即称为负载容腔独立控制，这种控制方式的优点在于：当液压缸1向两个方向伸缩运动时，其负载特性是不同的，且各腔体吸排油的流量与比例泵3的转速或者排量呈基本线性的关系；如果仅采用一个容积控制元件对两个腔体的压力端口进行控制，那么两个压力端口的特性就会有互相影响。
更进一步地，本实施例中的液压缸1的活塞杆14的前端设有位移传感器7。该位移传感器7用于测量活塞杆14的位移量，并将测得的位移量反馈给控制系统，从而根据控制系统的信号控制活塞杆14往复运动。
以下以应用于波浪补偿作业来对本实施例中的容积式主被动升沉补偿液压系统进行详细说明。
准备工作工况：如图2中所示，活塞杆14的前端连接于滑轮8，该滑轮8通过围绕的钢丝绳承载负载10。启动电动机4，第一比例泵31和第二比例泵32空载转动，连接于压力端口A、B的充液开关阀61失电，连通开关阀63失电，被动补偿开关阀62得电，控制器给定第二比例泵32信号，液压油从第二比例泵32的高压口通过被动补偿开关阀62充入蓄能器9和液压缸的第二无杆腔12b，使蓄能器9和液压缸的第二无杆腔12b压力与负载平衡，第二无杆腔12b充液过程结束；被动补偿开关阀62失电，连通开关阀63失电，连接于第一无杆腔12a的充液开关阀61得电，控制器分别给定第一比例泵31和第二比例泵32信号，液压油分别从第一比例泵31和第二比例泵32的高压口进入液压缸1的有杆腔11和第一无杆腔12a，监测位移传感器7的数值，使液压缸1的活塞杆14移动到预定的位置，则系统准备工作阶段完成。
被动补偿工况：连接于第一无杆腔12a的充液开关阀61失电，连通开关阀63得电，被动补偿开关阀62失电，第一比例泵31和第二比例泵32的信号为0，负载10随波浪升沉的位移由蓄能器9实现被动控制，其补偿依靠蓄能器9气腔压力与油腔压力相互作用产生的蓄能器9充放液过程。
主被动补偿工况：启动电动机4，连通开关阀63失电，被动补偿开关阀62失电，蓄能器9与第二无杆腔12b连通并与负载10平衡，同时连接于第一无杆腔12a的充液开关阀61得电，控制器根据船舶运动传感器015的波浪补偿的给定信号及位移传感器7的数值计算出第一比例泵31和第二比例泵32的控制信号，液压油分别从第一比例泵31和第二比例泵32的高压口进入液压缸1的有杆腔11和第一无杆腔12a，控制活塞杆14在液压缸1中往复运动，从而抵消由于波浪使负载10产生的附加运动。
利用本发明第二实施例的容积式主被动升沉补偿液压系统进行的上述主被动式波浪补偿作业，能够兼顾大吨位与高效率的要求，且液压缸1的有杆腔11和无杆腔12分别通过比例泵3与油箱2相连接，两台比例泵3分别从油箱2与液压缸1之间吸排油，因此无需增加额外的补油泵进程补油，能够减少控制元件的数量，并进一步提高主动升沉补偿的系统效率和控制系统柔性。并且，本实施例在主被动补偿中负载重量由被动补偿进行平衡，主动补偿仅需提供较小的功率即可实现液压缸1的运动与升沉补偿，相对于单独的主动升沉补偿系统，能够更多地节省功率和进一步提高补偿效率。
【第三实施例】
如图3所示，本发明第三实施例提供了一种升沉补偿吊装系统，包括船舶甲板/舱室010、设置在船舶甲板/舱室010上的波浪补偿绞车系统011、围绕波浪补偿绞车系统011的钢丝绳012、吊装于钢丝绳012末端的负载10和承载钢丝绳012的起重机滑轮组014，钢丝绳012沿着起重机滑轮组014进行伸缩和转向，本实施例的升沉补偿吊装系统还包括容积式升沉补偿液压系统013，起重机滑轮组014中的一个滑轮8连接于活塞杆的前端，使得该一个滑轮8可随着活塞杆的往复运动而运动。
如图1或图2所示，容积式升沉补偿液压系统013包括液压缸1、油箱2、比例泵3和电动机4，液压缸1为内部设有单活塞的双作用式液压缸，包括内部设置有活塞杆14的有杆腔11和内部无活塞杆的无杆腔12，有杆腔11和无杆腔12由活塞13相互隔离，且有杆腔11和无杆腔12的压力端口A、B分别通过第一油路51和第二油路52连接于比例泵3，并经由比例泵3连接于油箱2，其中，比例泵3可为一组或多组，每组比例泵3各包括一个第一比例泵31和一个第二比例泵32，第一比例泵31和第二比例泵32分别设于第一油路51和第二油路52上，每组比例泵3各由一电动机4驱动运行。
其中，如图2所示，无杆腔12包括相互隔离的第一无杆腔12a和第二无杆腔12b，第一无杆腔12a通过第二油路52连接于油箱2，第二无杆腔12b通过第三油路53连接于第一比例泵31或者第二比例泵32(本实施例为连接于第二比例泵32，如图2所示)，并经由第一比例泵31或者第二比例泵32连接于油箱2。
第三油路53上设有蓄能器9，蓄能器9通过第三油路53连接于液压缸1的第二无杆腔12b的压力端口C。本实施例中，蓄能器9是液压气动系统中的一种能量储蓄装置，它在适当的时机将系统中的能量转变为压力能储存起来，当系统需要时，又将压力能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。
优选地，在第一油路51和/或第二油路52上设有充液开关阀61，该充液开关阀61设置于第一比例泵31和/或第二比例泵32与液压缸1的压力端口A和/或B之间。通过充液开关阀61来对第一油路51和/或第二油路52进行开通与关闭，从而控制油箱2中的液压油在各个比例泵3的作用下经由第一油路51和/或第二油路52进入有杆腔11和/或无杆腔12中。
更进一步地，本发明第三实施例中，有杆腔11和第一无杆腔12a均作为主动补偿过程中使用的主动腔，第二无杆腔12b作为被动补偿过程中使用的被动腔。如图2所示，第一无杆腔12a可以为设置于活塞杆14内部的中空腔体，并且分别与有杆腔11和第二无杆腔12b相隔离，第一无杆腔12a的左侧固定于缸筒，当活塞杆14运动时，第一无杆腔12a的体积随之变化，整个第一无杆腔12a外壁与活塞杆14内孔配合并密封。第一无杆腔12a的压力端口B通过第二油路52连接至第二比例泵32，从而连通于油箱2，依靠第二比例泵32的驱动力从油箱2中吸进和排除液压油。第二无杆腔12b占据无杆腔12中的剩余腔体空间，其压力端口C通过第三油路53连接至第一比例泵31或者连接于第二比例泵32(本实施例中为连接于第二比例泵32)，从而连通于油箱2，也同样依靠第一比例泵31或者第二比例泵32的驱动力从油箱2中吸进和排出液压油。
进一步地，第三油路53上的第一比例泵31或者第二比例泵32与蓄能器9之间设有被动补偿开关阀62。该被动补偿开关阀62设置于第一比例泵31或第二比例泵32与液压缸1之间。通过被动补偿开关阀62来对第三油路53进行开通与关闭，从而控制油箱2中的液压油在各个比例泵3的作用下经由第三油路53进入第二无杆腔12b中。
优选地，如图2所示，本实施例的容积式主被动升沉补偿液压系统还包括将第一油路51和第二油路52相连通的第四油路54，且第四油路54上设有连通开关阀63。连通开关阀63的作用为：在被动补偿时，只需要蓄能器9作用在液压缸1，并与外负载实现力平衡，此时有杆腔11和第一无杆腔12a面积相等的情况下，两腔体相连通便不会再打破力平衡。本实施例的主被动容积式升沉补偿液压系统中，充液开关阀61可仅设置于第二油路52上，当连通开关阀63打开时，充液开关阀61可为第一油路51和第二油路52共用。
本实施的容积式升沉补偿液压系统可以包括一组或者多组比例泵3，其中，任一组比例泵3均包括至少一个第一比例泵31和至少一个第二比例泵32，并且每一组比例泵3分别配置一个电动机4作为动力元件，以驱动该组比例泵3中的第一比例泵31和第二比例泵32运行。本发明第三实施例中，液压缸1的有杆腔11和无杆腔12分别配置一个容积控制元件(本实施例的容积控制元件为比例泵3)进行单独控制，即称为负载容腔独立控制，这种控制方式的优点在于：当液压缸1向两个方向伸缩运动时，其负载特性是不同的，且各腔体吸排油的流量与比例泵3的转速或者排量呈基本线性的关系；如果仅采用一个容积控制元件对两个腔体的压力端口进行控制，那么两个压力端口的特性就会有互相影响。
更进一步地，本实施例中的液压缸1的活塞杆14的前端设有位移传感器7。该位移传感器7用于测量活塞杆14的位移量，并将测得的位移量反馈给控制系统，从而根据控制系统的信号控制液压缸1往复运动。位移传感器7可位于活塞杆14和滑轮8的连接处。
综上所述，本发明公开的容积式升沉补偿液压系统和升沉补偿吊装系统，能够兼顾大吨位与高效率的要求，且液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过比例泵与油箱相连接，两台比例泵分别从油箱与液压缸之间吸排油，因此无需增加额外的补油泵进行补油，能够减少控制元件的数量，并进一步提高升沉补偿的系统效率和控制系统柔性。本发明提供的上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种容积式升沉补偿液压系统，其特征在于，包括液压缸、油箱、比例泵和电动机，所述液压缸为内部设有单活塞的双作用式液压缸，包括内部设置有活塞杆的有杆腔和内部无活塞杆的无杆腔，所述有杆腔和所述无杆腔由所述活塞相互隔离，且所述有杆腔和所述无杆腔的压力端口分别通过第一油路和第二油路连接于所述比例泵，并经由所述比例泵连接于所述油箱，所述比例泵由所述电动机驱动运行。
2.如权利要求1所述的容积式升沉补偿液压系统，其特征在于，所述比例泵可为一组或多组，且每组所述比例泵各包括一个第一比例泵和一个第二比例泵，所述第一比例泵和所述第二比例泵分别设置于所述第一油路和所述第二油路上，每组所述比例泵各由一所述电动机驱动运行。
3.如权利要求2所述的容积式升沉补偿液压系统，其特征在于，所述第一比例泵和/或所述第二比例泵与所述液压缸之间的所述第一油路和/或所述第二油路上设有充液开关阀。
4.如权利要求2所述的容积式升沉补偿液压系统，其特征在于，所述无杆腔包括相互隔离的第二无杆腔和第一无杆腔，所述第一无杆腔通过所述第二油路连接于所述第二比例泵，所述第二无杆腔通过第三油路连接于所述第一比例泵或者所述第二比例泵，并经由所述第一比例泵或者所述第二比例泵连接于所述油箱。
5.如权利要求4所述的容积式升沉补偿液压系统，其特征在于，所述第三油路上设有蓄能器，所述蓄能器通过所述第三油路连接于所述液压缸的所述第二无杆腔的压力端口。
6.如权利要求5所述的容积式升沉补偿液压系统，其特征在于，所述第一比例泵或者所述第二比例泵与所述蓄能器之间的所述第三油路上设有被动补偿开关阀。
7.如权利要求4所述的容积式升沉补偿液压系统，其特征在于，还包括将所述第一油路和所述第二油路相连通的第四油路，且所述第四油路上设有连通开关阀。
8.如权利要求1-7中任一所述的容积式升沉补偿液压系统，其特征在于，所述液压缸的所述活塞杆的端部设有位移传感器。
9.一种升沉补偿吊装系统，包括船舶、设置在所述船舶上的波浪补偿绞车系统、围绕所述波浪补偿绞车系统的钢丝绳、吊装于所述钢丝绳末端的负载和承载所述钢丝绳的起重机滑轮组，所述钢丝绳沿着所述滑轮组进行伸缩和转向，其特征在于，还包括如权利要求1-8中任一所述的容积式升沉补偿液压系统，所述滑轮组中的一个滑轮连接于所述活塞杆的前端，使得所述一个滑轮可随着所述活塞杆的往复运动而运动。
10.如权利要求9所述的升沉补偿吊装系统，其特征在于，所述活塞杆和所述一个滑轮的连接处设有位移传感器。
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