[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1544820A [43]公开日2004年11月10日
[21]申请号200310108574.2[22]申请日2003.11.11
[21]申请号200310108574.2
[71]申请人浙江大学
地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号
[72]发明人王庆丰 李延民 [74]专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司代理人林怀禹
[51]Int.CI 7F15B 21/00
权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 4 页
[54]发明名称
[57]摘要
本发明公开了一种水下设备液压系统中的海水
环境压力补偿装置。该补偿装置的功能是敏感周围
海水环境压力，并把海水环境压力传递到液压系统
中，对液压系统的压力进行补偿，以消除或减少海
水环境压力对液压系统的影响。它通过滚动膜片敏
感海水环境压力，由于恒力弹簧的预加压作用，使
补偿压力略高于海水环境压力，防止海水侵入液压
系统，其特殊的三重密封设计，保证其长期可靠工
作。由自动排气单元保证装置内的空气自动排出，
通过自动补油单元完成对压力敏感单元的补油任务。
该装置克服了现有压力补偿器的缺陷。本发明主要
用于海水下任意深度的水下设备的液压系统中，以
补偿海水环境压力对液压系统的影响。
200310108574.2权 利 要 求 书第1/1页
1、一种水下设备液压系统中的海水环境压力补偿装置，其特征在于它包括：机械式海水环境压力敏感单元、自动排气单元和自动补油单元，其中：
1)机械式海水环境压力敏感单元：包括壳体、滚动膜片(2)、固定板(3)、
牵引架(4)、压板(9)、恒力弹簧(10)、滚轴(11)、活塞(15)、密封圈(16)、
压板(17)、控制杆(20)；在下壳体内，滚动膜片(2)的外圈固定在下壳体上，
用固定板(3)、牵引架(4)对夹，滚动膜片(2)与牵引架(4)相连，滚动膜
片(2)在下壳体内处于浮动状态，牵引架(4)用夹紧装置与恒力弹簧(10)
的牵伸端固连，恒力弹簧(10)装在中壳体的左右两个滚轴(11)上，两个滚
轴(11)与中壳体形成转动配合，装在上壳体内的活塞(15)上的活塞杆(58)
与控制杆(20)为滑动连接；
2)自动排气单元：包括由小柱塞(21)、第一根弹簧(22)、排气阀阀芯(23)、第二根弹簧(24)组成的排气阀；小柱塞(21)的左端顶在控制杆(20)右侧
面的凸轮曲面上，小柱塞(21)的右端压在第一根弹簧(22)上，第一根弹簧(22)压在排气阀阀芯(23)的左端，在排气阀阀芯(23)的右端顶在第二根
弹簧(24)上，排气阀的出口通过第一节流孔(25)接出口；
3)自动补油单元：包括由补油阀阀芯(27)、复位弹簧(28)组成的补油阀，由加压弹簧(30)、补油减压阀阀芯(31)组成的补油减压阀；补油阀阀芯(27)通过复位弹簧(28)向右压在控制杆(20)左侧面的凸轮曲面上，补油
阀与补油减压阀之间通过第二节流孔(29)相连。
2、根据权利要求1所述的一种水下设备液压系统中的海水环境压力补偿装置，其特征在于：所说的夹紧装置是用螺母(5)、弹簧垫圈(6)、螺钉(7)、
平垫(8)、压板(9)与恒力弹簧(10)的牵伸端固连。
200310108574.2说 明 书第1/7页水下设备液压系统中的海水环境压力补偿装置
所属技术领域
本发明涉及一种流体压力执行机构，尤其是涉及一种水下设备液压系统中的海水环境压力补偿装置。
背景技术
海洋水下设备包括水下机器人、水下施工设备与军事潜艇三大类。对于这些水下设备的液压控制系统，在海水的压力变化大、强腐蚀、温度变化大这样的环境中工作，需要解决一些相关的关键问题，以保证液压系统的控制性能。如何解决随着海水压力的变化，液压系统的压力补偿或压力平衡问题，自然就成为水下设备液压系统要解决的关键问题之一。
水下设备液压系统的压力在早期并未采取压力补偿措施，而是把水下的液压控制元件与执行器都分别安装在压力容器中，以防止海水压力对系统的影响，但这种方法大大增加了一些不必要的重量，另外，元件的安装与维护也很困难。再者，早期也有使用皮囊式蓄能器替代压力补偿器完成压力补偿功能的，这也是为了解决海水环境压力补偿的临时措施。
目前，已有专用于水下设备液压系统的压力补偿器，该种补偿器常见于水下机器人与水下施工设备上。通常情况下，主要由补偿器外壳、补偿隔膜、补偿弹簧、标尺等几部分组成。它的基本原理是通过膜片、薄壳体或活塞形式的机械装置的变形或移动，去敏感周围海水环境压力，并把海水环境压力传递到需要补偿的液压系统或部件。
但这种传统的压力补偿器仍然存在不少问题：
(1)对于具有非对称执行器的液压系统，由于执行器两个工作容腔的容积不同，压力补偿器在工作过程中，对不同的工作容积进行相应的容积补偿，这势必造成其内部的补偿弹簧的变形量变化较大，最终使执行器工作容腔不同而补偿压力不同；另外，在压力补偿器初始工作与缺油需补油时，补偿器内的补偿弹簧变形量变化较大，使补偿压力变化较大。即补偿的压力与海水环境压力的差不能保持恒值，补偿精度不高；
(2)对于短期工作在水下的设备，当压力补偿器因泄漏缺油时，可以上浮至水面进行补油。而对于需要在水下潜行长达几个月时间的水下设备，根本无法在工作过程中进行补油。所以这种补偿器不能满足自动补油要求；
(3)现有的压力补偿器没有自动排气装置，在工作之前必须由人工进行预先充油，并排空其中的空气。这样，设备每次入水前都要人工检查并排气，造成不必要的麻烦；
(4)从产品的可靠性考虑，由于橡胶产品的老化现象是不可避免的，一旦出现泄漏，海水侵入液压系统，使系统无法正常工作。其可靠性有待提高。 发明内容
为了减少或消除海水环境压力的影响，提高液压系统的控制性能，本发明的目的是提供一种水下设备液压系统中的海水环境压力补偿装置。 对于控制精度要求较高的液压系统，要消除或减少补偿压力与海水环境压力差值的波动；另一方面，对于长期处在海水环境中的设备，由于液压系统难以避免的泄漏，海水压力补偿装置必需具备自动补油功能。在进行压力补偿的同时，为了提高压力补偿器的可靠性，保证水下设备在工作期间安全可靠的运行，需要进行可靠性的设计。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是它包括：机械式海水环境压力敏感单元、自动排气单元和自动补油单元，其中：
1)机械式海水环境压力敏感单元：包括壳体、滚动膜片、固定板、牵引架、压板、恒力弹簧、滚轴、活塞、密封圈、压板、控制杆；在下壳体内，滚动膜片的外圈固定在下壳体上，用固定板、牵引架对夹，滚动膜片与牵引架相连，滚动膜片在下壳体内处于浮动状态，牵引架用夹紧装置与恒力弹簧的牵伸端固连，恒力弹簧装在中壳体的左右两个滚轴上，两个滚轴与中壳体形成转动配合，装在上壳体内的活塞上的活塞杆与控制杆为滑动连接；
2)自动排气单元：包括由小柱塞、第一根弹簧、排气阀阀芯、第二根弹簧组成的排气阀；小柱塞的左
端顶在控制杆右侧面的凸轮曲面上，小柱塞的右端压在第一根弹簧上，第一根弹簧压在排气阀阀芯的左端，在排气阀阀芯的右端顶在第二根弹簧上，排气阀的出口通过第一节流孔接出口；
3)自动补油单元：包括由补油阀阀芯、复位弹簧组成的补油阀，由加压弹簧、补油减压阀阀芯组成的补油减压阀；补油阀阀芯通过复位弹簧向右压在控制杆左侧面的凸轮曲面上，补油阀与补油减压阀之间通过第二节流孔相连。 所说的夹紧装置是用螺母、弹簧垫圈、螺钉、平垫、压板与恒力弹簧的牵伸端固连，
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：
通过滚动膜片敏感海水环境压力，由于恒力弹簧的预加压作用，使补偿压
力略高于海水环境压力，防止海水侵入液压系统。由于是恒力预加载，能保证较高的压力补偿精度。其特殊的三重密封设计，保证其长期可靠工作。由自动排气单元保证装置内的空气自动排出，通过自动补油单元完成对压力敏感单元的补油任务，用以补偿泄漏。该装置克服了现有压力补偿器的缺陷。本发明主要用于海水下任意深度的水下设备的液压系统中，以补偿海水环境压力对液压系统的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明的具体结构实施图；
图3是图2的I放大图；
图4是图2的A-A剖视图。
图中：1.下壳体，2.滚动膜片，3.固定板，4.牵引架，5.螺母，6.弹簧垫圈，7.螺钉，8.平垫，9.压板，10.恒力弹簧，11.滚轴，12.螺母，13.弹簧垫圈，14.平垫，15.活塞，16.密封圈，17.压板，18.平垫，19.螺母，20.控制杆，21.小柱塞，22.弹簧，23.排气阀阀芯，24弹簧，25.节流孔R3，26.节流孔R1，27.补油阀阀芯，28.复位弹簧，29.节流孔R2，30.加压弹簧，31.补油减压阀阀芯，32.螺栓，33.螺母，34.弹簧垫圈，35.平垫，36.中壳体，37.弹簧架，38.轴套，39.弹性挡圈，40.上壳体，41.螺钉，42.螺母，43.弹簧垫，44.平垫，45.螺栓，46.密封圈，47.弹性挡圈，48.导向套，49.螺母，50.密封圈，51.连接件，52.螺母，53.锁紧螺母，54.密封圈，55.螺塞，56.螺塞，57.阀体，58控制杆，59.螺塞。 具体实施方式
如图1、图2、图3、图2所示，本发明它包括：机械式海水环境压力敏感单元、自动排气单元和自动补油单元，其中：
1)机械式海水环境压力敏感单元：包括下壳体1、滚动膜片2、固定板3、牵引架4、螺母5、弹簧垫圈6、螺钉7、平垫8、压板9、恒力弹簧10、滚轴11、螺母12、弹簧垫圈13、平垫14、活塞15、密封圈16、压板17、平垫18、螺母19、控制杆20、节流孔26、螺栓32、螺母33、弹簧垫圈34、平垫35、中壳体36、弹簧架37、轴套38、弹性挡圈39、下壳体40、螺钉41、螺母42、弹簧垫43、平垫44、螺栓45、密封圈46、弹性挡圈47、导向套48、螺母49、密封圈50、连接件51、螺母52、锁紧螺母53；在下壳体1的小端内，滚动膜片2的外圈固定在下壳体1与中壳体36的法兰上，用固定板3、牵引架4对夹，滚
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