液压动力单元的结构设计

1、广西工业职业技术学院设计说明书课 题 名 称： 液压动力单元的结构设计  姓 名： 农万康 专 业： 机电一体化专业 班 级： 机电0833 起 止 日 期： 2010年9月至2010年11月 指 导 教 师： 苏玲娇  广西工业职业技术学院设计说明书（学生填写）题目： 液压动力单元的结构设计 目录摘要.2前言.1第一章 前 言.31.1液压传动发展概况.31.2液压传动的应用及组成31.1.1液压的应用.31.1.2液压的组成.41.3设计与使用一般液压动力源的关键.51.4设计深海液压动力源的特殊要求、6第二章 液压动力单元的总体设计.72.1液压动力源的集中结构形式.

2、72.2各种布置的比较.72.3布置方案的选定.82.4系统压力平衡问题的分析102.5液压动力单元的油箱.102.5.1油箱分类.102.5.2油箱的设计.102.5总体系统的结构.12第三章 液压动力源各个部件的选型.133.1液压泵的选型.133.2电动机的选型.133.3液压泵与电动机之间连接的设计143.4过滤器的选择.153.5 压力仪表的选型、.163.6密封装置的选型.163.7 接口部件的选型.17第四章 系统材料的选择.204.1 油箱外壁材料的选择.204.2 压力平衡结构中的非金属材料的选择.21第五章 液压动力单元系统性能的校核.235.1 油箱壁的强度校核.235.

3、2压力平衡结构的体积校核.23结 论.26谢 辞.27参 考 文 献.28摘要随着个国的经济飞速发展和世界人口的不断增加人类消耗的自然资源越来越多，陆地的资源正在日益减少。本文设计内容为开发一套6000M深海液压动力单元，工作压力为21MP，额定排量35mL/min,作为液压动力源在考虑了一般陆地环境必须注意的问题，如液压系统的污染、泄漏、液压冲击、振荡和噪音外，还必须考虑在深海环境下的新问题重点归纳来包括压力平衡问题、密闭问题、电缆的接口问题以及材料防腐蚀问题。海洋深处有很大的压力的，而且随着深度的加深，压力也就越大，当到达6000米时，压力为60MPa。如果这么大的压力都由液压动力源来承担

4、，再加上系统工作所要的压力，液压泵的负担是很重的，而且这样也不经济，液压动力单元的效率会非常低，同时整个结构的外壳也必须做得很厚以承受水压。这样就加大了系统的重量，在系统的密封工作方面也带来很大的难度，所以必须要设计一个特别装置来平衡系统的内外压力。同时也对压力平衡后的系统平衡问题、密闭问题、电缆的接口问题以及材料防腐蚀问题进行了分析。关键词: 动力单元 压力平衡 压力系统前言液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 第一个使用液压原

5、理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。 我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作

6、，也取得了显著成果。第一章 液压传动的概况1.1液压传动发展概况自18世纪末英国制成第一台水压机算起，液压传动技术已有二三百年的历史，到20世纪30年代它才较普遍的用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线。我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术

7、正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用

8、将更加广泛。1.2液压传动的应用及组成1.1.1液压传动的应用液压动力单元是一种以受压为工作介质进行能量传递。转换和控制的传动。与机械相比，液压传动具有功率-质量比大，布局灵活多变并能实现无级调速等多种技术优势，在现代工业、农业、建筑业、航空航天、河海工程。科学实验，公共设施与环境等领域中得到广泛应用。液压传动技术作为现代机械设备中一种实现传动与控制的重要技术，对先进液压动力单元的发展具有很大的促进作用。1.1.1液压传动的组成液压动力源一般由液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤器组件和蓄能件5个相对的组件组成；液压动力源的组成组成部分包含元器件作用液压泵组液压泵将原动机的机械能转换为液压能原动

9、机（电动机或内燃机）链接原动机和液压泵联轴器安装和固定液压泵及原动机传动底座油箱组油箱存储油液，散发悠然热气，逸出空气，分离水分，沉淀杂质和安装元件液位机显示和观测液面高度通气过滤器过滤空气放油塞清洗油箱或放油控温组件温度计显示观测油液温度温度传感器检测并控制油温加热器油液加热冷却器油液冷却过滤器组件各类过滤器分离油液中的固体颗粒，防止堵塞小截面流道，保持油液情节等蓄能器组件蓄能器蓄能，吸收液压脉动和冲击支承台架安装蓄能器1）能源装置液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。2）执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动

10、负载做功。3）控制装置液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。4）辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。5）工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或

11、信息。1.3设计与使用一般液压动力源的关键液压系统的污染、泄漏、液压冲击、振动和噪声问题，这些是设计与使用一般液压动力单元的几个关键，并对液压站的设计质量的优略和使用效益。效果的发挥有很大影响。污染控制。油液中各种颗粒污染物在滑阀间隙内会引起滑阀卡阻故障，会导致出现液压元件中的阻尼小孔或节流小孔堵塞造成元器件失灵等问题。有研究资料表明，液压系统的故障约有80%以上是因液压油所造成，而不同的污染途径和污染物形态对液压系统造成的危害又不尽相同，所以污染控制十分重要。泄漏。如果由于某种原因导致油液超过了边界，流到不应该去的其他容腔或系统外部，称为泄漏。内泄漏是从元件的高压腔流到低压腔的泄漏，而外泄漏

12、是从元件或管入中流到外部的泄漏。按照泄漏机理不同，又有缝隙泄漏、多孔隙泄漏、黏附泄漏和动力泄漏等多种形式。液压冲击。在液压系统中，由于某种原因引起的压力急剧交替升降的阻尼波动过程，称为液压冲击。液压冲击使系统的瞬间压力较正常压力大许多倍，这种现象常使液压元器件、管道及密封装置损坏失效，引起系统振动和噪声。振动和噪声。是液压装置运行中经常发生的两种现象。振动是弹性物体的固有特性，噪声源于振动，发声噪声的振动称为声源，所以噪声的控制归结为振动的控制。除了某些利用振动原理工作的液压设备外，液压系统的振动多数情况下是有害的，它影响主机和系统工作性能及使用寿命。噪声除了造成人的听力损伤外，还会分散操作者

13、的注意力，还可能淹没报警信号，造成人身、设备事故。随着液压系统的高压、高速化，振动与噪声的控制就显得重要。它也是液压动力源设计中应重点注意的一个问题。除此之外，油箱的设计也是一个相当重要的问题，油箱除了有存储液压油液的作用外，还担负了散发油液热量、逸出空气、沉淀杂质、分离水分的作用。1.4设计深海液压动力源的特殊要求首先深海液压动力源也是一个液压动力源，所以也要注意一般环境用的液压动力源的要求，由于他的特殊环境要求，液压动力源也需要有特殊的设计。海水含有很多矿物质并且显示碱性，液压动力源要在海底作业，肯定是要整日整夜泡在海水里，自然会对一般材料产生腐蚀作用，所以需对其进行防护，或者选择防腐材料

14、，此外在海水的相对高压环境里密封、润滑和接口工作也是一项相当重要的技术。一般环境下使用的液压动力源，大多数的邮箱设计都是邮箱与外界接通的，只需在邮箱与外界之间设置一个通气过滤器，这样保证液压动力源邮箱内的压力和外界压力相等。但是内在海底是不能直接这么处理，油箱中的油液不可能与海水接触，所以怎样使系统压力平衡是一个需要解决的问题，现在假设在深6000M的海底进行作业，计其相对压力可用公式 P=pgh 第二章 液压动力单元的总体设计2.1液压动力源的集中结构形式液压动力源按布置方式分为上置式、非上置式和柜式。 上置式液压动力源。泵组布置在邮箱之上的布置方式成为上置式。上置式布置方式按电动机的摆放位

15、置又可分为立式和卧式。当电动机立式安装，液压泵 置于邮箱内时，称为立式液压动力源；当电动机卧式安装，液压泵置于邮箱上时，称为卧式液压动力源。 非上置式液压动力源。将组布置在底座或地基上的液压动力源称为非上置式。如果泵组安装在与邮箱一体的用底座上，则称为整体液压动力源；将泵组单独安装在地基上则称为分离型液压动力单元。整体型液压动力源又可分为旁置式和下置式两种。柜式液压动力源。将泵组合邮箱整体置于封闭型柜体内的结构称为柜式液压动力源。2.2各种布置的比较上置式液压动力源占地面积小，结构紧凑，液压泵置于邮箱内的立式安装动力源，噪声低且便于收集漏油，一般应用于中小功率的液压泵站。当采用卧式动力源时，由

16、于液压泵置于邮箱之上，必须注意各类液压泵的吸油高度，以防液压泵油口处产生过大的真空度，造成吸空或气穴现象。非上置式液压动力源由于液压泵置于邮箱面以下，故能能有效改善液压泵的吸入能力，这种动力源装置高度低，便于维护，但占地面积大，适用于泵的吸入允许高度受限制，传动功率较大，而使用空间不受限制，以及开机率低，使用时又要求很快投入运行的场合。新一代的这种布置方式的液压动力源可以将液压泵组、邮箱组件、控温组件等集成为一个整体，机构做得相当紧凑，并且能保证一定压力和排量，如近些年来出现的通用性较强的液压动力单元就是典型代表。柜式液压动力源装置可在柜体上方便布置各类仪表板和电控箱，且外观整齐美观，因泵组被

17、柜体封闭而屏蔽了噪声，同时能有效减少外界污染，其缺点式由于需顾及操作和维护的空间及液压泵系统的散热，致使其外形尺寸较大，通常仅在中、小功率场合及实验室采用。2.3布置方案的选定考虑到本次设计的液压动力源的实际使用环境，在满足压力和排量要求的前提下，整个系统做得越小越紧凑越好，不仅占地面积小，而且也节省了不少材料，在这个大前提下，初步选择的方案是采用非上置式整体型液压动力源，在体积和布置上向液压动力单元形式靠进。因为海水的腐蚀性，液压动力单元最外层与海水接触部分材料要选用特殊材料，并且希望这种材料的面积尽量小且形状规则，如果电动机和液压泵放在邮箱外面，这样必将增加外壳材料表面积，也会使得外壳的形

18、状相对复杂，随之而来的装配和焊接问题就会更多，这里采用将电动机和液压泵放在邮箱内部，如图里2-1所示，这样整个液压动力单元从外形上看就较为简洁。 图2-1 系统布置方式图图2-1所示结构采用的电动机式一般陆地环境使用的普通三相异步电动机，电动机外壳内时有空气的，这样就需要在电动机轴的出口处加动密封装置，防止液压油进入电动机线圈内，因为当海水深度达到6000m时，压力将达到60MP ，所以对这个密封装置的要求很高。为解决这个问题，考虑将电动机换成现在较为先进的水下电动机，由于这项技术属于较为前沿的技术，还没有完整的系统资料，所以下面引用国外某水下电动机的资料。水下电动机应着重考虑电动机耐受水压以

19、及水的隔离问题，某公司的产品用了两种方法。·耐水压的机械结构：采用高机械强度材料增加壁厚的机壳以承受水压及隔离海水。·平衡压力结构：电动机内部充油，以非金属膜盒加以封闭，靠此膜盒的伸缩适应内部油液的热膨胀以及外部水压的变动，使电动机内外压力达到平衡。显然选用第二种方法的水下电动机比较合理，在还没有完整资料的情况下，在此基础上对电动机进行改进，设计出一个在理论上行得通的水下电动机。电动机的压力平衡部分一般放在电动机的尾部，改进后的设计也是从尾部进行示意。既然选择的是深海电动机，则电动机的防腐问题在电动机设计时已经考虑了，那么其外壳材料肯定选择了防腐材料。在这种情况下液压动力源

20、如与原来的布置一样，会造成防腐材料的损失，那么就可以将电动机放在邮箱外面而只将液压泵放在邮箱内，这样会使得液压动力单元的体积和重量都变小，不足的是其长度会有所增加，结构如图2-2所示 图2-2 改进后的系统布置方案图这样整个系统的大致结构就定下来了，核心问题是考虑怎样才能使邮箱内的压力和海水的压力相等，或者是使邮箱内的压力略大于海水的压力。2.4系统压力平衡问题的分析要使系统内部油液压力增加，可以向邮箱内加入更多的油液，在体积不变的情况下，油液越多压力就会越大，但是在深海，这种方法是行不通的。而采用的方法是在油液量不变的情况下，减小油液的体积来增加油液的压力。分析的方法为蓄能器状气囊结构方法，

21、蓄能器状气囊结构既实现油箱较大的体积变化，又方便于压力补偿装置的安装，也容易计算所能补偿体积的大小，气囊外包着金属壳，因而，气囊不会发生太大的变形，金属壳还可有效地防止外界尖锐物品刺破气囊。所以压力平衡机构选用蓄能器状气囊结构。方案的工作原理一个油箱，包含一个能进行弹性变形的部件，当有压力差存在时，该部件就发生变形，将压力传递到油液中，从而使油液的体积减小，压力增大至与外界环境相等时，也就油箱内部的压力与外界的水压力达到平衡，这样，不论多大深度，油箱内部的压力总与外部水压力相等，油箱壳体所受到的内、外压力相等，压差为零，实现了对不同水深的压力补偿。2.5液压动力单元的油箱 2.5.1油箱分类

22、通常油箱可分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱三类。1. 整体式油箱是指在液压系统或机器的构件内形成的油箱。2. 两用油箱是指液压油与机器中的其他目的用油的公用油箱。3. 独立式油箱是应用最广泛的一类油箱，它常用于工业生产设备，一般制成矩形，也有圆柱形和油罐形。通过计算机可以发现 2.5.2油箱的设计本设计采用独立式圆柱形油箱，因为在材料用量相同的情况下将箱体制成圆柱形所获得的体积最大，而电动机的外形一般也是圆柱形的，将电动机与油箱连接在一起后，其形状比较规则、美观和统一的，电动机和油箱都要横向摆放，圆柱形的母线与地面平行。为了能够其进行容易更换和使杂质排出，要在圆柱形油箱的内壁底部设置一个排油

23、槽。油箱容量按经验公式来计算，因为系统工作时整个油箱是浸泡在海水里的，并且海底的温度一般为4左右，所以整个系统的散热效果是非常好的，相当于是水冷，没必要从散热角度来计算油液的容积。油箱容量的经验公式： V=aQv 式中 Qv 液压泵的流量； a 经验系数，一般情况下取35 则可求得系统所需油液的体积V油为 V油=3×52.5=157.5（L） 所设计的系统结构是液压泵及其他的一些部件放置在油箱内部，所以要计算油箱的体积需要将这些部件的体积加上所需油液的体积。液压泵的外形体积是很不规则的，要精确计算它的体积大小是很困难的，所以将其近似看成一个立方体，各个方向的尺寸这合后为195mm&#

24、215;202mm×233mm。则液压泵所占的体积V泵为 V泵=195×202×2339.18×106（mm3）液压泵的体积加上其他部件的体积，最后将总的体积圆整为9.18×106（mm3），即9.2L这样整个油箱的体积为 V箱=V液+V泵=157.5+9.2=166.7（L）=166.7X105（mm3）选取的深海直流电动机直径大约为，为保证整个系统的美观性，同时也保证整个装置不至于过长，将油箱的端面直径选取为560mm,这样就可以根据体积计算出油箱的长度。 V箱=Ld2/4×h=1.667×105 h=4V箱/Ld2=1

25、.667×105×4/3.14×56268式中 V箱- 油箱所需的积，mm3; d - 油箱端面的直径，cm; h - 油箱长度，cm 最后将油箱长度选定为68cm.2.5总体系统的结构确定了油箱的端面直径和长度，还要确定油箱的厚度。虽然油箱有了压力平衡装置后。在深海所承受的压差约为零，但还是要承受较大的内压，同时还会打出取多螺纹孔用于其他部件的安装和固定，所以选定油箱壁的厚度为10mm。油箱的制定方法选取铸造工艺。为了使整个系统便于安装，油箱的右端面是开通的，整个内部结构安装完毕后用一块油箱盖板将油箱盖住，为了整个系统注油方便，还在油箱壁的上方开了个注油口。使用

26、蓄能器状气囊结构作问为压力平衡结构，考虑到安装方便，就把其放在油箱的上背面，但是为了系统在初始的状态下气囊内就能装满油液，气囊结构的最够位置要低于油箱壁的最高位置。这样，整个设计方案的大致布置及尺寸就确定下来了，其结构平面图如图2-3所示。图2-3 1-深海电动机；2-通轴；3-油箱外壳；4-注油口盖；5-压力平衡装置；6-油箱后盖； 第三章 液压动力源各个部件的选型3.1液压泵的选型 液压泵是将源动机的机械能转换为液压能的能量转换元件，在液压传动中，液压泵是动力元件，向液压系统提供液压能。液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵四类。通过各类泵的比较，柱塞泵具有流量范围大、工作压力高、变化

27、形式多等优点，以及本设计的要求压力是21PMa是一个不小的压力，并且是工作在深海作为一些机构的动力源，流量范围要求会比较大，所以选用柱塞泵。柱塞泵有轴向和径向之分，因经向布置不如轴向布置紧凑，故泵的体积和重量都较大。柱塞与定子为点接触，应力高，配油轴磨损后间隙不能补偿，漏损较大，故这种径向泵的工作压力、容积效率和转速都比轴向柱塞泵低。深海液压系统用液压泵的设计还要考虑振动和噪声问题，因为如果振动和噪声较高将会影响整个执行系统上其他设备的正常运行。而在振动和噪声指标满足要求的情况下，一般陆上液压系统用液压泵均可满足深海的使用要求。最后选择斜盘轴向式柱塞泵。传统泵是整个油路的一部份，除了选择泵外，

28、还要连接一些液压阀及相关油路来组成一个基本回路，现在又些泵已经集成了一些基本的液压控制阀，这样就简化了整个油路的设计。考虑到本设计所需求的排量为35mL/r，压力为21MP，最终选用某公司的C4低压卸荷控制型液压泵，具体型号BK35-F-R-C4-A-K-11，其主要参数如下： 排量：35mL/r。 最高压力：25MPa。 额定转速：1500r/min。 最高转速：2200r/min。 容积效率：0.98。3.2电动机的选型 通过各类电动机以及本设计所需选择的电动机为直流无刷电动机。直流无刷电动机价格比较相当，密封结构也比较简化，电动机壳上装有压力补偿器，电动机内充有一定的补偿油。通过压力补偿

29、器使电动机壳体内外压力平衡。电动机的定子机壳、前端盖、后端盖构成一个密封壳体，属于静密封问题。因此在前、后端盖处采用O形圈进行密封。而组合密封圈采用聚四氟乙烯内环与O形圈外环的有机结合，使轴伸处的密封是动密封。根据液压泵在满负载额定转速下可以确定电动机的最大功率。已知液压泵的排量V=35mL/r，泵的压力p=25MPa,这里所选定泵的转速n=1500r/min,泵的总效率取=0.98. 流量： q=Vn×10-315000×35×10-352.5(L/min) 功率 P pq/60V21×52.5/60×0.9519.34(kW) 式中 q 液

30、压泵的流量 V 液压泵的排量,L/min n 电动机的转速,r/min; 系统总功率；P 电动机的功率；kW;最后确定电动机的功率为22kW。3.3液压泵与电动机之间连接的设计液压泵与电动机之间连接是通过一个联轴器连接在一起的，电动机的转矩通过联轴器传递到液压泵，但这种连接方式占用的体积较大，且工作时联轴器会发生很大的噪声，会影响它在某些场合的应用，并且会降低效率，所以结构上本文选择液压泵输出轴与电动机输出轴连成一体的通轴结构，这样在结构上能简化很多，噪声问题也会有很大的改善。对通轴可进行分析如下：将液压泵和电动机剖解后，其主要部件如图3-1所示，从图中可以很清楚地观察到将电动机轴和液压泵轴制

31、成同一轴的结构在安装方面是没问题的，只要将各个部件从左往右安装，具体安装顺序依照图3-1所示的编号顺序，所以压泵与电动机之间连接设计采用通轴结构。图3-1 1-电动机外壳；2-通轴；3-电动机转子；4-电动机封盖；5-轴承；6-液压泵外壳；7-斜盘和柱塞；8-缸体；9-配流盘；10-液压泵盖3.4过滤器的选择滤器的选择主要根据系统的工作压力、介质的性质、元件等工作条件进行。考虑到结构问题，不可能在所有部件都装上过滤器，根据本设计的系统，最后决定只在装置的回油路安装回油过滤器。因设计系统的工作压力为21MPa，根据表3-1选取过滤精度为10m的过滤器。考虑到设计要求回油过滤器紧凑，因此，过滤器选

32、择结构尺寸相对较小的RFA型徽型回油过滤器，系统的流量是52.5/mim，并且要求的过滤精度为10m，所选的过滤型号为RFA-63×10，连接方式为螺纹连接。其外形如图3-1所示，对应尺寸如表3-2所示。表3-1 过滤精度的选择系统类别一般液压系统伺服系统压力p/MPa773521颗粒大小/m26-5025105表3-2 RFA型徽型回油过滤器具体尺寸H1H2H3H4D1MAA1L1L233×21008560539 3.5 压力仪表的选型一般的液压系统会在油路上安装压力表，用来测定管路上的压力，并且使用的大都是表盘机械压力表，当然稍高档的设备中使用

33、的一般是数显压力表。传统的机械式压力表所能测定的压力范围不是很大，一般是060MPa,本文设计的液压动力源，工作压力可能大于60MPa，所以本系统所需要的压力仪表的测量范围0100MPa，并且需要的是电子式压力仪器，能把压力信号转化为电信号输传到接收器。某公司生产的一款型号为KH17d压力传感器比较合适，这种传感器采用半导体应变片将压力转换为电信号。其感应元件采用的蒸发式半导体应变片，稳定性和可靠性很高。该传感器没有移动部件存在，所以抗震性和抗冲击性很强，由于这种传感器采用金属隔膜，因而表现出了非常的耐蚀性和过载性。油规格为0100MPa的产品，本设计选择此型号的压力传感器。3.6密封装置的选

34、型 密封装置的功用是防止设置泄漏，起密封作用的零件称为密封件或简称密封。设备的密封性能的评价机械产品质量的一个重要指标，对密封的基本要求是严密、可靠、寿命长，并且力求结构紧凑，系统简单，制造维修方便，成本低廉。因大多数密封件是易损件，故应保证标准化、系列化程度高。 密封装置包括两大类：动密封和静密封。动密封一般又可分为接触式密封和非接触式密封。通常情况下选用接触式的，这是因为非接触式的密封装置式比较复杂。由于本文所设计的液压动力源是使用在深海，所以良好的密封对其性能的影响尤其重要，这是本设计难点之一。当到海平面以下3000m时，压力就已经达到30MPa，到海平面以下6000m时，压力将大到60

35、MPa，这么大的压力对密封装置来说，是一个比较大的考验，特别是动密封处。针对这一问题，在前面设计已经考虑了，本设计采用压力平衡装置，这样，内部油液的压力和外部海水大压力基本相同，内外差为零，对系统的静密封要求非常低了，大部分都能够满足要求，但考虑到安全性、实用性、方便性，本系统选取O形圈作为主要的静密封件，如在油箱的进油口、出油口、液压泵的压力油出口处以及电动机和油箱外壳的连接处等都采用了O形圈结构。由于油箱盖处的形状哼=很不规则，没办法采用O形圈结构，此处就设计一个异形垫片来密封。静密封结构已选定，接下来就是对动密封结构的选取。本系统设计的液压动力源需电动机与液压泵的连接处安装一个动密封装置

36、，因为深海电动机内部的电动机油和液压系统使用的液压油不是同一种，不能将其混合在一起。动密封件的安装位置如图3-2所示。图3-2 动密封件的安装位置电动机也采用压力补偿是结构，所以电动机内部油液压力也是与海水压力相等的，也就是电动机油和液压油压力差约等于零，这样对动密封处的要求又很低了，一般的油封都能满足要求。但是虽然压力差为零，密封装置仍然要承受几十兆帕的内压，有可能会因为过大的内压导致密封结构的变形而使密封失效，所以在选取装置时还要注意此类问题。这里选用一种多级密封装置，其所能承受的压力可以达到100MPa，所以肯定是能满足设计要求的，其结构简图如图5-21所示。此类多级密封装置在各类设备中

37、应用较少，不是标准件，加上本文研究的重点不是在密封处，所以在此不进行分析，只是表现能满足设计要求，本设计也取多级密封作为动密封装置。3.7 接口部件的选型一个系统的运行总需要一个能量的来源以及一些信号的传输，本系统的电动机就需要电力的来源，内部的电磁阀、压力传感器之类的部件需要传递弱电信号，这样必定要向油箱外引线，这就要解决信号输出线，也就是软细线引入和引出油箱腔体的密封问题，实现软细导线密封的部件称为引电器。在深海作业中，液压动力源装置的应用深度较深，压力很大，这样就给密封带来了一定的困难。 软细导线的密封方法，大体上有三类： 用胶填实密封。 用商业化的水密接插件。 设计某些机械结构，在工作

38、情况下越压越紧，从而实现密封。 本次设计采用的解决的方案属于第三类，即设计某些结构实现密封，适合自制，造价低，且能满足应用要求。在参阅了大量资料后，由于条件有限不能对此类产品进行验证，但应该说在性能方面能满足设计要求，由于这结构不是本设计的重点，在此只对其原理进行简单描述。图3-3 1-压紧螺母；2-油箱壁；3-端盖；4-O形圈；5-螺钉；6-上垫；7-密封材料；8-引线；9-下垫；10-止动螺钉 图3-3中，上垫6、密封材料7、下垫9上、下表面都有通孔，三个零件通孔位置一致，便于穿线。通孔最好是对称的，且通孔要远离圆柱上、下表面的圆心，向周边布置，这样压紧时受力较好，容易压紧。所打的通孔个数

39、可以很多，可以实现多根导线的密封。三个零件叠在一起，放于有台肩的通孔中，中间穿过导线，外面在用压紧螺母1与上垫6有接触部分，而压紧螺母是要旋转推进压紧的，这就会使上垫6同样跟着旋转，那么导线将会被拦腰截断。而密封材料7与下垫9由于摩擦力及轴向紧压力小会跟着旋转，至少不能保证与上垫6同步旋转。所以在上垫6上开有一个键槽，键槽宽度与止动螺钉10的直径相当，拧紧止动螺钉10，使得上垫6不能旋转，只可轴向运动，从而压紧密封材料，实现密封。第四章 系统材料的选择4.1 油箱外壁材料的选择 在整个系统中油箱的防腐性能是最重要飞部分之一，其性能的好坏直接影响着系统的好坏。在海水的金属材料的腐蚀主要是电化学腐

40、蚀，目前主要有如下防腐措施：表面进行喷涂处理。选用Ti合金材料。选用Ti不锈钢材料。加Zn块。 实现证明采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料是可以的。但是选择了不锈钢之后，对于焊接问题是个比较大的考验，并且一般的不锈钢都是制成薄壁板，不利于其他部件的安装，所以在本设计中不采用。 通过查阅材料手册，选择牌号为NS的合金材料，其中牌号为NS333、NS34、NS336的比较适合海洋环境，其化学成分如表4-1所示，特性和应用举例如表4-2所示。 从表4-2中可以看出这三种牌号的材料都能满足海洋环境，本文就选取的牌号为NS336的材料作为油箱外壳材料、及其他海水接触的部件的材料。 另外，通过喷涂处理也能

41、起到防腐蚀的作用，如采用喷涂GZH系列无机磷酸盐富锌涂料的方法就能满足要求，这种涂层同时兼具屏蔽、阳极保护和缓蚀三大功能，不但可以防止化学缓蚀、屏蔽、磷化、转化锈，还有较强的耐高温氧化腐蚀、附着力强及防腐年限长的特点，因此这也是一个不错的防腐选择。表4-1 防腐材料的化学成分（质量分数） %编号CCrNrFeNoWAlNS3330.0814.516.5余量4.07.015.017.03.04.5NS3340.0214.516.5余量4.07.015.017.03.04.5NS3360.1020.023.0余量5.08.010.00.4编号TiNbVCoSiMnPSNS3330.352.51.0

42、01.000.0400.030NS3340.352.50.081.000.0400.030NS3360.42.144.151.00.500.500.0150.015表4-2 防腐材料的特性和应用举例牌号特性应用举例NS333耐卤族及其化合物腐蚀强腐蚀性氧化-还原复合介质及高温海水中应用装置NS334耐氧化性氟化物水溶液及湿氯、次氯酸盐腐蚀强腐蚀氧化-还原复 合介质及高温海水中焊接构件NS336耐氧化-还原复合介质，耐海水腐蚀且热强度高化工工业中苛刻腐蚀环境或海洋环境4.2 压力平衡结构中的非金属材料的选择 压力平衡结构要求非金属材料有良好的弹性和伸缩性，一般情况下选择的是橡胶材料。 橡胶按其来

43、源，可分为天然橡胶和合成橡胶。 天然橡胶。化学组成成分是不饱和的橡胶烃。合成橡胶。是从石油、天然气、煤、石灰石以及农副产品中提炼某些低分子的不饱和烃作原料，制成“单体”物质，然后经过复杂的化学反应而获得人工合成的高分子聚合物，故有“人造橡胶”之称。橡胶按用途，又可分为通用橡胶和特种橡胶。通用橡胶。是指在使用上无特殊性能要求的通用性橡胶，主要有：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戍橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶等。特种橡胶。一般用于特殊通途，如耐油、耐酸碱、耐高温、耐低温、耐辐射等。主要有：乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、氯醇橡胶、氯化聚乙烯橡胶

44、等。按橡胶的物理状态，还可以将其分为生橡胶、熟橡胶、硬橡胶、混橡胶、再生橡胶和液体橡胶。橡胶有很多性能指标、其中与本设计选材有关的性能有：拉伸强度、伸长率、回弹率、邵氏硬度、脆性温度、裂解温度、抗膨胀润性。通过比较，丁腈橡胶是比较合适的选择，具有较好的耐油性、耐酸性，耐水性，所以本设计中压力平衡装置中的橡胶材料使用丁腈橡胶，同时O行圈的材料也使用丁腈橡胶。第五章 液压动力单元系统性能的校核5.1 油箱壁的强度校核 油箱外壳材料选择是牌号为NS336的合金材料，牌号为NS的几种材料的力学性能比较见表5-1表5-1 金属材料的力学性能材料牌号热轧板（厚度大于4mm）冷轧板（厚度为0.84mm）Nb

45、/MPan0.2/MPan5/%nb/MPan0.2/ MPan5/%NS3336903153069028540NS23346902854069031530NS3366902753069027530表5-1中的nb为材料的拉伸和压缩强度极限，其值远远大于油箱壁受到的60的压力，所以油箱的金属外壳材料在海底承受几十兆帕的压力是没有问题的。5.2压力平衡结构的体积校核 在绘制装配图时，本设计所选取的气囊外壳尺寸为端面半径50mm，长348mm的圆柱形，其结构如图5-1所示。通过图5-1中的尺寸可以粗略计算出其体积为27L左右，也就是说此气囊能提供27L的体积变化差。图5-1 压力平衡装置外形结构本

46、系统油箱中的油液由于各种因素其体积肯定是要发生变化的，下面对气囊能提供的体积变化差是否能满足系统最大油液变化量进行校对。在深海环境系统中油箱内油液体积变化包括以下几个方面。工作介质在高压下由于可压缩性引起的体积变化，用压缩率或体积弹性模数K来表示其压缩的系数，一般是有性液压油的K值平均为（1.22）×10³MPa。在实际应用中，由于在液体内不可避免地混入气泡等原因，使K值显著减小。一般选用（0.71.4）×10³MPa，则其体积变化可按如下公式计算。 L-1/V×dv11dp K=1/L dv1=-VdpL=-Vdp/K=60×106

47、×157.5/1×103×106=9.45(L)式中 V-油液的总体积； dv1-油液的体积变化量；dp-油液压力变化量；K-压缩系数。由于本次设计不清楚油液出口以为的具体工作情况，所以执行器的体积差不得而知，但是可以根据经验公式，取油箱油液容量的10%作为其体积差，则可以求得其体积。dv2=V×10%=157.5×10%=15.75（L）式中 V-油液的总体积；dv2-油液的体积变化量。因为本设计中没有设计蓄能器，所以其体积变化dv3为0.由于在深海作业，海水的温度基本上是恒定不变的，所以由于温度影响而造成的体积变化dv3也为0 综上，油箱内油液体积变化为 dv2= dv1dv2dv3dv4=9.4515.750025.2(L) 27L 因此，蓄能器的结构尺寸满足要求。结论本文设计内容为开发一套6000m深海液压动力单元，工作压力是21MP、额定排量为35mL/min。在考虑陆地环境注意的问题外，还考虑了深海环境下问题。本文是针对深海这个特殊环境来展开设计，设计的难点和重点归纳起来包括压力平衡问题、密封问题、电缆的接口问题以及材料的防腐蚀问题。海洋深处是有很大的压力的，而且随着深度的加深，压力也就越大，当到达6000m时，压力为60MPa,如果这么大的压力都由液压