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1、ROV液压系统技术交流报告ROV是一项技术含量要求较高的行业，要求的专业知识很多。最重要的是 要求机械和电子方面的知识较高，就ROV来说电子部分是ROV控制部分，机 械液压部分是ROV执行部分，是ROV最关键的组成部分。公司现有的四套ROV 系统和马上要购买的FCV2000D，都是采用液压驱动。液压的优点有：体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活，单位重 量和体积的输出功率和传动的功率大，组成系统容易等优点。是电力驱动所无 法比拟的。现阶段国内外大型工作型ROV都采用液压驱动。特别是深水ROV， 由于电缆要求很长，要求传递的动力大，都是采用液压驱动来实现的。ROV的作业环境很特别，都是在深
2、水中，系统的崩溃会给设备带来很大的 危害，给作业带来很大的损失。作业中ROV操作人员特别需要注意的是系统的 作业安全，特别是液压系统的崩溃会直接影响设备的安全。公司从成立到现在， 多年的发展历程中可以发现，系统出现故障中液压出现问题导致系统危险的比 例很高，从公司最近出现的几次ROV设备安全事故可以看出，液压系统一旦不 工作，是十分可怕的，尽管单项电，三相电都能启动，液压的压力正常，但驱 动ROV动力依然没有，ROV还是不能移动，因此保持良好的液压系统非常关 键。ROV液压系统使用的液压元件很多，主要的液压元件有：液压泵，伺服阀， 液压推进器马达，电磁阀，单向阀，液压缸等。在作业中ROV经常出
3、现的液压问题主要有以下：一. 液压泵出现的问题主要有：泵的压力不足；液压温度很高；压力达到要 求，但驱动推进器的性能变低；液压泵完全损坏，忽然卡死等情况。二. 伺服阀经常出现的问题主要有：伺服阀堵塞，操作时伺服阀功能无法完全 实现；伺服阀的前置驱动马达线圈烧坏，伺服阀线圈电阻异常，伺服阀的功能 彻底没有。三. 液压推进器马达经常出现的问题主要有:转速很慢，工作时温度很高；马 达配流盘异常磨损或漏油；马达卡死。四. 电磁阀经常出现的问题主要有：电磁阀堵塞；电磁阀线圈烧坏；电磁阀电阻异常。任何事物的理解都是理论指导实践的，如果没有理论知识的指导，实践都是 盲目的。ROV的液压系统看上去不是很复杂，
4、但真正使用和完全掌握，还是有 困难的，ROV的工作经验很重要，但如果丰富的工作经验加上对液压系统的结 构和液压系统各个液压元件的理论知识了解，对ROV的理解会更加深刻，为 了丰富和提高作业人员对ROV的了解和认识，下面就对ROV液压系统的主要 液压元件：伺服阀、电磁阀、液压泵、推进器液压马达的工作原理做一个简单 的介绍，从原理出发谈一下作业中各个液压元件注意的事项，在工作中各液压 元件出现问题时通常采用的解决方法。一.伺服阀伺服阀是液压系统中最精密的部件，也是ROV部件中价格非常高的部 件之，下面看到的是公司系统自带的伺服阀工作原理图和技术参数，仅仅从 图上很难对伺服阀的工作原理有一个清晰的认
5、识：接下来就伺服阀谈谈个人的认识：-ULTRASERVOLINEInD面而辽丽京=46逐迎1ERI旦业理Tt)ese valves feature a steel bocy irr.；hi;h the spool slides directly in the Lndy 早而心 itie 叩，separate bushing, prcvidino simp 捋打 rf1683incorporates an easily accessible lield replaceable first stage filler and optional f fth pert for sepAfatc pi l
6、ol &upply-l arge spool diameter provides hih iorces, giving improved jjntaminston tolerance Nominat 湖M fl可 to 77 :/niiia: 7D bar to 20.3 US,GPM if 1015 p&0 pressure drop. 1683 5portcpfen 4633 4 port option (Incltdes ibular filter-466j UCrCtkr i&H FJaUUiA HrRTECHMCALSPECIflCATIONg叩pHKEurfi：mmir* iE(p
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9、dy部猊如七b&ll伊n 3JBach prM4i饱*奶3 七伺服阀是液压系统中高精密元件，它能将微弱的电气输入信号放大成大功率的液压能量输出。它具有控制精度高和放大倍数大等优，在液压控制系统中 得到广泛的应用。伺服阀由力矩马达和液压放大器组成：力矩马达由一对永久磁铁1、导磁体2和4、衔铁3、线圈5、内部悬置挡 板7、弹簧管6等组成。液压前置放大器 前置放大级是一个双喷嘴挡板阀，它主要由挡板7喷嘴8节流孔10和滤油器11组成。功率放大器功率放大级主要由滑阀9和挡板下部的反馈弹簧片组成。伺服阀工作原理1. 力矩马达工作原理：磁铁把导磁体磁化成N、S极，形成磁场。衔铁和挡板由弹簧支撑位于导磁 体的
10、中间。挡板下端球头嵌放在滑阀中间凹槽内；线圈无电流时，力矩马达无 力矩输出，挡板处于两喷嘴中间；当输入电流通过线圈使衔铁左端被磁化为N 极，右端为S极，衔铁逆时针偏转。弹簧管弯曲产生反力矩，使衔铁转过。角。 电流越大。角就越大，力矩马达把输入电信号转换为力矩信号输出2前置放大级工作原理压力油经滤油器和节流孔流到滑阀左、右两端油腔和两喷嘴腔，由喷嘴喷 出，流回油箱，力矩马达无输出信号时，挡板不动，滑阀两端压力相等。Contra/ OrificeControl OrificeAB当力矩马达电流信号输出使马达逆时针转动时，挡板偏转，喷嘴左边的流 量变大，右边的流量变小，导致滑阀两边左边压强变小，右边
11、压强变大，最终 右边压力变大，推动滑阀向左移动。滑阀移动同时，挡板下端的小球亦随同移 动，使挡板弹簧片产生弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷 嘴间的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板弹性反力平衡 时，滑阀便保持在这一开度上不再移动当力矩马达信号输出使马达顺时针转动时，挡板偏转，喷嘴右边的流量变 大，左边的流量变小，导致滑阀两边的压强不等，右边压强变小，左边压强变 大，最终左边压力变大，推动滑阀向右移动。滑阀移动同时，挡板下端的小球 亦随同移动，使挡板弹簧片产生弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使 它在两喷嘴间的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板
12、弹性反力平衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动3. 功率放大级工作原理：当前置放大级有压差信号使滑阀阀芯移动时，主油路被接通。滑阀位移后 的开度正比于力矩马达的输入电流，则阀的输出流量和输入电流成正比；当输 入电流反向时，输出流量也反向。滑阀移动同时，挡板下端的小球亦随同移动， 使挡板弹簧片产生弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷嘴间 的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板弹性反力平衡时， 滑阀便保持在这一开度上不再移动。伺服阀由于其实现特殊的功能，因此其结构复杂，制造精密，价格高。工 作中要特殊保护好伺服阀，通常伺服阀出现的故障及处理方法有：一.液压油污染，使得液压
13、控制油路堵塞;在作业中遇到伺服阀不工作，用万用表测量驱动马达的线圈电阻正常，一 般的情况是马达的控制油路被堵。可以拆开伺服阀，对其进行清洗。清洁主要 以下几点1. 清洁时注意滑阀的外表的光洁，主要观察有没有外表划痕；2. 注意观察虑油器有没有堵塞，是否沾有铁屑等杂物；3. 注意观察节流孔是否堵塞；4. 观察驱动马达的喷嘴小孔是否被堵，可以用CRC从喷嘴入油口喷射，看 喷嘴出油口是否有油正常喷出二前置驱动马达损坏，主要表现马达线圈电阻异常主要由以下原因引起：1. 液压系统进水，没有及时清理，海水把驱动线圈腐蚀了。在作业中 一定要保持液压系统无水工作。2. 液压系统运行时温度过高，驱动线圈被高温烧
14、坏。ROV作业时一定 要观察马达和伺服阀箱的温度，避免长时间高温作业。二电磁阀ROV上面的电磁阀采用的是采用三位四通的电磁换向阀，和一个单向阀组 成，电磁阀起换向作用，实现液压换向，单项阀起着锁定液压回流作用。下面 是这种电磁阀的液压图形符号，这种阀可以实现三个位置的变换，阀芯可以向 左向右和中间位置停留，四通是因为这种阀有四个通道分别为压力输入通道p， 两个液压执行方向通道A和B，一个回油通道T。工作原理如下：1. 当电磁阀两端的电磁线圈不通电时，电磁阀阀阀芯处于中间平衡位置，压力输入通道P的液压油不进入任何A、B通道的任何一端。这 时A、B、T三个通道形成了一个液压通路。2. 当电磁阀两端
15、通电，电磁阀线圈驱动阀芯向左端移动时，压力输入通 道P的液压油进入B通道，这时A通道和回油通道T相通。3. 当电磁阀两端通电，电磁阀线圈驱动阀芯向右端移动时，压力输入通道P的液压油进入A通道，这时B通道和回油通道T相通。从上面可以看出电磁阀芯向左向右运动时，液压执行通道A、B的液 压方向完全相反。在操作时只要控制电磁阀两端线圈的通电和断电，就可 以实现电磁阀芯的移动，从而实现液压通道A、B液压换向功能。从上面单向阀的原理可以看出如果没有安装在电磁阀下面的双液控单 向阀，在电磁阀没有通电的情况下，液压执行通道A、B和回油通道T都 是相通的，这样的话，我们的机械手和云台就没法工作了。实际上ROV上
16、 面的电磁阀液压执行通道A、B不是直接和液压机械手各个功能相同，而是 在电磁阀下面还安装了一个双液控单向阀，实现各个功能自锁功能（见上 图）。上面介绍了电磁阀的工作原理，从原理可以看出，电磁阀是通过线圈 通断电实现阀芯移动的，保护好电磁阀最重要的是要保护好电磁线圈。线 圈是最怕有水和高温的，这点和保护伺服阀是一样的。电磁阀是安装在ROV液压系统中，在作业中保持液压系统没有水，液压温度不能太高是非常重 要的。另外一点就是一定要保持液压系统液压油干净清洁，没有脏物。做 到经常检查液压油是否有水，观察液压油是否干净。做到定时换液压油， 定时换过滤器。三液压泵公司所有ROV液压泵都是采用斜盘式轴向柱塞
17、液压泵（包括将要购买的 FCV2000D），主要是这种液压泵具有以下优点：工作压力高、密封性好、容积 效率高、易实现变量等优点。1 .斜盘式轴向液压泵的结构图整个泵由：缸体、配油盘、柱塞和斜盘等主要零件组成2. 斜盘式轴向柱塞泵工作原理斜盘式轴向柱塞泵的工作原理如图所示。缸体每旋转一周，每个柱塞往复 运动一次，完成一次吸、排油过程。吸油3. 斜盘式轴向柱塞泵排量和流量的计算当柱塞从n转到2 n时，柱塞的行程为:L=2Rtg Y缸体每旋转一周，每个柱塞吸油和排油各一次，则泵的排量V和流量q 分别为：V = L -丸：2 . z /（2n）= : d 2 ZR tg yq = : d2 ZR tg
18、 y .门伊实际上，泵的瞬时流量qsh是脉动的，其流量不均匀系数6与柱塞数及其奇偶性有关。柱塞数越多，流量不均匀系数6越小；奇数柱塞比偶数柱塞的流 量不均匀系数6要小。因此，柱塞泵中的柱塞多采用Z=7或9。从上式中可以看出，改变斜盘倾角Y的大小和方向就可以改变其输出流量 的大小和方向，但我们公司ROV液压泵配流盘均采用阀式配流方式，避免马达 反转时液压泵的流量方向相反，导致损坏设备。但为了适应作业公司ROV液压 泵的流量和压力都是可以调节的，作业中通常可以根据实际情况，通过调节压 力调节螺钉对泵的压力和流量做出适量的调整。4. 斜盘式轴向柱塞泵的摩擦在斜盘式轴向柱塞泵中，柱塞与柱塞孔、缸体与配
19、流盘、滑靴与斜盘构成 三对运动摩擦副，这三对运动摩擦副的工作状态直接影响泵的密封性能、效率 和使用寿命等。 .滑靴与斜盘之间的摩擦兀一F = d 2 p如图所示，作用在柱塞底部的液压力F1为:盘F1在柱塞头部分解的法向力为Fn,油膜在滑靴底部产生的反推力为Ff。 当FN=Ff，即柱塞头部作用在滑靴上的法向力Fn和油膜作用在滑靴上的反力Ff 完全相等，称为全平衡状态。此时滑靴与斜盘脱离接触，不存在金属摩擦，只 有油液的粘性摩擦。这种状态机械效率较高，但泄漏较大，容积效率较低。当 FNFf，称为部分平衡状态。即滑靴始终压在斜盘上，两者的剩余压紧力 F=Fn不大，通常取压紧系数，这样，既可以保证泄漏
20、小，又不至于滑靴与 斜盘之间压得太紧而加速磨损。 缸体与配流盘如图所示，缸体1内有七个均布的柱塞孔，柱塞孔底部开有腰圆形的进出 油口，腰形孔的通流面积比柱塞孔小，因此当柱塞排油时，油液压力对缸体产 生一个轴向推力，加上弹簧的预压紧力，构成了缸体对配流盘2的总压紧力。 为了减少缸体与配流盘之间的摩擦、磨损，在它们之间也采用了剩余压紧力的 方法。如图（a）、（b）所示。(a)创幻闾如图（c）所示，为了防止吸油腔与排油腔相通，在配流盘上封油区的周向长度 L要大于缸体上腰形孔的周向长度L。由于缸体柱塞孔底部的腰形孔道在配流盘 上、下死点前后一小段行程（L-Lo）内，既不与排油腔相通，也不与吸油腔相 通
21、，而此时柱塞仍有微小行程，使柱塞底部出现变大或变小的闭死容积，由此 产生困油现象。解决办法是在配流盘吸油窗口与排油窗口的两端各开小三角油槽，使两尖 端之间的距离等于或略小于柱塞底部腰形孔的长度L0，如图（d）所示。这种办 法既使吸、排油窗口之间有足够的密封长度而不致泄漏过多，又可以在闭死容 积变化时能通过小三角油槽吸、排油，以消除困油现象。 柱塞与缸体内柱塞孔这一对摩擦副为圆柱面，工艺性能较好，易保证密封性。但由于斜盘倾角 Y的影响，柱塞上作用有侧向力Ft，如下图所示。侧向力Ft通过柱塞作用于 缸体上，它可以使缸体倾斜，造成缸体和配流盘之间出现楔形间隙，使泄漏增 大，并且使密封表面产生局部接触
22、，柱塞与缸体之间的磨损加剧。为了减小侧 向力，斜盘的倾角Y通常YW20；增加柱塞在缸体内柱塞孔中的接触长度，在柱塞上开均压槽，选择柱塞和缸体的材料及热处理工艺，提高耐磨性能，减 小泄漏。四.液压马达公司液压系统使用的马达都是轴向柱塞马达，轴向柱塞马达的结构特点基 本上与上面提到的轴向液压泵相似。这种斜盘式液压马达的工作原理是：当高压油从柱塞孔进入时，柱塞对斜 盘有个作用力，同时斜盘给柱塞一个反作用力N,这个反作用力N,可以分解成 两个力，一个是法向作用力T, 一个轴向作用力F,法向作用力T正好给传动轴 一个扭矩，推动传动轴旋转，由于多个柱塞形成一个圆环形扣压在斜盘上，并 且法向力方向相同，这样
23、形成多个扭矩推动柱塞传动轴旋转，高压油不断的供 给，旋转持续不断，改变液压油的方向同时改变旋转轴转动的方向。改变液压 的压力可以提高推进器的动力。改变其流量可以提高推进器转速。现有的seal, sealion系统都采用这种方式的斜盘式液压马达，配油盘（后 盖）做成斜盘，柱塞腔体做成直的，这样整个马达就是直的（见上图）。2. Besrimgs. 5. Timing gar a. CyfintJer barrel4. ShAft 写叫恒 A Rrirrl iiiipprl Q. End ripp下图是公司要购买的FCV2000D的推进器马达图，其原来和现在公司seal， sealion系统一样，唯
24、一不同的就是这种马达把柱塞腔体做成倾斜了。两种液压马达都是斜盘式液压马达，和前面提到的液压泵一样均存在上面 提到的摩擦。而其危害是一样的。总结：从液压泵和液压马达的工作原理可以看出这种斜盘式轴向液压泵和 马达的设计很复杂，制作工艺很高。在工作中由于存在机械摩擦，尽管采用高 质量的液压油防止磨损，但是这种磨损是不可避免的，而且这种机械磨损是有 个缓慢磨损阶段，正常磨损阶段，快速磨损阶段。一旦到了快速磨损阶段，泵 的压力和排量都和出现异常现象。主要表现在，液压的温度升高，压力变小， 带动推进器的能力降低，操作时ROV没有力。还有更重要的是，快速磨损阶段 三项电马达的负荷很重，长时间运行三项电马达的
25、温度会很高。特别是启动三相电的时候需要的瞬间电流很大。如果这种泵仍能继续工作的话，由于快速磨 损产生大量的铁屑，容易堵塞高压过滤器，铁屑进入液压系统对伺服阀，推进 器马达等液压部件带来严重的损害，严重影响其寿命。如果等到这种泵坏死的 话，就会出现液压泵卡死现象，使三项电马达停止运转最终烧坏！液压马达一 旦到了快速磨损阶段主要变现在：马达转速变很慢，声音异常，斜面配油盘磨 损加剧，以致磨平，液压系统会出现大量的铁屑！还有一点注意的是液压泵和液压马达的磨损是机械磨损，直接影响其机械 精度，是无法修复的，并且这种磨损无法通过肉眼观察其好坏，如果强行任意 组装的话，也很难保证其好坏，工作中容易出现很多不稳定因素，严重影响ROV 安全！以上是我这次ROV技术交流想要提到的。有不足和错误之处请批评 指正！
