CN214151511U - 压力平衡装置和工程机械 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种压力平衡装置和工程机械。压力平衡装置包括：壳体；活动体，沿第一方向可往复移动地设置于壳体内；隔离元件，密封地设置于壳体和活动体之间，隔离元件和活动体将壳体的内部空间分隔为彼此隔离的第一容腔和第二容腔，第一容腔被配置为填充待平衡压力的流体，形成第二容腔的壳体上具有用于与压力平衡装置的外界环境连通的连通口；和弹性元件，设置于第二容腔内并向活动体施加沿第一方向并且朝向第一容腔的作用力。

Description

压力平衡装置和工程机械

技术领域

本公开涉及工程机械技术领域，特别涉及一种压力平衡装置和工程机械。

背景技术

涉及水下作业的工程机械，例如成槽机，在水下作业时，随着工作深度的不断加大，其驱动装置承受的外部压力也逐渐增大，此时驱动装置就存在因为密封件失效而进入泥水的风险。为了防止发生此类风险，可以通过设置压力平衡装置使驱动装置内部的油液压力等于或稍大于外部压力。

在发明人已知的相关技术中，压力平衡装置采用皮囊与弹簧增压式的分体水压平衡器，通过皮囊感应外部水压，然后通过软管把外界环境压力传递到水压平衡器中，水压平衡器中设置有弹簧，实现为油液增压的技术效果。

实用新型内容

本公开第一方面提供一种压力平衡装置，包括：

壳体；

活动体，沿第一方向可往复移动地设置于所述壳体内；

隔离元件，密封地设置于所述壳体和所述活动体之间，所述隔离元件和所述活动体将所述壳体的内部空间分隔为彼此隔离的第一容腔和第二容腔，所述第一容腔被配置为填充待平衡压力的流体，形成所述第二容腔的所述壳体上具有用于与所述压力平衡装置的外界环境连通的连通口；

弹性元件，设置于所述第二容腔内并向所述活动体施加沿所述第一方向并且朝向所述第一容腔的作用力。

在一些实施例中，还包括导向结构，所述导向结构被配置为引导所述活动体沿所述第一方向移动，所述导向结构包括止转部，所述止转部被配置为防止所述活动体绕沿所述第一方向延伸的轴线转动。

在一些实施例中，

所述导向结构包括套筒和导向杆，所述套筒沿所述第一方向延伸，设置于所述壳体和所述活动体中的一个上，所述导向杆沿所述第一方向延伸，设置于所述壳体和所述活动体中的另一个上，所述导向杆伸入所述套筒内并沿所述套筒可往复移动地配置；

所述止转部包括凸起和凹槽，所述凸起沿所述第一方向设置于所述套筒和所述导向杆中的一个上并位于所述套筒和所述导向杆之间，所述凹槽沿所述第一方向设置于所述套筒和所述导向杆中的另一个上并位于所述套筒和所述导向杆之间，所述凸起与所述凹槽滑动配合。

在一些实施例中，所述弹性元件包括同轴且内外套装的第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧和所述第二弹簧的两端分别抵靠于所述壳体和活动体，所述第一弹簧和所述第二弹簧为旋向相反的螺旋弹簧。

在一些实施例中，还包括隔挡结构，所述隔挡结构沿所述第一弹簧和所述第二弹簧的径向设置于所述第一弹簧和所述第二弹簧之间。

在一些实施例中，所述隔挡结构包括沿所述第一方向间隔布置的两个隔挡环，所述两个隔挡环分别设置于所述壳体和所述活动体上。

在一些实施例中，还包括限位结构，所述限位结构包括：

限位杆，所述限位杆的第一端固定于所述活动体上，所述限位杆的第二端从形成所述第二容腔的所述壳体伸出；和

限位块，可拆卸地连接于所述限位杆的第二端。

在一些实施例中，压力平衡装置还包括检测元件，所述检测元件被配置为检测所述活动体在所述壳体中的位置。

本公开第二方面提供一种工程机械，包括本公开第一方面的压力平衡装置。

在一些实施例中，所述工程机械包括成槽机。

基于本公开提供的压力平衡装置，通过设置连通第二容腔与外界环境的连通口，可以取消皮囊，为设置较大直径的壳体及大直径容腔提供条件，设置大直径容腔利于提高压力平衡装置为与第一容腔相连的工作装置补油时的补油灵敏度，补油量大，压力波动小，性能更稳定。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开实施例的压力平衡装置的结构示意图。

图2为图1所示实施例的压力平衡装置的局部剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在实现本公开的过程中，发明人发现，以上相关技术的压力平衡装置可以实现平衡与其相连的驱动装置等工作装置与外界环境的压力，但也存在一定的不足之处。以上相关技术的压力平衡装置因采用分体式结构，占用空间较大。由于采用皮囊感应外部水压，皮囊本身具有一定厚度，水压在传递到皮囊内部时，首先需要克服皮囊变形的阻力，即导致压力损失，且软管在传递压力时也有压力损失。一旦与压力平衡装置相连的工作装置出现泄漏，皮囊中的油液需要补入水压平衡器中，由于连接皮囊和水压平衡器的管路通径不可能太大，因此油液的流量受到限制，即水压平衡器的补油速度和灵敏度都受限。由于分体式占用空间较大，在有限的安装空间内，水压平衡器直径都较小，同样补油量下，水压平衡器的滚动膜片运动行程大，滚动膜片寿命低。水压平衡器的弹簧在往复运动过程中会使滚动膜片扭转，进一步降低滚动膜片的使用寿命。

为解决以上问题，如图1所示，本公开实施例提供一种压力平衡装置，其包括壳体1、活动体3、隔离元件4和弹性元件2。

活动体3沿第一方向图1中为上下方向可往复移动地设置于壳体 1内。

隔离元件4，密封地设置于壳体和活动体3之间。隔离元件4和活动体3将壳体的内部空间分隔为彼此隔离的第一容腔103和第二容腔104。其中，第一容腔103被配置为填充待平衡压力的流体，形成第二容腔104的壳体1上具有用于与压力平衡装置的外界环境连通的连通口106。

平衡流体填充于第一容腔103内。平衡流体即需要进行压力平衡的流体，例如油液。

弹性元件2设置于第二容腔104内并向活动体3施加沿第一方向并且朝向第一容腔103的作用力。

本公开实施例的压力平衡装置，其中，隔离元件4和活动体3 在平衡流体、弹性元件2和外界环境的压力的共同作用下改变第一容腔103和第二容腔104的体积。通过设置连通第二容腔与外界环境的连通口，可以取消皮囊，为设置较大直径的壳体及大直径容腔提供条件，设置大直径容腔利于提高压力平衡装置为与其相连的工作装置补油时的补油灵敏度，补油量大，压力波动小，性能更稳定。

如图1和图2所示，在一些实施例中，压力平衡装置还包括导向结构。导向结构被配置为引导活动体3沿第一方向移动，导向结构包括止转部，止转部被配置为防止活动体3绕沿第一方向的轴线转动。

如图1和图2所示，在一些实施例中，导向结构包括套筒105 和导向杆302。套筒105沿第一方向延伸，设置于壳体1和活动体3 中的一个上。导向杆302，沿第一方向延伸，设置于壳体1和活动体 3中的另一个上，导向杆302伸入套筒105内并沿套筒105可往复移动地配置。止转部包括凸起304和凹槽109。凸起304沿第一方向设置于套筒105和导向杆302中的一个上并位于套筒105和导向杆302 之间。凹槽109沿第一方向设置于套筒105和导向杆302中的另一个上并位于套筒105和导向杆302之间，凸起304与凹槽109滑动配合。

如图1所示，在一些实施例中，弹性元件2包括同轴且内外套装的第一弹簧201和第二弹簧202，第一弹簧201和第二弹簧202的两端分别抵靠于壳体1和活动体3，第一弹簧201和第二弹簧202为旋向相反的螺旋弹簧。

如图1所示，在一些实施例中，压力平衡装置包括隔挡结构，隔挡结构沿第一弹簧和第二弹簧的径向设置于第一弹簧和第二弹簧之间。例如，隔挡结构包括沿第一方向间隔布置的两个隔挡环303，两个隔挡环303分别设置于壳体1和活动体3上。

如图1所示，在一些实施例中，压力平衡装置还包括限位结构，限位结构包括限位杆307和限位块306。限位杆307的第一端固定于活动体3上，限位杆307的第二端从形成第二容腔104的壳体1伸出。限位块306可拆卸地连接于限位杆307的第二端。

如图1所示，在一些实施例中，压力平衡装置还包括检测元件5，检测元件被配置为检测活动体3在壳体1中的位置。

以下结合图1和图2对本公开实施例进行更详细地说明。

如图1所示，压力平衡装置包括壳体1、活动体3、隔离元件4、弹性元件2、导向结构、限位结构、隔挡结构和检测元件5。

壳体1包括顶盖101和下筒体102。顶盖101和下筒体102通过连接螺栓可拆卸地连接在一起。本实施例中，上下方向作为前述第一方向。活动体3沿上下方向可移动地设置在壳体1内。

隔离元件4连接于壳体1和活动体3之间，隔离元件4和活动体3把壳体1的内部空间分隔成位于上部的第一容腔103和位于下部的第二容腔104。隔离元件4在活动体3上下运动过程中始终保持密封性。压力平衡装置的第一容腔103与工作装置连接，用于填充待平衡压力的流体如工作装置的油液。第二容腔104对应的壳体1的壁面上设置连通口106。连通口106使第二容腔104与外界环境连通，从而可以使第二容腔104内的压力与外界环境相同，例如在压力平衡装置处于水下时，第二容腔104的压力即为所处水位的压力。

相比于相关技术的压力平衡装置，本公开实施例利于设置较大的壳体1的直径，实现在相同补油量下，缩短隔离元件4行程的目的，利于提高隔离元件4的使用寿命。而且在与压力平衡装置连接的工作装置出现泄漏时，压力平衡装置中的油液补入工作装置中，在同样补油量下，本公开实施例的压力平衡装置的弹簧回弹的行程更小，即弹簧的弹力降低的更少，使整个压力平衡装置压力波动小，性能更稳定。

弹性元件2位于第二容腔104内，包括第一弹簧201和第二弹簧 202两个螺旋弹簧。两个弹簧的两端分别与壳体1的底壁内壁面和活动体3的底面抵接，从而为活动体3提供向上的作用力。

如图1所示，弹性元件2的第一弹簧201和第二弹簧202具有不同的旋向，一方面在运动过程中两个弹簧不会相互卡滞，另一方面能够相互抵消一部分弹簧伸缩时产生的旋转扭力。例如，位于径向外侧的第一弹簧201设置为右旋弹簧，位于径向内侧的第二弹簧202设置为左旋弹簧。

下筒体102底部和圆周设置有若干个连通口106，在压力平衡装置工作时，往第一容腔103中充入油液使弹簧被压缩，外界环境中的流体如水通过连通口106进入到壳体1的第二容腔104中，因此第一容腔103压力等于外界环境压力加上弹簧回弹产生的压力之和。

如图1所示，隔离元件4可以为滚动膜片，滚动膜片的径向外端固定在顶盖101和下筒体102之间，径向内端通过压环301固定在活动体3的上表面。

在一些未图示的实施例中，隔离元件4也可以是波纹管、金属箔、或者直接在活动体3上设置的密封元件，只要能够与活动体3一起把壳体1分隔成第一容腔103和第二容腔104，并在活动体3沿第一方向运动的过程中始终保持密封性即可。

导向结构包括套筒105、导向杆302和止转部。止转部包括凸起 304和凹槽109。套筒105沿上下方向设置于顶盖101的下部，凹槽 109沿上下方向设置于套筒105的内表面。导向杆302沿上下方向固定在活动体3的上方，跟随活动体3一起上下运动，导向杆302上部位于套筒105内，凸起304沿上下方向设置于导向杆302外表面。导向杆302上的凸起304与套筒105内的凹槽109配合。

以上导向结构一方面能够给活动体3的上下运动提供导向，防止活动体3左右偏摆，从而保护隔离元件4，利于提高隔离元件4的使用寿命；另一方面在弹性元件2的弹簧伸缩过程中，弹簧的端部会旋转，弹簧的端部旋转带动活动体3及固定在活动体3上的隔离元件4 一起旋转，隔离元件4的旋转会造成其损坏，使用寿命大大减低，导向杆302上的凸起304与套筒105内的凹槽109配合，能够阻止隔离元件4旋转，从而利于提高隔离元件4的使用寿命。

如图2所示，套筒105内的凹槽109为内花键，沿圆周均布三处，每处设置2个花键齿，相对应的导向杆302上的凸起304为外花键，沿圆周均布三处，每处设置1个花键齿。

在未图示的实施例中，内花健和外花键的数量和位置可以根据需要配置，也可以设置为其它形式的止转部。

本实施例中，设定顶盖101和下筒体102结合面为零位，通常活动体3可以带动隔离元件4相对于零位向上和向下运动一定的行程。一旦行程超出相应的范围，则隔离元件4容易损坏而使压力平衡装置失去作用。

限位结构包括限位杆307和限位块306。限位杆307的第一端固定于活动体3上，限位杆307的第二端从形成第二容腔104的壳体1伸出。限位块306可拆卸地连接于限位杆307的第二端，例如可以为螺纹连接。

在隔离元件4损坏需要更换时，需要把顶盖101从下筒体102上拆下，弹簧会带着活动体3一起恢复到自由长度而快速弹出，存在较大危险。在重新装回新的隔离元件4时，由于弹簧的自由长度大于隔离元件4的高度，因此需要借助工具和外力把弹簧压缩一定行程后才能使隔离元件4的径向外端固定在顶盖101和下筒体102之间，径向内端固定在活动体3上表面。为了解决这一问题，导向杆302的底部安装有限位块306，这样在拆掉顶盖101以后，弹簧由于限位块306 的作用而不会过度回弹，使得更换隔离元件4的工作方便、快捷。

隔挡结构包括设置于活动体3底部和下筒体102底部的两个上下间隔设置的隔挡环303，第一弹簧201和第二弹簧202同心的放置在的隔挡环303的内外两侧。隔挡结构使得弹簧在伸缩过程中不会沿径向窜动。

如图1所示，检测元件5安装在顶盖101上，检测元件5的检测杆501伸入到导向杆302内，导向杆302上设置有感应元件305。

检测元件5例如可以为位移传感器。检测元件5能够实时检测出活动体3的位置，一方面提醒用户在活动体3处于上极限位置时及时补油，以及活动体3处于下极限位置时停止补油，另一方面根据活动体3的运动速度判断工作装置的泄漏情况，及时发现异常泄漏，从而及时的把工作装置提出水面。

在未图示的实施例中，检测元件5也可以包括若干个接近开关，例如可以在顶盖101下部的套筒105上设置若干个接近开关，以检测活动体3的上极限位置和下极限位置。根据以上描述可知，本公开实施例的压力平衡装置具有以下优点至少之一：

通过设置连通第二容腔与外界环境的连通口，可以取消皮囊，为设置较大直径的壳体及大直径容腔提供条件，设置大直径容腔利于提高压力平衡装置补油灵敏度，补油量大，压力波动小，性能更稳定。

导向杆上设置有凸起，与导向杆配合的套筒内设置有凹槽，两者配合不仅能够提供导向，而且能够抗旋转，阻止弹簧在运动过程中带动活动体旋转造成的隔离元件寿命降低和损坏。

弹性元件包括两个同心放置的不同旋向的弹簧，利于缩减弹性元件的体积以及弹性元件安装空间，使压力平衡装置的结构更紧凑；弹性元件的两个弹簧具有不同的旋向，一方面在运动过程中两个弹簧不会相互卡滞，另一方面能够相互抵消一部分弹簧伸缩时产生的旋转扭力，提高隔离元件的使用寿命。

限位结构包括限位杆和安装于限位杆的底部的限位块，在更换隔离元件时，拆掉顶盖以后，弹簧由于限位块的作用不会过度回弹，使得更换隔离元件的工作方便、快捷。

本公开实施例还提供一种工程机械，包括前述的压力平衡装置。该工程机械例如包括成槽机。该工程机械具有前述的压力平衡装置具有的优点。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种压力平衡装置，其特征在于，包括：

壳体(1)；

活动体(3)，沿第一方向可往复移动地设置于所述壳体(1)内；

隔离元件(4)，密封地设置于所述壳体和所述活动体(3)之间，所述隔离元件(4)和所述活动体(3)将所述壳体的内部空间分隔为彼此隔离的第一容腔(103)和第二容腔(104)，所述第一容腔(103)被配置为填充待平衡压力的流体，形成所述第二容腔(104)的所述壳体(1)上具有用于与所述压力平衡装置的外界环境连通的连通口(106)；和

弹性元件(2)，设置于所述第二容腔(104)内并向所述活动体(3)施加沿所述第一方向并且朝向所述第一容腔(103)的作用力。

2.根据权利要求1所述的压力平衡装置，其特征在于，还包括导向结构，所述导向结构被配置为引导所述活动体(3)沿所述第一方向移动，所述导向结构包括止转部，所述止转部被配置为防止所述活动体(3)绕沿所述第一方向延伸的轴线转动。

3.根据权利要求2所述的压力平衡装置，其特征在于，

所述导向结构包括套筒(105)和导向杆(302)，所述套筒(105)沿所述第一方向延伸，设置于所述壳体(1)和所述活动体(3)中的一个上，所述导向杆(302)沿所述第一方向延伸，设置于所述壳体(1)和所述活动体(3)中的另一个上，所述导向杆(302)伸入所述套筒(105)内并沿所述套筒(105)可往复移动地配置；

所述止转部包括凸起(304)和凹槽(109)，所述凸起(304)沿所述第一方向设置于所述套筒(105)和所述导向杆(302)中的一个上并位于所述套筒(105)和所述导向杆(302)之间，所述凹槽(109)沿所述第一方向设置于所述套筒(105)和所述导向杆(302)中的另一个上并位于所述套筒(105)和所述导向杆(302)之间，所述凸起(304)与所述凹槽(109)滑动配合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力平衡装置，其特征在于，所述弹性元件(2)包括同轴且内外套装的第一弹簧(201)和第二弹簧(202)，所述第一弹簧(201)和所述第二弹簧(202)的两端分别抵靠于所述壳体(1)和活动体(3)，所述第一弹簧(201)和所述第二弹簧(202)为旋向相反的螺旋弹簧。

5.根据权利要求4所述的压力平衡装置，其特征在于，还包括隔挡结构，所述隔挡结构沿所述第一弹簧和所述第二弹簧的径向设置于所述第一弹簧和所述第二弹簧之间。

6.根据权利要求5所述的压力平衡装置，其特征在于，所述隔挡结构包括沿所述第一方向间隔布置的两个隔挡环(303)，所述两个隔挡环(303)分别设置于所述壳体(1)和所述活动体(3)上。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的压力平衡装置，其特征在于，还包括限位结构，所述限位结构包括：

限位杆(307)，所述限位杆(307)的第一端固定于所述活动体(3)上，所述限位杆(307)的第二端从形成所述第二容腔(104)的所述壳体(1)伸出；和

限位块(306)，可拆卸地连接于所述限位杆(307)的第二端。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的压力平衡装置，其特征在于，还包括检测元件(5)，所述检测元件(5)被配置为检测所述活动体(3)在所述壳体(1)中的位置。

9.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的压力平衡装置。

10.根据权利要求9所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械包括成槽机。

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