1、专利申请模板 一种扭矩可调型海水液压冲击扳手说 明 书 摘 要本发明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。摘 要 附 图权 利 要 求 书 1、 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)
2、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1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
3、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(3.1),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,
4、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所述的海水液压冲击扳手,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
5、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
6、(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
7、);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(5.1),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(
8、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)。说 明 书一种水压冲击扳手技术领域 本发明涉及水下作业工具,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
9、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: 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
10、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; 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。 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。发明内容本发明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。 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从下往上依次为过流手柄2.6、开关节流阀
11、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。本发明的技术效果体现在:本发明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。本发明采用模块化设计,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。本发明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
12、马达,满足海水或淡水水下作业各种复杂的现场情况。附图说明图1是本发明实施例的整体结构示意图。图2是本发明实施例的驱动机构结构示意图。图3是本发明实施例的开关节流阀组件结构示意图。图4是本发明实施例的换向阀组件结构示意图。图5是本发明实施例的扳手机构结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。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1.1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
13、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3.10,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
14、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3.10,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
15、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
16、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,为提高本发明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3.1,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
17、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
18、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,
19、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O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
20、.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2.1,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
21、右运动,然后旋转换向手轮4.6一定角度(90度)左右,使换向手轮4.6的“一”字型限位槽与换向阀块4.1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
22、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2.1的输出轴相连接。传动轴5.10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.
23、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”
24、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5.11,轴承定位端盖5.11与轴肩配合实现对径向轴承5
25、.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2.1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
26、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5.1一起旋转,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
27、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
28、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,本发明在传动轴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。说 明 书 附 图图1 图2 图3 图4 图5
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