CN109026861B - 一种船用液压系统通用型减压装置及减压方法 - Google Patents
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Abstract
一种船用液压系统通用型减压装置，包括油箱一、单向变量液压泵、电动机和定值减压阀，所述油箱一和单向变量液压泵的油路上安装有第一滤油器，所述电动机通过联轴器带动单向变量液压泵旋转；其特征在于，所述单向变量液压泵连接有输出管路，所述输出管路通过分流阀分别连接有减压阀先导管路和减压阀进口管路；本发明的有益效果：该船用液压系统通用型减压装置只含有单向变量液压泵一个动力源，根据实际需要，通过调节可调溢流阀二节流口通流面积A，可以得到船舶甲板机械或装置所需要的任意大小的压力源，满足了不同船舶甲板液压机械正常工况及各种情况下的任意大小压力源的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种船用液压系统通用型减压装置及减压方法，属于船舶机械技术领域。
背景技术
在船舶甲板上，有很多液压机械或装置，如舱口盖启闭装置、锚机、绞缆机、起货机等，由于每一种液压机械所需的压力源大小不同，因此每一种液压机械都需要单独设置一套液压系统，结果每一种液压机械都有各自的液压油箱、液压泵、液压控制部件及液压辅件等，存在着液压系统投资成本增加、系统重复建设、浪费甲板空间等问题。如公布号CN101863421B公开了一种液控操作三联泵液压系统，包括有第一油泵、第二油泵、第三油泵、回转液压系统、吊臂伸缩液压系统、安全卸荷液压系统、起升液压系统、吊臂变幅液压系统、减压先导油源阀组及控制阀组；回转制动器、主、副卷扬制动器的启闭特性都采用恒压油源控制方式，都无需附加外力操作，智能自动的根据各动作的操作实现制动器的控制；根据各机构的不同启闭特性，对回转结构快开慢关的控制方式，对主、副卷扬机构慢开快关的控制方式，有效的消除系统的压力冲击；流量分配阀采用与负载无关的流量分配模式，有效的防止各执行机构之间产生的压力干涉导致负载压力高的执行机构动作缓慢或者无动作；整车系统中各元件高度集成化和模块化，方便维护。
发明内容
本发明的目的是针对现有船舶甲板机械存在的液压系统建设成本高、系统重复建设及占用甲板面积多等缺点或不足，提供一种无级降压、操作方便的船用液压系统通用型减压装置及其减压方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种船用液压系统通用型减压装置，包括油箱一、单向变量液压泵、电动机和定值减压阀，所述油箱一和单向变量液压泵的油路上安装有第一滤油器，所述电动机通过联轴器带动单向变量液压泵旋转；其特征在于，所述单向变量液压泵连接有输出管路，所述输出管路通过分流阀分别连接有减压阀先导管路和减压阀进口管路；
定值减压阀包括先导式减压阀的先导阀和先导式减压阀的主阀，其中：减压阀进口管路直接与先导式减压阀的主阀连接，减压阀先导管路与节流阀出口管路，减压阀先导管路与节流阀出口管路之间的管路上顺次安装有第一截止阀、可调节流阀二、单向阀一；节流阀出口管路与先导式减压阀的先导阀连接，所述节流阀出口管路与先导式减压阀的先导阀之间的管路上并联安装有第一压力表和第三截止阀，所述第三截止阀上连接有蓄能器；
所述定值减压阀连接有减压阀出口管路与三位四通换向阀连接，所述三位四通换向阀设有油路与执行元件连接，所述减压阀出口管路上还安装有第二压力表，第五截止阀和第三滤油器组成的管路与第四截止阀和第二滤油器组成的管路两者并联后串联在减压阀出口管路上，所述减压阀出口管路上还安装有单向阀二。
优先地，所述节流阀出口管路通过分支油路一连接有油箱二，所述分支油路一上还设有第二截止阀布设在节流阀出口管路附近，所述输出管路还设有分支油路二与分支油路一连接，所述分支油路二上还安装有第一溢流阀。
优先地，所述减压阀出口管路还连接有分支油路三与油箱四连接，所述分支油路三上还安装有第二溢流阀。
优先地，所述三位四通换向阀还连接有分支油路四与油箱三连接，所述分支油路四上安装有可调节流阀一。
基于上述装置，本发明还提出一种船用液压系统通用型减压方法，其特征在于，包括如下步骤，
1)启动电动机，通过联轴器带动单向变量液压泵工作，单向变量液压泵从油箱一吸入经第一滤油器净化的液压油，并排出高压油，进入输出管路，压力为p1；
2)通过分流阀分为两路，其中一路进入减压阀先导管路，另一路进入减压阀进口管路，在减压阀先导管路上，高压油依次通过第一截止阀、可调节流阀二、单向阀一；
3)通过执行元件铭牌上标注的额定压力为依据，改变可调节流阀二的节流口的通流面积A，使先导式减压阀的先导阀和先导式减压阀的主阀组成的定值减压阀的减压阀出口管路上的第二压力表显示的压力值等于执行元件的额定压力；
原理如下：即可调节流阀二节流口通流面积An对应于某个甲板执行元件的额定压力pn，当可调节流阀二节流口通流面积An改变，p1经减压后的压力pn也会变化，即可满足某个船舶甲板液压机械的使用。
可调节流阀二阀前后压力及流量满足孔口流量计算公式：
Q1＝K·A·(p1-p3)m (1)
其中：Q1-可调节流阀二的流量；
K-随可调节流阀二节流口形状和油液黏度而变得流量系数；
A-可调节流阀二节流口的通流截面积；
p1-可调节流阀二阀前压力；
p3-可调节流阀二阀后压力；
m-由可调节流阀二节流口形状决定的指数。
由公式(1)可推导出可调节流阀二阀后压力p3的表达式：
根据公式(2)可知，当改变可调节流阀二节流口通流面积A时，p3的大小也会跟着改变。
在可调压力的定值减压阀的先导阀部分：
p3·s1+k1·x1＝p4·s2 (3)
其中：s1-先导阀阀芯端面作用面积；
k1-先导阀的弹簧刚度；
x1-先导阀的弹簧变形量；
p4-主阀的上腔压力；
s2-先导阀阻尼口通流面积。
根据公式(3)可推导出：
由公式(4)可知，p4随着p3改变而改变。
在可调压力的定值减压阀的主阀部分：
p4·s3+k2·x2＝p2·s3 (5)
其中：s3-主阀的阀芯端面作用面积；
k2-主阀的弹簧刚度；
x2-主阀的弹簧变形量；
p2-主阀的出口压力。
由公式(5)推导出：
将公式(2)、公式(4)代入公式(6)，可得p2的表达式：
由公式(7)可知，当可调节流阀二节流口通流面积A发生改变时，p2的大小也会跟着改变，因此只要可调节流阀二节流口通流面积A改变至适当值时，就可以得到任意大小的压力值p2，即可以满足船舶甲板液压执行元件或装置任意大小压力源的需要。
本发明的有益效果：
1)该船用液压系统通用型减压装置只含有单向变量液压泵一个动力源，根据实际需要，通过调节可调溢流阀二节流口通流面积A，可以得到船舶甲板机械或装置所需要的任意大小的压力源，满足了不同船舶甲板液压机械正常工况及各种情况下的任意大小压力源的需要；
2)可调溢流阀二节流口通流面积A变化时，定值减压阀出口管路的压力p2也会跟着改变，即可调溢流阀二节流口通流面积A与定值减压阀的出口管路的压力p2一一对应，实现了定值减压阀出口压力的无级调节；
3)该船用甲板液压系统减压装置中的第一溢流阀、第二溢流阀、蓄能器等部件，保障了系统的可靠及安全性；
4)该船用甲板液压系统减压装置中的第一压力表和第二压力表指示出系统的工作压力，给系统运行性能的判定提供了依据，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明船用液压系统通用型减压装置的原理图；
图2为定值减压阀结构图。
具体实施方式
实施例1
如图所示，一种船用液压系统通用型减压装置，包括油箱一1、单向变量液压泵3、电动机29和定值减压阀47，所述油箱一1和单向变量液压泵3的油路上安装有第一滤油器2，所述电动机29通过联轴器30带动单向变量液压泵3运动；所述单向变量液压泵3连接有输出管路4，所述输出管路4通过分流阀8分别连接有减压阀先导管路27和减压阀进口管路23；
定值减压阀47包括先导式减压阀的先导阀14和先导式减压阀的主阀16，其中：减压阀进口管路23直接与先导式减压阀的主阀16连接，减压阀先导管路27与节流阀出口管路26连接，减压阀先导管路27与节流阀出口管路26之间的管路上顺次安装有第一截止阀9、可调节流阀二10、单向阀一11；节流阀出口管路26与连接先导式减压阀的先导阀14连接，所述节流阀出口管路26与连接先导式减压阀的先导阀14之间的管路上并联安装有第一压力表19和第三截止阀15，所述第三截止阀15上连接有蓄能器13。
所述定值减压阀47连接有减压阀出口管路28与三位四通换向阀5连接，所述三位四通换向阀5设有油路与执行元件6连接，所述减压阀出口管路28上还安装有第二压力表43，第五截止阀21和第三滤油器22组成的管路与第四截止阀20和第二滤油器17组成的管路两者并联后串联在减压阀出口管路28上，所述减压阀出口管路28上还安装有单向阀二18。
此外，节流阀出口管路26通过分支油路一50连接有油箱二24，所述分支油路一50上还设有第二截止阀12布设在节流阀出口管路26附近，所述输出管路4还设有分支油路二53与分支油路一50连接，所述分支油路二53上还安装有第一溢流阀44。
减压阀出口管路28还连接有分支油路三51与油箱四46连接，所述分支油路三51上还安装有第二溢流阀45。三位四通换向阀5还连接有分支油路四52与油箱三25连接，所述分支油路四52上安装有可调节流阀一7。
上述装置的工作方法如下，启动电动机29，通过联轴器30带动单向变量液压泵3工作，单向变量液压泵3从油箱一1吸入经第一滤油器2净化的液压油，并排出高压油，压力为p1，压力大小一般为20MPa及以上。不同船舶甲板液压机械所需要的压力源大小各不相同，其额定压力可能小于或远远小于单向变量液压泵3排出的高压油的压力，如将单向变量液压泵3排出的高压油不经过减压，直接输送给这些甲板液压机械，可能导致这些甲板液压机械损坏或更严重的安全事故。以某甲板液压机械配套使用的执行元件6为例进行说明。根据执行元件6铭牌上标注的额定压力为依据，改变可调节流阀二10的节流口的通流面积A，使先导阀14和主阀16组成的定值减压阀47的出口管路28上的第二压力表43显示的压力值等于执行元件6的额定压力，即可调节流阀二10节流口通流面积An对应于某个甲板液压机械的额定压力pn，当可调节流阀二10节流口通流面积An改变，p1经减压后的压力pn也会变化，就可以供给其他甲板液压机械配套的执行元件进行使用。
单向变量液压泵3排出的高压油p1经过减压后变成p2，具体如下：因为某种原因，减压阀出口管道28的液压油压力p2升高时，先导阀14右腔压力p4也跟着升高，当p4大于节流阀出口管路26的压力p3和先导阀弹簧39的作用力之和，先导阀阀芯31向左运动，先导阀14中的液压油经泄油口32泄走，主阀芯36上腔的液压油压力p4减小，导致主阀芯36下端的压力p2大于主阀芯36上端的压力p4与主阀弹簧42的弹力之和，结果主阀芯36向上运动，减压阀节流口开度K减小，减压阀出口管道28液压油压力p2减小，最终仍能保证p2压力基本不变。
当可调节流阀二10节流口通流面积A变化时，节流阀出口管路26液压油压力p3会跟着变化，根据先导阀14阀芯31的平衡关系，p4也会变化。由于主阀芯36上腔液压油的压力p4变化，根据主阀16阀芯36平衡关系，p2也会变化，减压阀节流口35开度K必然改变。也就是说，可调节流阀二10节流口通流面积A与减压阀出口管道28液压油的压力p2存在对应关系，即改变可调节流阀二10节流口通流面积A至适当值时，就可以得到某船舶甲板液压机械所需要的额定压力p2。就可以输出供给某船舶甲板液压机械配套的执行元件6使用，使其能够满足正常工况或其他情况的工作要求。执行元件6的工作情况由三位四通换向阀5来决定，具体如下：①当三位四通换向阀5处于中位时，压力为p2的液压油依次经过第五截止阀21与第三滤油器22或第四截止阀20与第二滤油器17、单向阀二18以及可调节流阀一7返回到油箱三25，此时执行元件6锁闭，该执行元件6对应的某船舶甲板液压机械也不工作，处于随时可以工作的状态。②三位四通换向阀5处于左位时，压力为p2的液压油依次经过第五截止阀21与第三滤油器22或第四截止阀20与第二滤油器17以及单向阀二18进入执行元件6的左端，推动执行元件6的活塞从左往右运动，执行元件6右端的低压液压油经过可调节流阀一7回到油箱三25。③三位四通换向阀5处于右位时，压力为p2的液压油依次经过第五截止阀21与第三滤油器22或第四截止阀20与第二滤油器17以及单向阀二18进入执行元件6的右端，推动执行元件6的活塞从右往左运动，执行元件6左端的低压液压油经过可调节流阀一7回到油箱三25。其中：第五截止阀21和第三滤油器22组成的管路与第四截止阀20和第二滤油器17组成的管路作用相同，互为备用，其中一条管道工作，另一条管道就可以对滤油器进行清洗或检修，这样能够更好地保障系统的安全及可靠工作。
当先导阀14的液压油路要求较长时间的保压时，蓄能器13发挥作用，释放蓄能器中储存的压力油，可以补偿液压油路的泄漏，主要保持恒压，以保证先导阀14减压的可靠。同时蓄能器13可作为该减压装置的辅助动力源，在紧急情况下，可以给系统短时间供应动力源。蓄能器13还起着吸收振动、减少液压冲击等作用。
此外，本装置还包括多个溢流阀等零部件，避免系统压力过高，起着安全保护作用。当管道阻塞、阀门未开足等原因导致单向变量液压泵3排出油液的压力过高，其压力超过第一溢流阀44的启阀压力时，单向变量液压泵3排出的油液会直接经过第一溢流阀44溢流回油箱二24。当定值减压阀47的出口管路28的压力过高，其压力超过第二溢流阀45的启阀压力，第二溢流阀45动作，定值减压阀47出来的油液直接通过第二溢流阀45溢流回油箱四46内。第一溢流阀44的启阀压力是根据单向变量液压泵3的额定压力设定，第二溢流阀45的启阀压力是根据船舶甲板液压机械的工作压力设定的。
在图2中，单向变量液压泵3排出的高压油进入减压阀进口管道23，其压力为p1，经减压阀节流口35节流降压后进入减压阀出口管道28，其压力变为p2，实现减压的目的，满足不同船舶甲板机械对于不同额定压力的要求。压力为p2的液压油经过减压阀主阀芯36与减压阀主阀16的阀体37之间的阻尼孔40，作用在主阀芯36的下端，再经过主阀芯36中心孔和先导阀14的斜孔进入先导阀14的右腔，其压力降为为p4，压力为p4的液压油经过阻尼口38作用在先导阀14的阀芯30的右端。当p4小于节流阀出口管路26的压力p3和先导阀弹簧39的作用力之和，先导阀阀芯31保持静止，此时主阀芯36下端的压力p2等于主阀芯36上端的压力p4与主阀弹簧42的弹力之和，此时主阀16的主阀芯36也保持静止，减压阀节流口35开度K保持不变。
基于上述装置，本发明还提出一种船用液压系统通用型减压方法，包括如下步骤，
1)启动电动机29，通过联轴器30带动单向变量液压泵3工作，单向变量液压泵3从油箱一1吸入经第一滤油器2净化的液压油，并排出高压油，进入输出管路4，压力为p1；
2)通过分流阀8分为两路，其中一路进入减压阀先导管路27，另一路进入减压阀进口管路23，在减压阀先导管路27上，高压油依次通过第一截止阀9、可调节流阀二10、单向阀一11；
3)通过执行元件6铭牌上标注的额定压力为依据，改变可调节流阀二10的节流口的通流面积A，使先导式减压阀的先导阀14和先导式减压阀的主阀16组成的定值减压阀47的减压阀出口管路28上的第二压力表43显示的压力值等于执行元件6的额定压力；
原理如下：即可调节流阀二10节流口通流面积An对应于某个甲板执行元件的额定压力pn，当可调节流阀二10节流口通流面积An改变，p1经减压后的压力pn也会变化，即可满足某个船舶甲板液压机械的使用。
可调节流阀二10阀前后压力及流量满足孔口流量计算公式：
Q1＝K·A·(p1-p3)m (1)
其中：Q1-可调节流阀二10的流量；
K-随可调节流阀二10节流口形状和油液黏度而变得流量系数；
A-可调节流阀二10节流口的通流截面积；
p1-可调节流阀二10阀前压力；
p3-可调节流阀二10阀后压力；
m-由可调节流阀二10节流口形状决定的指数。
由公式(1)可推导出可调节流阀二10阀后压力p3的表达式：
根据公式(2)可知，当改变可调节流阀二10节流口通流面积A时，p3的大小也会跟着改变。
在可调压力的定值减压阀47的先导阀14部分：
p3·s1+k1·x1＝p4·s2 (3)
其中：s1-先导阀14阀芯端面作用面积；
k1-先导阀14弹簧的刚度；
x1-先导阀14弹簧的变形量；
p4-主阀16上腔的压力；
s2-先导阀14阻尼口通流面积。
根据公式(3)可推导出：
由公式(4)可知，p4随着p3改变而改变。
在可调压力的定值减压阀47的主阀16部分：
p4·s3+k2·x2＝p2·s3 (5)
其中：s3-主阀16的阀芯36的端面作用面积；
k2-主阀16的弹簧42刚度；
x2-主阀16的弹簧(42)变形量；
p2-主阀16的出口压力。
由公式(5)推导出：
将公式(2)、公式(4)代入公式(6)，可得p2的表达式：
由公式(7)可知，当可调节流阀二10节流口通流面积A发生改变时，p2的大小也会跟着改变，因此只要可调节流阀二10节流口通流面积A改变至适当值时，就可以得到任意大小的压力值p2，即可以满足船舶甲板液压执行元件或装置任意大小压力源的需要。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种船用液压系统通用型减压装置，包括油箱一(1)、单向变量液压泵(3)、电动机(29)和定值减压阀(47)，所述油箱一(1)和单向变量液压泵(3)的油路上安装有第一滤油器(2)，所述电动机(29)通过联轴器(30)带动单向变量液压泵(3)旋转；其特征在于，所述单向变量液压泵(3)连接有输出管路(4)，所述输出管路(4)通过分流阀(8)分别连接有减压阀先导管路(27)和减压阀进口管路(23)；
定值减压阀(47)包括先导式减压阀的先导阀(14)和先导式减压阀的主阀(16)，其中：减压阀进口管路(23)直接与先导式减压阀的主阀(16)连接，减压阀先导管路(27)与节流阀出口管路(26)连接，减压阀先导管路(27)与节流阀出口管路(26)之间的管路上顺次安装有第一截止阀(9)、可调节流阀二(10)、单向阀一(11)；节流阀出口管路(26)与先导式减压阀的先导阀(14)连接，所述节流阀出口管路(26)与连接先导式减压阀的先导阀(14)之间的管路上并联安装有第一压力表(19)和第三截止阀(15)，所述第三截止阀(15)上连接有蓄能器(13)；
所述定值减压阀(47)连接有减压阀出口管路(28)与三位四通换向阀(5)连接，所述三位四通换向阀(5)设有油路与执行元件(6)连接，所述减压阀出口管路(28)上还安装有第二压力表(43)，第五截止阀(21)和第三滤油器(22)组成的管路与第四截止阀(20)和第二滤油器(17)组成的管路两者并联后串联在减压阀出口管路(28)上，所述减压阀出口管路(28)上还安装有单向阀二(18)。
2.如权利要求1所述的船用液压系统通用型减压装置，其特征在于，所述节流阀出口管路(26)通过分支油路一(50)连接有油箱二(24)，所述分支油路一(50)上还设有第二截止阀(12)布设在节流阀出口管路(26)附近，所述输出管路(4)还设有分支油路二(53)与分支油路一(50)连接，所述分支油路二(53)上还安装有第一溢流阀(44)。
3.如权利要求1所述的船用液压系统通用型减压装置，其特征在于，所述减压阀出口管路(28)还连接有分支油路三(51)与油箱四(46)连接，所述分支油路三(51)上还安装有第二溢流阀(45)。
4.如权利要求1所述的船用液压系统通用型减压装置，其特征在于，所述三位四通换向阀(5)还连接有分支油路四(52)与油箱三(25)连接，所述分支油路四(52)上安装有可调节流阀一(7)。
5.一种船用液压系统通用型减压方法，其特征在于，包括如下步骤，
1)启动电动机(29)，通过联轴器(30)带动单向变量液压泵(3)工作，单向变量液压泵(3)从油箱一(1)吸入经第一滤油器(2)净化的液压油，并排出高压油，进入输出管路(4)，压力为p1；
2)通过分流阀(8)分为两路，其中一路进入减压阀先导管路(27)，另一路进入减压阀进口管路(23)，在减压阀先导管路(27)上，高压油依次通过第一截止阀(9)、可调节流阀二(10)、单向阀一(11)；
3)通过执行元件(6)铭牌上标注的额定压力为依据，改变可调节流阀二(10)的节流口的通流面积A，使先导式减压阀的先导阀(14)和先导式减压阀的主阀(16)组成的定值减压阀(47)的减压阀出口管路(28)上的第二压力表(43)显示的压力值等于执行元件(6)的额定压力；
原理如下：即可调节流阀二(10)节流口通流面积An对应于某个船舶甲板液压机械配套的执行元件的额定压力pn，当可调节流阀二(10)节流口通流面积An改变，p1经减压后的压力pn也会变化，即可满足某个船舶甲板液压机械的使用；
可调节流阀二(10)阀前后压力及流量满足孔口流量计算公式：
Q1＝K·A·(p1-p3)m (1)
其中：Q1-可调节流阀二(10)的流量；
K-随可调节流阀二(10)节流口形状和油液黏度而变的流量系数；
A-可调节流阀二(10)节流口的通流截面积；
p1-可调节流阀二(10)阀前压力；
p3-可调节流阀二(10)阀后压力；
m-由可调节流阀二(10)节流口形状决定的指数；
由公式(1)可推导出可调节流阀二(10)阀后压力p3的表达式：
根据公式(2)可知，当改变可调节流阀二(10)节流口通流面积A时，p3的大小也会跟着改变；
在可调压力的定值减压阀(47)的先导阀(14)部分：
p3·s1+k1·x1＝p4·s2 (3)
其中：s1-先导阀(14)阀芯端面作用面积；
k1-先导阀(14)弹簧的刚度；
x1-先导阀(14)弹簧的变形量；
p4-主阀(16)上腔的压力；
s2-先导阀(14)阻尼口通流面积；
根据公式(3)可推导出：
由公式(4)可知，p4随着p3改变而改变；
在可调压力的定值减压阀(47)的主阀(16)部分：
p4·s3+k2·x2＝p2·s3 (5)
其中：s3-主阀(16)阀芯(36)的端面作用面积；
k2-主阀(16)弹簧(42)的刚度；
x2-主阀(16)弹簧(42)的变形量；
p2-主阀(16)的出口压力；
由公式(5)推导出：
将公式(2)、公式(4)代入公式(6)，可得p2的表达式：
由公式(7)可知，当可调节流阀二(10)节流口通流面积A发生改变时，p2的大小也会跟着改变，因此只要可调节流阀二(10)节流口通流面积A改变至适当值时，就可以得到任意大小的压力值p2，即可以满足船舶甲板液压执行元件或装置任意大小压力源的需要。
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