【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 實(shí)密封用商業(yè)化的水密接插件設(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。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。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(zhǎng)度較長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間使用，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)。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。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。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。圖24中，上墊密封材料下墊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。 圖24 引線接口部件1—壓緊螺母；2—郵箱壁；3—端蓋；4—O形線圈；5—螺釘；6—上墊；7—密封材料；8—引線；9—下墊；10—止動(dòng)螺釘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(zhǎng)，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。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。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，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。靜密封結(jié)構(gòu)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。 動(dòng)密封件的安裝位置如圖25所示。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26所示。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。圖25 動(dòng)密封件的安裝位置圖26 多級(jí)密封裝置第三章 液壓動(dòng)力單元的結(jié)構(gòu)分析 液壓動(dòng)力源的幾種結(jié)構(gòu)形式液壓動(dòng)力源按布置方式分為上置式、非上置式和柜式三種。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。②非上置式液壓動(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。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。 各種布置的比較上置式液壓動(dòng)力源占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵置于油箱內(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。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。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。 布置方案的選定考慮到本次設(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。因?yàn)楹Ｋ母g性，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。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(guó)外某水下電動(dòng)機(jī)的資料。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。耐水壓的機(jī)械結(jié)構(gòu)：采用高機(jī)械強(qiáng)度材料增加壁厚的機(jī)殼以承受水壓及隔離海水。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。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)的尾部，改進(jìn)后的設(shè)計(jì)也是從尾部進(jìn)行。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(zhǎng)度會(huì)有所增加。這樣整個(gè)系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)就定下來了，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。 油箱的設(shè)計(jì)通常油箱可分為整體式油箱、兩用油箱和獨(dú)立油箱三類。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。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。獨(dú)立油箱是應(yīng)用最為廣泛的一類油箱。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)和油箱連接在一起后，其形狀還是比較規(guī)則、美觀和統(tǒng)一的。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。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。油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為V＝ (21)式中 液壓泵的流量；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： V=3=（L）本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)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： V=195202233=10（mm）液壓泵的體積加上其他部件的體積，10 mm。這樣整個(gè)油箱的體積為 V =V+ V=+=（L）=10（cm）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(zhǎng)，將油箱的端面直徑選取為560㎜，這樣就可以根據(jù)體積計(jì)算出油箱的長(zhǎng)度。V=10 （22） (23)式中 V 油箱所需的體積 ，cm ；——油箱端面的直徑，㎝；