水下液压冲击器的机理研究

　　海水既有浮力又有强烈的腐蚀性,为了克服这些影响,海底输油管道外表面有防腐涂层、钢筋混凝土配重层和保温层.这增加了管道的使用寿命,但也给维修工作增加了困难.管道的维修工作大部分都需要焊接作业来完成,焊接之前需要把维修部位的防腐涂层清理掉.目前,这些涂层的去除工作大都是手工来完成的,劳动强度大、效率低.为了改善这一状况,经过分析,提出采用这样的维修方案:首先选用水下液压冲击器对管道表面进行初步清理;然后再用打磨器进一步去除混凝土残渣,或用清刷器去除保温层和防腐涂层的残渣.对于混凝土中的钢筋,可用金刚石链锯对其进行切割.因此,需要根据现有的技术研制适合此作业的水下液压冲击器.

　　1 水下液压冲击器工作原理

　　1. 1 结构组成

　　水下液压冲击器,是通过液压的驱动,使活塞往复运动,撞击铲头,从而形成冲击.水下液压冲击器的结构简图如图1所示.在图中,4为配油阀,调解着活塞各腔的压力;3为活塞杆,作往复运动,从而使构件6(端部工具)产生冲击;活塞杆上部的空腔1是高压氮气室,在活塞杆回程时,活塞杆使氮气室的体积减小,从而压缩高压氮气,积蓄能量,冲程时与液压一起作功[1].

　　1. 2 工作原理

　　水下液压冲击器的具体工作原理如图2所示.图中, 1、2为高速开关阀, 3为配油阀, 4为电磁阀组.高速开关阀是一种2位3通电磁阀,工作频率可达200Hz以上,安装方式是螺纹形式,其额定流量小于10L/min.由于其阀芯的质量和行程都小,因而能以很高的响应速度跟踪相应控制信号,但其阀芯的行程较小,就决定油口很小,这样其流量也很小.因此,可以利用高速开关阀控制一个大流量的阀动作,在保持高频的情况下增加流量,实现配油阀阀芯的往复驱动[2].这里,采用高速开关阀控制配油阀动作,控制冲击铲的各腔的油压,以形成冲击.

　　图2中,配油阀的Ⅰ口通高压油,Ⅱ口与油箱相通.配油阀的阀芯来回运动,调节Ⅳ口与Ⅰ、Ⅱ口的交替接通,调节活塞右腔的压力,从而促使活塞杆左右运动,形成冲击.当高速开关阀2接通高压油,阀1与回油接通时,配油阀的阀芯在油压力作用下,向左运动到极限位置(图中的状态).这时,Ⅳ口与Ⅱ口接通,Ⅰ口与Ⅲ口接通,水下冲击铲的右腔回油,左腔通入高压油,活塞杆向右运动.当高速开关阀1接通高压油,阀2与油箱接通,阀芯会向右运动到极限位置,Ⅳ口、Ⅲ口都与Ⅰ口接通,水下冲击铲的左右腔都通入高压油,由于右腔对活塞杆的作用面积大于左腔的,活塞杆向左运动.此水下液压冲击铲在工作之前,电磁阀组4动作,使活塞的两个腔都通入高压油,这样可以防止启动时两腔压差太大产生冲击.工作结束后, 4再次动作,把活塞的两腔的油卸到油箱内.