CN101342932A - 变负载力矩船舶舵机被动加载系统 - Google Patents

Abstract

变负载力矩船舶舵机被动加载系统，它涉及一种舵机加载系统。本发明解决了现有的舵机加载系统存在无法真实模拟舵机实际受力情况、无法实时调整加载力矩、加载系统体积大的问题。充油泵电机(3)的输出轴与充油泵(2)连接，所述四个油缸出油口(22－2)分别与油箱(1)连通，所述充油泵低压溢流阀(6)的进油口与充油泵(2)连通，充油泵低压溢流阀(6)的回油口与油箱(1)连通，加载用比例溢流阀(7)的进油口与单向阀(8)连通，加载用比例溢流阀(7)的回油口与油箱(1)连通，所述四个加载油缸(22)均与舵柄(21)连接，四个加载油缸(22)安装在支撑架(25)内。本发明通过实时改变加载力矩达到模拟舵机真实受力情况。

Description

变负载力矩船舶舵机被动加载系统

技术领域

本发明涉及一种舵机加载系统，具体涉及一种变负载力矩的船舶舵机用加载系统，属于船舶仿真与测试技术领域。

背景技术

在船舶舵机的改进设计中，需要进行模拟实际工作情况的加载试验，这就提出了舵机加载系统的研制。船舶舵机加载系统要求能够模拟船在航行过程中舵面所受水压力的加载装置。其功能是在实验室条件下，复现舵面在水中所受的各种载荷，将经典的自破坏性的全实物试验变为实验室条件下的预测性研究，从而达到缩短研制周期，节约科研经费，提高舵机可靠性。中华人民共和国船舶行业标准CB/T 3130-1998《液压舵机试验方法》规定：液压舵机的加载试验方式如下：调整加载系统，使舵机按最大工作压力50％、100％的负载工作。若是型式试验，则还要加做最大工作压力25％和75％的负载试验。在上述压力工况(工作情况)下，动力机组轮流在±35°范围内各操舵15min。现有舵机加载系统原理如图5所示，整个加载系统由液压系统、机械传动系统以及一些辅助的测量元件构成。上述现有的舵机加载系统的加载力矩是加载油缸摆角的函数，不能真实模拟舵机实际受力情况，而且由于双油缸加载，在为大扭矩舵机加载时，加载系统体积会很大。

发明内容

本发明为了解决现有的舵机加载系统存在无法真实模拟舵机实际受力情况、无法实时调整加载力矩、加载力矩单一，而且在为大扭矩舵机加载时，致使加载系统体积很大的问题，进而提供了一种变负载力矩船舶舵机被动加载系统。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：本发明所述加载系统由液压系统和加载台架组成，所述液压系统包括油箱、充油泵、充油泵电机、压力传感器、充油泵低压溢流阀、加载用比例溢流阀、单向阀和截止阀；所述加载台架包括底板、支撑板、四个支柱、支撑架、舵柄、四个连接件和四个加载油缸，所述四个加载油缸的有杆腔侧壁上均设有油缸进油口，四个加载油缸的无杆腔侧壁上均设有油缸出油口；充油泵电机的输出轴与充油泵连接，油箱与充油泵连通，充油泵与单向阀连通，单向阀分别与四个油缸进油口连通，所述四个油缸出油口分别与油箱连通，所述充油泵低压溢流阀的进油口与充油泵连通，充油泵低压溢流阀的回油口与油箱连通，加载用比例溢流阀的进油口与单向阀连通，加载用比例溢流阀的回油口与油箱连通，所述压力传感器安装在加载用比例溢流阀与单向阀之间的油路上，截止阀的一端工作油口与单向阀连通，截止阀的另一端工作油口与油箱连通；所述四个加载油缸均布位于舵柄的外圆周处，四个加载油缸内的活塞连杆通过四个连接件分别与舵柄铰接，四个加载油缸的底端壁与支撑架上的端板的内壁铰接，所述四个加载油缸与舵柄水平设置在支撑架内，所述四个支柱分别垂直穿过支撑架的横撑板，所述四个支柱的下端分别与底板的上端面固接，所述四个支柱的上端分别与支撑板的下端面固接，所述支撑板上开有通孔。

本发明的有益效果是：本发明通过实时改变加载力矩达到模拟舵机真实受力情况，为研究舵机结构及其控制系统的性能提供有力保障。同时重新设计加载系统机械部分结构，通过四个加载油缸同时加载大大减小了加载系统的体积。本发明能精确的复现船舶在航行过程中舵面在水中所受的负载力矩，负载力矩随舵角而变化并精确可调，因此可以根据不同的海情设定不同的负载力矩变化曲线，实现在一个加载系统上模拟不同海情、不同工况(工作情况)下的力矩加载，在实验室条件下即可达到出海实测的相同效果，并能模拟极端海情，既能保障人员安全，又可以缩短研制周期，节约经费。本发明可以实现不同型式和规格的舵机加载测试，本发明可以实现10kNm～350kNm变负载力矩加载，比现有舵机加载系统具有更广泛的应用范围。本发明采用四油缸共同加载的方法，使得加载台架结构紧凑，占地面积小。本发明通过观测加载力矩并与所设定的指令加载力矩曲线比较，实时调整加载力矩，保证加载力矩与设定的指令信号相符合。指令信号可以是常用信号，也可以是根据特殊工况下通过给定离散点光滑过渡的任意曲线。

附图说明

图1是本发明的原理示意图，图2是本发明所述加载台架的立体图，图3是本发明所述加载台架的立体图(为便于表达，此图没画出支撑板)，图4是被动加载油缸的力矩分析图，图5是现有舵机加载系统原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1、图2和图3所示，本实施方式所述的变负载力矩船舶舵机被动加载系统由液压系统和加载台架组成，所述液压系统包括油箱1、充油泵2、充油泵电机3、压力传感器5、充油泵低压溢流阀6、加载用比例溢流阀7、单向阀8和截止阀9；所述加载台架包括底板24、支撑板28、四个支柱26、支撑架25、舵柄21、四个连接件23和四个加载油缸22，所述四个加载油缸22的有杆腔侧壁上均设有油缸进油口22-1，四个加载油缸22的无杆腔侧壁上均设有油缸出油口22-2；充油泵电机3的输出轴与充油泵2连接，油箱1与充油泵2连通，充油泵2与单向阀8连通，单向阀8分别与四个油缸进油口22-1连通，所述四个油缸出油口22-2分别与油箱1连通，所述充油泵低压溢流阀6的进油口与充油泵2连通，充油泵低压溢流阀6的回油口与油箱1连通，加载用比例溢流阀7的进油口与单向阀8连通，加载用比例溢流阀7的回油口与油箱1连通，所述压力传感器5安装在加载用比例溢流阀7与单向阀8之间的油路上，截止阀9的一端工作油口与单向阀8连通，截止阀9的另一端工作油口与油箱1连通；所述四个加载油缸22均布位于舵柄21的外圆周处，四个加载油缸22内的活塞连杆通过四个连接件23分别与舵柄21铰接，四个加载油缸22的底端壁与支撑架25上的端板25-1的内壁铰接，所述四个加载油缸22与舵柄21水平设置在支撑架25内，所述四个支柱26分别垂直穿过支撑架25的横撑板25-2，所述四个支柱26的下端分别与底板24的上端面固接，所述四个支柱26的上端分别与支撑板28的下端面固接，所述支撑板28上开有通孔28-1。

可将油箱1、加载用比例溢流阀7、压力传感器5、充油泵2、充油泵电机3、充油泵低压溢流阀6、单向阀8和截止阀9等元件集成在一起形成泵站。在工作时，舵柄21通过连轴器30与被测舵机的舵轴连接。本发明通过实时调整系统溢流压力实现变负载力矩加载，真实模拟不同海情工况下舵面所受力矩。采用加载用比例溢流阀7作为实时调整负载力矩的方法，使得负载力矩随舵角变化与给定加载信号(给定加载信号可以通过给定离散点后系统经过光滑处理的任意曲线，使得复杂给定加载信号的输入和实现成为可能)实时调整，调整方法简单、快速、准确。

具体实施方式二：如图2和图3所示，本实施方式所述支撑架25由四个端板25-1和八个横撑板25-2构成，所述四个端板25-1均垂直设置，所述每两个横撑板25-2上下正对水平设置，所述每两个横撑板25-2的两端通过对应的端板25-1固接形成四框体。该支撑架具有结构紧凑简单、占地面积小等优点。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式所述液压系统还包括压力表4，所述压力表4安装在充油泵低压溢流阀6与充油泵2之间的油路上。压力表4用来测量充油泵2的工作压力。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：如图2所示，本实施方式所述加载台架还包括环形托板27，所述环形托板27水平固接在支撑板28上，所述环形托板27上的内孔27-1与支撑板28上的通孔28-1相通。设置环形托板27便于安装被测舵机。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理：

参见图1～4，加载台架上的四个加载油缸22通过加载用比例溢流阀7进行加载。当加载油缸22向一个方向摆动时，加载油缸22中活塞把油从油缸中挤出，经过高压油管和加载用比例溢流阀7回油箱1，测试系统通过舵角指示仪12实时反馈的被测舵机的舵轴位置，依据设定的负载力矩函数调节加载用比例溢流阀7的溢流压力，就相应改变了施加在船舶舵机上的负载力矩，这种加载方式能真实地模拟实船的负载情况；加载测试后，启动充油泵电机3带动充油泵2往加载油缸22小腔充油，使油缸回复到初始位置。

被测舵机的舵轴(输出轴)与舵柄21连接并带动舵柄21转动，拉动加载油缸22内的活塞连杆，迫使加载油缸22内油液排出，通过加载用比例溢流阀7回油箱1。活塞连杆伸出的时候有一个阻力，通过铰接传递到舵柄产生一个阻力矩，这样就实现了加载。加载系统通过观测加载力矩并与所设定的指令加载力矩曲线比较，实时调整加载力矩，保证加载力矩与设定的指令信号相符合。指令信号可以是常用信号，也可以是根据特殊工况下通过给定离散点拟合的任意曲线。充油泵电机3和充油泵2的作用是当被测舵机完成一次加载试验后返回初始位置时，向加载油缸22小腔里充油，推动加载油缸回复到初始位置。现以一个加载油缸为例，说明其工作原理，如图1～4所示，A点为舵柄中心，C点为活塞连杆与连接件23的连接处，AC为力臂(相当于舵柄21的半径)，B点为加载油缸回转中心，当舵机马达从零位顺时针回转时，舵角α逐渐增大，这时舵柄21带动加载油缸22转动，同时拉动活塞连杆，使活塞连杆伸出。通过设定加载用比例溢流阀7的溢流压力，活塞连杆就会对舵柄21产生阻力F，阻力F对舵柄AC的切向分力T(T＝F×cosγ)乘舵柄半径R就是舵杆下面的负载力矩(M＝T×R)，切向分力T是随舵角变化而变化的，因而也就是M随α增大而增大，通过检测舵角α并调整比例溢流阀的设定值，就可以得到真实模拟在水中航行时舵机所受的力矩情况。被测舵机为转叶舵机时，可以直接安装在托板27上。通过更换托板27，可以实现对不同型式和规格舵机的加载测试。

Claims (4)

1、一种变负载力矩船舶舵机被动加载系统，所述加载系统由液压系统和加载台架组成，其特征在于所述液压系统包括油箱(1)、充油泵(2)、充油泵电机(3)、压力传感器(5)、充油泵低压溢流阀(6)、加载用比例溢流阀(7)、单向阀(8)和截止阀(9)；所述加载台架包括底板(24)、支撑板(28)、四个支柱(26)、支撑架(25)、舵柄(21)、四个连接件(23)和四个加载油缸(22)，所述四个加载油缸(22)的有杆腔侧壁上均设有油缸进油口(22-1)，四个加载油缸(22)的无杆腔侧壁上均设有油缸出油口(22-2)；充油泵电机(3)的输出轴与充油泵(2)连接，油箱(1)与充油泵(2)连通，充油泵(2)与单向阀(8)连通，单向阀(8)分别与四个油缸进油口(22-1)连通，所述四个油缸出油口(22-2)分别与油箱(1)连通，所述充油泵低压溢流阀(6)的进油口与充油泵(2)连通，充油泵低压溢流阀(6)的回油口与油箱(1)连通，加载用比例溢流阀(7)的进油口与单向阀(8)连通，加载用比例溢流阀(7)的回油口与油箱(1)连通，所述压力传感器(5)安装在加载用比例溢流阀(7)与单向阀(8)之间的油路上，截止阀(9)的一端工作油口与单向阀(8)连通，截止阀(9)的另一端工作油口与油箱(1)连通；所述四个加载油缸(22)均布位于舵柄(21)的外圆周处，四个加载油缸(22)内的活塞连杆通过四个连接件(23)分别与舵柄(21)铰接，四个加载油缸(22)的底端壁与支撑架(25)上的端板(25-1)的内壁铰接，所述四个加载油缸(22)与舵柄(21)水平设置在支撑架(25)内，所述四个支柱(26)分别垂直穿过支撑架(25)的横撑板(25-2)，所述四个支柱(26)的下端分别与底板(24)的上端面固接，所述四个支柱(26)的上端分别与支撑板(28)的下端面固接，所述支撑板(28)上开有通孔(28-1)。

2、根据权利要求1所述的变负载力矩船舶舵机被动加载系统，其特征在于所述支撑架(25)由四个端板(25-1)和八个横撑板(25-2)构成，所述四个端板(25-1)均垂直设置，所述每两个横撑板(25-2)上下正对水平设置，所述每两个横撑板(25-2)的两端通过对应的端板(25-1)固接形成四框体。

3、根据权利要求1所述的变负载力矩船舶舵机被动加载系统，其特征在于所述液压系统还包括压力表(4)，压力表(4)安装在充油泵低压溢流阀(6)与充油泵(2)之间的油路上。

4、根据权利要求1所述的变负载力矩船舶舵机被动加载系统，其特征在于所述加载台架还包括环形托板(27)，所述环形托板(27)水平固接在支撑板(28)上，所述环形托板(27)上的内孔(27-1)与支撑板(28)上的通孔(28-1)相通。

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