CN2656687Y - 水下设备液压系统压力补偿方向流量阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下设备液压系统压力补偿方向流量阀。它由方向流量阀部件和海水环境压力敏感部件组成。它通过海水环境压力敏感部件的滚动膜片敏感海水环境压力，由于弹簧的预加压作用，使补偿压力略高于海水环境压力，防止海水侵入液压系统。应用海水压力推动滚动膜片，进而控制方向流量阀的换向与开口大小，保证液压系统回油路的压力得到补偿，本实用新型克服了现有压力补偿器的压力补偿精度低、不能自动补油与排气，不能应用于油源在常压空气中的水下液压系统中等缺陷。

Description

水下设备液压系统压力补偿方向流量阀

所属技术领域

本实用新型涉及流体压力执行机构，尤其是涉及一种水下设备液压系统压力补偿方向流量阀。

背景技术

海洋水下设备包括水下机器人、水下施工设备与军事潜艇三大类。对于这些水下设备的液压控制系统，在海水的压力变化大、强腐蚀、温度变化大这样的环境中工作，需要解决一些相关的关键问题，以保证液压系统的控制性能。如何解决随着海水压力的变化，液压系统的压力补偿或压力平衡问题，自然就成为水下设备液压系统要解决的关键问题之一。

水下设备液压系统的压力在早期并未采取压力补偿措施，而是把水下的液压控制元件与执行器都分别安装在压力容器中，以防止海水压力对系统的影响，但这种方法大大增加了一些不必要的重量，另外，元件的安装与维护也很困难。再者，早期也有使用皮囊式蓄能器替代压力补偿器完成压力补偿功能的，这也是为了解决海水环境压力补偿的临时措施。

目前，已有专用于水下设备液压系统的压力补偿器，该种补偿器常见于水下机器人与水下施工设备上。通常情况下，主要由补偿器外壳、补偿隔膜、补偿弹簧、标尺等几部分组成。它的基本原理是通过膜片、薄壳体或活塞形式的机械装置的变形或移动，去敏感周围海水环境压力，并把海水环境压力传递到需要补偿的液压系统或部件。

但这种传统的压力补偿器仍然存在不少缺陷：

(1)对于具有非对称执行器的液压系统，由于执行器两个工作容腔的容积不同，压力补偿器在工作过程中，对不同的工作容积进行相应的容积补偿，这势必造成其内部的补偿弹簧的变形量变化较大，最终使执行器工作容腔不同而补偿压力不同；另外，在压力补偿器初始工作与缺油需补油时，补偿器内的补偿弹簧变形量变化较大，使补偿压力变化较大。即补偿的压力与海水环境压力的差不能保持恒值，补偿精度不高。

(2)对于短期工作在水下的设备，当压力补偿器因泄漏缺油时，可以上浮至水面进行补油。而对于需要在水下潜行长达几个月时间的水下设备，根本无法在工作过程中进行补油。所以这种补偿器不能满足自动补油要求；

(3)现有的压力补偿器没有自动排气装置，在工作之前必须由人工进行预先充油，并排空其中的空气。这样，设备每次入水前都要人工检查并排气，造成不必要的麻烦。

(4)这种压力补偿器只能应用于包括液压源在内的整个液压系统都在海水环境中，通过将其安装于油箱上来达到压力补偿的目的。但对于当油泵等液压源位于常压空气环境中，而执行元件却在海水环境中时，由于常压环境中的油箱即不能耐压，又不是密闭的，就不能使用此种压力补偿器完成压力补偿的功能，而需要一种新型的压力补偿元件去实现此功能。该新型元件的设计就是为此目的而设计的。

发明内容

为了减少或消除海水环境压力的影响，提高液压系统的控制性能，本实用新型的目的是提供一种水下设备液压系统压力补偿方向流量阀。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是它包括：方向流量阀部件和海水环境压力敏感部件，其中：

1)方向流量阀部件：包括阀体与阀芯；套在阀芯外的连接件一端与油腔壳体连接，阀芯一端经钢丝挡圈与控制杆连接，

2)海水环境压力敏感部件：包括导向套，钢丝挡圈、控制杆、螺母、弹性挡圈、指示杆、海水腔壳体、弹簧、膜片支架、螺钉、滚动膜片、膜片压板、油腔壳体、弹簧垫、平垫和螺栓；滚动膜片的外圈固定在海水腔壳体与油腔壳体的法兰上，在滚动膜片的外圈有一个固连的密封件，海水腔壳体与油腔壳体的法兰对夹密封，膜片压板与膜片支架由螺钉连接，指示杆外套有弹簧，弹簧的一端顶在海水腔壳体的底部，弹簧的另一端顶在膜片支架的一边，指示杆的一端与膜片支架连接，指示杆的另一端伸出海水腔壳体外，滚动膜片用膜片压板与控制杆相连，滚动膜片在海水壳体与油腔壳体的内腔中处于浮动状态，控制杆在导向套中能沿轴向上下往复滑动，导向套安装于连接件的内孔中，螺母连接连接件与油腔壳体。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益的效果是：

本实用新型应用于油源在常压空气环境中，而执行元件在一定深度的海水压力环境中的液压系统的压力补偿，解决了背景技术不能用于此种系统中的问题。另外，由于随动控制的作用，加压弹簧的变形量的变化较小，减少了补偿压力与海水环境压力差值的波动，使其压力补偿的精度较高。再者，对于长期处在海水环境中的设备，由于液压系统难以避免的泄漏，本实用新型具备自动补油功能，同时又具有自动排气功能。克服了现有压力补偿器的压力补偿精度低、不能自动补油与排气，不能应用于油源在常压空气中的水下液压系统中等缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图是本实用新型的结构原理示意图。

附图中：1.连接件，2.密封件，3.阀体，4.阀芯，5.螺塞，6.螺塞，7.橡胶垫，8.密封件，9.导向套，10.钢丝挡圈，11.控制杆，12.螺母，13.弹性挡圈，14.指示杆，15.海水腔壳体，16.弹簧，17.膜片支架，18.螺钉，19.滚动膜片，20.膜片压板，21.油腔壳体，22.螺母，23.弹簧垫，24.平垫，25.螺栓。

具体实施方式

如附图所示，本实用新型包括：方向流量阀部件和海水环境压力敏感部件，其中：

1)方向流量阀部件：包括连接件1、密封件2、阀体3、阀芯4、螺塞5、螺塞6、橡胶垫7和密封件8。

钢丝挡圈10把控制杆11与阀芯4在轴向连接起来，阀芯4的移动受控制杆11的控制，当控制杆11轴向移动时，带动阀芯4轴向移动，使得阀芯4相对于阀体3移动，以获得不同的阀口开度与液流方向。由连接件1把海水环境压力敏感单元与方向流量阀单元连接起来。阀体3的端部的螺塞5把主阀孔堵上，并保证阀芯4相对于阀体3在最初始位置时，P口与A口的开口量。螺塞5、连接件1与阀体3的连接处由密封件2保证其密封。安装螺塞6与密封件7的螺孔是为了加工A口的工艺孔，同时可外接压力表检测补偿压力。阀体上的P口为液压系统的供油压力接入口，L口为其泄油口。

2)海水环境压力敏感部件：包括导向套9，钢丝挡圈10、控制杆11、螺母12、弹性挡圈13、指示杆14、海水腔壳体15、弹簧16、膜片支架17、螺钉18、滚动膜片19、膜片压板20、油腔壳体21、螺母22、弹簧垫23、平垫24和螺栓25。

滚动膜片19的外圈固定在海水腔壳体15与油腔壳体21的法兰上。在滚动膜片19的外圈有一个固连的密封件，通过海水腔壳体15与油腔壳体21的法兰的对夹作用，使密封件产生变形，保证油腔壳体21内的液压油不会泄漏到海水中。滚动膜片19的内圈用膜片压板20与膜片支架17对夹，膜片压板20与膜片支架17由螺钉18连接。指示杆14通过螺纹与膜片支架17连接。滚动膜片19通过膜片压板20与控制杆11相连，滚动膜片19在海水腔壳体15与油腔壳体21的内腔中处于浮动状态。弹簧16的一端顶在海水腔壳体15的底部，另一端顶在膜片支架17的一边，由于弹簧的预压缩作用，使滚动膜片上产生一个预压力，此预压力作用在油腔壳体内的油液上，使液压油的压力高出海水环境压力一个定值。控制杆11在导向套9中可以沿轴向上下往复滑动。控制杆11的导向作用由导向套9完成。导向套9安装于连接件1的内孔中，轴向定位由弹性挡圈13保证。通过螺母12把连接件1与油腔壳体21连接起来。端面处有密封件8起密封作用。

油腔壳体21上的油口E接液压系统的执行元件的回油或泄油口。

本实用新型的工作原理为：

1)海水环境压力敏感部件

海水环境压力敏感部件由滚动膜片19、弹簧16、海水腔壳体15、油腔壳体21与控制杆11五个主要零件组成。

滚动膜片19是橡胶等纤维织物复合加工而成，既是密封元件又是液体、压力传递的敏感弹性元件。滚动膜片具有在工作过程中处于滚动状态，磨擦阻力小，密封可靠，行程大等一系列优点；而且具有线性特性，即沿轴向变形时，在一定工作范围内，驱动膜片轴向移动的力为常数，这一特性对敏感周围海水环境压力较有利，产生的干扰较小；另外，滚动膜片移动只需很小的力，响应特性好。

弹簧16的作用是预加一个微小压力到液压油中，保证液压子系统的补偿压力略高于海水环境压力一个定值，以防止海水侵入液压系统，污染液压油。另外，由于阀口开口与换向行程较小，致使弹簧的压缩变形量的变化较小，这就保证了补偿压力受弹簧变形量的变化的影响不大，从而使补偿压力基本为一定值，误差较小。

指示杆14的作用一是起支承作用，使滚动膜片19在指示杆14与控制杆11的作用下一直处于海水腔壳体15与油腔壳体21的中心；另外，指示杆14能指明正常的工作位置。当滚动膜片19出现老化泄漏时，滚动膜片19上下两边的压力相等，此时，受弹簧16的作用，指示杆14处于最上端位置，在不拆开的情况下也能知道故障的原因。

滚动膜片19通过膜片压板20与控制杆11固连。滚动膜片19的上下移动会带动控制杆11上下移动，进而控制阀芯的上下移动。

2)方向流量阀部件

方向流量阀部件由阀芯4与阀体3两个主要零件组成。

如附图的工作原理图所示。该方向流量阀有三个工作位置。在最初位置时，油腔壳体21中还是空气时，由于弹簧16的作用，使阀芯4处于最上端位置，此时阀口打开，使P口与A口相通，对海水压力敏感单元的油腔进行充油。充满油后，继续充油的过程中，滚动膜片19会连同控制杆11一起向下移动，移动到一定位置，使阀口关死，此时，处于中位的工作状态，P口、A口、L口互不相通。当油腔壳体上所连接的回油口没有回油流量时，阀芯4一直处于中位工作。当经过此压力补偿方向阀的回油路有回油流量时，进入油腔壳体的油液体积增加，迫使滚动膜片19继续向下移动，同时带动控制杆11与阀芯4向下移动，移动到一定位置，阀口打开，使A口与L口相通，则回油路的流量经连接件内部的通道d、阀体上的油孔a、A孔、阀口到达L口，而后回油箱，并排出原来残留的空气。此时方向流量阀处于下工作位置。

本实用新型之所以称其为补偿方向流量阀，是因为该阀不但具有换向的作用，而且具有阀口开口量的变化，其开口量的大小受流量的控制，流量大则开口大，流量小则开口小。这样经过阀口的压力降基本保持不变。

当回油路中没有流量时，由于不可避免的泄漏存在，受弹簧力向上的作用，阀芯4又会移动到中位工作，使P口、A口、L口互不相通。如果长期不工作，继续泄漏，则阀芯4继续向上移动，移动到一定位置，阀口打开，使P口与A口相通，对海水环境压力敏感单元的油腔进行补油。补油时，阀芯4受滚动膜片19与控制杆11的作用向下移动，又重新关闭阀口，使方向流量阀又工作在中位。

该海水压力补偿方向阀实际上是一个随动机构，滚动膜片19的工作位置决定了阀芯4的工作位置，而阀芯4的工作位置同时又作用于滚动膜片19，使滚动膜片19只工作在一定的范围之内。

为了减少补偿压力的误差，在阀芯4的两端并没有安装复位弹簧，阀芯的轴向位置完全由滚动膜片19控制。而且，阀芯的两端面通过内部的a、b、c、d油道与压力敏感单元的油腔相通，使阀芯4两端面所受液压力平衡。在滚动膜片19移动时，推动阀芯4移动的干扰力只有阀芯4与阀体3间的粘性摩擦力，没有弹簧力与液压力的干扰存在，从另一个方向提高了补偿精度。

Claims (1)

1、一种水下设备液压系统压力补偿方向流量阀，其特征在于它包括：方向流量阀部件和海水环境压力敏感部件，其中：

1)方向流量阀部件：包括阀体(3)与阀芯(4)；套在阀芯(4)外的连接件(1)一端与油腔壳体(21)连接，阀芯(4)一端经钢丝挡圈(10)与控制杆(11)连接。

2)海水环境压力敏感部件：包括导向套(9)，钢丝挡圈(10)、控制杆(11)、螺母(12)、弹性挡圈(13)、指示杆(14)、海水腔壳体(15)、弹簧(16)、膜片支架(17)、螺钉(18)、滚动膜片(19)、膜片压板(20)、油腔壳体(21)、螺母(22)、弹簧垫(23)、平垫(24)和螺栓(25)；滚动膜片(19)的外圈固定在海水腔壳体(15)与油腔壳体(21)的法兰上，在滚动膜片(19)的外圈有一个固连的密封件，海水腔壳体(15)与油腔壳体(21)的法兰对夹密封，膜片压板(20)与膜片支架(17)由螺钉(18)连接，指示杆(14)外套有弹簧(16)，弹簧(16)的一端顶在海水腔壳体(15)的底部，弹簧(16)的另一端顶在膜片支架(17)的一边，指示杆(14)的一端与膜片支架(17)连接，指示杆(14)的另一端伸出海水腔壳体(15)外，滚动膜片(19)用膜片压板(20)与控制杆(11)相连，滚动膜片(19)在海水壳体(15)与油腔壳体(21)的内腔中处于浮动状态，控制杆(11)在导向套(9)中能沿轴向上下往复滑动，导向套(9)安装于连接件(1)的内孔中，螺母(12)连接连接件(1)与油腔壳体(21)。