潜器外置设备液压系统的压力补偿研究

论文题目: 潜器外置设备液压系统的压力补偿研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械电子工程

作者: 李延民

导师: 王庆丰

关键词: 水下环境压力,压力补偿,潜器,水下液压系统,压力补偿阀,抗干涉,节能,冗余设计,容错控制

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 潜器在海洋开发、国家安全保障等方面发挥着重要作用。潜器上的一些运动设备大多采用液压控制方式，其中有一部分设备由于用途的特殊性，需要将其(包括液压执行器等)置于潜器外部，而驱动及控制设备运动的液压系统油源及控制单元(阀)等则由于操作及控制的需要，一般置于潜器内部。这种布置形式与通常采用的将整个液压系统(包括油源、执行器、控制单元)置于海水环境中的水下机器人与水下施工设备不同，使得潜器外置设备液压系统的压力补偿不能采用常用的皮囊式压力补偿器等进行压力补偿，而必需寻求其它形式的压力补偿方法。否则按目前通常的处理方法，将外置设备液压控制元件与执行器置于一个能承受海水压力的压力容器中，由此带来笨重、结构复杂、特殊的动密封等一系列问题。 论文以潜器外置设备液压系统的水下环境压力补偿为研究对象，在参阅和分析了国内外大量文献和各类水下液压系统压力补偿方法、水下环境压力补偿器及压力控制阀的基础上，对于常压油源下的水下液压子回路，提出了回油路阀控水压随动式压力补偿方法。采用理论分析、计算机仿真和实验研究相结合的方法，对研制的水下环境压力敏感器、直动式压力补偿阀与先导式压力补偿阀等关键元件，以及基于水下环境压力补偿阀的潜器外置液压系统的节能与抗干涉系统设计方法，提高压力补偿系统可靠性的冗余设计和容错控制策略，进行了较系统、深入的分析研究。不仅具有较高的学术价值，而且具有一定的新颖性，为进一步研究应用水下环境压力补偿阀进行水下液压系统的压力补偿，提供了一定的设计和实验依据。 有关各章内容分述如下： 第一章综述了水下液压系统发展与水下液压系统压力补偿的发展概况，以及与水下液压系统有关的关键元件——压力补偿器的进展；从水下环境压力对水下液压系统的作用出发，论证了研究和开发潜器外置液压系统压力补偿的重要意义和可行性。提出了本课题的研究内容及完成论文所要进行的研究工作。 第二章提出了针对液压泵源在常压空气环境中的潜器外置设备液压系统压力补偿的新方法，即回油路阀控水压随动式压力补偿方法。并分别对开式和闭式水下液压子回路的水下环境压力补偿方法进行了研究。在此基础上，提出了用于水下液压回路的水下环境压力补偿单元的性能要求。 第三章提出了一种便于集成的液控直动式水下环境压力补偿单元的设计新思想，并对其中包括的水下环境压力敏感器与压力补偿阀分别进行了结构设计、理论建模、静动态特性分析、仿真研究和试验验证，说明了该阀在一定的压力补偿误差范围内能应用在小流量场合。为了抑制稳态液动力及弹簧力对这种阀的干扰，又提出了一种应

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.1 水下液压系统的发展概述

1.1.1 水下作业工具与深潜器的液压系统

1.1.2 水下施工机械液压传动系统

1.1.3 潜艇液压传动系统概述

1.1.4 水下液压系统的分类

1.2 水下环境压力对潜器外置液压系统的影响

1.2.1 水下环境压力的特性

1.2.2 水下环境压力对水下液压系统的作用

1.2.3 进行压力补偿的必要性

1.3 水下液压系统压力补偿的发展概述

1.3.1 国外对海水压力补偿问题的研究现状

1.3.2 国内对海水压力补偿问题的研究现状

1.3.3 传统的压力补偿器原理与特点

1.4 课题的提出与本文研究的主要内容

1.4.1 课题提出

1.4.2 论文的主要研究工作

1.4.3 关键技术

第二章 潜器外置设备液压系统水下环境压力补偿方法

2.1 潜器外置设备液压系统压力补偿方法

2.1.1 开式子回路的水下环境压力补偿方法

2.1.2 闭式子回路的水下环境压力补偿方法

2.2 水下环境压力补偿单元的性能要求

2.3 本章小结

第三章 直动式水下环境压力补偿单元的研究

3.1 引言

3.2 液控直动式水下环境压力补偿单元的工作原理

3.3 水下环境压力敏感器的原理及其特性

3.3.1 压力敏感器的工作原理

3.3.2 压力敏感器的设计

3.3.3 压力敏感器的特性分析

3.4 液控直动式水下环境压力补偿阀

3.4.1 液控压力补偿阀的稳态特性

3.4.2 液控压力补偿阀的动态特性

3.4.3 液控压力补偿阀的仿真分析

3.4.4 液控直动式压力补偿阀的试验研究

3.5 力控直动式水下环境压力补偿阀

3.5.1 力控直动式压力补偿阀工作原理

3.5.2 力控直动式压力补偿阀的设计

3.5.3 力控直动式压力补偿阀的特性分析

3.5.4 力控直动式压力补偿阀仿真研究

3.5.5 试验研究

3.6 本章小结

第四章 先导式水下环境压力补偿阀的研究

4.1 引言

4.2 先导式水下环境压力补偿单元的工作原理

4.3 先导式水下环境压力补偿阀的结构设计

4.4 建模及理论分析

4.4.1 先导控制液桥分析

4.4.2 主阀动态建模及分析

4.4.3 阀的静态特性

4.5 先导式水下环境压力补偿单元的仿真研究

4.5.1 仿真模型

4.5.2 仿真分析

4.6 先导式水下环境压力补偿单元的试验研究

4.7 本章小结

第五章 冗余设计及容错控制方法研究

5.1 液压系统冗余设计及容错控制系统的概述

5.2 水下环境压力补偿的冗余设计

5.2.1 冗余设计技术概述

5.2.2 滚动膜片的冗余设计

5.2.3 水下环境压力敏感器的冗余设计

5.3 冗余系统的容错控制

5.3.1 容错控制概述

5.3.2 水下环境压力敏感器的容错控制原理

5.3.3 容错控制系统的冗余设计

5.4 本章小结

第六章 系统压力补偿的节能及抗干涉设计研究

6.1 潜器外置液压系统的压力补偿试验研究

6.1.1 试验装置的建立

6.1.2 试验结果分析

6.2 压力补偿后的系统效率分析

6.2.1 水下液压缸的效率分析

6.2.2 水下液压马达效率分析

6.3 压力补偿系统的节能设计研究

6.3.1 提高液压系统效率的方法

6.3.2 节能设计方法

6.3.3 具有换油功能的压力补偿措施

6.4 液压子回路的抗干涉研究

6.4.1 单一泵源的内外置液压子回路抗干涉

6.4.2 潜器外置多液压执行器的抗干涉

6.5 油源隔离措施的节能控制策略研究

6.5.1 节能控制原理

6.5.2 节能控制的仿真研究

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 论文总结

7.2 工作展望

参考文献

攻读博士学位期间获得的科研成果及奖励

致谢

发布时间: 2006-11-22

参考文献

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