CN1090297C - 操纵液压附件的装置 - Google Patents

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Abstract

船舶工程上常用的向许多附件(如旋转致动器、伺服马达等)集中供压力介质的系统有许多缺点，诸如一个致动器损坏可能使全系统失效；要持续维持高压和需复杂的中央控制成本很高；长管道泄漏会污染环境等。本发明能有效克服上述缺点，它基于用液压/电气紧密结构单元驱动各附件，所有操纵附件的元件集装成一单元，每一单元或工作站(A，B，C)各自配置小型液压源以分散供液方式省去连接管路，各单元仍由中央控制板实施集中驱动控制。

Description

操纵液压附件的装置
本发明是关于用来操纵液压附件的装置，特别是用于船舶工程上。
在船舶上折合盖板的旋转式致动器(或执行机构)、阀门的伺服马达和类似的液压工作附件(通常称液压附件—下同)，由一中央集中液压源供给压力介质，从控制盒把压力介质泵送至各附件，这些附件可能距控制盒有相当远的距离。
压力介质管路存在多种不利因素，诸如在长管路中的压力介质具有可压缩性；承受高液压的附件由于负载作用可能开启；在甲板上或甲板下方可能发生泄漏；存在环境污染的问题；在试运转之前和修理后向整个管路系统充满油需花费时间以及由于控制元件所产生的节流损失等。特别是关系到整个系统的安全问题是最关紧要的因素。
在船舶工程上，在某些情况下需由中央供给站向约80至140个附件供以液压介质，假若中央主压力管路损坏，那么就无法建立高压，整个系统就不能工作。
然而，考虑到所发生的冲击力和力矩作用下的旋转式马达和伺服马达的可靠性的原因，由中央集中液压源向各附件供给压力介质的方法仍在使用，这是因为试图用分散配置的电动机通过机械减速器作为驱动装置已暴露出问题，这些驱动装置难以承受高负荷，特别是承受不了当这种附件工作时所产生的冲击力。因而，对于这种驱动系统，广泛采用液压系统。
本发明既基于使这些系统实现简化，同时又能保持几十年来证明行之有效的液压系统的优点这一目的，而且，尤其是在降低费用和改进环境适应性的同时，增加这些系统与安全有关的性能。
按本发明基本上能达到这一目的是在于用液压/电气的紧密单元来驱动这些附件。所有用于操纵附件的元件都集装成一结构单元，每一工作站或结构单元都有一小型液压源而完全不需要泵油管路，按这种方式，各单个附件以分散供液的方式供以压力介质但仍由一控制板来实施集中驱动控制，但这种控制是通过电导线来取代以往习惯采用的液压管线实现的。
这些附件采用这类分散的紧密单元之后，与常规的系统比较会获得下述种种优点。
a.凭借分散供液措施，一个致动器故障时，所有其余附件仍能工作，从而不会发生全系统失效，也就保持了很高的安全性。
b.由于紧密单元无需连接供液管路，因此液压系统内没有大量的油存在，减少油量即提高了系统的环境适应性。
c.向整个管路系统输油包括充满管道，以及有一中央供给组件和复杂的控制盒这样的结构，成本相当高。
d.借助于驱动器的紧密结构，就有可能实现精确地限定旋转式致动器及伺服马达的力矩和举升功率。
e.借助于集装有供油泵的液压单元组件，由诸如舱底碰撞、压舱物、货物及燃油器材等引起的冲击载荷能得以缓冲。
f.借助于紧密结构，诸如以往液压系统所必需有的控制元件就不再需要了，因而不再发生节流损耗的问题，旋转式致动器类的附件，其开启和关闭是依靠驱动单元的反向旋转实现的。
g.从整体上看，与以往的系统相比能量的节省是非常显著的，因为由中央供油站集中供油情况下需持续不断地维持工作压力(24小时不断)，而用分散的紧密单元后，只有当工作时才接通驱动器。
h.液压/电气紧密结构单元更深一层的优点在于能对驱动单元实施无级调节，驱动单元的旋转和举升时间与不同尺寸对应匹配。
按本发明的实施例将在以下结合参阅附图作详尽的解释，在这些附图中：
图1示出了包含有一附件和分散驱动装置的结构单元的构成原理图；
图2表示出图1中附件的电气致动器的描述性原理图；
图3表示出一个附件的监控另一实施例的描述性原理图；
图4表示出一组附件的致动器的另外的实施例；
图5表示采用总线接口的致动器的一种改型；
图6表示出集装于结构单元内的总线接口的细节；
图7示出了一装在附件上的驱动单元的侧视图；
图8是图7所示驱动单元的局部剖视图；
图9是图7的实施例部分剖开的侧视图。
图1通过一示意图示出了两个由一阀1和具弹簧回动功能的旋转致动器2组成的附件、旋转致动器2的活塞通过压力介质作用于与弹簧3作用力方向相反的一侧，而阀1的活塞由位于结构单元外壳内两侧的管路4，5中的压力介质直接驱动。集装在此结构单元内位于两管路4，5之间是两个安全溢流阀6，此阀6在温度升高，压力介质膨胀或类似情况下起安全阀的作用，并与附件1一起组成一结构单元。在两个安全阀之间的管路42伸入油箱11。9代表管路4，5上的不堵塞单向阀液控单向阀，单向阀将附件保持于一预先选定的位置，并且如图1相互交叉的虚线所示只有当对立的管路5或4中已有压力时才启动附件。对阀1的开启/关闭的方向控制通过一电动机7反向旋转来实现，电动机7驱动一泵8，泵8安置于紧密结构单元中的管路4，5之间，管路4，5利用泵8并取决于其不同的旋转方向被供入压力介质。两管路4，5伸入结构较小的油箱11中，在两管路4，5末端之前都接有溢流阀10。40指示的是开启相互切换的两个单向阀(一阀开启时另一阀关闭)，泵8向右旋转时通过管路45由油箱11中吸入压力介质，举例说，右侧单向阀40关闭介质流过左侧单向阀40，反之亦然。41表示一可调节流阀，此节流阀联在泵8的供油回路上且位于两管路4，5之间。借助于可调节流阀41使驱动单元的无级调节成为可能，这样驱动单元的旋转或举升时间与不同标称孔径对应匹配通过调节此节流阀，可将泵送出的油流的一部分通过此可调节流阀送回吸入侧，例如为调节附件移动速度可用上述方法。43表示位于管路4，5之间联接管路上的开关(截止阀)，此开关与伸向油箱11的管路42相连，并且是为万一需要人工操纵而设置。
位于泵8和油箱11之间的溢流阀10可在过压时保护系统，此外，由于它们可被调节至一适当压力故可起限制驱动器举升力的作用。由于可对配置于泵8两侧的溢流阀10进行不同的调节，故可使泵沿某方向旋转所产生的压力比沿另一方向旋转时产生的压力要高。通过对溢流阀10的调节，使对旋转致动器和伺服马达的扭矩和举升动力进行精确限制成为可能，其中溢流阀10可调节至一所希望的压力。
46，46′分别表示附件的一个接头，接头带有一单向阀且分别与指定的管路4，5相连。举例说，如果由于电源故障泵8不工作时，为能对阀1进行调节可将一手动泵连接在这类接头上。图1示出了附件1或2与由所示液压回路组成的驱动单元48间的分隔面47。49和49′分别表示一压力开关，此类压力开关分别与管路4，5相连。
为取代以电动机7的反向旋转来使工作介质在附件或阀1上的作用从一侧转换至另一侧，也可提供一单方向旋转的电动机，并在泵8的下游侧连接一电动可切换控制阀，通过该控制阀，由泵8提供的压力可从压力介质管路4或5中的一条切换至另一条。
为替换结构单元A中可在两个方向上都起作用的节流阀41′在两压力介质管路4，5间可设置并联开关，利用一个开关使压力介质管路5与油箱11连通，而用另一开关使压力介质管路4与油箱11连通。按此种方式，可对某一方向上转动或举升时间和另一方向上转动或举升时间进行有差别的调节，此时两个开关开启的程度不同，这样分别由压力介质管路4或5分流回油箱11的流量就有差异。在图1中未示出的并联的此类开关也可用来替代开关43，为对附件1进行机械调节两开关可开启，这样两压力介质管路4，5与油箱11连通以便能对附件或阀1进行机械调节。
在附件2中设置了同样的液压回路结构，为替代第二安全阀6，在安全防护装置中提供一磁力操作阀12，阀12与伸向油箱的管路42相连，举例说，在发生电压故障时，附件2受压力作用的一侧的卸压，这样弹簧3可使附件复原关闭。当附件2受压力作用时，阀12中的单向阀开始起作用，这样流回油箱的回油路被堵住。在此布置中，例如，泵8只向左旋转，这样管路5不起作用。如在单元A中，与压力介质管路4相连的卸压阀6与伸向油箱11的管路42相连。
由点划线方框代表的紧密结构单元可安装于公共或组装式外壳(外罩)内。由A，B，C代表各紧密结构单元，C可代表任意其它附件，可用C表示其它类似紧密结构单元，比如说，燃油阀，控制阀或其它类似附件，各单独的结构单元均封装在外壳内，并仅与一供电线14相连，此供电线由控制面板13处伸至各电动机7，13位于距附件一定距离处。
根据图1所示出的附件的液压回路与已知液压回路不同。通常情况下，通过控制箱中四位二通阀及液压回路来控制附件，这样会相应发生节流损失。根据图1中的液压回路，通过利用电动机反向旋转来操纵所有不带节流阀的附件。
通过利用此紧密结构，既可应用电致动的优点又可保持液压系统的优点，在此结构单元中所有基本的液压控制元件均集成一体并且不需要任何单独管路。
通过利用此紧密结构，排油量非常小。压力介质的可压缩性也就不会呈现出，在预先选定位置处于开启或关闭状态的附件不会由于压力介质膨胀或压缩而改变，这对于已知系统可提供更高的安全性。
图2利用一示意图示出了图1中所示类型的附件的电致动器第一实施例。可能以相对较远距离布置的结构单元A，B，C由控制面板13控制，在船上面板13可布置在距结构单元较远的位置处。
一根三芯电缆14伸向可由两个方向驱动的附件1的电动机7，电缆14具一根中性线N和可使电动机向左或向右旋转的两根导电线L开启和L闭合，在两导线L开启和L闭合中都分别配置开关15a或15b，当附件1的致动器到达指定的末端位置时，15a或15b根据由可探测出致动器终端位置的终端开关(未示出)发出的信号来使指定的导线断电以使电动机7停止，在控制面板13上，电缆14与电路16相连，电路16与220V交流动力线17相连。18代表24伏直流控制线，此控制线与控制和指示元件诸如与一开关19和指示灯20相连，控制和指示元件也与电路16相连。
控制面板13上单元B有一对应电路16′，电路16′连结方式与16相同，缆线14′由一双芯线组成，这是因为由于附件2在反方向上受弹簧作用故电动机7′只需单方向旋转。在导线L开启上也安置一开关15′。为接通工作于附件2中液压，图1所示的电磁阀12以如下方式连在导线L开启和中性线N之间：当开关15′闭合时，电磁阀12通过单向阀接通图1所示液压回路，这样即可维持附件中已有的液压。在电压故障时通过使电路16中的导线L开启断电或通过适当方法即可卸压，这样电磁阀12使附件2中的液流卸压，然后弹簧3关闭阀门。
图2所示控制装置以如下方式工作。如果旋转致动器1是在单元A中运动，比如说由开启位置移至闭合位置，在控制面板13处的开关19闭合，这样，通过电路16，动力线17与导线L闭合接通。两开关15a，15b在中间位置处闭合，这样使电流流入电动机。此种情况下，电动机7旋转，比如说向右旋转，直至旋转致动器1到达其闭合位置。当1已到达闭合位置时，通过终端行程开关(未示出)开关15b被打开，电动机7断电。在与之相同的工作方式下，打开与旋转致动器1相连的折合盖，开关19切换至打开位置，此时通过利用电路16，导线L开启与动力线17接通。当到达开启位置时，开关15a也打开，这样电动机就停转了。
为替代控制面板上的单一开关19，举例说也可设置两个开关，一个用在开启位置，另一个用在闭合位置。利用触摸开关来使电路16工作也是可行的。
为了在控制面板13上指示出已至末端位置这一信息，在电路16中通过一用来确定通过导线L开启或L闭合或有关导线上的电流是否被开关15切断的测量电路可实现监控功能。在附件中致动器无法到达末端位置情况下，设置的指示灯20用来指示“开启”，“闭合”和“故障”。这可通过电路16中的一个定时器来监控，定时器的值调节为附件致动器通常的运行时间。举例说，如果致动器末端位置未被任一终端行程开关指示出来，指定的开关15未打开，电动机7会持续运转。这可在电路16中通过计时器判定为故障，并且由相应的灯指示出来，由于通过利用开关15的切断功能无法实现，故靠电路16使电动机7停转。
单元B的控制装置以同样方式工作运行。为能使阀2顶着弹簧3的力而开启，举例说，使控制面板13上的开关19′闭合从而导线L开启与动力线17连通使电动机开始工作。当到达终端位置时，限位开关15′打开，这样送入电动机的电流被切断。这可在电路16′中通过对导线中的电流进行监控来确认并由灯20′中的一个来指示。为了能依靠弹簧力使阀2关闭，只要通过切换开关19′使动力线17与导线断开连通，从而通过电磁阀12在阀2的可调活塞处建立液压，于是阀靠弹簧力关闭。
图3示出了一实施例，其中，在附件1上有终端位置开关23，它用作确定致动器的终端位置。这类终端位置开关23会对显示电缆25的导线上的开关24起作用，25与控制面板13相连。
终端(位置)开关23可有各种不同实施例，例如可以是机械式终端位置开关、电动终端开关和类似产品。根据由终端位置开关23，24给出的位置响应可以实现位置指示。
在图3中，在与电动机相连的供电线14的导线上有压力开关43a，43b，这些压力开关通过压力介质的压力起作用。在附件1到达终端位置时，是压力开关使电动机停转，因此时电动机的继续运转使管路中建立起更高的液压，通过压力开关43的反应使电动机停转。终端开关23，24的作用仅是用来显示终端位置。
由旋转式致动器1操纵的一折合盖板(或阀门之类)通常在关闭位置被压入一密封垫圈中，这样打开此折合盖时所需的压力比使其由开启位置向闭合位置运动时的启动压力要大。因此若在打开折合盖的情况下，送入开启的压力开关43a中的启动压力就会更高一些，从而使电动机运行中断的信号会过早触发。为避免上述情况发生，在结构单元A中的压力开关43a上提供一条支路21，在支路上设置一个使支路21保持闭合状态的终端行程开关22，这样即使压力开关43a短暂断开时，仍可(通过支路21)给电动机提供电流，从而使折合盖转动，比如说旋转3-5°，当折合盖由闭合位置转过3-5°时，开关22就断开，由于折合盖已从闭合位置处移开，因而旋转致动器内的压力已重新降至常压，从而压力开关43a已闭合，这样给电动机提供电流直至1到达终端位置。
当需要对已知液压系统中的终端开关进行重调整时，通过按本发明所示的结构，其中所有液压控制元件均集成于一紧密结构单元中，利用终端开关或压力开关使电动机停转这种方法，可获得自动终端位置控制。
图4通过一示意图利用一总线系统示出了结构单元A，B，C中的驱动过程。电动机以信号7代表，在24处设置有图3中所示用以显示致动器已抵终端位置的各结构单元中的终端位置开关。在控制面板13中，有一总线系统26，26通过线路18和27供给24V电压。进一步看，总线系统26与各控制和指示元件19，20相连，即与图2中所描述的19，20相同。与各结构单元A，B，C有关的控制和指示元件19，20设置于控制面板13上。
由控制面板13上主总线系统伸出的总线线路28延伸至设置在结构单元A上的总线分站29，并依次通过总线线路30与下一个位于结构单元B中的总线分站29相连。下一结构单元中总线分站29也以此方式连接。在此实施例中，在总线系统的总线分站29处由31供电。由各总线分站29引出的联接线32与各结构单元相连。在此实施例中，如果一组结构单元相距较近，也可将一组结构单元同时连接到一总线分站29上，这样在避免由29处引出更多电缆所造成较大花费情况下结构单元仍可被驱动，如C′所示。
与根据图2，3的实施例相比较，图2，3中线路必须与每一结构单元相连，而按图4的实施例，由于只需将一条总线线路28由控制面板13引至各结构单元从而使布线得以简化。
图5示出了具集成总线接口的另一实施例，与图4所示实施一样主总线系统26也设置在控制面板上，通过利用24伏控制电压可产生驱动和位置信号。在图5所示实施例中，一总线接口33与各结构单元做成一体，在所有情况下，总线接口通过总线线路30与下一结构单元中的总线接口相连。在此实施例中，也是通过线路31由邻近结构单元的电网中给每一结构单元供电。
图6示出了与电动致动器和终端位置开关相连的图5中所示的总线接口33。此结构单元与图3所示的结构单元A相同，并具有终端位置开关24和压力开关15a，15b。如图所示，在结构单元中终端位置开关与一串/并接口34相连，接口34与一逻辑控制电路35和来自总线系统26的总线线路28相连。进一步看，接口34与致动器电路相连，并在该处切换电路元件36，由此通过位于动力线31上的触点37来对电动机7实施开启/停机控制。电路元件38为接口34和逻辑控制电路35提供电压。通过在结构单元内部的走线来实现终端行程开关响应和马达的驱动。
通过应用根据图4和5的总线系统，也可将额外信息传送至控制面板，如为了替换附加终端开关24，结构单元可装有遥测传感器或其它适当元件以对致动器位置，譬如说致动器的中间位置，产生连续的响应。
当提供具有或不具有快速中断功能的驱动控制和调节时，应用包括按图1所示的紧密液压回路在内的所述控制装置的实施例，不仅在船舶工程中有优越性，同样在化工和工业领域也有优越性。
图7示出了由两侧压力介质作用而动作的附件1，与图1中结构单元A的阀1相同，由图7中未表示出的活塞通过一齿条来驱动一轴50上安装在附件1内的小齿轮，轴50可与一折合盖或类似件相连(未示出)。46和46′指的是图1中的接头，它用来与一应急备用液压组件或一手动泵相连。
在所示典型实施例中，具一平面的凸缘51旋入附件1的底面，图1中示意表示的驱动单元48的外壳52通过螺钉与凸缘相连。在长形外壳52内配置有电动机7和由电动机驱动的泵8。在泵8附近区域，外壳52中还有液压回路元件或阀和一如图1所示的小压力介质贮箱11。图1中的液压管路4，5穿过凸缘区域51，凸缘区域51对应于图1中附件1和驱动单元48之间的分隔平面47。图8中53表示一压力介质的充填喷嘴。
大致呈管状的外壳52在两端均由一盖54或54′紧紧封住。管状外壳52上铸有一开关盒55，55同样被一盖子紧紧密封住。在开关盒55上，有螺纹电缆接头56，57(图7)，它们可用来连接为电动机供电的电缆和连接一单独的信号电缆。两电缆均连到开关盒55中的条形接线端子58上。
图9示出附件1上的装置59，此装置环绕轴50设置，用来为附件1的活塞设立终端位置。一般封离管60将开关盒55与此装置59连接起来，由装置59伸出的电线(未示出)延伸至开关盒55中的条形接线端子58上。图8和图9示出了图1中的压力开关49，49′49和49′安置在外壳52横向加宽部中。卸压阀6也配置在外壳52的这一区域。
图9示出了图1中开关43的一手柄61，若要利用工具用手转动轴50，那么依靠此装置可使压力介质管路4，5开通，并使4，5与油箱11连通。

Claims (10)

1.用于操纵液压附件，特别是船舶工程上的液压附件的装置。为每一单个附件(1，2)配置一个驱动用来产生液压的泵(8)的电动机(7)，附件(1)、电动机(7)和泵(8)以及液压回路一起构成一个紧密结构单元(A，B，C)，而且只有电动机(7)能从中心控制点(13)开动。
2.按权利要求1的装置，其特征在于：电动机(7)、泵(8)、液压回路元件和油箱(11)都装在一个壳体(52)内，该壳体是液压上密封的并能与附件(1，2)相联结，一个用于连接电线的条形接线端子(58)布置在壳体内以便实施电控。
3.按权利要求1的装置，其特征在于：泵(8)通过至少一个可调溢流阀(10)和与结构单元结合一体的油箱(11)相连。
4.按权利要求1的装置，其特征在于：可调节流阀(41)配置在泵(8)供液方向位于管路(4，5)之间，可调节流阀可使回液流从供液侧流向吸入侧。
5.按权利要求2的装置，其特征在于：至少包含一个安全溢流阀(6)的安全机构安装在附件(1，2)和带有控制元件(9，10，41)的泵(8)之间，安全机构用于保护附件并与油箱(11)相连。
6.按权利要求1的装置，其特征在于：从中央控制点(13)到各结构单元(A，B，C)的电气线路(14)用于驱动电动机(7)，开关(15)配置在供电线路(14)内，当附件运动达到终端位置时，开关(15)切断供给电动机(7)的电流，在中央控制点(13)设置有电流监控装置，该电流监控装置对开关(15)的关断起反应动作，以确认附件已至终端位置。
7.按权利要求1的装置，其特征在于：在中央控制点(13)上配置的电路(16)内有一时间单元件，该定时元件根据断开向电动机(7)供电的开关(15)发出的信号来监测附件的调定时间。
8.按权利要求1的装置，其特征在于：在中央控制点(13)设置有一总线系统(26)，该总线系统通过总线(28)与各分站(24)相连接，各分站设置于结构单元(A，B，C)上而且各分站彼此间通过总线(30)连接。
9.按权利要求8的装置，其特征在于：总线接口(33)集装在各结构单元内。
10.按权利要求8的装置，其特征在于：各单个结构单元(A，B，C)是通过总线系统分站(29)或在总线接口(33)处供电的。
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