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潜器外置设备液压系统的压力补偿研究
中文名称: 潜器外置设备液压系统的压力补偿研究
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论文编号: 3122378收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Research on the Pressure Compensation for External Hydraulic Systems of Submersible Vehicles
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 机械电子工程
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 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
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论文简介: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 用水下环境压力敏感器的输出力控制的压力补偿阀,通过分析研究,表明这种力控直动式压力补偿阀具有更大的工作流量和较高的压力补偿精度。 第四章分析了传统的三通先导压力控制阀的现状,研制了潜器外置设备液压系统水下环境压力补偿的关键元件——先导式水下环境压力补偿阀,并对阀的设计特点、基本结构和工作原理进行了详细的阐述。通过采用增大先导阀芯控制端面积的结构,及应用直接检测式压力控制方法,保证了高精度的压力补偿。并对影响动静态特性的各种因素进行了仿真分析及实验研究。 第五章从液压系统冗余设计及容错控制要求出发,首先提出了滚动膜片的冗余设计方案,分析了采取两级滚动膜片的冗余设计的可行性。然后,确定了水下环境压力敏感器的冗余设计方案,并计算了水下压力补偿回路总的可靠度。在此基础上,为了真正地能提高系统可靠性,进行了容错控制策略的研究,对故障部件的故障检测及隔离措施进行了阐述。 第六章建立了水下液压马达的水下环境压力补偿的试验装置,验证传统陆上用液压马达在采取压力补偿措施后能直接应用于水下环境中。对水下液压执行器采取压力补偿措施后所引起的效率问题进行了讨论,阐明了影响效率的关键因素。在综述了当前常用的液压系统节能设计方法的基础上,提出一种新的节能及抗干涉的水下环境压力补偿设计新方法,即油源隔离措施。并对这种油源隔离措施的节能控制策略进行了研究,以期达到最优的节能控制目的。 第七章概括了全文的主要研究工作和成果,并展望了今后需进一步研究的工作和方向。
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