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CN112983930A - 一种水下单作用电液作动器及作动方法 - Google Patents

一种水下单作用电液作动器及作动方法 Download PDF

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CN112983930A CN202110168966.6A CN202110168966A CN112983930A CN 112983930 A CN112983930 A CN 112983930A CN 202110168966 A CN202110168966 A CN 202110168966A CN 112983930 A CN112983930 A CN 112983930A
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胡浩龙
龙雷
沈雪
钱宇
仝潘
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702th Research Institute of CSIC
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Abstract

本发明涉及一种水下单作用电液作动器及作动方法，包括机壳，机壳包括油缸筒体、电机壳体、齿轮泵组件，电机壳体固定安装驱动电机，电机壳体背离齿轮泵组件一端固定安装弹性囊，齿轮泵组件包括齿轮泵壳体、轴承座；电机端盖内设有与驱动电机输出轴啮合的减速轮，齿轮泵壳体内设有第一泵齿轮，减速轮、第一泵齿轮之间同轴传动，所述齿轮泵壳体内还设有第二泵齿轮，第二泵齿轮与第一泵齿轮啮合传动，轴承座上设有齿轮泵进口、齿轮泵出口。本发明采用液压泵直接控制模式，取消了常规作动器中的液压阀及管路，使得电液作动器结构更加紧凑简单。本发明中的弹性囊，能够进行压力补偿；本发明通过减小无杆腔压力，利用环境水压使得油缸回缩，从而实现取代阀箱和管路的目的。

Description

一种水下单作用电液作动器及作动方法
技术领域
本发明涉及水下液压系统液压元件技术领域，尤其是一种水下单作用电液作动器及作动方法。
背景技术
液压系统拥有承载能力强、功率密度大、调速方便等优点，在深海资源开发得到广泛应用。液压系统管路众多，一个破损点会导致所有系统无法运行。相比之下，水下电液作动器拥有巨大优势，各个相互独立。互不影响，并且系统结构简单，没有复杂管路，特别是集成度高，便于水下装备小型化。
与传统液压系统相比，电液作动器拥有各方面优势，在飞机领域得到广泛的应用。电液作动器拥有液压系统各个组件，包括油箱、液压泵、阀箱、管路、执行元件。但是在水下液压系统，特别是深海，为提高系统效率，需要进行压力补偿。特别是阀箱，电子元件需要采用油液进行压力补偿，会导致电液作动器不紧凑。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的水下单作用电液作动器及作动方法，采用泵控模式，油泵直接向无杆腔供高压油，推动活塞杆伸出，然后电机反转，油泵从无杆腔吸油，使得无杆腔压力降低，在环境压力作用下活塞回缩，通过水下压力实现回缩，简化电液作动器结构。
本发明所采用的技术方案如下：
一种水下单作用电液作动器，包括油缸筒体、电机壳体、固定安装于油缸筒体和电机壳体之间的齿轮泵组件，
所述油缸筒体内设有活塞，
所述电机壳体面向齿轮泵组件的一端安装有电机端盖，电机端盖上固定安装驱动电机，电机壳体背离齿轮泵组件一端固定安装弹性囊，电机壳体上安装有水密电缆，
所述齿轮泵组件包括与油缸筒体固定安装的齿轮泵壳体，所述电机端盖与齿轮泵壳体之间连接安装有轴承座；所述电机端盖内设有与驱动电机输出轴啮合的减速轮，齿轮泵壳体内设有第一泵齿轮，减速轮、第一泵齿轮之间同轴传动，所述齿轮泵壳体内还设有第二泵齿轮，第二泵齿轮与第一泵齿轮啮合传动，
所述轴承座上设有齿轮泵进口，齿轮泵进口连通电机壳体内腔和齿轮泵壳体内腔，所述齿轮泵壳体上设有齿轮泵出口，齿轮泵出口连通齿轮泵壳体内腔和油缸筒体内腔。
所述电机壳体口部对应设有压板、用于锁紧压板的螺栓，所述压板与电机壳体口部之间预留用于夹紧弹性囊边缘的间隙。
所述减速轮、第一泵齿轮之间连接有传动轴，传动轴上套设有轴承，轴承嵌入轴承座。
所述传动轴嵌入齿轮泵壳体的一端对应设置轴承。
所述第二泵齿轮的齿轮轴两端分别嵌入轴承座、齿轮泵壳体，且齿轮轴的两端对应设置轴承。
所述轴承座上设有安全阀。
所述齿轮泵壳体上设有压力传感器。
所述活塞与油缸筒体之间设有密封圈，油缸筒体与齿轮泵壳体之间设有密封圈。
一种利用水下单作用电液作动器的作动方法，包括如下步骤：
水密电缆与外界控制器相连，控制驱动电机正向旋转或反向旋转，
一、驱动电机正转：驱动电机输出轴带动减速轮正转，齿轮泵组件通过齿轮泵进口吸油，从齿轮泵出口向油缸筒体排油，此时油缸筒体内背离齿轮泵组件一侧腔体内的水向外排出；上述过程中，压力传感器保持检测状态，测试泄露量，外界控制器监测压力传感器输出数值，对驱动电机的转速进行控制，
二、驱动电机反转：齿轮泵出口将无杆腔内的油液吸回，通过齿轮泵进口输回电机壳体内，使得无杆腔内的内部压力减小，在外界环境压力作用下，活塞杆回缩。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，采用液压泵直接控制模式，取消了常规作动器中的液压阀及管路，使得电液作动器结构更加紧凑简单。
常规油缸大部分实际使用过程中均为单向大负载，高压油液换向仅仅是为了活塞杆回缩。本发明中的电机壳体充当油箱，油箱尾部连接弹性囊，能够在深海环境下，受水压影响，进行压力补偿；本发明通过减小无杆腔压力，利用环境水压使得油缸回缩，从而实现取代阀箱和管路的目的。
油箱的有杆腔直接与外界相通，没有管路，使整体结构更紧凑。本发明中的驱动电机和齿轮泵组件之间增加减速轮，能够使齿轮泵输出流量控制精度大大提高，从而提高油缸位置控制精度。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为图1的A部放大图用于体现弹性囊的锁紧结构。
图3为本发明的俯视图。
图4为图1的B-B剖视图。
其中：1、弹性囊；2、螺栓；3、压板；4、电机壳体；5、驱动电机；6、电机端盖；7、减速轮；8、轴承座；9、第一泵齿轮；10、油缸筒体；11、密封圈；12、活塞；13、活塞杆；14、螺母；15、齿轮泵壳体；16、轴承；
17、第二泵齿轮；18、传动轴；19、输出轴；20、压力传感器；21、安全阀；
22、水密电缆；23、齿轮泵进口；24、齿轮泵出口。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示，本实施例的水下单作用电液作动器，包括油缸筒体10、电机壳体4、固定安装于油缸筒体10和电机壳体4之间的齿轮泵组件，
油缸筒体10内设有活塞12，活塞12圆心位置设置活塞杆13；
电机壳体4面向齿轮泵组件的一端安装有电机端盖6，电机端盖6上固定安装驱动电机5，电机壳体4背离齿轮泵组件一端固定安装弹性囊1，电机壳体4上安装有水密电缆22，
齿轮泵组件包括与油缸筒体10固定安装的齿轮泵壳体15，电机端盖6与齿轮泵壳体15之间连接安装有轴承座8；电机端盖6内设有与驱动电机5输出轴19啮合的减速轮7，齿轮泵壳体15内设有第一泵齿轮9，减速轮7、第一泵齿轮9之间同轴传动，齿轮泵壳体15内还设有第二泵齿轮17，第二泵齿轮17与第一泵齿轮9啮合传动，
轴承座8上设有齿轮泵进口23，齿轮泵进口23连通电机壳体4内腔和齿轮泵壳体15内腔，齿轮泵壳体15上设有齿轮泵出口24，齿轮泵出口24连通齿轮泵壳体15内腔和油缸筒体10内腔。
电机壳体4口部对应设有压板3、用于锁紧压板3的螺栓2，压板3与电机壳体4口部之间预留用于夹紧弹性囊1边缘的间隙。
减速轮7、第一泵齿轮9之间连接有传动轴18，传动轴18上套设有轴承16，轴承16嵌入轴承座8。
传动轴18嵌入齿轮泵壳体15的一端对应设置轴承16。
第二泵齿轮17的齿轮轴两端分别嵌入轴承座8、齿轮泵壳体15，且齿轮轴的两端对应设置轴承16。
轴承座8上设有安全阀21。
齿轮泵壳体15上设有压力传感器20。
活塞12与油缸筒体10之间设有密封圈11，油缸筒体10与齿轮泵壳体15之间设有密封圈11。
本实施例的利用水下单作用电液作动器的作动方法，包括如下步骤：
水密电缆22与外界控制器相连，控制驱动电机5正向旋转，驱动电机5的输出轴19带动减速轮7正转，齿轮泵组件通过齿轮泵进口23吸油，从齿轮泵出口24向油缸筒体10排油，此时油缸筒体10内背离齿轮泵组件一侧腔体内的水向外排出；上述过程中，压力传感器20保持检测状态，测试泄露量，外界控制器监测压力传感器20输出数值，对驱动电机5的转速进行控制。
本发明的具体结构及工作原理如下：
如图1和图3所示，电机壳体4、齿轮泵组件和油缸筒体10同轴设置，外圆轮廓位于同一圆柱表面。油缸筒体10分为无杆腔和有杆腔，有杆腔即为油缸筒体10内背离齿轮泵组件一侧的腔室，敞口设置，外界海水能够进入有杆腔。无杆腔、齿轮泵组件和电机壳体4之间连通，作为油箱的电机壳体4内的油液能够在无杆腔、齿轮泵组件和电机壳体4之间流动，推动活塞12运动。
如图3所示，使作动器轴线水平摆放时，水密电缆22安装在电机壳体4侧壁，与驱动电机5相连；在轴承座8上设置有安全阀21，安全阀21、齿轮泵进口23分别位于轴承座8两侧。在齿轮泵壳体15侧壁上设有与水密电缆22同侧设置的压力传感器20。
启动作动器时，与外界控制器连接的水密电缆22接通驱动电机5，控制驱动电机5正转，驱动电机5的输出轴19与减速轮7啮合，带动减速轮7转动，由于减速轮7直径更大，转速经过减速轮7输出后降低，传递至同轴的第一泵齿轮9上，第一泵齿轮9带动与之直径相同的第二泵齿轮17，使转速不变输出，齿轮泵组件运转后，将电机壳体4内的油液通过齿轮泵进口23吸入，再从齿轮泵出口24输出，输至无杆腔，将活塞12向外推，把有杆腔内的海水排出。
在有杆腔口部，还设有锁紧螺母14。
通过多组试验能够测得齿轮泵在不同压力下的泄露量，控制器监测压力传感器20的压力，对电机转速进行控制。在减速机的作用下，齿轮泵转速降低，电机能够更精准地控制齿轮泵的流量，从而精准控制油缸位置、输出推力。
当电机反转时，齿轮泵出口24将无杆腔内的油液吸回，通过齿轮泵进口23输回电机壳体4内，使得无杆腔内的内部压力减小，在外界环境压力作用下，活塞12回缩。在油缸回缩过程中，不能存在大负载。本发明水下单作用电液作动器，油缸有杆腔与环境之间连通，可实现深海自回缩。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种水下单作用电液作动器，其特征在于：包括油缸筒体(10)、电机壳体(4)、固定安装于油缸筒体(10)和电机壳体(4)之间的齿轮泵组件，所述油缸筒体(10)内设有活塞(12)，
所述电机壳体(4)面向齿轮泵组件的一端安装有电机端盖(6)，电机端盖(6)上固定安装驱动电机(5)，电机壳体(4)背离齿轮泵组件一端固定安装弹性囊(1)，电机壳体(4)上安装有水密电缆(22)，
所述齿轮泵组件包括与油缸筒体(10)固定安装的齿轮泵壳体(15)，所述电机端盖(6)与齿轮泵壳体(15)之间连接安装有轴承座(8)；所述电机端盖(6)内设有与驱动电机(5)输出轴(19)啮合的减速轮(7)，齿轮泵壳体(15)内设有第一泵齿轮(9)，减速轮(7)、第一泵齿轮(9)之间同轴传动，所述齿轮泵壳体(15)内还设有第二泵齿轮(17)，第二泵齿轮(17)与第一泵齿轮(9)啮合传动，
所述轴承座(8)上设有齿轮泵进口(23)，齿轮泵进口(23)连通电机壳体(4)内腔和齿轮泵壳体(15)内腔，所述齿轮泵壳体(15)上设有齿轮泵出口(24)，齿轮泵出口(24)连通齿轮泵壳体(15)内腔和油缸筒体(10)内腔。
2.如权利要求1所述的一种水下单作用电液作动器，其特征在于：所述电机壳体(4)口部对应设有压板(3)、用于锁紧压板(3)的螺栓(2)，所述压板(3)与电机壳体(4)口部之间预留用于夹紧弹性囊(1)边缘的间隙。
3.如权利要求1所述的一种水下单作用电液作动器，其特征在于：所述减速轮(7)、第一泵齿轮(9)之间连接有传动轴(18)，传动轴(18)上套设有轴承(16)，轴承(16)嵌入轴承座(8)。
4.如权利要求3所述的一种水下单作用电液作动器，其特征在于：所述传动轴(18)嵌入齿轮泵壳体(15)的一端对应设置轴承(16)。
5.如权利要求1所述的一种水下单作用电液作动器，其特征在于：所述第二泵齿轮(17)的齿轮轴两端分别嵌入轴承座(8)、齿轮泵壳体(15)，且齿轮轴的两端对应设置轴承(16)。
6.如权利要求1所述的一种水下单作用电液作动器，其特征在于：所述轴承座(8)上设有安全阀(21)。
7.如权利要求1所述的一种水下单作用电液作动器，其特征在于：所述齿轮泵壳体(15)上设有压力传感器(20)。
8.如权利要求1所述的一种水下单作用电液作动器，其特征在于：所述活塞(12)与油缸筒体(10)之间设有密封圈(11)，油缸筒体(10)与齿轮泵壳体(15)之间设有密封圈(11)。
9.一种利用权利要求1所述的一种水下单作用电液作动器的作动方法，其特征在于，包括如下步骤：
水密电缆(22)与外界控制器相连，控制驱动电机(5)正向旋转或反向旋转，
一、驱动电机(5)正转：驱动电机(5)的输出轴(19)带动减速轮(7)正转，齿轮泵组件通过齿轮泵进口(23)吸油，从齿轮泵出口(24)向油缸筒体(10)排油，此时油缸筒体(10)内背离齿轮泵组件一侧腔体内的水向外排出；上述过程中，压力传感器(20)保持检测状态，测试泄露量，外界控制器监测压力传感器(20)输出数值，对驱动电机(5)的转速进行控制，
二、驱动电机(5)反转：齿轮泵出口(24)将无杆腔内的油液吸回，通过齿轮泵进口(23)输回电机壳体(4)内，使得无杆腔内的内部压力减小，在外界环境压力作用下，活塞杆(13)回缩。
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