液压油泵送水银式纵倾调节系统设计研究

　　0 前言

　　由于受总体空间布置位置的限制, 有些水下机器人无法通过移动电池之类的重物来达到调节纵倾的目的, 而只能采用移动液体重物来进行纵倾调整, 因为液体的几何形状可以是任意的。由于水银的比重大, 所以移动较小体积的水银就可使机器人获得较大的纵倾力, 因此使其成为目前世界上深海载人潜水器中使用最普遍的纵倾调节系统。

　　1 液压油泵送水银式纵倾调节系统设计研究

　　1.1 设计思路

　　水银作为纵倾调整液体是十分困难的事情, 而且它对许多金属都具有腐蚀性, 所以采用普通液压泵直接泵送水银是不可取的。为此, 可以在水银中加入液压油, 先通过油泵泵送液压油, 再由液压油压力驱动水银在机器人艏艉方向移动, 以达到纵倾调节的目的。

　　1.2 系统设计

　　系统组成如图 1 所示, 它主要由艏艉纵倾调节罐、泵源( 油泵、油马达以及各阀件均在其中)、压力补偿器以及管路系统等组成。艏艉纵倾调节罐内上部充满液压油, 下部充满水银。油泵由油马达驱动, 油马达的动力来源于机器人本体液压系统。泵出口经一个比例阀,利用比例控制将油在艏艉纵倾调节罐间泵送, 推动水银在机器人艏、艉方向移动, 从而调节机器人艏艉的重量分配以达到纵倾调节的目的。泵的出口旁路接有溢流阀, 用于设定工作时泵的最高出口压力。泵源上的补偿器和泵出口处的单向阀是起压力补偿作用的, 从而可以保证整个系统可以按非耐压结构设计。

　　系统主要参数为:压力0～1.5MPa, 流 量 0～15L/min, +24VDC 供电, 水银液位监测, 并具有输入输出管系自动压力补偿功能。

　　纵倾调节罐采用耐腐性能极好的钛合金材料, 其单个容积设计成系统所有水银全部在一个罐子时也不足以充满整个罐子。这样一来, 即便系统出现误操作或水银液位监测功能失效而导致液压油泵送过头, 水银也不会进入油路而损坏泵源内液压元件。

　　为了对纵倾罐内水银液位进行监测, 两个罐子内壁都安装了电阻式液位传感器, 利用水银的良好导电性能, 泵送过程中改变传感器的输出电阻, 并利用计算机进行实时监测。另外, 系统补偿器上也安装了液压油限位报警装置。

　　1.3 功能试验

　　由于首次尝试采用泵送液压油的方式来直接驱动水银移动, 所以有必要对水银和液压油的相容性进行研究, 以确认两者可以很好地分隔开来; 另外, 为确保系统运行的安全性, 有必要对水银是否会泵送过头而进入油路系统进行实际考核。

　　为此, 进行了水银和液压油的静态相容性试验以及动态安全性试验, 试验情况如图 2、图 3 所示。