ROV-技术交流报告.doc

ROV液压系统技术交流报告ROV是一项技术含量要求较高的行业，要求的专业知识很多。最重要的是要求机械和电子方面的知识较高，就ROV来说电子部分是ROV控制部分，机械液压部分是ROV执行部分，是ROV最关键的组成部分。公司现有的四套ROV系统和马上要购买的FCV2000D，都是采用液压驱动。液压的优点有：体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活，单位重量和体积的输出功率和传动的功率大，组成系统容易等优点。是电力驱动所无法比拟的。现阶段国内外大型工作型ROV都采用液压驱动。特别是深水ROV，由于电缆要求很长，要求传递的动力大，都是采用液压驱动来实现的。 ROV的作业环境很特别，都是在深水中，系统的崩溃会给设备带来很大的危害，给作业带来很大的损失。作业中ROV操作人员特别需要注意的是系统的作业安全，特别是液压系统的崩溃会直接影响设备的安全。公司从成立到现在，多年的发展历程中可以发现，系统出现故障中液压出现问题导致系统危险的比例很高，从公司最近出现的几次ROV设备安全事故可以看出，液压系统一旦不工作，是十分可怕的，尽管单项电，三相电都能启动，液压的压力正常，但驱动ROV动力依然没有，ROV还是不能移动，因此保持良好的液压系统非常关键。ROV液压系统使用的液压元件很多，主要的液压元件有：液压泵，伺服阀，液压推进器马达，电磁阀，单向阀，液压缸等。在作业中ROV经常出现的液压问题主要有以下：一. 液压泵出现的问题主要有：泵的压力不足；液压温度很高；压力达到要求，但驱动推进器的性能变低；液压泵完全损坏，忽然卡死等情况。二.伺服阀经常出现的问题主要有：伺服阀堵塞，操作时伺服阀功能无法完全实现；伺服阀的前置驱动马达线圈烧坏，伺服阀线圈电阻异常，伺服阀的功能彻底没有。三. 液压推进器马达经常出现的问题主要有:转速很慢，工作时温度很高；马达配流盘异常磨损或漏油；马达卡死。四.电磁阀经常出现的问题主要有：电磁阀堵塞；电磁阀线圈烧坏；电磁阀电阻异常。 任何事物的理解都是理论指导实践的，如果没有理论知识的指导，实践都是盲目的。ROV的液压系统看上去不是很复杂，但真正使用和完全掌握，还是有困难的， ROV的工作经验很重要，但如果丰富的工作经验加上对液压系统的结构和液压系统各个液压元件的理论知识了解，对ROV的理解会更加深刻， 为了丰富和提高作业人员对ROV的了解和认识，下面就对ROV液压系统的主要液压元件：伺服阀、电磁阀、液压泵、推进器液压马达的工作原理做一个简单的介绍，从原理出发谈一下作业中各个液压元件注意的事项，在工作中各液压元件出现问题时通常采用的解决方法。一伺服阀伺服阀是液压系统中最精密的部件，也是ROV部件中价格非常高的部件之，下面看到的是公司系统自带的伺服阀工作原理图和技术参数，仅仅从图上很难对伺服阀的工作原理有一个清晰的认识：接下来就伺服阀谈谈个人的认识：伺服阀是液压系统中高精密元件，它能将微弱的电气输入信号放大成大功率的液压能量输出。它具有控制精度高和放大倍数大等优，在液压控制系统中得到广泛的应用。伺服阀由力矩马达和液压放大器组成：力矩马达由一对永久磁铁1、导磁体2和4、衔铁3、线圈5、内部悬置挡板7、弹簧管6等组成 。l 液压前置放大器 前置放大级是一个双喷嘴挡板阀，它主要由挡板7 喷嘴8节流孔10和滤油器11组成。l 功率放大器 功率放大级主要由滑阀9和挡板下部的反馈弹簧片组成。伺服阀工作原理1.力矩马达工作原理：磁铁把导磁体磁化成N、S极，形成磁场。衔铁和挡板由弹簧支撑位于导磁体的中间。挡板下端球头嵌放在滑阀中间凹槽内；线圈无电流时，力矩马达无力矩输出，挡板处于两喷嘴中间；当输入电流通过线圈使衔铁左端被磁化为N极，右端为S极，衔铁逆时针偏转。弹簧管弯曲产生反力矩，使衔铁转过角。电流越大角就越大，力矩马达把输入电信号转换为力矩信号输出2.前置放大级工作原理压力油经滤油器和节流孔流到滑阀左、右两端油腔和两喷嘴腔，由喷嘴喷出，流回油箱，力矩马达无输出信号时，挡板不动，滑阀两端压力相等。当力矩马达电流信号输出使马达逆时针转动时，挡板偏转，喷嘴左边的流量变大，右边的流量变小，导致滑阀两边左边压强变小，右边压强变大，最终右边压力变大，推动滑阀向左移动。滑阀移动同时，挡板下端的小球亦随同移动，使挡板弹簧片产生弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷嘴间的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板弹性反力平衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动 当力矩马达信号输出使马达顺时针转动时，挡板偏转，喷嘴右边的流量变大，左边的流量变小，导致滑阀两边的压强不等，右边压强变小，左边压强变大，最终左边压力变大，推动滑阀向右移动。滑阀移动同时，挡板下端的小球亦随同移动，使挡板弹簧片产生弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷嘴间的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板弹性反力平衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动 3.功率放大级工作原理：当前置放大级有压差信号使滑阀阀芯移动时，主油路被接通。滑阀位移后的开度正比于力矩马达的输入电流，则阀的输出流量和输入电流成正比；当输入电流反向时，输出流量也反向。滑阀移动同时，挡板下端的小球亦随同移动，使挡板弹簧片产生弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷嘴间的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板弹性反力平衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动。伺服阀由于其实现特殊的功能，因此其结构复杂，制造精密，价格高。工作中要特殊保护好伺服阀，通常伺服阀出现的故障及处理方法有： 一.液压油污染，使得液压控制油路堵塞;在作业中遇到伺服阀不工作，用万用表测量驱动马达的线圈电阻正常，一般的情况是马达的控制油路被堵。可以拆开伺服阀，对其进行清洗。清洁主要以下几点滑阀滤油器滑阀节流孔滑阀1. 清洁时注意滑阀的外表的光洁，主要观察有没有外表划痕；2. 注意观察虑油器有没有堵塞，是否沾有铁屑等杂物；3. 注意观察节流孔是否堵塞；4. 观察驱动马达的喷嘴小孔是否被堵，可以用CRC从喷嘴入油口喷射，看喷嘴出油口是否有油正常喷出喷嘴入油口喷嘴出油口二.前置驱动马达损坏，主要表现马达线圈电阻异常主要由以下原因引起：1液压系统进水，没有及时清理，海水把驱动线圈腐蚀了。在作业中一定要保持液压系统无水工作。2. 液压系统运行时温度过高，驱动线圈被高温烧坏。ROV作业时一定要观察马达和伺服阀箱的温度，避免长时间高温作业。二电磁阀ROV上面的电磁阀采用的是采用三位四通的电磁换向阀，和一个单向阀组成，电磁阀起换向作用，实现液压换向，单项阀起着锁定液压回流作用。下面是这种电磁阀的液压图形符号，这种阀可以实现三个位置的变换，阀芯可以向左向右和中间位置停留，四通是因为这种阀有四个通道分别为压力输入通道p，两个液压执行方向通道A和B，一个回油通道T。ABPT1T2工作原理如下：1. 当电磁阀两端的电磁线圈不通电时，电磁阀阀阀芯处于中间平衡位置，压力输入通道P的液压油不进入任何A、B通道的任何一端。这时A、B、T三个通道形成了一个液压通路。2. 当电磁阀两端通电，电磁阀线圈驱动阀芯向左端移动时，压力输入通道P的液压油进入B通道，这时A通道和回油通道T相通。3. 当电磁阀两端通电，电磁阀线圈驱动阀芯向右端移动时，压力输入通道P的液压油进入A通道，这时B通道和回油通道T相通。从上面可以看出电磁阀芯向左向右运动时，液压执行通道A、B的液压方向完全相反。在操作时只要控制电磁阀两端线圈的通电和断电，就可以实现电磁阀芯的移动，从而实现液压通道A、B液压换向功能。从上面单向阀的原理可以看出如果没有安装在电磁阀下面的双液控单向阀，在电磁阀没有通电的情况下，液压执行通道A、B和回油通道T都是相通的，这样的话，我们的机械手和云台就没法工作了。实际上ROV上面的电磁阀液压执行通道A、B不是直接和液压机械手各个功能相同，而是在电磁阀下面还安装了一个双液控单向阀，实现各个功能自锁功能（见上图）。上面介绍了电磁阀的工作原理，从原理可以看出，电磁阀是通过线圈通断电实现阀芯移动的，保护好电磁阀最重要的是要保护好电磁线圈。线圈是最怕有水和高温的，这点和保护伺服阀是一样的。电磁阀是安装在ROV液压系统中，在作业中保持液压系统没有水，液压温度不能太高是非常重要的。另外一点就是一定要保持液压系统液压油干净清洁，没有脏物。做到经常检查液压油是否有水，观察液压油是否干净。做到定时换液压油，定时换过滤器。 三.液压泵公司所有ROV液压泵都是采用斜盘式轴向柱塞液压泵（包括将要购买的FCV2000D），主要是这种液压泵具有以下优点：工作压力高、密封性好、容积效率高、易实现变量等优点。1斜盘式轴向液压泵的结构图 整个泵由：缸体、配油盘、柱塞和斜盘等主要零件组成2斜盘式轴向柱塞泵工作原理 斜盘式轴向柱塞泵的工作原理如图所示。缸体每旋转一周，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸、排油过程。吸油排油3斜盘式轴向柱塞泵排量和流量的计算 当柱塞从转到2时，柱塞的行程为: L=2Rtg 缸体每旋转一周，每个柱塞吸油和排油各一次，则泵的排量V和流量q分别为：实际上，泵的瞬时流量qsh是脉动的，其流量不均匀系数与柱塞数及其奇偶性有关。柱塞数越多，流量不均匀系数越小；奇数柱塞比偶数柱塞的流量不均匀系数要小。因此，柱塞泵中的柱塞多采用Z=7或9。从上式中可以看出，改变斜盘倾角的大小和方向就可以改变其输出流量的大小和方向，但我们公司ROV液压泵配流盘均采用阀式配流方式，避免马达反转时液压泵的流量方向相反，导致损坏设备。但为了适应作业公司ROV液压泵的流量和压力都是可以调节的，作业中通常可以根据实际情况，通过调节压力调节螺钉对泵的压力和流量做出适量的调整。 4斜盘式轴向柱塞泵的摩擦 在斜盘式轴向柱塞泵中，柱塞与柱塞孔、缸体与配流盘、滑靴与斜盘构成三对运动摩擦副，这三对运动摩擦副的工作状态直接影响泵的密封性能、效率和使用寿命等。.滑靴与斜盘之间的摩擦 如图所示，作用在柱塞底部的液压力F1为: F1在柱塞头部分解的法向力为FN，油膜在滑靴底部产生的反推力为Ff 。当FN=Ff，即柱塞头部作用在滑靴上的法向力FN和油膜作用在滑靴上的反力Ff完全相等，称为全平衡状态。此时滑靴与斜盘脱离接触，不存在金属摩擦，只有油液的粘性摩擦。这种状态机械效率较高，但泄漏较大，容积效率较低。当FNFf ，称为过平衡状态。此时油膜刚度大，泄漏量也大，此种方案很少采用。当FNFf ，称为部分平衡状态。即滑靴始终压在斜盘上，两者的剩余压紧力F=FNFf不大，通常取压紧系数， 这样，既可以保证泄漏小，又不至于滑靴与斜盘之间压得太紧而加速磨损。 缸体与配流盘 如图所示，缸体1内有七个均布的柱塞孔，柱塞孔底部开有腰圆形的进出油口，腰形孔的通流面积比柱塞孔小，因此当柱塞排油时，油液压力对缸体产生一个轴向推力，加上弹簧的预压紧力，构成了缸体对配流盘2的总压紧力。为了减少缸体与配流盘之间的摩擦、磨损，在它们之间也采用了剩余压紧力的方法。如图（a）、（b）所示。 （a）如图（c）所示，为了防止吸油腔与排油腔相通，在配流盘上封油区的周向长度L要大于缸体上腰形孔的周向长度L。由于缸体柱塞孔底部的腰形孔道在配流盘上、下死点前后一小段行程（L-Lo）内，既不与排油腔相通，也不与吸油腔相通，而此时柱塞仍有微小行程，使柱塞底部出现变大或变小的闭死容积，由此产生困油现象。解决办法是在配流盘吸油窗口与排油窗口的两端各开小三角油槽，使两尖端之间的距离等于或略小于柱塞底部腰形孔的长度L0，如图（d）所示。这种办法既使吸、排油窗口之间有足够的密封长度而不致泄漏过多，又可以在闭死容积变化时能通过小三角油槽吸、排油，以消除困油现象。柱塞与缸体内柱塞孔 这一对摩擦副为圆柱面，工艺性能较好，易保证密封性。但由于斜盘倾角的影响，柱塞上作用有侧向力Ft ，如下图所示。侧向力Ft通过柱塞作用于缸体上，它可以使缸体倾斜，造成缸体和配流盘之间出现楔形间隙，使泄漏增大，并且使密封表面产生局部接触，柱塞与缸体之间的磨损加剧。为了减小侧向力，斜盘的倾角通常20；增加柱塞在缸体内柱塞孔中的接触长度，在柱塞上开均压槽，选择柱塞和缸体的材料及热处理工艺，提高耐磨性能，减小泄漏。四液压马达公司液压系统使用的马达都是轴向柱塞马达 ，轴向柱塞马达的结构特点基本上与上面提到的轴向液压泵相似。 这种斜盘式液压马达的工作原理是：当高压油从柱塞孔进入时，柱塞对斜盘有个作用力，同时斜盘给柱塞一个反作用力N，这个反作用力N，可以分解成两个力，一个是法向作用力T，一个轴向作用力F，法向作用力T正好给传动轴一个扭矩，推动传动轴旋转，由于多个柱塞形成一个圆环形扣压在斜盘上，并且法向力方向相同，这样形成多个扭矩推动柱塞传动轴旋转，高压油不断的供给，旋转持续不断，改变液压油的方向同时改变旋转轴转动的方向。改变液压的压力可以提高推进器的动力。改变其流量可以提高推进器转速。现有的seal，sealion系统都采用这种方式的斜盘式液压马达，配油盘（后盖）做成斜盘，柱塞腔体做成直的，这样整个马达就是直的（见上图）。下图是公司要购买的FCV2000D的推进器马达图，其原来和现在公司seal，sealion系统一样，唯一不同的就是这种马达把柱塞腔体做成倾斜了。两种液压马达