专利名称：一种水压冲击扳手的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水下作业工具，具体涉及一种水压冲击扳手。
背景技术：
冲击扳手主要用于螺纹连接件的安装与拆卸，以提高工作效率及装配质量、减轻 劳动强度，在船舶的海下维修与保养及水下建筑等领域均具有广泛的应用。 最早的水下作业冲击扳手一般是由陆用电动工具改装而成，考虑到水密封、电绝 缘、压力补偿等要求，改装后的工具比较复杂、笨重，可靠性和安全性不高。按照驱动方式冲 击扳手分为电动、气动和液压三种型式。气动冲击扳手不用考虑电绝缘的问题，工作安全性 得到提高。气动工具在水下工作时普遍存在耗气量大、效率低的问题；而且由于工作压力 低，水中阻力又比较大，因此其工作深度较浅。传统的液压工具是以矿物型液压油作为工作 介质，由于矿物型液压油与水不相容，系统必须设计成闭式循环系统，因而存在一些难以克 服的弊端，主要表现为 參对密封要求严格，一旦液压油和水相互渗漏，这不仅会污染环境，还加速了系统
元件的损坏，大大降低工具可靠性与使用寿命，并且在大深度作业时，这种渗漏是不可避免 地会发生； 參液压油的粘度大，且其粘温、粘压系数大，随着作业深度和范围的扩大，系统进
油和回油管的沿程损失增大；如史丹利生产的油压水下作业工具在超过150m时，则需特殊 设计，而且效率较低。 參由于是闭式系统，因而需增加装置来平衡水深压力，增加了系统的复杂性。
实用新型内容本实用新型的目的在于提出一种水压冲击扳手，直接以海水或淡水作为工作介质 进行作业，具有可靠性高、水下作业深度不受限制、作业范围广、效率高、环境相容性好的特 点。 —种水压冲击扳手，包括相接的驱动机构1. 1和扳手机构1. 2，驱动机构1. 1从 下往上依次为过流手柄2. 6、开关节流阀组件2. 4、换向阀组件2. 3和海水或淡水液压马达 2. 1，开关节流阀组件2. 4上装有扳机2. 5，海水或淡水液压马达2. 1连接扳手机构1. 2。 本实用新型的技术效果体现在本实用新型水压冲击扳手直接以海水或淡水为工 作介质，由液压马达驱动冲击机构实现对螺纹连接件的作业，环境相容性好，不污染环境， 同时也不会因水进入系统而降低工作的可靠性，水下作业深度不受限制、作业范围广，工具 只有一根进水管与动力源相连接，水下作业时受潮流干扰小。本实用新型采用模块化设计， 各组件相对独立，并可作为备件，因而使得平均故障修复时间MTTR得到减小，提高了现场 的可维护性。本实用新型冲击扳手在海洋中采用海水液压马达，在湖泊等淡水环境中采用 淡水液压马达，满足海水或淡水水下作业各种复杂的现场情况。
图1是本实用新型实施例的整体结构示意图。 图2是本实用新型实施例的驱动机构结构示意图。 图3是本实用新型实施例的开关节流阀组件结构示意图。 图4是本实用新型实施例的换向阀组件结构示意图。 图5是本实用新型实施例的扳手机构结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。 图1所示的扭矩可调型海水液压冲击扳手采用模块化设计，将整体分成功能相对 独立的组件，由驱动机构1. 1和扳手机构1. 2组成，驱动机构1. 1连接扳手机构1. 2，驱动扳 手机构1. 2作业。 驱动机构l. l结构如图2所示，主要由海水液压马达2. 1、换向阀组件2.3、开关节 流阀组件2. 4、过流手柄2. 6、扳机2. 5以及快换接头2. 7等组成。过流手柄2. 6为空心结 构作为进水管，手柄2. 6的下端设有快换接头2. 7，通过快换接头连接动力源，上端依次设 有开关节流阀组件2. 4、换向阀组件2. 3和海水液压马达2. 1。扳机2. 5设置在开关节流阀 组件2. 4侧面，用于控制开关节流阀组件2. 4的开关状态。 图3为开关节流阀组件结构示意图，主要起开关控制及调节扳手转速的作用。开 关阀块3. 12内装有开关阀芯3. 7，开关阀芯3. 7可采用球阀、锥阀、平板阀等形式。实施例 中采用可旋转的钢球，在开关阀块3. 12内钢球3. 7的左侧安装有节流阀座3. IO，节流阀座 3. 10的内部设有弹簧推杆3. 8和复位弹簧3. 9，弹簧推杆的一端接触钢球3. 7，另一端连接 复位弹簧3. 9。节流阀座3. 10的左侧设有节流阀芯3. 2，节流阀芯3. 2的左端伸出阀端盖 3. 11后连接转速调节手轮3. 1，阀端盖3. 11与开关阀块3. 12间、节流阀芯3. 2与阀端盖 3. 11之间均为螺纹连接，旋转转速调节手轮3. 1，节流阀芯3. 2可在阀块3. 12内左右移动。 节流阀芯3. 2与节流阀座3. 10间的空隙形成节流阀口，节流阀芯3. 2右移靠近节流阀座 3. IO，节流阀口开度减小，反之增大，通过改变该节流阀口的大小实现对流量的调节。开关 阀块3. 12内还开有进水通道，进水通道与节流阀口相连通。节流阀座3. 10上开有进水中 间流道，该流道一端与节流阀口连通，另一端截至于开关阀口 。阀块3. 12内在钢球3. 7的 右侧依次安装有开关阀座3. 5和推杆套3. 4，推杆套3. 4及开关阀座3. 5的内部设有推杆 3. 6，推杆3. 6的一端接触钢球3. 7，另一端伸出推杆套3. 4与连接头3. 3相接，连接头3. 3 用于连接扳机2.5。钢球3.7与开关阀座3.5的接触处为开关阀口。开关阀座3.5上加工 有出水中间流道。阀块3. 12内开有出水通道，其与开关阀座3. 5的出水中间流道相连通。 按下扳机2. 5，推动推杆3. 6，推杆3. 6推动钢球3. 7向左移动，开关阀口打开，进水中间流 道的水经过出水中间流道、出水通道进入换向阀组件2. 6，经换向阀组件流入马达驱动海水 液压马达工作；松开扳机2. 5，在复位弹簧3. 9的作用下，钢球3. 7、推杆3. 6复位，开关阀口 关闭，停止驱动液压马达。不同规格的螺纹连接件所需的预紧力是不一样的，为提高本实用 新型在海下复杂作业现场的适应性，将扳手设计成扭矩可调型。在开关阀的基础上增加了 节流阀，两者组合在一起构成新的开关节流阀组件，通过旋转转速调节手轮3. l，带动节流 阀芯3. 2运动，从而改变节流阀口开度，控制进入马达的高压水流量，进而控制马达转速以及主动冲击块5. 7冲击时的速度，从而实现冲击扳手输出扭矩的调节。 为实现开关阀的在高压下的可靠密封，在节流阀座3. 10上加工有过流孔，其与节 流阀座3. 10上的中间流道相连通，引导高压水流入钢球3. 7的左半球面与节流阀座3. 10 之间的空腔内，高压水对钢球3. 7的左半球面上施加有向右的液压力。当开关阀口关闭时， 由于左半球面与高压水的接触面积大于右半球面，因此向右液压力大于另一半球面所受向 左的液压力，并且当高压水压力越高时，该向右与向左液压力的差值越大，钢球3.7与开关 阀座3. 5接触应力越大，实现可靠密封；当开关阀口开启后，钢球3. 7两半球面受压面积相 等，各方向的液压力平衡，此时，要保持开启状态，只需作用于扳机2.5较小的推动力用于 平衡复位弹簧3.9的压力及推杆所受液压力。由于向右液压力的作用，实现了开关阀口的 可靠密封，但是也使得开启时所需推动力很大，要缓和该矛盾，则需设计一个向左液压力， 抵消部分向右液压力。实施例中采用了将高压水引入连通推杆3. 6与推杆套3. 4之间的空 腔，为了引入高压水，在开关阀块3. 12上另外加工有流道，其一端与进水通道相通，另一端 连通推杆3. 6与推杆套3. 4之间的空腔，进入该空腔的高压水向推杆3. 6上作用向左的液 压力，开启时只需平衡向右液压力与向左液压力之间的差值及复位弹簧2. 3的压力。 图4为换向阀组件结构示意图，主要用于实现对液流方向的控制，从而控制海水 液压马达2. 1的转向，驱动扳手机构1.2对螺纹紧固件装/拆作业。换向阀块4. 1内部加 工有一通孔用于安装换向阀套4. 3，在通孔的侧壁上加工有过流槽C、 D、 E，过流槽D与开关 阀块3. 12的出水通道相通，过流槽C， E分别与海水液压马达2. 1进，出口相连通；此外，在 换向阀块4. 1的侧面还加工有过流通道G。换向阀套4. 3安装于换向阀块4. 1的通孔内，换 向阀套4. 3上加工有三排小孔，小孔直径小于1. 5mm，保证三排小孔分别与换向阀块4. 1通 孔内的过流槽C、D、E相连通，相邻过流槽之间安放有0形圈4. 7，实现相邻过流槽间以及其 与外界间的密封。换向阀芯4. 4安装于换向阀套4. 3内，换向阀芯4. 4上依次套有安装有 两个往复型格来圈4. 8和复位弹簧4. 5，阀芯4. 4靠近复位弹簧4. 5的一端伸出换向阀块 4. 1并与换向手轮4. 6铆接，换向阀块4. 1上加工有"一"字型凸台用于限位，换向手轮4. 6 加工有对应的"一"字型限位槽；换向阀块4. 1内远离换向手轮4.6的另一端安装有换向阀 端盖4. 2，换向阀端盖4. 2紧靠换向阀套4. 3，换向阀端盖4. 2实现换向阀套4. 3轴向定位 及换向阀芯4. 4的轴向限位。换向阀端盖4. 2上加工有过流孔F用于排水。 图4所示为冲击扳手右旋作业，高压水从过流槽D经过换向阀套4. 3上的第二排 小孔，进入换向阀芯4. 4与换向阀套4. 3在两往复型格来圈4. 8间的空腔，再经过换向阀套 4.3上第一排小孔流入换向阀块4. 1上的过流槽C进入海水液压马达2. l，驱动冲击扳手右 旋作业，经过海水液压马达2. 1作完功后的水通过马达的回水口流到过流槽E，经过阀套上 的第三排小孔，从换向阀块4. 1的过流通道G排出。当需要实现左旋作业时，操作换向手轮 4.6向右运动，然后旋转换向手轮4.6—定角度(90度)左右，使换向手轮4.6的"一"字 型限位槽与换向阀块4. l上的"一"字型限位凸台有一定的错位，即限制了换向阀芯4.4在 复位弹簧4. 5弹力作用下的向左运动。此时，高压水从过流槽D经过换向阀套4. 3上的小 孔，进入换向阀芯4. 4与换向阀套4. 3形成的空腔内，再经过换向阀套4. 3上第三排小孔、 流槽E进入海水液压马达2. 1，驱动冲击扳手左旋作业，高压海水驱动马达作完功后，再从 马达的流道A流出，经过过流槽C流至换向阀套4. 3的第一排小孔，通过换向阀端盖4. 2上 过流孔F排入大海中。通过控制海水液压冲击扳手的左右旋向而实现其螺纹紧固件的装/拆作业。 由于海水的粘度是油的1/40左右，本实中换向阀组件放弃了传统换向阀的间隙 密封形式，而采用了上述直接密封结构，实现了在不提高加工精度条件下的零泄漏，该换向 阀换向可靠、效率高；同时本实施为克服用于直接密封的格来圈4. 8经过阀口时可能出现 切剪切现象，增加了换向阀套4. 3，换向阀套4. 3上加工的三排小孔，形成新的阀口 ，在进行 换向时，格来圈只需要经过细小孔阀口 ，从而解决了格来圈剪切问题。 图5为扳手机构结构示意图，通过图2中海水液压马达2. 1的平键2. 2将传动轴 5. 10与海水液压马达2. l的输出轴相连接。传动轴5. IO为阶梯轴，轴的一端加工有轴肩，在 传动轴5. 10上轴肩的一侧装有径向轴承5. 12，另外一侧装有端面轴承5. 14 ;传动轴5. 10 的另一端表面对称加工有两条对称的"人"字型导向槽。传动轴5. 10与径向轴承5. 12、端面 轴承5. 14装配后，传动轴5. 10上由内向外套有冲击弹簧5. 9及主动冲击块5. 7，冲击弹簧 5. 9两端分别与端面轴承5. 14和主动冲击块5. 7相接触。主动冲击块5. 7与传动轴5. 10 的接触面上对称加工有两个凹槽。克服冲击弹簧5. 9的压力，推动主动冲击块5. 7沿着传 动轴5. 10向端面轴承5. 14端运动，直到传动轴5. 10的"人"字型导向槽完全从主动冲击块 5. 7中伸出，将两个滚珠5. 8分别安装两个"人"字型导向槽内，滚珠5. 8的一部分在"人" 字型槽中，另一部分在主动冲击块5.7的凹槽中，"人"字型槽对滚珠起到导向作用，凹槽是 在滚珠移位时的受力部位；解除外力，主动冲击块5. 7在弹簧力的作用下沿着传动轴5. 10 朝远离端面轴承5. 14的另一端运动，滚珠5. 8逐渐从"人"字型导向槽的底部运动到顶端， 由于滚珠5. 8被导向槽限位，因而到达顶端后停止运运，同时由于主动冲击块5. 7受滚珠限 位因而也随滚珠一起停止运动。传动轴5. 10加工有"人"字型导向槽的一端连接从动冲击 块5. 1，作业时，从动冲击块5. 1外接扳手机用套筒。主动冲击块5. 7和从动冲击块5. 1的 外部套有铝质的壳体5. 4。在传动轴装有径向轴承5. 12的一端装有与壳体相接的轴承定位 端盖5. ll，轴承定位端盖5. 11与轴肩配合实现对径向轴承5. 12的轴向定位。 为了防止钢件之间以及钢件与铝件间的粘着磨损，分别在传动轴5. 10与从动冲 击块5. 1的连接处、从动冲击块5. 1与壳体5. 4的接触面处装有铜套5. 5和5. 6。在海水 中铜件与铝件直接接触，电化学腐蚀现象比较严重，因此在铜套5. 5与壳体5. 4之间增设了 钢套5. 2。钢套5. 2有局部表面与从动冲击块5. 1面接触，在面接触处安放旋转型格来圈 5. 3，有效隔离海水与铜套5. 5和5. 6及铜套与铝质壳体5. 4的接触。 扳手机构工作原理是扳手机构启动时，滚珠5. 8位于传动轴5. 10的"人"字型导 向槽的顶端，海水液压马达2. l工作带动传动轴5. 10转动，滚珠5.8带动主动冲击块5.7旋 转。在弹簧5. 9的压力作用下，主动冲击块5. 7和从动冲击块5. 1处于啮合状态，主动冲击 块5. 7带动从动冲击块5. 1 —起旋转，扳手机用套筒在从动冲击块5. 1的带动下迅速地拧 动螺母或螺栓。当螺母或螺栓的端面与工件端面接触后，阻力矩急剧上升，当阻力矩达到冲 击临界力矩后，主动和从动冲击块均停止转动，但海水液压马达2. 1仍然驱动传动轴5. 10 转动，传动轴5. 10上的"人"字型导向槽内的滚珠5. 8从顶部逐渐移向底部，驱使主动冲击 块5. 7向右移动，直到主动冲击块5. 7与从动冲击块5. 1不再处于啮合状态，主动冲击块 5. 7继续转动。当主动冲击块5. 7转到其啮合齿对应从动冲击块5. 1的啮合槽的位置时， 在弹簧5. 9的压力作用下主动冲击块5. 7瞬间前移，此时沿"人"字型导向槽方向运动产生 一个角加速度，主动冲击块5. 7的啮合齿撞击从动冲击块3. 9的啮合齿，完成一次冲击和啮
7合。然后滚珠5. 8再次驱使主动冲击块5. 7后移，脱离啮合。这样周而复始产生一次又一 次的碰撞，获得所需的冲击力矩，使螺母拧紧。随着碰撞的不断进行，每一闪碰撞时间会减 小，冲击力矩增大。 冲击反力矩为冲击力矩的反作用力，是主动冲击块后移的主动力之一，随着冲击 的不断进行，冲击反力矩会随着冲击力矩的增大而增大，因而主动冲击块5. 7向后移动的 距离也会增加。原有冲击机构经常会出现因主动冲击块5.7向后移动的距离过大而造成滚 珠5. 8从"人"字型螺旋导向槽中脱落，从而使冲击失效的现象，为预防该情况的出现，提高 该海水液压扳手海下作业的可靠性，本实用新型在传动轴5. 10的径向轴承5. 12和端面轴 承5. 14之间增设了轴用弹性挡圈5. 13，限制了主动冲击块后移的运动距离，防止滚珠5. 8 脱落。 扳手可根据螺纹连接件的不同规格，通过调节控制阀的节流开度，改变冲击扳手 转速，从而调节输出扭矩，改变其作业能力，实现一种工具可对多种规格的螺纹连接件的装 配与拆卸，提高了海下作业的适用性。 为减轻工具重量，壳体均采用铝合金LD5，表面进行硬质阳极级氧化处理，以提高 其表面硬度及防腐性能。考虑海水特有的理化特性，如腐蚀性强，润滑性差等特点，工具关 键零部件均采用超级双相不锈钢及特种高性能工程塑料，如钢球3. 7、节流阀芯3. 2及换向 阀芯4. 4均采用双相不锈钢F225加工，开关阀座3. 5及换向套5. 3采用聚醚醚酮PEEK制 造，以提高耐蚀性及摩擦副的摩擦性能。
权利要求一种水压冲击扳手，包括相接的驱动机构(1.1)和扳手机构(1.2)，驱动机构(1.1)从下往上依次包括过流手柄(2.6)、开关节流阀组件(2.4)、换向阀组件(2.3)和海水或淡水液压马达(2.1)，开关节流阀组件(2.4)上装有扳机(2.5)，海水或淡水液压马达(2.1)连接扳手机构(1.2)。
2. 根据权利要求l所述的水压冲击扳手，其特征在于，所述开关节流阀组件(2.4)的 结构为开关阀块(3. 12)内装有开关阀芯(3. 7);开关阀芯(3. 7)的左侧装有节流阀座 (3. 10)，节流阀座(3. 10)的内部设有弹簧推杆(3. 8)和复位弹簧(3. 9)，弹簧推杆(3. 8)的 一端接触开关阀芯(3. 7)，另一端连接复位弹簧(3.9)，节流阀座(3. 10)的左侧装有节流阀 芯(3. 2)，节流阀芯(3. 2)的左端伸出开关阀块(3. 12)连接转速调节手轮(3. 1)，旋转转速 调节手轮(3. l)，节流阀芯(3.2)能在开关阀块(3. 12)内左右移动；节流阀芯(3.2)与节 流阀座(3. 10)间的空隙形成节流阀口 ；开关阀芯(3. 7)的右侧依次安装有开关阀座(3. 5) 和推杆套(3.4)，推杆套(3.4)及开关阀座(3.5)的内部设有推杆(3.6)，推杆(3.6)的一 端接触开关阀芯(3. 7)，另一端伸出推杆套(3.4)与扳机(2. 5)相接，开关阀芯(3. 7)与开 关阀座(3. 5)的接触处为开关阀口 ；开关阀块(3. 12)内开有进水通道和出水通道，节流阀 座(3. 10)内开有进口中间流道和出水中间流道，进水通道、节流阀口和进水中间流道顺序 连通，进水中间流道截止于开关阀口 ，出水中间流道一端起始于开关阀口 ，另一端连通出水 通道。
3. 根据权利要求2所述的水压冲击扳手，其特征在于，在节流阀座(3. 10)上加工有第 一过流孔，第一过流孔一端连通进水中间流道，另一端连通钢球(3. 7)与节流阀座(3. 10) 之间的空腔；在开关阀块(3.12)上加工有流道，其一端连通进水通道，另一端连通推杆 (3.6)与推杆套(3.4)之间的空腔。
4. 根据权利要求1或2或3所述的水压冲击扳手，其特征在于，所述换向阀组件的结 构为换向阀块(4. 1)内部加工有一通孔，在通孔的侧壁上加工有第一、二、三过流槽(C、D、 E)，第一过流槽(C)与开关阀块(3. 12)的出水通道相通，第二，三过流槽(D， E)分别与海 水或淡水液压马达(2. 1)的进，出口相连通，相邻过流槽之间安放有O形圈(4.7);在换向 阀块(4. 1)的侧面还加工有过流通道(G);换向阀块(4. 1)内设有换向阀套(4.3)，换向阀 套(4. 3)上加工有三排小孔，第一、二、三排小孔分别与换向阀块(4. 1)通孔内的第一、二、 三过流槽(C、 D、 E)相连通，第三排小孔还与过流通道(G)连通；换向阀套(4. 3)内设有换 向阀芯(4. 4)，换向阀芯(4. 4)上顺序套有两个复型格来圈(4. 8)和复位弹簧(4. 5)，换向阀 芯(4.4)靠近复位弹簧(4.5)的一端伸出换向阀块(4. 1)并与换向手轮(4.6)铆接；换向 阀块(4. 1)内装有换向阀端盖(4.2)，换向阀端盖(4.2)紧靠换向阀套(4.3)，换向阀端盖 (4.2)上加工有与第一排小孔连通的第二过流孔(F);换向手轮(4.6)加工有"一"字型限 位槽，换向阀块(4. 1)靠近换向手轮(4.6)的端部加工有对应的"一"字型凸台。
5. 根据权利要求1或2或3所述的水压冲击扳手，其特征在于，所述扳手机构(1. 2) 的结构为传动轴(5. 10)的一端加工有轴肩，另一端表面加工有两条对称的"人"字型导向 槽；轴肩的一侧装有径向轴承(5. 12)，另外一侧装有端面轴承(5. 14)，径向轴承(5. 12)和 端面轴承(5. 14)之间设有轴用弹性挡圈(5. 13);传动轴(5. 10)上紧靠端面轴承(5. 14) 处套有冲击弹簧(5.9)，冲击弹簧(5.9)的外面套有主动冲击块(5.7)，主动冲击块(5.7) 远离端面轴承(5. 14)的端面为齿槽结构；主动冲击块(5. 7)与传动轴(5. 10)的接触面上对称加工有两个凹槽；另设有滚珠(5.8)，滚珠(5.8)的一部分在"人"字型导向槽内，另一 部分在凹槽内；传动轴(5. 10)加工有"人"字型导向槽的一端连接从动冲击块(5. l)，从动 冲击块(5. 1)靠近主动冲击块(5. 7)的端面为齿槽结构，从动冲击块(5. 1)的另一端外接 扳手机用套筒；主动冲击块(5.7)和从动冲击块(5. 1)的外部套有壳体(5.4)，在传动轴 (5. 10)设有有径向轴承(5. 12)的一端装有与壳体(5. 4)相接的轴承定位端盖(5. 11)。
6.根据权利要求5所述的水压冲击扳手，其特征在于，在传动轴(5. 10)与从动冲击块 (5. 1)的连接处、从动冲击块(5. 1)与壳体(5.4)的接触面处分别装有铜套，铜套与壳体 (5.4)之间增设了钢套(5. 2)，钢套(5. 2)有局部表面与从动冲击块(5. 1)面接触，在该面 接触处安放旋转型格来圈(5. 3)。
专利摘要本实用新型提供了一种水压冲击扳手，包括相接的驱动机构和扳手机构，驱动机构从下往上依次为过流手柄、开关节流阀组件、换向阀组件和海水或淡水液压马达，开关节流阀组件上装有扳机，海水或淡水液压马达连接扳手机构。该工具直接以海水或淡水作为工作介质进行螺纹连接件的装/拆作业，主要用于船舶的海下维修与保养、水下建筑及湖泊、河道工程等领域，具有可靠性高、输出扭矩可调、水下作业深度不受限制、作业范围广、效率高、环境相容性好的特点。
文档编号F16K1/14GK201516591SQ200920228469
公开日2010年6月30日 申请日期2009年9月27日 优先权日2009年9月27日
发明者刘银水, 吴德发, 毛旭耀, 蒋卓, 赵立志, 郭志恒 申请人:华中科技大学