CN104085512A - 一种直接阀闭环减摇鳍装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直接阀闭环减摇鳍装置，该装置的陀螺仪测得船舶摇摆角速度信号，该信号控制数字液压阀的指令电机使其根据脉冲数转过一定的角度，使数字液压阀阀口打开从而向驱动鳍叶的两个液压缸差动供油带动鳍叶片转动，鳍轴上的旋转编码器直接反馈到数字液压阀的反馈电机，带动阀芯向关闭的方向运动直到传感器反馈的脉冲数与控制器控制脉冲数量相同，液压阀阀口关闭，液压缸停止运动，鳍叶片停止转动，实现了陀螺仪信号直接对减摇鳍叶片的控制，即减摇鳍转角直接由风浪信号控制。其突出特点为减摇鳍的鳍角反馈信号直接作用在数字液压阀上而不需要经过控制器运算，减少了环节增加了系统的可靠性和稳定性，是对减摇鳍控制方法的一次重大改进。

Description

一种直接阀闭环减摇鳍装置

技术领域

本发明涉及液压控制技术，更具体地说是一种直接阀闭环减摇鳍装置。

背景技术

舰船在海上航行、工作时，由于受到海浪、海风以及海流等海洋环境扰动的作用，不可避免的要产生摇荡运动。随着舰船使命的复杂性的提高和高技术装备的应用，作为海面上活动平台的大型水面舰船，要求其在海浪中的摇摆尽可能地小。由于船舶经常需要航行在波涛汹涌的水面上，剧烈的摇荡不但影响船舶的航行，而且还会对船舶上装备带来不良的影响，对船上的货物和人员带来不安全因素。因此，为了船舶的航行安全以及提高航行中的舒适性，迫切需要减小船舶的摇荡。

减摇鳍是一种最常用的主动式减摇装置，鳍安装装在舰船的两舷的水下一定深度，当舰船以一定航速前进时，在每个鳍上分别产生升力，该升力与鳍的面积、鳍的攻角以及舰船航速的平方成正比，如果使左右两鳍在控制系统的作用下产生大小相等方向相反的鳍角(攻角)，则在两个鳍上产生大小相等方向相反的升力，该两个升力产生一个相对于舰船纵轴线的力矩，当此力矩的变化符合一定的规律关系时，则该力矩就是减摇力矩。

目前的减摇鳍控制系统一般采用电液伺服控制。这种电液伺服阀控制的减摇鳍具有控制精度低、抗油液污染能力差以及存在温漂零漂等问题，造成减摇鳍故障率高、使用维护困难等问题，严重影响减摇鳍的使用和舰船的总体性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种直接阀闭环减摇鳍装置，该装置具有集成度高、控制简单、控制精度高、稳定性好、抗污染能力强以及接口简单等优点。能根据风浪的大小直接对液压缸进行位置控制，鳍的位置信号直接与数字液压阀形成闭环，而不是与控制器形成闭环。减少了环节、提高了系统的响应速度和可靠性。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的：

一种直接阀闭环减摇鳍装置，其特征在于，包括设置在船上的陀螺仪、控制器、数字液压阀和减摇鳍装置，所述陀螺仪连接控制器所述控制器分别连接设置在船两侧的数字液压阀，数字液压阀包括阀体、阀芯、指令电机和反馈电机，所述阀芯安装在阀体的内部，所述阀体两端分别安装指令电机和反馈电机，所述指令电机通过转换副连接至阀芯的一端，用于接收指令脉冲并根据指令脉冲信号控制指令电机的转速和转动角度；所述反馈电机通过转换副连接阀芯的另一端，用于接收反馈脉冲信号并根据反馈脉冲信号控制反馈电机的转速和角度，使反馈电机的转动方向与指令电机的转动方向相反；所述减摇鳍装置包括鳍轴以及与所述鳍轴连接的两个摇臂，所述摇臂连接一对液压缸，且所述鳍轴上安装鳍叶片和一旋转编码器，所述旋转编码器通过电路连接至反馈电机；所述数字液压阀通过管道差动连接两个液压缸，对液压缸的活塞两侧提供液压压力差并控制活塞的移动。

进一步地，所述数字液压阀体两侧分别设置有由连通阀体内部至外部的通道，该通道形成阀体的外部油路，包括进油通道、回油通道和控制通道，所述阀体与所述阀芯形成三位四通换向阀，且所述控制通道连接液压缸的进油接口通道；

进一步地，所述进油通道和回油通道分别通过管道连接至液压站，所述液压站的电机通过变频器控制，变频器与液压站的系统压力形成闭环；

进一步地，所述反馈电机驱动阀芯的轴转动的方向与指令电机驱动阀芯的轴转动的方向相反；

进一步地，所述反馈电机一般为步进电机；

进一步地，所述指令电机一般为步进电机。

本发明产生的有益效果为：本发明能够通过将风浪的摇摆信号转化为控制脉冲由控制器发送到数字液压阀，而连接在鳍轴上的鳍角反馈信号直接反馈到数字液压阀而非反馈到控制器，减少了控制环节，提高了系统的可靠性和响应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中数字液压阀结构示意图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～2所示，一种直接阀闭环减摇鳍装置，包括设置在船上的陀螺仪1、控制器2、数字液压阀3、减摇鳍装置，所述陀螺仪1连接控制器2，所述控制器2分别连接设置在船两侧的数字液压阀3，数字液压阀3包括阀体301、阀芯302、指令电机4和反馈电机5，所述阀芯302安装在阀体301的内部，所述阀体301两端分别安装指令电机4和反馈电机5，所述指令电机4通过转换副304连接至阀芯302的一端，用于接收指令脉冲并根据指令脉冲信号控制指令电机4的转速和转动角度；所述反馈电机5通过转换副303连接阀芯302的另一端，用于接收反馈脉冲信号并根据反馈脉冲信号控制反馈电机5的转速和角度，使反馈电机5的转动方向与指令电机4的转动方向相反；所述减摇鳍包括鳍轴7以及与所述鳍轴7连接的两个摇臂8，所述摇臂8一一对应连接一液压缸6，且所述鳍轴7上安装一鳍叶片9和旋转编码器，所述旋转编码器通过电路连接至反馈电机5；所述数字液压阀3通过管道差动连接两个液压缸6，对液压缸6的活塞两侧提供液压压力差并控制活塞的移动。

本发明中陀螺仪1测得船舶摇摆角速度信号，该信号在控制器2内通过一定的控制算法转换为不同频率和当量的数字脉冲，此数字脉冲发送给减摇鳍的数字液压阀3的指令电机4，则指令电机4根据脉冲数转过一定的角度，指令电机4的转角在数字阀内部通过转换副304将阀芯302打开与指令电机转角成比例的开度，从而向两个液压缸6进行差动供油。两个液压缸在液压油的作用下运动，通过摇臂8带动鳍叶片9转动，同时带动安装在鳍轴7上的旋转编码器发出脉冲信号，该脉冲信号驱动数字液压阀的反馈电机5，反馈电机5驱动阀芯302的轴转动的方向与指令电机4驱动阀芯302的轴转动的方向相反，反馈电机5旋转在数字液压阀内部通过转换副303使阀芯向关闭的方向运动，直到旋转编码器返回的脉冲数与控制器2控制脉冲数量相同，数字液压阀阀口关闭，液压缸停止运动，鳍叶片9也停止转动。因此，旋转编码器反馈的脉冲数与控制器2发送的脉冲数相同，即减摇鳍的鳍叶片9转过的角度由控制脉冲决定，而控制脉冲又由陀螺仪1的输出值(摇摆信号)决定，从而实现了减摇鳍的转角跟随陀螺仪信号(摇摆信号)运动。本装置中指令电机4和反馈电机5均为步进电机，设计为左右两个鳍按相反方向旋转，并使其产生的力矩与风浪力矩相反，根据不同方向的风浪进行供油驱动工作，从而达到减摇的目的。

阀体301两侧分别设置有由连通阀体内部至外部的通道，该通道形成阀体的外部油路，包括进油通道305、回油通道307和控制通道306，阀体与阀芯形成三位四通换向阀，且所述控制通道306连接液压缸的进油接口通道，进行供油驱动液压缸的活动进行移动，进而带动摇臂摆动。阀芯302两侧分别设有两个凸缘结构，所述凸缘结构接触阀体内壁，回油通道307和控制通道306分别为两个，且设置在阀体的不同侧，进油通道305分别和控制通道306连通进行进油工作，回油通道307分别和液压缸的进油接口通道连通进行回油工作；凸缘结构的宽度大于或等于控制通道306、进油通道305、回油通道307三者任一通道开口的宽度，凸缘结构之间的距离、控制通道306之间的距离、进油通道305和回油通道307之间的距离三者之间的距离相等，保证了阀芯能够严格分割各个通道实现不同的连通状态，实现对液压缸的活塞进行驱动的目的。

作为本发明的优选，进油通道305和回油通道307分别通过管道连接至液压站10，液压站10的电机11通过变频器12控制，变频器12与液压站10的系统压力形成闭环，液压站液压进行闭环控制，将压力数值与设定值进行比较，比较的结果传输给控制装置，保持压力恒定。减摇鳍的液压站10由变频器12控制，变频器12与液压站10的系统压力形成闭环，风浪大时减摇鳍运动剧烈需要大的液压油的液压流量，压力变化大，变频器12控制液压站10的电机11转速高，提供的流量也大；风浪小时，减摇鳍需要的液压油的液压流量小，变频器12自动将流量调小；没风浪时，变频器12调整使液压站处于停止状态。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直接阀闭环减摇鳍装置，其特征在于，包括设置在船上的陀螺仪(1)、控制器(2)、数字液压阀(3)和减摇鳍装置，所述陀螺仪(1)连接控制器(2)，所述控制器(2)分别连接设置在船两侧的数字液压阀(3)，数字液压阀(3)包括阀体(301)、阀芯(302)、指令电机(4)和反馈电机(5)，所述阀芯(302)安装在阀体(301)的内部，所述阀体(301)两端分别安装指令电机(4)和反馈电机(5)，所述指令电机(4)通过转换副(304)连接至阀芯(302)的一端，用于接收指令脉冲并根据指令脉冲信号控制指令电机(4)的转速和转动角度；所述反馈电机(5)通过转换副(303)连接阀芯(302)的另一端，用于接收反馈脉冲信号并根据反馈脉冲信号控制反馈电机(5)的转速和角度，使反馈电机(5)的转动方向与指令电机(4)的转动方向相反；所述减摇鳍装置包括鳍轴(7)以及与所述鳍轴(7)连接的两个摇臂(8)，所述摇臂(8)连接一对液压缸(6)，且所述鳍轴(7)上安装鳍叶片(9)和一旋转编码器，所述旋转编码器通过电路连接至反馈电机(5)；所述数字液压阀(3)通过管道差动连接两个液压缸(6)，对液压缸(6)的活塞两侧提供液压压力差并控制活塞的移动。

2.如权利要求1所述的一种直接阀闭环减摇鳍装置，其特征在于，所述旋转编码器发出的反馈信号直接作用在数字液压阀的指令电机(4)上，不需要控制器的控制运算。

3.如权利要求1所述的一种直接阀闭环减摇鳍装置，其特征在于，所述阀体(301)两侧分别设置有由连通阀体内部至外部的通道，该通道形成阀体的外部油路，包括进油通道(305)、回油通道(307)和控制通道(306)，所述阀体与所述阀芯形成三位四通换向阀，且所述控制通道(306)连接液压缸的进油接口通道。

4.如权利要求1所述的一种直接阀闭环液压减摇鳍装置，其特征在于，所述阀芯(302)两侧分别设有两个凸缘结构，所述凸缘结构接触阀体内壁，回油通道(307)和控制通道(306)分别为两个，且设置在阀体的不同侧，进油通道(305)分别和控制通道(306)连通进行进油工作，回油通道(307)分别和液压缸的进油接口通道连通进行回油工作。

5.如权利要求4所述的一种直接阀闭环减摇鳍装置，其特征在于，所述凸缘结构的宽度大于或等于控制通道(306)、进油通道(305)、回油通道(307)三者任一通道开口的宽度，凸缘结构之间的距离、控制通道(306)之间的距离、进油通道(305)和回油通道(307)之间的距离三者之间的距离相等。

6.如权利要求3所述的一种直接阀闭环减摇鳍装置，其特征在于，所述进油通道(305)和回油通道(307)分别通过管道连接至液压站(10)，所述液压站(10)的电机(11)通过变频器(12)控制，变频器(12)与液压站(10)的系统压力形成闭环。

7.如权利要求1所述的一种直接阀闭环减摇鳍装置，其特征在于，所述反馈电机(5)驱动阀芯(302)的轴转动的方向与指令电机(4)驱动阀芯(302)的轴转动的方向相反。

8.如权利要求1所述的一种直接阀闭环减摇鳍步装置，其特征在于，所述反馈电机(5)为步进电机。

9.如权利要求1所述的一种直接阀反馈液压同步装置，其特征在于，所述指令电机(4)为步进电机。