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

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

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

3、;<p><b>　?。▽W(xué)生填寫）</b></p><p>　　題目： 液壓動(dòng)力單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </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(dòng)的基本介紹……………………………………….3</p><p>　　1.1液壓傳動(dòng)的早期運(yùn)用 …………………………………………………………………3</p><p>　　1.2液壓傳動(dòng)的應(yīng)用范圍的基本原理 ……………………………………………………3</p><

5、;p>　　1.3液壓傳動(dòng)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(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) ……………………………………………………………………5</p><p>　　第二章 各部件的選型………………………………………

6、……………….7</p><p>　　2.1 電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)之間連接的設(shè)計(jì)……………………………………………………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(dòng)力單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析…………………………………19</p><p>　　3.1 液壓動(dòng)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(jì)………………………………………………………………………….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(qiáng)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(xiàn)…………

12、…………………………………………………36</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著各國經(jīng)濟(jì)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(lán)色經(jīng)濟(jì)”以勢(shì)在必行，海洋站地球表面積得71%，在海底及海洋中，蘊(yùn)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(jìn)的跨學(xué)科的技術(shù)手段來探

13、索、開發(fā)神秘的海洋。因此一個(gè)能適應(yīng)深海環(huán)境的液壓動(dòng)力源的出現(xiàn)，已迫在眉睫。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)內(nèi)容為開發(fā)一套6000m深海液壓動(dòng)力單元，工作壓力位21MPa、額定排量35mL/min。作為液壓動(dòng)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(dòng)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(dòng)力單元的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和重點(diǎn)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(dāng)?shù)竭_(dá)6000m時(shí)，壓力為60MPa，如果這么大的壓力都由液壓動(dòng)力源來承擔(dān)，再加上系統(tǒng)工作所需的壓力，液壓泵的負(fù)擔(dān)是很重要的，而且這樣也很不經(jīng)濟(jì)，液壓動(dòng)力單元的效率會(huì)非常低，同時(shí)整個(gè)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(huì)帶來很大難度，所必須要設(shè)計(jì)一個(gè)特別裝置來

15、平衡裝置，同時(shí)也對(duì)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(jìn)行了分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：動(dòng)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(shí)代。猿進(jìn)化成人的一個(gè)重要的標(biāo)志就是工具的制造。可見，工具的制造對(duì)人類的影響是極其巨大的。從某種程

16、度上說，工具是先進(jìn)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(dòng)工具的發(fā)展與變革。制造業(yè)是任何一個(gè)發(fā)達(dá)國家的基礎(chǔ)工業(yè)，是一個(gè)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(gè)國家的高度重視。尤其在今天以知識(shí)為驅(qū)動(dòng)的全球化經(jīng)濟(jì)浪潮中，由于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，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(dòng)著我們的社會(huì)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著我們加入“WTO”步伐的日益加快?！叭胧馈睂?duì)我們夾工具產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響，經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)日益明顯，同時(shí)世界眾多知名公司不斷進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，國內(nèi)市場(chǎng)的國際性進(jìn)一步顯現(xiàn)，該行業(yè)的將經(jīng)受更大的沖擊，競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)更加劇烈。在如此嚴(yán)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(fù)雜、精密、高效和長壽命的液壓有上了新臺(tái)

18、階。</p><p>　　液壓式每個(gè)機(jī)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(duì)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(dòng)的基本介紹</p><p>　　1.1 液壓傳動(dòng)的早期運(yùn)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(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年將工作介質(zhì)水改為油，又進(jìn)一步得到改善。 </p><p>　　第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)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(jì)末20 世紀(jì)初的20年間才開始進(jìn)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(dòng)的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20 世紀(jì)初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究；1910年對(duì)液力傳動(dòng)(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻(xiàn)，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(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。應(yīng)該指出，日本液壓傳動(dòng)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(dòng)，1956 年成立了“液壓工業(yè)會(huì)”。近20～30 年間，日本液壓傳動(dòng)發(fā)展之快，居世界領(lǐng)先地位。</p><p>　　1.2液壓傳動(dòng)的應(yīng)用范圍的基本原理</p><p>　　液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)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(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)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(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 </p><p>　　液壓傳動(dòng)的基本原理：液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)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(dá))把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類似。</p><p>　　在液壓傳動(dòng)中，液壓油缸就是一個(gè)最簡(jiǎn)單而又比較完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，分析它的工作過程，可

24、以清楚的了解液壓傳動(dòng)的基本原理。</p><p>　　1.3液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成</p><p>　　液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、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(dòng)力元件（油泵）</p><p>　　它的作用是利用液體把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動(dòng)中的

25、動(dòng)力部分。 </p><p>　　2、執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達(dá)）</p><p>　　它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 </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(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液

26、體的壓力、流量和流向進(jìn)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(kuò)口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測(cè)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(dòng)中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　1.4液壓元件分類</b></p><p>　　動(dòng)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(dòng)液壓

28、缸、組合液壓缸 </p><p>　　液壓馬達(dá)-齒輪式液壓馬達(dá)、葉片液壓馬達(dá)、柱塞液壓馬達(dá) </p><p>　　控制元件-方向控制閥：?jiǎn)蜗蜷y、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(jì)、流量計(jì)、密封裝置等。</p><p>　　1.5液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p><b>　　1、液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　?。?）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動(dòng)機(jī)的10％～20%。因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊； </p>

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

31、t;　?。?）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； </p><p>　　（6）操縱控制簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高； </p><p>　?。?）容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 </p><p>　　（8)液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和使用。 </p><p><b>　　2、液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)

32、</b></p><p>　?。?）使用液壓傳動(dòng)對(duì)維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔； </p><p>　　（2）對(duì)液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高； </p><p>　?。?）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平； </p><p>　?。?）液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動(dòng)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(dòng)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(gè)部件的選型</p><p>　　液壓動(dòng)力源的設(shè)計(jì)要求各部件布置緊湊、振動(dòng)和噪聲小、結(jié)構(gòu)密封性好、性價(jià)比高。本節(jié)介紹液壓動(dòng)力系統(tǒng)中的液壓泵、電動(dòng)機(jī)、

34、過濾器、壓力儀表、接口部件等各個(gè)的重要部件的選型。</p><p>　　2.1 電動(dòng)機(jī)的選型</p><p>　　現(xiàn)在常用的電動(dòng)機(jī)有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)等。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械角位移或直線位移的控制信號(hào)，在數(shù)控機(jī)床上有較廣泛的應(yīng)用，對(duì)于本設(shè)計(jì)是不使用的，所以電動(dòng)機(jī)只可能在直流電動(dòng)和交流電動(dòng)機(jī)中進(jìn)

35、行選擇。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，具有啟動(dòng)性能和調(diào)速性能好、過載能力大等優(yōu)點(diǎn)，在大型機(jī)床、電力機(jī)車、船舶機(jī)械和紡織機(jī)械等設(shè)備有廣泛的應(yīng)用，但直流電動(dòng)機(jī)的電刷機(jī)構(gòu)是一個(gè)致命缺陷，影響了電動(dòng)機(jī)的使用壽命，使結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。相對(duì)而言，交流電動(dòng)機(jī)，特別是三相交流異步電動(dòng)機(jī)的維護(hù)和操作方便、堅(jiān)固耐用、工作可靠，雖然調(diào)速性能沒有直流電動(dòng)機(jī)好，功率因數(shù)低，但液壓泵對(duì)電動(dòng)機(jī)速度控制要求不高，異步電

36、動(dòng)機(jī)已經(jīng)可以很好地控制速度，所以交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍還是相當(dāng)廣的。</p><p>　　深海電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)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(qiáng)導(dǎo)電性能，故電動(dòng)機(jī)一般采用內(nèi)部充油設(shè)計(jì)，并進(jìn)行壓力補(bǔ)償。外殼采用耐腐蝕的金屬材料（如鈦合金、表面處理的高強(qiáng)度鋁等）。這樣一來，無論是電動(dòng)機(jī)本體的靜密封還是轉(zhuǎn)軸處的動(dòng)密封均比較容易實(shí)現(xiàn)。而對(duì)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(dòng)機(jī)都是采用直流的，但通過之前的討論已經(jīng)知道，直流電動(dòng)機(jī)存在著電刷的問題，直流有刷電動(dòng)機(jī)換相時(shí)，電刷與換向器會(huì)產(chǎn)生火花，碳化補(bǔ)償油，造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子短路，損壞電動(dòng)機(jī)，因此其密封只能采用承壓方式，這既增加了電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)外，還有直流無刷電動(dòng)機(jī)，直流無刷電動(dòng)機(jī)與直流有刷電動(dòng)機(jī)的價(jià)格相當(dāng)，而密封機(jī)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，電動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)外壓力平衡。電動(dòng)機(jī)的

38、定子機(jī)殼、前端蓋、后端蓋構(gòu)成一個(gè)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(jìn)行密封。</p><p>　　軸伸處的密封屬于動(dòng)密封，是水下電動(dòng)機(jī)中最難解決的問題之一。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)軸只要旋轉(zhuǎn)，軸與機(jī)殼處就會(huì)有間隙。如果仍然采取在軸與機(jī)殼間加O形圈密封的方法，當(dāng)電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)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(jìn)行動(dòng)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(jī)結(jié)合解決了這個(gè)問題。當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸與聚四氟乙烯環(huán)產(chǎn)生相對(duì)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(dòng)機(jī)內(nèi)充有壓力補(bǔ)償油，電動(dòng)機(jī)內(nèi)外壓平衡，軸與聚四氟乙烯環(huán)間還會(huì)形成油膜，從而保證了軸伸處的深水可靠動(dòng)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(jiǎn)單等特點(diǎn)。因此，選用深海直流無刷電動(dòng)機(jī)是個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的選擇。</p><p>　　本文計(jì)算的功率是根據(jù)液壓泵在滿負(fù)載額定轉(zhuǎn)速下計(jì)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p><b>　　——系統(tǒng)總效率；</b></p><p>　　P

43、——電動(dòng)機(jī)的功率，kW。</p><p>　　最后確定電動(dòng)機(jī)的功率為22kW。</p><p>　　2.2 液壓泵的選型</p><p>　　液壓泵是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換元件，在液壓傳動(dòng)中，液壓泵是動(dòng)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(jī)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(jiǎn)單、體積小、工作可靠，具有良好的自吸能力并對(duì)油污不敏感，耐沖擊性負(fù)載。但齒輪泵的零件在磨損后不易修復(fù)，零件組裝是選配，互換性差，常因個(gè)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(gè)工作空間，并對(duì)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(yùn)動(dòng)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(duì)油液中的污染物很敏感，污物會(huì)影響葉片泵工作的可靠性，油液不清潔會(huì)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(fù)運(yùn)動(dòng)形成密封工作容積的變化實(shí)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(diǎn)。</p><p>　　柱塞泵的工作壓力高。因?yàn)橹c孔容易加工，尺寸及表面質(zhì)量可以達(dá)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(dá)到100MPa。</p><p>　　流量范圍大。適當(dāng)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(qiáng)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(dòng)，自吸能力強(qiáng)，允許較高的轉(zhuǎn)速，工作可靠，壽命長。常用于傳動(dòng)要求十分平穩(wěn)的精密

49、度機(jī)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(jī)和輪船。</p><p>　　用于各類泵的比較，以及本設(shè)計(jì)的要求壓力是21MPa，是一個(gè)不小的壓力，并且是工作在深海作為一些機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，流量范圍要求會(huì)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(diǎn)接觸，應(yīng)力高，配油軸磨損后間隙不能補(bǔ)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(jì)還要考慮振動(dòng)和噪聲問題，因?yàn)槿绻駝?dòng)和噪聲較高會(huì)影響整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)上其他設(shè)備（如聲納等）的正常運(yùn)行。而在振動(dòng)和噪聲指標(biāo)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(gè)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(gè)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(jiǎn)化了

51、整個(gè)油路的設(shè)計(jì)?？紤]到本次設(shè)計(jì)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(hào)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(dòng)機(jī)之間連接的設(shè)計(jì)</p><p

53、>　　傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，電動(dòng)機(jī)和液壓泵之間是通過一個(gè)聯(lián)軸器連接在一起的，電動(dòng)機(jī)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(shí)聯(lián)軸器會(huì)發(fā)出很大的噪聲，會(huì)影響它在某些場(chǎng)合的應(yīng)用，并且會(huì)降低效率，所以在結(jié)構(gòu)上準(zhǔn)備選擇液壓泵輸出軸和電動(dòng)機(jī)輸出軸連成一體的通軸結(jié)構(gòu)，這樣在結(jié)構(gòu)上能簡(jiǎn)化很多，噪聲問題也會(huì)有很大的改善。</p><p>　　當(dāng)然制成通軸也會(huì)有一定的問題，首先這根軸就是一個(gè)單件生產(chǎn)的零件，

54、成本比較高，而且怎么將電動(dòng)機(jī)和泵的內(nèi)部元件連接在一起，能不能連接上還是個(gè)問題，因?yàn)檩S的兩端分別連接著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和液壓的內(nèi)部元件。本設(shè)計(jì)使用的液壓泵已經(jīng)在前面設(shè)計(jì)中選擇好了，下面就其具體的安裝問題，對(duì)通軸的可行性進(jìn)行分析。</p><p>　　將液壓泵和電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)軸和液壓泵制成同一個(gè)軸的結(jié)構(gòu)在安裝方面是沒

55、有問題的，只要將各個(gè)部件依次從右往左安裝，具體安裝順序依照?qǐng)D2-3所示的編號(hào)順序，所以本文在這部分的設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)外殼；2—通軸；3—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子；4—電動(dòng)機(jī)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>　　（1)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(qiáng)迫介質(zhì)流過多層濾材，當(dāng)介質(zhì)流過相互糾纏的通道時(shí)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(yīng)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(jí)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(duì)油液的過濾精度要求不同。液壓私服系統(tǒng)對(duì)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(duì)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(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)

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(duì)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(hào)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(huì)在油路上安裝壓力表，用來測(cè)定管路上的壓力，并且使用的大都是表盤機(jī)械式壓力表，當(dāng)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(jī)械式壓力表能測(cè)定的壓力范圍不是很大，一般是0~60MPa。本文設(shè)計(jì)的液壓動(dòng)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(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸?shù)浇邮掌鳌?lt;/p><p>　　某公司生產(chǎn)的一款型號(hào)為KH17的壓力傳感器比較合適，這種壓力傳感器采用半導(dǎo)體應(yīng)變片將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其感應(yīng)元件采用的是蒸發(fā)式半導(dǎo)體應(yīng)變

64、片，穩(wěn)定性和可靠性很高。該傳感器沒有移動(dòng)部件存在，所以抗震和抗沖擊性很強(qiáng)，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(jì)選擇此型號(hào)的壓力傳感器。</p><p>　　2.6 接口部件的選型</p><p>　　一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行總需要一個(gè)能量的來源以及一些信號(hào)的傳輸，本系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)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(hào)，這樣必定要向油箱外引線，這就要解決信號(hào)輸出也就是軟細(xì)線引入和引出油箱腔體的密封問題，實(shí)現(xiàn)軟細(xì)線導(dǎo)線密封的部件稱為引電器。在深海作業(yè)中，液壓動(dòng)力源裝置的應(yīng)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(xì)導(dǎo)線的密封方法，大體上有三類：</p><p><b>　　·用膠填實(shí)密封</b></p>&

66、lt;p>　　·用商業(yè)化的水密接插件</p><p>　　·設(shè)計(jì)某些機(jī)型結(jié)構(gòu)，在工作情況下越壓越緊，從而實(shí)現(xiàn)密封。</p><p>　　用膠填實(shí)密封是將膠及細(xì)導(dǎo)線直接澆注在小孔中，實(shí)現(xiàn)密封。膠密封的原理是：膠是“流變密封材料”，可將導(dǎo)線索要穿過的小孔看成阻尼孔，在高壓下，膠呈流動(dòng)性，沿小孔形成壓力降，而當(dāng)壓力小到一定值后，膠又失去流動(dòng)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(shí)小孔密封，造價(jià)低，也可實(shí)現(xiàn)密封。但也有許多的缺點(diǎn)：用膠填實(shí)密封，使得小孔的直徑不能很大，所引的導(dǎo)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(shí)，膠有一定的黏度，容易灌滿整個(gè)小孔，易產(chǎn)生泄漏；A、B兩膠混合在一起調(diào)制時(shí)，一般會(huì)有反應(yīng)，有的會(huì)放熱，膠在調(diào)制的過程中就產(chǎn)生了氣泡，對(duì)密封很不利，會(huì)有滲漏；易老化，不可長時(shí)間

68、使用，膠老化，密封性能救大為降低，且對(duì)溫度較高的場(chǎng)合也不適用；不利于拆卸傳感器以對(duì)傳感器進(jìn)行保養(yǎng)、維護(hù)。</p><p>　　用水密接插件有許多優(yōu)點(diǎn)，可以傳輸各種電信號(hào)，密封可靠，拆卸較為方便。但是也有許多不足之處：價(jià)格昂貴，水密插件頭價(jià)格一般會(huì)在一萬元以上；對(duì)電信號(hào)要求較高時(shí)不適用，如某些化學(xué)傳感器，就不希望另接導(dǎo)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(jì)采用的解決的方案屬于第三類，既設(shè)計(jì)某些結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)密封，適合自制，造價(jià)低，且能滿足應(yīng)用要求。</p><p>　　在參閱了大量資料后，由于條件有限不能對(duì)此類產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，但應(yīng)該說在性能方面能滿足設(shè)計(jì)要求，由于本結(jié)構(gòu)不是本文的重點(diǎn)，在此只對(duì)其原理進(jìn)行簡(jiǎn)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(gè)零件通孔位置一致，便于穿線。通孔最好是

70、對(duì)稱的，且通孔要遠(yuǎn)離圓柱上、下表面圓心，向周邊布置，這樣壓緊時(shí)受力較好，容易壓緊。所打的通孔個(gè)數(shù)可以很多，可以實(shí)現(xiàn)多根導(dǎo)線的密封。三個(gè)零件疊在一起，放于有臺(tái)肩的通孔中，中間穿過導(dǎo)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(jìn)壓緊的，這就會(huì)使上墊6同樣跟著旋轉(zhuǎn)，那么導(dǎo)線將會(huì)被攔腰截?cái)?。而密封材?與下墊9由于摩擦力及軸向的壓緊力會(huì)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(gè)鍵槽，鍵槽寬度與止動(dòng)螺釘10的

71、直徑相當(dāng)，擰緊止動(dòng)螺釘10，使得不能旋轉(zhuǎn)，只可軸向運(yùn)動(dòng)，從而壓緊密封材料，實(shí)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(dòng)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(jiǎn)稱密封。設(shè)備的密封性能是評(píng)價(jià)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)密封的基本要求是嚴(yán)密、可靠、壽命長，并且力求結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)簡(jiǎn)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(yīng)保證標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度較高。</p><p>　　密封裝置包括兩大類；動(dòng)密封和靜密封。動(dòng)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(fù)雜。</p><p>　　由于本文所設(shè)計(jì)的液壓動(dòng)力源是使用在深海，所以良好的密封對(duì)性能的影響尤其重要，這也是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。當(dāng)?shù)篮Ｆ矫嬉韵?000m時(shí)，壓力就已經(jīng)達(dá)到30MPa，到海平面以下6000m時(shí)，壓力將到達(dá)60MPa，這么大的壓力對(duì)密封裝置來說，是一個(gè)比較大的考驗(yàn)，特別是動(dòng)密封處。針對(duì)這個(gè)問題，在前面設(shè)計(jì)已經(jīng)考慮了，

74、本設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)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(jìn)油口、出油口、液壓泵的壓力油出口處以及電動(dòng)機(jī)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(jì)一個(gè)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(duì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的選取。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的液壓動(dòng)力源需在電動(dòng)機(jī)和液壓泵的連接處安裝一個(gè)動(dòng)密封裝置，因?yàn)樯詈ｋ妱?dòng)機(jī)內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)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(dòng)密封件的安裝位置如圖2-5所示。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)也采用壓力補(bǔ)償式結(jié)構(gòu)，所以電動(dòng)機(jī)內(nèi)部油液壓力也是與海水壓力相等的，也就是電動(dòng)機(jī)油和液壓油壓力差等于零，這樣對(duì)動(dòng)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(huì)因?yàn)檫^大的內(nèi)壓導(dǎo)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(shí)還是要注意此類問題。這里選用一種多級(jí)密封裝置，其所能承受的壓力可以達(dá)到100MPa，所以肯定能滿足設(shè)計(jì)要求的，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-6所示。</p><p>　　此類多級(jí)密封裝置在各類設(shè)備中應(yīng)用較少，不是標(biāo)準(zhǔn)件，加上本文所研究的重點(diǎn)不是在密封處，所以在此就

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

78、壓動(dòng)力源按布置方式分為上置式、非上置式和柜式三種。</p><p>　　①上置式液壓動(dòng)力源。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(dòng)機(jī)的擺放位置又可分為立式和臥式。當(dāng)電動(dòng)機(jī)立式安裝，液壓泵置于油箱內(nèi)時(shí)，稱為立式液壓動(dòng)力源；當(dāng)電動(dòng)機(jī)臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時(shí)，稱為臥式液壓動(dòng)力源。</p><p>　?、诜巧现檬揭簤簞?dòng)力源。將泵組布置在底座或地基上的液壓動(dòng)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(dòng)力源；將泵組單獨(dú)安裝在地基上則稱為分離型液壓動(dòng)力單元。整體型液壓動(dòng)力源又可分為旁置式和下置式兩種。</p><p>　　③柜式液壓動(dòng)力源。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(dòng)力源。</p><p>　　3.2 各種布置的比較</p><p>　　上置式液壓動(dòng)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(dòng)力源，噪聲低且便于收集漏油，一般應(yīng)用于中小功率的液壓泵站。當(dāng)采用臥式動(dòng)力源時(shí)，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(dòng)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(dòng)力源裝置高度低，便于維護(hù)，但占地面積大，適用于泵的吸入允許高度受限制，傳動(dòng)功率較大，而使用空間不受限制，以

81、及開機(jī)率低，使用時(shí)又要求很快投入運(yùn)行的場(chǎng)合。新一代的這種布置方式的液壓動(dòng)力源可以將液壓泵組、油箱組件、控溫組件等集成為一個(gè)整體，機(jī)構(gòu)做得相當(dāng)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(qiáng)的液壓動(dòng)力單元就是典型代表。</p><p>　　柜式液壓動(dòng)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(shí)能有效減少外界污染，其缺點(diǎn)是由于需顧及操作和維護(hù)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(chǎng)合及實(shí)驗(yàn)室采用。</p><p>　　3.3 布置方案的選定</p><p>　　考慮到本次設(shè)計(jì)的液壓動(dòng)力源的實(shí)際使用環(huán)境，在滿足壓力和排量要求的前提下，整個(gè)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(gè)大前提下，處在體積和布置上向液壓動(dòng)力單元形式靠近。</p><p>　　因?yàn)楹Ｋ母g性，

83、液壓動(dòng)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(dòng)機(jī)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(huì)使得外殼的形狀相對(duì)復(fù)雜隨之而來的裝配和焊接問題就會(huì)更多，這里采用將電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)外殼內(nèi)是有空氣的，這樣就是需要在電動(dòng)機(jī)軸的出口處加動(dòng)密封裝置，防止液壓油進(jìn)入電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)，因?yàn)楫?dāng)海水

84、深度達(dá)到6000m時(shí)，壓力將達(dá)到60MPa，所以對(duì)這個(gè)密封裝置的要求很高。為解決這個(gè)問題，考慮將電動(dòng)機(jī)換成現(xiàn)在較為先進(jìn)的水下電動(dòng)機(jī)，由于這項(xiàng)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(dòng)機(jī)的資料。</p><p>　　水下電動(dòng)機(jī)應(yīng)著重考慮電動(dòng)機(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)：采用高機(jī)械強(qiáng)度材

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

86、的尾部，改進(jìn)后的設(shè)計(jì)也是從尾部進(jìn)行。</p><p>　　既然選擇的是深海電動(dòng)機(jī)，則電動(dòng)機(jī)的防腐問題在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)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(dòng)力源如與原來的布置一樣，會(huì)造成防腐材料的損失，那么就可以將電動(dòng)機(jī)放在油箱外面而只將液壓泵放在油箱內(nèi)，這樣會(huì)使得液壓動(dòng)力單元的體積和重量都變小，不足的是其長度會(huì)有所增加。</p><p>　　這樣整個(gè)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(jì)</b></p><p>　　通常油箱可分為整體式油箱、兩用油箱和獨(dú)立油箱三類。</p><p>　　·整體式油箱是指在液壓系統(tǒng)或機(jī)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(jī)器中的其他目的的用油的公用油箱。</p><p>　　·獨(dú)立油箱是應(yīng)用最為廣泛的一類油箱。</p><p>　　獨(dú)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(jì)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(dòng)機(jī)的外形一般也是圓柱形的，將電動(dòng)機(jī)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(duì)于液壓系統(tǒng)，液壓油的清潔對(duì)整個(gè)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(shí)間的清潔，但油液用久了之后肯定還是會(huì)因?yàn)楦鞣N原因，其清潔度不能滿足要求，需對(duì)其進(jìn)行更換，因此可以在圓柱形油箱的內(nèi)壁底部設(shè)計(jì)一個(gè)排油槽，便于在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)更換液壓油。說到排油問題，圓柱形的油箱就有優(yōu)勢(shì)了。因?yàn)檎麄€(gè)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(yàn)公式來計(jì)算，因?yàn)橄到y(tǒng)工作時(shí)，整個(gè)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(gè)系統(tǒng)的散熱習(xí)慣是非常好的，相當(dāng)于是冷水，沒有必要從散熱的角度來計(jì)算油液的容積。</p><p>　　油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為</p><p>　　

91、V＝ (2-1)</p><p>　　式中 ----液壓泵的流量；</p><p>　　----經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(jì)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(jì)算他的體積大小是很有困難的，本文將其近似看成一個(gè)立方體，各個(gè)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(gè)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(dòng)機(jī)直徑大約為400㎜，為保證整個(gè)系統(tǒng)的美觀性，同時(shí)也保證整個(gè)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(jì)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(huì)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(duì)第二種方法展開分析，有如下八種方案可供選擇。</p><p>　?、倩钊Y(jié)構(gòu)油箱是利用活塞的可移動(dòng)特性改進(jìn)而來，能隨時(shí)保持內(nèi)外壓力相同，活塞結(jié)構(gòu)油箱簡(jiǎn)圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 活塞結(jié)構(gòu)郵箱簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖3-1所示中的活塞可以隨著油箱壁左右移動(dòng)，當(dāng)海水

97、的壓力大于油液壓力時(shí)活塞就會(huì)向右移動(dòng)，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(shí)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(duì)活塞的密封和潤滑要求很高，在海水直接接觸活塞導(dǎo)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(dǎo)軌上阻礙活塞的移動(dòng)。</p><p>　　②海水和活塞導(dǎo)軌直接接觸會(huì)導(dǎo)致很多問題，為了避免海水和活塞導(dǎo)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(gè)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(dǎo)軌的接觸而破壞了導(dǎo)軌的潤滑，以及雜質(zhì)的進(jìn)入而卡住導(dǎo)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(jìn)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(gè)或數(shù)個(gè)裝了油液的氣囊，氣囊中的油液和油箱相通，當(dāng)液壓裝置還在陸地時(shí)，氣囊是鼓的，當(dāng)潛入深海時(shí)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(duì)氣囊的壓縮而使油液也被壓縮，進(jìn)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(jì)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(shí)也盡量不要把氣囊做得太大，否則會(huì)帶來一定的不便。在水下作業(yè)時(shí)還要注意保護(hù)氣囊，避免被一些較尖銳的物品刺破，同時(shí)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>　?、軆?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(gè)氣囊在油箱內(nèi)部，當(dāng)油箱內(nèi)部到深海工作時(shí)，氣囊內(nèi)部會(huì)進(jìn)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(shí)也要注意計(jì)算氣囊的大小，當(dāng)使用單個(gè)氣囊會(huì)使氣囊體積過大時(shí)，可以考慮多個(gè)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(jiǎn)化很多，所以可以看成是對(duì)方案②的改進(jìn)。但它在油箱外形大小相同的情況下，所裝的油箱相對(duì)較少。</p><p>　?、莘墙饘倌そY(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(dāng)表面積較大時(shí)，用油膜結(jié)構(gòu)較為合理，因?yàn)樗凶銐虻谋砻婵臻g；當(dāng)表面積較小并且內(nèi)部較寬敞時(shí)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(gè)面上開窗并加橡膠膜，利用橡膠膜的伸縮變形進(jìn)行壓力平衡和克服體積變化，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)面只有底面是鋼制材料，其他各個(gè)面都是采用整體的橡膠罩，所以整個(gè)油箱的變形能力很強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是變形幅度大，可以達(dá)到50﹪以上，能克服較大體積變化的情況，缺點(diǎn)是制造復(fù)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>　?、卟y管結(jié)構(gòu)（圖3-7）利用了波紋管的縱向可收縮性，隨時(shí)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(duì)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(duì)復(fù)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(gè)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(gè)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(gè)圓桶狀金屬外殼，來保持氣囊的形狀，同時(shí)也可保護(hù)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(gè)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(gè)響應(yīng)的問題，因?yàn)闅饽彝鈿の膊康男】撞豢赡荛_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(yīng)，會(huì)造成油箱內(nèi)部壓力小于外界壓力的情況，當(dāng)然這也是本課題的一個(gè)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(diǎn)都是一個(gè)油箱，包含一個(gè)能進(jìn)行彈性變形的部件，當(dāng)有壓力差存在時(shí)，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(dá)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(shí)現(xiàn)了對(duì)不同水深的壓力補(bǔ)償。通過以上各個(gè)方案的比較，最后一個(gè)方案是比較合理的，蓄能器狀氣囊結(jié)構(gòu)既能實(shí)現(xiàn)油箱較大的體積變化，又便于壓力補(bǔ)償裝置的安裝，也容易計(jì)算所能補(bǔ)償體積的大小，氣囊外包著的金屬殼，因而，氣囊不會(huì)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(jì)所選用的壓力平衡機(jī)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(shí)還會(huì)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(gè)系統(tǒng)便于安裝，油箱的右端面是開通的，整個(gè)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(gè)系統(tǒng)注油方便，還在油箱壁的上方開了個(gè)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