基于海洋环境的水下液压系统密封技术研究
洪啸虎
薛尚文
常
兴
黄镍
（解放军理工大学，南京２１０００７）
摘要：水下液压系统没有在水下作业设备中得到广泛应用，主要原因是在海水环境的液压元件与常规液压元件相比．无论是在材料选择、设计方法上，还是在结构原理、加工要求上都有较大差别，这是因为海水的自身压力对液压系统的渗透改变了传统的密封与润滑观念。而通过采取密封措施和压力补偿后，以液压油为工作介质的水下液压系统可以在不同海水深度下作业。介绍了基于海洋环境的
水下液压系统密封技术。
关键词：液压系统；密封；压力补偿
中圈分类号：１Ⅸ２。ＴＨｌ３７．７
文献标识码：Ａ文章编号：１００８－－０８１３（２０１２）０３—００１５－０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ＳｅａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＨｙｄｒａｕｌｉｃ
ｏｎ
ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ
ＨＯＮＧ
Ｘｉａｏ－ｈｕ
ＸＵＥ
ＭａｒｉｎｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
ＣＨＡＮＧ
Ｓｈａｎｇ－－ｗｅｎ
Ｘ嘞ＨＵＡＮＧ
Ｎｉｅ
（ＰＬＡＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｈａｓ
ｎｏｔ
ｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｍａｉｎｌｙｂｅｃａｕｓｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎ
ｍｅｔｈｏｄｓ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ
ｏｒ
ｓｅａｗａｔｅｒｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｌＩｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｗｈｅｔｈｅｒｉｎｍａｔｅｒｉａｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
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ｇｒｅａｔｅｒ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，Ｔｈｉｓｉｓｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｓｅａｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ
ａｎｄｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ．
ａｓ
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ｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｍｓ，ｆｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｂａｓｅｄＫｅｙ
ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ
ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｓｓｅａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
Ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ
ｓｙｓｔｅｍ；剐疽ｌｓ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ
Ｏ
引言
水下液压系统的密封技术是基于海水压力水下液
统的各元部件．除了陆上为防止油液外泄所采用的密封措施外，还要考虑防止海水渗入液压系统的密封措施。液压系统的密封直接关系到水下设备的作业性能和可靠性［２１。
压系统的关键技术之一【ＩＪ。在地面上的液压传动设备允许周围空气介质与液体传动设备工作油液之间有某些交换。而在水下环境中，这种交换将导致海水沿着固定与可动配合件的密封环节渗入到工作油液中，使元件的内表面锈蚀，破坏电气绝缘性能。为此，构成液压系
１水下液压密封技术研究现状
美国海军早在２０世纪５０年代就开始研制水下液压系统。早期的水下液压系统并未采取压力补偿措施．而是将液压源、液压控制单元及液压执行器分别安装在压力容器中，以防止海水压力对液压系统的影响，这种方法不仅增加了系统的体积和重量，而且没有从根本上解决海水压力的影响问题。６０年代初美国开始研制载人潜水器，水下液压系统也因此得到了迅速发展，
收疆日期：２０ｌｌ－０６－３０
作者简介：洪啸虎（１９８６－－）．男．在读硕士研究生．本毕业于浙江大学机饭与能源工程学院机械制造及其自动化专业，现就读于解放军理工大学工程兵工程学院机械电子专韭．现研究方向是水下液压系统的关键技术与水射流切割。
●・＋・＋・＋・＋・＋－＋－＋－＋・—●一・＋－＋－—．．・＋呻呻・＋－＋－＋－＋・＋・＋呻・＋斗・＋・＋－１●。・１●’。’●’・。●’・＋・＋・＋－１卜。＋。’●’。。－—－＿。斗・＋・—■—－＋斗・‘●。，
１４】杨尔庄．世界流体动力工业现状及发展动向叽．液压气动与密
封，２０１ｏ（２）．
封．２００９（２）．
川杨尔庄．中国液压气动工业的现状与展望阴．液压气动与密
封，２０１０（１）．
ｆ８】沙宝森．调整发展战略，加快发展基础件产业【Ｊ】．液压气动与
密封，２０１０（１）．
１５
【５】沙宝森．对推动流体传动产业科学发展的几点思考忉．液压气
动与密封，２００８（１）．
［６１王长江．中国应该成为液压的大国和强国【Ｊ】．液压气动与密
万方数据
液压气动与密封／２０１２年第３期
有代表性的ＡＭＥＴＥＫ２００６是美国ＯＳＥＬ公司的作业型遥控潜水器，液压源采用ＲＥＸＲＯＴＨ公司的恒压变量泵具备压力补偿系统【３Ｉ川。
国内对水下液压系统的研究虽然起步较晚。但在引进国外先进技术的基础上不断消化吸收。目前也取得了一些发展。
２水下液压系统的密封设计
与常规液压系统相比，水下液压系统有很多独到
之处，使用条件也较为苛刻。①水下液压系统工作在海
水环境中，工作深度从几百米到几千米，液压系统不仅
要承受内部高压，还要承受外界海水压力；②水下液压
系统对安全性要求极高．一旦海水渗入到液压系统内部，轻者使液压系统不能正常工作，重者导致液压元件
损坏；③水下液压系统在体积和重量方面都有严格限
制，体积小、重量轻是提高水下液压系统功率重量比的
关键；④水下液压执行器直接暴露在海水中，密封元件不仅要耐液压油腐蚀，还要耐海水腐蚀；⑤水下液压系
统不仅在结构设计上要紧凑，在材料选择上也要考虑海水的腐蚀问题１９。
考虑到防止海水渗入液压系统而采取以下密封措施有：
（１）对于静密封应尽量采用端面静密封。
（２）对于往复式动密封或径向密封，常在与海水接触部分另加设一道Ｏ形密封圈。
（３）对于旋转式密封，常在与海水接触的旋转部位另加一道相同结构的旋转密封，以分隔海水。
（４）对于阀件可设计成板式连接的集成油路方式置于密封的阀箱中，以确保密封。
（５）在系统中加装补偿器。
２．１
Ｏ形圈密封
Ｏ形圈是一种使用广泛的挤压型密封件。如图１所
示，Ｏ形圈在安装时截面被压缩变形，堵住了泄漏通道，起到了密封的作用。Ｏ形圈密封具有下列优点：结构简单、体积小、安装部位紧凑、装卸方便、制造容易；具有自密封作用．不需要周期性调整；适用参数范围宽广，使用温度范围可达一６０—２０００Ｃ；用于动密封装置时，密封压力可达３５ＭＰａ且价格便宜。Ｏ形圈在动密封中应用的不足：起动摩擦阻力大。易引起忽滑忽粘的
ｏｒｅｍ轴
图ｌ
ｏ形圈密封结构示意图
１６
万方数据
爬行现象：使用不当，易引起Ｏ形圈切、挤、扭、断等事故：动密封还很难做到无泄漏，只能控制其渗漏量不大于规定许可值１９。２．２机械密封
机械密封作为旋转设备的轴封装置，广泛应用于石油、化工、能源、制药、冶金、机械等许多行业。如图２所示，轴带动动环旋转，静环固定不动，依靠静环和动环之间接触端面的滑动摩擦保持密封。当端面产生磨损时，弹簧推动动环使动环与静环的端面紧密贴合而无间隙。为了防止介质从静环与壳体之间和动环与轴之间的间隙泄漏，静环与壳体及动环与轴之间均装有Ｏ形圈，机械密封的特点是：
（１）密封性能可靠，泄漏量极小。通常可控制在
３—５ｍＬ／ｈ。
（２）使用范围广，适用于各种工况条件，在高速、高压、高温、低温、高真空、腐蚀性介质、高黏度介质等工况下，都有良好的密封效果，压力可以达到４５ＭＰａ，温度为２００—４５０９２，旋转速度高达１５０ｍ／ｓ。
（３）使用寿命长，有的工况可以达到１０年不需维修，不需经常更换，功耗小。
（４）抗振性强，缓冲性好。
（５）结构复杂，装配较困难，价格较贵。
正由于这些特点，在我国研制的水下作业系统中很多都采用机械密封这种密封方式１６Ｊ。
图２机械密封结构和原理图
２．３加装压力补偿器
在液压系统中加装补偿器，是防止海水渗入液压系统的有效措施，因为一个水下机器人液压系统常常是油源以及多个阀件、执行器（液压缸、液压马达）通过管路相连而成，一处环节的密封不可靠都会对整个系统带来危害。加装补偿器。除了可以补偿工作油液因本身的弹性模量、温度及下潜深度而产生的油液体积变化外，更主要的是可以平衡内外压力，使系统内压等于工作水深外压或稍大于外压．这样。系统如有渗漏。只能是工作油液的外渗．而确保海水个会渗入液压系统
（下转第１９页）
由于系统动态过程的压力含有该段压力范围，所以在模型中不应把油液体积弹性模量看成为一常数，应采用拟合方程表示某一压力下的油液体积弹性模量。当压力大于１０ＭＰａ，ｂ。变化不明显，这时ｂ。可被视为一个常量，约为ｌ
６００ＭＰａ。
２）拟合值与实测值吻合得很好。尤其在中、低压范围内，通过实验得出的油液体积弹性模量随压力的变化曲线为：
＝］Ｅ一—生一
ｂ＝－１３．３７ｅ２・７３—８．５９ｅ４８．３１＋２１．４
图２弹性模量与压力变化关系曲线
３）推导出的油液体积弹性模量的压力模型适用于
实验结果表明．当压力较低时。油液的体积弹性模量值随着压力变化比较大。当压力比较高时，油液的体积弹性模量值随着压力变化趋于平缓，通过指数衰减拟合得到的曲线与实测值吻合的较好。
（３）实验结论。
根据上述结果可以得出以下结论：
１）由图１．２可见，在油温不变的情况下，系统压力在中、低压范围内（约为０一ＩＯＭＰａ），ｂ。的变化比较大。
（上接第１６页）
任何油温变化不大，系统供油条件、吸油能力不变的液压系统的动态分析、建模仿真。
参考文
献
【１】盛敬超．液压流体力学【Ｍ】．北京：机械工业出版社，１９８２．【２】王静，龚国芳．油液弹性模量检测装置设计及仿真分析【Ｊ】．液
压与气动，２００６（７）．
【３】胡泓．姚伯威．机电一体化原理及应用【Ｍ】．ｊＥ京：国防工业出
版社．２００２．
・＋・—●一－—＋．－＋－＋一＋—＋－＋—＋－＋－＋・＋－＋一＋—＋－＋・—卜・—●一－—●一－＋・＋－＋－＋－＋－＋－＋一＋・＋－＋－—●一－＋－—●一－＋－＋・＋－＋—＋－＋－＋—＋・＋－＋・＋・＋－＋・
３
结束语
海水液压系统虽然具有众多优势，但是在水下作
中。图３是静水压力补偿器的示意图。结构上是一个由薄膜或浮动活塞隔开的空腔。补偿现有的压力补偿器大多采用滚动膜片作为弹性元件，滚动膜片是由橡胶等纤维织物复合而成。既是密封元件又是压力传递的敏感元件。滚动膜片在自由状态下的形状如同一个礼帽，它是由夹有丝布的橡胶制成，丝布是滚动膜片的骨架，主要起到增加强度的作用，橡胶则起到密封的作用。滚动膜片的顶部通常设有中间孔，用于安装活塞，活塞带动滚动膜片在活塞缸内运动，活塞与活塞缸之间留有一定的间隙．活塞运动时，膜片沿着活塞缸内壁做无滑动的滚动。所以称为滚动膜片，为了便于安装和密封，滚动膜片底部通常设计成Ｏ型边或周边带孔等形式用。
业设备中并没有得到广泛应用．主要原因是各类适应海洋环境的液压元件正处于研制阶段。一些关键技术有待解决。以液压油为工作介质的水下液压系统通过采取密封措施和压力补偿后可以在不同海水深度下作业．且常规液压系统中的众多成熟技术均可以移植到水下液压系统中，因此相对于海水液压系统，以液压油为工作介质的水下液压系统在水下作业设备中的应用更加广泛。
参
考文
献
【１】王峰．基于海水压力的水下液压系统关键技术研究【Ｄ】．杭州：
浙江大学博士学位论文。２００９．
【２】蒋新松。封锡盛。王棣棠．水下机器ＸＩＭ］．沈阳：辽宁科学技术
出版社．２０００．
【３】Ｇｒｅｅｎｅｒｔ，Ｗ．Ｎａｖｙ７
ｉｏｎ
ａｎｄ
Ｓｄｅｅｐ
ｏｃｅａｎ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｐｒｏｊｅｃｔ
ｅｖｏ｜ｕｔ
ｐｒｏｇｒｅｓｓ．ＯＣＥＡＮＳ，１９７１（３）：５０一５３．
【４】ＡＭＥＴＥＫ２００６水下机器人液压系统分析【Ｊ】．液压气动与密
封．１９９７（２）．
【５】赵立新。丁筱玲，张亚民，等．０形密封圈功能的充分发挥【Ｊ】．排
灌机械．２０００．
图３采用滚动膜片的压力补偿器
【６】胡征宇。吴大转，千乐勤．高压组合机械密封装置的设计【Ｊ】．工
程设计学报．２００５（１２）．
补偿器的效率是按照体积、工作油液体积的使用程度、结构的重量系数和隔离器对深度变化的灵敏度来判定的。
【７】李延民．潜器外置设备液压系统的压力补偿研究【Ｄｌ：．杭州：浙
江大学博士学位论文．２００５．
１９
万方数据
基于海洋环境的水下液压系统密封技术研究
洪啸虎
薛尚文
常
兴
黄镍
（解放军理工大学，南京２１０００７）
摘要：水下液压系统没有在水下作业设备中得到广泛应用，主要原因是在海水环境的液压元件与常规液压元件相比．无论是在材料选择、设计方法上，还是在结构原理、加工要求上都有较大差别，这是因为海水的自身压力对液压系统的渗透改变了传统的密封与润滑观念。而通过采取密封措施和压力补偿后，以液压油为工作介质的水下液压系统可以在不同海水深度下作业。介绍了基于海洋环境的
水下液压系统密封技术。
关键词：液压系统；密封；压力补偿
中圈分类号：１Ⅸ２。ＴＨｌ３７．７
文献标识码：Ａ文章编号：１００８－－０８１３（２０１２）０３—００１５－０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ＳｅａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＨｙｄｒａｕｌｉｃ
ｏｎ
ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ
ＨＯＮＧ
Ｘｉａｏ－ｈｕ
ＸＵＥ
ＭａｒｉｎｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
ＣＨＡＮＧ
Ｓｈａｎｇ－－ｗｅｎ
Ｘ嘞ＨＵＡＮＧ
Ｎｉｅ
（ＰＬＡＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｈａｓ
ｎｏｔ
ｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｍａｉｎｌｙｂｅｃａｕｓｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎ
ｍｅｔｈｏｄｓ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ
ｏｒ
ｓｅａｗａｔｅｒｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｌＩｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｗｈｅｔｈｅｒｉｎｍａｔｅｒｉａｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ
ａｒｅ
ｉｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，
ｇｒｅａｔｅｒ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，Ｔｈｉｓｉｓｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｓｅａｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ
ａｎｄｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ．
ａｓ
Ｏｎ
ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｏｆｉｔｓｏｗｎｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｈａｓ
ｃｈａｎｇｅｄｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｎｃｅｐｔｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈ
ｕｓｅ８
ｓｅａｌｉｎｇＡｎｄｂｙｔａｋｉｎｇ
ｍｅｄｉｕｍ
ｍｅａｓｕ麟ｉｎ
ｏｐｅｒａｔｅ
ｓｅａｌｓ
ａｎｄ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｔｈｅ
ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ
ｔｈｅ
ｈｙｄｒａｕｌｉｃｏｉｌ
ｔｈｅ
ｗｏｒｋｉｎｇ
ｃａｎ
ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈｓｏｆｔｈｅｓｅａｗａｔｅｒ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ
ｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｍｓ，ｆｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｂａｓｅｄＫｅｙ
ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ
ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｓｓｅａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
Ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ
ｓｙｓｔｅｍ；剐疽ｌｓ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ
Ｏ
引言
水下液压系统的密封技术是基于海水压力水下液
统的各元部件．除了陆上为防止油液外泄所采用的密封措施外，还要考虑防止海水渗入液压系统的密封措施。液压系统的密封直接关系到水下设备的作业性能和可靠性［２１。
压系统的关键技术之一【ＩＪ。在地面上的液压传动设备允许周围空气介质与液体传动设备工作油液之间有某些交换。而在水下环境中，这种交换将导致海水沿着固定与可动配合件的密封环节渗入到工作油液中，使元件的内表面锈蚀，破坏电气绝缘性能。为此，构成液压系
１水下液压密封技术研究现状
美国海军早在２０世纪５０年代就开始研制水下液压系统。早期的水下液压系统并未采取压力补偿措施．而是将液压源、液压控制单元及液压执行器分别安装在压力容器中，以防止海水压力对液压系统的影响，这种方法不仅增加了系统的体积和重量，而且没有从根本上解决海水压力的影响问题。６０年代初美国开始研制载人潜水器，水下液压系统也因此得到了迅速发展，
收疆日期：２０ｌｌ－０６－３０
作者简介：洪啸虎（１９８６－－）．男．在读硕士研究生．本毕业于浙江大学机饭与能源工程学院机械制造及其自动化专业，现就读于解放军理工大学工程兵工程学院机械电子专韭．现研究方向是水下液压系统的关键技术与水射流切割。
●・＋・＋・＋・＋・＋－＋－＋－＋・—●一・＋－＋－—．．・＋呻呻・＋－＋－＋－＋・＋・＋呻・＋斗・＋・＋－１●。・１●’。’●’・。●’・＋・＋・＋－１卜。＋。’●’。。－—－＿。斗・＋・—■—－＋斗・‘●。，
１４】杨尔庄．世界流体动力工业现状及发展动向叽．液压气动与密
封，２０１ｏ（２）．
封．２００９（２）．
川杨尔庄．中国液压气动工业的现状与展望阴．液压气动与密
封，２０１０（１）．
ｆ８】沙宝森．调整发展战略，加快发展基础件产业【Ｊ】．液压气动与
密封，２０１０（１）．
１５
【５】沙宝森．对推动流体传动产业科学发展的几点思考忉．液压气
动与密封，２００８（１）．
［６１王长江．中国应该成为液压的大国和强国【Ｊ】．液压气动与密
万方数据
液压气动与密封／２０１２年第３期
有代表性的ＡＭＥＴＥＫ２００６是美国ＯＳＥＬ公司的作业型遥控潜水器，液压源采用ＲＥＸＲＯＴＨ公司的恒压变量泵具备压力补偿系统【３Ｉ川。
国内对水下液压系统的研究虽然起步较晚。但在引进国外先进技术的基础上不断消化吸收。目前也取得了一些发展。
２水下液压系统的密封设计
与常规液压系统相比，水下液压系统有很多独到
之处，使用条件也较为苛刻。①水下液压系统工作在海
水环境中，工作深度从几百米到几千米，液压系统不仅
要承受内部高压，还要承受外界海水压力；②水下液压
系统对安全性要求极高．一旦海水渗入到液压系统内部，轻者使液压系统不能正常工作，重者导致液压元件
损坏；③水下液压系统在体积和重量方面都有严格限
制，体积小、重量轻是提高水下液压系统功率重量比的
关键；④水下液压执行器直接暴露在海水中，密封元件不仅要耐液压油腐蚀，还要耐海水腐蚀；⑤水下液压系
统不仅在结构设计上要紧凑，在材料选择上也要考虑海水的腐蚀问题１９。
考虑到防止海水渗入液压系统而采取以下密封措施有：
（１）对于静密封应尽量采用端面静密封。
（２）对于往复式动密封或径向密封，常在与海水接触部分另加设一道Ｏ形密封圈。
（３）对于旋转式密封，常在与海水接触的旋转部位另加一道相同结构的旋转密封，以分隔海水。
（４）对于阀件可设计成板式连接的集成油路方式置于密封的阀箱中，以确保密封。
（５）在系统中加装补偿器。
２．１
Ｏ形圈密封
Ｏ形圈是一种使用广泛的挤压型密封件。如图１所
示，Ｏ形圈在安装时截面被压缩变形，堵住了泄漏通道，起到了密封的作用。Ｏ形圈密封具有下列优点：结构简单、体积小、安装部位紧凑、装卸方便、制造容易；具有自密封作用．不需要周期性调整；适用参数范围宽广，使用温度范围可达一６０—２０００Ｃ；用于动密封装置时，密封压力可达３５ＭＰａ且价格便宜。Ｏ形圈在动密封中应用的不足：起动摩擦阻力大。易引起忽滑忽粘的
ｏｒｅｍ轴
图ｌ
ｏ形圈密封结构示意图
１６
万方数据
爬行现象：使用不当，易引起Ｏ形圈切、挤、扭、断等事故：动密封还很难做到无泄漏，只能控制其渗漏量不大于规定许可值１９。２．２机械密封
机械密封作为旋转设备的轴封装置，广泛应用于石油、化工、能源、制药、冶金、机械等许多行业。如图２所示，轴带动动环旋转，静环固定不动，依靠静环和动环之间接触端面的滑动摩擦保持密封。当端面产生磨损时，弹簧推动动环使动环与静环的端面紧密贴合而无间隙。为了防止介质从静环与壳体之间和动环与轴之间的间隙泄漏，静环与壳体及动环与轴之间均装有Ｏ形圈，机械密封的特点是：
（１）密封性能可靠，泄漏量极小。通常可控制在
３—５ｍＬ／ｈ。
（２）使用范围广，适用于各种工况条件，在高速、高压、高温、低温、高真空、腐蚀性介质、高黏度介质等工况下，都有良好的密封效果，压力可以达到４５ＭＰａ，温度为２００—４５０９２，旋转速度高达１５０ｍ／ｓ。
（３）使用寿命长，有的工况可以达到１０年不需维修，不需经常更换，功耗小。
（４）抗振性强，缓冲性好。
（５）结构复杂，装配较困难，价格较贵。
正由于这些特点，在我国研制的水下作业系统中很多都采用机械密封这种密封方式１６Ｊ。
图２机械密封结构和原理图
２．３加装压力补偿器
在液压系统中加装补偿器，是防止海水渗入液压系统的有效措施，因为一个水下机器人液压系统常常是油源以及多个阀件、执行器（液压缸、液压马达）通过管路相连而成，一处环节的密封不可靠都会对整个系统带来危害。加装补偿器。除了可以补偿工作油液因本身的弹性模量、温度及下潜深度而产生的油液体积变化外，更主要的是可以平衡内外压力，使系统内压等于工作水深外压或稍大于外压．这样。系统如有渗漏。只能是工作油液的外渗．而确保海水个会渗入液压系统
（下转第１９页）
由于系统动态过程的压力含有该段压力范围，所以在模型中不应把油液体积弹性模量看成为一常数，应采用拟合方程表示某一压力下的油液体积弹性模量。当压力大于１０ＭＰａ，ｂ。变化不明显，这时ｂ。可被视为一个常量，约为ｌ
６００ＭＰａ。
２）拟合值与实测值吻合得很好。尤其在中、低压范围内，通过实验得出的油液体积弹性模量随压力的变化曲线为：
＝］Ｅ一—生一
ｂ＝－１３．３７ｅ２・７３—８．５９ｅ４８．３１＋２１．４
图２弹性模量与压力变化关系曲线
３）推导出的油液体积弹性模量的压力模型适用于
实验结果表明．当压力较低时。油液的体积弹性模量值随着压力变化比较大。当压力比较高时，油液的体积弹性模量值随着压力变化趋于平缓，通过指数衰减拟合得到的曲线与实测值吻合的较好。
（３）实验结论。
根据上述结果可以得出以下结论：
１）由图１．２可见，在油温不变的情况下，系统压力在中、低压范围内（约为０一ＩＯＭＰａ），ｂ。的变化比较大。
（上接第１６页）
任何油温变化不大，系统供油条件、吸油能力不变的液压系统的动态分析、建模仿真。
参考文
献
【１】盛敬超．液压流体力学【Ｍ】．北京：机械工业出版社，１９８２．【２】王静，龚国芳．油液弹性模量检测装置设计及仿真分析【Ｊ】．液
压与气动，２００６（７）．
【３】胡泓．姚伯威．机电一体化原理及应用【Ｍ】．ｊＥ京：国防工业出
版社．２００２．
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３
结束语
海水液压系统虽然具有众多优势，但是在水下作
中。图３是静水压力补偿器的示意图。结构上是一个由薄膜或浮动活塞隔开的空腔。补偿现有的压力补偿器大多采用滚动膜片作为弹性元件，滚动膜片是由橡胶等纤维织物复合而成。既是密封元件又是压力传递的敏感元件。滚动膜片在自由状态下的形状如同一个礼帽，它是由夹有丝布的橡胶制成，丝布是滚动膜片的骨架，主要起到增加强度的作用，橡胶则起到密封的作用。滚动膜片的顶部通常设有中间孔，用于安装活塞，活塞带动滚动膜片在活塞缸内运动，活塞与活塞缸之间留有一定的间隙．活塞运动时，膜片沿着活塞缸内壁做无滑动的滚动。所以称为滚动膜片，为了便于安装和密封，滚动膜片底部通常设计成Ｏ型边或周边带孔等形式用。
业设备中并没有得到广泛应用．主要原因是各类适应海洋环境的液压元件正处于研制阶段。一些关键技术有待解决。以液压油为工作介质的水下液压系统通过采取密封措施和压力补偿后可以在不同海水深度下作业．且常规液压系统中的众多成熟技术均可以移植到水下液压系统中，因此相对于海水液压系统，以液压油为工作介质的水下液压系统在水下作业设备中的应用更加广泛。
参
考文
献
【１】王峰．基于海水压力的水下液压系统关键技术研究【Ｄ】．杭州：
浙江大学博士学位论文。２００９．
【２】蒋新松。封锡盛。王棣棠．水下机器ＸＩＭ］．沈阳：辽宁科学技术
出版社．２０００．
【３】Ｇｒｅｅｎｅｒｔ，Ｗ．Ｎａｖｙ７
ｉｏｎ
ａｎｄ
Ｓｄｅｅｐ
ｏｃｅａｎ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｐｒｏｊｅｃｔ
ｅｖｏ｜ｕｔ
ｐｒｏｇｒｅｓｓ．ＯＣＥＡＮＳ，１９７１（３）：５０一５３．
【４】ＡＭＥＴＥＫ２００６水下机器人液压系统分析【Ｊ】．液压气动与密
封．１９９７（２）．
【５】赵立新。丁筱玲，张亚民，等．０形密封圈功能的充分发挥【Ｊ】．排
灌机械．２０００．
图３采用滚动膜片的压力补偿器
【６】胡征宇。吴大转，千乐勤．高压组合机械密封装置的设计【Ｊ】．工
程设计学报．２００５（１２）．
补偿器的效率是按照体积、工作油液体积的使用程度、结构的重量系数和隔离器对深度变化的灵敏度来判定的。
【７】李延民．潜器外置设备液压系统的压力补偿研究【Ｄｌ：．杭州：浙
江大学博士学位论文．２００５．
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万方数据