【摘要】：海洋占有地表71%的面積,蘊(yùn)含豐富的石油、天燃?xì)獾鹊V產(chǎn)資源以及生物資源。隨著深海開采技術(shù)日益成熟,海洋開發(fā)從淺海逐漸走向深海。大水深下作業(yè)設(shè)備工作條件十分惡劣,對(duì)技術(shù)要求較高。美、日、俄、歐等發(fā)達(dá)國家或地區(qū)先后成功研制了一批成熟的海洋資源探測(cè)及開采產(chǎn)品。相比之下,我國相應(yīng)海洋探測(cè)技術(shù)與作業(yè)裝備起步較晚,成熟產(chǎn)品有限。本文以深海柱塞泵為研究對(duì)象,分析變深環(huán)境下液壓油粘度、彈性模量等介質(zhì)參數(shù)改變對(duì)柱塞泵控制特性、效率的影響,得到深海柱塞泵工作性能的變化規(guī)律,為深海液壓設(shè)備的研制與液壓介質(zhì)的選用提供理論支撐,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)針對(duì)液壓介質(zhì)特性隨水深變化的問題,首先建立了以水深為自變量的水下環(huán)境參數(shù)模型,并分析不同水深下環(huán)境參數(shù)的變化規(guī)律。據(jù)此構(gòu)建以環(huán)境參數(shù)為變量的油液粘度-壓力-溫度特性與彈性模量-壓力-溫度特性的遷移規(guī)律模型,以水下較為常用的ISO VG 32液壓油為例分析油液特性,得到油液粘度隨水深呈快速增加、過渡調(diào)整、穩(wěn)定增加等“三段式”變化規(guī)律增長與彈性模量則按快速增長、穩(wěn)定增長等“二段式”變化規(guī)律增加。為揭示單一環(huán)境參數(shù)的作用機(jī)理,分別以環(huán)境壓力、海水溫度為變量進(jìn)一步分析油液特性變化規(guī)律,得到油液特性變化規(guī)律原因是因環(huán)境參數(shù)隨水深呈非線性變化所致,相關(guān)研究為深海柱塞泵性能分析提供了理論支撐。(2)基于變深下油液介質(zhì)特性模型建立深海柱塞泵壓力與流量控制系統(tǒng)模型,分別分析介質(zhì)粘度、彈性模量等液壓系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響�？紤]粘度影響時(shí),隨著水深的增加兩控制系統(tǒng)穩(wěn)定性增加,響應(yīng)速度與控制精度下降;考慮彈性模量影響時(shí),隨著水深的增加兩系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,響應(yīng)速度與控制精度上升。粘度與彈性模量?jī)蓞?shù)復(fù)合作用時(shí),隨著水深的增加系統(tǒng)穩(wěn)定性上升,響應(yīng)速度與控制精度下降。綜合變深環(huán)境下泵的控制特性變化規(guī)律,得出在水深0-1000m、1000-7000m兩區(qū)間,控制系統(tǒng)分別可視為變粘度-動(dòng)彈性模量控制系統(tǒng)、變粘度-定彈性模量控制系統(tǒng)的結(jié)論。(3)基于變深下油液粘度特性模型,建立了深海柱塞泵泄漏與功率損失計(jì)算模型,分別分析柱塞泵泄漏與功率損失。柱塞泵容積效率隨著水深的增加呈非線性上升,且上升趨勢(shì)由急變緩逐漸減小;機(jī)械效率隨著水深的增加呈下拋物線狀下降,下降幅度由大變小,最終趨于平穩(wěn)。指出變深下柱塞泵容積效率與機(jī)械效率變化規(guī)律由液壓油“三段式”的變化規(guī)律所致。綜合二者變化后得出深海柱塞泵總效率的變化規(guī)律,表明總效率隨著水深的增加先緩慢上升后快速下降,最后平穩(wěn)下降;相關(guān)研究成果為深海動(dòng)力源的能耗分析打下了基礎(chǔ)。(4)建立深海柱塞泵仿真模型,對(duì)柱塞泵的壓力與流量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,考慮粘度與彈性模量?jī)蓞?shù)復(fù)合作用時(shí),系統(tǒng)穩(wěn)定性隨著水深的增加而上升,響應(yīng)速度隨著水深的增加而下降。此外,在考慮環(huán)境壓力影響的情況下,對(duì)柱塞泵控制特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果、仿真結(jié)果均一致,表明了理論模型正確可見,仿真研究為深海下液壓系統(tǒng)的性能分析提供了一種可行方法。本文對(duì)變深環(huán)境下液壓介質(zhì)粘度、彈性模量等參數(shù)變化規(guī)律及其對(duì)柱塞泵控制特性、效率影響的研究,為深海液壓動(dòng)力源的開發(fā)提供了依據(jù),為深海設(shè)備的使用及液壓介質(zhì)的選擇提供了良好的理論支撐。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE95
【圖文】：

損耗是導(dǎo)致低壓海水泵效率較低的主要原因。對(duì)于現(xiàn)有的液壓泵，液壓油粘度對(duì)泵的磨損損失有著較大的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知，液壓系統(tǒng)功率損失與液壓油粘度成正比關(guān)系，所以研究液壓油在水下的特性變化規(guī)律以及特性變化對(duì)系統(tǒng)控制特性、工作效率的影響機(jī)理，對(duì)提高深海油壓動(dòng)力源的工作性能與深海技術(shù)的研發(fā)都有著重大的意義[9]。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 深海液壓源的發(fā)展作為傳統(tǒng)海洋強(qiáng)國，日本國內(nèi)的三菱公司于上世紀(jì)七十年代便著手開始深海液壓技術(shù)的研發(fā)工作，其設(shè)備初始動(dòng)力系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的泵、閥等液壓元件外，還額外設(shè)計(jì)了壓力補(bǔ)償器，如 1.1（a）所示。日本海洋科技中心研發(fā)的纜控式水下無人機(jī)器人-＂海溝號(hào)＂潛水器，曾在馬里亞納海溝下潛至 11028 米，記錄一直保持至今，潛水器裝有的末端執(zhí)行器于海底采集過多種樣品，極大的促進(jìn)了人們對(duì)海洋的了解[10,11]，如圖 1.1（b）所示。

圖 1.3 OMI 深海金屬礦開采系統(tǒng)居世界前列,由 Ifremer 海洋探測(cè)潛至水下 6000 米，可抵達(dá)世界絕大 1500 多次，執(zhí)行過多次海底金屬礦圖 1.4 “鸚鵡螺”深海潛水器

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;國際深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)技術(shù)裝備發(fā)展概況[J];金屬材料與冶金工程;2015年04期

2 申儒林;盧鵬飛;;A11VLO190軸向柱塞泵柱塞副泄漏與潤滑特性研究[J];流體機(jī)械;2014年07期

3 曹學(xué)鵬;葉敏;鄧斌;張翠紅;俞祖英;;LVP Modeling and Dynamic Characteristics Prediction of A Hydraulic Power Unit in Deep-Sea[J];China Ocean Engineering;2013年01期

4 崔維成;劉峰;胡震;朱敏;郭威;劉誠剛;;蛟龍?zhí)栞d人潛水器的7000米級(jí)海上試驗(yàn)[J];船舶力學(xué);2012年10期

5 王勇亮;盧穎;趙振鵬;孫方義;;液壓仿真軟件的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J];液壓與氣動(dòng);2012年08期

6 彭國朋;丁玉海;周建華;;基于P/Q控制的電液比例變量泵特性仿真及熱分析[J];機(jī)床與液壓;2010年15期

7 郭勇;王勇剛;葉鵬飛;袁燕萍;;基于AMESIM軸向柱塞泵的建模與仿真研究[J];現(xiàn)代制造工程;2008年11期

8 王國志;吳文海;劉桓龍;柯堅(jiān);;電液比例斜盤式軸向變量柱塞泵的壓力特性仿真[J];機(jī)床與液壓;2007年02期

9 劉海麗;李華聰;;液壓機(jī)械系統(tǒng)建模仿真軟件AMESim及其應(yīng)用[J];機(jī)床與液壓;2006年06期

10 王啟明,張君,譚定忠,王茁;水下作業(yè)工具深水液壓動(dòng)力源[J];應(yīng)用科技;2005年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 胡敏;軸向柱塞泵摩擦副功率損失分析與表面形貌設(shè)計(jì)研究[D];浙江大學(xué);2017年

2 王峰;基于海水壓力的水下液壓系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2009年

3 李延民;潛器外置設(shè)備液壓系統(tǒng)的壓力補(bǔ)償研究[D];浙江大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉金慧;軸向柱塞液壓電機(jī)泵流場(chǎng)數(shù)值模擬、效率分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試[D];燕山大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2734417