專利名稱：海水環(huán)境液壓系統(tǒng)壓力補償方向閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體壓力執(zhí)行機構(gòu)，尤其是涉及一種海水環(huán)境液壓系統(tǒng)壓力補償方向閥。
背景技術(shù)：
海洋水下設(shè)備包括水下機器人、水下施工設(shè)備與軍事潛艇三大類。對于這些水下設(shè)備的液壓控制系統(tǒng)，在海水的壓力變化大、強腐蝕、溫度變化大這樣的環(huán)境中工作，需要解決一些相關(guān)的關(guān)鍵問題，以保證液壓系統(tǒng)的控制性能。如何解決隨著海水壓力的變化，液壓系統(tǒng)的壓力補償或壓力平衡問題，自然就成為水下設(shè)備液壓系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵問題之一。
水下設(shè)備液壓系統(tǒng)的壓力在早期并未采取壓力補償措施，而是把水下的液壓控制元件與執(zhí)行器都分別安裝在壓力容器中，以防止海水壓力對系統(tǒng)的影響，但這種方法大大增加了一些不必要的重量，另外，元件的安裝與維護也很困難。再者，早期也有使用皮囊式蓄能器替代壓力補償器完成壓力補償功能的，這也是為了解決海水環(huán)境壓力補償?shù)呐R時措施。
目前，已有專用于水下設(shè)備液壓系統(tǒng)的壓力補償器，該種補償器常見于水下機器人與水下施工設(shè)備上。通常情況下，主要由補償器外殼、補償隔膜、補償彈簧、標尺等幾部分組成。它的基本原理是通過膜片、薄殼體或活塞形式的機械裝置的變形或移動，去敏感周圍海水環(huán)境壓力，并把海水環(huán)境壓力傳遞到需要補償?shù)囊簤合到y(tǒng)或部件。
但這種傳統(tǒng)的壓力補償器仍然存在不少缺陷(1)對于具有非對稱執(zhí)行器的液壓系統(tǒng)，由于執(zhí)行器兩個工作容腔的容積不同，壓力補償器在工作過程中，對不同的工作容積進行相應(yīng)的容積補償，這勢必造成其內(nèi)部的補償彈簧的變形量變化較大，最終使執(zhí)行器工作容腔不同而補償壓力不同；另外，在壓力補償器初始工作與缺油需補油時，補償器內(nèi)的補償彈簧變形量變化較大，使補償壓力變化較大。即補償?shù)膲毫εc海水環(huán)境壓力的差不能保持恒值，補償精度不高。
(2)對于短期工作在水下的設(shè)備，當壓力補償器因泄漏缺油時，可以上浮至水面進行補油。而對于需要在水下潛行長達幾個月時間的水下設(shè)備，根本無法在工作過程中進行補油。所以這種補償器不能滿足自動補油要求；
(3)現(xiàn)有的壓力補償器沒有自動排氣裝置，在工作之前必須由人工進行預(yù)先充油，并排空其中的空氣。這樣，設(shè)備每次入水前都要人工檢查并排氣，造成不必要的麻煩。
(4)這種壓力補償器只能應(yīng)用于包括液壓源在內(nèi)的整個液壓系統(tǒng)都在海水環(huán)境中，通過將其安裝于油箱上來達到壓力補償?shù)哪康?。但對于當油泵等液壓源位于常壓空氣環(huán)境中，而執(zhí)行元件卻在海水環(huán)境中時，由于常壓環(huán)境中的油箱即不能耐壓，又不是密閉的，就不能使用此種壓力補償器完成壓力補償?shù)墓δ?，而需要一種新型的壓力補償元件去實現(xiàn)此功能。該新型元件的設(shè)計就是為此目的而設(shè)計的。

發(fā)明內(nèi)容
為了減少或消除海水環(huán)境壓力的影響，提高液壓系統(tǒng)的控制性能，本發(fā)明的目的是提供一種海水環(huán)境液壓系統(tǒng)壓力補償方向閥。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是它包括方向流量閥部件和海水環(huán)境壓力敏感部件，其中1)方向流量閥部件包括閥體與閥芯；套在閥芯外的連接件一端與油腔殼體連接，閥芯一端經(jīng)鋼絲擋圈與控制桿連接，2)海水環(huán)境壓力敏感部件包括導(dǎo)向套，鋼絲擋圈、控制桿、螺母、彈性擋圈、指示桿、海水腔殼體、彈簧、膜片支架、螺釘、滾動膜片、膜片壓板、油腔殼體、彈簧墊、平墊和螺栓；滾動膜片的外圈固定在海水腔殼體與油腔殼體的法蘭上，在滾動膜片的外圈有一個固連的密封件，海水腔殼體與油腔殼體的法蘭對夾密封，膜片壓板與膜片支架由螺釘連接，指示桿外套有彈簧，彈簧的一端頂在海水腔殼體的底部，彈簧的另一端頂在膜片支架的一邊，指示桿的一端與膜片支架連接，指示桿的另一端伸出海水腔殼體外，滾動膜片用膜片壓板與控制桿相連，滾動膜片在海水殼體與油腔殼體的內(nèi)腔中處于浮動狀態(tài)，控制桿在導(dǎo)向套中能沿軸向上下往復(fù)滑動，導(dǎo)向套安裝于連接件的內(nèi)孔中，螺母連接連接件與油腔殼體。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是它用于油源在常壓空氣環(huán)境中，而執(zhí)行元件在一定深度的海水壓力環(huán)境中的液壓系統(tǒng)的壓力補償，解決了背景技術(shù)不能用于此種系統(tǒng)中的問題。另外，由于隨動控制的作用，加壓彈簧的變形量的變化較小，減少了補償壓力與海水環(huán)境壓力差值的波動，使其壓力補償?shù)木容^高。再者，對于長期處在海水環(huán)境中的設(shè)備，由于液壓系統(tǒng)難以避免的泄漏，本發(fā)明具備自動補油功能，同時又具有自動排氣功能?？朔爽F(xiàn)有壓力補償器的壓力補償精度低、不能自動補油與排氣，不能應(yīng)用于油源在常壓空氣中的水下液壓系統(tǒng)中等缺陷。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
附圖中1.連接件，2.密封件，3.閥體，4.閥芯，5.螺塞，6.螺塞，7.橡膠墊，8.密封件，9.導(dǎo)向套，10.鋼絲擋圈，11.控制桿，12.螺母，13.彈性擋圈，14.指示桿，15.海水腔殼體，16.彈簧，17.膜片支架，18.螺釘，19.滾動膜片，20.膜片壓板，21.油腔殼體，22.螺母，23.彈簧墊，24.平墊，25.螺栓。
具體實施例方式
如附圖所示，本發(fā)明包括方向流量閥部件和海水環(huán)境壓力敏感部件，其中1)方向流量閥部件包括連接件1、密封件2、閥體3、閥芯4、螺塞5、螺塞6、橡膠墊7和密封件8。
鋼絲擋圈10把控制桿11與閥芯4在軸向連接起來，閥芯4的移動受控制桿11的控制，當控制桿11軸向移動時，帶動閥芯4軸向移動，使得閥芯4相對于閥體3移動，以獲得不同的閥口開度與液流方向。由連接件1把海水環(huán)境壓力敏感單元與方向流量閥單元連接起來。閥體3的端部的螺塞5把主閥孔堵上，并保證閥芯4相對于閥體3在最初始位置時，P口與A口的開口量。螺塞5、連接件1與閥體3的連接處由密封件2保證其密封。安裝螺塞6與密封件7的螺孔是為了加工A口的工藝孔，同時可外接壓力表檢測補償壓力。閥體上的P口為液壓系統(tǒng)的供油壓力接入口，L口為其泄油口。
2)海水環(huán)境壓力敏感部件包括導(dǎo)向套9，鋼絲擋圈10、控制桿11、螺母12、彈性擋圈13、指示桿14、海水腔殼體15、彈簧16、膜片支架17、螺釘18、滾動膜片19、膜片壓板20、油腔殼體21、螺母22、彈簧墊23、平墊24和螺栓25。
滾動膜片19的外圈固定在海水腔殼體15與油腔殼體21的法蘭上。在滾動膜片19的外圈有一個固連的密封件，通過海水腔殼體15與油腔殼體21的法蘭的對夾作用，使密封件產(chǎn)生變形，保證油腔殼體21內(nèi)的液壓油不會泄漏到海水中。滾動膜片19的內(nèi)圈用膜片壓板20與膜片支架17對夾，膜片壓板20與膜片支架17由螺釘18連接。指示桿14通過螺紋與膜片支架17連接。滾動膜片19通過膜片壓板20與控制桿11相連，滾動膜片19在海水腔殼體15與油腔殼體21的內(nèi)腔中處于浮動狀態(tài)。彈簧16的一端頂在海水腔殼體15的底部，另一端頂在膜片支架17的一邊，由于彈簧的預(yù)壓縮作用，使?jié)L動膜片上產(chǎn)生一個預(yù)壓力，此預(yù)壓力作用在油腔殼體內(nèi)的油液上，使液壓油的壓力高出海水環(huán)境壓力一個定值?？刂茥U11在導(dǎo)向套9中可以沿軸向上下往復(fù)滑動。控制桿11的導(dǎo)向作用由導(dǎo)向套9完成。導(dǎo)向套9安裝于連接件1的內(nèi)孔中，軸向定位由彈性擋圈13保證。通過螺母12把連接件1與油腔殼體21連接起來。端面處有密封件8起密封作用。
油腔殼體21上的油口E接液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件的回油或泄油口。
本發(fā)明的工作原理為1)海水環(huán)境壓力敏感部件海水環(huán)境壓力敏感部件由滾動膜片19、彈簧16、海水腔殼體15、油腔殼體21與控制桿11五個主要零件組成。
滾動膜片19是橡膠等纖維織物復(fù)合加工而成，既是密封元件又是液體、壓力傳遞的敏感彈性元件。滾動膜片具有在工作過程中處于滾動狀態(tài)，磨擦阻力小，密封可靠，行程大等一系列優(yōu)點；而且具有線性特性，即沿軸向變形時，在一定工作范圍內(nèi)，驅(qū)動膜片軸向移動的力為常數(shù)，這一特性對敏感周圍海水環(huán)境壓力較有利，產(chǎn)生的干擾較小；另外，滾動膜片移動只需很小的力，響應(yīng)特性好。
彈簧16的作用是預(yù)加一個微小壓力到液壓油中，保證液壓子系統(tǒng)的補償壓力略高于海水環(huán)境壓力一個定值，以防止海水侵入液壓系統(tǒng)，污染液壓油。另外，由于閥口開口與換向行程較小，致使彈簧的壓縮變形量的變化較小，這就保證了補償壓力受彈簧變形量的變化的影響不大，從而使補償壓力基本為一定值，誤差較小。
指示桿14的作用一是起支承作用，使?jié)L動膜片19在指示桿14與控制桿11的作用下一直處于海水腔殼體15與油腔殼體21的中心；另外，指示桿14能指明正常的工作位置。當滾動膜片19出現(xiàn)老化泄漏時，滾動膜片19上下兩邊的壓力相等，此時，受彈簧16的作用，指示桿14處于最上端位置，在不拆開的情況下也能知道故障的原因。
滾動膜片19通過膜片壓板20與控制桿11固連。滾動膜片19的上下移動會帶動控制桿11上下移動，進而控制閥芯的上下移動。
2)方向流量閥部件方向流量閥部件由閥芯4與閥體3兩個主要零件組成。
如附圖的工作原理圖所示。該方向流量閥有三個工作位置。在最初位置時，油腔殼體21中還是空氣時，由于彈簧16的作用，使閥芯4處于最上端位置，此時閥口打開，使P口與A口相通，對海水壓力敏感單元的油腔進行充油。充滿油后，繼續(xù)充油的過程中，滾動膜片19會連同控制桿11一起向下移動，移動到一定位置，使閥口關(guān)死，此時，處于中位的工作狀態(tài)，P口、A口、L口互不相通。當油腔殼體上所連接的回油口沒有回油流量時，閥芯4一直處于中位工作。當經(jīng)過此壓力補償方向閥的回油路有回油流量時，進入油腔殼體的油液體積增加，迫使?jié)L動膜片19繼續(xù)向下移動，同時帶動控制桿11與閥芯4向下移動，移動到一定位置，閥口打開，使A口與L口相通，則回油路的流量經(jīng)連接件內(nèi)部的通道d、閥體上的油孔a、A孔、閥口到達L口，而后回油箱，并排出原來殘留的空氣。此時方向流量閥處于下工作位置。
本發(fā)明之所以稱其為補償方向閥，是因為該閥不但具有換向的作用，而且具有閥口開口量的變化，其開口量的大小受流量的控制，流量大則開口大，流量小則開口小。這樣經(jīng)過閥口的壓力降基本保持不變。
當回油路中沒有流量時，由于不可避免的泄漏存在，受彈簧力向上的作用，閥芯4又會移動到中位工作，使P口、A口、L口互不相通。如果長期不工作，繼續(xù)泄漏，則閥芯4繼續(xù)向上移動，移動到一定位置，閥口打開，使P口與A口相通，對海水環(huán)境壓力敏感單元的油腔進行補油。補油時，閥芯4受滾動膜片19與控制桿11的作用向下移動，又重新關(guān)閉閥口，使方向流量閥又工作在中位。
該海水壓力補償方向閥實際上是一個隨動機構(gòu)，滾動膜片19的工作位置決定了閥芯4的工作位置，而閥芯4的工作位置同時又作用于滾動膜片19，使?jié)L動膜片19只工作在一定的范圍之內(nèi)。
為了減少補償壓力的誤差，在閥芯4的兩端并沒有安裝復(fù)位彈簧，閥芯的軸向位置完全由滾動膜片19控制。而且，閥芯的兩端面通過內(nèi)部的a、b、c、d油道與壓力敏感單元的油腔相通，使閥芯4兩端面所受液壓力平衡。在滾動膜片19移動時，推動閥芯4移動的干擾力只有閥芯4與閥體3間的粘性摩擦力，沒有彈簧力與液壓力的干擾存在，從另一個方向提高了補償精度。
權(quán)利要求
1.一種海水環(huán)境液壓系統(tǒng)壓力補償方向閥，其特征在于它包括方向流量閥部件和海水環(huán)境壓力敏感部件，其中1)方向流量閥部件包括閥體(3)與閥芯(4)；套在閥芯(4)外的連接件(1)一端與油腔殼體(21)連接，閥芯(4)一端經(jīng)鋼絲擋圈(10)與控制桿(11)連接。2)海水環(huán)境壓力敏感部件包括導(dǎo)向套(9)，鋼絲擋圈(10)、控制桿(11)、螺母(12)、彈性擋圈(1 3)、指示桿(14)、海水腔殼體(15)、彈簧(16)、膜片支架(17)、螺釘(18)、滾動膜片(19)、膜片壓板(20)、油腔殼體(21)、螺母(22)、彈簧墊(23)、平墊(24)和螺栓(25)；滾動膜片(19)的外圈固定在海水腔殼體(15)與油腔殼體(21)的法蘭上，在滾動膜片(19)的外圈有一個固連的密封件，海水腔殼體(15)與油腔殼體(21)的法蘭對夾密封，膜片壓板(20)與膜片支架(17)由螺釘(18)連接，指示桿(14)外套有彈簧(16)，彈簧(16)的一端頂在海水腔殼體(15)的底部，彈簧(16)的另一端頂在膜片支架(17)的一邊，指示桿(14)的一端與膜片支架(17)連接，指示桿(14)的另一端伸出海水腔殼體(15)外，滾動膜片(19)用膜片壓板(20)與控制桿(11)相連，滾動膜片(19)在海水殼體(15)與油腔殼體(21)的內(nèi)腔中處于浮動狀態(tài)，控制桿(11)在導(dǎo)向套(9)中能沿軸向上下往復(fù)滑動，導(dǎo)向套(9)安裝于連接件(1)的內(nèi)孔中，螺母(12)連接連接件(1)與油腔殼體(21)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海水環(huán)境液壓系統(tǒng)壓力補償方向閥。它由方向流量閥部件和海水環(huán)境壓力敏感部件組成。它通過海水環(huán)境壓力敏感部件的滾動膜片敏感海水環(huán)境壓力，由于彈簧的預(yù)加壓作用，使補償壓力略高于海水環(huán)境壓力，防止海水侵入液壓系統(tǒng)。應(yīng)用海水壓力推動滾動膜片，進而控制方向流量閥的換向與開口大小，保證液壓系統(tǒng)回油路的壓力得到補償，本發(fā)明克服了現(xiàn)有壓力補償器的壓力補償精度低、不能自動補油與排氣，不能應(yīng)用于油源在常壓空氣中的水下液壓系統(tǒng)中等缺陷。
文檔編號G05D16/00GK1544819SQ200310108818
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者王慶豐, 李延民, 沈少杰 申請人:浙江大學(xué)