本發(fā)明涉及波浪補(bǔ)償液壓領(lǐng)域，尤其是一種容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)和應(yīng)用該液壓系統(tǒng)的升沉補(bǔ)償?shù)跹b系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

升沉補(bǔ)償是波浪補(bǔ)償?shù)囊环N，是指因海面起伏引起作業(yè)裝備產(chǎn)生波動(dòng)而進(jìn)行垂直方向上的補(bǔ)償校正。主要應(yīng)用于海上補(bǔ)給、海洋鉆井、有纜海底機(jī)器人安裝作業(yè)、深海探測(cè)等方面。由于海浪起伏的影響，起重機(jī)負(fù)載隨著波浪產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，負(fù)載物資可能會(huì)因此碰撞或者增加海上作業(yè)困難，從而對(duì)海上作業(yè)的安全性造成影響。

目前的波浪補(bǔ)償有主動(dòng)補(bǔ)償形式、被動(dòng)補(bǔ)償形式或主被動(dòng)相結(jié)合的半主動(dòng)補(bǔ)償形式，均可采用液壓系統(tǒng)來作為補(bǔ)償動(dòng)力裝置，被動(dòng)補(bǔ)償通常采用蓄能器來作為液壓系統(tǒng)的能量供給裝置，例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201320599459.3的中國專利文件公開了一種海洋吊機(jī)波浪補(bǔ)償裝置，包括安裝在吊臂頭部的液壓缸，在液壓缸的活塞桿端頭安裝有滑輪，起升絞車中的鋼絲繩通過滑輪與吊裝物相連；液壓缸的壓力端口與蓄能器連通，蓄能器同時(shí)與電磁閥A、電磁閥B連接，電磁閥A與高壓氣瓶連通，電磁閥B與低壓氣瓶連通，電磁閥A、電磁閥B的動(dòng)作由控制系統(tǒng)控制。本發(fā)明的裝置兼有被動(dòng)波浪補(bǔ)償和恒張力補(bǔ)償?shù)墓δ?，減小波浪引起的升沉運(yùn)動(dòng)對(duì)吊機(jī)和吊裝物的影響，增加海洋吊機(jī)吊裝的安全性。

主動(dòng)式波浪補(bǔ)償液壓系統(tǒng)包括閥控液壓缸式補(bǔ)償系統(tǒng)和二次馬達(dá)控制補(bǔ)償系統(tǒng)。其中，閥控液壓缸式補(bǔ)償系統(tǒng)是通過比例閥控制液壓缸的伸縮，從而實(shí)現(xiàn)波浪的升沉補(bǔ)償；二次馬達(dá)控制補(bǔ)償系統(tǒng)是通過二次馬達(dá)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角控制，實(shí)現(xiàn)波浪的升沉補(bǔ)償。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910227899.8的中國專利文件公開了一種用于主動(dòng)式波浪補(bǔ)償起重機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由油箱、分別包括液壓馬達(dá)的用于重物吊放的起重油路和用于波浪補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償油路組成；起重油路和補(bǔ)償油路中的液壓馬達(dá)通過減速器共同驅(qū)動(dòng)起重機(jī)的絞車轉(zhuǎn)動(dòng)。其補(bǔ)償油路由包括依次連接的第二吸油過濾器、第二液壓泵、第二單向閥、第二高壓過濾器、電磁閥、電液伺服閥、第二進(jìn)油平衡閥、第二液壓泵、第二出油平衡閥組成，在第二單向閥的出口處分別連接有第二溢流閥、第二壓力繼電器、蓄能器和第二壓力表，壓力補(bǔ)償器與電液伺服閥并聯(lián)使用，第二壓力繼電器控制第二電磁制動(dòng)器作為絞車的制動(dòng)元件。該發(fā)明系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：一是重物的吊放與波浪補(bǔ)償互不干擾，在沒有海浪的情況下，可以關(guān)閉補(bǔ)償回路，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)功能與普通起重機(jī)相同，在海浪較大的情況下，打開補(bǔ)償回路，可以進(jìn)行有波浪補(bǔ)償?shù)牡跹b。二是波浪補(bǔ)償精度高。三是系統(tǒng)柔性可調(diào)。四是系統(tǒng)安全可靠，兩個(gè)油路均使用雙向平衡閥的組合，防止重物滑車。由此可見，閥控液壓缸式補(bǔ)償系統(tǒng)的特征是響應(yīng)快、噸位大，然而由于閥控液壓缸式系統(tǒng)采用比例閥節(jié)流控制實(shí)現(xiàn)液壓缸的伸縮速度、位置的控制，其節(jié)流口的壓降全部產(chǎn)生熱量而使油液升溫，閥控系統(tǒng)的效率一般不高于30％，其缺點(diǎn)是系統(tǒng)效率低。

再例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201320599459.3的中國專利文件公開了一種二次馬達(dá)控制波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，具有補(bǔ)償響應(yīng)高，能耗小，可操作性強(qiáng)，補(bǔ)償精度高，穩(wěn)定性高可調(diào)節(jié)范圍大特點(diǎn)，適合多種噸位的和不同海況下作業(yè)的起重機(jī)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)。其技術(shù)方案為：采用二次馬達(dá)進(jìn)行控制，通過擺動(dòng)二次馬達(dá)擺角進(jìn)行正反轉(zhuǎn)補(bǔ)償，加大了響應(yīng)速度，二次馬達(dá)角速度傳感器輸出的角位移及伺服缸位移傳感器反饋的實(shí)際波浪位移所形成的閉環(huán)回路進(jìn)行閉環(huán)控制補(bǔ)償，提高了補(bǔ)償精度。二次馬達(dá)伺服缸控制單元的蓄能器來確保控制的穩(wěn)定性，制動(dòng)單元采用雙電磁換向閥增加系統(tǒng)安全性，二次馬達(dá)主油口采用二通插裝閥來控制在保證安全的同時(shí)減小壓損，通過充氮?dú)饪刂茊卧{(diào)節(jié)氣瓶壓力來適應(yīng)多種海況作業(yè)。該實(shí)用新型的二次馬達(dá)控制波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的特征是系統(tǒng)效率高，結(jié)構(gòu)簡單，但噸位大時(shí)絞車直徑將很大。

由此可知，閥控液壓缸式補(bǔ)償系統(tǒng)和二次馬達(dá)控制補(bǔ)償系統(tǒng)的技術(shù)較成熟，但分別存在不足，無法兼顧大噸位與高效率，整體綜合性能有待進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)。

另外，還可采用閉式泵控液壓缸式補(bǔ)償系統(tǒng)，閉式泵控液壓缸式補(bǔ)償系統(tǒng)的液壓泵的進(jìn)出油口分別連接在液壓缸的有桿腔和無桿腔，通過改變閉式泵的轉(zhuǎn)速或者排量實(shí)現(xiàn)液壓缸的控制，但由于大部分液壓缸的兩腔面積不同，故還需要額外的補(bǔ)油泵，當(dāng)有桿腔進(jìn)油和無桿腔出油時(shí)，系統(tǒng)由于面積差產(chǎn)生的多余油需要排回油箱。當(dāng)有桿腔出油和無桿腔進(jìn)油時(shí)，系統(tǒng)由于面積差而使無桿腔供油不足，需要補(bǔ)油泵補(bǔ)油。

因此，如何設(shè)計(jì)一種兼顧大噸位、高效率并減少控制元件數(shù)量的波浪補(bǔ)償液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就成為本領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)，包括液壓缸、油箱、比例泵和電動(dòng)機(jī)，液壓缸為內(nèi)部設(shè)有單活塞的雙作用式液壓缸，包括內(nèi)部設(shè)置有活塞桿的有桿腔和內(nèi)部無活塞桿的無桿腔，有桿腔和無桿腔由活塞相互隔離，且有桿腔和無桿腔的壓力端口分別通過第一油路和第二油路連接于比例泵，并經(jīng)由比例泵連接于油箱，比例泵由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。

進(jìn)一步地，比例泵可為一組或多組，每組比例泵各包括一個(gè)第一比例泵和一個(gè)第二比例泵，第一比例泵和第二比例泵分別設(shè)置于第一油路和第二油路上，每組比例泵各由一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。

優(yōu)選地，第一比例泵和/或第二比例泵與液壓缸之間的第一油路和/或第二油路上設(shè)有充液開關(guān)閥。

進(jìn)一步地，無桿腔包括相互隔離的第二無桿腔和第一無桿腔，第一無桿腔通過第二油路連接于第二比例泵，第二無桿腔通過第三油路連接于第一比例泵或者第二比例泵，并經(jīng)由第一比例泵或者第二比例泵連接于油箱。

優(yōu)選地，第三油路上設(shè)有蓄能器，蓄能器通過第三油路連接于液壓缸的第二無桿腔的壓力端口。

進(jìn)一步地，第一比例泵或者第二比例泵與蓄能器之間的第三油路上設(shè)有被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥。

優(yōu)選地，還包括將第一油路和第二油路相連通的第四油路，且第四油路上設(shè)有連通開關(guān)閥。

進(jìn)一步地，液壓缸的活塞桿的前端設(shè)有位移傳感器。

本發(fā)明還提供一種升沉補(bǔ)償?shù)跹b系統(tǒng)，包括船舶、設(shè)置在船舶上的波浪補(bǔ)償絞車系統(tǒng)、圍繞波浪補(bǔ)償絞車系統(tǒng)的鋼絲繩、吊裝于鋼絲繩末端的負(fù)載和承載鋼絲繩的起重機(jī)滑輪組，鋼絲繩沿著滑輪組進(jìn)行伸縮和轉(zhuǎn)向，還包括如上所述的容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)，滑輪組中的一個(gè)滑輪連接于活塞桿的前端，使得該一個(gè)滑輪可隨著活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，活塞桿和上述一個(gè)滑輪的連接處設(shè)有位移傳感器。

如上，本發(fā)明所提供的容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)和升沉補(bǔ)償?shù)跹b系統(tǒng)，能夠兼顧大噸位與高效率的要求，且液壓缸的有桿腔和無桿腔分別通過比例泵與油箱相連接，兩臺(tái)比例泵分別從油箱與液壓缸之間吸排油，因此無需增加額外的補(bǔ)油泵進(jìn)行補(bǔ)油，能夠減少控制元件的數(shù)量，并進(jìn)一步提高升沉補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)效率和控制系統(tǒng)柔性。

為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并結(jié)合附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例中提供的容積式主動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例中提供的容積式主被動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例中提供的升沉補(bǔ)償?shù)跹b系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說明

1 液壓缸

11 有桿腔

12 無桿腔

12a 第一無桿腔

12b 第二無桿腔

13 活塞

14 活塞桿

2 油箱

3 比例泵

31 第一比例泵

32 第二比例泵

4 電動(dòng)機(jī)

51 第一油路

52 第二油路

53 第三油路

54 第四油路

61 充液開關(guān)閥

62 被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥

63 連通開關(guān)閥

7 位移傳感器

8 滑輪

9 蓄能器

10 負(fù)載

010 船舶甲板/艙室

011 波浪補(bǔ)償絞車系統(tǒng)

012 鋼絲繩

013 容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)

014 起重機(jī)滑輪組

015 船舶運(yùn)動(dòng)傳感器

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。雖然本發(fā)明的描述將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例一起介紹，但這并不代表此發(fā)明的特征僅限于該實(shí)施方式。恰恰相反，結(jié)合實(shí)施方式作發(fā)明介紹的目的是為了覆蓋基于本發(fā)明的權(quán)利要求而有可能延伸出的其它選擇或改造。為了提供對(duì)本發(fā)明的深度了解，以下描述中將包含許多具體的細(xì)節(jié)。本發(fā)明也可以不使用這些細(xì)節(jié)實(shí)施。此外，為了避免混亂或模糊本發(fā)明的重點(diǎn)，有些具體細(xì)節(jié)將在描述中被省略。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

另外，在以下的說明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“頂”、“底”，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

【第一實(shí)施例】

如圖1中所示，本發(fā)明第一實(shí)施例提供了一種容積式主動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)，包括液壓缸1、油箱2、兩組比例泵3和電動(dòng)機(jī)4，液壓缸1為內(nèi)部設(shè)有單活塞的雙作用式液壓缸，包括內(nèi)部設(shè)置有活塞桿14的有桿腔11和內(nèi)部無活塞桿的無桿腔12，有桿腔11和無桿腔12由活塞13相互隔離，且有桿腔11和無桿腔12的壓力端口A、B分別通過第一油路51和第二油路52連接于比例泵3，并經(jīng)由比例泵3連接于油箱2，其中，每組比例泵3各包括一個(gè)第一比例泵31和一個(gè)第二比例泵32，第一比例泵31和第二比例泵32分別設(shè)于第一油路51和第二油路52上，每組比例泵3各由一電動(dòng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。

具體地，液壓缸1為雙作用的單活塞液壓缸。通常而言，液壓缸可分為活塞式液壓缸和柱塞式液壓缸，其中，活塞式液壓缸按液壓力的作用情況劃分有單作用式和雙作用式。在單作用式液壓缸中，液壓油只供液壓缸的一腔，靠液壓力使液壓缸缸實(shí)現(xiàn)單方向運(yùn)動(dòng)，反方向運(yùn)動(dòng)則靠外力(如彈簧力、自重或外部載荷等)來實(shí)現(xiàn)；而雙作用式液壓缸活塞兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)則通過兩腔交替進(jìn)油，靠液壓力的作用來完成。本發(fā)明第一實(shí)施例中，液壓缸1內(nèi)部設(shè)置單獨(dú)的一個(gè)活塞13，且活塞13兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)分別通過有桿腔11和無桿腔12兩個(gè)腔體的液壓力作用來完成。

進(jìn)一步地，在第一油路51和/或第二油路52上設(shè)有充液開關(guān)閥61，該充液開關(guān)閥61設(shè)置于第一比例泵31和/或第二比例泵32與液壓缸1的壓力端口A和/或B之間。通過充液開關(guān)閥61來對(duì)第一油路51和/或第二油路52進(jìn)行開通與關(guān)閉，從而控制油箱2中的液壓油在各個(gè)比例泵3的作用下經(jīng)由第一油路51和/或第二油路52進(jìn)入有桿腔11和/或無桿腔12中。

更為優(yōu)選地，本實(shí)施的容積式主動(dòng)補(bǔ)償液壓系統(tǒng)可以包括一組或者多組比例泵3，其中，任一組比例泵3均包括至少一個(gè)第一比例泵31和至少一個(gè)第二比例泵32，并且每一組比例泵3分別配置一個(gè)電動(dòng)機(jī)4作為動(dòng)力元件，以驅(qū)動(dòng)該組比例泵3中的第一比例泵31和第二比例泵32運(yùn)行。本發(fā)明第一實(shí)施例中，液壓缸1的有桿腔11和無桿腔12分別配置一個(gè)容積控制元件(本實(shí)施例的容積控制元件為比例泵3)進(jìn)行單獨(dú)控制，即稱為負(fù)載容腔獨(dú)立控制方式，這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)液壓缸1向兩個(gè)方向伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，其負(fù)載特性是不同的，且各腔體吸排油的流量與比例泵3的轉(zhuǎn)速或者排量呈基本線性的關(guān)系；如果僅采用一個(gè)容積控制元件對(duì)兩個(gè)腔體的壓力端口進(jìn)行控制，那么兩個(gè)壓力端口的特性就會(huì)有互相影響。

更進(jìn)一步地，本實(shí)施例中的液壓缸1的活塞桿14的前端設(shè)有位移傳感器7。該位移傳感器7用于測(cè)量活塞桿14的位移量，并將測(cè)得的位移量反饋給控制系統(tǒng)，從而根據(jù)控制系統(tǒng)的信號(hào)控制活塞桿14往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

以下以應(yīng)用于波浪補(bǔ)償作業(yè)來對(duì)本實(shí)施例中的容積式主動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。

準(zhǔn)備工作工況：當(dāng)應(yīng)用于波浪補(bǔ)償起重機(jī)系統(tǒng)中時(shí)，如圖1中所示，將活塞桿14的前端連接于滑輪8，該滑輪8通過圍繞其上的鋼絲繩承載負(fù)載10。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)4，連接于壓力端口A和/或壓力端口B的充液開關(guān)閥61得電，起重機(jī)系統(tǒng)的控制器分別給定第一比例泵31和第二比例泵32信號(hào)，在第一比例泵31和第二比例泵32的作用下，液壓油分別從第一油路51和第二油路52進(jìn)入液壓缸1的有桿腔11和無桿腔12中，控制器監(jiān)測(cè)位移傳感器7的數(shù)值，直到活塞桿14移動(dòng)到預(yù)定的位置，系統(tǒng)準(zhǔn)備工作階段完成。

主動(dòng)補(bǔ)償工況：當(dāng)負(fù)載10隨著波浪升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)，繼續(xù)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)4，連接于壓力端口A和/或壓力端口B的充液開關(guān)閥61得電，控制器根據(jù)船舶運(yùn)動(dòng)傳感器015的波浪補(bǔ)償?shù)慕o定信號(hào)及位移傳感器7的數(shù)值計(jì)算出并發(fā)送給第一比例泵31和第二比例泵32控制信號(hào)，在第一比例泵31和第二比例泵32的作用下，液壓油分別從第一油路51和第二油路52進(jìn)入液壓缸1的有桿腔11和無桿腔12，控制活塞桿14往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而抵消由于波浪使負(fù)載10產(chǎn)生的附加運(yùn)動(dòng)。

上述主動(dòng)式波浪補(bǔ)償作業(yè)過程中，液壓缸1的有桿腔11和無桿腔12分別通過第一比例泵31和第二比例泵32與油箱2相連接，兩臺(tái)比例泵3分別在油箱2與液壓缸1之間吸排油，通過改變比例泵3的轉(zhuǎn)速或者排量實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞桿14的控制，無需增加額外的補(bǔ)油泵進(jìn)行補(bǔ)油，從而減少控制元件的數(shù)量，進(jìn)一步降低成本。

【第二實(shí)施例】

如圖2中所示，本發(fā)明第二實(shí)施例提供了一種容積式主被動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)，包括液壓缸1、油箱2、兩組比例泵3和電動(dòng)機(jī)4，液壓缸1為內(nèi)部設(shè)有單活塞的雙作用式液壓缸，包括內(nèi)部設(shè)置有活塞桿14的有桿腔11和內(nèi)部無活塞桿的無桿腔12，有桿腔11和無桿腔12由活塞13相互隔離，且有桿腔11和無桿腔12的壓力端口A、B分別通過第一油路51和第二油路52連接于比例泵3，并經(jīng)由比例泵3連接于油箱2，其中，每組比例泵3各包括一個(gè)第一比例泵31和一個(gè)第二比例泵32，第一比例泵31和第二比例泵32分別設(shè)于第一油路51和第二油路52上，每組比例泵3各由一電動(dòng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。其中，無桿腔12包括相互隔離的第一無桿腔12a和第二無桿腔12b，第一無桿腔12a通過第二油路52連接于第二比例泵32，第二無桿腔12b通過第三油路53連接于第二比例泵32，并經(jīng)由第二比例泵32連接于油箱2。

本實(shí)施例的上述容積式主被動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)中，第二無桿腔12b也可以通過第三油路53連接于第一比例泵31，并經(jīng)由第一比例泵31連接于油箱2，即第三油路53可以在任一比例泵的作用下得到控制，而不限于圖2中所示的第二比例泵32。

其中，第三油路53上設(shè)有蓄能器9，蓄能器9通過第三油路53連接于液壓缸1的第二無桿腔12b的壓力端口C。本實(shí)施例中，蓄能器是液壓氣動(dòng)系統(tǒng)中的一種能量儲(chǔ)蓄裝置，它在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ軆?chǔ)存起來，當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，又將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤夯驓鈮旱饶芰慷尫懦鰜?，重新補(bǔ)供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)瞬間壓力增大時(shí)，它可以吸收這部分的能量，以保證整個(gè)系統(tǒng)壓力正常。

優(yōu)選地，在第一油路51和/或第二油路52上設(shè)有充液開關(guān)閥61，該充液開關(guān)閥61設(shè)置于第一比例泵31和/或第二比例泵32與液壓缸1的壓力端口A和/或B之間。通過充液開關(guān)閥61來對(duì)第一油路51和/或第二油路52進(jìn)行開通與關(guān)閉，從而控制油箱2中的液壓油在各個(gè)比例泵3的作用下經(jīng)由第一油路51和/或第二油路52進(jìn)入有桿腔11和/或無桿腔12中。

更進(jìn)一步地，本發(fā)明第二實(shí)施例中，有桿腔11和第一無桿腔12a均作為主動(dòng)補(bǔ)償過程中使用的主動(dòng)腔，第二無桿腔12b作為被動(dòng)補(bǔ)償過程中使用的被動(dòng)腔。如圖2所示，第一無桿腔12a可以為設(shè)置于活塞桿14內(nèi)部的中空腔體，并且分別與有桿腔11和第二無桿腔12b相隔離，第一無桿腔12a的左側(cè)固定于缸筒，當(dāng)活塞桿14運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一無桿腔12a的體積隨之變化，整個(gè)第一無桿腔12a外壁與活塞桿14內(nèi)孔配合并密封。第一無桿腔12a的壓力端口B通過第二油路52連接至第二比例泵32，從而連通于油箱2，依靠第二比例泵32的驅(qū)動(dòng)力從油箱2中吸進(jìn)和排除液壓油。第二無桿腔12b占據(jù)無桿腔12中的剩余腔體空間，其壓力端口C通過第三油路53連接至第一比例泵31或者連接于第二比例泵32(本實(shí)施例中為連接于第二比例泵32)，從而連通于油箱2，也同樣依靠第一比例泵31或者第二比例泵32的驅(qū)動(dòng)力從油箱2中吸進(jìn)和排出液壓油。

進(jìn)一步地，第三油路53上的第一比例泵31或者第二比例泵32與蓄能器9之間設(shè)有被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62。該被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62設(shè)置于第一比例泵31或第二比例泵32與液壓缸2之間。通過被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62來對(duì)第三油路53進(jìn)行開通與關(guān)閉，從而控制油箱2中的液壓油在各個(gè)比例泵3的作用下經(jīng)由第三油路53進(jìn)入第二無桿腔12b中。

優(yōu)選地，如圖2所示，本實(shí)施例的容積式主被動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)還包括將第一油路51和第二油路52相連通的第四油路54，且第四油路54上設(shè)有連通開關(guān)閥63。連通開關(guān)閥63的作用為：在被動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，只需要蓄能器9作用在液壓缸1，并與外負(fù)載實(shí)現(xiàn)力平衡，此時(shí)有桿腔11和第一無桿腔12a面積相等的情況下，兩腔體相連通便不會(huì)再打破力平衡。本實(shí)施例的主被動(dòng)容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)中，充液開關(guān)閥61可僅設(shè)置于第二油路52上，當(dāng)連通開關(guān)閥63打開時(shí)，充液開關(guān)閥61可為第一油路51和第二油路52共用。

如圖2所示，本實(shí)施的容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)可以包括一組或者多組比例泵3，其中，任一組比例泵3均包括至少一個(gè)第一比例泵31和至少一個(gè)第二比例泵32，并且每一組比例泵3分別配置一個(gè)電動(dòng)機(jī)4作為動(dòng)力元件，以驅(qū)動(dòng)該組比例泵3中的第一比例泵31和第二比例泵32運(yùn)行。本發(fā)明第二實(shí)施例中，液壓缸1的有桿腔11和無桿腔12分別配置一個(gè)容積控制元件(本實(shí)施例的容積控制元件為比例泵3)進(jìn)行單獨(dú)控制，即稱為負(fù)載容腔獨(dú)立控制，這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)液壓缸1向兩個(gè)方向伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，其負(fù)載特性是不同的，且各腔體吸排油的流量與比例泵3的轉(zhuǎn)速或者排量呈基本線性的關(guān)系；如果僅采用一個(gè)容積控制元件對(duì)兩個(gè)腔體的壓力端口進(jìn)行控制，那么兩個(gè)壓力端口的特性就會(huì)有互相影響。

更進(jìn)一步地，本實(shí)施例中的液壓缸1的活塞桿14的前端設(shè)有位移傳感器7。該位移傳感器7用于測(cè)量活塞桿14的位移量，并將測(cè)得的位移量反饋給控制系統(tǒng)，從而根據(jù)控制系統(tǒng)的信號(hào)控制活塞桿14往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

以下以應(yīng)用于波浪補(bǔ)償作業(yè)來對(duì)本實(shí)施例中的容積式主被動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。

準(zhǔn)備工作工況：如圖2中所示，活塞桿14的前端連接于滑輪8，該滑輪8通過圍繞的鋼絲繩承載負(fù)載10。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)4，第一比例泵31和第二比例泵32空載轉(zhuǎn)動(dòng)，連接于壓力端口A、B的充液開關(guān)閥61失電，連通開關(guān)閥63失電，被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62得電，控制器給定第二比例泵32信號(hào)，液壓油從第二比例泵32的高壓口通過被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62充入蓄能器9和液壓缸的第二無桿腔12b，使蓄能器9和液壓缸的第二無桿腔12b壓力與負(fù)載平衡，第二無桿腔12b充液過程結(jié)束；被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62失電，連通開關(guān)閥63失電，連接于第一無桿腔12a的充液開關(guān)閥61得電，控制器分別給定第一比例泵31和第二比例泵32信號(hào)，液壓油分別從第一比例泵31和第二比例泵32的高壓口進(jìn)入液壓缸1的有桿腔11和第一無桿腔12a，監(jiān)測(cè)位移傳感器7的數(shù)值，使液壓缸1的活塞桿14移動(dòng)到預(yù)定的位置，則系統(tǒng)準(zhǔn)備工作階段完成。

被動(dòng)補(bǔ)償工況：連接于第一無桿腔12a的充液開關(guān)閥61失電，連通開關(guān)閥63得電，被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62失電，第一比例泵31和第二比例泵32的信號(hào)為0，負(fù)載10隨波浪升沉的位移由蓄能器9實(shí)現(xiàn)被動(dòng)控制，其補(bǔ)償依靠蓄能器9氣腔壓力與油腔壓力相互作用產(chǎn)生的蓄能器9充放液過程。

主被動(dòng)補(bǔ)償工況：啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)4，連通開關(guān)閥63失電，被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62失電，蓄能器9與第二無桿腔12b連通并與負(fù)載10平衡，同時(shí)連接于第一無桿腔12a的充液開關(guān)閥61得電，控制器根據(jù)船舶運(yùn)動(dòng)傳感器015的波浪補(bǔ)償?shù)慕o定信號(hào)及位移傳感器7的數(shù)值計(jì)算出第一比例泵31和第二比例泵32的控制信號(hào)，液壓油分別從第一比例泵31和第二比例泵32的高壓口進(jìn)入液壓缸1的有桿腔11和第一無桿腔12a，控制活塞桿14在液壓缸1中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而抵消由于波浪使負(fù)載10產(chǎn)生的附加運(yùn)動(dòng)。

利用本發(fā)明第二實(shí)施例的容積式主被動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)進(jìn)行的上述主被動(dòng)式波浪補(bǔ)償作業(yè)，能夠兼顧大噸位與高效率的要求，且液壓缸1的有桿腔11和無桿腔12分別通過比例泵3與油箱2相連接，兩臺(tái)比例泵3分別從油箱2與液壓缸1之間吸排油，因此無需增加額外的補(bǔ)油泵進(jìn)程補(bǔ)油，能夠減少控制元件的數(shù)量，并進(jìn)一步提高主動(dòng)升沉補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)效率和控制系統(tǒng)柔性。并且，本實(shí)施例在主被動(dòng)補(bǔ)償中負(fù)載重量由被動(dòng)補(bǔ)償進(jìn)行平衡，主動(dòng)補(bǔ)償僅需提供較小的功率即可實(shí)現(xiàn)液壓缸1的運(yùn)動(dòng)與升沉補(bǔ)償，相對(duì)于單獨(dú)的主動(dòng)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，能夠更多地節(jié)省功率和進(jìn)一步提高補(bǔ)償效率。

【第三實(shí)施例】

如圖3所示，本發(fā)明第三實(shí)施例提供了一種升沉補(bǔ)償?shù)跹b系統(tǒng)，包括船舶甲板/艙室010、設(shè)置在船舶甲板/艙室010上的波浪補(bǔ)償絞車系統(tǒng)011、圍繞波浪補(bǔ)償絞車系統(tǒng)011的鋼絲繩012、吊裝于鋼絲繩012末端的負(fù)載10和承載鋼絲繩012的起重機(jī)滑輪組014，鋼絲繩012沿著起重機(jī)滑輪組014進(jìn)行伸縮和轉(zhuǎn)向，本實(shí)施例的升沉補(bǔ)償?shù)跹b系統(tǒng)還包括容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)013，起重機(jī)滑輪組014中的一個(gè)滑輪8連接于活塞桿的前端，使得該一個(gè)滑輪8可隨著活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。

如圖1或圖2所示，容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)013包括液壓缸1、油箱2、比例泵3和電動(dòng)機(jī)4，液壓缸1為內(nèi)部設(shè)有單活塞的雙作用式液壓缸，包括內(nèi)部設(shè)置有活塞桿14的有桿腔11和內(nèi)部無活塞桿的無桿腔12，有桿腔11和無桿腔12由活塞13相互隔離，且有桿腔11和無桿腔12的壓力端口A、B分別通過第一油路51和第二油路52連接于比例泵3，并經(jīng)由比例泵3連接于油箱2，其中，比例泵3可為一組或多組，每組比例泵3各包括一個(gè)第一比例泵31和一個(gè)第二比例泵32，第一比例泵31和第二比例泵32分別設(shè)于第一油路51和第二油路52上，每組比例泵3各由一電動(dòng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。

其中，如圖2所示，無桿腔12包括相互隔離的第一無桿腔12a和第二無桿腔12b，第一無桿腔12a通過第二油路52連接于油箱2，第二無桿腔12b通過第三油路53連接于第一比例泵31或者第二比例泵32(本實(shí)施例為連接于第二比例泵32，如圖2所示)，并經(jīng)由第一比例泵31或者第二比例泵32連接于油箱2。

第三油路53上設(shè)有蓄能器9，蓄能器9通過第三油路53連接于液壓缸1的第二無桿腔12b的壓力端口C。本實(shí)施例中，蓄能器9是液壓氣動(dòng)系統(tǒng)中的一種能量儲(chǔ)蓄裝置，它在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ軆?chǔ)存起來，當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，又將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤夯驓鈮旱饶芏尫懦鰜恚匦卵a(bǔ)供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)瞬間壓力增大時(shí)，它可以吸收這部分的能量，以保證整個(gè)系統(tǒng)壓力正常。

優(yōu)選地，在第一油路51和/或第二油路52上設(shè)有充液開關(guān)閥61，該充液開關(guān)閥61設(shè)置于第一比例泵31和/或第二比例泵32與液壓缸1的壓力端口A和/或B之間。通過充液開關(guān)閥61來對(duì)第一油路51和/或第二油路52進(jìn)行開通與關(guān)閉，從而控制油箱2中的液壓油在各個(gè)比例泵3的作用下經(jīng)由第一油路51和/或第二油路52進(jìn)入有桿腔11和/或無桿腔12中。

更進(jìn)一步地，本發(fā)明第三實(shí)施例中，有桿腔11和第一無桿腔12a均作為主動(dòng)補(bǔ)償過程中使用的主動(dòng)腔，第二無桿腔12b作為被動(dòng)補(bǔ)償過程中使用的被動(dòng)腔。如圖2所示，第一無桿腔12a可以為設(shè)置于活塞桿14內(nèi)部的中空腔體，并且分別與有桿腔11和第二無桿腔12b相隔離，第一無桿腔12a的左側(cè)固定于缸筒，當(dāng)活塞桿14運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一無桿腔12a的體積隨之變化，整個(gè)第一無桿腔12a外壁與活塞桿14內(nèi)孔配合并密封。第一無桿腔12a的壓力端口B通過第二油路52連接至第二比例泵32，從而連通于油箱2，依靠第二比例泵32的驅(qū)動(dòng)力從油箱2中吸進(jìn)和排除液壓油。第二無桿腔12b占據(jù)無桿腔12中的剩余腔體空間，其壓力端口C通過第三油路53連接至第一比例泵31或者連接于第二比例泵32(本實(shí)施例中為連接于第二比例泵32)，從而連通于油箱2，也同樣依靠第一比例泵31或者第二比例泵32的驅(qū)動(dòng)力從油箱2中吸進(jìn)和排出液壓油。

進(jìn)一步地，第三油路53上的第一比例泵31或者第二比例泵32與蓄能器9之間設(shè)有被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62。該被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62設(shè)置于第一比例泵31或第二比例泵32與液壓缸1之間。通過被動(dòng)補(bǔ)償開關(guān)閥62來對(duì)第三油路53進(jìn)行開通與關(guān)閉，從而控制油箱2中的液壓油在各個(gè)比例泵3的作用下經(jīng)由第三油路53進(jìn)入第二無桿腔12b中。

優(yōu)選地，如圖2所示，本實(shí)施例的容積式主被動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)還包括將第一油路51和第二油路52相連通的第四油路54，且第四油路54上設(shè)有連通開關(guān)閥63。連通開關(guān)閥63的作用為：在被動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，只需要蓄能器9作用在液壓缸1，并與外負(fù)載實(shí)現(xiàn)力平衡，此時(shí)有桿腔11和第一無桿腔12a面積相等的情況下，兩腔體相連通便不會(huì)再打破力平衡。本實(shí)施例的主被動(dòng)容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)中，充液開關(guān)閥61可僅設(shè)置于第二油路52上，當(dāng)連通開關(guān)閥63打開時(shí)，充液開關(guān)閥61可為第一油路51和第二油路52共用。

本實(shí)施的容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)可以包括一組或者多組比例泵3，其中，任一組比例泵3均包括至少一個(gè)第一比例泵31和至少一個(gè)第二比例泵32，并且每一組比例泵3分別配置一個(gè)電動(dòng)機(jī)4作為動(dòng)力元件，以驅(qū)動(dòng)該組比例泵3中的第一比例泵31和第二比例泵32運(yùn)行。本發(fā)明第三實(shí)施例中，液壓缸1的有桿腔11和無桿腔12分別配置一個(gè)容積控制元件(本實(shí)施例的容積控制元件為比例泵3)進(jìn)行單獨(dú)控制，即稱為負(fù)載容腔獨(dú)立控制，這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)液壓缸1向兩個(gè)方向伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，其負(fù)載特性是不同的，且各腔體吸排油的流量與比例泵3的轉(zhuǎn)速或者排量呈基本線性的關(guān)系；如果僅采用一個(gè)容積控制元件對(duì)兩個(gè)腔體的壓力端口進(jìn)行控制，那么兩個(gè)壓力端口的特性就會(huì)有互相影響。

更進(jìn)一步地，本實(shí)施例中的液壓缸1的活塞桿14的前端設(shè)有位移傳感器7。該位移傳感器7用于測(cè)量活塞桿14的位移量，并將測(cè)得的位移量反饋給控制系統(tǒng)，從而根據(jù)控制系統(tǒng)的信號(hào)控制液壓缸1往復(fù)運(yùn)動(dòng)。位移傳感器7可位于活塞桿14和滑輪8的連接處。

綜上所述，本發(fā)明公開的容積式升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)和升沉補(bǔ)償?shù)跹b系統(tǒng)，能夠兼顧大噸位與高效率的要求，且液壓缸的有桿腔和無桿腔分別通過比例泵與油箱相連接，兩臺(tái)比例泵分別從油箱與液壓缸之間吸排油，因此無需增加額外的補(bǔ)油泵進(jìn)行補(bǔ)油，能夠減少控制元件的數(shù)量，并進(jìn)一步提高升沉補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)效率和控制系統(tǒng)柔性。本發(fā)明提供的上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。