专利名称:一种水压软缆割刀的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种水下作业工具,尤其涉及一种水压软缆割刀。
背景技术:
软缆割刀在水下作业中有广泛的应用,可实现对麻、棕、棉、尼龙、化纤等软质材料 缆绳或铜/铝芯电缆的剪切任务,主要用于水下打捞、资源开采以及海洋建筑等领域的水 下作业。最早的水下作业软缆割刀一般是由陆用油压驱动工具改装而成,油压工具的工作 压力高,功率密度大。 虽然油压工具的工作压力高,功率密度大,然而,由于液压油自身理化特性,决定 了由改装后的油压软缆剪刀用于水下作业时存在如下问题 1)液压油和水不相容,当液压油泄漏到水环境,会造成环境污染,用于国防军事领 域时,外泄漏还有可能造成军事活动的暴露,当水渗入到油压系统,会引起元件的腐蚀和功 能失效,从而降低工具的可靠性; 2)油压软缆割刀及动力源必须设计成闭式系统,需要进回油管,用于大深度作业 时,必须增加压力补偿装置,增加了设备的体积、重量以及复杂程度,降低了系统的可靠性 与可维修性; 3)液压油的粘度大,且其粘温、粘压系数大,随着作业深度和范围的扩大,系统进 油和回油管的沿程压力损失显著增大,工具效率明显降低;同时进回油管道易受风浪及海 流的影响,增加了潜水员操作时的负担。 4)不能够在水下更换作业工具,或者进行简单的维修,工具的适应性较差。
为此,逐渐有研究人员提出以海/淡水代替液压油为工作介质来驱动作业工具的 研究方向。但是目前,还未有成熟的水压软缆割刀技术方案被现有技术公布。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水压软缆割刀,直接以海水或淡水作为工作介质进行 作业,重量轻、体积小、效率高、环境相容性好,能可靠地用于对水下软缆或电缆的剪切作 业。 —种水压软缆割刀,包括依次相接的控制阀、海水或淡水液压缸和剪刀运动机构, 控制阀控制海水或淡水液压缸伸縮,海水或淡水液压缸通过伸縮带动剪刀运动机构张合实 现剪切,其特征在于, 所述换向阀包括阀座5、阀芯4、阀体2和换向手轮18 ;阀体2内安放有阀芯4,阀 芯4 一端伸出阀体2并套有换向手轮18 ;阀体2远离换向手轮18的一端连接阀座5 ;阀座 5内设有四个流道,第一和第二流道分别与海水或淡水液压缸的无杆腔和有杆腔相连通,第 三和第四流道分别为进水流道和出水流道;阀芯4内设有三个通道,通过转动阀芯4使得阀 座5的流道与阀芯4的通道能够选择组合连通;在阀座5的四个流道内分别设有浮动密封 组件,浮动密封组件由密封弹簧13和中间开有通孔的密封块15组成,密封块15在密封弹
3簧13的压力作用上保持与阀芯4的紧密接触。
本发明的技术效果体现在 1)工作介质为海水或淡水,具有五个优点a、绿色、环保,对环境没有污染,b、不 会因水进入系统而降低工作可靠性;c、水的粘度只有液压油的四十分之一,因此管路压力 损失小很多,作业效率高;d、本发明的动力源设计成开式系统,直接从水环境中吸水,加压 做功后,再直接排回水环境中,因而无需携带水箱,不用冷却器,不但简化了系统,减少了体 积,降低了重量,并且系统不需要压力补偿装置,作业工具的工作水深不受限制;本发明将 水直接排入水环境,因此无需回水管,水下作业时受潮流干扰小,提高水下操作的稳定性; f 、因为水的环保性,可在水下直接更换作业工具,或者进行简单的维修,提高了工具的适应 性; 2)水压软缆割刀的换向阀为三位四通换向转阀,为克服水的粘度低、泄漏量大、 气蚀严重等技术问题,该阀阀芯与密封块的密封形式与油压转阀常采用的间隙密封形式不 同。油压转阀的密封结构中阀芯和阀套之间总是存在间隙,而且该间隙随着阀芯和阀套的 磨损而加大,从而引起泄漏量的增加,本发明在阀座内设有浮动密封组件,阀座通过密封组 件与阀芯密封,密封组件与阀芯之间采用了抗气蚀性强的端面密封形式,在弹簧力作用下 阀芯和密封组件间密封可靠,可实现零泄漏。 3)三位四通换向转阀阀芯与阀座接触形式采用浮动结构,在弹簧压力的作用下, 阀芯与阀座始终接触可靠,磨损后的间隙可以自动补偿,从而大大提高了密封的可靠性和 寿命; 4)本发明在海洋中采用海水液压缸,在淡水环境中采用淡水液压缸,广泛应用于 水库大坝,湖泊、河道工程的水下作业以及陆地作业。
图1是本发明实施例的海水液压软缆割刀结构原理图。
图2是实施例的控制阀组件结构示意图。
图3是实施例的控制阀组件的功能符号图。
图4是实施例的控制阀阀座端面视图。
图5是实施例的控制阀阀芯端面视图。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明进行进一步的说明。 图1为海水液压软缆割刀的结构原理图,包括海水液压缸、控制阀以及剪刀运动 机构。控制阀组件与海水液压缸相连接,控制液压缸伸縮;液压缸的活塞杆与剪刀运动机构 相连。 海水液压缸包含有一缸体6,缸体6内设有活塞杆12,活塞杆12 —端从缸体6中 伸出后与剪刀运动机构相连,另一端与阀座5相连,阀座充当安装缸体端盖,对活塞杆12进 行轴向限位,参考图1。缸体6的尾端与活塞杆12的空腔为无杆腔,缸体6的头端与活塞 杆12的空腔为有杆腔,无杆腔与阀座5的第一流道B相连通,有杆腔与阀座5的第二流道 A相连通。海水液压缸的缸体6前端加长,作为剪刀运动机构的导轨和机架。
剪刀运动机构采用连杆滑块机构,滑块导轨与缸体为整体结构,具有结构紧凑,刚 度大,重量轻的优点。剪刀运动机构包括两个结构相同的剪刀片9,9',剪刀片9,9'的外 角点8,8'分别通过销轴与连杆7,7'相接,两连杆7,7'均铰接滑块ll,滑块ll连接海水 液压缸的活塞杆12。海水液压缸的缸体6前端加长,在其内表面加工有导轨,滑块11安放 在导轨上。剪刀片9,9'的内角点10,10'通过销轴固定于缸体6加长后的前端。在液压 力的作用下,活塞杆12前后运动,从而带动滑块沿缸体6上的导轨前后运动,连杆和剪刀片 分别绕连接销轴灵活转动。具体的运动过程为,活塞杆12前伸,带动滑块11沿着导轨向前 运动,连杆18与剪刀片9之间的夹角变小,两剪刀片的刀口向着縮拢方向运动,实现剪切动 作;当活塞杆12后退时,带动滑动块11向后运动,剪刀片张开,为下一次剪切做准备。各连 杆与销轴构成铰链的内孔都镶有铜套,以改善销轴与铜套之间的摩擦性能。
图2为换向阀结构示意图,换向阀所实现的功能如图3所示。换向阀包括阀座5、 阀芯4、阀体2和换向手轮18。阀体2内安放有阀芯4,阀芯4 一端伸出阀体2并装有换向 手轮18。阀体2远离换向手轮18的一端固定在阀座5上。 阀座5内设四个流道,参考图4,第一,二流道A, B分别与海水液压缸的无杆腔和 有杆腔相连通,截面呈"L"型的第三,四流道P,T分别作为进水流道和出水流道,工作时,进 水流道的进水口通过图1中的快换接头14与动力源相连,出水流道的出水口无回水管,回 水直接排入大海。 阀芯4内设有三个通道,三个通道截面成"^/,形,如图5所示。Al, A2为第一通 道的两个端口, Bl, B2为第二通道的两个端口, Cl, C2为第三通道的两个端口。
用户转动换向手轮18,由于换向手轮18与阀芯4之间通过平键19进行传动,因 此阀芯4随换向手轮18—起转动。为了限定阀芯的最大转动角,增设了限位销l,限位销1 的上端固定于换向轮18内,下端位于阀体2的弧形限位槽内。最大转动角度由弧形限位槽 的弧度决定,本实施例中换向手轮18转向角度即阀芯转动角度为-45度 45度。
依据阀芯转动区域可将阀芯位置分为左位(-45度)、中位(0度)和右位(45度)。 位于右位时,高压海水进入第三流道P的进水口 ,依次经过第一通道A1-A2、第二流道B进入 液压缸的无杆腔,驱动液压缸前伸,海水再从液压缸的有杆腔流出,依次经过第一流道A、第 三通道Cl-C2,从第四流道T的出水口排出。位于中位时,高压海水进入第三流道P,再直接 从第四流道T排出,海水不经过海水液压缸,实现卸荷;位于左位时,高压海水从第三流道P 的进水口进入,依次经过第三通道Cl-C2、第一流道A进入液压缸的有杆腔,驱动液压缸后 縮,海水再从液压缸的无杆腔流出,依次经过第二流道B、第一通道Al-A2,从第四流道T的 出水口排出。 在海下操作时,操作员主要靠手感感知换向手柄工作位置,因此在转向时需给出 手可感知的到位提示。实施例在换向手轮18和阀体2的接触面处安放有限位机构,限位机 构包括限位弹簧17、限位钢球16和圆锥孔,限位弹簧17位于换向手轮18内靠近其与阀体 2的接触面处,紧靠限位弹簧17安放有限位钢球16,阀体2与换向手轮18的接触面处加工 有三个直径略小于限位钢球16的圆锥孔,三个圆锥孔分别对应阀芯左位、中位和右位。转 动换向手轮18,当到达左或中或右位时,限位钢球16在限位弹簧17弹力下落入对应的圆锥 孔,此时操作者会有明显振动感,由此判断转向是否到位。 由于海水需经过阀座5的流道和阀芯4的通道进入液压缸,因此,流道和通道之间的水密封非常重要, 一旦出现泄漏,流量将减小,效率除低,严重时,高压海水的压力将降 低,从而不能驱动液压缸正常工作。阀座5与阀芯4间采用磨损能自动补偿的浮动结构,即 本实施例在阀座的流道内增设了浮动密封组件,浮动密封组件安放于流道内的上部分位置 处,其由密封弹簧13和密封块15组成,密封块37在密封弹簧13的压力作用上始终保持与 阀芯4的紧密接触,实现高压水的可靠密封。为了固定密封弹簧13,实施例将流道靠近阀芯 4处设计为截面呈"9"形。密封块15的内部开有通孔,用于阀芯通道和阀座流道之间的连 通。 阀芯4与阀体2的接触面之间安装有推力轴承3,使阀芯4与密封块15之间以较
大的压力接触,以保证两者间的密封可靠,而换向手轮18操作仍然轻松灵活。 考虑海水的润滑性较差,摩擦副易磨损、腐蚀性强等特点,控制阀的阀芯4采用双
向不锈钢(例如F225),密封块15采用特种高性能工程塑料(例如聚醚醚酮PEEK),以提高
耐蚀性以及摩擦副之间的摩擦性能。
权利要求
一种水压软缆割刀,包括依次相接的控制阀、海水或淡水液压缸和剪刀运动机构,控制阀控制海水或淡水液压缸伸缩,海水或淡水液压缸通过伸缩带动剪刀运动机构张合实现剪切,其特征在于,所述换向阀包括阀座(5)、阀芯(4)、阀体(2)和换向手轮(18);阀体(2)内安放有阀芯(4),阀芯(4)一端伸出阀体(2)并套有换向手轮(18);阀体(2)远离换向手轮(18)的一端连接阀座(5);阀座(5)内设有四个流道,第一和第二流道分别与海水或淡水液压缸的无杆腔和有杆腔相连通,第三和第四流道分别为进水流道和出水流道;阀芯(4)内设有三个通道,通过转动阀芯(4)使得阀座(5)的流道与阀芯(4)的通道能够选择组合连通;在阀座(5)的四个流道内分别设有浮动密封组件,浮动密封组件由密封弹簧(13)和中间开有通孔的密封块(15)组成,密封块(15)在密封弹簧(13)的压力作用上保持与阀芯(4)的紧密接触。
2. 根据权利要求l所述的水压软缆割刀,其特征在于,所述换向阀还包括限位销(1), 限位销(1)的一端固定于换向手轮(18)内,另一端位于阀体(2)的弧形限位槽内。
3. 根据权利要求1或2所述的水压软缆割刀,其特征在于,在换向手轮(18)与阀体(2) 的接触面处设置有限位机构,限位机构包括限位弹簧(17)、限位钢球(16)和圆锥孔,限位 弹簧(17)位于换向手轮(18)内靠近其与阀体(2)的接触面处,在限位弹簧(17)下端安放 有限位钢球(3S),阀体(2)与换向手轮(18)的接触面处加工有三个直径略小于限位钢球 (38)的圆锥孔,三个圆锥孔的位置分别对应阀芯的三个预定工位。
4. 根据权利要求1或2所述的水压软缆割刀,其特征在于,所述剪刀运动机构包括两 个剪刀片(9,9'),两剪刀片(9,9')的外角点(8,8')分别通过销轴与连杆(7,7')相 接,两连杆(7,7')均连接滑块(ll),滑块(11)连接海水液压缸的活塞杆(12),还水液压 缸的缸体(6)前端内表面加工有导轨,滑块(11)安放在导轨上,两剪刀片(9,9')的内角 点(10,10')通过销轴固定于缸体(6)的前端。
5. 根据权利要求1或2所述的水压软缆割刀,其特征在于,所述阀芯(4)与阀体(2)的 接触面之间安装有推力轴承(6)。
6. 根据权利要求3所述的水压软缆割刀,其特征在于,所述阀芯(4)与阀体(2)的接触 面之间安装有推力轴承(3)。
7. 根据权利要求1或2所述的水压软缆割刀,其特征在于,所述阀芯(4)采用双向不锈 钢,密封体(37)采用聚醚醚酮PEEK。
全文摘要
本发明公开了一种水压软缆割刀,包括依次相接的控制阀、海水或淡水液压缸和剪刀运动机构,控制阀控制液压缸伸缩,液压缸通过伸缩带动剪刀运动机构张合实现剪切。剪刀运动机构采用连杆滑块机构,滑块导轨与缸体为一整体,具有结构紧凑,刚度大的特点。换向阀设计为三位四通结构,其阀芯与阀座接触形式采用浮动结构,在弹簧压力的作用下,阀芯与阀座始终接触可靠,磨损后的间隙可以自动补偿,大大提高了密封的可靠性和寿命。本发明以海水或淡水作为工作介质,具有效率高,作业深度大,操作方便,环境相容性好的特点,可广泛用于水下及陆地的剪切作业。
文档编号B26B15/00GK101695839SQ200910272269
公开日2010年4月21日 申请日期2009年9月27日 优先权日2009年9月27日
发明者刘银水, 吴德发, 姜维, 朱碧海, 蒋卓, 郭志恒, 陈经跃 申请人:华中科技大学;