CN102390514A - 船用全回转控制手柄 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集船舶推进与方位角操纵为一体、可沿圆周方向360°连续旋转操作的船用全回转控制手柄。它由自上而下间隔布置的面板、档位装置安装板、数字编码器安装板和底板构成框架，门字形把手、速度控制主齿轮、速度控制从齿轮、零位装置、电位器、档位装置、数字编码器、导电滑环等部件均安装在此框架中。前后推拉手柄可实现船舶推进速度以及前进或后退方向的改变，即船舶纵向运动状态的改变；周向旋转手柄可实现吊舱方位角的改变，即船舶转向运动状态的改变。可在驾驶室同时遥控船舶推进装置的转速与方向、以及方位角的位置，特别适合于吊舱式电力推进船舶，也可用于常规柴油机推进船舶，实现转向舵与推进装置的一体化集成操纵。

Description

船用全回转控制手柄

技术领域

本发明涉及船舶操纵系统中的控制手柄，具体地指一种可360°连续旋转的船用全回转控制手柄。

背景技术

船用控制手柄作为船舶操纵系统的关键机构，广泛应用于控制台、驾驶室以及其它操纵设备。随着船舶操纵自动化技术的飞速发展，对船用控制手柄在船舶推进和吊舱方位角操纵上的要求也越来越高。

早期的船用控制手柄仅能单独用于船舶推进或方位角操纵，例如采用船用车钟和操舵装置分别实现驾驶室对船舶前进倒退的控制和转向控制。随着主机遥控系统的出现，需要把驾驶室对主机的推进控制和方向控制集成为一体。随着近期电力推进船舶在我国造船业的出现，原有的船用车钟与控制船舶行驶方位角的操舵装置分离的结构模式已不能适应其行驶要求。为了充分发挥吊舱式电力推进船舶的机动灵活性能，目前国外一些造船企业专门为其设计了一种旋回式的操纵器，这种操纵器能实现吊舱式电力推进船舶在前进、倒退和转向方面的驾驶室遥控操作，但是这种操纵器不能进行360°连续旋转的，而且价格十分昂贵。

发明内容

本发明的目的就是要解决电力推进船舶在推进转速与方位控制方面不协调的问题，提供一种集船舶推进与方位角操纵为一体的船用全回转控制手柄。

为实现上述目的，本发明所设计的船用全回转控制手柄，包括自上而下依靠支撑部件间隔布置的面板、档位装置安装板、数字编码器安装板和底板，以及门字形把手、零位装置、电位器、档位装置和数字编码器，其特殊之处在于：

所述门字形把手的两侧下端与速度控制轴固定相连，所述速度控制轴通过轴套安装在支承座上部，所述支承座下部通过轴承安装在面板的内腔中，所述面板的表面环槽中嵌置有转向角度标牌。

所述速度控制轴上设置有速度控制主齿轮，所述速度控制主齿轮的上边缘设置有推进速度标牌，所述速度控制主齿轮的下边缘与速度控制从齿轮啮合配合，所述速度控制从齿轮与电位器的转动轴相连，所述电位器固定在电位器安装板上，所述电位器安装板固定在支承座的底面上，所述零位装置也固定在电位器安装板上，所述速度控制主齿轮上设置有与零位装置相配合的零位沟槽。

所述档位装置固定在档位装置安装板上，所述电位器安装板的下端还固定有穿过档位装置安装板和数字编码器安装板的中空方位控制轴，所述中空方位控制轴上设置有档位控制圆盘，所述档位控制圆盘上设置有与档位装置的下端滚轴相配合的档位沟槽。

所述中空方位控制轴上还设置有第一方位控制齿轮，所述第一方位控制齿轮与第二方位控制齿轮啮合配合，所述第二方位控制齿轮与数字编码器的输出轴相连，所述数字编码器固定在数字编码器安装板上。

所述数字编码器安装板上对应于中空方位控制轴的下端还设置有导电滑环，所述电位器的导线通过中空方位控制轴与导电滑环相连，所述导电滑环和数字编码器的引出导线穿过底板上的过线孔与接线端子相连，所述接线端子固定在底板的下面。

作为优选方案，所述档位装置安装板上固定有一对位于档位装置所在的圆周直径两端、且相对于档位装置对称布置的阻尼装置，所述阻尼装置的下端压力面与档位控制圆盘滑动摩擦配合。

作为优选方案，所述档位控制圆盘上设置有四个与档位装置的下端滚轴相配合的档位沟槽，所述四个档位沟槽均呈腰圆形结构，且沿圆周方向均匀布置。

作为优选方案，所述速度控制轴上设置有尼龙限位套，所述尼龙限位套的两端分别与速度控制主齿轮和支承座相抵接。

进一步地，所述速度控制轴两侧的支承座上设置有一对偏心轮，所述门字形把手绕速度控制轴转动的角度限制在一对偏心轮之间。

进一步地，所述支承座上端设置有顶盖，所述顶盖上嵌置有用于观察推进速度标牌上数值的透视板。

再进一步地，所述面板的下方设置有环形发光电路板，所述环形发光电路板上均布的LED背景灯一一对应地嵌置在面板的底面灯槽中，所述底面灯槽与嵌置有转向角度标牌的表面环槽相通。

更进一步地，所述面板的周边与底板的周边之间设置有用于封装内部结构的外罩筒。

本发明的优点在于：所设计的船用全回转控制手柄将船舶推进操纵与吊舱方位角操纵有机地融为一体，前后推拉手柄可实现船舶推进速度以及前进或后退方向的改变，即船舶纵向运动状态的改变；周向旋转手柄可实现吊舱方位角的改变，即船舶转向运动状态的改变。这样，通过手柄的前后移动操作和沿圆周方向360°的连续旋转操作，可在驾驶室同时遥控船舶推进装置的转速与方向、以及吊舱方位角的位置，特别适合于吊舱式电力推进船舶，也可推广到常规柴油机推进船舶上，实现转向舵与推进装置的一体化集成布置和操纵。

附图说明

图1为本发明的船用全回转控制手柄的主剖视结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图；

图3为图1的俯视结构示意图；

图4为图1中A-A剖面结构示意图；

图5为图1中速度控制主齿轮的右视结构示意图；

图6为图1中面板的主剖视结构示意图；

图7为图6的俯视结构示意图；

图8为图6的仰视结构示意图；

图9为图1中支承座、电位器安装板和中空方位控制轴的连接结构示意图；

图10为图9的右视结构示意图；

图11为图1中档位装置与档位控制圆盘的配合结构示意图；

图12为图1中阻尼装置与档位控制圆盘的配合结构示意图；

图13为图1中档位控制圆盘的俯视结构示意图；

图14为图1中档位装置安装板的俯视结构示意图。

图中：门字形把手1、转向角度标牌2、推进速度标牌3、轴套4、尼龙限位套5、速度控制主齿轮6(其中，零位沟槽6.1)、速度控制轴7、零位装置8、支承座9、面板10(其中，表面环槽10.1，底面灯槽10.2)、轴承11、钢丝卡箍12、挡圈13、速度控制从齿轮14、电位器15、电位器安装板16、中空方位控制轴17、第一连接柱18、档位装置19、阻尼装置20、档位装置安装板21、档位控制圆盘22(其中，档位沟槽22.1)、第一方位控制齿轮24、第二方位控制齿轮23、第二连接柱25、数字编码器安装板26、导电滑环固定座27、导电滑环28、数字编码器29、外罩筒30、底板31(其中，过线孔31.1)、防护板32、接线端子33、螺母34、长螺柱35、顶盖36(其中，透视板36.1)、偏心轮37、LED背景灯38、环形发光电路板39、导线40。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的船用全回转控制手柄作进一步的详细描述：

图中所示的船用全回转控制手柄，由自上而下依靠支撑部件间隔布置的面板10、档位装置安装板21、数字编码器安装板26和底板31构成框架，该框架中安装门字形把手1、零位装置8、电位器15、档位装置19、阻尼装置20和数字编码器29等所有部件。其具体结构如下：

门字形把手1由水平手柄和其两侧的连接支撑板通过螺钉固定而形成一个门字形结构。门字形把手1的两侧下端轴孔与速度控制轴7的两端通过销轴固定相连，可以保证速度控制轴7不能横向移动。速度控制轴7通过设置在其两侧铜质材料的轴套4安装在支承座9上部，支承座9下部通过滚动式轴承11安装在面板10的内腔中，并通过钢丝卡箍12和挡圈13相互限位，以保证支承座9可相对于面板10在水平方向作360°连续旋转，而在垂直方向不能移动。

面板10的上面开设有表面环槽10.1，表面环槽10.1中嵌置有转向角度标牌2，用于操纵者观察支承座9相对于面板10的旋转角度，从而确定船舶吊舱方位角的位置。面板10的下方安装有环形发光电路板39，环形发光电路板39上均布有可调节明暗程度的LED背景灯38。面板10的下面开设有沿周向均布的底面灯槽10.2，底面灯槽10.2与表面环槽10.1相通。LED背景灯38一一对应地嵌置在这些底面灯槽10.2中，可确保在光线暗淡或夜晚时操纵者也可清晰地读出转向角度标牌2上的数值。

速度控制轴7上同时安装有速度控制主齿轮6和尼龙限位套5。速度控制主齿轮6与速度控制轴7之间采用定位销连接，当前后推动门字形把手1时，可保证速度控制主齿轮6能同步转动。尼龙限位套5具有良好的弹性变形和附着性能，其两端分别与速度控制主齿轮6和支承座9相抵接，可限定速度控制主齿轮6的轴向漂移。

速度控制主齿轮6的上边缘粘贴有推进速度标牌3。支承座9上端通过螺钉固定安装有顶盖36，顶盖36上嵌置有透视板36.1。在速度控制主齿轮6转动过程中，推进速度标牌3上的刻度或数值可以通过透视板36.1清楚地观察到。速度控制主齿轮6的下边缘与速度控制从齿轮14啮合配合，形成一组减速机构。速度控制从齿轮14与电位器15的转动轴相连，当门字形把手1从后往前推时，速度控制从齿轮14可带动电位器15输出-5V至+5V的电压，从而控制船舶推进的速度和进退方向。电位器15固定在电位器安装板16上，电位器安装板16则通过螺钉垂直固定在支承座9的底面上。零位装置8也固定在电位器安装板16上，速度控制主齿轮6上开设有与零位装置8相配合的零位沟槽6.1，零位沟槽6.1呈腰圆形结构。当速度控制主齿轮6转动到其零位沟槽6.1与零位装置8的输出滚轴卡接时，电位器15输出的电压为0。在速度控制轴7两侧的支承座9上还安装有一对偏心轮37，偏心轮37与门字形把手1的两侧连接支撑板相抵接，可将门字形把手1绕速度控制轴7转动的角度限制在一对偏心轮37之间，从而保证电位器15的电压输出值在设计范围内。

电位器安装板16的下端通过螺钉固定有中空方位控制轴17，中空方位控制轴17依次穿过档位装置安装板21和数字编码器安装板26的中心孔，并通过轴承支撑转动。档位装置安装板21上固定安装有档位装置19和一对位于档位装置19所在的圆周直径两端、且相对于档位装置19对称布置的阻尼装置20。中空方位控制轴17上部通过销轴固定有档位控制圆盘22，档位控制圆盘22上开设有四个档位沟槽22.1，四个档位沟槽22.1均呈腰圆形结构，且沿圆周方向均匀布置。中空方位控制轴17作360°旋转时，四个档位沟槽22.1可与档位装置19的下端滚轴配合，在0°、90°、180°和270°位置实现档位功能。而一对阻尼装置20的下端压力面与档位控制圆盘22滑动摩擦配合，通过调整其中的复位弹簧，可以大幅提高操纵者的手感。零位装置8、档位装置19和阻尼装置20的结构原理类似，均为现有技术，于此不多赘述。

中空方位控制轴17下部通过销轴固定有第一方位控制齿轮24，第一方位控制齿轮24与第二方位控制齿轮23啮合配合，组成方位角控制机构。第二方位控制齿轮23与数字编码器29的输出轴相连，当门字形把手1水平旋转时，支承座9、电位器安装板16和中空方位控制轴17同步旋转，并通过第一方位控制齿轮24驱动第二方位控制齿轮23旋转，进而使数字编码器29输出4～20mA的电流值，从而控制船舶吊舱方位角的位置。数字编码器29固定安装在数字编码器安装板26上。

数字编码器安装板26上对应于中空方位控制轴17的下端设置有导电滑环固定座27，导电滑环固定座27上安装有导电滑环28。电位器15的导线40从中空方位控制轴17的内腔引出后，与导电滑环28相连。这样，在门字形把手1水平旋转的过程中，电位器15上同步旋转的导线40穿过中空方位控制轴17后，通过导电滑环28转变成了固定的电线接头。环形发光电路板39上的电线也采用同样的方式布置。导电滑环28和数字编码器29的引出导线则可以直接穿过底板31上的过线孔31.1，再与接线端子33相连，接线端子33固定在底板31的下面，从而实现船舶推进与吊舱方位角操纵的集成控制。

在面板10、档位装置安装板21、数字编码器安装板26和底板31之间的支撑件构成上，本实施例采用如下结构：在面板10与档位装置安装板21之间，通过布置在其四周角部的截面呈方形的第一连接柱18支撑固定。在档位装置安装板21与数字编码器安装板26之间，通过布置在其四周角部的截面呈圆形的第二连接柱25支撑固定。在面板10的周边与底板31的周边之间套装有外罩筒30，外罩筒30的上端与面板10的底面抵接，外罩筒30的下端与底板31的周边止口配合定位，用于封闭所有内部结构，提高防护等级，保护内部电气元件，延长使用寿命。在面板10底面四周角部开设有用于安装长螺柱35的螺纹沉孔，在底板31和外罩筒30的四周角部还设置有与其形状相匹配的防护板32，防护板32由角钢型材制成，长螺柱35依次穿过防护板32和底板31，旋入面板10底面的螺纹沉孔中，并由紧贴防护板32的滚花螺母34拧紧固定。

本发明的船用全回转控制手柄可作前后移动和360°水平旋转。前后移动实现船舶推进速度以及前进后退方向的操作，即船舶纵向运动状态的操纵；水平旋转实现船舶吊舱方位角操作，即船舶旋转运动状态操纵。配备遥控装置后，可在船舶驾驶室同时遥控船舶的推进速度、前进或后退方向、以及转向方位角。

Claims (10)

1.一种船用全回转控制手柄，包括自上而下依靠支撑部件间隔布置的面板(10)、档位装置安装板(21)、数字编码器安装板(26)和底板(31)，以及门字形把手(1)、零位装置(8)、电位器(15)、档位装置(19)和数字编码器(29)，其特征在于：

所述门字形把手(1)的两侧下端与速度控制轴(7)固定相连，所述速度控制轴(7)通过轴套(4)安装在支承座(9)上部，所述支承座(9)下部通过轴承(11)安装在面板(10)的内腔中，所述面板(10)的表面环槽(10.1)中嵌置有转向角度标牌(2)；

所述速度控制轴(7)上设置有速度控制主齿轮(6)，所述速度控制主齿轮(6)的上边缘设置有推进速度标牌(3)，所述速度控制主齿轮(6)的下边缘与速度控制从齿轮(14)啮合配合，所述速度控制从齿轮(14)与电位器(15)的转动轴相连，所述电位器(15)固定在电位器安装板(16)上，所述电位器安装板(16)固定在支承座(9)的底面上，所述零位装置(8)也固定在电位器安装板(16)上，所述速度控制主齿轮(6)上设置有与零位装置(8)相配合的零位沟槽(6.1)；

所述档位装置(19)固定在档位装置安装板(21)上，所述电位器安装板(16)的下端还固定有穿过档位装置安装板(21)和数字编码器安装板(26)的中空方位控制轴(17)，所述中空方位控制轴(17)上设置有档位控制圆盘(22)，所述档位控制圆盘(22)上设置有与档位装置(19)的下端滚轴相配合的档位沟槽(22.1)；

所述中空方位控制轴(17)上还设置有第一方位控制齿轮(24)，所述第一方位控制齿轮(24)与第二方位控制齿轮(23)啮合配合，所述第二方位控制齿轮(23)与数字编码器(29)的输出轴相连，所述数字编码器(29)固定在数字编码器安装板(26)上；

所述数字编码器安装板(26)上对应于中空方位控制轴(17)的下端还设置有导电滑环(28)，所述电位器(15)的导线(40)通过中空方位控制轴(17)与导电滑环(28)相连，所述导电滑环(28)和数字编码器(29)的引出导线穿过底板(31)上的过线孔(31.1)与接线端子(33)相连，所述接线端子(33)固定在底板(31)的下面。

2.根据权利要求1所述的船用全回转控制手柄，其特征在于：所述档位装置安装板(21)上固定有一对位于档位装置(19)所在的圆周直径两端、且相对于档位装置(19)对称布置的阻尼装置(20)，所述阻尼装置(20)的下端压力面与档位控制圆盘(22)滑动摩擦配合。

3.根据权利要求1所述的船用全回转控制手柄，其特征在于：所述档位控制圆盘(22)上设置有四个与档位装置(19)的下端滚轴相配合的档位沟槽(22.1)，所述四个档位沟槽(22.1)均呈腰圆形结构，且沿圆周方向均匀布置。

4.根据权利要求1所述的船用全回转控制手柄，其特征在于：所述速度控制轴(7)上设置有尼龙限位套(5)，所述尼龙限位套(5)的两端分别与速度控制主齿轮(6)和支承座(9)相抵接。

5.根据权利要求1所述的船用全回转控制手柄，其特征在于：所述速度控制轴(7)两侧的支承座(9)上设置有一对偏心轮(37)，所述门字形把手(1)绕速度控制轴(7)转动的角度限制在一对偏心轮(37)之间。

6.根据权利要求1所述的船用全回转控制手柄，其特征在于：所述支承座(9)上端设置有顶盖(36)，所述顶盖(36)上嵌置有用于观察推进速度标牌(3)上数值的透视板(36.1)。

7.根据权利要求1所述的船用全回转控制手柄，其特征在于：所述面板(10)的下方设置有环形发光电路板(39)，所述环形发光电路板(39)上均布的LED背景灯(38)一一对应地嵌置在面板(10)的底面灯槽(10.2)中，所述底面灯槽(10.2)与嵌置有转向角度标牌(2)的表面环槽(10.1)相通。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的船用全回转控制手柄，其特征在于：所述面板(10)的周边与底板(31)的周边之间设置有用于封装内部结构的外罩筒(30)。

9.根据权利要求8所述的船用全回转控制手柄，其特征在于：所述面板(10)与档位装置安装板(21)之间通过布置在其四周角部的第一连接柱(18)支撑固定，所述档位装置安装板(21)与数字编码器安装板(26)之间通过布置在其四周角部的第二连接柱(25)支撑固定，所述面板(10)与底板(31)之间通过布置在其四周角部的长螺柱(35)及螺母(34)支撑固定。

10.根据权利要求9所述的船用全回转控制手柄，其特征在于：所述底板(31)和外罩筒(30)的四周角部设置有与其形状相匹配的防护板(32)，所述长螺柱(35)穿过防护板(32)底部与螺母(34)拧紧配合。

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