CN109340220A - 深海用电静液作动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了深海用电静液作动器，采用一体式集成结构。其中，通过双向液压泵控制液压缸的运动；通过调控电机的正、反转和调速运行控制液压缸活塞杆的位移与加速度，并取消液压换向阀、减压阀等控制阀件，设有传感器监控并调节系统工作情况。系统外部设置压力补偿器，用于补偿系统压力以适应深海高压环境。液压回路采用板式连接，无外部连接管路，外部仅存在供电和信号传输接口，兼有液压作动系统与电作动系统的优点，系统组成大幅简化，设备体积大大减小。因此，深海用电静液作动器在深海作业装备及船舶装备中具有广泛的应用前景。

Description

深海用电静液作动器

技术领域

本发明涉及一种深海用电静液作动器，是功率电传系统的执行机构，属于流体传动与控制技术领域。

背景技术

水下液压系统是液压技术在海洋工程领域的应用，传统集中油源式深海液压系统由于采用节流调速技术，体积重量较大，不利于模块化设计，并且易泄漏、效率低、结构复杂等缺点限制其进一步发展，随着电子电力和控制技术的发展，新材料的不断开发，现代科技逐渐影响着液压技术，本发明提出的电动静液作动器具有集成度高、体积小、效率高等优点，且具备深海压力补偿功能，适合在深海作业装备领域大力推广，在深海用液压系统中具有广泛的应用前景。

发明内容

为了克服传统集中油源节流调速式液压系统集成程度不够高、体积大、不便维修、易泄漏等缺点，并且要适应深海压强较大的环境。现有的电静液作动系统大多应用于航空领域。本发明提供一种深海用电静液作动器，通过合理的结构设计，减小了整个液压系统的体积，并设计了压力补偿器系统内油液与系统外海水之间的压差，使系统得以在深海高压的环境正常工作，实用性强。

本发明采用如下技术手段，一种深海用电静液作动器，共包含三个部分，分别是集成阀块部分、压力补偿器部分、液压缸部分。

液压缸部分中的液压缸缸体22通过螺栓与集成阀块部分中的集成阀块3连接，压力补偿器部分中的压力补偿器上端盖10连接在油箱底盖9的外侧。

伺服电机1、油箱8、双向液压泵7通过螺栓安装在集成阀块3 上并连接为一体；集成阀块3的侧面装有插装式液压锁4；集成阀块3的伺服电机1一侧装有插装式溢流阀2，构成集成阀块部分；

压力补偿器上端盖10、压力补偿器下端盖16、补偿弹簧14、滚动膜片12、压力补偿器活塞杆15、压力补偿器活塞阀帽11和压力补偿器活塞13连接后构成压力补偿器部分，压力补偿器上端盖10、压力补偿器下端盖16、滚动膜片12安装在同一轴线，滚动膜片12边缘由压力补偿器上端盖10和压力补偿器下端盖16压紧；压力补偿器活塞杆15依次穿过压力补偿器活塞13、滚动膜片12压力补偿器活塞阀帽11的中心，并用螺母固定；沿压力补偿器活塞杆15轴线方向上设有一补偿弹簧14。

液压缸部分中，液压缸为双作用对称式结构。液压缸端盖20螺栓连接处安装有一不锈钢质薄板，其末端通过螺钉连接设有行程开关18；液压缸端盖20装有节流板24，节流板24上装有减压槽，与液压缸端盖20为过盈配合；液压缸端盖20内侧装有缓冲套23；液压缸端盖20末端装有挡板25，与液压缸端盖20为螺纹连接；液压缸缸体22端部部分外侧装有插装式压力传感器21。

液压缸活塞杆19上活塞密封26的材料为丁晴橡胶等橡胶材料。

所述的补偿弹簧14，压力补偿器活塞杆15个数为一个，若补偿压力增大，补偿弹簧14，压力补偿器活塞杆15个数能够增加。

补偿弹簧14的材料为弹性合金或其他随温度变化其物理化学性能变化小的材料；压力补偿器活塞杆15为不锈钢等耐海水腐蚀的材料。

所述液压缸组件中液压缸的左右两侧的液压缸端盖20外侧均装有行程开关18，通过触头与液压缸活塞杆19上的凸起的触碰检测位移情况。

滚动膜片12的材料为聚酯纤维、尼龙、丁晴涂层尼龙、丁晴涂层棉、丁晴橡胶夹布或其他橡胶材料。

所述的双向液压泵7位于油箱内部增加集成程度，减小体积。

所述的缓冲套23为楔形结构，缓冲套23的一侧以挡板25定位，缓冲套23的另一侧以液压缸端盖20定位，根据实际工况的差别缓冲套也可以采用其他形式。

本发明电机调速系统的实现方式：通过控制器控制电机的转速，伺服电机与双向液压泵之间使用弹性联轴器连接，通过伺服电机带动高速双向液压泵的旋转运动，继而控制泵输出到液压缸的高压油的流量，以容积调速方式完成对液压缸的运动控制。电机的正反转控制作动筒的伸出和收缩运动，电机的转速控制作动筒的运动速度。当液压缸快速运动时，由控制器控制驱动电机输出高压油补偿泵的输出。电流反馈、速度反馈、压力反馈、位置反馈用于对系统的实时闭环控制和监测。当液压缸到达指定位置或者系统压力超过设定值时，通过控制器关闭电机和泵。

本发明压力补偿系统的实现方式：滚动膜片式压力补偿器的工作过程分为三个阶段：预充压力阶段，补偿压缩阶段和动态压力补偿阶段。预充压力阶段是指入水前向压力补偿器内预充一定压力的液压油，补偿压缩阶段是指入水过程中压力补偿器补偿由于海水压力而产生的液压油体积压缩，动态压力补偿阶段是指在工作深度下压力补偿器对水下液压系统回油压力的动态补偿。在压力补偿器中设置弹簧的目的是为了使水下液压系统的回油压力略高于外界海水压力，防止海水渗入到液压系统内部。在没有预充压力的情况下，活塞在弹簧力作用下移动到极限位置，此时压力补偿器没有压力补偿的功能，为了使压力补偿器正常工作，需在入水之前向压力补偿器内预充一定压力的液压油，让活塞移动到预定位置。压力补偿器入水后，随着深度的不断增加，海水压力也在不断增加，活塞在海水压力作用下压缩压力补偿器内的液压油，由于液压油的可压缩性，活塞产生一定的位移，直至活塞在液压油压力、海水压力及弹簧力作用下平衡，此时由于弹簧力的作用，压力补偿器内液压油的压力略高于外界海水压力，到达工作深度后，活塞停止移动，整个过程中压力补偿器用来补偿由于海水压力而产生的液压油体积压缩。

本发明与外部机构连接的实现方式：液压缸活塞杆为整个系统的执行部件，液压缸活塞杆端部为螺纹结构，配有螺母。外部机构连接处有相配合的螺纹，连接时旋入适当长度用螺母顶紧定位即可。

本发明供油系统的实现方式：供油系统的作用是时刻补充液压油因泄漏等问题造成的消耗，与维持油液单向流动的单向阀协同工作，使液体只能单向流动，从而防止了液压油混入空气而产生“气穴”现象。

本发明加载及锁定系统的实现方式：当液压缸推动负载运动时，通过溢流阀实现对液压泵的加载；并在液压缸的进出口设置溢流阀，防止液压缸在工作过程中产生的压力冲击，起到缓冲作用；当液压系统发生故障时，液压锁可以及时锁定液压缸油路，保持活塞杆位置不变。

本发明可以取得如下有益效果：

1、集成阀块等液压元件均采用螺纹插装式结构、双向液压泵放在油箱内等措施可以提高系统集成程度，减小系统体积。

2、作动器增设压力补偿器结构：作动器所处深海环境，压力补偿器可以通过改变油液体积的方式平衡系统内外压强，消除海水压力对作动系统的影响，使得深海用电静液作动器可以采用和陆上设计类似的方法，避免了额外的抗压结构。

3、设置缓冲套结构：液压缸配有缓冲套，其可以避免和减少液压缸活塞及活塞杆等运动部件在运动时对缸底和缸盖的冲击，在他们的行程终端实现速度的递减，直至为零。避免活塞杆末端进入液压缸的端盖和缸底部分引起机械碰撞，降低冲击压力和噪声，维持液压缸乃至整个液压系统的强度及正常工作。

4、设置各种传感器：实时监测系统油液压力，液压缸活塞杆位移情况，当液压缸到达指定位置或者系统压力超过设定值时，通过控制器关闭电机和双向液压泵。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为液压系统回路示意图；

图3为压力补偿器主视图；

图4为压力补偿器左视图；

图5为集成阀块主视图；

图6为集成阀块左视图。

图中：1伺服电机，2插装式溢流阀，3集成阀块，4插装式液压锁，5弹性联轴器，6插装式单向阀，7双向液压泵，8油箱，9油箱底盖，9.1油箱底盖通油口，10压力补偿器上端盖，10.1上端盖通油口，11压力补偿器活塞阀帽，12滚动膜片，13压力补偿器活塞， 14补偿弹簧，15压力补偿器活塞杆，16压力补偿器下端盖，16.1下端盖通水口，17定位螺母，18行程开关，19液压缸活塞杆，20液压缸端盖，21压力传感器，22液压缸缸体，23缓冲套，24节流板，25挡板，26活塞密封。

具体实施方式

下面将结合本发明的部分实施例中的图1～6，对本发明的实施方式作更加详细地说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明所有实施例的一部分。本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下，从本发明公开的内容中直接获得或者联想到的其他实施例，均属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种深海用电静液作动器。如图1所示，伺服电机1、油箱8、双向液压泵7、液压缸缸体22通过螺栓安装在集成阀块3上并连接为一体结构，油箱底盖9部分嵌入油箱8中以定位，压力补偿器上端盖10连接于油箱底盖9；压力补偿器上端盖10、压力补偿器下端盖16、补偿弹簧14、压力补偿器活塞阀帽11、压力补偿器活塞杆15、压力补偿器活塞13等件组成压力补偿器组件；液压缸缸体22、液压缸缸盖20、液压缸活塞杆19等零件构成液压缸组件。伺服电机1与双向液压泵7通过弹性联轴器5连接，伺服电机1旋转带动双向液压泵7吸入低压油，输出高压油到液压缸中，推动液压缸活塞杆19运动。同理，伺服电机1反向转动，输出高压油方向相反，液压缸活塞杆19反向运动。

压力补偿器部分中，沿压力补偿器轴线方向装配，压力补偿器上端盖10与压力补偿器下端盖16通过螺栓连接，滚动膜片12同轴线夹装在其中间，压力补偿器活塞杆15穿过压力补偿器活塞13的中心孔和滚动膜片12的中心孔，并用压力补偿器活塞阀帽11压紧，用螺母固定。补偿弹簧14与压力补偿器活塞杆15同轴线，弹簧两端分别有压力补偿器下端盖16内侧和压力补偿器活塞13下侧压紧。压力补偿器下端盖16一侧通过下端盖通水口16.1与系统外部海水相通，压力补偿器上端盖10一侧通过上端盖通油口10.1和油箱底盖通油口9.1与油箱相通。

液压缸部分中，液压缸端盖20与液压缸缸体22通过螺栓连接，液压缸端盖20端部外表面有节流板24，节流板24上开有减压槽，与液压缸端盖20为过盈配合；液压缸端盖20端部内表面为缓冲套 23；缓冲套23和节流板24油腔一侧有挡板25，与液压缸端盖20为螺纹连接。液压缸活塞杆19为对称结构，左右两端端部部分各有凸起，液压缸端盖20外侧通过螺栓连接了不锈钢质薄板，上装有行程开关18，行程开关18可与凸起相互接触来检测液压缸活塞杆19位置，保证系统的正常运行。

本发明不局限于应用在深海，同样可以应用在陆上需要相应的执行机构的场合。

Claims (8)

1.深海用电静液作动器，其特征在于：共包含三个部分，分别是集成阀块部分、压力补偿器部分、液压缸部分；

液压缸部分中的液压缸缸体(22)通过螺栓与集成阀块部分中的集成阀块(3)连接，压力补偿器部分中的压力补偿器上端盖(10)连接在油箱底盖(9)的外侧；

伺服电机(1)、油箱(8)、双向液压泵(7)通过螺栓安装在集成阀块(3)上并连接为一体；集成阀块(3)的侧面装有插装式液压锁(4)；集成阀块(3)的伺服电机(1)一侧装有插装式溢流阀(2)，构成集成阀块部分；

压力补偿器上端盖(10)、压力补偿器下端盖(16)、补偿弹簧(14)、滚动膜片(12)、压力补偿器活塞杆(15)、压力补偿器活塞阀帽(11)和压力补偿器活塞(13)连接后构成压力补偿器部分，压力补偿器上端盖(10)、压力补偿器下端盖(16)、滚动膜片(12)安装在同一轴线，滚动膜片(12)边缘由压力补偿器上端盖(10)和压力补偿器下端盖(16)压紧；压力补偿器活塞杆(15)依次穿过压力补偿器活塞(13)、滚动膜片(12)压力补偿器活塞阀帽(11)的中心，并用螺母固定；沿压力补偿器活塞杆(15)轴线方向上设有一补偿弹簧(14)；

液压缸部分中，液压缸为双作用对称式结构；液压缸端盖(20)螺栓连接处安装有一不锈钢质薄板，其末端通过螺钉连接设有行程开关(18)；液压缸端盖(20)装有节流板(24)，节流板(24)上装有减压槽，与液压缸端盖(20)为过盈配合；液压缸端盖(20)内侧装有缓冲套(23)；液压缸端盖(20)末端装有挡板(25)，与液压缸端盖(20)为螺纹连接；液压缸缸体(22)端部部分外侧装有插装式压力传感器(21)。

2.根据权利要求1所述的深海用电静液作动器，其特征在于：液压缸活塞杆(19)上活塞密封(26)的材料为丁晴橡胶。

3.根据权利要求1所述的深海用电静液作动器，其特征在于：所述的补偿弹簧(14)，压力补偿器活塞杆(15)个数为一个，若补偿压力增大，补偿弹簧(14)，压力补偿器活塞杆(15)个数能够增加。

4.根据权利要求1所述的深海用电静液作动器，其特征在于：补偿弹簧(14)的材料为弹性合金或其他随温度变化其物理化学性能变化小的材料；压力补偿器活塞杆(15)为不锈钢耐海水腐蚀的材料。

5.根据权利要求1所述的深海用电静液作动器，其特征在于：所述液压缸组件中液压缸的左右两侧的液压缸端盖(20)外侧均装有行程开关(18)，通过触头与液压缸活塞杆(19)上的凸起的触碰检测位移情况。

6.根据权利要求1所述的深海用电静液作动器，其特征在于：滚动膜片(12)的材料为聚酯纤维、尼龙、丁晴涂层尼龙、丁晴涂层棉或丁晴橡胶夹布。

7.根据权利要求1所述的深海用电静液作动器，其特征在于：所述的双向液压泵(7)位于油箱内部，增加集成程度，减小体积。

8.根据权利要求1所述的深海用电静液作动器，其特征在于：所述的缓冲套(23)为楔形结构，缓冲套(23)的一侧以挡板(25)定位，缓冲套(23)的另一侧以液压缸端盖(20)定位。