液壓畢業(yè)設(shè)計---液壓動力單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p>　　課 題 名 稱： 液壓動力單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　專 業(yè)： 機電一體化 </p&g

2、t;<p>　　班 級： </p><p>　　起 止 日 期： 2010年9月至2010年11月 </p><p>　　指 導 教 師： </p><p><b>　　設(shè)計說明書</b></p>

3、;<p><b>　　（學生填寫）</b></p><p>　　題目： 液壓動力單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要…………………………………………………………………………………1</p><p>　　前言……………

4、……………………………………………………………………2</p><p>　　第一章 液壓傳動的基本介紹……………………………………….3</p><p>　　1.1液壓傳動的早期運用 …………………………………………………………………3</p><p>　　1.2液壓傳動的應用范圍的基本原理 ……………………………………………………3</p><

5、;p>　　1.3液壓傳動系統(tǒng)的組成 …………………………………………………………………4</p><p>　　1.4液壓元件分類 …………………………………………………………………………5</p><p>　　1.5液壓傳動的優(yōu)缺點 ……………………………………………………………………5</p><p>　　第二章 各部件的選型………………………………………

6、……………….7</p><p>　　2.1 電動機的選型…………………………………………………………………………7</p><p>　　2.2 液壓泵的選型…………………………………………………………………………9</p><p>　　2.3 液壓泵與電動機之間連接的設(shè)計……………………………………………………12</p><p>　　2.

7、4 過濾器的選型…………………………………………………………………………13</p><p>　　2.5 壓力儀表的選型………………………………………………………………………14</p><p>　　2.6 接口部件的選型………………………………………………………………………15</p><p>　　2.7 密封裝置的選型…………………………………………………………

8、……………17</p><p>　　第三章 液壓動力單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析…………………………………19</p><p>　　3.1 液壓動力源的幾種結(jié)構(gòu)形式……………………………………………………….19</p><p>　　3.2 各種布置的比較…………………………………………………………………….19</p><p>　　3.3 布置方案

9、的選定…………………………………………………………………….20</p><p>　　3.4 油箱的設(shè)計………………………………………………………………………….21</p><p>　　3.5 系統(tǒng)壓力平衡問題的分析………………………………………………………….22</p><p>　　3.6 總體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………….2

10、7</p><p>　　第四章 材料的選擇…………………………………………………………28</p><p>　　4.1 油箱外壁材料的選擇………………………………………………………………28</p><p>　　4.2 壓力平衡結(jié)構(gòu)中的非金屬材料的選擇……………………………………………29</p><p>　　4.3 油箱壁的強度校核………

11、…………………………………………………………31</p><p>　　4.4壓力平衡結(jié)構(gòu)的體積校核…………………………………………………………31</p><p>　　總結(jié)…………………………………………………………………34</p><p>　　謝辭…………………………………………………………………35</p><p>　　參考文獻…………

12、…………………………………………………36</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著各國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和世界人口的不斷增加，人類消耗的自然資源越來越多，開發(fā)“藍色經(jīng)濟”以勢在必行，海洋站地球表面積得71%，在海底及海洋中，蘊藏著極其豐富的生物資源及礦產(chǎn)資源。要向海洋索要資源，目前，人們共同面臨和急需解決的問題便是采用先進的跨學科的技術(shù)手段來探

13、索、開發(fā)神秘的海洋。因此一個能適應深海環(huán)境的液壓動力源的出現(xiàn)，已迫在眉睫。</p><p>　　本文設(shè)計內(nèi)容為開發(fā)一套6000m深海液壓動力單元，工作壓力位21MPa、額定排量35mL/min。作為液壓動力源，在考慮了一般陸地環(huán)境必須注意的問題，如液壓系統(tǒng)的污染、泄露、液壓沖擊、振動和噪聲外，還必須要考慮在深海環(huán)境下的新的問題。深海液壓動力單元的設(shè)計難點和重點歸納起來包括壓力平衡問題、密封問題、電纜的接口問題以及

14、材料的防腐蝕問題。</p><p>　　眾所周知，海洋深處是有很大的壓力的，而且隨著深度的加深，壓力也就越大，當?shù)竭_6000m時，壓力為60MPa，如果這么大的壓力都由液壓動力源來承擔，再加上系統(tǒng)工作所需的壓力，液壓泵的負擔是很重要的，而且這樣也很不經(jīng)濟，液壓動力單元的效率會非常低，同時整個結(jié)構(gòu)外殼也必須做得很厚以承受水壓，這樣就加大了系統(tǒng)的重量，在系統(tǒng)的密封工作方面，也會帶來很大難度，所必須要設(shè)計一個特別裝置來

15、平衡裝置，同時也對壓力平衡厚的系統(tǒng)密封問題、電纜接口問題和材料的防腐蝕問題進行了分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：動力單元，壓力平衡，液壓系統(tǒng)。</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　制造業(yè)的歷史可追溯到幾百年前的舊石器的時代。猿進化成人的一個重要的標志就是工具的制造?？梢?，工具的制造對人類的影響是極其巨大的。從某種程

16、度上說，工具是先進水平?jīng)Q定著生產(chǎn)力的提高發(fā)展與變革，是伴隨著勞動工具的發(fā)展與變革。制造業(yè)是任何一個發(fā)達國家的基礎(chǔ)工業(yè)，是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。而在制造業(yè)中，液壓系統(tǒng)又是制造業(yè)的基礎(chǔ)，得到了各個國家的高度重視。尤其在今天以知識為驅(qū)動的全球化經(jīng)濟浪潮中，由于激烈的市場競爭，夾具工業(yè)的內(nèi)涵、深度和廣度都發(fā)生著深刻的而變化，各種新的液壓系統(tǒng)、制造加工方法不斷出現(xiàn)，推動著我們的社會不斷的向前發(fā)展。</p><p>　

17、　液壓系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)。它的技術(shù)水平在很大程度上決定了產(chǎn)品的質(zhì)量和市場的競爭力。隨著我們加入“WTO”步伐的日益加快?！叭胧馈睂ξ覀儕A工具產(chǎn)生重大而深遠的影響，經(jīng)濟全球化的趨勢日益明顯，同時世界眾多知名公司不斷進行結(jié)構(gòu)調(diào)整，國內(nèi)市場的國際性進一步顯現(xiàn)，該行業(yè)的將經(jīng)受更大的沖擊，競爭也會更加劇烈。在如此嚴峻的行業(yè)背景下，我們的技術(shù)人員經(jīng)過不斷的改革和創(chuàng)新使得我國的磨具水平有了較大的提高，大型、復雜、精密、高效和長壽命的液壓有上了新臺

18、階。</p><p>　　液壓式每個機制制造方面目前普遍的，它可以大批量生產(chǎn)，節(jié)省人力物資，效率相對高，操作方便，結(jié)構(gòu)合理，它的成本低廉，適合廣大人群所承受的能力。</p><p>　　第一章 液壓傳動的基本介紹</p><p>　　1.1 液壓傳動的早期運用</p><p>　　1795年英國約瑟夫·布拉曼(Joseph Bra

19、man,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機的形式將其應用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。1905年將工作介質(zhì)水改為油，又進一步得到改善。 </p><p>　　第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動廣泛應用，特別是1920年以后，發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在19 世紀末20 世紀初的20年間才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，

20、為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20 世紀初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究；1910年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。 </p><p>　　第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間，在美國機床中有30%應用了液壓傳動。應該指出，日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近20 多年。

21、在1955 年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動，1956 年成立了“液壓工業(yè)會”。近20～30 年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，居世界領(lǐng)先地位。</p><p>　　1.2液壓傳動的應用范圍的基本原理</p><p>　　液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥

22、調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 </p><p>　　液壓傳動的基本原理：液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力

23、能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經(jīng)過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓</p><p>　　執(zhí)行元件(液壓缸或馬達)把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，從而驅(qū)動工作機構(gòu)，實現(xiàn)直線往復運動和回轉(zhuǎn)運動。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。</p><p>　　在液壓傳動中，液壓油缸就是一個最簡單而又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析它的工作過程，可

24、以清楚的了解液壓傳動的基本原理。</p><p>　　1.3液壓傳動系統(tǒng)的組成</p><p>　　液壓系統(tǒng)主要由：動力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 </p><p>　　1、動力元件（油泵）</p><p>　　它的作用是利用液體把原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動中的

25、動力部分。 </p><p>　　2、執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達）</p><p>　　它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉(zhuǎn)運動。 </p><p><b>　　3、控制元件</b></p><p>　　包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無級調(diào)節(jié)液動機的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液

26、體的壓力、流量和流向進行調(diào)節(jié)控制。 </p><p><b>　　4、輔助元件</b></p><p>　　除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭(擴口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。 </p><p><b>　　5、工作介質(zhì)&

27、lt;/b></p><p>　　工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　1.4液壓元件分類</b></p><p>　　動力元件- 齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵...... </p><p>　　執(zhí)行元件-液壓缸：活塞液壓缸、柱塞液壓缸、擺動液壓

28、缸、組合液壓缸 </p><p>　　液壓馬達-齒輪式液壓馬達、葉片液壓馬達、柱塞液壓馬達 </p><p>　　控制元件-方向控制閥：單向閥、換向閥 </p><p>　　壓力控制閥-溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等 </p><p>　　流量控制閥-節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥 </p><p>　　輔助元件-蓄能器

29、、過濾器、冷卻器、加熱器、油管、管接頭、油箱、壓力計、流量計、密封裝置等。</p><p>　　1.5液壓傳動的優(yōu)缺點</p><p><b>　　1、液壓傳動的優(yōu)點</b></p><p>　　（1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達的重量只有電動機的10％～20%。因此慣性力較小，當突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊； </p>

30、<p>　?。?）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達1：2000(一般為1：100）。 </p><p>　?。?）換向容易，在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復運動的轉(zhuǎn)換； </p><p>　?。?）液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制； </p><p&g

31、t;　?。?）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； </p><p>　?。?）操縱控制簡便，自動化程度高； </p><p>　?。?）容易實現(xiàn)過載保護。 </p><p>　　（8)液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化、便于設(shè)計、制造和使用。 </p><p><b>　　2、液壓傳動的缺點

32、</b></p><p>　?。?）使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔； </p><p>　　（2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高； </p><p>　?。?）液壓元件維修較復雜，且需有較高的技術(shù)水平； </p><p>　?。?）液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動不宜在

33、很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-15℃~60℃范圍內(nèi)較合適。 </p><p>　?。?）液壓傳動在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損失大，故系統(tǒng)效率較。</p><p>　　第二章 各個部件的選型</p><p>　　液壓動力源的設(shè)計要求各部件布置緊湊、振動和噪聲小、結(jié)構(gòu)密封性好、性價比高。本節(jié)介紹液壓動力系統(tǒng)中的液壓泵、電動機、

34、過濾器、壓力儀表、接口部件等各個的重要部件的選型。</p><p>　　2.1 電動機的選型</p><p>　　現(xiàn)在常用的電動機有步進電動機、直流電動機、異步電動機、伺服電動機等。</p><p>　　步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應的機械角位移或直線位移的控制信號，在數(shù)控機床上有較廣泛的應用，對于本設(shè)計是不使用的，所以電動機只可能在直流電動和交流電動機中進

35、行選擇。</p><p>　　直流電動機是將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能，具有啟動性能和調(diào)速性能好、過載能力大等優(yōu)點，在大型機床、電力機車、船舶機械和紡織機械等設(shè)備有廣泛的應用，但直流電動機的電刷機構(gòu)是一個致命缺陷，影響了電動機的使用壽命，使結(jié)構(gòu)也變得復雜。相對而言，交流電動機，特別是三相交流異步電動機的維護和操作方便、堅固耐用、工作可靠，雖然調(diào)速性能沒有直流電動機好，功率因數(shù)低，但液壓泵對電動機速度控制要求不高，異步電

36、動機已經(jīng)可以很好地控制速度，所以交流電動機的應用范圍還是相當廣的。</p><p>　　深海電動機設(shè)計的難點在于其密封技術(shù)，由于深海環(huán)境下巨大的外界壓力以及海水的強導電性能，故電動機一般采用內(nèi)部充油設(shè)計，并進行壓力補償。外殼采用耐腐蝕的金屬材料（如鈦合金、表面處理的高強度鋁等）。這樣一來，無論是電動機本體的靜密封還是轉(zhuǎn)軸處的動密封均比較容易實現(xiàn)。而對于內(nèi)部線圈，必須可以在高壓油環(huán)境下正常工作。</p>

37、<p>　　根據(jù)所查找的資料，一般的深海電動機都是采用直流的，但通過之前的討論已經(jīng)知道，直流電動機存在著電刷的問題，直流有刷電動機換相時，電刷與換向器會產(chǎn)生火花，碳化補償油，造成電動機轉(zhuǎn)子短路，損壞電動機，因此其密封只能采用承壓方式，這既增加了電動機的尺寸和重量，又限制了其適用的水下深度。除了直流有刷電動機外，還有直流無刷電動機，直流無刷電動機與直流有刷電動機的價格相當，而密封機構(gòu)大大簡化，電動機殼體內(nèi)外壓力平衡。電動機的

38、定子機殼、前端蓋、后端蓋構(gòu)成一個密封殼體，屬于靜密封問題。因此在前、后端蓋處采用O形圈進行密封。</p><p>　　軸伸處的密封屬于動密封，是水下電動機中最難解決的問題之一。因為電動機軸只要旋轉(zhuǎn)，軸與機殼處就會有間隙。如果仍然采取在軸與機殼間加O形圈密封的方法，當電動機高速旋轉(zhuǎn)時，會導致O形密封圈的磨損、發(fā)熱乃至變形，在較高的水壓下，就容易漏水，所以軸伸處僅采取加O形圈密封的方法已不可靠。工程技術(shù)人員在這方面做

39、了大量的工作，如采用德國洪格爾組合密封圈進行動密封。</p><p>　　組合密封圈由聚四氟乙烯內(nèi)環(huán)與O形圈外環(huán)的有機結(jié)合解決了這個問題。當電動機旋轉(zhuǎn)時，軸與聚四氟乙烯環(huán)產(chǎn)生相對摩擦。由于聚四氟乙烯材料有極好的耐磨、耐高溫性能，大大降低了磨損、發(fā)熱乃至變形影響。并且電動機內(nèi)充有壓力補償油，電動機內(nèi)外壓平衡，軸與聚四氟乙烯環(huán)間還會形成油膜，從而保證了軸伸處的深水可靠動密封。</p><p>

40、　　組合密封只是在O形圈內(nèi)環(huán)增加了聚四氟乙烯環(huán)，所以尺寸、重量及安裝方法與O形圈類似，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單等特點。因此，選用深海直流無刷電動機是個相當不錯的選擇。</p><p>　　本文計算的功率是根據(jù)液壓泵在滿負載額定轉(zhuǎn)速下計算出來的系統(tǒng)最大功率要求。已知液壓泵的排量是V=35ml/r,泵的壓力=21MPa，這里深海選定泵的轉(zhuǎn)速n=1500r/min，泵的總效率取=0.98。</p><p

41、><b>　　流量：</b></p><p>　　q=Vn×10=1500×35×10=52.5（L/min） （3-1）</p><p><b>　　功率：</b></p><p>　　P===19.34（kW）

42、 （3-2）</p><p>　　式中 q——液壓泵的流量，L/min；</p><p>　　V——液壓泵的排量，ml/r；</p><p>　　n——電動機的轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p><b>　　——系統(tǒng)總效率；</b></p><p>　　P

43、——電動機的功率，kW。</p><p>　　最后確定電動機的功率為22kW。</p><p>　　2.2 液壓泵的選型</p><p>　　液壓泵是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換元件，在液壓傳動中，液壓泵是動力元件，向液壓系統(tǒng)提供液壓能。就排量而言，液壓泵分為定量泵和變量泵。按構(gòu)成密封工作容積的方法和吸、排油機理可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵四類，如

44、圖2-1所示。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p><b>　　齒輪泵</b></p><p>　　齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、體積小、工作可靠，具有良好的自吸能力并對油污不敏感，耐沖擊性負載。但齒輪泵的零件在磨損后不易修復，零件組裝是選配，互換性差，常因個別零件損壞而不得不更換新泵。齒輪泵具有較大的轉(zhuǎn)速范圍

45、，但轉(zhuǎn)速不能太高，否則油液在離心力的作用下不能充滿整個工作空間，并對吸油形成阻力，產(chǎn)生“吸空”現(xiàn)象。齒輪泵的轉(zhuǎn)速也不能太低，否則由于流量減小，容積效率下降，它的吸油口、排油口不能互換，旋轉(zhuǎn)方向有明確規(guī)定。</p><p><b>　?。?）葉片泵</b></p><p>　　葉片泵結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，流量均勻、運動平穩(wěn)、噪聲小、容積效率高、壽命較長，但為使葉片泵可靠地吸

46、油；轉(zhuǎn)速必須在500~1500r/min范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速太低，葉片不能緊壓定子的內(nèi)表面，無法吸油；轉(zhuǎn)速過高，則造成泵的“吸空”現(xiàn)象。葉片泵對油液中的污染物很敏感，污物會影響葉片泵工作的可靠性，油液不清潔會使葉片卡死，因此必須保證油液良好過濾和環(huán)境清潔。此外，因葉片有安裝傾角，固轉(zhuǎn)子必須按規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向使用。</p><p><b>　　柱塞泵</b></p><p>　　

47、柱塞泵依靠柱塞在缸中往復運動形成密封工作容積的變化實現(xiàn)吸油與排油。與齒輪式和葉片泵相比，柱塞泵具有如下優(yōu)點。</p><p>　　柱塞泵的工作壓力高。因為柱塞與孔容易加工，尺寸及表面質(zhì)量可以達到很高的精度，所以配合精度高、泄露小、容積效率高，工作壓力一般為20～40MPa。最高壓力可達到100MPa。</p><p>　　流量范圍大。適當增加柱塞數(shù)目或增大柱塞直徑，即可增大流量。</

48、p><p>　　變量形式多。改變柱塞形成，即能改變泵的排量，可構(gòu)成多種變量泵。柱塞泵主要零件均受壓，材料強度可以得到充分利用，壽命長，單位功能的重量小。</p><p><b>　　螺桿泵</b></p><p>　　螺桿泵與其他容積式液壓泵相比，結(jié)構(gòu)緊湊，流量、壓力無脈動，自吸能力強，允許較高的轉(zhuǎn)速，工作可靠，壽命長。常用于傳動要求十分平穩(wěn)的精密

49、度機床，如鏡面磨床；也用于工作可靠性要求很高的裝置中，如飛機和輪船。</p><p>　　用于各類泵的比較，以及本設(shè)計的要求壓力是21MPa，是一個不小的壓力，并且是工作在深海作為一些機構(gòu)的動力源，流量范圍要求會比較大，所以選用柱塞泵。柱塞泵有軸向和徑向之分，因徑向布置不如軸向布置緊湊，故泵的體積和重量都較大。柱塞與定子為點接觸，應力高，配油軸磨損后間隙不能補償，漏損較大，故這種徑向泵的工作壓力、容積效率和轉(zhuǎn)速都

50、比軸向柱塞泵低。深海液壓系統(tǒng)用液壓泵的設(shè)計還要考慮振動和噪聲問題，因為如果振動和噪聲較高會影響整個執(zhí)行系統(tǒng)上其他設(shè)備（如聲納等）的正常運行。而在振動和噪聲指標滿足要求的情況下，一般路上液壓系統(tǒng)用液壓泵均可滿足深海的使用要求。最后選擇斜盤軸向式柱塞泵。</p><p>　　傳統(tǒng)的泵是整個油路的一部分，除了選擇泵外，還要連接一些液壓閥及相關(guān)油路來組成一個基本回路，現(xiàn)在有些泵已經(jīng)集成了一些基本的液壓控制閥，這樣就簡化了

51、整個油路的設(shè)計?？紤]到本次設(shè)計所要求的排量為35mL/r，壓力為21MPa，最終選用某公司的C4低壓卸荷控制型液壓泵，具體型號為BK35-F-R-C4-＊-A-K-11,起主要參數(shù)如下。</p><p>　　·排量：35ml/r。</p><p>　　·最高壓力：25MPa。</p><p>　　·額定轉(zhuǎn)速：1500r/min。<

52、/p><p>　　·最高轉(zhuǎn)速:2200r/min。</p><p>　　·容積效率：0.98。</p><p>　　泵的外形結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 泵的外形結(jié)構(gòu)及主要尺寸圖</p><p>　　2.3 液壓泵與電動機之間連接的設(shè)計</p><p

53、>　　傳統(tǒng)的設(shè)計，電動機和液壓泵之間是通過一個聯(lián)軸器連接在一起的，電動機的轉(zhuǎn)矩通過聯(lián)軸器傳遞到液壓泵，但是這種連接方式占用的體積較大，且工作時聯(lián)軸器會發(fā)出很大的噪聲，會影響它在某些場合的應用，并且會降低效率，所以在結(jié)構(gòu)上準備選擇液壓泵輸出軸和電動機輸出軸連成一體的通軸結(jié)構(gòu)，這樣在結(jié)構(gòu)上能簡化很多，噪聲問題也會有很大的改善。</p><p>　　當然制成通軸也會有一定的問題，首先這根軸就是一個單件生產(chǎn)的零件，

54、成本比較高，而且怎么將電動機和泵的內(nèi)部元件連接在一起，能不能連接上還是個問題，因為軸的兩端分別連接著電動機的轉(zhuǎn)子和液壓的內(nèi)部元件。本設(shè)計使用的液壓泵已經(jīng)在前面設(shè)計中選擇好了，下面就其具體的安裝問題，對通軸的可行性進行分析。</p><p>　　將液壓泵和電動機解剖后，其主要部件如圖2-3所示。</p><p>　　從圖2-3可以清楚地觀察到將電動機軸和液壓泵制成同一個軸的結(jié)構(gòu)在安裝方面是沒

55、有問題的，只要將各個部件依次從右往左安裝，具體安裝順序依照圖2-3所示的編號順序，所以本文在這部分的設(shè)計采用通軸結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖2-3 系統(tǒng)只要部件</p><p>　　1—電動機外殼；2—通軸；3—電動機轉(zhuǎn)子；4—電動機封蓋；</p><p>　　5—軸承；6—液壓泵外殼；7—斜盤和柱塞；8—缸體；</p><p>　　9—

56、配流盤；10—液壓泵蓋</p><p>　　2.4 過濾器的選型</p><p>　　液壓系統(tǒng)中故障的80%是由工作介質(zhì)受污染引起的。保持液體介質(zhì)的清潔是保證系統(tǒng)可靠工作的關(guān)鍵，而使用過濾器是主要手段。過濾器的主要作用就是清除液體介質(zhì)中的固體污染物。</p><p><b>　?。?)過濾器的分類</b></p><p&g

57、t;　　過濾器按濾芯分為兩大類，既深度型濾芯和表面型濾芯過濾器。深度型過濾器強迫介質(zhì)流過多層濾材，當介質(zhì)流過相互糾纏的通道時污染物被捕獲。這些過濾器通常都由具有吸油能力的元件構(gòu)成，其濾芯可以網(wǎng)住污染顆粒。有吸附能力的濾芯可使污染物黏附在濾芯表面。</p><p>　　表面型濾芯由單層濾材構(gòu)成，介質(zhì)必須流過該濾層，由帶網(wǎng)孔的金屬或鋼絲篩制成，因此它們有著非常一致的孔徑，從而限制能通過的最大圓形硬顆粒的尺寸。<

58、/p><p>　　過濾器類型及相應的用途如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 過濾器的種類及用途</p><p><b>　　（2）過濾精度</b></p><p>　　表示過濾器性能等級的指示是過濾精度。過濾精度是指過濾器所能過濾雜質(zhì)顆粒的大小。不同用途的液壓系統(tǒng)對油液的過濾精度要求不同。液壓私服系統(tǒng)對油液過濾精

59、度要求最高；液壓高的系統(tǒng)中由于液壓元件間隙小，對油液過濾精度要求也較高。過濾精度的選取可參考表2-2。</p><p>　　表2-2 過濾精度的選取</p><p><b>　　過濾器的選擇</b></p><p>　　過濾器的選擇主要根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力、介質(zhì)的性質(zhì)、元件等工作條件進行?？紤]到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)問題，不可能在所有部位上安裝過濾器，根據(jù)

60、本文所設(shè)計的系統(tǒng)，最后決定只在裝置的回油路安裝回油過濾器。本文所設(shè)計的壓力為21Mpa，根據(jù)表2-2，選取過濾精度為10um的過濾器，這樣的精度已經(jīng)足夠了。</p><p>　　一般的回油過濾器有如下幾種類型。</p><p>　　·YLH型箱上回油過濾器。</p><p>　　·RFA型微型回油過濾器</p><p>　

61、　·SRFA型雙筒箱上回油過濾器。</p><p>　　·RFB型箱側(cè)回油過濾器。</p><p>　　·管路易拆式回油過濾器（YH）</p><p>　　·管路易拆式雙筒回油過濾器（2YH）</p><p>　　·ZU-A型回油過濾器。</p><p>　　考慮到設(shè)計

62、要求回油過濾器結(jié)構(gòu)緊湊，因此，過濾器選擇結(jié)構(gòu)尺寸相對較小的RFA型微型回油過濾器，系統(tǒng)的流量是52.5L/min, 并且要求的過濾精度為10, 所選擇的過濾器型號為RFA-63×10,連接方式為螺紋連接。</p><p>　　2.5壓力儀表的選型</p><p>　　一般的液壓系統(tǒng)會在油路上安裝壓力表，用來測定管路上的壓力，并且使用的大都是表盤機械式壓力表，當然稍高檔的設(shè)備使用的

63、一般是數(shù)顯壓力表。傳統(tǒng)的機械式壓力表能測定的壓力范圍不是很大，一般是0~60MPa。本文設(shè)計的液壓動力源，工作壓力有可能大于60MPa，使用本系統(tǒng)所需要的壓力儀表的測量范圍在0~100MPa，并且需要的是電子式壓力儀器，能把壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸?shù)浇邮掌鳌?lt;/p><p>　　某公司生產(chǎn)的一款型號為KH17的壓力傳感器比較合適，這種壓力傳感器采用半導體應變片將壓力轉(zhuǎn)換為電信號。其感應元件采用的是蒸發(fā)式半導體應變

64、片，穩(wěn)定性和可靠性很高。該傳感器沒有移動部件存在，所以抗震和抗沖擊性很強，由于這種壓力傳感器采用了金屬隔膜，因而表現(xiàn)出了非常好的耐腐蝕性和抗過載性。有規(guī)格為0~100MPa的產(chǎn)品，本設(shè)計選擇此型號的壓力傳感器。</p><p>　　2.6 接口部件的選型</p><p>　　一個系統(tǒng)的運行總需要一個能量的來源以及一些信號的傳輸，本系統(tǒng)的電動機就需要電力的來源，內(nèi)部的電磁閥、壓力傳感器之類的

65、部件需要傳遞弱電信號，這樣必定要向油箱外引線，這就要解決信號輸出也就是軟細線引入和引出油箱腔體的密封問題，實現(xiàn)軟細線導線密封的部件稱為引電器。在深海作業(yè)中，液壓動力源裝置的應用深度較深，壓力很大，這樣就給密封帶來了一定的困難。</p><p>　　軟細導線的密封方法，大體上有三類：</p><p><b>　　·用膠填實密封</b></p>&

66、lt;p>　　·用商業(yè)化的水密接插件</p><p>　　·設(shè)計某些機型結(jié)構(gòu)，在工作情況下越壓越緊，從而實現(xiàn)密封。</p><p>　　用膠填實密封是將膠及細導線直接澆注在小孔中，實現(xiàn)密封。膠密封的原理是：膠是“流變密封材料”，可將導線索要穿過的小孔看成阻尼孔，在高壓下，膠呈流動性，沿小孔形成壓力降，而當壓力小到一定值后，膠又失去流動性而成固態(tài)，從而保證了密封。膠

67、可用環(huán)氧樹脂膠型AB膠，所能承受的壓力很高，可用于超高壓密封。</p><p>　　用膠填實小孔密封，造價低，也可實現(xiàn)密封。但也有許多的缺點：用膠填實密封，使得小孔的直徑不能很大，所引的導線也就不可能很多；如果小孔的直徑太大或小孔的長度較長時，膠有一定的黏度，容易灌滿整個小孔，易產(chǎn)生泄漏；A、B兩膠混合在一起調(diào)制時，一般會有反應，有的會放熱，膠在調(diào)制的過程中就產(chǎn)生了氣泡，對密封很不利，會有滲漏；易老化，不可長時間

68、使用，膠老化，密封性能救大為降低，且對溫度較高的場合也不適用；不利于拆卸傳感器以對傳感器進行保養(yǎng)、維護。</p><p>　　用水密接插件有許多優(yōu)點，可以傳輸各種電信號，密封可靠，拆卸較為方便。但是也有許多不足之處：價格昂貴，水密插件頭價格一般會在一萬元以上；對電信號要求較高時不適用，如某些化學傳感器，就不希望另接導體；無法適用于光纖傳感器；成功率不適很高，一般在50%左右。</p><p&g

69、t;　　本次設(shè)計采用的解決的方案屬于第三類，既設(shè)計某些結(jié)構(gòu)實現(xiàn)密封，適合自制，造價低，且能滿足應用要求。</p><p>　　在參閱了大量資料后，由于條件有限不能對此類產(chǎn)品進行驗證，但應該說在性能方面能滿足設(shè)計要求，由于本結(jié)構(gòu)不是本文的重點，在此只對其原理進行簡單描述。</p><p>　　圖2-4中，上墊6、密封材料7、下墊9上、下表面都有通孔，三個零件通孔位置一致，便于穿線。通孔最好是

70、對稱的，且通孔要遠離圓柱上、下表面圓心，向周邊布置，這樣壓緊時受力較好，容易壓緊。所打的通孔個數(shù)可以很多，可以實現(xiàn)多根導線的密封。三個零件疊在一起，放于有臺肩的通孔中，中間穿過導線，外面再用壓緊螺母1與上墊6有接觸部分，而壓緊螺母是要旋轉(zhuǎn)推進壓緊的，這就會使上墊6同樣跟著旋轉(zhuǎn)，那么導線將會被攔腰截斷。而密封材料7與下墊9由于摩擦力及軸向的壓緊力會跟著旋轉(zhuǎn)，至少不能保證與上墊6同步旋轉(zhuǎn)。所以在上墊6上開有一個鍵槽，鍵槽寬度與止動螺釘10的

71、直徑相當，擰緊止動螺釘10，使得不能旋轉(zhuǎn)，只可軸向運動，從而壓緊密封材料，實現(xiàn)密封。</p><p>　　圖2-4 引線接口部件</p><p>　　1—壓緊螺母；2—郵箱壁；3—端蓋；4—O形線圈；</p><p>　　5—螺釘；6—上墊；7—密封材料；8—引線；</p><p>　　9—下墊；10—止動螺釘</p>&l

72、t;p>　　2.7密封裝置的選型</p><p>　　密封的功能是防止設(shè)備泄漏，起密封作用的零件稱為密封件或簡稱密封。設(shè)備的密封性能是評價機械產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標，對密封的基本要求是嚴密、可靠、壽命長，并且力求結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)簡單，制造維修方便，成本低廉。因大多數(shù)密封件是易損件，故應保證標準化、系列化程度較高。</p><p>　　密封裝置包括兩大類；動密封和靜密封。動密封一般又可以

73、分為接觸式密封和非接觸式密封，通常情況下選用接觸式的，這是由于非接觸式的密封裝置結(jié)構(gòu)較復雜。</p><p>　　由于本文所設(shè)計的液壓動力源是使用在深海，所以良好的密封對性能的影響尤其重要，這也是本設(shè)計的難點之一。當?shù)篮Ｆ矫嬉韵?000m時，壓力就已經(jīng)達到30MPa，到海平面以下6000m時，壓力將到達60MPa，這么大的壓力對密封裝置來說，是一個比較大的考驗，特別是動密封處。針對這個問題，在前面設(shè)計已經(jīng)考慮了，

74、本設(shè)計采用了壓力平衡裝置，這樣，內(nèi)部油液的壓力和外部海水的壓力基本相同，內(nèi)外壓差為零，對系統(tǒng)的靜密封要求就非常低了，大部分結(jié)構(gòu)都能滿足要求，但考慮到安全性、實用性、方便性，本系統(tǒng)選取O型圈作為主要的靜密封件，如在油箱的進油口、出油口、液壓泵的壓力油出口處以及電動機和油箱外殼的鏈接處等都采用了O形圈結(jié)構(gòu)。由于油箱后蓋的形狀很不規(guī)則，沒辦法采用O形圈結(jié)構(gòu)，此處就設(shè)計一個異形墊片來密封。</p><p>　　靜密封結(jié)構(gòu)

75、已經(jīng)選定，接下來就是對動密封結(jié)構(gòu)的選取。本系統(tǒng)設(shè)計的液壓動力源需在電動機和液壓泵的連接處安裝一個動密封裝置，因為深海電動機內(nèi)部的電動機油和液壓系統(tǒng)使用的液壓油不是同一種，不能將其混合在一起。</p><p>　　動密封件的安裝位置如圖2-5所示。</p><p>　　電動機也采用壓力補償式結(jié)構(gòu)，所以電動機內(nèi)部油液壓力也是與海水壓力相等的，也就是電動機油和液壓油壓力差等于零，這樣對動密封處的

76、要求又是很低了，一般的油封都能滿足要求。但是雖然壓力差為零，密封裝置還要承受幾十兆帕的內(nèi)壓，有可能會因為過大的內(nèi)壓導致密封結(jié)構(gòu)的變形而使得密封失效，所以在選取裝置時還是要注意此類問題。這里選用一種多級密封裝置，其所能承受的壓力可以達到100MPa，所以肯定能滿足設(shè)計要求的，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-6所示。</p><p>　　此類多級密封裝置在各類設(shè)備中應用較少，不是標準件，加上本文所研究的重點不是在密封處，所以在此就

77、不對其結(jié)構(gòu)原理進行過多分析，只是表明能滿足設(shè)計要求，本設(shè)計也選取多級密封作為動密封裝置。</p><p>　　圖2-5 動密封件的安裝位置</p><p>　　圖2-6 多級密封裝置</p><p>　　第三章 液壓動力單元的結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　3.1 液壓動力源的幾種結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　液

78、壓動力源按布置方式分為上置式、非上置式和柜式三種。</p><p>　?、偕现檬揭簤簞恿υ?。泵組布置在油箱之上的布置方式稱為上置式。上置式布置方式按電動機的擺放位置又可分為立式和臥式。當電動機立式安裝，液壓泵置于油箱內(nèi)時，稱為立式液壓動力源；當電動機臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時，稱為臥式液壓動力源。</p><p>　?、诜巧现檬揭簤簞恿υ础⒈媒M布置在底座或地基上的液壓動力源稱為非上置

79、式。如果泵組安裝在與油箱一體的公用底座上，則稱為整體型液壓動力源；將泵組單獨安裝在地基上則稱為分離型液壓動力單元。整體型液壓動力源又可分為旁置式和下置式兩種。</p><p>　?、酃袷揭簤簞恿υ?。將泵組和油箱整體置于封閉型柜體內(nèi)的結(jié)構(gòu)稱為柜式液壓動力源。</p><p>　　3.2 各種布置的比較</p><p>　　上置式液壓動力源占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置

80、于油箱內(nèi)的立式安裝動力源，噪聲低且便于收集漏油，一般應用于中小功率的液壓泵站。當采用臥式動力源時，由于液壓泵置于油箱之上，必須注意各類液壓泵的吸油高度，以防液壓泵油口處產(chǎn)生過大的真空度，造成吸空或氣穴現(xiàn)象。</p><p>　　非上置式液壓動力源由于液壓泵置于油箱液面以下，故能有效改善液壓泵的吸入能力，這種動力源裝置高度低，便于維護，但占地面積大，適用于泵的吸入允許高度受限制，傳動功率較大，而使用空間不受限制，以

81、及開機率低，使用時又要求很快投入運行的場合。新一代的這種布置方式的液壓動力源可以將液壓泵組、油箱組件、控溫組件等集成為一個整體，機構(gòu)做得相當緊湊，并且能保證一定壓力和排量，如近些年來出現(xiàn)的通用性較強的液壓動力單元就是典型代表。</p><p>　　柜式液壓動力源裝置可在柜體上方便地布置各類儀表板和電控箱，且外觀整齊美觀，因泵組被柜體封閉而屏蔽了噪聲，同時能有效減少外界污染，其缺點是由于需顧及操作和維護的空間及液壓

82、系統(tǒng)的散熱，致使其外形尺寸較大，通常僅在中、小功率場合及實驗室采用。</p><p>　　3.3 布置方案的選定</p><p>　　考慮到本次設(shè)計的液壓動力源的實際使用環(huán)境，在滿足壓力和排量要求的前提下，整個系統(tǒng)做得越小越緊湊越好，不僅占地面積小，而且也節(jié)省了不少材料，在這個大前提下，處在體積和布置上向液壓動力單元形式靠近。</p><p>　　因為海水的腐蝕性，

83、液壓動力單元最外層與海水接觸部分材料要選用特殊材料，并且希望這種材料的面積盡量小且形狀規(guī)則，如果電動機和液壓泵放在油箱外面，這樣必將增加外殼材料表面積，也會使得外殼的形狀相對復雜隨之而來的裝配和焊接問題就會更多，這里采用將電動機和液壓泵放在油箱內(nèi)部。</p><p>　　一般陸地環(huán)境使用的普通三相異步電動機，電動機外殼內(nèi)是有空氣的，這樣就是需要在電動機軸的出口處加動密封裝置，防止液壓油進入電動機線圈內(nèi)，因為當海水

84、深度達到6000m時，壓力將達到60MPa，所以對這個密封裝置的要求很高。為解決這個問題，考慮將電動機換成現(xiàn)在較為先進的水下電動機，由于這項技術(shù)屬于較為前沿的技術(shù)，還沒有完整的系統(tǒng)材料，所以下面引用國外某水下電動機的資料。</p><p>　　水下電動機應著重考慮電動機耐受水壓以及水的隔離問題，某公司的產(chǎn)品采用了兩種方法。</p><p>　　·耐水壓的機械結(jié)構(gòu)：采用高機械強度材

85、料增加壁厚的機殼以承受水壓及隔離海水。</p><p>　　·平衡壓力結(jié)構(gòu)：電動機內(nèi)部充油，以非金屬膜盒加以封閉，靠此膜盒的伸縮適應內(nèi)部油液的熱膨脹以及外部水壓的變動，使電動機內(nèi)外壓力達到平衡。</p><p>　　顯然選用第二種方法的水下電動機比較合理，在還沒有完整資料的情況下，在此基礎(chǔ)上對電動機進行改進，設(shè)計出一個在理論上行得通的水下電動機。電動機的壓力平衡部分一般放在電動機

86、的尾部，改進后的設(shè)計也是從尾部進行。</p><p>　　既然選擇的是深海電動機，則電動機的防腐問題在電動機設(shè)計室已經(jīng)考慮了，那么其外殼材料肯定選擇了防腐材料。在這種情況下液壓動力源如與原來的布置一樣，會造成防腐材料的損失，那么就可以將電動機放在油箱外面而只將液壓泵放在油箱內(nèi)，這樣會使得液壓動力單元的體積和重量都變小，不足的是其長度會有所增加。</p><p>　　這樣整個系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)就

87、定下來了，核心問題是考慮怎樣才能使油箱內(nèi)的壓力和海水的壓力相等，或者是使油箱內(nèi)的壓力略大于海水的壓力。</p><p><b>　　3.4 油箱的設(shè)計</b></p><p>　　通常油箱可分為整體式油箱、兩用油箱和獨立油箱三類。</p><p>　　·整體式油箱是指在液壓系統(tǒng)或機器的構(gòu)件內(nèi)形成的油箱。</p><

88、p>　　·兩用油箱是指液壓油與機器中的其他目的的用油的公用油箱。</p><p>　　·獨立油箱是應用最為廣泛的一類油箱。</p><p>　　獨立油箱常用于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，一般制成矩形，也有圓柱形或油罐形，通過計算可以發(fā)現(xiàn)，在材料用量相同的情況下將幽香制成圓柱形所獲得的體積比矩形的大，所以初步選定油箱形狀為圓柱形，電動機的外形一般也是圓柱形的，將電動機和油箱連接在

89、一起后，其形狀還是比較規(guī)則、美觀和統(tǒng)一的。</p><p>　　對于液壓系統(tǒng)，液壓油的清潔對整個液壓系統(tǒng)的影響是非常大的。雖然憑借著過濾器的吸附能力能保持油液一段時間的清潔，但油液用久了之后肯定還是會因為各種原因，其清潔度不能滿足要求，需對其進行更換，因此可以在圓柱形油箱的內(nèi)壁底部設(shè)計一個排油槽，便于在對液壓系統(tǒng)進行維護時更換液壓油。說到排油問題，圓柱形的油箱就有優(yōu)勢了。因為整個油箱的側(cè)面都成圓弧形，這樣雜質(zhì)回順

90、著油箱壁滑落到油箱最底部的排油槽里，隨著油液往外排出，雜質(zhì)也就很輕松地隨著油液往外排出了。</p><p>　　本系統(tǒng)的油箱容量按經(jīng)驗公式來計算，因為系統(tǒng)工作時，整個油箱是浸泡在海水里的，并且海底的溫度一般為4℃左右，所以整個系統(tǒng)的散熱習慣是非常好的，相當于是冷水，沒有必要從散熱的角度來計算油液的容積。</p><p>　　油箱容量的經(jīng)驗公式為</p><p>　　

91、V＝ (2-1)</p><p>　　式中 ----液壓泵的流量；</p><p>　　----經(jīng)驗系數(shù)，一般情況下取3～5。則可求得系統(tǒng)所需油液的體積 V 為： </p><p>　　V=3×52.5=157.5（L）</p><p>　　本文所設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)

92、構(gòu)是將液壓泵及其他的一些部件放置在油箱內(nèi)部，所以要計算油箱的體積需要將這些部件的體積加上所需油液的體積。液壓泵的外形是很不規(guī)則的，要精確計算他的體積大小是很有困難的，本文將其近似看成一個立方體，各個方向的尺寸折合后為195㎜×202㎜×233㎜。則液壓泵所占的體積V為： </p><p>　　V=195×202×233=9.18×10（mm）</p>

93、<p>　　液壓泵的體積加上其他部件的體積，最后將總的體積圓整為9.2×10 mm，即9.2L。這樣整個油箱的體積為</p><p>　　V =V+ V=157.5+9.2=166.7（L）=1.667×10（cm）</p><p>　　選取的深海直流電動機直徑大約為400㎜，為保證整個系統(tǒng)的美觀性，同時也保證整個裝置不至于過長，將油箱的端面直徑選取為560

94、㎜，這樣就可以根據(jù)體積計算出油箱的長度。</p><p>　　V×=1.667×10 （2-2）</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中 V ----油箱所需的體積 ，cm ；</p><p>　　——油箱端

95、面的直徑，㎝；</p><p><b>　　——油箱長度，㎝。</b></p><p>　　最后將油箱的長度選定為68㎝。</p><p>　　3.5系統(tǒng)壓力平衡問題的分析</p><p>　　要使系統(tǒng)內(nèi)部油液壓力增大，可以向油箱內(nèi)加入更多的油液，在體積不變的情況下，油液越多壓力就會越大，但是在深海，這種方法是行不通的。

96、另外一種方法是在油液量不變的情況下，減小油液的體積也能增加油液的壓力，下面就針對第二種方法展開分析，有如下八種方案可供選擇。</p><p>　　①活塞結(jié)構(gòu)油箱是利用活塞的可移動特性改進而來，能隨時保持內(nèi)外壓力相同，活塞結(jié)構(gòu)油箱簡圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 活塞結(jié)構(gòu)郵箱簡圖</p><p>　　圖3-1所示中的活塞可以隨著油箱壁左右移動，當海水

97、的壓力大于油液壓力時活塞就會向右移動，直至油液壓力和海水壓力相同，活塞才停止，這樣就能保證油液壓力和海水壓力隨時相同，從而就使得系統(tǒng)壓力平衡。這種結(jié)構(gòu)的不足是對活塞的密封和潤滑要求很高，在海水直接接觸活塞導軌這種環(huán)境下，很難滿足密封和潤滑的要求，并且還可能有海底的微生物等其他雜質(zhì)卡在活塞導軌上阻礙活塞的移動。</p><p>　?、诤Ｋ突钊麑к壷苯咏佑|會導致很多問題，為了避免海水和活塞導軌之間的直接接觸，可以安

98、裝一種材料將活塞與海水隔開，如膠皮就是一個比較好的選擇，其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)使得海水和活塞之間有一膠皮相隔，這樣就避免海水與導軌的接觸而破壞了導軌的潤滑，以及雜質(zhì)的進入而卡住導軌。該結(jié)構(gòu)利用膠皮的良好伸展性，通過膠皮傳遞海水的壓力，從而保證了油箱內(nèi)外壓力保持平衡。</p><p>　　圖3-2 改進后的活塞結(jié)構(gòu)</p><p>　　③

99、外置氣囊型結(jié)構(gòu)是在油箱的外面接上一個或數(shù)個裝了油液的氣囊，氣囊中的油液和油箱相通，當液壓裝置還在陸地時，氣囊是鼓的，當潛入深海時隨著壓力的增大氣囊逐漸被壓扁，從而保證了油箱內(nèi)外壓力的平衡，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-3所示。</p><p><b>　　油液</b></p><p><b>　　郵箱</b></p><p>　　圖

100、3-3 外置氣囊型結(jié)構(gòu)</p><p>　　此結(jié)構(gòu)利用氣囊的良好伸展性和壓縮性，通過對氣囊的壓縮而使油液也被壓縮，進而使得油箱內(nèi)油液壓力升高，系統(tǒng)內(nèi)外壓力也就能平衡了。此種結(jié)構(gòu)必須要通過油箱油液的最大變化率來計算氣囊的大小，這樣才能保證氣囊在被完全壓縮前已經(jīng)能滿足其最大體積變化的需求，同時也盡量不要把氣囊做得太大，否則會帶來一定的不便。在水下作業(yè)時還要注意保護氣囊，避免被一些較尖銳的物品刺破，同時還要作業(yè)氣囊

101、和油箱的接口大小，如果太小，有可能出氣囊面把油液入口堵住的情況。</p><p>　　④內(nèi)置氣囊型結(jié)構(gòu)與外置氣囊型結(jié)構(gòu)位置的氣囊位置相反，氣囊內(nèi)部沒有油液。整個氣囊在油箱內(nèi)部，當油箱內(nèi)部到深海工作時，氣囊內(nèi)部會進入海水，致使油箱內(nèi)部體積減小，油箱受壓，壓力也就隨著海水的壓力變化而變化，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 內(nèi)置氣囊型結(jié)構(gòu)</p>&l

102、t;p>　　此種結(jié)構(gòu)原理和外置氣囊型結(jié)構(gòu)大同小異，主要區(qū)別在于內(nèi)置型的氣囊不易被損壞，但是它的油箱容積沒有外置型的大，同時也要注意計算氣囊的大小，當使用單個氣囊會使氣囊體積過大時，可以考慮多個氣囊。此種結(jié)構(gòu)也可以看成是將方案②中活塞去掉，這樣結(jié)構(gòu)簡化很多，所以可以看成是對方案②的改進。但它在油箱外形大小相同的情況下，所裝的油箱相對較少。</p><p>　　⑤非金屬膜結(jié)構(gòu)（圖3-5）與氣囊型結(jié)構(gòu)的原理相同的

103、情況下，但各自的適用范圍有所不同，當表面積較大時，用油膜結(jié)構(gòu)較為合理，因為它有足夠的表面空間；當表面積較小并且內(nèi)部較寬敞時用氣囊型結(jié)構(gòu)較好。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)在鋼質(zhì)圓形油箱的一端加橡膠膜或在方形油箱的5個面上開窗并加橡膠膜，利用橡膠膜的伸縮變形進行壓力平衡和克服體積變化，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于加工。確定是橡膠膜的邊緣易出現(xiàn)疲勞斷裂，密封不可靠。</p><p>　?、尴鹉z罩結(jié)構(gòu)中

104、油箱的6個面只有底面是鋼制材料，其他各個面都是采用整體的橡膠罩，所以整個油箱的變形能力很強，其結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是變形幅度大，可以達到50﹪以上，能克服較大體積變化的情況，缺點是制造復雜，高成本，橡膠罩容易形變。</p><p>　　圖3-5 非金屬膜結(jié)構(gòu) 圖3-6 橡膠罩結(jié)構(gòu)</

105、p><p>　　⑦波紋管結(jié)構(gòu)（圖3-7）利用了波紋管的縱向可收縮性，隨時改變管內(nèi)油液的體積，從而改變內(nèi)部的壓力，但是波紋管的可改變體積相對較小，不能滿足某些由于外部系統(tǒng)的原因，而要求油液體積改變較大的情況，并且此結(jié)構(gòu)制作也相對復雜。</p><p>　　圖3-7 波紋管結(jié)構(gòu)</p><p>　?、嘈钅芷鳡顨饽医Y(jié)構(gòu)（圖3-8）參照了蓄能器的結(jié)構(gòu)，外形上和蓄能器相似，內(nèi)部

106、結(jié)構(gòu)原理和前面所提及的方案③、④相似。</p><p>　　圖3-8 蓄能器狀氣囊結(jié)構(gòu)</p><p>　　蓄能器狀氣囊結(jié)構(gòu)的氣囊比較大，所以一般情況下需要一個氣囊就能滿足體積變化的要求，而不用像內(nèi)、外置氣囊結(jié)構(gòu)那樣安裝多個氣囊。氣囊大了之后容易引起變形，所以就在氣囊外面包一個圓桶狀金屬外殼，來保持氣囊的形狀，同時也可保護氣囊不 被尖銳物品刺破，在圓桶的尾部開了口，使海水與氣囊接觸。使用單

107、個氣囊雖然已經(jīng)能滿足體積變化的要求，但是這是還涉及一個響應的問題，因為氣囊外殼尾部的小孔不可能開得太大，在有些情況下，油箱的體積突然發(fā)生變化，壓力平衡裝置不能馬上響應，會造成油箱內(nèi)部壓力小于外界壓力的情況，當然這也是本課題的一個分支問題，本文就只分析道這里。</p><p>　　從以上分析可知各方案工作原理是相同的，共同點都是一個油箱，包含一個能進行彈性變形的部件，當有壓力差存在時，該部件就發(fā)生變形，將壓力傳遞到

108、油液中，從而使油液的體積減小，壓力增大至于外界環(huán)境相等，也就是油箱內(nèi)部的壓力與外界的水壓力達到平衡，這樣，不論多大深度，油箱內(nèi)部的壓力總與外部水壓力相等，油箱殼體所受到的內(nèi)、外壓力相等，壓差為零，實現(xiàn)了對不同水深的壓力補償。通過以上各個方案的比較，最后一個方案是比較合理的，蓄能器狀氣囊結(jié)構(gòu)既能實現(xiàn)油箱較大的體積變化，又便于壓力補償裝置的安裝，也容易計算所能補償體積的大小，氣囊外包著的金屬殼，因而，氣囊不會發(fā)生太大的變形，金屬殼還可有效地

109、防止外界尖銳物品刺破氣囊。</p><p>　　所以本設(shè)計所選用的壓力平衡機構(gòu)是蓄能器狀氣囊結(jié)構(gòu)。方形油箱和圓桶形油箱加了壓力平衡裝置。</p><p>　　3.6 總體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　確定了油箱的端面直徑和長度，還要確定油箱的厚度。雖然油箱有了壓力平衡裝置后，在深海所承受的壓差約為零，但還是要承受較大的內(nèi)壓，同時還會打出許多螺紋孔用于其他部件的安裝

110、和固定，所以選定油箱壁的厚度為10㎜.油箱的制作方法選取鑄造工藝。為了使整個系統(tǒng)便于安裝，油箱的右端面是開通的，整個內(nèi)部結(jié)構(gòu)安裝完畢后用一塊油箱蓋板將油箱蓋住，為了整個系統(tǒng)注油方便，還在油箱壁的上方開了個注油口。使用蓄能器狀氣囊結(jié)構(gòu)作為壓力平衡結(jié)構(gòu)，考慮到安裝方便，就把其放在油箱的上背面，但是為了系統(tǒng)在初始的狀態(tài)下氣囊內(nèi)就能裝滿有油液，氣囊結(jié)構(gòu)的最高位置要低于油箱壁的最高位置。</p><p>　　第四章 材料