CN102076557B - 操舵机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种操舵机，该操舵机防止起因于液压回路内的负压区域的主液压泵的气穴现象，防止产生伴随该气穴现象的杂音。在使可旋转地支承于航行体上的舵轴(11)和固定于舵轴(11)上并一体转动的舵板转动的操舵机(10A)中，使舵轴(11)转动的驱动机构具备与液压系统(20A)连接的液压促动器(21A，21B，21C，21D)。液压系统(20A)具备将油的吸入/排出方向及排出流量设定为可变的主液压泵(23)、将液压系统(20A)内维持在规定压力的增压泵(26)、防止伴随液压系统(20A)内的负压区域形成的、主液压泵(23)的气穴现象的液压贮存单元的储压器(30)。

Description

操舵机

技术领域

本发明涉及装备于船舶等的航行体上并进行操舵的操舵机。 

背景技术

船舶等航行体改变行进方向时，进行操作配设于船底后部等的舵板的朝向(角度)的操舵。进行这种操舵的操舵机(操舵装置)中，存在具备使用通过电动机驱动的液压泵产生液压并控制作用于液压缸的液压而使舵板动作的液压系统的电动液压方式。 

关于采用电动液压方式的操舵机，图4及图5表示现有构成例。 

例如如图4所示，操舵机10具备从成为船舶1的船尾侧的船底向下方突出并可旋转地支承于船舶1的舵轴11。在该舵轴11上，在水中位置固定有舵板12并与其一体转动。另外，图中的标号2为对船舶1施加推进力的螺旋桨。 

上述的操舵机10具备使舵轴11转动并将舵板12向所希望的方向操舵的驱动机构促动器。作为该驱动机构，已知例如图5所示的现有例那样构成的电动液压方式。 

在图示的驱动机构中，舵轴11的转动经由舵杆13进行。舵杆13构成为中心部被固定于舵轴11上，并且两端部附近与连接于闭路液压系统(液压系统)20的四个液压缸21(仅在必要的情况下，将标号区分为21A、21B、21C、21D)联动。即，舵杆13的一端部侧与利用一对液压缸21A、21B而动作的第一活塞22A连结，并且，舵杆13的另一端部侧与利用一对液压缸21C、21D而动作的第二活塞22B连结， 因此例如通过向一对液压缸21A、21D供给油，可以使舵杆13及舵轴11沿顺时针方向旋转。另外，通过向另一对液压缸21B、21C供给油，可以使舵杆13及舵轴11沿逆时针方向旋转。 

上述的液压缸21例如经由油管道24与斜板泵那样的主液压泵23连接。主液压泵23在使舵角发生变化时，通过调整斜板的角度而吸入负荷相反侧的气缸的油并加压至规定压力，进而向负荷侧的气缸供给。另外，在将舵角保持在特定角度时，通过使斜板的角度为中立位置而使通过主液压泵23的油量成为零，将在液压系统20内流动的油锁闭，能够使舵板的转动停止。因而，只要将主液压泵23设定为斜板泵并适当调整斜板的倾斜角度，就能够改变流过油管道24的油的流向及流量而进行操舵。 

另外，油管道24经由止回阀25连接有增压泵26。该增压泵26具有吸入未图示的油箱的油并以规定压力向油管道24供给的功能，按照如下方式设置：例如即使在受作用于舵板12的水流等的影响而使得操舵机10的负荷发生急剧变动的情况下，通过将液压系统20内的液压保持在规定值以上，在液压系统20内也不会产生负压。 

在现有船舶中，作为在主控制装置故障时能够进行控制的辅助控制装置的油供给源，公知的有具备储压器的操舵装置。该情况的储压器在具备定流量型液压泵的液压系统上，配设于用于切换油的流动而进行操舵的切换阀上游侧(例如参照专利文献1及2)。 

另外，在船舶中，作为临时性的急速操作中具备的油供给源，公开了具备储压器的操舵装置。该情况的储压器在具备定流量型液压泵的液压系统上，也配设于转换阀的上游侧(例如参照专利文献3)。 

专利文献1：日本特开昭54-142799号公报 

专利文献2：日本特开平1-195180号公报 

专利文献3：日本特开昭60-12395号公报 

上述的电动液压方式的操舵机采用将斜板泵等作为主液压泵的闭路液压系统，以防止在操舵时液压回路内成为负压为目的而设置有增压泵。 

但是，在近年的船舶中，有给予操舵机的液压系统的操舵力等的余裕量被抑制的倾向。因此，存在根据负荷的状沉从增压泵可供给的油的补给量变得不足，在液压回路内会产生负压区域。 

图6是表示设横轴为舵角、纵轴为舵板转矩的一个例子的图，在P/S哪一个操舵方向，如图中阴影所示，都会在舵角小的区域产生和操舵方向反向的舵板转矩。与该操舵方向反向的舵板转矩虽然通过舵板的设计，有时完全不会产生，有时在较大的舵角区域产生，但是这种与操舵方向反向的舵板转矩作用于操舵机时，本来应该以与负荷相应的液压驱动活塞的液压缸，实际上成为由舵板欲自转形成的负荷对活塞进行牵引，因此液压缸内的液压成为负压。 

作为其结果，可知如图7所示，在液压回路内有时会产生形成因液压油量的不足引起的负压区域的时间带T。其间，起因于液压降低而在主液压泵中产生气穴现象，成为噪音等不良情况的原因。在该时间带T，成为得不到朝向所期望的操舵方向的舵板转矩的状沉。 

这样的负压区域形成成为主液压泵23中的气穴现象产生的原因，由于该气穴现象从操舵机发出杂音，因此不优选。 

作为防止上述的主液压泵的气穴现象的方法，例如也可以增大增压泵26的容量来防止负压区域形成。但是，存在若增大增压泵26的容量，则伴随泵运转的消耗动力及发热量也增大的问题，因此不优选。 

从这种背景来看，希望开发防止起因于在液压回路内产生负压区域的主液压泵的气穴现象，进而能够防止伴随该气穴现象的杂音的产生的操舵机。 

发明内容

本发明是鉴于上述的情况而做出的，其目的在于提供防止起因于液压回路内的负压区域的主液压泵的气穴现象，进而防止伴随该气穴现象的杂音的产生的操舵机。 

本发明为了解决上述课题，采用以下的装置。 

设计了一种操舵机，在使可旋转地支承于航行体上的舵轴和固定于该舵轴上并一体转动的舵板转动的操舵机中，使所述舵轴转动的驱动机构具备与液压系统连接的液压促动器，所述液压系统具备：主液压泵，能够改变油的吸入/排出方向及排出流量；增压泵，将液压系统内维持在规定压力；及液压贮存单元，防止伴随液压系统内的负压区域形成的所述主液压泵的气穴现象。 

这种操舵机中，液压系统具备将油的吸入/排出方向及排出流量设定为可变的主液压泵、使液压系统内维持在规定压力的增压泵、及防止伴随液压系统内的负压区域形成的所述主液压泵的气穴现象的液压贮存单元，因此，在油系统内液压降低的情况下，从增压泵向液压系统补充油，进而在来自增压泵的油的补充变得不足的情况下，从液压贮存单元补充油，能够防止在液压系统内形成负压区域，进而能够防止伴随起因于负压区域的气穴现象的杂音的产生。 

另外，通过设计为可以从液压贮存单元补充油的构成，不需要设置防备发生频率较低的急剧的油系统内液压降低的过大的增压泵，能够将增压泵的容量抑制在最小限度内，进而能够抑制通常运转中的消耗动力及发热量的产生。 

在上述发明中，液压贮存单元优选为一台或者多台储压器。 

所述增压泵优选设定为可独立于所述主液压泵进行运转，以将所述储压器附近的液压维持在规定范围内的方式断续运转。 

由此，可以实现仅在必要时使增压泵运转这样的运用，进而可期待抑制消耗动力及发热量的产生。 

附图说明

图1是表示本发明的操舵机的一实施方式的构成图； 

图2是说明作为本发明的液压贮存装置而设置的储压器的作用的图，将横轴设为时间来表示液压变化； 

图3是表示图1所示的实施方式的变形例的构成图； 

图4是表示设置于船舶上的操舵机的概要的立体图； 

图5是表示操舵机的现有例的构成图； 

图6是对于操舵机的舵板表示舵角与舵角转矩之间的关系的一个例子的图； 

图7是对于现有例的操舵机表示将横轴设为时间表示液压变化的图。 

标号说明 

1              船舶 

10、10A        操舵机 

11             舵轴 

12             舵板 

13             舵杆 

20、20A、20B   液压系统 

21             液压缸 

22A            第一活塞 

22B       第二活塞 

23        主液压泵 

24        油管道 

24a、24a′增压油管道 

25        止回阀 

26，26A   增压泵 

30        储压器(液压贮存装置) 

40        控制部 

41        压力传感器 

具体实施方式

根据附图对本发明的操舵机的一实施方式进行说明。 

如图1所示的电动液压方式的操舵机10A是在船舶等航行体改变行进方向的情况下，驱动可旋转地支承于航行体的舵轴11和被固定于舵轴11并一体转动的舵板12(参照图4)时所使用的操舵装置。该操舵机10A具备作为使舵轴11转动的驱动机构的促动器与液压系统20A连接的四个液压缸21(在需要区别的情况下为21A、21B、21C、21D)，作为促动器不限于液压缸，也可以为旋转叶片等。 

另外，图中的标号13为与液压缸21联动而使舵轴11转动的舵杆。 

上述的液压系统20A具备：能够改变油的吸入/排出方向及排出流量的主液压泵23；将液压系统20A内维持在规定压力的增压泵26；及作为防止伴随液压系统20A内的负压区域形成的主液压泵20A的气穴现象的液压贮存单元而设置的一台或者多台储压器30。 

主液压泵23虽使用了作为可变容量型泵的一种的斜板泵，但作为具有同样的功能的泵也可以是斜轴泵。该主液压泵(斜板泵)23可以通过与主电动机28的输出轴连结并调整斜板的倾斜角度，来改变油的 排出方向及排出流量。 

图示的主液压泵23具有两个口23a、23b，这些口23a、23b，根据使斜板倾斜的角度，任意一个成为排出侧，另一个成为吸入侧。在图示的构成例中，一个口23a经由油管道24与液压缸21A、21D连接，另一个口23b经由油管道24与液压缸21B、21C连接。另外，主液压泵23为在操舵机10A有效时总是运转并供给液压的泵。 

增压泵26为将主电动机28作为驱动源与主液压泵23同轴地被驱动的液压泵。因此，增压泵26在由操舵机10A进行的操舵有效时与主液压泵23一起总是运转。 

从增压泵26排出的油经由增压油管道24a与油管道24连接。增压油管道24a的连接位置被设定为具有切换油的流向的功能的主液压泵23的下游侧，进而，分支为连接口23a和液压缸21A、21D的油管道24及连接另一个口23b和液压缸21B、21C的油管道24而连接。 

在增压油管道24a中，作为液压贮存单元例如设置有气囊式等储压器30。在成为储压器30的上游侧及下游侧的增压油管道24a中，总计设置有三个止回阀25a、25b、25c，所有止回阀都阻止从主液压泵23朝向增压泵26及储压器30的方向的流动。 

另外，储压器30通过增压泵26的运转将内部的液压维持在规定的设定压力Pa。例如图2所示，该设定压力Pa为比通过主液压泵23的运转在气缸21及油管道24等液压系统20A内获得的回路内液压Pm更低的正压(0＜Pa＜Pm)。 

另外，对于储压器30，考虑操舵机10A的各种条件而决定设定压力Pa，并且，确保能够储存充足量的油的容量即可。 

这样构成的操舵机10A在通常的船舶航行时，主液压泵23及增压泵26利用主电动机28总是运转。其结果是，由于液压系统20A内确保回路内液压Pm，并且储压器30内维持设定压力Pa，所以操舵机10A的操舵成为有效的状态。 

在这种可操舵的状态下，主液压泵23的运转从口23a侧排出油并向口23b侧吸入的情况下，向液压缸21A、21D侧供给油，并且从液压缸21B、21C回收油。其结果是，通过作用于气缸21的液压的作用，第一活塞22A向纸面左方向移动，并且第二活塞22B向纸面右方向移动，因此能够进行使舵杆13及舵轴11顺时针旋转的操舵。 

另外，调整主液压泵23的斜板角度，若使口23a、23b的排出侧及吸入侧相反地运转，通过作用于气缸21的液压的作用，第一活塞22A向纸面右方向移动，并且第二活塞22B向纸面左方向移动，因此能够进行使舵杆13及舵轴11逆时针旋转的操舵。 

在上述的可操舵状态中，由于液压系统20A内具有回路内液压Pm，所以，液压不会作用于通过止回阀25b、25c的作用而维持在设定压力Pa的储压器30侧。 

但是，像根据舵板12的舵角一舵板转矩特性而产生和操舵方向反向的舵板转矩的情况、及航行中的舵板12从海域的潮流等受到较大的外力的情况那样，在来不及对液压缸21进行油的供给及补充的状沉下，例如图2的双点划线所示，液压系统20A内的液压降低而不能维持回路内液压Pa。 

在这种情况下，当液压系统20A内的液压降低至储压器设定压力Pa并成为相同压力时，经由止回阀25b、25c从增压泵26排出油后，储存在储压器30内的油从增压油管道24a通过油管道24向气缸21供给。因此，对于主液压泵23的油供给能力，附加增压泵26及储压器 30的油供给能力，在液压系统20A内有效的油量增加。 

另外，增压油管道24a的止回阀25a防止主液压泵23侧的高压作用于增压泵26。 

即，本发明的操舵机10A中，由于液压系统20A内接受从增压泵26及储压器30的油的供给，液压系统20A内的液压不会降低至储压器设定压力Pa以下，因而能够防止油量的不充足引起的负压区域形成。换言之，在操舵机10A中，在油系统内产生液压降低的情况下，由于可从成为液压贮存单元的储压器30补充足量的油，因此不会在液压系统20A内形成负压区域。 

这样，只要从储压器30补充足量的油，防止液压系统20A内负压区域形成，就能够防止主液压泵23的气穴现象产生。因此，在操舵机10A中，能够防止产生伴随主液压泵23的气穴现象的杂音的产生。 

另外，由于能够从上述的储压器30补充足量的油，因此能够将增压泵26的容量抑制在最小限度。增压泵26的小型化能够降低主电动机28的消耗电力，进而，能够降低伴随泵运转的发热量。 

接下来，参照图3对上述的操舵机10A的变形例进行说明。另外，对和上述的实施方式相同的部分标注相同标号，省略其详细的说明。 

在该变形例中，增压泵26A设定为可独立于主液压泵23地进行运转。即，增压泵26A将专用的辅助电动机28A作为驱动源，控制部40以将储压器30及其附近的液压维持在规定范围内的方式进行断续运转。 

该情况下，维持液压的规定范围以设定压力Pa为基准进行设定。而且，通过将设置于增压油管道24a′的压力传感器41的检测值输入 到控制部40，控制部40实施如下运转控制：在规定范围的下限压力开始增压泵26A的运转，在规定范围的上限压力停止增压泵26A的运转。具体而言，例如在将液压的规定范围设为“Pa+α”的情况下，在成为规定范围的下限压力的设定压力Pa开始增压泵26A的运转，在成为规定范围的上限压力的“Pa+α”停止增压泵26A的运转。 

如果实施这样的断续运转，由于仅在必要时使增压泵26A运转并使储压器30维持在所希望的压力，因此能够抑制辅助电动机28A的消耗动力及伴随泵运转的发热量。 

另外，关于该情况的规定范围，不限于上述的“Pa+α”，例如也可以为“Pa±α”。 

根据上述的本发明，由于具备防止伴随液压系统20A、20B内的负压区域形成的主液压泵23的气穴现象的储压器30那样的液压贮存单元，因此在操舵机10A中产生油系统内液压降低的情况下，能够从液压贮存单元补充油而防止在液压系统20A、20B内形成负压区域。其结果是，能够防止由于操舵机10A的液压回路20A、20B内的负压区域形成而在主液压泵23产生气穴现象，进而，能够防止伴随该气穴现象的杂音产生。 

设置了如储压器30那样的液压贮存单元的操舵机10A，能够将增压泵26、26A的容量抑制在最小限度，其结果，可减少消耗动力及伴随运转的发热量。 

另外，将液压贮存单元设为储压器30，由于在储压器30的周边，液压被维持在规定范围内，因此只要使可独立运转的增压泵26A进行仅在必要时运转的断续运转，与连续运转的增压泵26相比能够减少消耗动力及发热量。 

另外，本发明不限定于上述的实施方式，可在不脱离其主旨的范围内进行适当变更。 

Claims (3)

1.一种操舵机，使可旋转地支承于航行体上的舵轴和固定于该舵轴上并一体转动的舵板转动，其特征在于，

使所述舵轴转动的驱动机构具备与液压系统连接的液压促动器，

所述液压系统具备：主液压泵，能够改变油的吸入/排出方向及排出流量；增压泵，将液压系统内维持在规定压力；及液压贮存单元，防止伴随液压系统内的负压区域形成的所述主液压泵的气穴现象，

所述液压贮存单元内的设定压力被维持为比通过主液压泵的运转而在液压系统内获得的回路内液压低的正压。

2.如权利要求1所述的操舵机，其中，

所述液压贮存单元为一台或者多台储压器。

3.如权利要求1或2所述的操舵机，其中，

所述增压泵可独立于所述主液压泵进行运转，并且以将所述储压器附近的液压维持在规定范围内的方式进行断续运转。

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