CN104787238A - 一种可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，属于船舶机械设计领域，适用于在模拟工作环境中测量被测操舵倒航机构的操纵力，包括固定系统、转舵机构和测量系统，固定系统设于模拟工作环境中，转舵机构包括依次相连的驱动机构、舵柄和转轴，驱动机构设于固定系统上，舵柄与转轴固定连接，转轴可转动的设于固定系统上，驱动机构驱动舵柄和转轴转动，转轴与被测操舵倒航机构相连，测量系统包括操纵力传感器，操纵力传感器设于转轴和被测操舵倒航机构之间。本发明的技术方案可以直观、实时地观测喷水推进操舵倒航机构的操纵力，具有结构精巧、可操作性强等特点。

Description

一种可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置

技术领域

本发明属于船舶机械设计领域，涉及一种试验设施，尤其涉及一种实验室环境下可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置。

背景技术

目前国内常常通过理论方法进行喷水推进操舵倒航机构操纵力估算。由于理论计算大多忽略了机构内复杂流动引起的损失，导致估算值与实际值偏差较大，影响机构设计与性能预报。此外，操舵力和倒航力在机构中力的作用点在理论方法中很难确定的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，可以直接测量不同工况下喷水推进操舵倒航机构三维负荷数据。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一种可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，适用于在模拟工作环境中测量被测操舵倒航机构的操纵力，所述装置包括固定系统、转舵机构和测量系统，所述固定系统设于所述模拟工作环境中，所述转舵机构包括依次相连的驱动机构、舵柄和转轴，所述驱动机构设于所述固定系统上，所述舵柄与所述转轴固定连接，所述转轴可转动的设于所述固定系统上，所述驱动机构驱动所述舵柄和转轴转动，所述转轴与所述被测操舵倒航机构相连，所述测量系统包括操纵力传感器，所述操纵力传感器设于所述转轴和被测操舵倒航机构之间。

优选的，所述固定系统包括支撑台架和设于所述支撑台架上的两端开口并中空的轴承外套，所述支撑台架设于所述模拟工作环境中，所述转轴可转动的套设于所述轴承外套中。

优选的，所述转轴与所述上舵承之间设有圆锥滚子轴承。

优选的，所述圆锥滚子轴承的一侧还设有密封圈。

优选的，所述密封圈包括唇形密封圈和/或O形密封圈。

优选的，所述转轴和轴承外套之间还设有滑动轴承，所述圆锥滚子轴承临近所述固定系统，所述滑动轴承临近所述被测操舵倒航机构，所述密封圈设于所述圆锥滚子轴承和滑动轴承之间。

优选的，所述操纵力传感器包括六分量力扭矩传感器。

优选的，还包括接收、分析和计算数据的计算机，所述计算机与所述操纵力传感器相连。

优选的，所述驱动机构为操舵液压缸。

优选的，所述支撑台架上还设有操舵缸支架，所述操舵液压缸的两端分别与所述操舵缸支架和舵柄相连。

相对于现有技术，本发明的技术方案可以直接测量不同工况下喷水推进操舵倒航机构三维负荷数据，通过对数据计算得到操舵力和倒航力，还能计算得出操舵力和倒航力在机构中力的作用点，可以直观、实时地观测喷水推进操舵倒航机构的操纵力，具有结构精巧、可操作性强等特点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例固定系统的结构示意图；

图3是本发明实施例转舵机构的结构示意图；

图4是本发明实施例密封圈的结构示意图。

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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。

如图1中所示的本发明的实施例的一种可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，适用于在模拟工作环境中测量被测操舵倒航机构1的操纵力。

并结合如图2、图3和图4中所示，装置包括固定系统2、转舵机构3和测量系统4。固定系统2设于模拟工作环境中。模拟工作环境优选为循环水槽或者拖曳水池。

转舵机构3包括依次相连的驱动机构5、舵柄6和转轴7。驱动机构5，优选为操舵液压缸，设于固定系统2上，舵柄6与转轴7固定连接，转轴7可转动的设于固定系统5上，驱动机构5驱动舵柄6和转轴7转动，转轴7与被测操舵倒航机构1相连。测量系统4包括操纵力传感器，操纵力传感器设于转轴7和被测操舵倒航机构1之间。操纵力传感器优选为可以直接测量操舵力和扭矩的六分量力扭矩传感器和布置在机构上的压力传感器。

本发明的实施例是针对喷水推进操舵倒航机构设计而提出的，它以具有自由液面的循环水槽为测试环境，通过在试验设施中合理设置六分量测量仪、压力传感器等仪器，剥离干扰因素，模拟实船工作环境，得到真实可靠的机构操纵力和负荷分布等数据，有效指导机构的水动力与结构权衡设计，为喷水推进技术的应用提供验证手段。

如图1和图2中所示，在本发明的实施例中，固定系统2将整个测量装置固定在循环水槽或拖曳水池上。固定系统2包括支撑台架8、轴承支架9和轴承外套10。测量设施安装在支撑台架8上，由支撑台架8将其固定在循环水槽或拖曳水池的工作段上。支撑台架8采用型材焊接而成，优选上面还焊接有操舵液压缸的安装支架，即操舵缸支架13。

如图1、图3和图4中所示，在本发明的实施例中，转舵系统3包括舵柄6、上舵承11、转轴7及滑动轴承12等。

转舵系统3中的操舵液压缸推动舵柄6，舵柄6带动转轴7转动，进而带动连接在转轴7下方的被测操舵倒航机构1转动，模拟装置的操舵动作。上舵承11里面装有圆锥滚子轴承14，承受试验过程中产生的轴向力和部分径向力。上舵承11里面装有唇形密封圈15和O形圈用于密封圆锥滚子轴承14的润滑脂。这是转舵机构3的第一个支撑点。

滑动轴承12与固定结构2的轴承外套10有相对转动，可承受试验过程中产生的部分径向力。这是转舵机构3的第二个支撑点。如此，轴系上具有两种支撑点，一为圆锥滚子轴承14，一为滑动轴承12。

液压缸由液压系统驱动，通过液压缸推动舵柄6，进而推动和舵柄6相连的转轴7带动被测操舵倒航机构1绕轴线水平旋转。且其可以停在行程范围内的任何位置，所以转舵机构3可以保持在任意舵角位置。

测量系统4通过六分量力扭矩传感器直接测量操舵倒航机构产生的操舵力和倒航力在三维方向的分力和扭矩。。六分量力扭矩传感器安装在转舵机构3的转轴7下面，被测操舵倒航机构1安装在六分量力扭矩传感器的下面，其转动轴线和转轴7的轴线重合。喷射水流作用在被测操舵倒航机构上的三个轴向的力和扭矩可以同时被传感器测量。与传感器相连的计算机根据测量的力和力矩的关系，还可以计算出力的作用点。

本发明实施例的测量系统的操作步骤如下：

步骤一，测量装置安装完毕后，安装被测操舵倒航机构，安装在六分量力扭矩传感器下方，紧固。

步骤二，将测量设施和被测操舵倒航机构整体吊装至测试台位，固定。调整水线位置至设计要求。

步骤三，启动液压系统，调整方向舵的舵角或倒航机构的倒航斗张开的角度至要求值。

步骤四，启动测量系统(六分量力扭矩传感器供电)，启动数据采集分析系统。

步骤五，启动喷射水流冲击被测操舵倒航机构，采集六分量力扭矩传感器的测量数据。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，适用于在模拟工作环境中测量被测操舵倒航机构的操纵力，其特征在于，所述装置包括固定系统、转舵机构和测量系统，所述固定系统设于所述模拟工作环境中，所述转舵机构包括依次相连的驱动机构、舵柄和转轴，所述驱动机构设于所述固定系统上，所述舵柄与所述转轴固定连接，所述转轴可转动的设于所述固定系统上，所述驱动机构驱动所述舵柄和转轴转动，所述转轴与所述被测操舵倒航机构相连，所述测量系统包括操纵力传感器，所述操纵力传感器设于所述转轴和被测操舵倒航机构之间。

2.如权利要求1所述的可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，其特征在于，所述固定系统包括支撑台架和设于所述支撑台架上的两端开口并中空的轴承外套，所述支撑台架设于所述模拟工作环境中，所述转轴可转动的套设于所述轴承外套中。

3.如权利要求2所述的可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，其特征在于，所述转轴与所述上舵承之间设有圆锥滚子轴承。

4.如权利要求3所述的可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，其特征在于，所述圆锥滚子轴承的一侧还设有密封圈。

5.如权利要求4所述的可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，其特征在于，所述密封圈包括唇形密封圈和/或O形密封圈。

6.如权利要求5所述的可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，其特征在于，所述转轴和轴承外套之间还设有滑动轴承，所述圆锥滚子轴承临近所述固定系统，所述滑动轴承临近所述被测操舵倒航机构，所述密封圈设于所述圆锥滚子轴承和滑动轴承之间。

7.如权利要求6所述的可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，其特征在于，所述操纵力传感器包括六分量力扭矩传感器。

8.如权利要求7所述的可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，其特征在于，还包括接收、分析和计算数据的计算机，所述计算机与所述操纵力传感器相连。

9.如权利要求8所述的可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，其特征在于，所述驱动机构为操舵液压缸。

10.如权利要求9所述的可以直接测量操舵倒航机构操纵力的装置，其特征在于，所述支撑台架上还设有操舵缸支架，所述操舵液压缸的两端分别与所述操舵缸支架和舵柄相连。