专利名称：一种水下发声器的液压驱动系统的制作方法
技术领域：
发明涉及一种液压驱动系统，具体涉及一种水下发声器的液压驱动系统。
背景技术：
在声扫雷作业中，水下发声器是最基本单元，其种类主要有机械振动式、液压驱动式、电动式、压电或磁致伸缩式等。液压驱动式发声器具有液压能功率/重量比大，可以产生很强的低频(包括次声)声场，低频发声能力强，低频声源级可以超过190dB，并且可以通过控制液压油来实现水下声场频谱控制，获得一定频宽范围的低频、高声级的辐射声场等优点，得到了广泛应用。现有液压发声器主要存在以下缺点( I)无法产生有效的高频声场目前的液压发声器均采用高压油源作为动力源，刚性活塞作为声场辐射器。与电动系统相比，液压系统响应较慢，无法适应高频驱动的要求。而且刚性活塞辐射器的高频声场响应有较强的指向性，无法满足扫雷作业的要求。( 2 )几何尺寸和重量都比较大现有液压发声器驱动系统的油箱、油泵等元件独立布置，管路较多，走线复杂，使得发声器尺寸、重量都比较大，应用范围受到限制。(3)系统复杂，使用不便现有液压驱动系统采用伺服控制方式，对液压油的过滤精度要求十分高，造成应用准备工作较复杂，往往需要多道过滤工序才能保证液压油的精度。此外，现有液压驱动系统需要较多的辅助单元来完成主体功能，如独立的散热装置，增加了系统管路的长度和复杂程度，也降低了系统效率。(4)运动输出形式单一现有液压驱动系统只具备单一运动形式的输出。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种水下发声器的液压驱动系统，其结构紧凑、尺寸小、重量轻、散热好、能够提供多种振动输出，从而解决现有常见液压驱动系统的缺点。该水下发声器的液压驱动系统包括壳体、油源、两个以上振动油缸；外围设备为两个以上水下发声器；所述每个振动油缸驱动一个水下发声器的声辐射元件。所述油源包括电机、压力补偿器、油箱、排气管和液压泵；在油箱一侧的轴向端面上分别固定有电机、排气管和两个相同的压力补偿器；所述电机的输出轴通过联轴器与位于油箱内的液压泵连接，所述两个压力补偿器位于同一水平位置。所述振动油缸包括缸体法兰、缸体、前导向法兰、活塞杆、位置检测装置和高速电磁阀。所述缸体内的活塞杆将缸体分为 有杆腔和无杆腔两部分，在缸体无杆腔所在端的轴向端面固接缸体法兰，在缸体有杆腔所在端的轴向端面固接前导向法兰。所述缸体无杆腔所在侧的端面上设置有一个与无杆腔贯通的出油口和两个与无杆腔贯通的进油口，所述每个进油口处连接一个高速电磁阀，用于控制活塞杆的运动频率和行程；所述高速电磁阀固接在缸体上；所述位置检测装置固定在缸体上，用于监测活塞杆的位移。该液压驱动系统的整体连接为所述壳体为柱形结构，油箱固定有电机的轴向端面与壳体同轴固接；所述两个以上振动油缸沿壳体的轴向依次固定在壳体内，具体为每个振动油缸通过缸体法兰和支架固定在壳体内，且振动油缸中活塞的轴向垂直与壳体的轴向。壳体上在每个振动油缸活塞杆的对应位置加工有活塞杆的运动孔，每个活塞杆驱动一个水下发声器的声辐射元件；在油箱与壳体连接侧的端面上设置有出油口和进油口，所述每个缸体上的两个进油口各通过一条进油管路与油箱上的出油口连接；所述每个缸体上的出油口通过出油管路与油箱上的进油口连接。所述油源中油箱的外径与壳体的外径一致。所述油箱下部设置有横弦段。所述液压泵米用齿轮泵形式。所述前导向法兰与缸体的连接处设置密封圈。连接油箱与振动油缸连接的出油管路和进油管路均采用直径不小于20mm的软管。所述每个振动油缸活塞杆的轴向方向均不一致。所述位置检测装置为非接触式位移传感器。
有益效果(I)采用高压液压油作为动力源，控制两个以上独立的油缸作为振动输出，每个油缸对应一个发声器的声福射兀件,从而实现多个输出；同时每个油缸米用两个高速电磁阀控制，实现流量的连接控制，且高速电磁阀响应速度快，解决了传统液压系统响应较慢，无法适应高频驱动的问题。高速电磁阀响应速度快、可靠性高、结构简单、体积小、故障率低、对液压油的清洁度要求不高，并且阀上的压降较大，不会在双驱动模式下出现干涉问题。本发明的液压驱动系统能够敲击膜板辐射高频声场，从而向高频拓展了液压驱动发声器的辐射声场范围。(2)本发明中的油箱独立成段，同轴固定在驱动系统壳体的端部，其外径与壳体一致，作为壳体的一部分。采用这种方式，油箱能够直接与冷水接触，改善了散热环境，不需要额外的散热装置，简化了系统，同时减小系统尺寸，降低了重量。同时在油箱内置液压泵、补偿器、滤油器、溢流阀等液压元件，这种布置方式一是减少了空间的占用，大幅度减小尺寸；二是使得液压泵的吸油比较顺畅，改善系统性能；三是能够利用油箱内的油进行散热，有利于液压泵的工作。(3)控制油缸的高速电磁阀与油缸安装在一起，这种结构更紧凑，同时提高了阀控缸的响应速度，有利于提高液压缸的控制性能。(4)在油箱上设置专门的排气管，可以控制气体初始状态的含量，配合长时间放置后再排气的操作过程，将闭式系统中的气体尽量排尽，减少对控制系统的性能影响。(5)连接油箱和缸体的管路采用直径不小于20mm的大通径软管，能够起到蓄能器的作用，简化了系统，减少了系统元件。(6)在油箱上采用两个大小相同的压力补偿器使闭式液压系统内部的压力高于或等于环境压力防止液压油泄漏，还能满足容积变化比较迅速以及系统启动过程的需要，既能满足补偿量的要求，也能满足动态品质的要求。
图1为本发明的液压驱动系统的原理图；图2为本发明的液压驱动系统的结构示意图；图3为油源的主视图；图4为振动油缸的主视图；图5为振动油缸的左视图。其中1-油源、2-振动油缸A、3_振动油缸B、4-电机、5-压力补偿器、6-油箱、
7-排气管、8-液压泵、9-缸体法兰、10-缸体、11-密封圈、12-前导向法兰、13-活塞杆、14-位置监测装置、15-高速电磁阀、16-壳体。
具体实施例方式下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。本实施例提供的扫雷用发声器的新型驱动系统，通过高压油源控制两个油缸，该液压驱动系统的原理如图1所示，采用高压液压油作为动力源，控制两个独立的油缸作为振动输出，分别驱动两个发声器的声辐射元件。本实施例中发声器A的声辐射元件为刚性活塞，发声器B的声辐射元 件为膜板。通过对两个振动油缸的单独控制，能够提供两种输出类型，通过振动油缸A驱动刚性活塞得到低频辐射声场，通过振动油缸B敲击膜板得到高频辐射声场，从而向高频拓展了液压驱动发声器的辐射声场范围。基于此原理的水下发声器液压驱动系统如图2所示，包括壳体16、油源1、振动油缸A2、振动油缸B3。其中振动油缸A2驱动发声器A的声福射兀件(刚性活塞)，振动油缸B3驱动发声器B的声辐射元件(膜板)。油源I的结构如图所示，包括电机4、压力补偿器5、油箱6、注油排气管7和液压泵8。其中油箱6独立成段，同轴固定在驱动系统壳体16的端部,油箱6与壳体16共形,作为壳体16的一部分。采用这种方式，油箱6能够直接与冷水接触，改善了散热环境，不需要额外的散热装置，简化了系统，同时减小系统尺寸，降低了重量。同时在油箱6内置液压泵、补偿器、滤油器、溢流阀等液压部件，这种布置方式一是减少了空间的占用，大幅度减小尺寸；二是使得液压泵的吸油比较顺畅，改善系统性能；三是能够利用油箱内的油进行散热，有利于液压泵的工作。油箱内置液压元件需要应与外界隔绝，通过压力补偿器密封、油箱端密封、电机轴端密封来实现密封功能，具体的密封形式为橡胶密封圈。同时油箱6的外形不是全圆形，在其下部设置有横弦段，留出空间以方便油箱6左右两侧的电缆和带压气体沟通。电机4、两个大小相同的压力补偿器5和排气管7均布置在油箱6与壳体16连接侧的轴向端面上。其中电机4的输出轴通过联轴器与位于油箱6内的液压泵8相连，电机4为整个液压系统提供动力。液压泵8采用齿轮泵形式，结构简单，故障率低。压力补偿器5的功能是使油箱6内部的压力保持高于或等于环境压力，提高系统的密封效果。在油箱6上同一水平位置设置有两个大小相同的压力补偿器5，压力补偿器5既能满足补偿量的要求，又能满足动态品质的要求。排气管7的功能是用来配合专门的注油装置，使系统在初始状态就能控制油道中气体的含量；同时能够配合长时间放置后再排气的操作过程，将该闭式系统中的气体尽量排尽。在油箱6与壳体16连接侧的端面上设置有出油口和进油口。振动油缸A2的结构如图4和图5所示，包括缸体法兰9、缸体10、密封圈11、前导向法兰12、活塞杆13、位置检测装置14和高速电磁阀15。缸体10内的活塞杆13将缸体10分为有杆腔和无杆腔；在缸体10无杆腔所在侧的轴向端面上安装缸体法兰9，在缸体10有杆腔所在侧的轴向端面上安装前导向法兰12 ;其中缸体法兰9用于将缸体10固定在壳体16上，前导向法兰12用于在实现对缸体10密封的同时在一定程度上可以防止活塞杆13的自由旋转。缸体10的活塞杆13与缸体10间采用高精度配合，这样活塞杆13上就没有可以磨损的部件，可大大提高振动油缸的使用寿命。前导向法兰12与缸体10的连接处设置密封圈11，材料可为聚四氟乙烯，主要作用是防止缸体10内的低压油外泄漏。在缸体10的有杆腔和无杆腔之间设置有适当的流体通道以形成一定的液阻。在缸体10的无杆腔所在侧的端面上设置有一个与无杆腔贯通的出油口和两个与无杆腔贯通的进油口，每个进油口处连接一个高速电磁阀15。高速电磁阀15采用高速应答阀，结构简单，故障率低，使用限制少，一个只控制进油，一个只控制出油，按照占空比控制高速电磁阀15的输出流量，实现对振动油缸流量的连续控制。所述高速电磁阀15与缸体10直接安装在一起，提高了阀控缸的响应速度，并且强迫缸体10无杆腔内的液压油形成流动，流回油箱6的液压油就可以得到有效的冷却。位置检测装置14的功能是对活塞杆进行位移监测，采用非接触式位移传感器。振动油缸B3和振动油缸A2的结构相同。
该液驱动系统的整体布局如图2所示振动油缸A2、振动油缸B3均通过缸体法兰和支架固定在壳体16内，振动油缸A2、振动油缸B3中活塞的轴向垂直于壳体16的轴向，同时为使整个系统结构紧凑，振动油缸A2、振动油缸B3中活塞的轴向不同。每个缸体10上的两个进油口各通过一条进油管路与油箱6上的出油口连接；每个缸体10上的出油口通过出油管路与油箱6上的进油口连接。出油管路和进油管路采用直径不小于20mm的大通径软管，能够起到蓄能器的作用，简化了系统，减少了系统元件。该系统的工作原理为油源I通过进油管路分别向两个独立的振动油缸供油，驱动油缸中的活塞运动，活塞运动频率和行程由振动油缸中的两个高速电磁阀联合控制，振动油缸中的活塞驱动与之配合的声辐射元件。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种水下发声器的液压驱动系统，其特征在于，包括壳体(16)、油源(I)、两个以上振动油缸；外围设备为两个以上水下发声器；所述每个振动油缸驱动一个水下发声器的声辐射元件； 所述油源(I)包括电机(4)、压力补偿器(5)、油箱(6)、排气管(7)和液压泵(8);在油箱(6)—侧的轴向端面上分别固定有电机(4)、排气管(7)和两个相同的压力补偿器(5);所述电机(4)的输出轴通过联轴器与位于油箱(6)内的液压泵(8)连接；所述两个压力补偿器位于同一水平位置； 所述振动油缸包括缸体法兰(9)、缸体(10)、前导向法兰(12)、活塞杆(13)、位置检测装置(14)和高速电磁阀(15);所述缸体(10)内的活塞杆(13)将缸体(10)分为有杆腔和无杆腔两部分，在缸体(10)无杆腔所在端的轴向端面固接缸体法兰(9)，在缸体(10)有杆腔所在端的轴向端面固接前导向法兰(12);所述缸体(10)无杆腔所在侧的端面上设置有一个与无杆腔贯通的出油口和两个与无杆腔贯通的进油口，所述每个进油口处连接一个高速电磁阀(15)，用于控制活塞杆(13)的运动频率和行程；所述高速电磁阀(15)固接在缸体(10)上；所述位置检测装置(14)固定在缸体(10)上，用于监测活塞杆(13)的位移； 该液压驱动系统的整体连接为所述壳体(16)为柱形结构，油箱(6)固定有电机(4)的轴向端面与壳体(16)同轴固接；所述两个以上振动油缸沿壳体(16)的轴向依次固定在壳体(16)内，具体为每个振动油缸通过缸体法兰(9)和支架固定在壳体(16)内，且振动油缸中活塞的轴向垂直与壳体(16)的轴向；壳体(16)上在每个振动油缸活塞杆(13)的对应位置加工有活塞杆的运动孔，每个活塞杆(13)驱动一个水下发声器的声辐射元件；在油箱(6 )与壳体(16 )连接侧的端面上设置有出油口和进油口，所述每个缸体(10 )上的两个进油口各通过一条进油管路与油箱(6)上的出油口连接；所述每个缸体(10)上的出油口通过出油管路与油箱(6)上的进油口连接。
2.如权利要求1所述的一种水下发声器的液压驱动系统，其特征在于，所述油源(I)中油箱(6)的外径与壳体(16)的外径一致。
3.如权利要求1所述的一种水下发声器的液压驱动系统，其特征在于，所述油箱(6)下部设置有横弦段。
4.如权利要求1所述的一种水下发声器的液压驱动系统，其特征在于，所述液压泵(8)米用齿轮泵形式。
5.如权利要求1所述的一种水下发声器的液压驱动系统，其特征在于，所述前导向法兰(12 )与缸体(10 )的连接处设置密封圈(11)。
6.如权利要求1所述的一种水下发声器的液压驱动系统，其特征在于，所述进油管路和出油管路均采用直径不小于20mm的软管。
7.如权利要求1所述的一种水下发声器的液压驱动系统，其特征在于，所述每个振动油缸活塞杆(13)的轴向方向均不一致。
8.如权利要求1所述的一种水下发声器的液压驱动系统，其特征在于，所述位置检测装置(14)为非接触式位移传感器。
全文摘要
本发明公开一种水下发声器的液压驱动系统，该系统采用高压液压油作为动力源，控制两个以上独立的油缸作为振动输出，每个油缸对应一个发声器的声辐射元件，从而实现多个输出。同时每个油缸采用两个高速电磁阀控制，实现流量的连接控制，且高速电磁阀响应速度快，解决了传统液压系统响应较慢，无法适应高频驱动的问题。高速电磁阀响应速度快、可靠性高、结构简单、体积小、故障率低、对液压油的清洁度要求不高，并且阀上的压降较大，不会在双驱动模式下出现干涉问题。本发明的液压驱动系统能够敲击膜板辐射高频声场，从而向高频拓展了液压驱动发声器的辐射声场范围。
文档编号H04R1/44GK103067818SQ201210594749
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者李志远, 柳占新, 艾艳辉, 宋昭海, 官红, 麻昔 申请人:中国船舶重工集团公司第七一〇研究所