基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，液封蓄能器包括一個密封圓筒形活塞缸HSG和一個高壓氣體罐QTG，由于活塞HS總是有少量的泄漏，在活塞頂上會聚集越來越多的壓力液，需要清理掉，當(dāng)活塞移動到活塞缸頂時，活塞頂上的壓力液會通過氣液通道TD流入氣體罐，使活塞頂上的壓力液被及時清理，而氣體罐底部收集的壓力液會越來越多，收集液增加時會使浮筒FT上升，當(dāng)浮筒壓到收集液傳感器JYG時，發(fā)出打開電控閥DKF信號，打開電控閥，漏出的壓力液從漏液管LYG流回盛液筒SYT。
【專利說明】基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:本發(fā)明是一種蓄能器及其液壓操控系統(tǒng)，屬于液壓傳動系統(tǒng)領(lǐng)域。本發(fā)明簡稱液封蓄能器。
[0002]【背景技術(shù)】:蓄能器有囊式蓄能器、活塞式蓄能器和膜片式蓄能器三大類，其中囊式蓄能器和膜片式蓄能器都有橡膠皮突然破裂的危險，不適合應(yīng)用于可靠性要求高的系統(tǒng)中，比如車、船、飛機(jī)等；活塞式蓄能器沒有橡膠皮突然破裂的危險，可靠性高，但是，目前活塞式蓄能器面臨的重要問題是，既要活塞隔離氣體和液體的性能好，又要活塞與缸體的摩擦力小，這是一對矛盾。具體說，如果要提高氣體與液體的隔離性能，需要加大活塞密封圈相對于缸體的正壓力，所以摩擦力增大，使得響應(yīng)不靈敏；反過來，如果要增加響應(yīng)靈敏度，應(yīng)該減小活塞的摩擦力，又會使得氣體與液體的隔離性能變差，產(chǎn)生液體向氣壓腔滲漏以及氣體泄漏等缺點(diǎn)。
[0003]發(fā)明目的:如果能夠克服這些缺點(diǎn)，使得活塞式蓄能器既是隔離氣體和液體的性能好，又是響應(yīng)靈敏度高，那么活塞式蓄能器就能夠有更廣闊的應(yīng)用前景，如:在車、船、飛機(jī)等設(shè)備中充當(dāng)助力裝置。本發(fā)明的蓄能器具體目標(biāo)是:①安全可靠，不會突然損壞失靈；②氣液隔離性好響應(yīng)靈敏度高；④經(jīng)久耐用工作壓力高且準(zhǔn)恒壓效率高；⑦體積小制作成本低廉；⑨結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便；⑩基于這種蓄能器，可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，驅(qū)動制動器、轉(zhuǎn)向器、油門、離合器、換擋機(jī)構(gòu)、飛機(jī)升降舵等等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0004]為了敘述簡便，先給出以下約定:
[0005]籲壓力液腔YYQ中充滿了壓力液YLY，但是壓力液YLY并沒有在圖中標(biāo)出，僅在說明書中給出描述；同理，氣壓腔QYQ中的高壓氣體GYQT也沒標(biāo)出。
[0006]?壓力(溫度)設(shè)定值有三個:標(biāo)稱值、上限值和下限值，準(zhǔn)恒壓(準(zhǔn)恒溫)是指壓力(溫度)在以設(shè)定的標(biāo)稱值為中心的小范圍內(nèi)變化，或者是在設(shè)定的上限值和下限值之間變化。
[0007]?傳感器總是和比較器結(jié)合使用而產(chǎn)生控制信號，比如，預(yù)先在位置比較器中設(shè)定好一個“補(bǔ)液閾值電位”，當(dāng)彈簧長度到達(dá)某個規(guī)定長度時，位置傳感器輸出信號電位強(qiáng)度就超過了“補(bǔ)液閾值電位”，這時，位置比較器的輸出值就翻轉(zhuǎn)，就是向注液泵發(fā)出“注液信號”，注液泵起動，向液壓缸注液。這個過程，以下簡稱為位置傳感/比較器發(fā)出注液信號；類似的，有壓力傳感/比較器發(fā)出加熱信號或冷卻信號，滿液傳感/比較器發(fā)出停機(jī)信號等。比較器設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)中，沒有在圖中標(biāo)出。
[0008]?大寫字母構(gòu)成器件標(biāo)號，數(shù)字為下標(biāo)為器件編號，如Zi^GZG2JK1等等。
[0009]?活塞上都帶有密封圈，通常不再特別強(qiáng)調(diào)，活塞在其中運(yùn)動的缸稱為活塞缸，活塞缸的最高位置稱為活塞缸頂。
[0010]?集液器的全稱為“集液排液器”，兼有集液和排液的功能。
[0011]?各種傳感器的信號線統(tǒng)一由XHX作為示意，不逐個詳細(xì)標(biāo)出。
[0012]?高壓氣體罐和高壓氣體腔簡稱為氣體罐QTG和氣體腔QTQ。
[0013]液封蓄能器是基于高壓氣體進(jìn)行工作的，所以在描述液封蓄能器工作原理之前，先對高壓氣體GYQT和已有的活塞式蓄能器給出說明，
[0014]在常溫范圍(-20?100 °C )內(nèi)，高壓氣體GYQT包括超流體(如二氧化碳)、氣體(如氮?dú)?、氬氣?和液氣共存的飽和汽BHQ(如制冷劑氟利昂、氨等)，高壓氣體又稱為儲壓氣體或儲壓劑。
[0015]已有的活塞式蓄能器的基本原理是:
[0016]一個活塞HS將活塞缸HSG分割成氣壓腔(上腔)和液壓腔(下腔)兩部分，氣壓腔充注高壓氣體，壓力Spq，液壓腔底部有一個注排口管道(ζρκ)，壓力液由此注入和排出，壓力液壓力為py，活塞的摩擦力為fm;活塞面積為S，當(dāng)注液泵向液壓腔注液時，P q+fm/s =Ργ;當(dāng)液壓腔向外排液作功時，Pq= P y+Fm/S，(符號PQ、PY、Fm、S與附圖無關(guān)，只作理論分析用)，通常PjP P Y遠(yuǎn)大于F M/S，可以認(rèn)為Pq^ P γ，所以液壓腔中的壓力液具有很高的壓力。
[0017]目前存在的主要問題是:為了防止液壓腔的壓力液漏向氣壓，活塞密封圈要與活塞缸內(nèi)壁壓得很緊，使得活塞反應(yīng)靈敏度降低，本發(fā)明有效地提高了活塞反應(yīng)靈敏度。
[0018]本發(fā)明基本原理:一種基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，液封蓄能器包括一個密封圓筒形活塞缸(HSG)，一個活塞(HS)將活塞缸(HSG)分割成氣壓腔(QYQ)和液壓腔(YYQ)兩部分，氣壓腔充注高壓氣體，氣壓通過活塞傳遞到液壓腔，所以液壓腔中的壓力液具有很高的壓力，液壓腔底部有一個注排口管道(ΖΡΚ)，由此注入壓力液以儲存壓力能，排出壓力液以輸出壓力能，其特征是:還包括一個由高壓氣體罐(QTG，包括QTGjP QTG2，簡稱氣體罐，用于儲存高壓氣體)形成的氣體腔(QTQ，包括QTQjP QTQ2Jjg塞缸頂建立氣液通道(TD，包括TDjP TD2),連通氣壓腔(QYQ)和氣體腔(QTQ)，氣體罐有兩個功能，一個是充當(dāng)氣壓腔(QYQ)的外延，幫助氣壓腔存儲高壓氣體，增加了氣壓腔的總?cè)莘e，減小氣壓腔的壓力波動；另一個是氣體罐底部充當(dāng)集液器，由于活塞總是有少量的泄漏，壓力液會緩慢地從液壓腔(YYQ)泄漏到氣壓腔(QYQ)，在活塞頂上會聚集越來越多的壓力液，需要清理掉，當(dāng)活塞移動到活塞缸頂時，活塞頂上的壓力液會通過氣液通道(TD)流入氣體腔(QTQ)，活塞頂上的壓力液被及時清理，而氣體腔底部收集的壓力液會越來越多，收集液增加時會使浮筒FT (包括FTjP FT 2)上升，當(dāng)浮筒壓到收集液傳感器JYG時，發(fā)出打開電控閥(DKF)信號，打開電控閥，漏掉收集液，壓力液從漏液管(LYG)流回盛液筒(SYT)；收集液漏掉時會使浮筒FT下降，當(dāng)浮筒壓到到底傳感器DDG時，發(fā)出關(guān)閉電控閥的電信號，電控閥關(guān)閉，隨后電機(jī)停止。
[0019]其另一個重要特征是:夾心式活塞，用以加強(qiáng)活塞的密封性能，并減小摩擦損耗，提高反應(yīng)靈敏度，該活塞由活塞上偶(HSs)與活塞下偶(HSx)通過滑柱(HZ)與滑套(HT)形成滑動配合，在活塞上下偶之間形成一個距離可以變化的充滿密封液(包括密封油脂和壓力液)的夾心層(JXC);因?yàn)槊芊馊εc活塞缸內(nèi)壁壓力很小，所以液壓腔/氣壓腔的壓力比較小，夾心層的壓力處于液壓腔與氣壓腔的中間值，并與兩者近似相等，將液壓腔/氣壓腔的一級壓力分解為液壓腔/夾心層加夾心層/氣壓腔兩級壓力，所以液壓腔和氣壓腔向夾心層的泄漏大大減小，成為微壓差滲漏；行程栓(XCS)栓頭(ST)的行程，被行程孔(XCK)限制了最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，所以夾心層的最大厚度被限制，以免滑柱與滑套相脫離，密封蓋(MFG)保證行程孔的密封，行程栓底部焊接在活塞下偶的底部以保證密封，所以夾心式活塞的夾心層、行程栓、滑柱和滑套都處于密封范圍內(nèi)。
[0020]穩(wěn)定壓力措施:通過調(diào)節(jié)高壓氣體溫度來調(diào)節(jié)高壓氣體壓力，實(shí)現(xiàn)壓力準(zhǔn)恒定。
[0021]蓄能階段。當(dāng)注液泵通過注液口向液壓腔注液時，壓力液推動活塞向上運(yùn)動，儲存壓力液，逐漸將氣壓腔中的氣體壓縮到氣體罐，當(dāng)活塞到達(dá)液壓缸的上密封墊(SMF，圖1)時，控制系統(tǒng)使注液停止，其控制方法有幾種，方法1:壓到上密封墊(SMF)和滿液傳感器(MYG)時，滿液傳感器發(fā)出停止注液信號；方法二:在注液管道上安裝一個過壓傳感器(GYG)，壓到上密封墊(SMF)時，活塞會停止運(yùn)動，但是注液泵繼續(xù)工作，會使液壓腔的壓力繼續(xù)升高，當(dāng)液壓腔壓力到達(dá)預(yù)設(shè)的過壓閾值時，過壓傳感器(GYG)會測出壓力已經(jīng)到達(dá)閾值，發(fā)出停機(jī)指令，注液泵停機(jī)。
[0022]作功階段。當(dāng)工作油缸(GZG，圖5)需要壓力液時，排液口在電控閥的控制下向工作油缸(GZG)注入壓力液，驅(qū)動相應(yīng)的機(jī)械，高壓氣體通過活塞傳遞壓力，壓迫液壓腔中的壓力液，使壓力液以等于高壓氣體壓力值向工作油缸作功。
實(shí)施例
[0023]實(shí)施例1--氣體罐與活塞缸一體式液封蓄能器。(圖1)。
[0024]一密封的大直徑圓筒形高壓氣體罐(QTG1，簡稱氣體罐)形成一個高壓氣體腔(QTQ1，簡稱氣體腔)，其里面套一個小直徑圓筒形活塞缸(HSG)，氣體罐和活塞缸大小圓筒相互密封；一個活塞(HS)將活塞缸分割成氣壓腔(QYQ)和液壓腔(YYQ)兩部分，活塞缸頂建立氣液通道(TD1),連通氣體腔(QTQ1)和氣壓腔(QYQ)，通過補(bǔ)充口(BCK)充注高壓氣體，氣壓通過活塞傳遞到液壓腔，所以液壓腔中的壓力液具有很高的壓力，液壓腔底部有一個注排口管道(ZPK)，由此注入壓力液以儲存壓力能，排出壓力液以輸出壓力能。氣體罐有兩個功能，一個是氣壓腔(QYQ)的外延，充當(dāng)高壓氣體腔，幫助氣壓腔存儲高壓氣體，增加了氣壓腔的總?cè)莘e，減小氣壓腔的壓力波動；另一個是充當(dāng)集液器，由于活塞總是有少量的泄漏，壓力液會緩慢地從液壓腔泄漏到氣壓腔，在活塞頂上會聚集越來越多的壓力液，需要清理掉，當(dāng)活塞移動到活塞缸頂時，活塞頂上的壓力液會通過氣液通道流入氣體腔，活塞頂上的壓力液被及時清理，而氣體腔底部收集的壓力液(收集液SJY)會越來越多，使浮筒(FT1)浮得越來越高，當(dāng)浮筒壓到收集液傳感器JYG時，發(fā)出打開電控閥信號，打開電控閥(DKF)，漏掉收集液，壓力液從漏液管(LYG)流回盛液筒(SYT);收集液漏掉時會使浮筒FT1下降，當(dāng)浮筒壓到到底傳感器DDG時，發(fā)出關(guān)閉電控閥的電信號，電控閥關(guān)閉，隨后電機(jī)停止。
[0025]浮筒(FT)結(jié)構(gòu)為薄壁密封筒，通氣孔(TQK)使浮筒內(nèi)外空氣連通而壓力相等，以避免被壓扁。
[0026]穩(wěn)定壓力措施:通過調(diào)節(jié)高壓氣體溫度來調(diào)節(jié)高壓氣體壓力，實(shí)現(xiàn)壓力準(zhǔn)恒壓。繞著氣體罐內(nèi)壁，纏繞數(shù)圈受控加熱和降溫裝置，比如，纏繞數(shù)圈帶有熱交換片的液管受控加熱，稱為熱交換管(RJH)，在氣體罐上接出一根管道，安裝一個壓力傳感器(YLG)或者壓力表監(jiān)測壓力，當(dāng)活塞位置變化或者環(huán)境溫度變化時，氣體腔的壓力會發(fā)生變化，需要采取措施穩(wěn)定壓力。使高壓氣體形成準(zhǔn)恒壓有兩種辦法，一種是令高壓氣體處于飽和汽狀態(tài)，即選用臨界溫度高于溫控的高壓氣體，只要將溫度控制為準(zhǔn)恒溫，高壓氣體的壓力也就處于對應(yīng)于溫度的準(zhǔn)恒壓；另一種是選用臨界溫度低于溫控的高壓氣體，高壓氣體處于氣體狀態(tài)或超流體狀態(tài)，通過壓力傳感器檢測壓力變化，調(diào)節(jié)高壓氣體的溫度以調(diào)節(jié)壓力，以減小壓力波動的變化率，形成準(zhǔn)恒壓，具體說:
[0027]當(dāng)壓力低于下限值時，壓力傳感器(YLG)發(fā)出加熱信號，由熱液泵(RYB，圖5)向熱交換管(RJH)泵動循環(huán)的熱液以加熱高壓氣體，高壓氣體溫度升高后會使得壓力升高，可以將液泵停止的信號閾值設(shè)置在壓力上限與下限之間的某個點(diǎn)，為簡單合理起見，本文約定將該閾值點(diǎn)設(shè)置在標(biāo)稱值，當(dāng)壓力高于標(biāo)稱值時，壓力傳感/比較器發(fā)出停止加熱信號；當(dāng)壓力高于上限值時，壓力傳感器發(fā)出冷卻信號，由冷液泵(LYB)向熱交換管泵動循環(huán)的冷卻液以冷卻高壓氣體，高壓氣體溫度降低后會使得壓力降低，當(dāng)壓力低于標(biāo)稱值時，壓力傳感/比較器發(fā)出停止冷卻信號。
[0028]另一種方法是，用纏繞式受控電熱元件取代熱交換管(RJH)對氣體腔加熱。
[0029]加大高壓氣體腔的總?cè)莘e也是穩(wěn)定壓力的措施之一。
[0030]用彈簧(TH)和位置傳感器(WZG)監(jiān)測活塞的位置，也就是監(jiān)測液位的高度，位置傳感器固定于頂部，下接彈簧TH，畫出的是在活塞上部的拉簧結(jié)構(gòu)(在活塞下部的壓簧結(jié)構(gòu)也是可以的，原理相同，所以沒有畫出)，當(dāng)液位降低時活塞下移，彈簧對位置傳感器作用力加大，位置傳感器輸出信號加強(qiáng)，當(dāng)彈簧作用力到達(dá)閾值規(guī)定值時，位置傳感/比較器就向注液泵發(fā)出“注液信號”，注液泵起動，向液壓缸注液，一直到活塞壓住上密封墊，這時，彈簧長度的采樣信號會停止變化，控制系統(tǒng)據(jù)此可以判斷出液壓腔需要注入壓力液或停止注入壓力液。
[0031]實(shí)施例2—一氣體罐與活塞缸分體式液封蓄能器。(圖2)。
[0032]分體式結(jié)構(gòu)，高壓氣體罐(QTG2)與活塞缸(HSG)相對獨(dú)立，兩者頂部由氣液外部通道(TD2)連通，當(dāng)活塞運(yùn)動到頂部時，活塞頂上的壓力液會通過通道管(TD2)流入氣體腔(QTQ2),而氣體腔底部收集的壓力液(收集液SJY)會越來越多，使浮筒(FT2)浮起來。其它結(jié)構(gòu)和工作原理與一體式的相同。
[0033]實(shí)施例3-夾心式活塞(圖3中的活塞是外觀圖，圖3.1是活塞的剖視圖)。
[0034]對于活塞改進(jìn)的要求是:加強(qiáng)密封性能、減小摩擦損耗、提高反應(yīng)靈敏度，為了加強(qiáng)密封性能，采用了密封圈密封、脂液夾心層密封、倒角密封等多種密封相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，密封圈密封是傳統(tǒng)的方法，在活塞上開槽并嵌入橡膠密封圈，本發(fā)明的重要特征之一是提出了脂液夾心層式活塞密封和倒角密封；
[0035]脂液夾心層式活塞密封
[0036]夾心式活塞是一個對偶活塞(包括活塞上偶(HSs)和活塞下偶(HSx))，活塞下偶(HSx)與滑套(HT)為一體，活塞上偶(HSs)與滑柱(HZ)為一體，滑柱中有一個行程孔(XCK)，行程孔通過液孔(YK)與夾心層連通，行程栓(XCS)從行程孔插下，與活塞下偶(HSx)的底部焊接成一體，密封蓋(MFG)蓋住行程孔形成密封，所以，在活塞上下偶之間的空間為密封空間，稱為夾心層(JXC)，夾心式活塞的夾心層、行程栓、滑柱和滑套都處于密封范圍內(nèi)，滑柱與滑套形成滑動配合，行程栓栓頭(ST)的行程，被行程孔(XCK)限制了最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，所以夾心層的最大厚度被限制，以免滑柱與滑套相脫離。
[0037]在活塞上下偶之間形成一個距離可以變化的充滿密封脂液(包括密封油脂或壓力液)的夾心層；(原理上可以由η層對偶活塞構(gòu)成n-Ι個夾心層)，因?yàn)闅鈮汉鸵簤鹤饔糜诨钊系牧h(yuǎn)大于活塞與缸體的摩擦力，所以夾心層的壓力與氣壓腔的壓力近似相等，使得高壓氣體向夾心層的泄漏為微壓差滲漏；夾心層的壓力與液壓腔的壓力也近似相等，使得壓力液向夾心層的泄漏也為微壓差滲漏。夾心層的密封脂液是會泄漏的，所以需要有補(bǔ)充，用一個單向閥(DXF)向夾心層提供脂液補(bǔ)充，單向閥做在滑柱中間以節(jié)省空間，液壓腔中的密封脂液可以從單向閥進(jìn)入夾心層，夾心層的脂液不能從單向閥往回流至液壓腔。
[0038]脂液夾心層密封包括:脂密封和液密封，
[0039]脂密封是用密封油脂充當(dāng)夾心層，夾心層的密封油脂如果泄漏，在液壓腔壓力的作用下，由皮囊(PN)中儲存的密封油脂通過軟管(RG)和單向閥(DXF)向夾心層補(bǔ)充；
[0040]液密封是用壓力液充當(dāng)夾心層，夾心層的壓力液如果泄漏，液壓腔中壓力液通過單向閥向夾心層補(bǔ)充；不過根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，不要單向閥，夾心層中也會充滿壓力液，所以該單向閥是可選項(xiàng)。
[0041]倒角密封
[0042]假定夾心層混合有氣體和壓力液，氣體會聚集在夾心層的上部，首先會聚集在夾心層上面的倒角(DJb，即活塞上偶的下端面倒角)中，起到阻止壓力液向氣壓腔滲透的作用；而壓力液會聚集在夾心層的下部，首先會聚集在夾心層下面的倒角(DJ。，即活塞下偶的上端面倒角)中，起到阻止氣體向液壓腔滲透的作用；
[0043]同理，假定液壓腔混入了氣體，氣體首先會聚集在活塞下偶的下端面倒角(DJD)中，再被擠到夾心層中；假定氣壓腔混入了壓力液，壓力液首先會聚集在活塞上偶的上端面倒角(DJa)中，再被擠到夾心層中；
[0044]所以，倒角密封加強(qiáng)了對氣體向液壓腔泄漏的攔截，也加強(qiáng)了對壓力液向氣壓腔泄漏的攔截。
[0045]實(shí)施例4-電控頂針閥DKF漏液器。電控頂針閥關(guān)閉時，氣體腔底部的收集液(SJY)會越來越多，使浮筒FT浮得越來越高，當(dāng)浮筒壓到收集液傳感器(JYG)時，發(fā)出打開頂針閥漏掉收集液的電信號，電控頂針閥收到漏掉收集液信號后閥電機(jī)(DK12)正轉(zhuǎn)，其電機(jī)軸DK11帶動螺母柱(DK9)旋轉(zhuǎn)，因?yàn)槁輻U(DK8)與多面體柱(DK7) —體，而多面體柱DK7被卡在多面體孔(DK6)中不能旋轉(zhuǎn)，只能隨著螺母柱DK9的正傳而上行，將頂針針尖(DK5)頂上去，打開頂針閥，壓力液從漏液管流回盛液筒；收集液漏掉時會使浮筒(FT)下降，當(dāng)浮筒壓到到底傳感器(DDG)時，發(fā)出關(guān)閉頂針閥的電信號，電控頂針閥收到關(guān)閉信號后電機(jī)反轉(zhuǎn)，多面體柱(DK7)隨著螺母柱(DK9)的反轉(zhuǎn)而下行，頂針閥在壓力的作用下關(guān)閉，隨后電機(jī)停止。
[0046]漏液器也可以采用已知的其它機(jī)械閥和電子閥。
[0047]實(shí)施例5-基于液封蓄能器的液壓系統(tǒng)。
[0048]蓄能階段。當(dāng)液位降低時，彈簧(TH)的彈力加大，位置傳感器(WZG)輸出信號加強(qiáng)，當(dāng)信號大于設(shè)定的“補(bǔ)液閾值”時，位置傳感/比較器向注液泵發(fā)出“注液信號”，注液泵起動，向液壓缸注液。注液泵的驅(qū)動有兩種方式，一種是發(fā)動機(jī)驅(qū)動，當(dāng)傳感/比較器向注液泵發(fā)出“注液信號”時，離合控制器(LHK，圖5)使電磁離合器(LHQ)嚙合，主動軸(ZDZ)帶動從動軸(CDZ)，從動軸帶動注液泵(YB)，將盛液筒(SYT)中的壓力液泵入液壓腔(YYQ)；另一種是電動機(jī)驅(qū)動，將一臺電動機(jī)與注液泵(YB)連接，當(dāng)傳感/比較器向注液泵發(fā)出“注液信號”時，電動機(jī)起動，帶動注液泵，將盛液筒中的壓力液泵入液壓腔。注液時，壓力液推動活塞向上運(yùn)動，逐漸將氣壓腔中的氣體擠壓回到氣體罐，壓力液逐步占駐氣體腔的空間，活塞壓到液壓缸的上密封墊(SMF)時停止運(yùn)動，壓力液不再進(jìn)入液壓腔，但是在泵壓的作用下液壓腔的壓力繼續(xù)升高，到達(dá)預(yù)設(shè)的過壓閾值值時，滿液傳感/比較器(MYG)發(fā)出停機(jī)指令，注液泵停機(jī)。
[0049]作功階段。當(dāng)工作油缸(GZGk)需要壓力液時，排液口在電控閥的控制下向工作油缸注入壓力液，驅(qū)動相應(yīng)的機(jī)械，高壓氣體通過活塞傳遞壓力，壓迫液壓腔中的壓力液，使壓力液以等于高壓氣體壓力值向工作油缸作功。
[0050]增壓缸(ZYG)是可選項(xiàng)，需要比液壓腔更大的壓力時采用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0051]圖1--氣體罐與活塞缸一體式液封蓄能器。YLG-壓力傳感器；QTG1- —體式蓄能器氣體罐ATQ1- —體式蓄能器氣體腔JD1- —體式蓄能器氣液通道；MYG-滿液傳感器；SMF-上密封墊；RJH-熱交換管；HSG-活塞缸；QYQ-氣壓腔；HS_活塞；MFQ-密封圈；YYQ-液壓腔；XMF-下密封墊；QYG-缺液傳感器；SJK-熱交換管水接口 ；GYG-過壓傳感器；PYK_排液口 ；ΖΥΚ-注液口 ；ΖΡΚ-注液排液口 ；DDG-到底傳感器；LYG-漏液收集管；LYGA_漏液回流管；SJY-收集液；DKF-電控閥；TH-彈簧；WZG-位置傳感器！FT1- —體式蓄能器浮筒；TQK-浮筒通氣口 ；ZJ-支架；WZG-位置傳感器；XHX-信號線；MFT-密封套；BCK_高壓氣體補(bǔ)充口 ；SYT-盛液筒；集液器全稱為“集液排液器”，包括(FT-浮筒；LYG-漏液收集管；DKF-電控閥；QTG-氣體罐)
[0052]圖1.1一一一體式蓄能器浮筒？1\立體圖。TQK-浮筒通氣口(通氣口使浮筒內(nèi)外氣體連通，內(nèi)外壓力相等)；NTB-內(nèi)筒壁；WTB-外筒壁。
[0053]圖2-氣體罐與活塞缸分體式液封蓄能器。與圖1標(biāo)號不同的有=FT2-分體式蓄能器浮筒；QTG2-分體式蓄能器氣體罐、QTQ2-分體式蓄能器氣體腔、TD2-分體式蓄能器氣液外部通道；相同的有:YLG、MYG、SMF、RJH、HSG、QYQ、HS、YYQ、XMF、QYG、SJK、GYG、PYK、ZYK、ZPK、DDG、LYG、LYGA, SJY、DKF、TH、WZG、TQK、ZJ、WZG、XHX、MFT、BCK ；SYT ；
[0054]圖2.1——分體式蓄能器浮筒FT2立體圖。TQK-通氣口。
[0055]圖3-夾心式活塞外觀圖。與前圖相同的有:BCK、SMF、HSG、QYQ、MFQ、MFQ、YYQ、XMF、PYK、ZYK、ZPK ;與前圖相不同的有:HSS-活塞上偶；dja-活塞上偶的上倒角；djb-活塞上偶的下倒角；HZ-滑柱；HT-滑套；DJC-活塞下偶的上倒角；DJd-活塞下偶的下倒角；HSX-活塞下偶JXC——夾心層；RG-軟管；PN-皮囊；ZZK-注脂口。
[0056]圖3.1-夾心式活塞剖視圖。與圖3相同的有:BCK、SMF、HSG、QYQ、HSs、DJa、DJb、HZ、HT, DJc, DJd, HSx, JXC、YYQ、RG、XMF、PN、ZZK、PYK、ZYK、ZPK、改變或增加的符號有:MFG_ 密封蓋；ST-栓頭；XCS-行程栓；DXF-單向閥；XCK-行程孔；YK-液孔；
[0057]圖4-電控頂針閥DKF。DK1-接口螺絲；DK2_過濾網(wǎng)；DK3_頂針閥體；DK5_頂針針尖；DK6-多面體孔；DK7-多面體柱；DK8-螺桿(與多面體柱一體);DK9-螺母柱；DK1(1-鎖定螺絲；DKn-電機(jī)軸；DK12-閥電機(jī)；dk13-閥外套；DK14-定位螺絲；DK15-漏液出P ； ?
[0058]圖4.1-頂針閥剖面圖。DK3-頂針閥體；DK4-頂針閥芯；DK5_頂針針尖。
[0059]圖5-基于液封蓄能器的液壓系統(tǒng)。QK-氣孔；SYT-盛液筒；YB_注液泵；ZDZ_主動軸；LHQ-電磁式離合器；LHK-離合控制器；CDZ-從動軸；ZHF_止回閥；XNQ-液封蓄能器(虛線框內(nèi))；RYY_熱液源；RYB-熱液泵；LYY-冷液源；LYB-冷液泵；ZYG_增壓缸；ZFk-注液閥k (k通配1-η的編號)；ZKk-注液閥控制器k ；GZGk-工作缸k ；PFk-排液閥k ；PKk-排液閥控制器k ；HYG-回液管；HYB-回液泵。
【權(quán)利要求】
1.一種基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，包括一個密封圓筒形活塞缸(HSG)，一個活塞(HS)將活塞缸(HSG)分割成氣壓腔和液壓腔兩部分，氣壓腔充注高壓氣體，氣壓通過活塞傳遞到液壓腔，所以液壓腔中的壓力液具有很高的壓力，液壓腔底部有一個注排口管道(ZPK)，由此注入壓力液以儲存壓力能，排出壓力液以輸出壓力能，其特征是: 一密封的大直徑圓筒形高壓氣體罐(QTG，簡稱氣體罐)形成一個高壓氣體腔(QTQ，簡稱氣體腔)，其里面套一個小直徑圓筒形活塞缸(HSG)，氣體罐和活塞缸大小圓筒相互密封；一個活塞(HS)將活塞缸分割成氣壓腔(QYQ)和液壓腔(YYQ)兩部分，活塞缸頂建立氣液通道(TD)，連通氣體腔(QTQ)和氣壓腔(QYQ)，充注高壓氣體，氣壓通過活塞傳遞到液壓腔，所以液壓腔中的壓力液具有很高的壓力，液壓腔底部有一個注排口管道(ZPK)，由此注入壓力液以儲存壓力能，排出壓力液以輸出壓力能。氣體罐有兩個功能，一個是氣壓腔(QYQ)的外延，充當(dāng)高壓氣體腔(QTQ)，幫助氣壓腔存儲高壓氣體，增加了氣壓腔的總?cè)莘e，減小氣壓腔的壓力波動；另一個是充當(dāng)集液器，由于活塞總是有少量的泄漏，壓力液會緩慢地從液壓腔泄漏到氣壓腔，在活塞頂上會聚集越來越多的壓力液，需要清理掉，當(dāng)活塞移動到活塞缸頂時，活塞頂上的壓力液會通過氣液通道流入氣體腔，活塞頂上的壓力液被及時清理，而氣體腔底部收集的壓力液(收集液SJY)會越來越多，使浮筒(FT)浮起來，收集液增加時會使浮筒上升，當(dāng)浮筒壓到收集液傳感器JYG時，發(fā)出打開電控閥信號，打開電控閥，漏掉收集液，壓力液從漏液管(LYG)流回盛液筒(SYT);收集液漏掉時會使浮筒下降，當(dāng)浮筒壓到到底傳感器DDG時，發(fā)出關(guān)閉電控閥的電信號，電控閥關(guān)閉，隨后電機(jī)停止。
2.一種基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，其另一個重要特征是: 脂液夾心層式活塞密封和倒角密封； 夾心式活塞是一個對偶活塞(包括活塞上偶(HSs)和活塞下偶(HSx))，活塞下偶(HSx)與滑套(HT)為一體，活塞上偶(HSs)與滑柱(HZ)為一體，滑柱中有一個行程孔(XCK)，行程孔通過液孔(YK)與夾心層連通，行程栓(XCS)從行程孔插下，與活塞下偶(HSx)的底部焊接成一體，密封蓋(MFG)蓋住行程孔形成密封，所以，在活塞上下偶之間的空間為密封空間，稱為夾心層(JXC)，夾心式活塞的夾心層、行程栓、滑柱和滑套都處于密封范圍內(nèi)，滑柱與滑套形成滑動配合，行程栓栓頭(ST)的行程，被行程孔(XCK)限制了最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，所以夾心層的最大厚度被限制，以免滑柱與滑套相脫離。 在活塞上下偶之間形成一個距離可以變化的充滿密封脂液(包括密封油脂或壓力液)的夾心層；(原理上可以由η層對偶活塞構(gòu)成n-Ι個夾心層)，因?yàn)闅鈮汉鸵簤鹤饔糜诨钊系牧h(yuǎn)大于活塞與缸體的摩擦力，所以夾心層的壓力與氣壓腔的壓力近似相等，使得高壓氣體向夾心層的泄漏為微壓差滲漏；夾心層的壓力與液壓腔的壓力也近似相等，使得壓力液向夾心層的泄漏也為微壓差滲漏。夾心層的密封脂液是會泄漏的，所以需要有補(bǔ)充，用一個單向閥(DXF)向夾心層提供脂液補(bǔ)充，單向閥做在滑柱中間以節(jié)省空間，液壓腔中的密封脂液可以從單向閥進(jìn)入夾心層，夾心層的脂液不能從單向閥往回流至液壓腔。 脂液夾心層密封包括:脂密封和液密封， 脂密封是用密封油脂充當(dāng)夾心層，夾心層的密封油脂如果泄漏，在液壓腔壓力的作用下，由皮囊PN中儲存的密封油脂通過軟管(RG)和單向閥(DXF)向夾心層補(bǔ)充； 液密封是用壓力液充當(dāng)夾心層，夾心層的壓力液如果泄漏，液壓腔中壓力液通過單向閥向夾心層補(bǔ)充；不過根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，不要單向閥，夾心層中也會充滿壓力液，所以該單向閥是可選項(xiàng)。 倒角密封 假定夾心層混合有氣體和壓力液，氣體會聚集在夾心層的上部，首先會聚集在夾心層上面的倒角(DJb，即活塞上偶的下端面倒角)中，起到阻止壓力液向氣壓腔滲透的作用；而壓力液會聚集在夾心層的下部，首先會聚集在夾心層下面的倒角(DJ。，即活塞下偶的上端面倒角)中，起到阻止氣體向液壓腔滲透的作用； 同理，假定液壓腔混入了氣體，氣體首先會聚集在活塞下偶的下端面倒角(DJd)中，再被擠到夾心層中；假定氣壓腔混入了壓力液，壓力液首先會聚集在活塞上偶的上端面倒角(DJa)中，再被擠到夾心層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，其進(jìn)一步特征是穩(wěn)定壓力措施:通過調(diào)節(jié)高壓氣體溫度來調(diào)節(jié)高壓氣體壓力，實(shí)現(xiàn)壓力準(zhǔn)恒壓。繞著氣體罐內(nèi)壁，纏繞數(shù)圈受控加熱和降溫裝置，方法1:纏繞數(shù)圈帶有熱交換片的液管受控加熱，稱為熱交換管(RJH)，在氣體罐上接出一根管道，安裝一個壓力傳感器(YLG)或者壓力表監(jiān)測壓力，當(dāng)活塞位置變化或者環(huán)境溫度變化時，氣體腔的壓力會發(fā)生變化，需要采取措施穩(wěn)定壓力。使高壓氣體形成準(zhǔn)恒壓有兩種辦法，一種是令高壓氣體處于飽和汽狀態(tài)，即選用臨界溫度高于溫控的高壓氣體，只要將溫度控制為準(zhǔn)恒溫，高壓氣體的壓力也就處于對應(yīng)于溫度的準(zhǔn)恒壓；另一種是選用臨界溫度低于溫控的高壓氣體，高壓氣體處于氣體狀態(tài)或超流體狀態(tài)，通過壓力傳感器檢測壓力變化，調(diào)節(jié)高壓氣體的溫度以調(diào)節(jié)壓力，以減小壓力波動的變化率，形成準(zhǔn)恒壓，具體說: 當(dāng)壓力低于下限值時，壓力傳感器(YLG)發(fā)出加熱信號，由熱液泵(RYB)向熱交換管(RJH)泵動循環(huán)的熱液以加熱高壓氣體，高壓氣體溫度升高后會使得壓力升高，可以將液泵停止的信號閾值設(shè)置在壓力上限與下限之間的某個點(diǎn)，為簡單合理起見，本文約定將該閾值點(diǎn)設(shè)置在標(biāo)稱值，當(dāng)壓力高于標(biāo)稱值時，壓力傳感/比較器發(fā)出停止加熱信號。 當(dāng)壓力高于上限值時，壓力傳感器發(fā)出冷卻信號，由冷液泵(LYB)向熱交換管泵動循環(huán)的冷卻液以冷卻高壓氣體，高壓氣體溫度降低后會使得壓力降低，當(dāng)壓力低于標(biāo)稱值時，壓力傳感/比較器發(fā)出停止冷卻信號。 方法2，用纏繞式受控電熱元件取代熱交換管(RJH)對氣體腔加熱。 加大高壓氣體腔的總?cè)莘e也是穩(wěn)定壓力的措施之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，其進(jìn)一步特征是:包括一種一體式結(jié)構(gòu)，一密封的大直徑圓筒形高壓氣體罐(QTG1)形成一個高壓氣體腔(QTQ1),其里面套一個小直徑圓筒形活塞缸(HSG)，氣體罐和活塞缸大小圓筒相互密封；一個活塞(HS)將活塞缸分割成氣壓腔(QYQ)和液壓腔(YYQ)兩部分，活塞缸頂建立氣液通道(TD1),連通氣體腔(QTQ1)和氣壓腔(QYQ)，充注高壓氣體，氣壓通過活塞傳遞到液壓腔，所以液壓腔中的壓力液具有很高的壓力，液壓腔底部有一個注排口管道(ZPK)，由此注入壓力液以儲存壓力能，排出壓力液以輸出壓力能。氣體罐有兩個功能，一個是氣壓腔(QYQ)的外延，充當(dāng)高壓氣體腔，幫助氣壓腔存儲高壓氣體，增加了氣壓腔的總?cè)莘e，減小氣壓腔的壓力波動；另一個是充當(dāng)集液器，由于活塞總是有少量的泄漏，壓力液會緩慢地從液壓腔泄漏到氣壓腔，在活塞頂上會聚集越來越多的壓力液，需要清理掉，當(dāng)活塞移動到活塞缸頂時，活塞頂上的壓力液會通過氣液通道(TD1)流入氣體腔，活塞頂上的壓力液被及時清理，而氣體腔底部收集的壓力液(收集液SJY)會越來越多，使浮筒(FT1)浮得越來越高，當(dāng)浮筒壓到收集液傳感器JYG時，發(fā)出打開電控閥信號，打開電控閥，漏掉收集液，壓力液從漏液管(LYG)流回盛液筒(SYT);收集液漏掉時會使浮筒FT1，當(dāng)浮筒壓到到底傳感器DDG時，發(fā)出關(guān)閉電控閥的電信號，電控閥關(guān)閉，隨后電機(jī)停止。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，其進(jìn)一步特征是:包括一種分體式結(jié)構(gòu)，高壓氣體罐(QTG2)與活塞缸(HSG)相對獨(dú)立，兩者頂部由氣液外部通道(TD2)連通，當(dāng)活塞運(yùn)動到頂部時，活塞頂上的壓力液會通過通道管(TD2)流入氣體腔，而氣體腔底部收集的壓力液(收集液SJY)會越來越多，使浮筒(FT2)浮起來。其它結(jié)構(gòu)和工作原理與一體式的相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，其進(jìn)一步特征是: 用彈簧(TH)和位置傳感器(WZG)監(jiān)測活塞的位置，也就是監(jiān)測液位的高度，位置傳感器固定于頂部，下接彈簧TH，畫出的是在活塞上部的拉簧結(jié)構(gòu)(在活塞下部的壓簧結(jié)構(gòu)也是可以的，原理相同，所以沒有畫出)，當(dāng)液位降低時活塞下移，彈簧對位置傳感器作用力加大，位置傳感器輸出信號加強(qiáng)，當(dāng)彈簧作用力到達(dá)閾值規(guī)定值時，位置傳感/比較器就向注液泵發(fā)出“注液信號”，注液泵起動，向液壓缸注液，一直到活塞壓住上密封墊，這時，彈簧長度的采樣信號會停止變化，控制系統(tǒng)據(jù)此可以判斷出液壓腔需要注入壓力液或停止注入壓力液。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，其進(jìn)一步特征是:倒角密封 假定夾心層混合有氣體和壓力液，氣體會聚集在夾心層的上部，首先會聚集在夾心層上面的倒角(DJb，即活塞上偶的下端面倒角)中，起到阻止壓力液向氣壓腔滲透的作用；而壓力液會聚集在夾心層的下部，首先會聚集在夾心層下面的倒角(DJ。，即活塞下偶的上端面倒角)中，起到阻止氣體向液壓腔滲透的作用； 同理，假定液壓腔混入了氣體，氣體首先會聚集在活塞下偶的下端面倒角(DJd)中，再被擠到夾心層中；假定氣壓腔混入了壓力液，壓力液首先會聚集在活塞上偶的上端面倒角(DJa)中，再被擠到夾心層中； 所以，倒角密封加強(qiáng)了對氣體向液壓腔泄漏的攔截，也加強(qiáng)了對壓力液向氣壓腔泄漏的攔截。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，其進(jìn)一步特征是:電控頂針閥DKF漏液器。電控頂針閥關(guān)閉時，氣體腔底部的收集液(SJY)會越來越多，使浮筒FT浮得越來越高，當(dāng)浮筒壓到收集液傳感器JYG時，發(fā)出打開頂針閥漏掉收集液電信號，電控頂針閥收到漏掉收集液信號后電機(jī)正轉(zhuǎn)，其電機(jī)軸DK11帶動螺母柱DK 9旋轉(zhuǎn)，因?yàn)槁輻UDK8與多面體柱一體，而多面體柱DK 7被卡在多面體孔DK 6中不能旋轉(zhuǎn)，只能隨著螺母柱DK9的正傳而上行，將頂針針尖DK5頂上去，打開頂針閥，壓力液從漏液管流回盛液筒；收集液漏掉時會使浮筒FT下降，當(dāng)浮筒壓到到底傳感器DDG時，發(fā)出關(guān)閉頂針閥的電信號，電控頂針閥收到關(guān)閉信號后電機(jī)反轉(zhuǎn)，多面體柱DK7隨著螺母柱DK9的反轉(zhuǎn)而下行，頂針閥在壓力的作用下關(guān)閉，隨后電機(jī)停止。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，其進(jìn)一步特征是:基于液封蓄能器的液壓系統(tǒng)， 蓄能階段，當(dāng)液位降低時，彈簧的彈力加大，位置傳感器(WZG)輸出信號加強(qiáng)，當(dāng)信號大于設(shè)定的“補(bǔ)液閾值”時，位置傳感/比較器向注液泵發(fā)出“注液信號”，注液泵起動，向液壓缸注液。注液泵的驅(qū)動有兩種方式，一種是發(fā)動機(jī)驅(qū)動，當(dāng)傳感/比較器向注液泵發(fā)出“注液信號”時，離合控制器(LHK)使電磁離合器(LHQ)嚙合，主動軸(ZDZ)帶動從動軸(⑶Z)，從動軸帶動注液泵(YB)，將盛液筒(SYT)中的壓力液泵入液壓腔(YYQ);另一種是電動機(jī)驅(qū)動，將一臺電動機(jī)與注液泵連接，當(dāng)傳感/比較器向注液泵發(fā)出“注液信號”時，電動機(jī)起動，帶動注液泵，將盛液筒中的壓力液泵入液壓腔。當(dāng)注液泵通過注排口向液壓腔注液時，壓力液推動活塞向上運(yùn)動，逐漸將氣壓腔中的氣體擠壓回到氣體罐，壓力液逐步占駐氣體腔的空間，活塞壓到液壓缸的上密封墊(SMF)時停止運(yùn)動，壓力液不再進(jìn)入液壓腔，但是在泵壓的作用下液壓腔的壓力繼續(xù)升高，到達(dá)預(yù)設(shè)的過壓閾值值時，滿液傳感/比較器(MYG)發(fā)出停機(jī)指令，注液泵停機(jī)。 作功階段，當(dāng)工作油缸(GZGk)需要壓力液時，排液口在電控閥的控制下向工作油缸注入壓力液，驅(qū)動相應(yīng)的機(jī)械，高壓氣體通過活塞傳遞壓力，壓迫液壓腔中的壓力液，使壓力液以等于高壓氣體壓力值向工作油缸作功。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集液器和夾心活塞的液封蓄能器及其液壓系統(tǒng)，其進(jìn)一步特征是:漏液器也可以采用已知的其它機(jī)械閥和電子閥。
【文檔編號】F15B1/04GK104514758SQ201410489979
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】陳啟星 申請人:陳啟星