面向深海潜水器的液压技术发展现状

面向深海潜水器的液压技术发展现状

杨勇

山西高行液压股份有限山西晋中030600

摘要：在深海复杂海洋环境下，深海载人潜水器能够承载科学工作者与各种监测装置、特种设备进行监测考察以及深海搜救捕捞等，是开发和利用深海资源的重要技术手段。本文，分析总结了国内外深海潜水器液压技术的发展现状，为我国全海深载人潜水器研究与设计提供帮助与参考。

关键词：面海潜水器；液压技术

1国内外液压技术的发展现状

随着科技的进步，国内外液压技术取得了非常显著的成效，具体表现在提高液压机的性能以及工作的稳定性。当然，我国虽然在液压技术的发展上取得了一定成就，生产出各种类型的液压机，但是液压技术水平与发达国家相比仍处于落后水平。国外的液压技术生产厂家主要生产具有较高性能的以工业控制机为控制方式的液压机产品。这种控制方式，极大地提高了国外液压机的整体控制性能和生产效率。而当前国内采取这种生产技术的企业还比较少，落后于发达国家的生产水平。将液压技术按照控制系统进行分类，我国国内的液压机主要可分为三类，即以继电器为主控元件的液压机（传统的液压机）；采用可编程控制器控制的液压机；应用高级微处理器的液压机。这三种类型的液压机功能互不相同，应用范围也有较大的差异，但是它们都朝着智能化的方向在发展和进步。传统的液压机是以继电器为主控元件，对技术的要求相对较低，电路结构也相对简单，所以生产成本比较低廉。传统的液压机适应性比较弱，在控制功能上也相对简单，主要用于精确度要求不高的产品生产，其在稳定性上与优质产品还有较大的差异。在我国，这种传统的液压机主要用于小型加工厂或是民用企业，他们对加工精度的要求都不是很高。可编程控制器是将自动化技术、通讯信技术和计算机技术结合在一起的工业自动控制装置。它是以继电器控制和计算机控制发展为基础开发出来的，其核心是微处理器。可编程控制器在当前的机械自动化生产中应用较为广泛。近年来，可编程控制器也在不断地更新发展，已经由原来的简单逻辑控制转变为采用微处理器作为可编程序控制器的CPU，这样就可以对逻辑和模拟量进行双重控制。可编程控制器控制方式具有较高的灵活性和稳定性，但是其与工业控制机在功能方面仍然存在一定差异。当前国内一些厂家已经开始采用可编程控制器控制方式，这提升了整个液压系统的可靠性和可控制性。工业控制机的控制方式是一种高技术含量的控制方式，其发展以计算机控制技术为基础。工业控制机控制方式采用的主控单元是单片机和工业控制机，然后应用数字阀来实现对液压系统的控制。为了更精确地控制液压系统，可以采用传感器组成闭环回路式的控制系统。

2深海潜水器设计过程及其功能组成

通过潜水器设计过程以及其功能组成，能够总结出液压技术在潜水器中的应用范围。潜水器设计过程主要包括：（1）设计时初期考虑的因素包括质量特征、部分相对质量比的确定，潜水器功能组成，可分为：压载浮力调节系统、外部耐压系统、生命支持系统、浮力特征以及常用材料选择等；（2）潜水器方案设计包括：艇型选择、能源与动力选择、推进装置选择、总布置规划、排水量计算以及性能计算等；（3）潜水器器结构设计包括：耐压结构、轻外壳与机构防腐设计；（4）潜水器操纵与控制设计包括：操纵性与运动控制方法设计；（5）潜水器水下导航系统设计包括：导航传感器、推算导航设计等；（6）潜水器设备与系统设计包括：压载与浮力调节系统设计、液压系统设计、水下机械手与作业工具、吊放回收系统以及生命支持系统设计。液压技术在潜水器的应用包括：设备前进和升降液马达推进器、液压舵机、随动机械手、载人潜水器舱室的启闭装置以及其他装置”J。结合潜水器设计过程，可以得出潜水器的基本功能组成一般包括：压载浮力调节系统、外部耐压系统、生命支持系统、控制系统、通讯系统以及供科研使用的设备系统。潜水器液压系统一般装在耐压壳体的外面，处于受外压和有腐蚀的工作环境，与其他应用相对比深潜器液压系统有些特定的要求，主要包括：各部件承受工作水深的海水外压、密封性与液压油润滑性、压力补偿装置、液压油压缩率温度液体系统随机动态变化的影响、耐腐性尺寸小质量轻以及易于更换保养。液压技术在深潜器的应用包括：液压机械手、浮力和纵倾调节系统、液压推进、作业装置、平衡装置液压、应急抛载等几个方面。

3海潜水器液压研究的重点问题

深海潜水器液压系统一般装在耐压壳体的外面，处于受外压和有腐蚀的工作环境，因此有其特殊性要求。无论是基于水压或是油压都需要实现深海潜水器中的如下功能：推进系统、作业装置与工具（机械手等）、平衡装置（可调压载浮力调节系统与纵倾平衡调节系统）、应急抛载液压系统。以我国成功研制的“蛟龙号”深海潜水器为例，液压系统采用基于油压的液压技术，大部分系统与元件都来自国外协助完成。基于海水液压技术在“蛟龙”号上还没有应用。因此，基于油压与水压的深海潜水器液压技术的研究还需要一下几点内容的进步与提升：（1）适用于全海深的大功率、大流量高压海水泵、阀及其相关元件的研制；（2）适合深海作业服役环境的液压系统关键元件的研究与制造技术；（3）基于海水液压技术及其元件，采用相应技术如何提高其耐磨性、抗腐蚀性、抗疲劳特性等性征；（4）超深海作业深度下，液压系统渗漏问题有待进一步解决；（5）由于深海潜水器布局规划与尺寸有限，因此如何降低液压系统与元件的重量、减少尺寸与制造维护成本是需要研究的问题；（6）对于载人潜水器来说，在潜器内构建基于液压动力源的小巧型厕所，尚不见文献研究；（7）全海深潜水器液压系统的密封与压力补偿技术有待加强。

4液压技术的发展趋势

1）通过采用新型的减摩材料、静压技术来减少生产过程中的摩擦损失。采用这些新型的技术、材料和系统来推动液压技术向高效化、低能耗的方向发展。2）向机电一体化的方向发展。液压技术应向着机电一体化的方向发展，利用现代化的电子技术将液体和气体进行转化，从而减少生产过程中能量的损失。3）向自动化和智能化的方向发展。当前液压技术应该向着自动化和智能化的方向发展，这样才符合当前工业发展的需要。

总结：

海洋科技发展至今，深海潜水器越来越体现出其重要性，而液压技术在深海潜水器组成中占有重要地位。

参考文献：

[1]张建华.深海模拟环境中液压水下机械手的仿真研究[D].上海：华中科技大学.2012.

[2]学鹏，王晓娟，邓斌，等.深海液压动力源发展现状及关键技术[J].海洋通报，2013，29（4）.

[3]华勇，周华.水液压技术研究新进展[J].液压与气动，2013（2）.