專利名稱：一種水壓擴(kuò)張器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水下作業(yè)工具，具體涉及一種水壓擴(kuò)張器，用于海洋或淡水湖泊。
背景技術(shù)：
液壓擴(kuò)張器是由液壓驅(qū)動(dòng)的大型破拆救助器具，能提供較大的擴(kuò)張力，用于擴(kuò)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(xiǎn)救災(zāi)等行業(yè)。 目前市場(chǎng)上的液壓擴(kuò)張器產(chǎn)品均為油壓類產(chǎn)品，用于水下作業(yè)時(shí)，是通過將陸用油壓類擴(kuò)張器進(jìn)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(diǎn)，但由于油介質(zhì)本身的特點(diǎn)，決定了油壓擴(kuò)張器用于水下時(shí)會(huì)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(huì)造成環(huán)境污染，當(dāng)水滲入到油壓系統(tǒng)，會(huì)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(kuò)大，系統(tǒng)進(jìn)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(kuò)張器和動(dòng)力源之間必須設(shè)計(jì)成閉式系統(tǒng)，用于大深度作業(yè)時(shí)，必須增加壓力補(bǔ)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(kuò)張器和動(dòng)力源之間須采用進(jìn)油和回油兩根軟管相連，因而水下作業(yè)時(shí)受風(fēng)浪及海流的作用力大，對(duì)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(jìn)行簡單的維修，工具的適應(yīng)性較差。[0009] 以上的缺點(diǎn)并不局限于油壓擴(kuò)張器，其它油壓工具用于水下作業(yè)時(shí)也同樣會(huì)存在這些缺點(diǎn)，為此，上世紀(jì)60年代，美國率先進(jìn)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(dòng)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(kuò)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(qiáng)，由于海水中包含了大量的有機(jī)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(qiáng)的腐蝕作用。 3)氣蝕問題，由于水的汽化壓力高(20 °C時(shí)約為0. 0023MPa， 50 °C時(shí)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(duì)偶面難以形成液體潤滑膜，也不能形成良好強(qiáng)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(kuò)張器不是簡單地將油壓擴(kuò)張器的油介質(zhì)潛換成水介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)工 作介質(zhì)的改變，需要克服很多技術(shù)難題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種水壓擴(kuò)張器，直接以海水或淡水作為工作介質(zhì)進(jìn) 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(kuò)張器，包括依次相接的換向閥、海水或淡水液壓缸和擴(kuò)張機(jī)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(dòng)擴(kuò)張臂張合實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(gè)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(jìn)水流 道和出水流道；閥芯2. 4內(nèi)設(shè)有三個(gè)通道，通過轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)流道內(nèi)分別設(shè)有浮動(dòng)密封組件，浮動(dòng)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(shí)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(duì)環(huán)境完全沒有污染，另一方 面因?yàn)樗恼扯缺扔托?，壓力損失小，工作效率高，作業(yè)深度顯著增加； 2)本實(shí)用新型只需要一個(gè)高壓水接口與動(dòng)力源相連，回水直接排入大海中，無需 回水管，水下作業(yè)時(shí)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(shí)用新型在閥座內(nèi)設(shè)有浮動(dòng)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(qiáng)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(shí)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(dòng)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(dòng)補(bǔ)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(jìn)行簡單的維修，提高了工具的適應(yīng)性；本實(shí)用 新型擴(kuò)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(shí)用新型實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2本實(shí)用新型實(shí)施例換向閥結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3本實(shí)用新型實(shí)施例閥座上端面示意圖；[0026] 圖4本實(shí)用新型實(shí)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(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖1給出了海水液壓擴(kuò)張器的整體結(jié)構(gòu)，包括換向閥1. 1、海水液壓缸和擴(kuò)張機(jī) 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(kuò)張機(jī)構(gòu)，通過伸 縮帶動(dòng)擴(kuò)張臂張合從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(gè)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(jìn)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(shí)，進(jìn)水口外接動(dòng)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(gè)通道，參見圖4，三個(gè)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(gè)端口，2，2'第二通道的兩個(gè)端口，3，3'第 三通道的兩個(gè)端口。 用戶轉(zhuǎn)動(dòng)換向手柄2. 1，由于換向套2. 5與閥芯2. 4之間為鍵傳動(dòng)，閥芯2. 4隨之 轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)角度由弧形限位槽的弧度決定，本實(shí) 施例中換向手柄轉(zhuǎn)向角度即閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)角度為-45度 45度。 依據(jù)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，高壓海水從進(jìn)水口進(jìn)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(jìn)入液壓缸的無桿腔，驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(shí)現(xiàn)卸荷；位于右位時(shí)，高 壓海水從進(jìn)水口進(jìn)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(jìn)入液壓缸的有桿腔，驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(shí)最好給 出手可感知的到位提示。實(shí)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(jī)構(gòu)，限 位機(jī)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(gè)直徑略小于限位鋼球2.2的圓錐孔，三個(gè)圓錐孔分別對(duì)應(yīng)閥芯左位、中 位和右位。轉(zhuǎn)動(dòng)換向手柄2. 1，當(dāng)?shù)竭_(dá)左或中或右位時(shí)，限位鋼球2. 2在限位彈簧2. 3彈力 下落入對(duì)應(yīng)的圓錐孔，此時(shí)操作者會(huì)有明顯振動(dòng)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(jìn)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(dòng)液壓缸工作。實(shí)施例在閥座2. 7 的流道內(nèi)增設(shè)了浮動(dòng)密封組件，浮動(dòng)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(shí)施例將流道設(shè)計(jì)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(kuò)張機(jī)構(gòu)。 擴(kuò)張機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的三角形擴(kuò)張鉗1. 6，擴(kuò)張鉗1. 6的尖角向前，底邊的 內(nèi)角點(diǎn)與活塞桿1. 4前端鉸接，外角點(diǎn)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(shí)推動(dòng)兩擴(kuò)張鉗1. 6同時(shí)向 外側(cè)張開，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)張功能；當(dāng)活塞桿1. 4后縮時(shí)推動(dòng)兩擴(kuò)張鉗1. 6向內(nèi)合攏，實(shí)現(xiàn)牽引功能。 在用于海下作業(yè)時(shí)，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(qiáng)的特 點(diǎn)，提高了摩擦副的耐蝕性以及摩擦副間的摩擦性能；針對(duì)海水腐蝕性強(qiáng)、工具重量要求輕 的特點(diǎn)，液壓缸的活塞桿采用雙相不銹鋼，時(shí)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(jìn)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(kuò)張器，包括依次相接的換向閥、海水或淡水液壓缸和擴(kuò)張機(jī)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(dòng)擴(kuò)張臂張合實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(gè)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(jìn)水流道和出水流道；閥芯(2.4)內(nèi)設(shè)有三個(gè)通道，通過轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)流道內(nèi)分別設(shè)有浮動(dòng)密封組件，浮動(dòng)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(kuò)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(kuò)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(jī)構(gòu)，限位機(jī)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(gè)直徑略小于限位鋼球(2. 2)的圓錐孔，三個(gè)圓錐孔的位置分別對(duì)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(kuò)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(kuò)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(kuò)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(shí)用新型公開了一種水壓擴(kuò)張器，包括依次相接的換向閥、海水或淡水液壓缸和擴(kuò)張機(jī)構(gòu)，換向閥控制液壓缸伸縮，液壓缸通過伸縮帶動(dòng)擴(kuò)張臂張合實(shí)現(xiàn)擴(kuò)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(dòng)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(dòng)補(bǔ)償，大大提高了密封的可靠性和壽命。本實(shí)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(diǎn)，不僅可用于水下擴(kuò)張、夾持等作業(yè)，還可用于陸地消防及搶險(xiǎn)救生。
文檔編號(hào)F15B13/02GK201516917SQ20092022840
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)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(qǐng)人:華中科技大學(xué)