CN107742941A - 一种能够在深海环境工作的伺服电动缸 - Google Patents

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徐维
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Abstract

本发明涉及一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其包括：伺服电动缸(100)和压力补偿器(200)；压力补偿器(200)的活塞外侧的外腔与海水相通，活塞内侧的内腔充有绝缘液压油，且该内腔中的绝缘液压油与伺服电动缸(100)的缸筒、伺服电机的减速器和传动系的齿轮箱中的绝缘液压油相通。本发明将伺服电机与传动机构、深海压力补偿器、电控装置等进行高度集成化设计，形成独立控制的直线作动器，利用伺服电机驱动实现力、位置、速度的高精度控制，利用压力补偿器对海水压力进行平衡，实现深海防腐和密封等问题，以满足其深海工作条件。该伺服电动缸可用于深海等特殊直线驱动场合，具有很高输出精度和效率，能对运动进行精确控制。

Description

一种能够在深海环境工作的伺服电动缸
技术领域
本发明涉及电动缸技术领域，尤其涉及一种能够在深海环境工作的伺服电动缸。
背景技术
随着陆地资源长期开采日渐枯竭，从走向海洋资源开发的总趋势。而海洋资源的开发、利用与保护，需要进行海底探测、取样以及水下施工等，各种水下仪器设备成为完成上述任务的必要工具。由于海水环境的特殊性，在研制水下仪器设备时需要解决海水密封、海水压力、海水腐蚀等关键性问题。
直线作动器作为现代工业设备研发的重要装置一直以来受到人们的强烈关注。然而，由于海洋环境的特殊性，能够用于深海环境的直线作动器还没有发现。
作为直线作动器之一的伺服电动缸是随着现代工业的发展而逐步发展起来的动力基础部件。它是集成的高性能直线作动器，可将伺服电机的旋转运动转化为直线运动，能够实现精确的力、位置、速度控制。由于其优良的性能及可靠的品质，已逐步在工业及国防等各领域得到了应用，且增长速度很快，具有十分良好的市场前景。然而，由于深海环境的特殊性，海水密封、海水压力、海水腐蚀等关键性问题，使得现有的伺服电动缸依然无法应用于深海环境中。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其能够克服深海环境中的海水压力、海水腐蚀以及海水密封等关键问题，使得本发明能够适用于深海环境中。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
本发明提供一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其包括：
伺服电动缸和压力补偿器；
所述压力补偿器的活塞外侧的外腔与海水相通，活塞内侧的内腔充有绝缘液压油，且该内腔中的绝缘液压油与所述伺服电动缸的缸筒、伺服电机的减速器和传动系的齿轮箱中的绝缘液压油相通。
更优选地，所述压力补偿器包括：
内设补偿腔体的筒体和置于筒体内部的活塞；其中所述补偿腔体被活塞分割为两部分：内腔和外腔；
所述内腔中充有绝缘液压油，所述外腔中充满海水；
所述压力补偿器上开有通油口；该通油口一端与内腔相通，另一端与伺服电动缸的缸筒、伺服电机的减速器和传动系的齿轮箱相通。
更优选地，所述通油口位置处固定输油管，基于该输油管使压力补偿器的内腔与伺服电动缸的缸筒内腔以及传动系的齿轮箱相连接。
更优选地，在压力补偿器内腔侧的筒体上开有补油口与卸油口；所述补油口位于所述内腔的上部，且与所述内腔相通；所述卸油口位于所述内腔的底部，且与所述内腔相通；所述补油口和所述卸油口上均设置有堵塞。
更优选地，所述伺服电动缸包括：
伺服电机、传动系、缸筒、丝杠、轴承支撑、螺母、推杆法兰、推杆套筒和缸筒支撑盖；
伺服电机通过传动系以定减速比传输动力带动丝杠作旋转运动，丝杠的左端由轴承支撑内的轴承支撑，右端伸入推杆套筒内；螺母套接在丝杠上，推杆套筒的左端通过推杆法兰与螺母固定并位于缸筒内，推杆套筒的右端穿出缸筒支撑盖。
更优选地，所述伺服电动缸的缸筒以及推杆套筒采用铝合金材料制作。
更优选地，在所述伺服电动缸的缸筒外部以及推杆套筒的外部表面覆盖保护层。
更优选地，对所述伺服电动缸的缸筒以及推杆套筒采用阴极保护。
更优选地，在所述缸筒支撑盖内部以及所述活塞外部设置密封件进行密封；所述密封件采用模压成型的O形橡胶圈。
由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：
1、本发明将伺服电机与传动机构、深海压力补偿器、电控装置等进行高度集成化设计，形成一个独立控制的直线作动器，利用伺服电机驱动实现力、位置、速度的高精度控制，利用压力补偿器对海水压力进行平衡，通过一系列的技术手段实现深海防腐和密封等问题，以满足其深海工作条件。
2、该伺服电动缸可以用于深海等特殊直线驱动场合，具有很高的输出精度和效率，能够对运动进行精确地控制。
附图说明
图1为本发明的一种能够在深海环境工作的伺服电动缸的结构示意图；
图2为本发明中的伺服电动缸的结构示意图；
图3为本发明中的压力补偿器的工作原理图。
图中：
伺服电动缸100、压力补偿器200；伺服电机1、传动系2、缸筒3、丝杠4、轴承支撑5、螺母7、推杆法兰8、推杆套筒9、缸筒支撑盖10；内腔201、外腔202、活塞203、通油口204、补油口205、卸油口206。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施例一
本发明提供一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其结构如图1所示，包括：伺服电动缸100和压力补偿器200。压力补偿器200的活塞外侧的外腔与海水相通，活塞内侧的内腔充有绝缘液压油，且该内腔中的绝缘液压油与伺服电动缸的缸筒、伺服电机的减速器和传动系的齿轮箱中的绝缘液压油相通。
上述伺服电动缸100的结构如图2所示，包括：伺服电机1、传动系2、缸筒3、丝杠4、轴承支撑5、螺母7、推杆法兰8、推杆套筒9和缸筒支撑盖10。
伺服电机1通过传动系2以定减速比传输动力带动丝杠4作旋转运动，丝杠4的左端由轴承支撑5内的轴承支撑，右端伸入推杆套筒9内；螺母7套接在丝杠4上，推杆套筒9的左端通过推杆法兰8与螺母7固定并位于缸筒3内，推杆套筒9的右端穿出缸筒支撑盖10。缸筒3的左端固定在轴承支撑5上，右端固定在缸筒支撑盖10上。
上述压力补偿器200的结构如图3所示，
该压力补偿器200包括：内设补偿腔体的筒体和置于筒体内部的活塞203。其中补偿腔体被活塞分割为两部分：内腔201和外腔202。其中内腔201中充有绝缘液压油，外腔202充满海水。
在压力补偿器200上开有通油口204；该通油口204一端与内腔201相通，另一端与伺服电动缸的缸筒、伺服电机的减速器和传动系的齿轮箱相通，以使绝缘液压油充满这些位置处。该通油口204位置处也可以固定输油管使压力补偿器的内腔201与伺服电动缸100的缸筒内腔以及齿轮箱相连接。
随着伺服电动缸的工作，伺服电动缸100的缸筒以及齿轮箱内部充满的液态绝缘油液会逐渐减少，所以伺服电动缸100的油压会慢慢地减少。压力补偿器内腔201中的压力会小于压力补偿器外腔202的压力，压力补偿器的活塞在海水压力作用下的移动，直至压力补偿器内腔201的油压与外腔202的水压达到平衡。
在压力补偿器200的作用下,伺服电动缸100的缸筒将会受到较小的内外压差，那么伺服电动缸100的缸筒及传动系的齿轮箱的壁厚可以做的很薄，而且密封也很可靠，可以达到轻巧、低耗设计的目的。
为了保证设备的安全和轻量化，在压力补偿器内腔201侧的筒体上开有补油口205与卸油口206。补油口205位于内腔201的上部，且与内腔201相通。卸油口206位于内腔201的底部，且与内腔201相通。补油口205和卸油口206上均设置有堵塞。在安装运输压力补偿器200时并不充油，在进入海底工作前进行油液的灌装和密封。
本发明的伺服电动缸在深海工作时，伺服电动缸中缸筒外部以及推杆组件是与海水直接接触的部分。由于海水具有一定的腐蚀性，需要对这些地方进行一系列的防腐措施。具体采用如下措施：
上述伺服电动缸的缸筒3以及推杆套筒9采用铝合金材料制作。
在伺服电动缸的缸筒3的外部以及推杆套筒9的表面覆盖保护层，也可以在此保护层基础上进一步采用阴极保护。如在缸筒的外部以及推杆组件的推杆上喷涂防腐涂层(3LPP防腐涂层、陶氏新型3LPE管道防腐涂层、高性能复合涂层(HPCC)等)。对于推杆套筒9，由于其长时间的处于运动和摩擦状态，更优选地，推杆套筒9上喷涂的防腐涂层选用耐磨性的防腐材料，如环氧类防腐材料。
对于深海的密封问题，由于采用了压力补偿器，在一定程度上平衡了伺服电动缸结构内外部的压力，很大程度上降低了结构的密封难度。然而，由于压力补偿器中存在需要随海水压力变化位置的活塞203，以及伺服电动缸执行动作时的推杆套筒9。活塞203需要与海水以及压力补偿器筒体内部来回接触；而推杆套筒9需要与海水以及伺服电动缸的缸筒3内部进行来回接触。尤其是推杆套筒9，在伸出时几乎全部与海水接触，在收缩时又会完全处于伺服电动缸的缸筒3内部。这对于密封是一个很大的挑战，是一种深海动态密封。本发明在缸筒支撑盖10内部以及活塞203外部设置密封件进行密封，该密封件采用高性能橡胶模压成型的O形橡胶圈，该种橡胶具有很好的耐磨和动态密封性能。
由上述可以看出，本发明利用伺服电机驱动实现力、位置、速度的高精度控制，利用压力补偿器对海水压力进行平衡，通过一系列的技术手段实现深海防腐和密封等温蒂，以满足其深海工作条件。该伺服电动缸可以用于深海等特殊直线驱动场合，具有很高的输出精度和效率，能够对运动进行精确地控制。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (9)

1.一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其特征在于，所述伺服电动缸包括：
伺服电动缸(100)和压力补偿器(200)；
所述压力补偿器(200)的活塞外侧的外腔与海水相通，活塞内侧的内腔充有绝缘液压油，且该内腔中的绝缘液压油与所述伺服电动缸(100)的缸筒、伺服电机的减速器和传动系的齿轮箱中的绝缘液压油相通。
2.根据权利要求1所述的一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其特征在于，所述压力补偿器(200)包括：
内设补偿腔体的筒体和置于筒体内部的活塞(203)；其中所述补偿腔体被活塞分割为两部分：内腔(201)和外腔202)；
所述内腔(201)中充有绝缘液压油，所述外腔202)中充满海水；
所述压力补偿器(200)上开有通油口(204)；该通油口(204)一端与内腔(201)相通，另一端与伺服电动缸的缸筒、伺服电机的减速器和传动系的齿轮箱相通。
3.根据权利要求2所述的一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其特征在于，所述通油口(204)位置处固定输油管，基于该输油管使压力补偿器的内腔(201)与伺服电动缸(100)的缸筒内腔以及传动系的齿轮箱相连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其特征在于，
在压力补偿器内腔(201)侧的筒体上开有补油口(205)与卸油口(206)；
所述补油口(205)位于所述内腔(201)的上部，且与所述内腔(201)相通；
所述卸油口(206)位于所述内腔(201)的底部，且与所述内腔(201)相通；
所述补油口(205)和所述卸油口(206)上均设置有堵塞。
5.根据权利要求2或3所述的一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其特征在于，所述伺服电动缸(100)包括：
伺服电机(1)、传动系(2)、缸筒(3)、丝杠(4)、轴承支撑(5)、螺母(7)、推杆法兰(8)、推杆套筒(9)和缸筒支撑盖(10)；
伺服电机(1)通过传动系(2)以定减速比传输动力带动丝杠(4)作旋转运动，丝杠(4)的左端由轴承支撑(5)内的轴承支撑，右端伸入推杆套筒(9)内；螺母(7)套接在丝杠(4)上，推杆套筒(9)的左端通过推杆法兰(8)与螺母(7)固定并位于缸筒(3)内，推杆套筒(9)的右端穿出缸筒支撑盖(10)。
6.根据权利要求5所述的一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其特征在于，
所述伺服电动缸(100)的缸筒(3)以及推杆套筒(9)采用铝合金材料制作。
7.根据权利要求5所述的一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其特征在于，在所述伺服电动缸(100)的缸筒(3)外部以及推杆套筒(9)的外部表面覆盖保护层。
8.根据权利要求7所述的一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其特征在于，对所述伺服电动缸(100)的缸筒(3)以及推杆套筒(9)采用阴极保护。
9.根据权利要求5所述的一种能够在深海环境工作的伺服电动缸，其特征在于，在所述缸筒支撑盖(10)内部以及所述活塞(203)外部设置密封件进行密封；所述密封件采用模压成型的O形橡胶圈。
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