CN104943843A - 船用机械式全回转控制手柄 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用机械式全回转控制手柄，包括整体框架、旋转座和旋转轴，整体框架包括面板、安装板与竖板，面板中部设置有面板固定座；旋转座上设置有周向握柄和推进手柄，推进手柄通过推进轴可转动地连接在旋转座内，旋转座底部固定连接有封板，推进轴上设置有推进齿轮，推进轴与封板之间设置有推进零位机构和推进阻尼机构；旋转轴为管状体，其内设置有圆柱齿条，圆柱齿条与推进齿轮啮合；沿旋转轴设置有止推轴承、周向齿轮、周向零位装置和周向阻尼装置；安装板上设置有编码器装置，后者通过编码器齿轮与周向齿轮啮合形成传动。竖板上设置有直线型电位器，后者的推拉轴与圆柱齿条相接触。该装置具有结构简洁、操作方便、输出稳定的特点。

Description

船用机械式全回转控制手柄

技术领域

本发明涉及一种船舶操纵控制手柄，特别是指一种船用机械式全回转控制手柄。

背景技术

在船舶机舱自动化系统控制中要求在驾驶室对推进器进行控制，即对推进器螺旋桨的推进速度、旋转角度进行精确控制以达到对船舶航向、航行速度的精确控制。

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，以及电力推进船舶在的发展，原有的船用车钟与操舵装置分离的结构模式已无法满足要求。全回转控制手柄应运而生，它能够同时对推进速度、旋转角度进行控制，逐步取代了原有的操控方式。

现有的全回转控制系统控制手柄大多采用机械和光电滑环相结合的传动结构，其结构复杂，价格昂贵，操作不便，亟需改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简洁、操作方便、输出稳定的船用机械式全回转控制手柄。

为实现上述目的，本发明所设计的一种船用机械式全回转控制手柄，包括整体框架、旋转座和旋转轴，具体说明如下：

所述整体框架包括自上而下依次设置的面板、安装板与竖板，所述面板与安装板通过二者之间设置的支撑件，如铜柱、筋板、外侧壳体等起支撑作用的部件，固定成平行的双层结构；所述竖板垂直固定在安装板的下方，竖板靠近并平行于旋转轴；所述面板的中心设置有贯穿该面板的面板固定座，该面板固定座为阶梯圆柱形，其直径较小的一端从面板中心穿过，其直径较大的一端固定在面板上。

所述旋转座为内部中空的壳体，其上设置有周向握柄和推进手柄，所述周向握柄固定在旋转座的外壁上，所述推进手柄的底部固定连接有推进轴，所述推进轴可转动地横向连接在旋转座内(推进轴与推进手柄一起转动)，所述旋转座的底部固定连接有封板，所述推进轴上设置有推进齿轮，所述推进轴与封板之间设置有用于定位推进手柄零位的推进零位机构和用于提供推进手柄阻尼感的推进阻尼机构，所述推进零位机构和推进阻尼机构通过设置在封板上对应位置处的安装工位进行固定或定位。

所述旋转轴一端固定连接在旋转座内，另一端依次穿过封板、面板固定座和安装板，面板固定座和安装板开孔孔径略大于旋转轴外径，旋转座、旋转轴整体以面板固定座的上端作为支撑在面板固定座通孔内旋转；所述旋转轴为内部中空的管状体，其内设置有可沿旋转轴轴向移动的圆柱齿条，所述旋转轴的上部设置有凹槽，所述圆柱齿条与推进齿轮在该凹槽处啮合；所述旋转轴在面板和安装板之间设置有止推轴承和周向齿轮；所述止推轴承通过紧配合安装在旋转轴上，其上表面(座圈)与面板固定座贴紧，其下表面(轴圈)与周向齿轮贴紧；所述安装板上设置有编码器装置，所述编码器装置包括编码器、编码器安装座和编码器齿轮，所述编码器通过编码器安装座固定在安装板上，所述编码器齿轮固定在编码器的轴上，所述编码器齿轮与周向齿轮啮合形成传动；所述旋转轴在安装板下方设置有周向零位装置和周向阻尼装置。所述竖板上设置有直线型电位器(自带复位功能)，所述直线型电位器的推拉轴的上端伸入旋转轴内部并与圆柱齿条相接触，所述推拉轴跟随圆柱齿条做上下往复运动。

优选地，所述推进零位机构包括推进零位、推进零位轴、推进零位轴座和推进零位轴承，所述推进零位固定于推进轴上，其外部设置有凹槽，推进零位轴的两端可转动的设置在推进零位轴座上，所述推进零位轴上固定有推进零位轴承，所述推进零位轴承的外圆端面抵在推进零位上的凹槽内，所述推进零位轴座的底部设置有推进零位弹簧，该弹簧通过封板压紧，使推进零位轴承压紧推进零位。转动推进轴使推进零位上的凹槽对准推进零位轴承时，由于弹簧的弹力作用，推进零位轴承被顶到该凹槽内，产生明显的零位手感，以此确定推进轴的零位。

优选地，所述推进阻尼机构包括两块推进阻尼块，两块推进阻尼块的一端通过其上设置的弧形槽夹在推进轴上，另一端通过设置在封板上的通孔内的螺钉进行紧固。

优选地，所述周向零位装置包括周向零位定位块、周向零位固定座、周向零位活动座、周向零位轴承和周向零位弹簧；所述周向零位定位块固定在旋转轴上，其外圆周上设置有圆弧形缺口；所述周向零位固定座固定连接在安装板上，其中部设置有螺纹孔和与该螺纹孔配套的螺钉；所述周向零位活动座的一端铰链连接在竖板上，其中部正对所述螺纹孔处设置有盲孔；所述周向零位弹簧的一端设置在周向零位固定座上的螺纹孔内，另一端设置在周向零位活动座上的盲孔内；所述周向零位轴承设置在周向零位活动座的另一端，通过周向零位弹簧的弹力压在周向零位定位块的外圆周上。

优选地，所述周向阻尼装置包括周向阻尼座、周向阻尼块，所述周向阻尼座固定在竖板上，所述周向阻尼块的顶部紧贴在周向零位定位块的底面上，所述周向阻尼块的底部通过弹簧、螺钉连接在周向阻尼座上。可通过弹簧、螺钉来压紧周向阻尼块产生摩擦力，调节螺钉的进给量来改变摩擦力的大小，即改变周向阻尼大小。

优选地，所述竖板上设置有限位开关，该限位开关位于直线型电位器的正下方。当直线型电位器的推拉轴的下端达到一定位置时，会触动限位开关的触点，给出开关的开关信号以供采集使用。

优选地，所述竖板上设置有便于接线的端子排。

优选地，所述面板上设置有标示旋转座旋转角度的角刻度标牌和为角刻度标牌提供背光照明的背光灯。

优选地，所述旋转座的顶部设置有用于指示推进方向的推进指示牌。

本发明的有益效果是：通过旋转座周向转动带动编码器齿轮同步运动，使编码器输出信号发生改变；通过推动推进手柄使推进齿轮转动从而带动圆柱齿条做上下往复运动，使直线型电位器的推拉轴上下往复运动并改变输出信号，以此两种行动同时进行即实现全回转控制功能。该装置整体构造简洁、设计合理、便于操作；由于整体采用机械结构，传动连续、平滑、稳定可靠，避免发生短路，增强了防护强度，提高了使用寿命。

附图说明

图1为本发明改进的船用机械式全回转控制手柄的结构示意图

图2为图1中船用机械式全回转控制手柄的右侧结构示意图

图3为图1中面板与旋转座的俯视结构示意图

图4为图2中推进轴及其上部件的结构示意图

图5为图1中背光灯的安装示意图

图6为图1中编码器装置的结构及安装示意图

图7为图1中周向零位装置的结构示意图

图8为图1中推进手柄的结构示意图

图9为图4中推进阻尼块的结构示意图

其中：旋转座1、周向握柄2、面板3、角刻度标牌3.1、推进指示牌3.2、背光灯4、背光灯螺钉4.1、背光灯4.2、支撑件5、安装板6、周向零位装置7、周向零位固定座7.1、周向零位弹簧7.2、周向零位轴承7.3、周向零位活动座7.4、周向零位调节螺钉7.5、推进手柄8、手柄横杆8.1、左手柄杆8.2、右手柄杆8.3、面板固定座9、旋转轴10、止推轴承11、编码器装置12、周向齿轮12.1、编码器齿轮12.3、编码器安装座12.4、编码器12.5、推进轴13.1、推进齿轮13.2、推进零位13.3、推进零位弹簧13.4、推进零位轴承13.5、推进零位轴座13.6、推进阻尼块13.7、封板13.8、推进零位轴13.9、周向零位定位块14、竖板15、直线型电位器16、推拉轴16.1、端子排17、限位开关18、周向阻尼块19、周向阻尼座20、圆柱齿条21

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～9所示，本发明改进的船用机械式全回转控制手柄，主要由整体框架、旋转座1、旋转轴10及相关部件组成，具体结构如下：

所述整体框架包括自上而下依次设置的面板3、安装板6与竖板15。所述面板3与安装板6通过二者之间设置的支撑件5固定成平行的双层结构。本例中支撑件5为四根铜柱，其两端分别用螺钉固定在面板3与安装板6上。所述竖板15垂直固定在安装板6的下方，所述面板3的中心设置有贯穿该面板的面板固定座9。面板固定座9为阶梯圆柱形，其直径较小的部分从面板中心穿过，其直径较大的部分使用螺钉固定在面板3上。

所述旋转座1为内部中空的壳体，其上设置有周向握柄2和推进手柄8。所述周向握柄2固定在旋转座1的外壁上。推进手柄8为门字形手柄，由左手柄杆8.2、右手柄杆8.3和手柄横杆8.1构成。手柄横杆8.1安装在左手柄杆8.2和右手柄杆8.3之间，用螺钉紧固，形成舒适可靠的推进手柄8。旋转座1内设置有横向贯穿其壳体的推进轴13.1，推进轴13.1可在旋转座1内转动。左手柄杆8.2、右手柄杆8.3分别安装在推进轴13.1左右两端对应的位置，用螺钉分别固定在推进轴13.1的两端。所述旋转座1的底部设置有封板13.8，封板13.8用螺钉固定到旋转座1上。所述推进轴13.1上设置有推进齿轮13.2，推进齿轮13.2通过滑配安装于推进轴13.1的中间部位，使用紧定螺钉进行固定。

所述推进轴13.1与封板13.8之间设置有推进零位机构和推进阻尼机构。

所述推进零位机构包括推进零位13.3、推进零位轴13.9、推进零位轴座13.6和推进零位轴承13.5。所述推进零位13.3固定于推进轴13.1上，其外部设置有凹槽。推进零位轴13.9的两端可转动的设置在推进零位轴座13.6上，所述推进零位轴承13.5固定在推进零位轴13.9上。推进零位轴承13.5的外圆端面抵在推进零位13.3上的凹槽内。所述推进零位轴座13.6的底部设置有两个推进零位弹簧13.4，该弹簧通过封板13.8压紧，使推进零位轴承13.5压紧推进零位13.3。

所述推进阻尼机构包括两块推进阻尼块13.7，两块推进阻尼块13.7的一端通过其上设置的弧形槽夹在推进轴13.1上，另一端通过设置在封板13.8上的通孔内的螺钉进行紧固。通过封板13.8上的通孔位置可以调节该螺钉的进给量以改变摩擦力的大小。

所述旋转轴10的一端镶嵌在旋转座1内并通过螺钉固定，另一端依次穿过封板13.8、面板固定座9和安装板6。所述旋转轴10为内部中空的管状体，其内设置有可沿旋转轴10轴向移动的圆柱齿条21。所述旋转轴10的上部对准推进轴13.1的位置处设置有凹槽，所述圆柱齿条21与推进齿轮13.2在该凹槽处啮合。

所述旋转轴10在面板3和安装板6之间设置有止推轴承11和周向齿轮12.1。所述止推轴承11通过紧配合安装在旋转轴10上，其上表面与面板固定座9贴紧，其下表面与周向齿轮12.1贴紧并使用紧定螺钉固定。

所述安装板6上设置有编码器装置12，所述编码器装置12包括编码器12.5、编码器安装座12.4和编码器齿轮12.3。编码器12.5安装到编码器安装座12.4形成整体，编码器安装座12.4使用螺钉固定在安装板6的下方，编码器12.5的轴穿过安装板6，所述编码器齿轮12.3固定在编码器12.5的轴的前端，所述编码器齿轮12.3与周向齿轮12.1啮合形成传动装置。转动旋转座1，带动旋转轴10上的周向齿轮12.1周向运动，并带动编码器齿轮12.3周向运动，使编码器12.5的轴旋转从而使编码器12.5信号输出改变。

所述竖板15上设置有直线型电位器16(输出0～10KΩ)，所述直线型电位器16的推拉轴16.1处于圆柱齿条21的正下方，推拉轴16.1的上端伸入旋转轴10内部并与圆柱齿条21相接触。当推动推进手柄8带动推进齿轮13.2转动时，圆柱齿条21做上下往复运动，并带动直线型电位器16的轴作同步运动，从而改变输出信号。竖板15的下端安装有限位开关18，该限位开关18位于直线型电位器16的正下方。当推进手柄8推过设定范围，直线型电位器16的轴会触动限位开关18的触点，造成短路来保护其关联的其他设备；当推进手柄8恢复正常操作范围，限位开关18闭合，操作功能恢复。

所述旋转轴10在安装板6下方设置有周向零位装置7和周向阻尼装置。

所述周向零位装置7包括周向零位定位块14、周向零位固定座7.1、周向零位活动座7.4、周向零位轴承7.3和周向零位弹簧7.2。所述周向零位定位块14通过螺钉固定在旋转轴10上，其外圆周上均布有四个弧形缺口，对应角刻度标牌3.1的0°、红90°、180°、绿90°(红、绿为刻度盘颜色)。周向零位定位块14的底面与旋转轴10的底面平齐，处于同一平面。所述周向零位固定座7.1固定连接在安装板6下表面上，其中部设置有螺纹孔和与该螺纹孔配套的周向零位调节螺钉7.5。所述周向零位活动座7.4的一端铰接在竖板15上，其中部正对所述螺纹孔处设置有盲孔。所述周向零位弹簧7.2的一端设置在周向零位固定座7.1上的螺纹孔内，另一端设置在周向零位活动座7.4上的盲孔内。所述周向零位轴承7.3设置在周向零位活动座7.4的另一端，通过周向零位弹簧7.2的弹力压在周向零位定位块14的外圆周上，当周向零位轴承7.3进入四个弧形缺口之一时，即旋转角度为0°、红90°、180°、绿90°时，给出触感反馈。调整周向零位调节螺钉7.5的进给量，可以改变周向零位触感。

所述周向阻尼装置包括前述周向零位定位块14、周向阻尼座20和周向阻尼块19。所述周向阻尼座20固定在竖板15上，置于直线型电位器16右侧。所述周向阻尼块19的顶部紧贴在周向零位定位块14的底面上，所述周向阻尼块19的底部通过弹簧、螺钉连接在周向阻尼座20上。通过弹簧、螺钉来压紧周向阻尼块19产生摩擦力，调节螺钉的进给量来改变摩擦力的大小，即改变周向阻尼大小。

所述竖板15上设置有端子排17，起到传递信号的作用。

所述面板3上设置有角刻度标牌3.1和背光灯4.2。角刻度标牌3.1的安装可采用胶接或螺钉紧固等方式。面板3的背面有四个背光灯螺钉4.1安装孔，通过背光灯螺钉4.1将背光灯4.2的电路板安装到面板3的背面。所述旋转座1的顶部设置有推进指示牌3.2。根据规定，角刻度标牌的颜色为左红右绿，即左边刻度指示为红色刻度盘，右边为绿色刻度盘，当背光灯照亮时，可形成鲜明对比。左右刻度指示以0°、180°为分界点。根据全回转系统的技术指标，一般将跳变点设置在左边120°的位置。然后实际运用的过程中，可在程序中设置过滤掉此跳变点，形成正常输出周期。

本例中，上述各部件材质如下：面板3、安装板6、竖板15、周向零位活动座7.4、周向零位固定座7.1、周向阻尼座20、左手柄杆8.2、右手柄杆8.3、手柄横杆8.1均为硬铝加工而成。推进齿轮13.2、推进零位13.3、支撑件5、背光灯螺钉4.1、周向齿轮12.1、编码器齿轮12.3、周向零位定位块14、面板固定座9、圆柱齿条21均为铜件。推进轴13.1、旋转轴10、推进零位轴13.9、推进零位轴座13.6均为不锈钢加工而成。直线型电位器16、编码器12.5、背光灯及其电路板4、端子排17、限位开关18、止推轴承11、周向零位轴承7.3、推进零位轴承13.5均为标准件。推进阻尼块13.7采用电木。周向阻尼块19材料为聚四氟乙烯。

使用时，将上述控制手柄安装在全回转控制系统中的控制面板之上。通过人工在面板上操作控制手柄，当全回转控制系统对应只能调节方向—速度的定距桨推进器时，推动推进手柄8，通过其轴上的推进齿轮13.2带动旋转轴10内的圆柱齿条21移动，从而改变直线型电位器16的电阻值输出，进一步通过控制系统改变桨叶的转速。当全回转控制系统为对应只能调节方向—螺距的变距桨推进器时，推动推进手柄8，相同的电位器电阻值输出，改变的却是桨叶的螺距。根据全回转控制系统的控制原理，当速度调节从0开始上升，达到某一特定值时，螺旋桨才开始工作。因为推进方向的推进角度一般为0°～75°，将15°的位置设置为零位，达到15°的时螺旋桨刚好开始工作。使用周向握柄2操作旋转座带动周向齿轮12.1及编码器齿轮12.3转动，从而改变编码器12.5的电流输出，进一步通过控制系统改变螺旋桨的旋转方向。编码器12.5接入24V直流电压，输出4～20MA电流。

Claims (10)

1.一种船用机械式全回转控制手柄，包括整体框架、旋转座(1)和旋转轴(10)，其特征在于：

所述整体框架包括自上而下依次设置的面板(3)、安装板(6)与竖板(15)，所述面板(3)与安装板(6)通过二者之间设置的支撑件(5)固定成平行的双层结构，所述竖板(15)垂直固定在安装板(6)的下方，所述面板(3)的中心设置有贯穿该面板的面板固定座(9)；

所述旋转座(1)为内部中空的壳体，其上设置有周向握柄(2)和推进手柄(8)，所述周向握柄(2)固定在旋转座(1)的外壁上，所述推进手柄(8)的底部固定连接有推进轴(13.1)，所述推进轴(13.1)可转动地横向连接在旋转座(1)内，所述旋转座(1)的底部固定连接有封板(13.8)，所述推进轴(13.1)上设置有推进齿轮(13.2)，所述推进轴(13.1)与封板(13.8)之间设置有推进零位机构和推进阻尼机构；

所述旋转轴(10)的一端固定连接在旋转座(1)内，另一端依次穿过封板(13.8)、面板固定座(9)和安装板(6)；所述旋转轴(10)为内部中空的管状体，其内设置有可沿旋转轴(10)轴向移动的圆柱齿条(21)，所述圆柱齿条(21)与推进齿轮(13.2)啮合；所述旋转轴(10)在面板(3)和安装板(6)之间设置有止推轴承(11)和周向齿轮(12.1)；所述止推轴承(11)通过紧配合安装在旋转轴(10)上，其上表面与面板固定座(9)贴紧，其下表面与周向齿轮(12.1)贴紧；所述安装板(6)上设置有编码器装置(12)，所述编码器装置(12)包括编码器(12.5)、编码器安装座(12.4)和编码器齿轮(12.3)，所述编码器(12.5)通过编码器安装座(12.4)固定在安装板(6)上，所述编码器齿轮(12.3)固定在编码器(12.5)的轴上，所述编码器齿轮(12.3)与周向齿轮(12.1)啮合形成传动；所述旋转轴(10)在安装板(6)下方设置有周向零位装置(7)和周向阻尼装置；所述竖板(15)上设置有直线型电位器(16)，所述直线型电位器(16)的推拉轴(16.1)的上端伸入旋转轴(10)内部并与圆柱齿条(21)相接触。

2.根据权利要求1所述的船用机械式全回转控制手柄，其特征在于：所述推进零位机构包括推进零位(13.3)、推进零位轴(13.9)、推进零位轴座(13.6)和推进零位轴承(13.5)；所述推进零位(13.3)固定于推进轴(13.1)上，其外部设置有凹槽；所述推进零位轴(13.9)的两端可转动的设置在推进零位轴座(13.6)上；所述推进零位轴承(13.5)固定在推进零位轴(13.9)上，该推进零位轴承(13.5)的外圆端面抵在推进零位(13.3)上；所述推进零位轴座(13.6)的底部设置有推进零位弹簧(13.4)，该弹簧通过封板(13.8)压紧，使推进零位轴承(13.5)压紧推进零位(13.3)。

3.根据权利要求1所述的船用机械式全回转控制手柄，其特征在于：所述推进阻尼机构包括两块推进阻尼块(13.7)，两块推进阻尼块(13.7)的一端通过其上设置的弧形槽夹在推进轴(13.1)上，另一端通过设置在封板(13.8)上的通孔内的螺钉进行紧固。

4.根据权利要求1所述的船用机械式全回转控制手柄，其特征在于：所述周向零位装置(7)包括周向零位定位块(14)、周向零位固定座(7.1)、周向零位活动座(7.4)、周向零位轴承(7.3)和周向零位弹簧(7.2)；所述周向零位定位块(14)固定在旋转轴(10)上，其外圆周上设置有弧形缺口；所述周向零位固定座(7.1)固定连接在安装板(6)上，其中部设置有螺纹孔和与该螺纹孔配套的螺钉；所述周向零位活动座(7.4)的一端铰接在竖板(15)上，其中部正对所述螺纹孔处设置有盲孔；所述周向零位弹簧(7.2)的一端设置在周向零位固定座(7.1)上的螺纹孔内，另一端设置在周向零位活动座(7.4)上的盲孔内；所述周向零位轴承(7.3)设置在周向零位活动座(7.4)的另一端，通过周向零位弹簧(7.2)的弹力压在周向零位定位块(14)的外圆周上。

5.根据权利要求4所述的船用机械式全回转控制手柄，其特征在于：所述周向阻尼装置包括周向零位定位块(14)、周向阻尼座(20)、周向阻尼块(19)，所述周向阻尼座(20)固定在竖板(15)上，所述周向阻尼块(19)的顶部紧贴在周向零位定位块(14)的底面上，所述周向阻尼块(19)的底部通过弹簧、螺钉连接在周向阻尼座(20)上。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的船用机械式全回转控制手柄，其特征在于：所述竖板(15)上设置有限位开关(18)，该限位开关(18)位于直线型电位器(16)的正下方。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的船用机械式全回转控制手柄，其特征在于：所述竖板(15)上设置有便于接线的端子排(17)。

8.根据权利要求6所述的船用机械式全回转控制手柄，其特征在于：所述竖板(15)上设置有便于接线的端子排(17)。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的船用机械式全回转控制手柄，其特征在于：所述面板(3)上设置有标示旋转座(1)的旋转角度的角刻度标牌(3.1)和为角刻度标牌(3.1)提供背光照明的背光灯(4.2)；所述旋转座(1)的顶部设置有用于指示推进方向的推进指示牌(3.2)。

10.根据权利要求6所述的船用机械式全回转控制手柄，其特征在于：所述面板(3)上设置有标示旋转座(1)的旋转角度的角刻度标牌(3.1)和为角刻度标牌(3.1)提供背光照明的背光灯(4.2)；所述旋转座(1)的顶部设置有用于指示推进方向的推进指示牌(3.2)。