【文章內容簡介】 此型號的壓力傳感器。 接口部件的選型一個系統(tǒng)的運行總需要一個能量的來源以及一些信號的傳輸，本系統(tǒng)的電動機就需要電力的來源，內部的電磁閥、壓力傳感器之類的部件需要傳遞弱電信號，這樣必定要向油箱外引線，這就要解決信號輸出也就是軟細線引入和引出油箱腔體的密封問題，實現軟細線導線密封的部件稱為引電器。在深海作業(yè)中，液壓動力源裝置的應用深度較深，壓力很大，這樣就給密封帶來了一定的困難。軟細導線的密封方法，大體上有三類：用膠填實密封用商業(yè)化的水密接插件設計某些機型結構，在工作情況下越壓越緊，從而實現密封。用膠填實密封是將膠及細導線直接澆注在小孔中，實現密封。膠密封的原理是：膠是“流變密封材料”，可將導線索要穿過的小孔看成阻尼孔，在高壓下，膠呈流動性，沿小孔形成壓力降，而當壓力小到一定值后，膠又失去流動性而成固態(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。用膠填實小孔密封，造價低，也可實現密封。但也有許多的缺點：用膠填實密封，使得小孔的直徑不能很大，所引的導線也就不可能很多；如果小孔的直徑太大或小孔的長度較長時，膠有一定的黏度，容易灌滿整個小孔，易產生泄漏；A、B兩膠混合在一起調制時，一般會有反應，有的會放熱，膠在調制的過程中就產生了氣泡，對密封很不利，會有滲漏；易老化，不可長時間使用，膠老化，密封性能救大為降低，且對溫度較高的場合也不適用；不利于拆卸傳感器以對傳感器進行保養(yǎng)、維護。用水密接插件有許多優(yōu)點，可以傳輸各種電信號，密封可靠，拆卸較為方便。但是也有許多不足之處：價格昂貴，水密插件頭價格一般會在一萬元以上；對電信號要求較高時不適用，如某些化學傳感器，就不希望另接導體；無法適用于光纖傳感器；成功率不適很高，一般在50%左右。本次設計采用的解決的方案屬于第三類，既設計某些結構實現密封，適合自制，造價低，且能滿足應用要求。在參閱了大量資料后，由于條件有限不能對此類產品進行驗證，但應該說在性能方面能滿足設計要求，由于本結構不是本文的重點，在此只對其原理進行簡單描述。圖24中，上墊密封材料下墊9上、下表面都有通孔，三個零件通孔位置一致，便于穿線。通孔最好是對稱的，且通孔要遠離圓柱上、下表面圓心，向周邊布置，這樣壓緊時受力較好，容易壓緊。所打的通孔個數可以很多，可以實現多根導線的密封。三個零件疊在一起，放于有臺肩的通孔中，中間穿過導線，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推進壓緊的，這就會使上墊6同樣跟著旋轉，那么導線將會被攔腰截斷。而密封材料7與下墊9由于摩擦力及軸向的壓緊力會跟著旋轉，至少不能保證與上墊6同步旋轉。所以在上墊6上開有一個鍵槽，鍵槽寬度與止動螺釘10的直徑相當，擰緊止動螺釘10，使得不能旋轉，只可軸向運動，從而壓緊密封材料，實現密封。 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—止動螺釘密封的功能是防止設備泄漏，起密封作用的零件稱為密封件或簡稱密封。設備的密封性能是評價機械產品質量的一個重要指標，對密封的基本要求是嚴密、可靠、壽命長，并且力求結構緊湊，系統(tǒng)簡單，制造維修方便，成本低廉。因大多數密封件是易損件，故應保證標準化、系列化程度較高。密封裝置包括兩大類；動密封和靜密封。動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構較復雜。由于本文所設計的液壓動力源是使用在深海，所以良好的密封對性能的影響尤其重要，這也是本設計的難點之一。當道海平面以下3000m時，壓力就已經達到30MPa，到海平面以下6000m時，壓力將到達60MPa，這么大的壓力對密封裝置來說，是一個比較大的考驗，特別是動密封處。針對這個問題，在前面設計已經考慮了，本設計采用了壓力平衡裝置，這樣，內部油液的壓力和外部海水的壓力基本相同，內外壓差為零，對系統(tǒng)的靜密封要求就非常低了，大部分結構都能滿足要求，但考慮到安全性、實用性、方便性，本系統(tǒng)選取O型圈作為主要的靜密封件，如在油箱的進油口、出油口、液壓泵的壓力油出口處以及電動機和油箱外殼的鏈接處等都采用了O形圈結構。由于油箱后蓋的形狀很不規(guī)則，沒辦法采用O形圈結構，此處就設計一個異形墊片來密封。靜密封結構已經選定，接下來就是對動密封結構的選取。本系統(tǒng)設計的液壓動力源需在電動機和液壓泵的連接處安裝一個動密封裝置，因為深海電動機內部的電動機油和液壓系統(tǒng)使用的液壓油不是同一種，不能將其混合在一起。 動密封件的安裝位置如圖25所示。電動機也采用壓力補償式結構，所以電動機內部油液壓力也是與海水壓力相等的，也就是電動機油和液壓油壓力差等于零，這樣對動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壓，有可能會因為過大的內壓導致密封結構的變形而使得密封失效，所以在選取裝置時還是要注意此類問題。這里選用一種多級密封裝置，其所能承受的壓力可以達到100MPa，所以肯定能滿足設計要求的，其結構簡圖如圖26所示。此類多級密封裝置在各類設備中應用較少，不是標準件，加上本文所研究的重點不是在密封處，所以在此就不對其結構原理進行過多分析，只是表明能滿足設計要求，本設計也選取多級密封作為動密封裝置。圖25 動密封件的安裝位置圖26 多級密封裝置第三章 液壓動力單元的結構分析 液壓動力源的幾種結構形式液壓動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機的擺放位置又可分為立式和臥式。當電動機立式安裝，液壓泵置于油箱內時，稱為立式液壓動力源；當電動機臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時，稱為臥式液壓動力源。②非上置式液壓動力源。將泵組布置在底座或地基上的液壓動力源稱為非上置式。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力源；將泵組單獨安裝在地基上則稱為分離型液壓動力單元。整體型液壓動力源又可分為旁置式和下置式兩種。③柜式液壓動力源。將泵組和油箱整體置于封閉型柜體內的結構稱為柜式液壓動力源。 各種布置的比較上置式液壓動力源占地面積小，結構緊湊，液壓泵置于油箱內的立式安裝動力源，噪聲低且便于收集漏油，一般應用于中小功率的液壓泵站。當采用臥式動力源時，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生過大的真空度，造成吸空或氣穴現象。非上置式液壓動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，這種動力源裝置高度低，便于維護，但占地面積大，適用于泵的吸入允許高度受限制，傳動功率較大，而使用空間不受限制，以及開機率低，使用時又要求很快投入運行的場合。新一代的這種布置方式的液壓動力源可以將液壓泵組、油箱組件、控溫組件等集成為一個整體，機構做得相當緊湊，并且能保證一定壓力和排量，如近些年來出現的通用性較強的液壓動力單元就是典型代表。柜式液壓動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，同時能有效減少外界污染，其缺點是由于需顧及操作和維護的空間及液壓系統(tǒng)的散熱，致使其外形尺寸較大，通常僅在中、小功率場合及實驗室采用。 布置方案的選定考慮到本次設計的液壓動力源的實際使用環(huán)境，在滿足壓力和排量要求的前提下，整個系統(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，在這個大前提下，處在體積和布置上向液壓動力單元形式靠近。因為海水的腐蝕性，液壓動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，如果電動機和液壓泵放在油箱外面，這樣必將增加外殼材料表面積，也會使得外殼的形狀相對復雜隨之而來的裝配和焊接問題就會更多，這里采用將電動機和液壓泵放在油箱內部。一般陸地環(huán)境使用的普通三相異步電動機，電動機外殼內是有空氣的，這樣就是需要在電動機軸的出口處加動密封裝置，防止液壓油進入電動機線圈內，因為當海水深度達到6000m時，壓力將達到60MPa，所以對這個密封裝置的要求很高。為解決這個問題，考慮將電動機換成現在較為先進的水下電動機，由于這項技術屬于較為前沿的技術，還沒有完整的系統(tǒng)材料，所以下面引用國外某水下電動機的資料。水下電動機應著重考慮電動機耐受水壓以及水的隔離問題，某公司的產品采用了兩種方法。耐水壓的機械結構：采用高機械強度材料增加壁厚的機殼以承受水壓及隔離海水。平衡壓力結構：電動機內部充油，以非金屬膜盒加以封閉，靠此膜盒的伸縮適應內部油液的熱膨脹以及外部水壓的變動，使電動機內外壓力達到平衡。顯然選用第二種方法的水下電動機比較合理，在還沒有完整資料的情況下，在此基礎上對電動機進行改進，設計出一個在理論上行得通的水下電動機。電動機的壓力平衡部分一般放在電動機的尾部，改進后的設計也是從尾部進行。既然選擇的是深海電動機，則電動機的防腐問題在電動機設計室已經考慮了，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力源如與原來的布置一樣，會造成防腐材料的損失，那么就可以將電動機放在油箱外面而只將液壓泵放在油箱內，這樣會使得液壓動力單元的體積和重量都變小，不足的是其長度會有所增加。這樣整個系統(tǒng)的大致結構就定下來了，核心問題是考慮怎樣才能使油箱內的壓力和海水的壓力相等，或者是使油箱內的壓力略大于海水的壓力。 油箱的設計通常油箱可分為整體式油箱、兩用油箱和獨立油箱三類。整體式油箱是指在液壓系統(tǒng)或機器的構件內形成的油箱。兩用油箱是指液壓油與機器中的其他目的的用油的公用油箱。獨立油箱是應用最為廣泛的一類油箱。獨立油箱常用于工業(yè)生產設備，一般制成矩形，也有圓柱形或油罐形，通過計算可以發(fā)現，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，電動機的外形一般也是圓柱形的，將電動機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。對于液壓系統(tǒng)，液壓油的清潔對整個液壓系統(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間的清潔，但油液用久了之后肯定還是會因為各種原因，其清潔度不能滿足要求，需對其進行更換，因此可以在圓柱形油箱的內壁底部設計一個排油槽，便于在對液壓系統(tǒng)進行維護時更換液壓油。說到排油問題，圓柱形的油箱就有優(yōu)勢了。因為整個油箱的側面都成圓弧形，這樣雜質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)的油箱容量按經驗公式來計算，因為系統(tǒng)工作時，整個油箱是浸泡在海水里的，并且海底的溫度一般為4℃左右，所以整個系統(tǒng)的散熱習慣是非常好的，相當于是冷水，沒有必要從散熱的角度來計算油液的容積。油箱容量的經驗公式為V＝ (21)式中 液壓泵的流量；經驗系數，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）本文所設計的系統(tǒng)結構是將液壓泵及其他的一些部件放置在油箱內部，所以要計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，要精確計算他的體積大小是很有困難的，本文將其近似看成一個立方體，各個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。這樣整個油箱的體積為 V =V+ V=+=（L）=10（cm）選取的深海直流電動機直徑大約為400㎜，為保證整個系統(tǒng)的美觀性，同時也保證整個裝置不至于過長，將油箱的端面直徑選取為560㎜，這樣就可以