【正文】 備有廣泛的應(yīng)用，但直流電動機(jī)的電刷機(jī)構(gòu)是一個致命缺陷，影響了電動機(jī)的使用壽命，使結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。深海電動機(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，故電動機(jī)一般采用內(nèi)部充油設(shè)計(jì)，并進(jìn)行壓力補(bǔ)償。這樣一來，無論是電動機(jī)本體的靜密封還是轉(zhuǎn)軸處的動密封均比較容易實(shí)現(xiàn)。根據(jù)所查找的資料，一般的深海電動機(jī)都是采用直流的，但通過之前的討論已經(jīng)知道，直流電動機(jī)存在著電刷的問題，直流有刷電動機(jī)換相時(shí)，電刷與換向器會產(chǎn)生火花，碳化補(bǔ)償油，造成電動機(jī)轉(zhuǎn)子短路，損壞電動機(jī)，因此其密封只能采用承壓方式，這既增加了電動機(jī)的尺寸和重量，又限制了其適用的水下深度。電動機(jī)的定子機(jī)殼、前端蓋、后端蓋構(gòu)成一個密封殼體，屬于靜密封問題。軸伸處的密封屬于動密封，是水下電動機(jī)中最難解決的問題之一。如果仍然采取在軸與機(jī)殼間加O形圈密封的方法，當(dāng)電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，會導(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。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)合解決了這個問題。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。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)簡單等特點(diǎn)。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。流量：q=Vn10=15003510=（L/min） （31）功率：P===（kW） （32）式中 q——液壓泵的流量，L/min； V——液壓泵的排量，ml/r； n——電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min； ——系統(tǒng)總效率； P——電動機(jī)的功率，kW。 液壓泵的選型液壓泵是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換元件，在液壓傳動中，液壓泵是動力元件，向液壓系統(tǒng)提供液壓能。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，如圖21所示。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，常因個別零件損壞而不得不更換新泵。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。葉片泵對油液中的污染物很敏感，污物會影響葉片泵工作的可靠性，油液不清潔會使葉片卡死，因此必須保證油液良好過濾和環(huán)境清潔。（3） 柱塞泵柱塞泵依靠柱塞在缸中往復(fù)運(yùn)動形成密封工作容積的變化實(shí)現(xiàn)吸油與排油。① 柱塞泵的工作壓力高。最高壓力可達(dá)到100MPa。適當(dāng)增加柱塞數(shù)目或增大柱塞直徑，即可增大流量。改變柱塞形成，即能改變泵的排量，可構(gòu)成多種變量泵。（4） 螺桿泵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，自吸能力強(qiáng)，允許較高的轉(zhuǎn)速，工作可靠，壽命長。用于各類泵的比較，以及本設(shè)計(jì)的要求壓力是21MPa，是一個不小的壓力，并且是工作在深海作為一些機(jī)構(gòu)的動力源，流量范圍要求會比較大，所以選用柱塞泵。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)速都比軸向柱塞泵低。而在振動和噪聲指標(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。傳統(tǒng)的泵是整個油路的一部分，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，這樣就簡化了整個油路的設(shè)計(jì)。泵的外形結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖22所示。當(dāng)然制成通軸也會有一定的問題，首先這根軸就是一個單件生產(chǎn)的零件，成本比較高，而且怎么將電動機(jī)和泵的內(nèi)部元件連接在一起，能不能連接上還是個問題，因?yàn)檩S的兩端分別連接著電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和液壓的內(nèi)部元件。將液壓泵和電動機(jī)解剖后，其主要部件如圖23所示。 圖23 系統(tǒng)只要部件 1—電動機(jī)外殼；2—通軸；3—電動機(jī)轉(zhuǎn)子；4—電動機(jī)封蓋；5—軸承；6—液壓泵外殼；7—斜盤和柱塞；8—缸體；9—配流盤；10—液壓泵蓋 過濾器的選型液壓系統(tǒng)中故障的80%是由工作介質(zhì)受污染引起的。過濾器的主要作用就是清除液體介質(zhì)中的固體污染物。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。有吸附能力的濾芯可使污染物黏附在濾芯表面。過濾器類型及相應(yīng)的用途如表21所示。過濾精度是指過濾器所能過濾雜質(zhì)顆粒的大小。液壓私服系統(tǒng)對油液過濾精度要求最高；液壓高的系統(tǒng)中由于液壓元件間隙小，對油液過濾精度要求也較高。 表22 過濾精度的選取系統(tǒng)類別一般液壓系統(tǒng)伺服系統(tǒng)壓力p/MPa773521顆粒大小/um25～5025105（3） 過濾器的選擇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。本文所設(shè)計(jì)的壓力為21Mpa，根據(jù)表22，選取過濾精度為10um的過濾器，這樣的精度已經(jīng)足夠了。SRFA型雙筒箱上回油過濾器。RFB型箱側(cè)回油過濾器。管路易拆式回油過濾器（YH）ZUA型回油過濾器。一般的液壓系統(tǒng)會在油路上安裝壓力表，用來測定管路上的壓力，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)備使用的一般是數(shù)顯壓力表。本文設(shè)計(jì)的液壓動力源，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，能把壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸?shù)浇邮掌鳌Ｆ涓袘?yīng)元件采用的是蒸發(fā)式半導(dǎo)體應(yīng)變片，穩(wěn)定性和可靠性很高。有規(guī)格為0~100MPa的產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)選擇此型號的壓力傳感器。在深海作業(yè)中，液壓動力源裝置的應(yīng)用深度較深，壓力很大，這樣就給密封帶來了一定的困難。用膠填實(shí)密封設(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。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，膠又失去流動性而成固態(tài)，從而保證了密封。用膠填實(shí)小孔密封，造價(jià)低，也可實(shí)現(xiàn)密封。用水密接插件有許多優(yōu)點(diǎn)，可以傳輸各種電信號，密封可靠，拆卸較為方便。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。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。所打的通孔個數(shù)可以很多，可以實(shí)現(xiàn)多根導(dǎo)線的密封。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(zhuǎn)，至少不能保證與上墊6同步旋轉(zhuǎn)。 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(shè)備泄漏，起密封作用的零件稱為密封件或簡稱密封。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。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(jié)構(gòu)較復(fù)雜。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，這么大的壓力對密封裝置來說，是一個比較大的考驗(yàn)，特別是動密封處。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)一個異形墊片來密封。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的液壓動力源需在電動機(jī)和液壓泵的連接處安裝一個動密封裝置，因?yàn)樯詈ｋ妱訖C(jī)內(nèi)部的電動機(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。電動機(jī)也采用壓力補(bǔ)償式結(jié)構(gòu)，所以電動機(jī)內(nèi)部油液壓力也是與海水壓力相等的，也就是電動機(jī)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。這里選用一種多級密封裝置，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)簡圖如圖26所示。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(jié)構(gòu)分析 液壓動力源的幾種結(jié)構(gòu)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。泵組布置在油箱之上的布置方式稱為上置式。當(dāng)電動機(jī)立式安裝，液壓泵置于油箱內(nèi)時(shí)，稱為立式液壓動力源；當(dāng)電動機(jī)臥式安裝，液壓泵置于油箱之上時(shí)，稱為臥式液壓動力源。將泵組布置在底座或地基上的液壓動力源稱為非上置式。整體型液壓動力源又可分為旁置式和下置式兩種。將泵組和油箱整體置于封閉型柜體內(nèi)的結(jié)構(gòu)稱為柜式液壓動力源。當(dāng)采用臥式動力源時(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。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(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)的液壓動力單元就是典型代表。 布置方案的選定考慮到本次設(shè)計(jì)的液壓動力源的實(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。一般陸地環(huán)境使用的普通三相異步電動機(jī)，電動機(jī)外殼內(nèi)是有空氣的，這樣就是需要在電動機(jī)軸的出口處加動密封裝置，防止液壓油進(jìn)入電動機(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，所以對這個密封裝置的要求很高。水下電動機(jī)應(yīng)著重考慮電動機(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，使電動機(jī)內(nèi)外壓力達(dá)到平衡。電動機(jī)的壓力平衡部分一般放在電動機(jī)的尾部，改進(jìn)后的設(shè)計(jì)也是從尾部進(jìn)行。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(jī)放在油箱外面而只將液壓泵放在油箱內(nèi)，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。 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。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。說到排油問題，圓柱形的油箱就有優(yōu)勢了。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(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。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。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。V=10 （22） (23)式中 V 油箱所需的體積 ，cm ；——油箱端面的直徑，㎝； ——油箱長度，㎝。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，油液越多壓力就會越大，但是在深海，這種方法是行不通的。①活塞結(jié)構(gòu)油箱是利用活塞的可移動特性改進(jìn)