长安大学-开题报告-模板

1、毕业设计（论文）开题报告课题名称 深海3000m密闭式油压源的总体设计 学院(部) 工程机械学院 专 业 机械电子工程 班 级 学生姓名 学 号 指导教师(签字) 教学院长(签字) 2011 年 3 月 20 日长安大学毕业设计（论文）开题报告表课题名称深海3000m密闭式油压源的总体设计 课题来源 自选项目课题类型 工程设计指导教师学生姓名学 号 专 业机械电子工程 一、本课题在国内外的发展状况及研究意义（1）国内外的发展状况深海液压油源设备主要由油压驱动的深海泵、储油箱、压力补偿器等组成，依靠深海电机驱动液压泵工作，也包括溢流阀和各种传感器控制系统，并利用深海耐压壳体来适应深海高压环境。日本三菱重工业公司于1970年开始深海液压设备方面的研究和试验工作。液压元主要由动力源(电动机和油泵)、液压阀、储油油箱、压力补偿装置、抽气器、油滤装置等部件构成。动力源及其液压元件内浸充满油液的储油箱内。油箱为均压型耐海水腐蚀的薄板壳体，把海水和液压油隔离开来，海水压力作用于压力补偿器使油箱内外压力平衡 19。美国佩里(PERRY)公司是国外油压源领域的典型代表之一，先后开发了深海 3000 m

2、级的不同功率的液压动力源。该动力源为油压驱动闭式布置结构，一个密闭的圆柱形储油器将泵、溢流阀、自动液压柔性开启阀、温度传感器、系统压力变送器、储油器容积传感器、液压系统进水检测器等封装其中。外部的压力补偿单元维持储油器内公称压力高于周围环境压力 0.3 bar。电机则独自封装并采用单独的压力补偿装置 6。国内方面，四川海洋特种技术研究所开发了 6 000 m深海液压工作站，该工作站的液压动力源系统由深海电机、阀门、泵、马达等组成，工作压力达63MPa，电机动力为100W10 KW，液压流量为0.110 L/min。但是由于采用定量泵控制系统，该系统供油量小、驱动效率较低，能耗高 7。在国家863项目的大背景下，西南交通大学、四川海洋特种技术研究所共同研究开发了深海3000 m节能型集成液压动力源。该动力源在结构上高度集成，且控制便捷稳定，结构紧凑简单。液压源变量泵采用流量、压力双电液比例闭环控制，可实现按需供能，有效地实现节能。系统最大输出压力达21MPa，最大输出流量52.5 L/min。该结构还针对目前大多数陆用传感器无法承受深海 3 000 米的环境高压，提出了一种双压力传感器动

3、态差动自适应技术，即将两个型号完全相同的压力传感器置于承压壳中，一个压力传感器检测液压源的出口压力，另一个压力传感器检测海水的环境压力，然后将二者相应的压力电信号通过一个差动放大器，经比较零位调节、比较、放大及后级匹配后，输出给闭环放大器，即可实现大深度范围的自适应压力控制。中国科学院沈阳自动化研究所成功研制一种水下直流无刷充油电机结构 9。2008年，西南交通大学新型驱动中心、四川海洋特种技术研究所和成都微精电机有限公司对直浸式无刷电机在深海液压源中的应用进行了全面的研究。利用电机内部充油平衡海水压力的自动补偿技术解决了其在深海环境中高压、密封和工作水深等困难 5。（2）研究意义深海作业装备是海洋资源开发的有力工具，而液压传动具有功率密度大、易于无级调速、承载能力高、响应速度快，结构紧凑等特点，在结合电液比例控制技术后，使其更具有远距离控制、变量控制及高精度控制、负载适应控制等突出优点，因而在水下设备及工具的控制中有着很好的应用前景。液压源作为液压系统的“心脏”，对系统性能和可靠性有着巨大影响。因深海高压力、低温度、强腐蚀等极端环境的存在，使得现有陆上成熟的液压系统和液压源很难直接应

4、用于深海工况下，需解决其相关部件及系统的深海适应性，从而使在深海大深度范围内获得满意的动、静态工作性能，为深海作业装备的运行提供可靠的动力驱动保障。二 、本课题主要内容及研究方法（1）研究内容a总体方案设计。从深海环境对液压油源的影响出发，制定液压油源的总体布局方案，包括变量泵、深海电机、控制器、传感器、耐压壳体、储油箱及其压力补偿器等。b压力补偿器设计。利用压力补偿器实现油箱内外压力平衡，并比较多种压力补偿方式的优缺点，根据补偿体积的计算，设计出压力补偿器。c电气元件耐压保护壳体的设计。基于水深环境条件，开展耐压壳体结构、抗压壳体强度等内容的设计。d环境适应性深海变量泵的闭环控制系统设计。结合环境适应性措施，消除叠加环境压力对控制系统的影响，同时完成变量的选择和计算工作。（2）研究方法a查阅国内外相关领域专业资料，在充分认识深海液压源技术特点和借鉴国内外先进研究成果的基础上，初步制定总体方案；b从模拟深海环境出发，分析解决液压油源各部件在深海环境中的适应性问题；c参考相关实验成果，分析液压源系统在深海环境中作业的可行性。三、预期成果a总体结构设计图（0号图纸）；b液压及电控原理图（3

5、号图纸一张）；c耐压壳体、压力补偿器零件图（3号零件图两张）；d计算说明书一份，包括压力补偿器体积计算和耐压壳体强度及壁厚计算；e3000字符以上外文翻译一份。四、本课题的实施进度1、了解课题研究背景并收集相关设计资料 第1、2、3周2、总体方案设计 第4、5、6周3、各部件的设计与选型 第7、8周4、压力补偿器和耐压壳体的稳定性计算分析 第9、10周5、整理计算书 第11周6、绘制补偿器和耐压壳零件图 第12、13周7、图纸整理、说明书撰写 第14、15、16周参考文献1 冯正平. 国外自治水下机器人发展现状综述 J. 鱼雷技术,2005, 13(1): 5-9.2 陈建平. 水下机器人液压泵站设计研究 J. 液压与气动, 1997,(2): 10-11.3 美Hackman D J 等. 水下工具 M. 吴晶译. 北京: 海洋出版社,1986.4 Richard Halstead. Motor Selection for Deep Sea Applications.Empire Magnetics, Inc.5 邹波, 邓斌, 于兰英, 等. 直浸式直流无刷电机在深海液压系统中的应

6、用 J. 海洋技术, 2008, 27(1): 71-73.6 http:/ 黄谜梅.液压气动密封与泄露防止M.北京:机械工业出版社,2003.9 西南交通大学 . 深海节能型集成液压源 P. 中国专利 :200720078991. 0, 2008 年 2 月 27 日.10 http:/ http:/ 房延,郭远明.深海液压油箱的设计J.液压与气动,2005(11).13 Naochika Nanba , etc. Development of deep submergence re-search vehicle“SHINKAI 6500”. Mitsubishi Heavy Industries LtdJ . Technical Review , 1990 ,27(3)14 R Graham, G G Hastings. Development of a Seawater HydraulicTool System. AD-A114960, NCEL, May 1982.15 S A Black. Seawater Hydraulics: Development and Evalua

7、tion of anExperimental Diver Tool System, AD-A142032, Feb. 1984.16 D C Hicks, C M Pleass. Development and Testing of AComposite/Plastic High Pressure Seawater Pump. 1986: 69-78.17 Brookes C A, Fagan M J, James R D,et al. The Selection and Performance of Ceramic Components in Sea water Pump C. The 3-rd JHPS int. Symp. on Fluid Power. Yokohama, Japan, 1996.18 Olli Pohls, Olli Rantanen and Timo Kuilko. CBA Water Hydraulic Axial Piston Machine C. The 6th Scandinavian Int. conf. on Fluid Power, Tampe

8、re, Finland, 1999.19三浦敏.深潜器用液压装置J.油压技术,1974,13(2):25一3220 J A Currie. The Development of Raw Water Hydraulics. Proc. of 1st Bath Int. Fluid Power Workshop, Univ. of Bath, UK, Sept.1988: 126-130.21 Ulrich Samland. The Use of New Materials in Water Hydraulics. Proc. of 4th Scandinavian Int. Conf. on Fluid Power, Tampere, Finland, 1995: 181-186.22 J Terv. Development of Sea Water Hydraulic Power Pack, Proc. of 4th Scandinavian Int. Conf. on Fluid Power, Tampere, Finland, Sept. 1995:166-170.25 路甬祥液压气动技术手册M.北京:机械工业出版社，200226 成大先机械设计手册M北京:化学工业出版社，200227曹学鹏. 深海电液比例液压源关键技术及工作特性研.D 西南交通大学研究生学位论文.2007.1128 曹学鹏，张小丽，焦生杰，

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