CN102678680B - 一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元 - Google Patents

一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元，包括框架、波纹管、波纹管上盖板、波纹管底板、集成阀块、蓄能器、液压缸、导向柱、油泵，波纹管底板和导向柱固定在框架上，波纹管安装在波纹管上盖板、波纹管底板之间，导向柱穿过波纹管上盖板，波纹管发生轴向弹性伸缩时，波纹管上盖板沿导向柱自由移动，蓄能器、集成阀块、液压缸依次相连，蓄能器和液压缸分别固定在框架上，液压缸与波纹管相连通，波纹管内部设置吸油管和回油管，油泵连通吸油管，集成阀块连通回油管。本发明不仅可以实现对***压力的补偿，并且可以满足在大型液压***中由非对称执行元件和泄漏造成的***油液较大的体积变化，并保持补偿压力裕量恒定。

Description

一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元
技术领域
本发明涉及的是一种水下器械，具体地说是水下补偿器。
背景技术
水下液压***在海洋工程机械、水下科学考察应用广泛，特别是大型、高精度深水液压***应用越来广泛。补偿单元(器)是水下液压***的重要环节之一，其作用为：平衡封闭结构内外压力；将***回油压力提高到稍大于环境压力(高出环境压力部分称为补偿压力裕量)用以平衡水下环境压力以及防止海水侵入***；补偿由于采用非对称执行元件和泄漏造成的***油液体积变化。现有补偿器主要类型为活塞式、滚动膜片式、波纹管式等，其原理基本都是采用弹性元件传递海水压力，并使用弹簧压缩形成补偿压力裕量。但是对于大型液压***不仅油液泄漏量较大，而且如果***中采用大量的液压缸等非对称执行元件，需要补偿的油液体积会很大，现有补偿器由于采用弹簧结构，当补偿器中油液体积变化较大时，弹簧的变形量也变化较大，相应的补偿压力裕量变化增大，对***的精度产生不利的影响；当液压管线发生泄漏时由于弹簧压缩不可控，导致补偿器中油液大量泄漏，直至补偿压力裕量变为零，此时***已经无法进行应急动作。由于补偿压力裕量的限制(一般为0.1MPa左右)，现有原理补偿器容积也会有很大限制，无法满足大型水下液压***的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供应用于水下、在提供大容积补偿的同时保证补偿压力裕量恒定的一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元，其特征是：包括框架、波纹管、波纹管上盖板、波纹管底板、集成阀块、蓄能器、液压缸、导向柱、油泵，波纹管底板和导向柱固定在框架上，波纹管安装在波纹管上盖板、波纹管底板之间，导向柱穿过波纹管上盖板，波纹管发生轴向弹性伸缩时，波纹管上盖板沿导向柱自由移动，蓄能器、集成阀块、液压缸依次相连，蓄能器和液压缸分别固定在框架上，液压缸与波纹管相连通，波纹管内部设置吸油管和回油管，油泵连通吸油管，集成阀块连通回油管。
本发明还可以包括：
1、所述的集成阀块包括减压阀、单向阀、液控单向阀、溢流阀、电磁球阀、p腔，油泵供油路通过减压阀、单向阀和p腔相连，p腔同蓄能器及液压缸相通，p腔通过液控单向阀、溢流阀和油泵的吸油口相连，液控单向阀的控制油口和减压阀的入口相连，p腔通过电磁球阀与波纹管的回油管相连。
2、所述的回油管高于吸油管，回油管和吸油管上端位置均低于波纹管产生最大压缩量时上盖板的位置。
3、所述的波纹管为橡胶波纹管，波纹管管口端面处安装截面积为矩形的环状金属，波纹管轴向安装截面积为圆形的环状金属。
4、波纹管上盖板上装有快速排气阀，所述液压缸为深海液压缸，液压缸内部安装位移传感器，位移传感器检测波纹管内油量信号，当波纹管内油量小于设定值时报警，报警后若执行元件没有动作且波纹管中的油液持续减少，则电磁球阀接通。
本发明的优势在于：本发明不仅可以实现对***压力的补偿，并且可以满足在大型液压***中由非对称执行元件和泄漏造成的***油液较大的体积变化，并保持补偿压力裕量恒定。在***泄漏时产生报警，使压力裕量变为零，而当***修复重启后补偿压力裕量恢复，防止由于产生过度泄漏，***无法恢复或无法实现应急动作的问题。该补偿单元由于容积较大，甚至可以在***中取代传统油源的功能，作为整个***的油源使用，并且可以通过多个补偿单元并联的形式进行扩展。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是波纹管处结构径向的剖面视图；
图3是本发明的液压原理图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～3，本发明包括框架1，特制橡胶波纹管3，波纹管上盖板4，波纹管底板2，内置位移传感器的深海液压缸8，蓄能器7，集成阀块5，导向柱10组成的补偿器单元。其特征在于波纹管3连接在上盖板4和底板2之间，波纹管底板2和框架1连接；框架1上连接有多个导向柱10，导向柱10穿过波纹管上盖板4的导向孔，使波纹管3发生轴向弹性伸缩时，波纹管上盖板4沿导向柱10自由移动；液压缸8一端连接框架1，另一端连接波纹管上盖板4，通过集成阀块5将蓄能器7、液压缸8、及***的供油及回油管线相连。
集成阀块5包括减压阀5.1、单向阀5.2、液控单向阀5.3、溢流阀5.4、电磁球阀5.5。***的供油路通过减压阀5.1、单向阀5.2和p腔相连，p腔同蓄能器7及液压缸8相通；p腔通过液控单向阀5.3、溢流阀5.4和***的回油路及油泵的吸油口相连，其中液控单向阀5.3的控制油口和减压阀5.1的入口相连；p腔又通过电磁球阀5.5和***回油路相连。
所述特制橡胶波纹管3中有两种周向的环状金属17、18，其中波纹管3管口端面处环状金属18截面积为矩形；波纹管3轴向均布环状金属17截面积为圆形。
波纹管上盖板4导向孔中安装有非金属衬套11，导向柱10在衬套内孔中相对滑动。
波纹管上盖板4上装有快速排气阀19，在波纹管底板2上安装有金属块12和14，用以连接管接头和吸油管13及回油管15，其中回油管15要高于吸油管13，但是上端位置都要低于波纹管3产生最大压缩量时上盖板4的位置。
所述液压缸8为专用深海液压缸，内部集成位移传感器，位移传感器将位移信号传至控制***，当波纹管3内油量过少时，控制***产生报警。若控制***检测到没有执行元件动作，而波纹管中的油液持续减少，则判断为***油路发生泄漏，则电磁球阀接通。
本发明的工作原理如下：
如附图3所示，***工作前蓄能器充入一定压力的氮气，并将溢流阀5.4的调定压力稍小于减压阀5.1的调定压力。***工作时油泵提供压力油使液压缸执行器动作，同时压力油通过减压阀5.1单向阀5.2充入P腔，由于液控单向阀5.3导通，控制油口为高压，此时油液通过溢流阀5.4溢流使P腔压力为溢流阀调定压力，油液溢流后从油口15流入波纹管3内；P腔与深海液压缸8相通，使液压缸8产生恒定的推力，与P腔相连的蓄能器7可以吸收压力的波动，并当油泵停止供油后依然保持P腔为调定压力；液压缸上端连接框架1，下端作用于波纹管上盖板4，对橡胶波纹管3产生压缩作用，从而使波纹管3中的液压油产生恒定补偿压力裕量，即使当波纹管3内油液体积发生变化由于液压缸8的推力始终保持恒定补偿压力裕量也保持定值；此时环境压力同时作用在补偿器上盖板4上，对波纹管3产生压缩作用将压力传递到波纹管3内部，使波纹管3内部压力等于环境压力和补偿压力裕量的和；波纹管3通过油口13和15分别连接到泵的吸油口及液压***回油路上，回油压力和波纹管3内的压力相等。上述过程实现液压***工作时压力补偿的作用。
当水下液压***内部非对称执行器例如液压缸工作时候，波纹管3内部油液体积发生变化，将产生轴向的伸长或缩短，由于多根导向柱10的导向作用，保证上盖板4带动波纹管3严格沿着导向柱10上下伸缩运动。在波纹管上盖板4的导向孔中安装有非金属衬套11，以减少相对运动时的摩擦。上述过程实现了体积补偿的作用，特别要指出的是在该过程中补偿压力始终保持一个恒定的值。
当***停止工作时，油泵供油压力为零相对于回油压力，此时蓄能器7内部压力同***工作时相同，高于回油压力，由于单向阀5.2和液控单向阀5.3(控制油口低压，液控单向阀截止)作用使蓄能器7压力保持恒定，与其相通的液压缸8内压力也不变，相应的波纹管3内部压力保持不变，***回油压力恒定。此过程实现液压***停止时的压力补偿作用。
当液压***产生泄漏时波纹管3内部油液持续减少，波纹管3收缩同时带动液压缸8伸长，当液压缸8伸长量达警戒位置时，8内部的位移传感器产生的位移信号触发报警。同时集成阀块中的电磁球阀5.5通电，使蓄能器7与***回油路接通，蓄能器7压力卸掉与回油路相等，液压缸8变为浮动，压力补偿裕量变为零，***停止后内部压力与环境压力相等，此时泄漏将减为最小，以等待相应的应急措施。当液压***泄漏修补好之后，***再次启动后补偿压力恢复设定值。此过程该补偿单元实现了对液压***泄漏时的防过度泄漏的应急功能，防止了液压油漏光***无法恢复的状况。
特别要说明的是所述的波纹管3，采用的是橡胶材质，内部采用18和17两类了环状金属，波纹管管口端面处截面积为矩形的环状金属18，其作用是将螺栓的压力均匀的分布到波纹管3与上盖板4及底板2配合的密封面上，使其紧密贴合防止泄漏，波纹管3轴向均布的环状金属17的作用是防止波纹管3由于内部压力作用产生径向的过度变形，并且不增加轴向的压缩弹性模量，保证补偿压力裕量的恒定。
如附图2所示，上盖板4上的快速排气阀19作用是当***在陆上试运行时的气体将聚集在波纹管上部，通过调整排气阀将气体放掉避免影响***性能。

Claims (5)

1.一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元，其特征是：包括框架、波纹管、波纹管上盖板、波纹管底板、集成阀块、蓄能器、液压缸、导向柱、油泵，波纹管底板和导向柱固定在框架上，波纹管安装在波纹管上盖板、波纹管底板之间，导向柱穿过波纹管上盖板，波纹管发生轴向弹性伸缩时，波纹管上盖板沿导向柱自由移动，蓄能器、集成阀块、液压缸依次相连，蓄能器和液压缸分别固定在框架上，液压缸与波纹管相连通，波纹管内部设置吸油管和回油管，油泵连通吸油管，集成阀块连通回油管；
所述的集成阀块包括减压阀、单向阀、液控单向阀、溢流阀、电磁球阀、p腔，油泵供油路通过减压阀、单向阀和p腔相连，p腔同蓄能器及液压缸相通，p腔通过液控单向阀、溢流阀和油泵的吸油口相连，液控单向阀的控制油口和减压阀的入口相连，p腔通过电磁球阀与波纹管的回油管相连。
2.根据权利要求1所述的一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元，其特征是：所述的回油管高于吸油管，回油管和吸油管上端位置均低于波纹管产生最大压缩量时上盖板的位置。
3.根据权利要求1或2所述的一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元，其特征是：所述的波纹管为橡胶波纹管，波纹管管口端面处安装截面积为矩形的环状金属，波纹管轴向安装截面积为圆形的环状金属。
4.根据权利要求1或2所述的一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元，其特征是：波纹管上盖板上装有快速排气阀，所述液压缸为深海液压缸，液压缸内部安装位移传感器，位移传感器检测波纹管内油量信号，当波纹管内油量小于设定值时报警，报警后若执行元件没有动作且波纹管中的油液持续减少，则电磁球阀接通。
5.根据权利要求3所述的一种大容积恒补偿压力裕量液压补偿单元，其特征是：波纹管上盖板上装有快速排气阀，所述液压缸为深海液压缸，液压缸内部安装位移传感器，位移传感器检测波纹管内油量信号，当波纹管内油量小于设定值时报警，报警后若执行元件没有动作且波纹管中的油液持续减少，则电磁球阀接通。
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