CN103775556B - 推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统，包括：机械传动机构，容置在保持架靠近推力块一侧的端面上的沿周向布置的扩孔内，每个扩孔与一柱塞腔对应并径向布置在其外围，用于传递推力块的位移，进而间接传递所述柱塞的位移；行程开关，容置于扩孔底部并与机械传动机构连接，用于感测得到柱塞的位移信息并转换为电信号以输出；以及电气控制系统，与行程开关电连接，用于接收行程开关输出的电信号并进而获得柱塞的位移信息，实现推力轴承共振转换器的柱塞位置的实时监测。本发明的监控系统，其机械传动机构简单，行程开关拆装容易，方便检修和更换，而且可以直观目测柱塞的位置状态，提高装配调试的效率，实时控制性能好，实现柱塞位置的自动调整。

Description

推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统

技术领域

本发明属于推力轴承共振转换器技术领域，具体涉及一种用于监控推力轴承共振转换器的柱塞位置的监控系统，可有效保障共振转换器工作的可靠性。

背景技术

使用螺旋桨作推进器的船舶，在其艉部不可避免地形成非均匀伴流场，这是螺旋桨产生非定常推力的客观原因。螺旋桨非定常推力中的脉动成分除直接激励桨叶振动和辐射噪声外，还激励推进轴系纵向振动。推进轴系纵向振动又经推力轴承及其基座激励船体振动，构成船体水下辐射噪声的一个重要继发性激励源。

推力轴承共振转换器是减小推进轴系纵向振动的有效装置，其减振原理可概括为隔振、附加阻尼和动力吸振。共振转换器使用流体作为减振介质，如何解决共振转换器与推力轴承的连接问题是实现减振的第一步，本申请人已授权发明专利（CN102269218A）很好地突破解决这一关键技术。通过将推力块的传统支撑结构替换为液压柱塞，推进轴系纵向振动经柱塞的液压油垫可以顺利地传递至共振转换器中，实现共振转换器在推进轴系纵向振动传递路径中的串联接入。

但是，这种推力轴承共振转换器在结构上还存在一些不足。因为，推力块的支撑结构除需提供共振转换器的安装接口外，还要各推力块负荷的自行均衡创造条件，这种利用柱塞替代原有的支撑结构，由于其为浮动状态，还必须充分考虑共振转换器工作的可靠性。在正常情况下，要求柱塞头部在柱塞腔外支撑推力块，起到推进轴系纵向振动传递至共振转换器的通道作用。实际应用中，由于柱塞的浮动特点，其在柱塞腔内的实际位置决定于螺旋桨推力和液压油垫压力的大小关系。在液压油垫压力大于螺旋桨推力时，柱塞头部在液压油垫压力作用下可以伸出柱塞腔外以支撑推力块，但是，一旦螺旋桨推力大于液压油垫压力，柱塞将被挤压至柱塞腔内，此时推进轴系纵向振动将无法通过柱塞的液压油垫传递至共振转换器，共振转换器实质上与推力轴承处于非连接状态，无法起到减振作用。

这种柱塞位置的不确定性会导致共振转换器工作的可靠性不高，因此，必须采取措施实时监控柱塞在柱塞腔中的位置，根据柱塞位置实时调整油压，以保证柱塞头部伸出柱塞腔外支撑推力块。但是，由于柱塞在推力轴承的内部，其位置无法目测，从而无法实时确定柱塞的状态，使得目前的这种柱塞型推力轴承共振转换器的应用受到一定限制。

发明内容

本发明的目的在于提出一种推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统，其可以实现对柱塞位置的实时监测和自动调整，使得柱塞始终伸出柱塞腔外顶起推力块，保障共振转换器工作的可靠性。本发明具有拆装方便、自动化和可靠性高等优点。

为实现本发明的上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统，用于对推力轴承共振转换器中的柱塞由于推力块的挤压引起在柱塞腔中的移动位置进行实时监测和控制，其特征在于，该监控系统包括：机械传动机构，其为至少一组，容置在保持架靠近推力块一侧的端面上的沿周向布置的扩孔内，每个扩孔与一柱塞腔对应并径向布置在其外围，该机械传动机构与所述推力块抵接用于传递该推力块的位移，进而间接传递所述柱塞的位移；

行程开关，其容置于所述扩孔底部并与所述机械传动机构连接，用于感测该机械传动机构的位移信息进而得到所述柱塞的位移信息并转换为电信号以输出；

电气控制系统，其与所述行程开关电连接，用于接收行程开关输出的电信号并进而获得柱塞的位移信息，从而实现推力轴承共振转换器的柱塞位置的实时监测。

进一步地，所述机械传动机构包括带有柱塞头的细杆和套装在该细杆上的预紧弹簧，其中所述细杆一端的柱塞头与所述推力块通过所述预紧弹簧抵接压紧，所述细杆另一端穿过扩孔与所述行程开关连接，所述推力块的位移通过所述柱塞头和细杆传递至所述行程开关。

进一步地，所述保持架上在对应各扩孔上开有与其垂直贯通的径向孔，并在壳体上对应开有通孔，以用于将行程开关的信号线引出壳体外。

进一步地，所述柱塞位置监控系统中还包括液压系统，其用于根据所述电气控制系统得到的柱塞位移信息所发出的控制指令，对共振转换器内的液压油压力进行调节，推动柱塞伸出柱塞腔外以顶起推力块，实现对失位的柱塞的控制。

进一步地，所述电气控制系统接收所述行程开关的电信号并得到柱塞的位移信息后，通过与设定的阈值比较并在大于该阈值时发出控制指令给所述液压系统。

进一步地，所述电气控制系统包括电源模块、CPU模块、输入模块和输出模块，其中，所述输入模块经输入接口接受行程开关输出的电信号，将电信号变换为数字信号后传输至CPU模块，该CPU模块以阈值作为参考对检测值进行比较，若检测值小于所述阈值，CPU模块继续比较下一个检测值，一旦出现检测值大于阈值的情况，CPU模块向输出模块发送液压系统控制指令。

本发明中，机械传动机构由带有柱塞头的细杆和预紧弹簧组成，柱塞头在预紧弹簧的弹性恢复力作用下抵接推力块，细杆底端面与所述行程开关的驱动杆接触，推力块的位移信号经机械传动机构传递至行程开关，行程开关将推力块的位移信号转换为电信号输出至所述电气控制系统，电气控制系统以阈值为参考对接受的检测值进行比较，一旦检测值大于阈值，电气控制系统发送信号灯变换指令和启动所述液压系统的控制指令，液压系统对共振转换器内液压油压力进行调节，推动柱塞伸出柱塞腔外顶起推力块，共振转换器恢复至接入状态发挥减振作用。

本发明中，所述柱塞头直径大于细杆直径，所述预紧弹簧是圆柱螺旋弹簧，所述行程开关是微动快速型行程开关，所述机械传动机构和行程开关都放置在推力轴承内部结构的外围，所述电气控制系统优选是模块式PLC。

本发明中，共振转换器的工作状态直接决定于柱塞在柱塞腔内的位置。当推力块被液压柱塞所支撑时，共振转换器处于接入状态，发挥减振作用，此时称柱塞处于“浮动”状态；反之，当柱塞被挤压至柱塞腔内，液压油垫不起支撑作用，共振转换器处于断开状态，无法起到减振作用，此时称柱塞处于“沉底”状态。但无论柱塞处于哪种位置，柱塞始终与推力块是相接触的。换句话说，柱塞和推力块的运动是同步的。当柱塞由“浮动”位置变化为“沉底”位置时，推力块和柱塞一起都发生相同的位移。这样，通过监测推力块的位移就可以起到间接监测柱塞位置的效果。

行程开关可以实现位置状态的监测，但推力轴承内部结构的装配很紧凑，并没有足够的空间供行程开关安装用，必须寻求其他空间。由于在推力块的保持架中布置柱塞，导致保持架的轴向尺寸被加长，这部分增加的尺寸为行程开关的安装创造空间条件。本发明对保持架和推力轴承壳体沿径向开孔，提供行程开关的放置通道，将行程开关安装在内部结构的外围，再在推力块和行程开关之间增加一机械传动机构，实现对推力块位移的监测。这一机械传动结构由简单的细杆和预紧弹簧组成，容置在保持架内部靠近柱塞腔的扩孔中。

推力块的位移信号被行程开关接受后，以电信号形式输出至电气控制系统，电气控制系统将检测值与预先设置的阈值进行比较，根据两者的大小关系发送相应的控制指令，驱动液压系统动作和信号灯变化。信号灯的设置提供一种判断柱塞状态的直观目测方法。液压系统的作用是对共振转换器内液压油压力进行调节，以推动柱塞伸出柱塞腔外顶起推力块，处于“浮动”状态。

本发明具有以下几方面的显著优点：

（1）机械传动机构简单，行程开关拆装容易，方便检修和更换；

（2）可以直观目测柱塞的位置状态，提高推力轴承共振转换器装配调试的效率；

（3）实时控制性能好，实现柱塞位置的自动调整，共振转换器工作的可靠性得到有效保障。

附图说明

图1是本发明实施例的柱塞位置监控系统的机械传动机构的结构示意图。

图2是本发明实施例的柱塞位置监控系统的显示柱塞位置状态的原理图。

图3是本发明实施例的柱塞位置监控系统的原理图。

图4是本发明实施例的柱塞位置监控系统的应用方案图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示是本发明实施例的机械传动机构的结构示意图。

推力块1固定于保持架2中，各推力块1（或推力瓦）之间用阻旋钮3隔离，阻止推力块1的周向转动，保持架2是上、下剖分式结构，在其内部沿周向均匀开有与推力块1数量相等的柱塞腔4，各柱塞腔4内容纳有柱塞5，各柱塞5的末端面与所在柱塞腔4的底部形成间隙，各间隙相互贯通并充满液压油，形成平衡油缸6。各柱塞5在液压油压力作用下支撑推力块1，处于“浮动”状态，推力块1在推力环7纵向振动激励下推动柱塞5振动，引起平衡油缸6内产生压力脉动，进而将振动传递至共振转换器（图中未画出）中，实现减振。当平衡油缸6因发生漏油或者压力不足时，各柱塞5被螺旋桨推力挤压入所在柱塞腔4中，处于“沉底”状态，共振转换器无法发挥减振作用。

在保持架2内部靠近柱塞腔4位置开有扩孔8，扩孔8中安装一带有柱塞头9的细杆10，柱塞头9的直径大于细杆10，细杆10底端面与行程开关11接触，保持架2的径向孔12和壳体13的径向孔14构成行程开关11的放置通道，柱塞头9通过预紧弹簧15与扩孔8的台面16连接，在预紧弹簧15的弹性恢复力作用下，柱塞头9顶住推力块1，将推力块1的位移信号经细杆10传递至行程开关13，行程开关13将推力块1的位移信号转换为电信号通过导线17输出。为避免异物进入径向孔12、14，径向孔14用套筒18盖住，通过六角螺钉19锁紧，导线17从套筒18的通孔中引出。这种结构设计可以在不拆开壳体13的情况下对行程开关11进行检修和更换。

图2是本发明实施例的显示柱塞位置状态的原理图。当柱塞处于“浮动”状态时，行程开关11的驱动杆20接通上线路，此时绿色信号灯亮；当螺旋桨推力大于平衡油缸6内液压油压力时，推力环7挤压推力块1向前移动，推力块1再推动柱塞头9、细杆10和驱动杆20移动，当推力块1的移动位移在行程开关11的阈值范围内，驱动杆20仍然与上线路接通，绿色信号灯亮，柱塞还是处于“浮动”状态，但一旦推力块1的移动位移超过行程开关11的阈值，驱动杆20迅速与下线路接通，绿色信号灯熄灭，红色信号灯亮，发出报警。因此，通过观察信号灯的颜色就可以判断柱塞5的位置状态，有效地解决柱塞5的位置状态无法目测的问题。此外，这种信号灯的设计方案有助于提高推力轴承共振转换器装配调试的效率。在向平衡油缸6内注油之前以及注油过程中，红色信号灯亮，当平衡油缸6内液压油已注满并且压力达到一定值后，柱塞5顶起推力块1，驱动杆20接通上线路，红色信号灯熄灭，绿色信号灯亮。

图3是本发明实施例的柱塞位置监控系统的原理图。监控系统由机械传动机构、行程开关、PLC（包括电源模块、CPU模块、存储模块、输入模块和输出模块）和液压系统组成。机械传动机构将推力块的位移信号传递至行程开关，行程开关将推力块的位移信号转换为电信号输出，输入模块经输入接口接受行程开关电信号，将电信号变换为数字信号传输至CPU模块，CPU模块以阈值作为参考对检测值进行比较，若检测值小于阈值，CPU模块继续比较下一个检测值，一旦出现检测值大于阈值的情况，CPU模块同时向输出模块发送信号灯变化指令和液压系统启动指令，经不同输出接口分别被信号灯控制电路和液压系统启动电路所接受，红色信号亮，绿色信号熄灭，平衡油缸内液压油升压，推动柱塞顶起推力块，推力块的位移信号再次被机械传动机构传递至行程开关，输入模块又接受行程开关的电信号，CPU模块再次将检测值与阈值进行比较，当检测值达到阈值时，又同时向输出模块发送信号灯变化指令和液压系统关闭指令，红色信号熄灭，绿色信号亮，液压系统关闭。

图4是本发明的一个应用实例的结构示意图。液压缸21和液压管22组成共振转换器，与推力轴承23连接。液压系统的泵源是一台定量柱塞泵24，由电机25驱动。在柱塞泵24出口处接一个止回阀26，避免液压油倒灌。为保证液压油的清洁度，在出油路上安装一个精过滤器27。直动式电液比例溢流阀28与先导式溢流阀29的遥控口连接，构成比例调压回路，直动式电液比例溢流阀28作比例调压用，通过改变直动式电液比例溢流阀28的输入电流，在额定值范围内任意设定液压系统压力，先导式溢流阀29作主溢流用，起到安全保护作用。作为常规配置，油箱带有放油球阀30、液位计31和空气滤清器32，平时用堵头33将油箱的放油管路堵住，防止异物进入堵塞放油管路。液压管路上预留有多个测压接头34，可以根据实际需要安装液压表。

推力块1在螺旋桨脉动推力作用下发生纵向振动，推力块1的位移信号经细杆10传递至行程开关11，行程开关11将位移信号转换为电信号输入至PLC35，一旦检测到推力块1的位移值超过阈值，绿色信号灯熄灭，红色信号灯亮，液压系统在控制指令下启动，直动式电液比例溢流阀28的输入电流变化，液压系统通过共振转换器对平衡油缸6内液压油进行升压，推动柱塞5顶起推力块1，柱塞5重新回到“浮动”状态，红色信号灯熄灭，绿色信号灯亮。

柱塞支撑推力块是共振转换器接入推力轴承发挥减振作用的充分条件之一，本发明的柱塞位置监控系统可有效保障这一充分条件的实现。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统，用于对推力轴承共振转换器中的柱塞由于推力块(1)的挤压引起在柱塞腔(4)中的移动位置进行实时监测和控制，其特征在于，该监控系统包括：

机械传动机构，其为至少一组，容置在保持架(2)靠近推力块(1)一侧的端面上的沿周向布置的扩孔(8)内，每个扩孔(8)与一柱塞腔(4)对应并径向布置在其外围，该机械传动机构与所述推力块(1)抵接用于传递该推力块(1)的位移，进而间接传递所述柱塞(5)的位移；

行程开关(11)，其容置于所述扩孔(8)底部并与所述机械传动机构连接，用于感测该机械传动机构的位移信息进而得到所述柱塞(5)的位移信息并转换为电信号以输出；以及

电气控制系统，其与所述行程开关(11)电连接，用于接收行程开关(11)输出的电信号并进而获得柱塞(5)的位移信息，从而实现推力轴承共振转换器的柱塞(5)位置的实时监测；

其中，所述机械传动机构包括带有柱塞头(9)的细杆(10)和套装在该细杆(10)上的预紧弹簧(15)，其中所述细杆(10)一端的柱塞头(9)与所述推力块(1)通过所述预紧弹簧(15)抵接，所述细杆(10)另一端穿过扩孔(8)与所述行程开关(11)接触，所述推力块(1)的位移通过所述柱塞头(9)和细杆(10)传递至所述行程开关(11)。

2.根据权利要求1所述的一种推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统，其中，所述保持架(2)上在对应各扩孔(8)上开有与其垂直贯通的径向孔(12)，并在壳体(13)上对应开有通孔(14)，以用于将行程开关(11)的信号线引出壳体(13)外。

3.根据权利要求1或2所述的一种推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统，其中，所述柱塞位置监控系统中还包括液压系统，其用于根据所述电气控制系统得到的柱塞位移信息所发出的控制指令，对共振转换器内的液压油压力进行调节，推动柱塞(5)伸出柱塞腔外顶起推力块(1)，实现对失位的柱塞(5)的控制。

4.根据权利要求3所述的一种推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统，其中，所述电气控制系统接收所述行程开关(11)的电信号得到柱塞(5)的位移信息后，通过与设定的阈值比较并在大于该阈值时发出控制指令给所述液压系统。

5.根据权利要求1或2或4所述的一种推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统，其中，所述电气控制系统包括电源模块、CPU模块、输入模块和输出模块，其中，所述输入模块经输入接口接受行程开关输出的电信号，将电信号变换为数字信号后传输至CPU模块，该CPU模块以阈值作为参考对检测值进行比较，若检测值小于所述阈值，CPU模块继续比较下一个检测值，一旦出现检测值大于阈值的情况，CPU模块向输出模块发送液压系统控制指令。

6.根据权利要求3所述的一种推力轴承共振转换器的柱塞位置监控系统，其中，所述电气控制系统包括电源模块、CPU模块、输入模块和输出模块，其中，所述输入模块经输入接口接受行程开关输出的电信号，将电信号变换为数字信号后传输至CPU模块，该CPU模块以阈值作为参考对检测值进行比较，若检测值小于所述阈值，CPU模块继续比较下一个检测值，一旦出现检测值大于阈值的情况，CPU模块向输出模块发送液压系统控制指令。