海水液压作业工具系统的研制.docx

海水液压作业工具系统的研制聂松林,刘银水,余祖耀,李壮云(华中科技大学机械学院,湖北武汉430074)摘要:介绍了一种以海水液压驱动的水下作业工具,分析了该系统的组成、工作原理、研制难点及解决方案。该工具系统能工作于300m以浅的海域,完成水下钢缆切断、船体和水下结构物表面的清刷、打磨等工作。关键词:水下工具;海水液压传动;清刷/打磨器;钢缆切割器中图分类号:TH137文献标识码:ADevelopmentofanunderwatertoolsystemdrivenbyseawaterhydraulicsNIESong2lin,LIUYin2shui,YUZu2yao,LIZhuang2yun(SchoolofMech.Sci.Eng.,HuazhongUniv.ofSci.Tech.,Wuhan430074,China)Abstract:Thispaperintroducesanunderwatertoolsystemdrivenbyseawaterhydraulicsandanalysesitsmakeup,workprinciple,there2searchdifficultiesandsolutions.Thetoolsystemcanbeoperatedintheseanodeeperthan300meters.Itcanbeusedtocutunderwaterwireropeandtoclearandpolishthesurfacesofhullandunderwaterstructures.Keywords:underwatertool;seawaterhydraulics;underwaterbrush/grinder;wireropecutter海水液压动力系统是一种直接以海水作为工作介质的液压动力水下作业工具系统1～3。同其它几种驱动方式相比,具有明显的优势。1)手动工具。最初潜水员是借用陆用的手动工具在水下作业的,在水下持续作业的时间短,完全依靠潜水员的体能和经验,体力消耗大。而且作业效率低,施工周期长,作业深度和范围受到很大的限制,危险性大。2)电动工具。电动工具用电力来驱动,原动机为电动机,在所有动力工具中其实际能耗率最低。目前适于水下作业的有半干式和湿式专用电机,可以在各种水深下运转,但要求电动机对海水完全密封,需要复杂的电缆绝缘系统、开关、插座及其它部分。为安全起见,潜水员要有很好的防电击保护措施,且需要减速器降低电动机转速。所以电动工具比相应的液压工具重5～10倍,体积也大好几倍,在水下使用很不方便,工作可靠性差。基于这些原因,电动工具一般只在无法使用气动工具或液压工具时用于完成短时间的水下作业。3)气动工具。气动工具用压缩空气来驱动,常采用开式系统,压缩空气做功后直接在水下排放,因而噪声大,放出的气泡会影响潜水员的视线,甚至会导致潜水员恶心和呕吐。此外,海水进入气动元件,会使工具的可靠性和寿命大大降低,因此需要频繁的维护;而且,随着潜水深度的增加,平衡水深的压力也随着增加,耗气量剧增,能耗很大,工具的效率急剧降低,设备的体积、重量也急剧增加;动力源的输出压力需随着作业深度的不同进行相应的调整,以保证工具有效的作业功率,从而使得压力控制非常复杂。在水下动力工具中,气动工具体积、重量最大,效率最低。因此,气动工具一般仅在50m水深以上浅的区域使用。4)液压工具。液压工具以液体的压力能作为动力来驱动工具,与电动及气动工具相比,使用寿命长,性收稿日期:2003209208基金项目:国家自然科学基金重点资助项目50375056)作者简介:聂松林(1967-),男,湖北人,副教授,博士,主要从事水液技术及伺服控制的研究。第3期聂松林,等:海水液压作业工具系统的研制87能可靠,能均匀调速,不需要减速装置,具有单位功率重量轻、体积小、输出功率大、输出平稳等优点。已广泛应用于中浅深度作业,并开始用于大深度到极限深度作业,在水下作业中使用最多,水下机器人及机械手使用的几乎全部是液压动力工具。但传统的液压工具是以矿物型液压油作为工作介质,由于矿物型液压油与海水不相容,系统必须设计成闭式循环系统,因而存在一些弊端,主要表现为:1)尽管水下油压系统的密封技术已发展的比较完善,但密封界面处液压油和海水不可避免地会相互渗漏,这不仅污染环境,还加速了系统元件的损坏,大大降低工具可靠性与使用寿命;2)因液压油的粘度大,且其粘温、粘压系数大,随着作业深度和范围的扩大,系统进油管和回油管的沿程损失增大;同时需平衡水深压力,使得油压工具的效率大大降低。另外,为保证有效的驱动功率,需随着作业深度的增加而调整动力源的输出压力,压力控制很不方便。尽管可采用压力补偿的方法解决后一问题,但设备的体积、重量和复杂程度增加,制