深海電液比例液壓源關(guān)鍵技術(shù)及工作特性研究.pdf

1、隨著海洋開發(fā)活動(dòng)的日益深入，人類涉海行為已從淺海逐漸走向深海。因深海具有高壓、低溫、腐蝕等極端環(huán)境條件，使得深海作業(yè)裝備面臨極大的挑戰(zhàn)。液壓源作為相關(guān)裝備的動(dòng)力源和“心臟”，對(duì)系統(tǒng)整體性能和可靠性有著巨大的影響。目前，與國外先進(jìn)水平相比，我國深海液壓源發(fā)展水平較低，多采用定量控制，系統(tǒng)效率低，參數(shù)難實(shí)現(xiàn)連續(xù)遠(yuǎn)距離控制，產(chǎn)品互換性低，裝置環(huán)境適應(yīng)性差，既缺乏深海通用技術(shù)，又無專用的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化液壓源產(chǎn)品。本文以深海電液比例液壓源為研究對(duì)

2、象，通過總體方案的設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)的解決、深?？刂铺匦缘难芯考吧詈ＤM艙下的性能測(cè)試，研制出一套適用于深海3000m范圍內(nèi)的比例液壓源樣機(jī)。主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴針對(duì)深海環(huán)境的影響，制定出液壓源的總體研究方案和實(shí)施流程，并完成了整體布局的設(shè)計(jì)。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分解，提出了論文的主要研究內(nèi)容，為研究工作的順利展開，進(jìn)行了相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)裝置的探討。
　　 ⑵采用液壓部件內(nèi)浸油箱的方式適應(yīng)海水環(huán)境，使用皮囊式補(bǔ)償器補(bǔ)償儲(chǔ)

3、油箱內(nèi)的體積變化，實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)外壓力自平衡。分析了儲(chǔ)油器系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時(shí)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償特性進(jìn)行了研究，提出了儲(chǔ)油器系統(tǒng)不失穩(wěn)的壓力動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該準(zhǔn)則的有效性；通過對(duì)環(huán)境壓力下液壓泵壓力檢測(cè)特點(diǎn)的分析，提出了基于雙壓力傳感器的壓力自適應(yīng)檢測(cè)技術(shù)，以消除疊加海水壓力的不利影響。通過水下壓力自適應(yīng)檢測(cè)原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)過程的研究，完成了相應(yīng)工程樣機(jī)的開發(fā)及實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明樣機(jī)的環(huán)境壓力適應(yīng)性好，可

4、滿足液壓泵的壓力控制要求。通過應(yīng)用有限元工具優(yōu)化設(shè)計(jì)容腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析電氣耐壓容腔的抗壓性能，開發(fā)出滿足深海3000m下強(qiáng)度要求的輕質(zhì)耐壓殼體。
　　 ⑶通過分析深海環(huán)境下油液介質(zhì)特性的變化，引入液壓油有效體積彈性模量(壓縮性)和粘度變化的動(dòng)態(tài)表達(dá)式，建立了比例壓力閥的傳遞函數(shù)及靜態(tài)特性方程，對(duì)深海環(huán)境因素、潤滑狀態(tài)、閥結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其控制特性的影響進(jìn)行了研究。基于深海工況的變環(huán)境特征，考慮油液特性的變化，應(yīng)用線性變參數(shù)原理，建立

5、了比例變量泵系統(tǒng)的線性變參數(shù)模型，通過仿真分析得到了液壓泵系統(tǒng)在變參數(shù)有界閉集內(nèi)的控制特性及變化趨勢(shì)。分析結(jié)果表明，隨著環(huán)境壓力的增大，工作溫度的減小，泵的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能變慢，而輸出穩(wěn)態(tài)值基本不變，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，同時(shí)說明采用高品質(zhì)低粘度工作介質(zhì)、低粘性阻尼系統(tǒng)和變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)等方法有利于深海下液壓源工作性能的穩(wěn)定。
　　 ⑷通過對(duì)壓力平衡儲(chǔ)油器、自適應(yīng)壓力檢測(cè)裝置、耐壓容腔的耐高壓性能測(cè)試，驗(yàn)證了相關(guān)部件的壓力適應(yīng)性。通過比例壓力

6、閥在模擬艙下的試驗(yàn)，分析了其抗壓性能、控制特性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。通過電液比例變量泵模擬艙下的耐壓耐久性試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)控制特性試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)性能測(cè)試及頻率響應(yīng)試驗(yàn)，得到了其在不同環(huán)境壓力下性能特性及變化趨勢(shì)。對(duì)電液比例液壓源進(jìn)行的系統(tǒng)集成和調(diào)試，表明整體工作平穩(wěn)、系統(tǒng)輸出的響應(yīng)快、跟隨性好。各部件和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析結(jié)論的合理性，研制的比例液壓源可較好地適用于深海3000m環(huán)境。本文所提出的儲(chǔ)油器系統(tǒng)壓力動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、壓力自適應(yīng)檢測(cè)技