船舰液压驱动控制系统
技术领域
本发明涉及船舰驱动控制领域,尤其是涉及一种船舰液压驱动控制系统。
背景技术
传统的船舰驱动大多使用发动机,一般是利用机械驱动和控制,即发动机带动传动轴,以此驱动螺旋桨,以此来使船舰进行前进动作,而且为了船舰能进行速度控制,会在传动轴和发动机之间安装变速箱,以此来为船舰进行调速,另一方面,为了能让船舰在行驶过程能调整行驶方向,船舰中通常还安装有船舵,船舵一般由舵叶和舵杆组成,船舵安装于船体外,其是一种利用船舰行驶时作用于舵叶上的流体动力从而控制船舰行驶方向的装置。可见,传统的船舰驱动控制系统结构复杂,零件众多,安装维修很不方面,其变速控制和转向结构复杂笨重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单,安装维修方便,可靠性高,灵活性强的船舰液压驱动控制系统。
根据本发明的一个方面,提供了一种船舰液压驱动控制系统,包括液压泵组件、液压站、螺旋桨组件和船舰体,其中液压泵组件和液压站安装在船舰体上,液压泵组件为两个,两个液压泵组件均通过油管和液压站连接,液压站和螺旋桨组件连接,螺旋桨组件为多个,多个螺旋桨组件对称安装在船舰体上。
本发明的有益效果是:本发明利用液压泵组件和螺旋桨组件来对船舰进行驱动,利用液压站来对船舰进行控制,并使用多个螺旋桨组件对称安装在船舰体上的方式,通过对每个螺旋桨组件的独立控制来加强船舰的灵活性,而使用两个液压泵组件分开为左右两边的螺旋桨组件供能,不仅能通过直接影响两边螺旋桨供能的大小以便实现船舰的转向和加减速,并且保证了即使其中一个液压泵组损坏也不会轻易造成船舰的停止,提高了安全性能,另外由于使用了液压系统进行传动,能简单地实现无极变速,优化了结构。
在一些实施方式中,液压泵组件包括摆动盘式轴向柱塞泵、第一联轴节和发动机,其中第一联轴节一端与摆动盘式轴向柱塞泵连接,另一端与发动机连接,摆动盘式轴向柱塞泵和发动机均安装在船舰体上。发动机用于让摆动盘式轴向柱塞泵进行吸油压油动作,而第一联轴节能让发动机和摆动盘式轴向柱塞泵更好地连接。
在一些实施方式中,液压站包括电磁换向阀、电磁溢流阀、回油过滤器和油箱,其中油箱、液压泵组件、电磁换向阀和螺旋桨组件通过油管依次连接,其中回油过滤器连接在电磁换向阀和油箱之间,电磁溢流阀连接在液压泵组件和回油过滤器之间。电磁换向阀的设置用于控制螺旋桨组件的工作与否,而电磁溢流阀的设置是为了保证液压系统的安全,当出现流量过大等情况时能及时切断系统。
在一些实施方式中,螺旋桨组件包括摆动盘式油缸马达、第二联轴节、主轴、螺旋桨和支架,其中摆动盘式油缸马达、第二联轴节、主轴和螺旋桨依次连接,主轴安装在支架上,摆动盘式油缸马达和支架均安装在船舰体上。螺旋桨组件通过使用摆动盘式油缸马达来驱动螺旋桨转动,不仅能简单地实现无极变速,而且由于减少了传动零件,简化了结构,能减少零件间的磨损和传动过程中的能量损失,减低了成本。
在一些实施方式中,摆动盘式轴向柱塞泵包括泵主轴、摆动机构、柱塞、偏心机构、配油机构、泵壳体和泵缸体,其中摆动机构一端与泵主轴连接,另一端与偏心机构连接,柱塞一端与摆动机构连接,另一端安装在泵缸体内,所述柱塞和泵缸体之间还存在空腔,配油机构和偏心机构相匹配,主轴和摆动机构均安装在泵壳体内,偏心机构和配油机构均安装在泵缸体内,泵壳体和泵缸体连接,泵缸体设有吸油孔和压油孔。摆动盘式轴向柱塞泵通过泵主轴旋转带动摆动机构摆动,使得柱塞能进行往复运动,并且摆动机构还带动配油机构进行配油,从而实现了柱塞泵的吸油压油的工作过程,摆动机构和配油机构的混合使用减少了运动副的运动速度和压力,大大减少了零件间的磨损,保证了配油的准确,增加了柱塞泵的可靠性和寿命,而且相比传统柱塞泵的零件数目更少,降低了制造成本。
在一些实施方式中,摆动机构包括摆动轴、第一摆动盘、摆动座、压板和压板弹簧,其中摆动轴一端安装在泵主轴内,另一端依次安装有压板和压板弹簧,摆动轴通过轴承安装在第一摆动盘内,第一摆动盘活动安装在摆动座内,摆动座固定在泵壳体内。由于摆动机构使用摆动运动来取代传统机构的转动动作,其运动范围更小,且工作速度和工作压力小。
在一些实施方式中,偏心机构包括偏心轴、偏心轮和偏心轴承,其中偏心轴一端与摆动轴连接,并用轴承安装在泵缸体内,偏心轮安装在偏心轴上,偏心轴承安装在偏心轮上,偏心轴的一端设有内锥面,内锥面与压板弹簧连接,且设有凹槽,摆动轴的一端安装在凹槽内。偏心机构的旋转中心和壳体不一致,因此偏心轴承能通过偏心轴的旋转而适时改变和配油机构的距离,使得配油机构能及时的配油,保证了配油的准确和高效,而内锥面能契合压板弹簧的角度,以此保证压板弹簧能被压住而不脱离摆动轴,凹槽的设计能保证摆动轴和偏心轴的连接牢固,来保证结构的可靠性。
在一些实施方式中,配油机构包括泵阀芯、弹簧和泵阀盖,其中弹簧一端与泵阀芯连接,另一端与泵阀盖连接,泵阀芯和偏心轴承匹配,泵阀盖安装在泵缸体上,泵阀芯开设有配油槽,配油槽和空腔连通。配油机构利用弹簧控制泵阀芯的位置,以控制配油槽和进出油孔的连通情况,使空腔及时改变大小来进行配油。
在一些实施方式中,摆动盘式油缸马达包括曲轴、第二摆动盘、油缸、配油阀、拨叉、连杆和壳体,其中第二摆动盘安装在曲轴上,油缸分别与第二摆动盘和配油阀连接,拨叉安装在油缸上,连杆一端与配油阀连接,另一端与拨叉连接,曲轴、油缸和配油阀均安装在壳体上,壳体设有进油孔和出油孔。摆动盘式油缸马达通过拨叉和连杆的动作使配油阀相应地进行配油,使多个油缸进行不同的动作,从而推动摆动盘摆动,并使曲轴转动,以此带动负载运动。本发明不再使用配油盘进行平面配油,结构简单,减少了旋转部件,配油准确,能减少配油时的磨损和漏油问题,可靠性,寿命长。
在一些实施方式中,配油阀包括马达阀体、马达阀芯和马达阀盖,其中马达阀盖安装在马达阀体两端,马达阀芯安装在马达阀体内,连杆一端与马达阀芯连接,并安装在马达阀体上,马达阀体设有第一油孔、第二油孔和第三油孔,其中第一油孔与油缸连接,第二油孔与进油孔通过油管连接,第三油孔与出油孔通过油管连接,马达阀芯设有第一槽和第二槽,第一槽、第二槽与第二油孔和第三油孔均匹配,马达阀芯设有平衡孔。配油阀通过马达阀芯在马达阀体内的左右运动,能适时地对油缸进行配油,以此保证油缸的运动准确,而配油阀内设置的各种孔和槽是为了方便液压油的进出。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式的船舰液压驱动控制系统的结构示意图。
图2为图1所示船舰液压驱动控制系统的液压泵组件的结构示意图。
图3为图1所示船舰液压驱动控制系统的液压站的原理示意图。
图4为图1所示船舰液压驱动控制系统的螺旋桨组件的结构示意图。
图5为图2所示液压泵组件的摆动盘式轴向柱塞泵的结构示意图。
图6为图5所示液压泵组件的摆动盘式轴向柱塞泵A-A剖面的左视图。
图7为图5所示摆动盘式轴向柱塞泵的第一摆动盘的结构示意图。
图8为图5所示摆动盘式轴向柱塞泵的偏心机构的结构示意图。
图9为图5所示摆动盘式轴向柱塞泵的配油机构的结构示意图。
图10为图4所示螺旋桨组件的摆动盘式油缸马达的结构示意图。
图11为图10所示螺旋桨组件的摆动盘式油缸马达的左视图。
图12为图10所示摆动盘式油缸马达的配油阀的结构示意图。
图13为图10所示摆动盘式油缸马达的配油阀的俯视图。
图14为图10所示摆动盘式油缸马达的配油阀的B-B剖面的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
参考图1,本发明的船舰液压驱动控制系统,包括液压泵组件1、液压站2、螺旋桨组件3和船舰体4。液压泵组件1为两个,两个液压泵组件1均通过油管和液压站2连接,液压站2通过油管和螺旋桨组件3连接,螺旋桨组件3可以为多个,这里使用六个螺旋桨组件,六个螺旋桨组件3用螺栓对称安装在船舰体4的左右两边,两个液压泵组1分别独立驱动一边的螺旋桨组件3,液压泵组件1和液压站2也用螺栓安装在船舰体4上。
参考图2,液压泵组件1包括摆动盘式轴向柱塞泵11、第一联轴节12和发动机13。第一联轴节12一端和摆动盘式轴向柱塞泵11连接,另一端和发动机13连接,摆动盘式轴向柱塞泵11和发动机13均安装在船舰体4上。
参考图5—图9,摆动盘式轴向柱塞泵11包括泵主轴111、摆动机构112、柱塞113、偏心机构114、配油机构115、泵壳体116和泵缸体117。主轴111通过轴承安装在泵壳体116内,主轴111还设有轴孔,轴孔大小和摆动轴1121相匹配,摆动机构112一端和主轴111连接,另一端和偏心机构114连接,柱塞113一端和摆动机构112连接,另一端安装在泵缸体117内,并使安装后的柱塞113和缸体117之间留出一定大小的空腔1173,偏心机构114和配油机构115之间互相接触,主轴111和摆动机构112均安装在泵壳体116内,偏心机构114和配油机构115均安装在泵缸体117内,泵壳体116和泵缸体117用螺栓连接。
摆动机构112包括摆动轴1121、第一摆动盘1122、摆动座1123、压板1124和压板弹簧1125。其中摆动轴1121一端安装在泵主轴111的轴孔内,另一端先安装有多个柱塞113,再将压板1124安装上去并压住所有的柱塞113,最后再安装压板弹簧1125使其固定住压板1124,摆动轴1121通过轴承安装在第一摆动盘1122内,摆动盘1122活动安装在摆动座1123内,使摆动盘1122能在摆动座1123内摆动,摆动座1123固定在泵壳体116内。
偏心机构114包括偏心轴1141、偏心轮1142和偏心轴承1143。偏心轴1141的一端设有内锥面11411,内锥面11411和压板弹簧1125连接,即该内锥面11411顶住压板弹簧1125的一端,而内锥面11411还设有凹槽11412,摆动轴1121的一端两边铣扁,然后插入到凹槽11412内,使其安装在凹槽11412内,即偏心轴1141一端和摆动轴1121连接,使偏心轴1141可以跟随摆动轴1121的摆动而转动,并用轴承安装在泵缸体117内,偏心轴1141的另一端安装有偏心轮1142,偏心轴承1143安装在偏心轮1142上,另外,偏心轴1141,偏心轮1142和偏心轴承1143的旋转中心都一样,但都和泵主轴111的旋转中心不一致。
每个柱塞113都配有一个配油机构115的泵阀芯1151,配油机构115包括泵阀芯1151、弹簧1152和泵阀盖1153,其中弹簧1152一端和泵阀芯1151连接,另一端和泵阀盖1153连接,泵阀芯1151和偏心轴承1143接触,泵阀盖1153安装在泵缸体117上,泵阀芯1151开设有配油槽11511。泵缸体117还设有吸油孔1171和压油孔1172。吸油孔1171和压油孔1172会随着配油机构115的控制而和配油槽11511连通或者关闭,另外,配油槽11511和空腔1173连通。
摆动盘式轴向柱塞泵11工作时,泵主轴111旋转,泵主轴111旋转带动摆动机构112中的摆动轴1121一端绕泵主轴111中心旋转,因此摆动轴1121上的第一摆动盘1122会随之摆动。第一摆动盘1122摆动会推动柱塞113在缸体117内运动,而由于第一摆动盘1122上的柱塞113位置各不相同,因此一部分柱塞113会往内运动,另一部分的柱塞113会往外运动,同时摆动轴1121的另一端带动偏心机构114旋转,由于各个泵阀芯1151和泵主轴111旋转中心的距离不相同,偏心轴承1143会顶起一部分配油机构115中的泵阀芯1151,使这部分阀芯1151处于顶起状态,而另一部分的泵阀芯1151则处于收缩状态。这时,往外运动的柱塞113和处于顶起状态的泵阀芯1151会配合,柱塞113往外运动,空腔1173变大,空腔1173内压力减小,而顶起状态的泵阀芯1151,弹簧1152受到压缩,泵阀芯1151往上,配油槽11511和吸油孔1171连通,压油孔1172被泵阀芯251封闭,液压油从吸油孔1171被吸入到空腔1173内,这部分柱塞113完成吸油过程,同时,往内运动的柱塞113和处于收缩状态的泵阀芯1151会配合,柱塞113往里运动,空腔1173变小,空腔1173内压力增大,而收缩状态的泵阀芯1151,在弹簧1152的弹力作用下,泵阀芯1151往下,配油槽11511和压油孔1172连通,吸油孔1171被泵阀芯1151封闭,液压油从空腔1173中被压出到压油孔1172外,这部分柱塞113完成压油过程。以上,摆动盘式轴向柱塞泵11完成了一次工作,而随着摆动轴1121不断摆动和第一摆动盘1122不断地摆动,柱塞113和泵阀芯1151的位置不断变换,即摆动盘式轴向柱塞泵11不断地工作,为液压系统提供动力。
参考图4,螺旋桨组件3包括摆动盘式油缸马达31、第二联轴节32、主轴33、螺旋桨34和支架35。第二联轴节32一端和摆动盘式油缸马达31连接,另一端和主轴33的一端连接,主轴3的另一端和螺旋桨4连接,主轴33用轴承安装在支架35上,摆动盘式油缸马达31和支架35用螺栓直接在船舰体4上。
参考图10—图14,摆动盘式油缸马达31包括曲轴311、第二摆动盘312、油缸313、配油阀314、拨叉315、连杆316和马达壳体317。曲轴311和联轴节32通过平键连接,第二摆动盘312用轴承安装在曲轴311上,油缸313有多个,多个油缸313均与第二摆动盘312连接,每个油缸313都连接有一个配油阀314,拨叉315安装在油缸313上,连杆316一端和配油阀314连接,另一端和拨叉315连接,曲轴311、油缸313和配油阀314均安装在马达壳体317上,壳体317还设有进油孔3171和出油孔3172。另外,油缸313具有空腔和有杆腔,而曲轴311具有偏心部分3111,偏心部分3111的轴心和壳体317的轴心不重合。
配油阀314包括马达阀体3141、马达阀芯3142和马达阀盖3143。马达阀盖3143用螺栓安装在马达阀体3141两端,马达阀芯3142安装在马达阀体3141内,连杆316一端用元销和阀芯3142连接,并安装在阀体3141上。阀体3141设有第一油孔31411、第二油孔31412和第三油孔31413,第一油孔31411和油缸313的空腔用通过油管连通,第二油孔31412和进油孔3171通过油管连接,第三油孔31413和出油孔3172通过油管连接。马达阀芯3142设有第一槽31421和第二槽31422,第一槽31421和第二槽31422都是环槽,第一槽31421、第二槽31422的大小与第二油孔31412和第三油孔31413大小相匹配,而且位置也匹配,另外在第一槽31421和第二槽31422之间,马达阀芯3142设有一定的斜面,方便液压油流入槽中。
另外,马达阀芯3142较马达阀体3141和马达阀盖3143围成的腔要小,为了使马达阀芯3142能在马达阀体3141内运动,马达阀芯3142还设有平衡孔31423,使得马达阀芯142和马达阀盖143之间的两边间隙的压力相等,使得马达阀芯142能顺利地运动。
摆动盘式油缸马达31工作时,一部分油缸313连接的拨叉315会带动连杆316,拉动马达阀芯3142向左运动,此时,第三油孔31413被封闭,第一油孔31411和第二槽31422连通,液压油从进油孔3171流入到第二油孔31412,再通过马达阀芯3142的第二槽422,从第一油孔31411流出,最后流入油缸331的空腔内,油缸313活塞杆伸出,这部分油缸313处于伸出状态;而另一部分油缸313连接的拨叉315会带动连杆316,拉动马达阀芯3142向右运动,此时,第二油孔31412被封闭,第一油孔31411和第一槽31421连通,液压油从油缸313的空腔流出,再通过第一油孔31411流入到第一槽31421内,然后通过第三油孔31413流出,最后通过出油孔3172流回到液压系统中,由于液压油从油缸313的空腔内流出,油缸313活塞杆缩回,这部分油缸313处于缩回状态。
处于伸出状态的油缸313和处于缩回状态的油缸313一起配合会推动第二摆动盘312摆动,再推动曲轴311转动,而由于曲轴311的偏心部分3111和马达壳体317轴心不重合,使得所有油缸313的中心连线交点和曲轴311的偏心部分3111的中心并不重合,当曲轴311旋转时,油缸313产生摆动,同时油缸313上的拨叉315也会摆动,带动连杆316使阀芯3142移动,使得油缸313的活塞杆动作逐渐改变,最后使油缸313的状态相应改变,即伸出状态的油缸313会变成缩回状态的油缸313,缩回状态的油缸313则会变成伸出状态的油缸313,使得油缸313交替不断地伸出和缩回活塞杆,也因此能使曲轴311不断地旋转,带动负载不停工作。
参考图3,液压站2包括电磁换向阀21、电磁溢流阀22、回油过滤器23和油箱24。电磁换向阀21选用二位四通电磁换向阀,数目和螺旋桨组件3相等,都为五个,其P油口和液压泵组件1的摆动盘式轴向柱塞泵11的压油孔1172用油管连接,A油口和摆动盘式油缸马达31的进油孔3171用油管连接,B油口和摆动盘式油缸马达31的出油孔3172用油管连接,T油口连接回油过滤器23后通过油管连接到油箱24。摆动盘式轴向柱塞泵11的吸油孔1171和油箱24连接,另外,电磁溢流阀22连接在摆动盘式轴向柱塞泵11和回油过滤器23之间。
本发明工作时,首先启动液压泵组件1的发动机13,并启动电磁溢流阀22,之后根据想要启动的螺旋桨组件3,并对控制该螺旋桨组件3的电磁换向阀21通电,使电磁换向阀21换到左位。然后摆动盘式轴向柱塞泵11会从油箱24中吸油并压到对应的摆动盘式油缸马达31中,摆动盘式油缸马达31带动螺旋桨34旋转,并推动船舰前进。
当需要控制船舰的速度时,可以控制发动机13的功率,以此控制摆动盘式轴向柱塞泵11的输出流量,则能降低摆动盘式油缸马达31的曲轴311的旋转速度,从而降低螺旋桨34的旋转速度,依次控制船舰的速度。当需要控制船舰转向时,可以选择启动船舰体4上不同位置的螺旋桨组件3来进行转向,例如,当需要左转时,可以启动船舰体4左前方的螺旋桨组件3和右下方的螺旋桨组件3,而需要右转时,可以启动船舰体4右前方的螺旋桨组件3和左下方的螺旋桨组件3,并通过使各个螺旋桨组件3的螺旋桨34的转速不一致来控制转弯幅度的大小。当需要停止,只需要切断电磁换向阀21、电磁溢流阀22和发动机13的供电,电磁换向阀21切回右位,摆动盘式轴向柱塞泵11停止供油,因此摆动盘式油缸马达31的曲轴311停止转动,螺旋桨34停止转动,船舰停下。由于是由液压系统控制,因此使用本发明的船舰能轻松实现无极变速,又采用了可靠性高,寿命长的耐高压大功率的摆动盘式轴向柱塞泵11和摆动盘式油缸马达31,简化结构,提高性能,降低成本,并且采用多组件联合转向,操作方便,机动灵活。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。