CN101811566B - 水下伺服推进器 - Google Patents

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Abstract

一种海洋船舶技术领域的水下伺服推进器，包括：控制器、悬吊架、液压马达、螺旋桨、磁流变液力矩耦合器和测力传感器，控制器和液压马达相连传输控制信号，液压马达固定在悬吊架的底端，螺旋桨和液压马达相连，悬吊架内设有测力传感器，测力传感器和控制器相连，液压马达的输出端设置磁流变液力矩耦合器，磁流变液力矩耦合器与螺旋桨连接。本发明采用液压马达，保持了液压系统功率大、体积小的优势，同时由于去掉了液压伺服阀，采用在液压马达输出端串联磁流变液力矩耦合器的方式实现转速控制。

Description

水下伺服推进器
技术领域
本发明涉及的是一种船舶技术领域的装置，尤其涉及的是一种水下伺服推进器。
技术背景
ROV(Remote operated underwater vehicle有缆遥控潜水器)与船舶和潜艇对推进器的要求不同：船舶和潜艇一般注重其推进器的效率和功率，对其控制性能要求不高，推进器只是一种动力型的开环执行机构，而ROV对推进器要求很高，需要很好的操纵性，这就要求推进器具有很好的伺服控制能力。
目前水下伺服推进器主要有两种：
一种用伺服电机带动螺旋桨，对螺旋桨的转速形成闭环的伺服控制。大中型的ROV推进器功率比较大，虽然大功率的伺服电机技术比较成熟了，但伺服驱动器的体积大，ROV的仪器舱空间非常宝贵，巨大的伺服驱动器限制了其应用。
另外一种就是采用液压系统，实际情况是现有的中大型作业ROV绝大多数采用液压系统的推进器。液压系统的推进器能很好的满足体积小、功率大等要求，其伺服控制技术的关键部件伺服阀也比较成熟。但伺服阀对液压油质量和温度要求非常高，但液压油作为高压的动力传输介质，温度变化大在所难免。在实际使用中液压伺服阀给调试、维护工作带来了很多麻烦，而且价格昂贵。经对现有技术的文献检索发现，中国文献：《造船技术》2005年第5期(总第267期)，徐刚等人发表了《“海龙-3500”深海潜水器的变长缆运动建模与仿真》，该技术的“海龙-3500”ROV由液压伺服阀作为关键部件的液压伺服推进器，在实际使用和调试过程中较为繁琐，而且价格昂贵。而且只是对螺旋桨的转速进行伺服控制，虽然螺旋桨的转速和推力有相应的关系，但不同情况下，螺旋桨转速和推进器推力的对应关系会因外界环境的变化而发生变化。
到目前为止，尚无对在液压马达端串联磁流变液力矩耦合器，从而实现转速控制的伺服推进器报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种水下伺服推进器，采用在液压马达输出端串联磁流变液力矩耦合器的方式实现转速控制。
本发明通过以下技术方案实现：本发明包括：控制器、测力传感器、悬吊架、液压马达、磁流变液力矩耦合器和螺旋桨，其中：控制器和液压马达相连传输控制信号，悬吊架内设有测力传感器，测力传感器和控制器相连，液压马达固定在悬吊架的底端，液压马达的输出端设置磁流变液力矩耦合器，磁流变液力矩耦合器和螺旋桨连接。
所述的磁流变液力矩耦合器包括：电滑环、磁流变液、主轴、导磁桨毂、线圈和铁芯，其中：电滑环分别与主轴和液压马达相连以传输动力和信号，导磁桨毂是螺旋桨的桨毂，主轴和液压马达的输出端相连，磁流变液和主轴相连，磁流变液内设有线圈和铁芯，线圈包覆在铁芯外。
所述的测力传感器包括：第一推力应变片、第二推力应变片、第一扭矩应变片和第二扭矩应变片，其中：第一推力应变片和第二推力应变片相互平行，第一扭矩应变片和第二扭矩应变片相互平行，推力应变片和扭矩应变片相互垂直且分别粘附于悬吊架的内壁。
本发明工作时：控制器根据ROV中央监控系统的指令，发出一个无因次矢量推力来控制本推进器工作。首先，根据推力大小和方向控制磁流变液力矩耦合器的电流大小和液压马达的正反转。悬吊架会因为推力而产生微观变形，测力传感器感应这个微观变形，以模拟电信号的形式返还控制器，控制器计算出推力大小，与中央监控系统的指令进行比较，进行计算，最后作出相应的调整，这个控制过程将在ROV工作的时候循环执行，从而实现对推力实现伺服控制。当电流为零时，磁场强度为零，此时由于磁流变液力矩耦合器阻尼很小，动力传输切断，随着电流加大，磁流变液力矩耦合器的阻尼加大，本推进器的推力就连续可调，当电流达到要求的数值，本推进器的推力达到最大值。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明不仅具有液压伺服推进器的优点，动力机仍然采用液压马达，保持了液压系统功率大、体积小的优势，同时由于去掉了液压伺服阀，采用在液压马达输出端串联磁流变液力矩耦合器的方式实现转速控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是悬吊架和测力传感器连接处的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施。给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：连接法兰1、控制器2、测力传感器3、悬吊架4、液压马达5、液压管路接口6、磁流变液力矩耦合器7、螺旋桨8和导管9，其中：连接法兰1连接悬吊架4，控制器2和液压马达5相连传输控制信号，液压马达5上设有液压管路接口6，悬吊架4内设有测力传感器3，测力传感器3和控制器2相连，液压马达5固定在悬吊架4的底端，液压马达5的输出端设置磁流变液力矩耦合器7，磁流变液力矩耦合器7与螺旋桨8连接，导管9固定在液压马达5的外壳上。
磁流变液力矩耦合器7包括电滑环10、磁流变液11、主轴12、导磁桨毂13、线圈14和铁芯15，其中：电滑环10分别连接主轴12和液压马达5以传输动力和信号，导磁桨毂13是螺旋桨8的桨毂，主轴12和液压马达5输出端相连，磁流变液11与主轴12相连，磁流变液11内设有线圈14和铁芯15，线圈14包覆在铁芯15外。
如图2所示，测力传感器3是应变片，在本实施例中应变片为第一推力应变片16、第二推力应变片17、第一扭矩应变片18和第二扭矩应变片19，其中：第一推力应变片16和第二推力应变片17相互平行，第一扭矩应变片18和第二扭矩应变片19相互平行，推力应变片和扭矩应变片相互垂直且分别粘附于悬吊架4的内壁。第一推力应变片16和第二推力应变片177负责监测推进器推力，第一扭矩应变片18和第二扭矩应变片19负责监测推进器扭矩。当推进器提供正向推力时，第一推力应变片16处于压缩状态，其阻值变小，第二推力应变片17处于拉伸状态，其阻值变大；当推进器提供反向推力的时候，推力应变片的状态恰好相反。当螺旋桨8顺时针转动的时候第一扭矩应变片18处于压缩状态，其阻值变小，第二扭矩应变片19处于拉伸状态，其阻值变大，当螺旋桨8逆时针转动的时候，扭矩应变片的状态状态恰好相反。本实施例工作原理是：启动时驱动伺服推进器液压马达5的三位四通阀处于停止位。控制器2根据ROV中央监控系统的指令，发出一个无因次矢量推力来控制该伺服推进器工作。首先，根据推力大小控制磁流变液力矩耦合器7的线圈14电流，然后根据推力方向控制三位四通阀实现液压马达5正反转。悬吊架4会因为推力而产生微观变形，粘附在悬吊架4的内壁的应变片便感应这个微观变形，以模拟电信号的形式返还控制器2，控制器计算出推力大小，与中央监控系统的指令进行比较、计算，最后作出相应的调整，这个控制过程将在ROV工作的时候循环执行，从而实现对推力实现伺服控制。磁场由通过线圈14的电流控制，当电流为零时，磁场强度为零，此时液压马达5输出轴与导磁桨毂13之间由于磁流变液力矩耦合器7阻尼很小，动力传输切断，随着电流加大，磁流变液力矩耦合器7的阻尼加大，推进器的推力就连续可调，当电流达到要求，磁流变液11固化，推进器推力达到最大值。

Claims (2)

1.一种水下伺服推进器，包括：控制器、悬吊架、液压马达和螺旋桨，其中：控制器和液压马达相连传输控制信号，液压马达固定在悬吊架的底端，螺旋桨和液压马达相连，其特征在于：还包括：磁流变液力矩耦合器和测力传感器，测力传感器设置于悬吊架的内部，测力传感器和控制器相连，磁流变液力矩耦合器设置于液压马达的输出端，磁流变液力矩耦合器和螺旋桨连接；
所述的测力传感器包括：第一推力应变片、第二推力应变片、第一扭矩应变片和第二扭矩应变片，其中：第一推力应变片和第二推力应变片相互平行，第一扭矩应变片和第二扭矩应变片相互平行，推力应变片和扭矩应变片相互垂直且分别粘附于悬吊架的内壁；当推进器提供正向推力时，第一推力应变片处于压缩状态，其阻值变小，第二推力应变片处于拉伸状态，其阻值变大；当推进器提供反向推力的时候，推力应变片的状态恰好相反；当螺旋桨顺时针转动的时候第一扭矩应变片处于压缩状态，其阻值变小，第二扭矩应变片处于拉伸状态，其阻值变大，当螺旋桨逆时针转动的时候，扭矩应变片的状态相反。
2.根据权利要求1所述的水下伺服推进器，其特征是，所述的磁流变液力矩耦合器包括：电滑环、磁流变液、主轴、导磁桨毂、线圈和铁芯，其中：电滑环分别与主轴和液压马达相连以传输动力和信号，导磁桨毂是螺旋桨的桨毂，主轴和液压马达的输出端相连，磁流变液和主轴相连，磁流变液内设有线圈和铁芯，线圈包覆在铁芯外。
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