CN112360842B - 一种水下定压液压锁及应用液压锁的油缸、锁止方法 - Google Patents

一种水下定压液压锁及应用液压锁的油缸、锁止方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水下定压液压锁及应用液压锁的油缸、锁止方法，包括筒体，所述筒体内设有控制油腔，在筒体上还设有与控制油腔相连通的油缸连接口，控制油腔内滑移有控制活塞，控制活塞受油压的压差影响而移动；阀座，对称设于筒体两侧，阀座内设有调节油腔，调节油腔一侧与控制油腔连通，另一侧设置环境补偿压力口，调节油腔上还开设有进油口、出油口，调节油腔内设有活动阀芯，活动阀芯上套设有弹性件，活动阀芯受弹性件弹力和油压压差的影响而移动，控制油路通断及气压平衡。本发明水下定压液压锁可以实现水下作业锁止可靠，保证水下作业任务的可靠度；本发明水下定压液压锁结构简单，十分适合水下液压工况，具有良好的应用前景。

Description

一种水下定压液压锁及应用液压锁的油缸、锁止方法
技术领域
本发明涉及水下液压元件技术领域，尤其是一种水下定压液压锁及应用液压锁的油缸、锁止方法。
背景技术
液压锁又称为保压锁，闭锁阀，在陆上液压系统中得到广泛的应用。在液压系统中，当油泵停止工作时，或者换向阀在中位时，负重油缸承受着两个方向不固定的力，油缸中的压力容易从换向阀的间隙中泄漏，油缸在负载作用下就会进行动作，造成危险。因此在换向阀和油缸中间加入液压锁，就可以起到保压作用，防止泄漏，保证负载油缸活塞位置锁定，确保机械正常工作。为保证锁紧可靠，陆上液压锁一般是采用两个液控单向阀原理。不管油缸负载多大，管路压力多大，均不会打开液压锁，只会让锁止更加可靠。除非负载增大到破坏油缸或者中间管路，才能使得油缸活塞动作，锁止失效。陆上油缸和中间管路的安全系数都比较高，所有陆上锁止功能可靠。
在海洋资源探索开发中，液压系统在一些作业情况中，系统回油压力偏高，导致油缸的差动效应，导致油缸误动作，导致作业失败；有一些作业工况也需要对油缸动作进行精准控制和锁止，像水下机械手的动作。但是陆上液压锁无法应用于水下工况，特别是深海作业带压力补偿功能的液压系统。在深海作业，为提高系统能效，液压系统一般带压力补偿功能，就是液压系统的油箱压力几乎和深海环境压力相同，所以液压系统实际输出压力为环境压力和泵出口压力之和。所以系统管路和油缸的绝对压力非常大，并且随着深度的增加而增大。由于环境压力也同时作用在油缸和管路上，液压系统水下作业过程没有问题，使用陆上液压锁也能满足水下锁止功能。但是作业任务完成，在上浮过程中，环境压力越来越小，管路和油缸中压力被液压锁锁止，会造成管路和油缸因内部压力过大而破坏。随着水下作业深度增大，这种破坏风险越大。现在一般水下作业深度不大的工况，通过校验或者增大管路和油缸的安全系数来保证系统可靠，但会造成油缸和管路成本增大；在深海领域一般采用在液压锁和油缸中间增加溢流阀，进行安全溢流，来保证系统可靠，但是会造成系统复杂、管路繁多等缺点。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的水下定压液压锁及应用液压锁的油缸、锁止方法，无需另外增加溢流阀，通过液压锁自身的主动解锁、泄压功能，提高系统安全性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种水下定压液压锁，包括：
筒体，所述筒体内设有控制油腔，在筒体上还设有与控制油腔相连通的油缸连接口，控制油腔内滑移有控制活塞，控制活塞受油压的压差影响而移动；
阀座，对称设于筒体两侧，阀座内设有调节油腔，调节油腔一侧与控制油腔连通，另一侧设置环境补偿压力口，一侧的调节油腔上设有进油口、另一侧的调节油腔上设有出油口，两个调节油腔内均设有活动阀芯，活动阀芯受弹性件弹力和油压压差的影响而移动，控制油路通断及气压平衡。
所述筒体包括位于控制油腔两侧的顶板、底板，所述顶板上以顶板的中心轴线为基准，对称设有油缸连接口。
控制活塞处于控制油腔中位时，两油缸连接口均与控制油腔连通。
所述调节油腔背离控制油箱的一端设有嵌入环境补偿压力口中的调压螺母，调压螺母上同轴贯穿有容纳孔，活动阀芯一端穿入容纳孔中。
所述容纳孔为阶梯孔，包括用于容纳活动阀芯的第一孔段、连通第一孔段和环境补偿压力孔的第二孔段，所述第二孔段的直径小于第一孔段的直径。
所述活动阀芯上一体设有密封轴肩，弹性件一端顶在调压螺母上，另一端顶在密封轴肩上。
所述活动阀芯靠近控制油腔的一端设为锥形，第一油腔与控制油腔之间的连接孔孔径小于活动阀芯锥形部分的大径。
所述阀座与筒体之间设有密封条，所述筒体和控制活塞之间设有密封条。
一种带有水下定压液压锁的油缸，油缸的油液口与油缸连接口连通，进油口、出油口均连接有换向阀。
一种利用水下定压液压锁、油缸的锁止方法，包括如下步骤：
制动油缸，将与进油口和出油口连接的换向阀置于中位，此时进油口无高压油进入，活动阀芯在环境压力和弹簧弹力的作用下，被顶进在阀座口部，与阀座口部密封连接，实现锁紧功能；
随着水下定压液压锁逐渐上浮，环境压力补偿口处的环境压力逐渐减小，但油缸连接口处的压力保持不变，当环境压力补偿口处的环境压力减小到临界值时，活动阀芯被来自油缸连接口处的油缸内压力顶开，阀座口部不再密封，使得进油口与其中一个油缸连接口连通，出油口与另一个油缸连接口连通，此时进油口、出油口的作用都是泄压，以防液压锁、油缸因为压力过大而爆开；
油缸连接口处的压力泄至安全值后，在环境压力补偿口和弹簧弹力的作用下，活动阀芯被推回，重新封堵住阀座的口部；随着环境压力补偿口的压力继续减小，活动阀芯重复上述活动泄压的过程，直至回到陆地后，环境压力补偿口处的压强不再变化，活动阀芯停止运动。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单，管路较常规液压锁-油缸系统更少，本发明在内部压力过大到一定值时，环境补偿压力口的压强小于油缸连接口处的压强，由油缸连接口处的压强将活动阀芯推向环境补偿压力口，打开阀座的阀口，此时控制油腔和调节油腔连通，油缸用户的油液从油缸连接口处流回出油口，回到油箱，实现自动解锁进行泄压，保证系统安全可靠。
本发明水下定压液压锁可以实现水下作业锁止可靠，保证水下作业任务的可靠度；本发明水下定压液压锁结构简单，十分适合水下液压工况，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明中水下定压液压锁的剖视图。
其中：1、筒体；2、控制油腔；3、油缸连接口；4、控制活塞；5、阀座；6、调节油腔；7、环境补偿压力口；8、进油口；9、出油口；10、活动阀芯；11、弹性件；12、调压螺母；13、容纳孔；14、密封条；
101、顶板；102、底板；
1001、密封轴肩；
1301、第一孔段；1302、第二孔段。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的水下定压液压锁，包括：
筒体1，筒体1内设有控制油腔2，在筒体1上还设有与控制油腔2相连通的油缸连接口3，控制油腔2内滑移有控制活塞4，控制活塞4受油压的压差影响而移动；
阀座5，对称设于筒体1两侧，阀座5内设有调节油腔6，调节油腔6一侧与控制油腔2连通，另一侧设置环境补偿压力口7，调节油腔6上还开设有进油口8、出油口9，调节油腔6内设有活动阀芯10，活动阀芯10上套设有弹性件11，活动阀芯10受弹性件11弹力和油压压差的影响而移动，控制油路通断及气压平衡。
筒体1包括位于控制油腔2两侧的顶板101、底板102，顶板101上以顶板101的中心轴线为基准，对称设有油缸连接口3。
控制活塞4处于控制油腔2中位时，两油缸连接口3均与控制油腔2连通。
调节油腔6背离控制油箱的一端设有嵌入环境补偿压力口7中的调压螺母12，调压螺母12上同轴贯穿有容纳孔13，活动阀芯10一端穿入容纳孔13中。
容纳孔13为阶梯孔，包括用于容纳活动阀芯10的第一孔段1301、连通第一孔段1301和环境补偿压力孔的第二孔段1302，第二孔段1302的直径小于第一孔段1301的直径。
活动阀芯10上一体设有密封轴肩1001，弹性件11一端顶在调压螺母12上，另一端顶在密封轴肩1001上。
活动阀芯10靠近控制油腔2的一端设为锥形，第一油腔与控制油腔2之间的连接孔孔径小于活动阀芯10锥形部分的大径。
阀座5与筒体1之间设有密封条14，筒体1和控制活塞4之间设有密封条14。
本实施例的带有水下定压液压锁的油缸，油缸的油液口与油缸连接口3连通，进油口8、出油口9均连接有换向阀。
本实施例的水下定压液压锁、油缸的锁止方法，用于解决系统回油压力偏高导致的油缸的差动效应问题。在深海作业，为提高系统能效，液压系统一般带有压力补偿功能，液压系统的油箱压力和深海环境压力趋于相同，所以液压系统实际输出压力为环境压力和泵出口压力之和。所以系统管路和油缸的压力很大，水下深度越深，系统管路和油缸的绝对压力越大。由于环境压力也同时作用在油缸和管路上，液压系统水下作业过程正常运行，但是，水下作业完成后，在上浮过程中，环境压力越来越小，管路和油缸中的压力被液压锁锁止，与进油口8和出油口9连接的换向阀置于中位，此时进油口8无高压油进入，活动阀芯10在环境压力和弹簧弹力的作用下，被顶进在阀座5口部，与阀座5口部密封连接，实现锁紧功能；
随着水下定压液压锁逐渐上浮，环境压力补偿口处的环境压力逐渐减小，但油缸连接口3处的压力保持不变，当环境压力补偿口处的环境压力减小到临界值时，活动阀芯10被来自油缸连接口3处的油缸内压力顶开，阀座5口部不再密封，使得进油口8与其中一个油缸连接口3连通，出油口9与另一个油缸连接口3连通，此时进油口8、出油口9的作用都是泄压，以防液压锁、油缸因为压力过大而爆开；
油缸连接口3处的压力泄至安全值后，在环境压力补偿口和弹簧弹力的作用下，活动阀芯10被推回，重新封堵住阀座5的口部；随着环境压力补偿口的压力继续减小，活动阀芯10重复上述活动泄压的过程，直至回到陆地后，环境压力补偿口处的压强不再变化，活动阀芯10停止运动。
本实施例的具体结构和工作原理如下：
本实施例中，两个阀座5在筒体1两侧对称设置，如图1中的方位，筒体1中段位置为两端敞口的控制油腔2，控制油腔2顶部为顶板101，控制油腔2底部为底板102，顶板101上竖直贯穿有两个油缸连接口3，用于与外界油缸相连通；底板102为一整块金属板体。在控制油腔2内设有能够左右滑移的控制活塞4。控制活塞4为柱状，在控制活塞4的左右两侧各引出有凸起，在控制活塞4左右滑移的过程中，起到顶开两侧活动阀芯10的作用。在顶板101和底板102的中心位置均设有密封条14，当控制活塞4处于中位时，密封条14也正好位于控制活塞4上下两端面的中间位置。
两侧阀座5结构相同，朝向控制油腔2一侧设有阀口，阀口的尺寸小于控制油腔2的端部口径。每个阀座5内都设有调节油腔6，调节油腔6与阀座5的阀口连通，且贯穿阀座5，在调节油腔6背离阀口的一端设置调压螺母12，调压螺母12与阀座5之间螺纹连接。
调节油腔6内的活动阀芯10从靠近阀口一端开始，依次为一体设置的圆柱、圆台、密封轴肩1001和圆柱形本体，其中，靠近阀口处的圆柱直径最小，与圆台小径相等，圆台大径与密封轴肩1001所在的圆柱段直径相等，密封轴肩1001背离阀口一侧的圆柱形本体直径最大。阀口的直径大于圆台小径且小于圆台大径。当活动阀芯10顶紧在阀口处时，圆台处正好将阀口密封住。
如图1中标注各口，令A为高压入口，B口回油，A、B口均与泵出口的换向阀相连，A1、B1与油缸用户相连，C口与环境补偿压力相连。A口高压油推动活动阀芯10，向左移动，打开阀口，高压油从A口流向A1；在高压油的作用下，控制活塞4向右移动，顶开活动阀芯10，油缸用户油液从B1口流回B，回到油箱。
若令B为高压入口，A为回油口，则B口的高压油推动活动阀芯10，向右移动，打开阀口，高压油从B口流向B1，在高压油的作用下，控制活塞4向左移动，顶开活动阀芯10，油缸用户油从A1口流回A口，回到油箱。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种水下定压液压锁，其特征在于：包括：
筒体(1)，所述筒体(1)内设有控制油腔(2)，在筒体(1)上还设有与控制油腔(2)相连通的油缸连接口(3)，控制油腔(2)内滑移有控制活塞(4)，控制活塞(4)受油压的压差影响而移动；
还包括阀座(5)，两个阀座(5)密封安装于筒体(1)的两侧，每个阀座(5)内设有调节油腔(6)，调节油腔(6)一侧与控制油腔(2)连通，另一侧设置环境补偿压力口(7)，一侧的调节油腔(6)上设有进油口(8)、另一侧的调节油腔(6)上设有出油口(9)，两个调节油腔(6)内均设有活动阀芯(10)，活动阀芯(10)上套设有弹性件(11)，活动阀芯(10)受弹性件(11)弹力和油压压差的影响而移动，控制油路通断及气压平衡。
2.如权利要求1所述的一种水下定压液压锁，其特征在于，所述筒体(1)包括位于控制油腔(2)两侧的顶板(101)、底板(102)，所述顶板(101)上以顶板(101)的中心轴线为基准，对称设有油缸连接口(3)。
3.如权利要求2所述的一种水下定压液压锁，其特征在于：控制活塞(4)处于控制油腔(2)中位时，两油缸连接口(3)均与控制油腔(2)连通。
4.如权利要求1所述的一种水下定压液压锁，其特征在于：所述调节油腔(6)背离控制油箱的一端设有嵌入环境补偿压力口(7)中的调压螺母(12)，调压螺母(12)上同轴贯穿有容纳孔(13)，活动阀芯(10)一端穿入容纳孔(13)中。
5.如权利要求4所述的一种水下定压液压锁，其特征在于：所述容纳孔(13)为阶梯孔，包括用于容纳活动阀芯(10)的第一孔段(1301)、连通第一孔段(1301)和环境补偿压力孔的第二孔段(1302)，所述第二孔段(1302)的直径小于第一孔段(1301)的直径。
6.如权利要求5所述的一种水下定压液压锁，其特征在于：所述活动阀芯(10)上一体设有密封轴肩(1001)，弹性件(11)一端顶在调压螺母(12)上，另一端顶在密封轴肩(1001)上。
7.如权利要求1所述的一种水下定压液压锁，其特征在于：所述活动阀芯(10)靠近控制油腔(2)的一端设为锥形，第一油腔与控制油腔(2)之间的连接孔孔径小于活动阀芯(10)锥形部分的大径。
8.如权利要求1所述的一种水下定压液压锁，其特征在于，所述阀座(5)与筒体(1)之间设有密封条(14)，所述筒体(1)和控制活塞(4)之间设有密封条(14)。
9.一种带有如权利要求1所述的水下定压液压锁的油缸，其特征在于，油缸的油液口与油缸连接口(3)连通，进油口(8)、出油口(9)均连接有换向阀。
10.一种利用如权利要求1所述的水下定压液压锁、如权利要求9所述的油缸的锁止方法，其特征在于，包括如下步骤：
制动油缸，将与进油口(8)和出油口(9)连接的换向阀置于中位，此时进油口(8)无高压油进入，活动阀芯(10)在环境压力和弹簧弹力的作用下，被顶进在阀座(5)口部，与阀座(5)口部密封连接，实现锁紧功能；
随着水下定压液压锁逐渐上浮，环境压力补偿口处的环境压力逐渐减小，但油缸连接口(3)处的压力保持不变，当环境压力补偿口处的环境压力减小到临界值时，活动阀芯(10)被来自油缸连接口(3)处的油缸内压力顶开，阀座(5)口部不再密封，使得进油口(8)与其中一个油缸连接口(3)连通，出油口(9)与另一个油缸连接口(3)连通，此时进油口(8)、出油口(9)的作用都是泄压，以防液压锁、油缸因为压力过大而爆开；
油缸连接口(3)处的压力泄至安全值后，在环境压力补偿口和弹簧弹力的作用下，活动阀芯(10)被推回，重新封堵住阀座(5)的口部；随着环境压力补偿口的压力继续减小，活动阀芯(10)重复活动泄压的过程，直至回到陆地后，环境压力补偿口处的压强不再变化，活动阀芯(10)停止运动。
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