CN100383430C - 补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于补偿由惯性力，特别是第二阶惯性力引起的振动的装置，该装置配属于一种往复活塞式发动机(1)，特别是一种用作船用推进装置的二冲程大型柴油机并且具有一转子装置(4)，该转子装置(4)可以以按预定的比例取决于往复活塞式发动机(1)的转速和相位的转速和相位进行驱动，转子装置(4)可借助一自身的驱动马达(5)进行驱动，通过这种方式，可以实现在结构上与往复活塞式发动机(1)无关，驱动马达(5)配有一用于按预定的比例使转子装置(4)与往复活塞式发动机(1)同步的控制装置(6)。

Description

补偿装置

技术领域

本发明涉及一种用于补偿由惯性力，特别第二阶惯性力引起的振动的装置，该装置配属于一种往复活塞式发动机，特别是一种用作船用推进装置的二冲程大型柴油机并且具有一转子装置，该转子装置可以以按预定的比例取决于往复活塞式发动机的转速和相位的转速和相位进行驱动。

背景技术

由DE 196 13 445 A1已知一种配属于二冲程大型柴油机的上述型式的补偿装置。在该已知的装置中，发动机包括一用于阀门配气的凸轮轴，其可经由在一发动机端面的区域内设置的链传动驱动。其中该链传动同时用于两个在发动机机座上可旋转支承的平衡重的驱动。在这种情况下只要在发动机端面保持设置的平衡重，就必须也保持链传动。然而其耗费是很大的。另一缺点在于。在发动机端设置的平衡重连同链传动在构造发动机时就必须已经设置。利用已知型式的平衡装置附加配备在往复活塞式发动机上是不可能的。

发明内容

因此由此出发，本发明的目的在于，避免开头所述已知装置的缺点并提供一种开头所述型式的补偿装置，该装置在结构上独立于往复活塞式发动机并且可以进行附加配备而且仍确保高的精度。

该目的按照本发明这样来达到，即转子装置可借助于一自身的驱动马达进行驱动，该驱动马达配有一用于按预定的比例使转子装置与往复活塞式发动机同步的控制装置，其中为转子装置配置的驱动马达构成为转矩可调的液压马达，该马达可以供给恒定压力的液压介质，其中配属于转子装置的驱动马达的转速可通过转矩的改变而改变并且其中配属于转子装置的驱动马达具有一影响转矩的控制环节，该控制环节可以通过控制装置的作用进行调节。

通过按照本发明的配备有自身的驱动马达的补偿装置和不需要来自往复活塞式发动机方面的驱动确保在构造往复活塞式发动机时不必考虑补偿装置。因此按照本发明的补偿装置不仅以特别的优点适用于无凸轮轴的往复活塞式发动机，而且也可以以有利的方式事后附加在任何已制成的往复活塞式发动机上。同样有可能在其不再必要时也可再次撤去按照本发明的补偿装置。按照本发明的补偿装置可以添建在被配置的往复活塞式发动机上或与其分开安装。因此其在任何个别情况下可以达到良好适应于给定的空间情况的节省空间的设置。由于本发明的补偿装置配备有自身的驱动马达，可以将其以有利的方式同样与所配置的往复活塞式发动机无关地加以操作。因此例如有可能在规定的转速下发现船的共振。只要用作为船用推进装置的发动机能够迅速通过该转速，可以重新撤去该在结构上与往复活塞式发动机无关的补偿装置并被另行应用。另一优点在于，也可以为往复活塞式发动机配置多个本发明的补偿装置，从而任何单个装置的结构尺寸可以保持特别的小。为补偿装置的驱动马达配置的控制装置以有利的方式确保补偿装置如同由往复活塞式发动机直接驱动补偿装置时同样的精度。因此不管结构上的独立性仍得到高的精度。

构成驱动马达的、转矩可调的液压马达的转速以有利的方式与转矩相关并且可以通过转矩的改变加以改变。为此压力的改变是不必要的。因此液压马达可以以有利的方式连接到往复活塞式发动机的供应恒定压力的液压系统上，从而不需要自身的泵。由于直接在液压马达上的转矩是可调的，在上述型式的转矩可调的液压马达中存在的转矩与转速的耦合确保高的转速精度，从而在压力源与液压马达之间的液压管路的弹性不可能形成误差源。

有利的实施形式和置于其上的措施的合乎目的的进一步构成说明于诸从属权利要求中。这样，为了构成配属于转子装置的驱动马达，可以有利地设置一液压的轴向柱塞马达。该轴向柱塞马达可以供给恒定压力的液压介质并且其柱塞与一倾斜的圆盘协同操作，该圆盘的斜度可根据控制装置的所配给的原始值调节。圆盘斜度的调节引起转矩和转速的改变。因此所述的措施以特别简单的方式得到一转矩可调的液压马达，其转速在恒定压力下可通过转矩的改变而改变。如上所述，该液压马达可以以有利的方式连接到往复活塞式发动机的供应恒定压力的液压系统上。

在无凸轮轴的往复活塞式发动机中通常设有一以恒定压力供给的共用轨道，在其上可以有利地连接液压马达。

另一有利的措施可以在于，配属于驱动马达的控制装置包括一调节器和一为其配置的比较器，其中比较器具有用于转子装置和往复活塞式发动机的转速和相位的各输入端以及一个用于由输入信号的偏差形成的误差信号的输出端并且调节器具有一用于该误差信号的输入端和一用于影响驱动马达的控制环节的控制信号的输出端。该措施以有利的方式得到一封闭的调节回路，其导致关于转速和相位的高的长时间的精度。

按照本发明的补偿装置合乎目的地可以具有一滚筒形的壳体，其上可以安装驱动马达并且一固定的轴穿过该壳体，在该轴上可旋转地支承一轴套，在轴套上固定至少一个偏心的平衡重并且该平衡重与一环形的驱动齿轮相连接，驱动马达经由一中间带传动装置与该环形驱动齿轮协同操作。该措施得到一紧凑的和稳定的结构型式。在发动机与转子装置之间设置的中间带传动装置使其可以实现有利的传动比。

按照所述措施的有利的进一步构成，可以在轴套上安装多个，优选两个不同的沿周圆方向可相对调节的平衡重。这使其能够以简单的方式改变不平衡度并因此能够使补偿装置的不平衡度精确地匹配于个别情况的关系。

平衡重合乎目的地可以具有由轴套穿过的轮毂，其中一个平衡重通过热压配合固定到轴套上并可与另一平衡重通过可拆式夹紧连接相连接。这得到高的工作可靠性并可具有简易的可调节性。

另一特别应该优选的措施可以在于，驱动马达可以这样换向，即转子装置可以按摇架的方式进行来回摆动。该措施确保即使在转子装置的很重的总重的情况下较小的驱动马达是足够的，这提供一紧凑而低成本的结构型式。

上述措施的其他有利的实施形式和合乎目的的进一步构成说明于其余的从属权利要求中并可由下列的借助于附图的实例描述中更详细地得知。

附图说明

在下列附图中：

图1为配属于往复活塞式发动机的本发明的补偿装置的信号流程图；

图2为本发明的补偿装置的侧视图；

图3为沿图2中线III/III截取的剖面图；以及

图4为图3中细部IV相对于图3放大的图。

具体实施方式

图1示出示意表示的往复活塞式发动机1，其可以涉及一二冲程大型柴油机，其可以作为船用推进装置应用。从图1中还可以得出，一在结构上与往复活塞式发动机1分开的补偿装置2用以平衡由于在往复活塞式发动机1的区域产生的惯性力引起的作用在安装平台3上的力矩和由此引起的振动，其中安装平台3可以涉及船体。图1中只示出一个配备给往复活塞式发动机1的补偿装置2。但也可设想为一往复活塞式发动机1配置多个补偿装置2。

补偿装置2包括一由图3可见的形成不平衡的转子装置4，其可以以按一已知的比例取决于往复活塞式发动机1的转速和相位的转速和相位驱动。在平衡第二阶惯性力的情况下该比例为1∶2并且应该预置于当前的情况中。在平衡第二阶惯性力的情况下补偿装置2设有水平的和垂直于往复活塞式发动机1的纵向轴线延伸的转子轴，以使转子装置4在一垂直的垂直于往复活塞式发动机的轴线延伸的平面内旋转。

为了补偿装置2的转子装置4的驱动，其设有自身的驱动马达5。该驱动马达5借助于一配置的控制装置6可调节成使转子装置4的转速和相位以符合要求的比例，即2∶1与往复活塞式发动机1的转速和相位相匹配。这以同步操作为特征。假如设有多个补偿装置。则控制装置6合乎目的地这样构成，即可借其调节全部的补偿装置。当然也可以设置在这里未更详细表示的手动控制装置，借其可以对自动的控制交替地使用手控。

驱动马达5构成为转矩可调的液压马达，亦即构成为液压马达，其转速在恒定的压力下可通过转矩的改变而改变，构成驱动马达5的液压马达因此设有一影响转矩的控制环节，其位置可由控制装置6的信号来影响。

对此，构成驱动马达5的液压马达可以简单地构成为液压的可供给恒定压力的轴向柱塞马达，其包括多个柱塞，各柱塞与一倾斜的圆盘协同操作，后者的斜度可根据控制装置6的配置的原始值调节。因此该圆盘设置成可绕与其平面共面的轴线摆动。柱塞可以与液压马达的轴相连接，在该情况下可倾斜的圆盘沿旋转方向是固定的。但也可以设想可倾斜的圆盘与轴相连接并且活塞沿旋转方向是固定的。

可以为液压马达配置一泵。在无凸轮轴的往复活塞式发动机中，例如在具有可操作的阀的二冲程大型柴油机中，通常设有一可供给恒定压力的共用轨道。图1中示出一个这样的共用轨道7，其借助于配置的泵8供给具有例如210巴压力的液压油。泵8可以借助于配置的电机或借助于由往复活塞式发动机1分接出的在图1中只由一点划线示意表示的传动系9来驱动。由共用轨道7分出通向各阀等的不同的未更详细说明的供给支路和一导向驱动马达5的供给支路10，为后者配置一压力补偿罐10’。

在完成工作后离开驱动马达5的液压油经由一从驱动马达5分出的回油管10a返回一为泵8配置的容器。回油管10a也可以设有一压力补偿罐10a’，其在转子装置4的制动时是有利的。在转子装置4制动时构成驱动马达5的液压马达起泵的作用。倾斜的圆盘此时可以从中性的位置偏向另一侧，借此在构成驱动马达5的液压马达的转向不变的情况下液压油流过驱动马达5的方向反向，如图1中由双箭头所示。

以上所述的控制装置6包括一调节器11，其产生为所述的驱动马达5的控制环节配置的控制信号并且经由信号线12与一为所述的控制环节配置的操纵机构相连接。在调节器11的前面设有一比较器13，其用于往复活塞式发动机1和转子装置4的各输入端具有相应的信号。为了检测往复活塞式发动机1的转速，其曲轴14设有一增量元件，即齿轮15的形式，其轮齿借助一传感器16来扫描，在比较器13上产生相应的脉冲，如由信号线17所示。为了检测曲轴14的相位，其设有一脉冲发送器18，其由一配置的传感器19扫描，在比较器13上产生相应的脉冲，如由信号线20所示。

转子装置4的转速与驱动马达5的转速相适应。因此驱动马达5为了检测转子装置4的转速设有一脉冲发生器21，其产生用22表示的方式的取决于转角的脉冲。由传感器16也发出类似的脉冲。由脉冲发生器21发出的信号通向调节器11和比较器13。因此由脉冲发生器21分出的信号线23设有分支点24，由其分出通向调节器11和通向比较器13的支路23a、23b。为了检测转子装置4的相位设有一为其配置的传感器25，其向比较器13提供相应的信号，如由信号线26所示。

来自往复活塞式发动机1、经由信号线17和20输入比较器13的信号实际上表示额定值。来自补偿装置2、经由信号线23和26输入比较器13的信号是实际值。比较器13实施额定值与实际值的比较并由可能的偏差求出一误差信号，该误差信号经由信号线27输入调节器11。调节器11由接收的误差信号和也由接收的转速的实际值信号算出一控制信号用以经由所述信号线12调节上述的驱动马达5的控制环节。

如由图2显而易见的。补偿装置2具有一滚筒形壳体28，其可以安装在往复活塞式发动机1的机座上或与其分开地安装。在当前的情况下，亦即在平衡第二阶惯性力的情况下。壳体28设置成使其中安装的转子装置4的轴水平地和垂直于往复活塞式发动机1的曲轴14的轴线延伸。驱动马达5设置在壳体28的外面，即圆周外面的区域并且经由一中间带传动装置按以下还要描述的方式与设置于壳体28内的转子装置4协同操作。

如由图3显而易见的，壳体28具有一穿过的固定轴29，其上可旋转地支承转子装置4。转子装置4具有可旋转地安装在轴29上的轴套30，其上固定一构成不平衡的、亦即不是旋转对称地而是偏心地设置的平衡重装置。后者在所示实例中包括两个并列设置平衡重31、32。转子装置4还具有一同心于轴29延伸的齿圈33，一在壳体28内设置的、从外面可驱动的齿轮34与该齿圈33相啮合。齿圈33在指向外面的侧面固定一平衡重。即平衡重32，其具有一为齿圈33和齿轮34配置的侧面的凹槽35。

齿轮34安装在轴36上，轴36支承于轴承箱37内，后者穿过壳体28的邻近齿轮34的侧壁。轴36通过轴承箱37通向外面并在其外端支承一齿形带轮38，其与一齿形带39协同操作。如由图2显而易见的，齿形带39通向驱动马达5的一个相配的从动轮40。以齿形带39和包括齿形带轮38与齿轮34的双联齿轮的形式连接从动轮40与齿圈33的传动系构成上述的中间带传动装置。其中通过直径的适当选择可以得到符合要求的传动比。

如由图2中可见的，轴承箱37可移动地设置以便张紧齿形带39。为了移动和张紧，设有一以构成调节螺钉的形式的调节装置41。合乎目的是轴承箱37可在其上移动的导轨是弧形的，其半径相当于离轴29的中心的距离，从而在调节轴承箱37的情况下不会影响齿圈33与齿轮34之间的相互啮合。

如由图3显而易见的，转子装置4的两平衡重31、32的重量是不同的，较重的平衡重31的重量为两平衡重31、32的总重的65％，因此另一平衡重32的重量为总重的35％。两平衡重31、32还可相对于轴29相对转动。借助于不同重的平衡重的相互偏转可以精确地调节要求的不平衡度。

平衡重31、32分别包括一由轴套30穿过的轮毂42、43。较重的平衡重31的轮毂42通过热压配合固定在轴套30上而可通过可拆式夹紧连接与邻接的平衡重32的轮毂43相连接。如由图3中显而易见的。为了构成可拆式夹紧连接，平衡重31、32在其相互面对的侧面的区域设有可相互嵌接的锥形元件。轮毂42设有环形的向邻接的轮毂43的方向扩张的锥形槽。轮毂43具有环形的向邻接的轮毂42的方向逐斩变细的锥形凸缘45，其嵌入锥形槽44内。为了构成力锁合连接，平衡重32以其轮毂43紧靠到邻接的平衡重31上。此时使相互的锥面相互靠紧地配合。

为此，如由图4可最清楚看出的，设有至少一个经由壳体28的邻接的侧壁的孔46从外面可操作的调节螺钉47。其一方面支承在轴套30的径向凸缘48上而另一面支承在邻接的平衡重的轮毂43上。在所示的实例中设有一插入凸缘48内，通过在内部的径向凸缘支承的螺纹套49，调节螺钉47与该螺纹套49螺纹啮合。图4中只示出一个调节螺钉47。当然可以在凸缘48的圆周上设置多个调节螺钉，以便确保在锥面配置的区域尽可能均匀的夹紧。

为了使驱动马达4的结构尺寸尽可能地小，转子装置4的起动不是沿一个方向连续地进行，而是按摇架的方式来回起动。为此控制装置6设有一图1中所示的起动程序存储器50，其以其输出端位于调节器11的一配置的输入端。在出现一起动信号时打开该输入端，从而调节器11接收存储50中存储的起动程序并按此工作。

起动程序构成为使驱动马达5首先沿正向发出满额力矩，这导致转子装置4的绕一规定的转角的摆幅。一旦转子装置4进入停止，即达到反向点，就进行马达5的换向，从而其沿反向发出满额力矩并且转子装置4沿反向驱动，其中转子装置4的该运动由重力给予支持。马达5的换向在当前的方式的转矩可调的液压马达的情况下以特别简单的方式是可能的。在上述液压的轴向柱塞马达中，其各柱塞与一倾斜的圆盘协同操作，为此简单地使圆盘由一中立位置偏向另一侧。

转子装置4的来回运动一直重复到驱动马达5使转子装置4沿正向运动到越过上死点。合乎目的地，检测转子装置4直到换向点的角度摆幅。由此可以算出，直到超过上死点需要多少次来回运动。如果根据计算说明可能存在危险，即转子装置4在反向运动时可能超过上死点，则马达5在转子装置4的反向运动时不施加转矩。在这种情况下，马达5只在正向运动时开动。

一旦转子装置4已超过上死点，则马达5就不再进行换向。此时马达5连续地沿正向驱动。此时在平衡接近往复活塞式发动机1的双倍转速的第二阶惯性力的情况下，转子装置4首先以接近要求的同步转速的转速加速。在该加速阶段中，马达5以满额转矩投入工作。紧接着实现在一接近同步相位的狭窄的角度范围内使转子装置4的转速和相位精确匹配于同步转速和同步相位。为此使马达5输出一逐渐提高的或降低的作用到转子装置上的力矩。在相位偏差大于15°时马达5以满额的最大转矩工作。随着相位角偏差的减小该转矩也减小。一旦达到转子装置4和往复活塞式发动机1的同步运转，就终止起动过程并且调节以其他的上述方式达到正常运转。

Claims (16)

1.一种用于补偿由惯性力引起的振动的装置，该装置配属于一种往复活塞式发动机(1)并且具有一包含至少一个偏心的平衡重(31、32)的转子装置(4)，该转子装置(4)可以以这样的转速和相位进行驱动，所述转速和相位按预定的比例取决于往复式发动机(1)的转速和相位，其中，转子装置(4)可借助于一自身的驱动马达(5)进行驱动，该驱动马达(5)配有一用于按预定的比例使转子装置(4)与往复活塞式发动机(1)同步的控制装置(6)，其特征在于，为转子装置(4)配置的驱动马达(5)构成为转矩可调的液压马达，该液压马达借助于一包含恒定压力的液压介质的共用轨道(7)可供以一种恒定压力的液压介质，从该共用轨道分出一配备给驱动马达(5)的供给线(10)，其中驱动马达(5)的转速可通过转矩的改变而改变并且驱动马达(5)具有一影响转矩的控制环节，该控制环节可以通过控制装置(6)的作用进行调节。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，转子装置(4)设有垂直于往复活塞式发动机(1)的纵向轴线的水平轴。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，构成配属于转子装置(4)的驱动马达(5)的液压马达为液压的轴向柱塞马达，该轴向柱塞马达可以供以一种恒定压力的液压介质并且其各柱塞与一倾斜的圆盘协同操作，该圆盘的斜度可根据控制装置(6)的一个所配给的原始值进行调节。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，配属于驱动马达(5)的控制装置(6)包括一调节器(11)和一为其配置的比较器(13)，其中比较器(13)具有用于转子装置(4)和往复活塞式发动机(1)的转速和相位的各输入端以及一个用于由输入信号的偏差形成的误差信号的输出端并且调节器(11)具有一用于该误差信号的输入端和一用于影响驱动马达(5)的控制环节的控制信号的输出端。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，设有一滚筒形壳体(28)，其上安装驱动马达(5)并且一固定的轴(29)穿过该壳体(28)，在该轴(29)上可旋转地支承一轴套(30)，在轴套(30)上固定至少一个偏心的平衡重(31、32)。

6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，轴套(30)上安装多个沿圆周方向可相对调节的平衡重(31、32)。

7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，设有两个平衡重，两者的重量是不同的，重量比为65∶35。

8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，平衡重(31、32)具有由轴套(30)穿过的轮毂(42、43)并且较重的平衡重(31)的一轮毂(42)通过热压配合固定在轴套(30)上并且可通过可拆式夹紧连接与邻接的较轻的平衡重(32)的轮毂(43)相连接。

9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，平衡重(31、32)的各轮毂(42、43)在其相互面对的侧面的区域设有可相互嵌接的锥形元件并且通过至少一个调节装置(47)可以彼此靠紧，调节装置可支承在轴套(30)的一个凸缘(48)上。

10.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，转子装置(4)具有一个环形的驱动齿轮(33)，该环形齿轮与一在壳体(28)内设置的配对齿轮(34)相啮合，后者属于一安装在穿过壳体(28)的侧壁的轴承箱(37)上的双联齿轮装置，该双联齿轮装置的另一在壳体(28)的外面设置的齿轮(38)借助于一构成为齿形带的传动带(39)与一个驱动马达(5)的从动轮(40)相连接。

11.按照权利要求10所述的装置，其特征在于，轴承箱(39)可在一个以与其距轴(29)的中心的距离相对应的半径弯曲的导轨上进行调节。

12.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，驱动马达(5)可这样换向，即使转子装置(4)可按照摇架的方式来回起动。

13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，控制装置(6)设有一程序存储器(50)，该程序存储器包括一可由调节器(11)处理的起动程序，用于转子装置(4)的来回摆动的起动，并且该起动程序可借助于一起动信号启动。

14.按照权利要求13所述的装置，其特征在于，起动程序构成为随着来回摆动起动过程使转子装置(4)一直加速到往复活塞式发动机的转速范围并然后使转子装置的转速和相位精确趋近于往复活塞式发动机(1)的转速和相位。

15.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置用于补偿由第二阶惯性力引起的振动。

16.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置配属于一种用作船用推进装置的二冲程大型柴油机。

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