專利名稱：一種水壓擴張器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水下作業(yè)工具，具體涉及一種水壓擴張器，用于海洋或淡水湖泊。
背景技術(shù)：
液壓擴張器是由液壓驅(qū)動的大型破拆救助器具，能提供較大的擴張力，用于擴開鋼筋混凝土、石板等重物，主要適用于海洋、內(nèi)河、湖泊的水下作業(yè)，也可用于消防、搶險救災(zāi)等行業(yè)。 目前市場上的液壓擴張器產(chǎn)品均為油壓類產(chǎn)品，用于水下作業(yè)時，是通過將陸用油壓類擴張器進行一定的改裝，雖然油壓工具具有工作壓力高，功率密度大等優(yōu)點，但由于油介質(zhì)本身的特點，決定了油壓擴張器用于水下時會存在如下問題 1)液壓油和水不相容，當(dāng)液壓油泄漏到水中，會造成環(huán)境污染，當(dāng)水滲入到油壓系統(tǒng)，會引起元件的腐蝕和功能失效，從而降低工具的可靠性； 2)液壓油的粘度大，且其粘溫、粘壓系數(shù)大，隨著作業(yè)深度和范圍的擴大，系統(tǒng)進油和回油管的沿程壓力損失顯著增大，工具效率明顯降低； 3)油壓擴張器和動力源之間必須設(shè)計成閉式系統(tǒng)，用于大深度作業(yè)時，必須增加壓力補償裝置，從而增加了設(shè)備的體積、重量及復(fù)雜程度，降低了系統(tǒng)的可靠性與可維修性； 4)油壓擴張器和動力源之間須采用進油和回油兩根軟管相連，因而水下作業(yè)時受風(fēng)浪及海流的作用力大，對潛水員操作的干擾大； 5)不能夠在水下直接更換作業(yè)工具，或者進行簡單的維修，工具的適應(yīng)性較差。[0009] 以上的缺點并不局限于油壓擴張器，其它油壓工具用于水下作業(yè)時也同樣會存在這些缺點，為此，上世紀(jì)60年代，美國率先進行了海水液壓水下作業(yè)工具的研究，隨后，英國、日本，芬蘭等國也相繼展開這方面的研究，在我國，二十世紀(jì)90年代，以華中科技大學(xué)液壓氣動技術(shù)中心為代表的科研院所才相繼開展了水液壓技術(shù)的研究。研究中發(fā)現(xiàn)，液壓技術(shù)雖與油壓技術(shù)有很多相似之處，但由于水介質(zhì)與液壓油在理化特性方面存在較大區(qū)別，使得如果將油壓擴張器直接改用海水介質(zhì)存在如下技術(shù)問題 1)泄漏問題，由于水的粘度只有油的l/30 l/40左右，因此，在同等壓力下，通過相同密封縫隙的泄漏流量比油要大得多，約為20倍左右。 2)腐蝕問題，水特別是海水的腐蝕性強，由于海水中包含了大量的有機物、微生物、金屬和非金屬離子，而且海水中含鹽率3. 2 3. 75，氯離子量大，海水是天然的電解質(zhì)，因而它具有極強的腐蝕作用。 3)氣蝕問題，由于水的汽化壓力高(20 °C時約為0. 0023MPa， 50 °C時約為0. 012MPa)，這比普通液壓油高數(shù)千萬倍，特別容易產(chǎn)生氣蝕。氣蝕造成元件表面金屬剝落、粗糙，元件的工作壽命下降。 4)磨損問題，由于水介質(zhì)的潤滑性能很差，磨擦副對偶面難以形成液體潤滑膜，也不能形成良好強度的邊界膜，因此很容易造成干磨擦，加劇液壓元件的磨損速度，引發(fā)失
3效。 由此可見，水壓擴張器不是簡單地將油壓擴張器的油介質(zhì)潛換成水介質(zhì)，實現(xiàn)工 作介質(zhì)的改變，需要克服很多技術(shù)難題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種水壓擴張器，直接以海水或淡水作為工作介質(zhì)進 行作業(yè)，可靠性高，效率高，作業(yè)深度大，操作方便，環(huán)境相容性好。 水壓擴張器，包括依次相接的換向閥、海水或淡水液壓缸和擴張機構(gòu)，換向閥控制 海水或淡水液壓缸伸縮，海水或淡水液壓缸通過伸縮帶動擴張臂張合實現(xiàn)擴張與牽引，所 述換向閥包括閥座2. 10、閥芯2. 4、閥體2. 7、換向套2. 5和換向手柄2. 1 ;閥體2. 7內(nèi)安放 有閥芯2. 4，閥芯2. 4上端伸出閥體2. 7并套有換向套2. 5，換向套2. 5上安裝有換向手柄 2. 1 ;閥體2. 7遠(yuǎn)離換向套2. 5的一端連接閥座2. 10 ;閥座2. 10內(nèi)設(shè)有四個流道，第一和第 二流道分別與海水或淡水液壓缸的無桿腔和有桿腔相連通，第三和第四流道分別為進水流 道和出水流道；閥芯2. 4內(nèi)設(shè)有三個通道，通過轉(zhuǎn)動閥芯2. 4使得閥座的流道與閥芯的通 道能夠選擇組合連通；在閥座的四個流道內(nèi)分別設(shè)有浮動密封組件，浮動密封組件由彈簧 2. 9和中間開有通孔的密封塊2. 11組成，密封塊2. 11位于彈簧2. 9的上端，密封塊2. 11在 彈簧2. 9的壓力作用上保持與閥芯2. 4的緊密接觸。 本實用新型的技術(shù)效果體現(xiàn)在 1)以海水或者淡水為工作介質(zhì)， 一方面綠色、環(huán)保，對環(huán)境完全沒有污染，另一方 面因為水的粘度比油小，壓力損失小，工作效率高，作業(yè)深度顯著增加； 2)本實用新型只需要一個高壓水接口與動力源相連，回水直接排入大海中，無需 回水管，水下作業(yè)時受潮流干擾小，操作方便； 控制閥為三位四通換向轉(zhuǎn)閥，為克服水的粘度低、泄漏量大、氣蝕嚴(yán)重等技術(shù)問 題，該閥閥芯與閥座的密封形式與油壓轉(zhuǎn)閥常采用的間隙密封形式不同(這種密封結(jié)構(gòu)的 密封型式閥芯和閥套之間總是存在間隙，而且該間隙隨著閥芯和閥套的磨損而加大，從而 引起泄漏量的增加)，本實用新型在閥座內(nèi)設(shè)有浮動密封組件，閥座通過密封組件與閥芯密 封，密封組件與閥芯之間采用了抗氣蝕性強的端面密封形式，在彈簧力作用下閥芯和密封 組件間密封可靠，可實現(xiàn)零泄漏。 3)三位四通換向轉(zhuǎn)閥閥芯與閥座接觸形式采用浮動結(jié)構(gòu)，在彈簧壓力的作用下， 兩者間始終接觸可靠，磨損后的間隙可以自動補償，從而大大提高了密封的可靠性和壽 命； 5)可在水下更換作業(yè)工具，或者進行簡單的維修，提高了工具的適應(yīng)性；本實用 新型擴張器在海洋中采用海水液壓缸，湖泊等淡水環(huán)境中采用淡水液壓缸，廣泛應(yīng)用于海 洋、水庫大壩，湖泊、河道工程的水下作業(yè)以及陸地作業(yè)。

圖1本實用新型實施例整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2本實用新型實施例換向閥結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3本實用新型實施例閥座上端面示意圖；[0026] 圖4本實用新型實施例閥芯結(jié)構(gòu)示意圖，圖4(a)為閥芯剖視圖，圖4(b)為圖4(a) 的左視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細(xì)說明。 圖1給出了海水液壓擴張器的整體結(jié)構(gòu)，包括換向閥1. 1、海水液壓缸和擴張機 構(gòu)。換向閥與海水液壓缸相連接，控制海水液壓缸伸縮；海水液壓缸連接擴張機構(gòu)，通過伸 縮帶動擴張臂張合從而實現(xiàn)擴張與牽引。 圖2為換向閥結(jié)構(gòu)示意圖，換向閥包括閥座2. 10、閥芯2. 4、閥體2. 7、換向套2. 5 和換向手柄2. 1。閥體2.7內(nèi)安放有閥芯2.4，閥芯2.4上端伸出閥體2.7并套有換向套 2. 5，換向套2. 5上安裝有換向手柄2. 1。閥體2. 7遠(yuǎn)離換向套2. 5的一端連接閥座2. 10 ; 閥座2. 10內(nèi)加工有四個流道，參見圖2和圖3，第一，二流道A，B從閥座2. 10的下 端面通向上端面，第三，四流道P， T截面呈"L"型，從閥座2. 10的側(cè)面通向上端面，第三通 道P在閥座2. 10側(cè)面的端口為進水口，第四通道T在閥座2. IO側(cè)面的端口為回水口。工 作時，進水口外接動力源。第一，二流道A，B分別與液壓缸相連通。 閥芯2. 4內(nèi)設(shè)加工有三個通道，參見圖4，三個通道截面成"a"形，通道的端口均 位于閥芯2.4的下端面。l，l'為第一通道的兩個端口，2，2'第二通道的兩個端口，3，3'第 三通道的兩個端口。 用戶轉(zhuǎn)動換向手柄2. 1，由于換向套2. 5與閥芯2. 4之間為鍵傳動，閥芯2. 4隨之 轉(zhuǎn)動，使得閥體的流道與閥芯的通道能夠選擇組合連通。 為了限定閥芯的最大轉(zhuǎn)動角，增設(shè)了限位銷2. 6，限位銷2. 6的上端固定于換向套 2. 5內(nèi)，下端位于閥體2. 7的弧形限位槽內(nèi)。最大轉(zhuǎn)動角度由弧形限位槽的弧度決定，本實 施例中換向手柄轉(zhuǎn)向角度即閥芯轉(zhuǎn)動角度為-45度 45度。 依據(jù)閥芯轉(zhuǎn)動區(qū)域可將閥芯位置分為左位(-45度)、中位(0度)和右位(45度)。 位于左位時，高壓海水從進水口進入，依次經(jīng)過第三流道P、第三通道的3端口 、第三通道的 3'端口 、第一流道A進入液壓缸的無桿腔，驅(qū)動液壓缸前伸，海水從海水液壓缸的有桿腔流 出，依次經(jīng)過第二流道B、第一通道的1端口 、第一通道的1'端口 、第四流道T，從回水口排 出；位于中位時，第二通道的2端口與第三流道P相連通，第二通道的2'端口與第四通道T 相連通，則第三流道P與第四流道T相連通，海水不經(jīng)過液壓缸，實現(xiàn)卸荷；位于右位時，高 壓海水從進水口進入，依次經(jīng)過第三流道P、第一通道的1端口 、第一通道的1'端口 、第二流 道B進入液壓缸的有桿腔，驅(qū)動液壓缸后縮，海水從液壓缸的無桿腔流出，依次經(jīng)過第一流 道A、第三通道的3端口、第三通道的3'端口、第四流道T，從回水口排出。 在海下操作時，操作員主要靠手感感知換向手柄工作位置，因此在轉(zhuǎn)向時最好給 出手可感知的到位提示。實施例在換向套2. 5和閥體2. 7的接觸面處設(shè)置有限位機構(gòu)，限 位機構(gòu)包括限位彈簧2. 3、限位鋼球和圓錐孔，限位彈簧2. 3位于換向套2. 5內(nèi)靠近其與閥 體2. 7的接觸面處，在限位彈簧2. 3下端安放有限位鋼球2. 2，閥體2. 7與換向套2. 5的接 觸面處加工有三個直徑略小于限位鋼球2.2的圓錐孔，三個圓錐孔分別對應(yīng)閥芯左位、中 位和右位。轉(zhuǎn)動換向手柄2. 1，當(dāng)?shù)竭_(dá)左或中或右位時，限位鋼球2. 2在限位彈簧2. 3彈力 下落入對應(yīng)的圓錐孔，此時操作者會有明顯振動感，由此判斷轉(zhuǎn)向是否到位。[0036] 由于海水要經(jīng)過閥座2. 7的流道和閥芯2. 4的通道進入液壓缸，因此，流道和通道 之間的水密封非常重要， 一旦出現(xiàn)泄露，水壓降低，不能驅(qū)動液壓缸工作。實施例在閥座2. 7 的流道內(nèi)增設(shè)了浮動密封組件，浮動密封組件安放于流道內(nèi)的上部分位置處，其由密封彈 簧2. 9和密封塊2. 11組成，密封塊2. 11借助密封彈簧2. 9的彈力始終保持與閥芯2. 4緊 密接觸，達(dá)到水密封的目的。為了固定密封彈簧2.9，實施例將流道設(shè)計為截面呈"q "形。 密封塊2. 11的內(nèi)部開有通孔，用于閥芯通道和閥座流道之間的連通。 閥芯2. 4與閥體2. 7之間安裝有推力軸承2. 8，使閥芯2. 4與閥口 2. 11之間以較 大的壓力接觸，而換向手柄2. 1操作仍然輕松靈活。 海水液壓缸包含有缸體1. 2，缸體1. 2的尾端安裝有缸體端蓋1. 3，缸體1. 2內(nèi)設(shè) 有活塞桿1. 4。缸體1. 2的頭端與活塞桿1. 4后端間的空腔為無桿腔，缸體1. 2的尾端與 活塞桿1. 4前端間的空腔為有桿腔，無桿腔與閥座2. 7的第一流道A相連通，有桿腔與閥座 2. 7的第二流道B相連通。活塞桿1. 4的一端伸出缸體端蓋1. 3連接擴張機構(gòu)。 擴張機構(gòu)包括兩個結(jié)構(gòu)相同的三角形擴張鉗1. 6，擴張鉗1. 6的尖角向前，底邊的 內(nèi)角點與活塞桿1. 4前端鉸接，外角點與連桿1. 5的一端鉸接，連桿1. 5的另一端與液壓缸 的缸體端蓋1. 3鉸接。在液壓力的作用下，當(dāng)活塞桿1. 4前伸時推動兩擴張鉗1. 6同時向 外側(cè)張開，實現(xiàn)擴張功能；當(dāng)活塞桿1. 4后縮時推動兩擴張鉗1. 6向內(nèi)合攏，實現(xiàn)牽引功能。 在用于海下作業(yè)時，換向閥的閥芯2.4采用雙向不銹鋼(例如F225)，閥口 2. 11 采用特種高性能工程塑料(例如聚醚醚酮PEEK)，從而克服了水的潤滑性差、腐蝕性強的特 點，提高了摩擦副的耐蝕性以及摩擦副間的摩擦性能；針對海水腐蝕性強、工具重量要求輕 的特點，液壓缸的活塞桿采用雙相不銹鋼，時效后并鍍鉻，缸體采用密度比鋼材小的鋁合金 (例如鋁合金6063)，并進行硬質(zhì)陽極氧化處理，以提高防腐性能。
權(quán)利要求水壓擴張器，包括依次相接的換向閥、海水或淡水液壓缸和擴張機構(gòu)，換向閥控制海水或淡水液壓缸伸縮，海水或淡水液壓缸通過伸縮帶動擴張臂張合實現(xiàn)擴張與牽引，其特征在于，所述換向閥包括閥座(2.10)、閥芯(2.4)、閥體(2.7)、換向套(2.5)和換向手柄(2.1)；閥體(2.7)內(nèi)安放有閥芯(2.4)，閥芯(2.4)一端伸出閥體(2.7)并套有換向套(2.5)，換向套(2.5)上安裝有換向手柄(2.1)；閥體(2.7)遠(yuǎn)離換向套(2.5)的一端連接閥座(2.10)；閥座(2.10)內(nèi)設(shè)有四個流道，第一和第二流道分別與海水或淡水液壓缸的無桿腔和有桿腔相連通，第三和第四流道分別為進水流道和出水流道；閥芯(2.4)內(nèi)設(shè)有三個通道，通過轉(zhuǎn)動閥芯(2.4)使得閥座(2.10)的流道與閥芯(2.4)的通道能夠選擇組合連通；在閥座(2.10)的四個流道內(nèi)分別設(shè)有浮動密封組件，浮動密封組件由密封彈簧(2.9)和中間開有通孔的密封塊(2.11)組成，密封塊(2.11)在密封彈簧(2.9)的壓力作用上保持與閥芯(2.4)的緊密接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的水壓擴張器，其特征在于，所述換向閥還包括限位銷(2.6)，限位銷(2.6)的一端固定于換向套(2.5)內(nèi)，另一端位于閥體(2.7)的弧形限位槽內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水壓擴張器，其特征在于，在換向套(2. 5)與閥體(2. 7)的接觸面處設(shè)置有限位機構(gòu)，限位機構(gòu)包括限位彈簧(2. 3)、限位鋼球和圓錐孔，限位彈簧(2. 3)位于換向套(2. 5)內(nèi)靠近其與閥體(2. 7)的接觸面處，在限位彈簧(2. 3)下端安放有限位鋼球(2.2)，閥體(2.7)與換向套(2.5)的接觸面處加工有三個直徑略小于限位鋼球(2. 2)的圓錐孔，三個圓錐孔的位置分別對應(yīng)閥芯的左、中、右工位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水壓擴張器，其特征在于，所述閥芯(2.4)與閥體(2.7)的接觸面之間安裝有推力軸承(2. 8)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水壓擴張器，其特征在于，所述閥芯(2. 4)與閥體(2. 7)的接觸面之間安裝有推力軸承(2. 8)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水壓擴張器，其特征在于，所述閥芯(2.4)采用雙向不銹鋼，密封塊(2. 11)采用聚醚醚酮PEEK。
專利摘要本實用新型公開了一種水壓擴張器，包括依次相接的換向閥、海水或淡水液壓缸和擴張機構(gòu)，換向閥控制液壓缸伸縮，液壓缸通過伸縮帶動擴張臂張合實現(xiàn)擴張與牽引。換向閥為三位四通結(jié)構(gòu)，其換向閥閥芯與閥座的接觸形式采用浮動結(jié)構(gòu)，在彈簧壓力的作用下，閥芯與閥座始終接觸可靠，磨損后的間隙可以自動補償，大大提高了密封的可靠性和壽命。本實用新型以海水或淡水作為工作介質(zhì)，具有效率高，作業(yè)深度大，操作方便，環(huán)境相容性好的特點，不僅可用于水下擴張、夾持等作業(yè)，還可用于陸地消防及搶險救生。
文檔編號F15B13/02GK201516917SQ20092022840
公開日2010年6月30日 申請日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者劉培峰, 劉銀水, 吳德發(fā), 蔣卓, 趙立志, 龍雷 申請人:華中科技大學(xué)