一種水下航行器艙門啟閉液壓控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于液壓傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種艙門啟閉液壓控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著人類對(duì)海洋的不斷探索，海洋科學(xué)技術(shù)得到不斷的發(fā)展，對(duì)海洋勘探設(shè)備的研究也越來越深入。水下航行器作為探索海洋世界的重要工具之一，保證其基本裝備的可靠性及技術(shù)先進(jìn)性成為科技工作者的一大重要任務(wù)，而艙門的安全啟閉是保證水下航行器正常作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，值得深入研究。
[0003]目前，國內(nèi)、外水下航行器艙門啟閉系統(tǒng)多采用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，即采用電動(dòng)機(jī)配合減速器作為動(dòng)力元件，以機(jī)械傳動(dòng)方式使艙門兩側(cè)同軸相連的鏈輪帶動(dòng)鏈條同步運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基本的艙門開閉功能，但采用該種方式實(shí)現(xiàn)艙門啟閉時(shí)存在響應(yīng)速度慢、過程不平穩(wěn)等現(xiàn)象，具有一定的局限性。該領(lǐng)域也有一些采用常規(guī)液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)艙門啟閉，通常采用液壓馬達(dá)作為動(dòng)力元件，但在其動(dòng)力傳遞過程中仍未擺脫機(jī)械傳動(dòng)的弊端，艙門在啟閉時(shí)仍需要用液壓馬達(dá)通過減速器拉動(dòng)鏈條來實(shí)現(xiàn)，仍存在過程不平穩(wěn)現(xiàn)象，而且可靠性較低，一旦傳動(dòng)環(huán)節(jié)某一重要零部件失效，則艙門將無法正常啟閉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能夠快速、平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)水下航行器艙門啟閉且具有高可靠性的水下航行器艙門啟閉液壓控制系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明主要包括油箱、溫度計(jì)、液位計(jì)、加熱器、空氣濾清器、液壓栗、聯(lián)軸器、電動(dòng)機(jī)、單向閥、溢流閥A、溢流閥B、溢流閥C、二位二通電磁換向閥A、二位二通電磁換向閥B、二位二通電磁換向閥C、壓力繼電器、精過濾器、壓力表、蓄能器、伺服閥A、伺服閥B、回油過濾器、冷卻器、壓力傳感器A、壓力傳感器B、三位四通電磁換向閥、液控單向閥A、液控單向閥B、非對(duì)稱液壓缸A、非對(duì)稱液壓缸B、截止閥A、截止閥B、截止閥C、截止閥D、位移傳感器A、位移傳感器B、控制器、伺服放大器A和伺服放大器B。其中，所述油箱上設(shè)有溫度計(jì)、液位計(jì)、加熱器和空氣濾清器;位于油箱上的主供油路上設(shè)有液壓栗;液壓栗的輸入軸與聯(lián)軸器的一端相連，聯(lián)軸器的另一端與電動(dòng)機(jī)相連;液壓栗出油口與單向閥進(jìn)油口相連;液壓栗與單項(xiàng)閥之間的分支油路上設(shè)有溢流閥A;溢流閥A的出油口與油箱聯(lián)通;溢流閥A的遙控口通過二位二通電磁換向閥A與油箱聯(lián)通;單向閥出油口與精過濾器的進(jìn)油口連接;單向閥與精過濾器之間的一分支油路上設(shè)有壓力繼電器;單向閥與精過濾器之間的另一分支油路上依次設(shè)有壓力表和蓄能器;精過濾器的出油口與伺服閥A的P 口相連;精過濾器的出油口還與伺服閥B的P 口相連;位于油箱上的主回油路上設(shè)有回油過濾器，回油過濾器的進(jìn)油口與冷卻器的出油口相連;冷卻器的進(jìn)油□與伺服閥A的T 口相連;冷卻器的進(jìn)油□還與伺服閥B的T 口相連。
[0006]所述伺服閥A的A 口與三位四通電磁換向閥的P 口相連;伺服閥A與三位四通電磁換向閥之間的一分支油路上設(shè)有壓力傳感器A;伺服閥A與三位四通電磁換向閥之間的另一分支油路上設(shè)有溢流閥B;溢流閥B的出油口與油箱聯(lián)通;溢流閥B的遙控口通過二位二通電磁換向閥B與油箱聯(lián)通;伺服閥B的A 口與三位四通電磁換向閥的T 口相連;伺服閥B與三位四通電磁換向閥之間的一分支油路上設(shè)有壓力傳感器B;伺服閥B與三位四通電磁換向閥之間的另一分支油路上設(shè)有溢流閥C;溢流閥C的出油口與油箱聯(lián)通;溢流閥C的遙控口通過二位二通電磁換向閥C與油箱聯(lián)通。
[0007 ]所述三位四通電磁換向閥的A 口與液控單向閥A的進(jìn)油口相連，三位四通電磁換向閥的A 口還與液控單向閥B的控制油口相連;液控單向閥A的出油口與非對(duì)稱液壓缸A的無桿腔相連，二者之間設(shè)有截止閥A;液控單向閥A的出油口還與非對(duì)稱液壓缸B的無桿腔相連，二者之間設(shè)有截止閥B;三位四通電磁換向閥的B 口與液控單向閥B的進(jìn)油口相連，三位四通電磁換向閥的B口還與液控單向閥A的控制油口相連;液控單向閥B的出油口與非對(duì)稱液壓缸A的有桿腔相連，二者之間設(shè)有截止閥C;液控單向閥B的出油口還與非對(duì)稱液壓缸B的有桿腔相連，二者之間設(shè)有截止閥D ；非對(duì)稱液壓缸A的活塞桿上設(shè)有位移傳感器A，非對(duì)稱液壓缸B的活塞桿上設(shè)有位移傳感器B。
[0008]壓力繼電器通過電路與二位二通電磁換向閥A的電磁鐵YI連接;控制器通過電路分別與二位二通電磁換向閥B、二位二通電磁換向閥C的電磁鐵Y2、Y3相連;控制器通過電路分別與伺服放大器A、伺服放大器B的信號(hào)輸入端相連;伺服放大器A的信號(hào)輸出端通過電路與伺服閥A的電磁鐵Y4相連;伺服放大器B的信號(hào)輸出端通過電路與伺服閥B的電磁鐵Y5相連;控制器通過電路分別與三位四通電磁換向閥的電磁鐵Y6、Y7相連;控制器通過電路分別與位移傳感器A、位移傳感器B的信號(hào)輸出端相連。
[0009]控制器為德國西門子公司的PLC控制器，型號(hào)為SB1ATIC S7-300。
[0010]為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，本發(fā)明系統(tǒng)多處采用了冗余設(shè)計(jì):
[0011 ] (I)兩個(gè)液壓缸有桿腔和無桿腔油口前均設(shè)有截止閥，當(dāng)非對(duì)稱液壓缸A出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，可以通過關(guān)閉截止閥A和截止閥C使非對(duì)稱液壓缸A與系統(tǒng)隔離，由非對(duì)稱液壓缸B實(shí)現(xiàn)單缸驅(qū)動(dòng)艙門啟閉；當(dāng)非對(duì)稱液壓缸B出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，可以通過關(guān)閉截止閥B和截止閥D使非對(duì)稱液壓缸B與系統(tǒng)隔離，由非對(duì)稱液壓缸A實(shí)現(xiàn)單缸驅(qū)動(dòng)艙門啟閉。
[0012](2)本發(fā)明系統(tǒng)中的重要元件伺服閥亦采用了冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)某個(gè)伺服閥出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，由另一個(gè)伺服閥仍可以控制油路的流量，進(jìn)而推動(dòng)液壓缸實(shí)現(xiàn)艙門正常啟閉。當(dāng)伺服閥A出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使其閥芯回到中位，進(jìn)而使伺服閥A所在的分支油路與系統(tǒng)斷開，同時(shí)控制器發(fā)出控制信號(hào)使伺服閥B的右位與主供油路聯(lián)通，由伺服閥B控制主供油路的流量，此時(shí)回油路流回的油液則由溢流閥B和二位二通電磁換向閥B組成的壓力卸荷回路流回油箱；當(dāng)伺服閥B出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使其閥芯回到中位，進(jìn)而使伺服閥B所在的分支油路與系統(tǒng)斷開，同時(shí)控制器發(fā)出控制信號(hào)使伺服閥A的左位與主供油路聯(lián)通，由伺服閥A控制主供油路的流量，此時(shí)回油路流回的油液則由溢流閥C和二位二通電磁換向閥C組成的壓力卸荷回路流回油箱。
[0013]本發(fā)明在使用時(shí)，當(dāng)艙門需要開啟時(shí)，打開截止閥Α、截止閥B、截止閥C、截止閥D;控制器發(fā)出控制信號(hào)使Υ4、Υ5、Υ6得電，伺服閥Α、伺服閥B、三位四通電磁換向閥的左位與主油路聯(lián)通。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓栗高速旋轉(zhuǎn)，液壓栗從油箱中吸取油液并從出口栗出高壓油，高壓油流經(jīng)單向閥和精過濾器后進(jìn)入伺服閥A的P 口。油液由伺服閥A的A 口流出后流向三位四通電磁換向閥的P 口，經(jīng)由三位四通電磁換向閥的A 口流出后分別流向液控單向閥A的進(jìn)油口和液控單向閥B的控制油口，使液控單向閥B逆向打開。油液從液控單向閥A的出油口流出后分為兩路，一路通過截止閥A進(jìn)入非對(duì)稱液壓缸A的無桿腔，另一路通過截止閥B進(jìn)入非對(duì)稱液壓缸B的無桿腔，使非對(duì)稱液壓缸A和非對(duì)稱液壓缸B的活塞桿伸出推動(dòng)艙門開啟；活塞桿上安裝的位移傳感器A和位移傳感器B可實(shí)時(shí)記錄活塞桿的伸出位移并反饋給控制器，與控制器組成閉環(huán)控制。非對(duì)稱液壓缸A有桿腔中的油液流經(jīng)截止閥C和液控單向閥B后流入三位四通電磁換向閥的B 口，非對(duì)稱液壓缸B有桿腔中的油液流經(jīng)截止閥D和液控單向閥B后流入三位四通電磁換向閥的B 口。油液從三位四通電磁換向閥的T 口流出后流向伺服閥B的A口，經(jīng)伺服閥B的T口流出后，再流經(jīng)冷卻器和回油過濾器流入油箱。
[0014]當(dāng)艙門開啟到特定角度，需要鎖緊時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使Y4、Y5、Y6失電，伺服閥Α、伺服閥B、三位四通電磁換向閥的中位與主油路聯(lián)通。同時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使二位二通電磁換向閥C的電磁鐵Υ3得電，進(jìn)而使溢流閥C接通油箱，主回油路壓力卸荷。液控單向閥A和液控單向閥B均自動(dòng)逆向關(guān)閉，封鎖住非對(duì)稱液壓缸A和非對(duì)稱液壓缸B桿腔中的油液，使活塞桿保持所在位置不變，實(shí)現(xiàn)艙門的鎖緊。
[0015]當(dāng)艙門需要關(guān)閉時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使Υ4、Υ5、Υ7得電，伺服閥Α、伺服閥B的左位與主油路聯(lián)通，三位四通電磁換向閥的右位與主油路聯(lián)通。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓栗高速旋轉(zhuǎn)，液壓栗從油箱中吸取油液并從出口栗出高壓油，高壓油流經(jīng)單向閥和精過濾器后進(jìn)入伺服閥A的P口。油液由伺服閥A的A口流出后流向三位四通電磁換向閥的P口，經(jīng)由三位四通電磁換向閥的B 口流出后分別流向液控單向閥B的進(jìn)油口和液控單向閥A的控制油口，使液控單向閥A逆向打開。油液從液控單向閥B的出油口流出后分為兩路，一路通過截止閥C進(jìn)入非對(duì)稱液壓缸A的有桿腔，另一路通過截止閥D進(jìn)入非對(duì)稱液壓缸B的有桿腔，使非對(duì)稱液壓缸A和非對(duì)稱液壓缸B的活塞桿縮回拉動(dòng)艙門關(guān)閉；活塞桿上安裝的位移傳感器A和位移傳感器B可實(shí)時(shí)記錄活塞桿的縮回位移并反饋給控制器，與控制器組成閉環(huán)控制。非對(duì)稱液壓缸A無桿腔中的油液流經(jīng)截止閥A和液控單向閥A后流入三位四通電磁換向閥的A 口，非對(duì)稱液壓缸B無桿腔中的油液流經(jīng)截止閥B和液控單向閥A后流入三位四通電磁換向閥的A口。油液從三位四通電磁換向閥的T 口流出后流向伺服閥B的A□，經(jīng)伺服閥B的T 口流出后，再流經(jīng)冷卻器和回油過濾器流入油箱。
[0016]上述過程中，當(dāng)主供油路壓力升高到異常值時(shí)，壓力繼電器發(fā)出信號(hào)使二位二通電磁換向閥A的電磁鐵Yl得電，進(jìn)而使溢流閥A接通油箱，液壓栗卸荷；當(dāng)主供油路壓力不足時(shí)，壓力繼電器復(fù)位使二位二通電磁換向閥A的電磁鐵Yl失電，液壓栗重新恢復(fù)工作狀態(tài)。
[0017]另外，當(dāng)液壓栗保持正常工作狀態(tài)情況下，壓力傳感器A可實(shí)時(shí)檢測主供油路壓力，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況導(dǎo)致主供油路壓力異常時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使二位二通電磁換向閥B的電磁鐵Υ2得電，進(jìn)而使溢流閥B接通油箱，主供油路壓力卸荷;壓力傳感器B可實(shí)時(shí)檢測主回油油路壓力，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況導(dǎo)致主回油路壓力異常時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)使二位二通電磁換向閥C的電磁鐵Υ3得電，進(jìn)而使溢流閥C接通油箱，主回油路壓力卸荷。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019](I)本發(fā)明系統(tǒng)采用了電液伺服技術(shù)，響應(yīng)速度快且可以實(shí)現(xiàn)水下航行器艙門啟閉的自動(dòng)化操作。而且