CN105599864B - 一种抛锚操纵控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抛锚操纵控制系统，所述抛锚操纵控制系统包括：刹车控制装置、液压控制装置、带式制动器以及测速装置。所述刹车控制装置包括：PLC控制器和电子放大模块；所述液压控制装置包括：吸油截止阀(1)、双联叶片泵(2)、电机(3)、高压滤器(4)、单向阀(5)、压力继电器(6)、电磁换向阀(7)、单向节流阀(8)、刹车油缸(9)、压力表(10)、比例溢流阀(11)和溢流阀(12)。本发明的抛锚操纵控制系统响应速度快、控制效果好。本发明通过测速装置准确测量锚链速度，并对速度进行反馈控制，而不是像现有设备那样，只能进行粗略控制，因此，本发明的控制精度更高。

Description

一种抛锚操纵控制系统

技术领域

本发明涉及船用机械设备领域，具体涉及一种用于起锚机(或称锚绞设备)的抛锚操纵控制系统。

背景技术

起锚机是船舶上的一种甲板机械，用来收、放锚和锚链。起锚机通常安装在船舶艏部主甲板上，供舰船起锚，抛锚系缆时使用。

当自由抛锚时，随着锚和锚链的速度急速增加，动能也急剧增加，大型锚机如果仅配置传统的手动刹车机构来控制抛锚速度，难度很大，且劳动强度也很大，因此大功率锚机(需要一种更为快速有效的方法)对自由抛锚速度进行控制。

国内有部分锚机采用液压反馈机械制动式方案，当锚和锚链自由下落时，锚链轮通过增速齿轮带动控制抛锚速度的小油泵转动，打出的压力油进入油缸刹紧刹车。随着抛锚速度的增加，使小油泵打出的油也增加，由于液压系统中阀的作用，使小油泵打出油的压力也增加，那么刹车油缸的制动力也增加，自动使抛锚速度降低。该方案的缺点是响应速度慢，速度控制效果不好，系统复杂，调节和调试复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种响应速度快、控制效果好、调试简单的新型抛锚操纵控制系统，改进自由抛锚速度控制的效果。

具体而言，本发明提供一种抛锚操纵控制系统，其特征在于，所述抛锚操纵控制系统包括：刹车控制装置、液压控制装置、带式制动器以及测速装置。

进一步地，所述刹车控制装置包括：PLC控制器和电子放大模块；

所述液压控制装置包括：吸油截止阀、双联叶片泵、电机、高压滤器、单向阀、压力继电器、电磁换向阀、单向节流阀、刹车油缸、压力表、比例溢流阀和溢流阀，所述吸油截止阀安装在液压控制装置的吸油回路中，用于控制吸油回路的通断，吸油回路一端与储油缸相连，另一端分成两个供油支路，分别连接至所述刹车油缸中的活塞两侧空间，所述双联叶片泵安装在所述吸油回路中，靠近所述吸油截止阀，所述电机用于驱动所述双联叶片泵，所述高压滤器、单向阀和电磁换向阀顺序串联在所述吸油回路的主回路中，所述液压控制装置中还包括回油支路，所述电磁换向阀用于控制吸油回路的主回路、两个供油支路以及回油支路之间的交叉连通，所述测速装置用于测量锚链的行进速度，并将所测得的行进速度反馈至所述PLC控制器，所述PLC控制器将所测得的速度与预设速度进行比较，获得反馈信号，并将反馈信号输出至所述电子放大模块进行放大，所述电子放大模块将放大信号输出至所述液压控制装置以便控制所述刹车油缸内的油压，所述刹车油缸与所述带式制动器相连，所述刹车油缸的活塞用于驱动带式制动器的制动带。

进一步地，所述高压滤器用于过滤油中的杂质；所述单向阀用于防止吸油回路中的油回流。

进一步地，所述压力表安装在一个供油支路中，用于测量供油支路中的油压。

进一步地，所述带式制动器包括：制动钢带、制动带以及传动机构，所述制动带固定在所述制动钢带的内侧，所述制动钢带包括固定端和活动端，所述制动钢带的活动端与所述传动机构的一端相连，所述传动机构的另一端与所述刹车油缸相连。

进一步地，所述传动机构包括：活塞杆、调节螺母、连接套、螺杆、传动螺母以及拉板，所述活塞杆为刹车油缸的活塞杆或者与刹车油缸的活塞杆相连，所述调节螺母用于调节所述活塞杆的伸出长度，所述连接套用以连接所述螺杆与活塞杆，所述传动螺母上铰接有一对滑块，嵌入所述拉板的滑槽内，所述螺杆与所述传动螺母通过螺纹连接。

进一步地，所述活塞杆的顶端具有外螺纹，用以与所述连接套连接；所述带式制动器还包括操作手轮，所述操作手轮与所述拉板直接或间接相连。

进一步地，所述制动钢带由两个半圆形的钢带制成，二者中间铰接在一起，受控的立式起锚绞盘安装于所述制动钢带的两个半圆内侧，所述刹车油缸上安装有行程开关，用以指示其工作状态，所述制动带由不含石棉的摩擦材料制成，由螺钉固定在制动钢带内侧。

在一种优选实现方式中，该抛锚操纵控制系统包括离合器装置，所述离合器装置包括：上半离合器、下半离合器、传动轴、第一中间轴、支架、拨叉、第二中间轴、活塞杆、油管接头、活塞、限位套、油缸以及压簧，所述传动轴一端与操作手轮相连，另一端与所述第一中间轴相连，所述支架用于支撑所述传动轴和所述第一中间轴、所述拨叉呈L型，其一端安装销轴，插入所述第二中间轴的滑槽内，另一端铰接有滑块，嵌入下半离合器的滑槽内，所述拨叉的中部通过安装座可旋转地固定，所述油管接头与压力输油管相连，所述压力输油管上设置有电控阀门，所述电控阀门与所述远程控制器相连，受所述远程控制器控制，所述活塞杆一端与所述第二中间轴相连，另一端固定在所述活塞上，所述压簧置于所述油缸内，一端抵在所述活塞上，另一端抵在所述油缸的端盖上。

本发明的抛锚操纵控制系统响应速度快、控制效果好，既能够实现远程抛锚控制，又能够保留人力操作功能，提高可靠性。在采用制动控制时，通过测速装置准确测量锚链速度，并对速度进行反馈控制，而不是像现有设备那样，只能进行粗略控制。

附图说明

图1为本发明的抛锚操纵控制系统的原理及结构示意图，其中a为刹车控制装置的原理图，b为刹车控制的流程图；

图2为在本发明的一个实施例中所采用的离合器装置的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中的所采用带式制动器的结构示意图；

图4为图3中所示制动器的传动机构的结构示意图；

图5为本发明一个实施例中采用的测速装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，图中a图示出了刹车控制装置的原理图，b图示出了刹车控制的流程图。

本实施例中的抛锚操纵控制系统，主要由刹车控制装置、液压控制装置、带式制动器以及测速装置四个部分组成。核心为刹车控制装置和液压控制装置，下面就针对这两个部件主要进行详细描述。

刹车控制装置起到核心控制器作用，其包括：PLC控制器和电子放大模块，也可以包括远程服务器，用于对整个设备进行控制。

如图1中的a图所示，液压控制装置包括：吸油截止阀1、双联叶片泵2、电机3、高压滤器4、单向阀5、压力继电器6、电磁换向阀7、单向节流阀8、刹车油缸9、压力表10、比例溢流阀11和溢流阀12。

吸油截止阀1安装在液压控制装置的吸油回路中，靠近所述吸油截止阀1，用于控制吸油回路的通断。如图所示，吸油回路下端与储油缸相连，上端分成两个供油支路，左侧连接至刹车油缸9的制动侧(即注油后促使设备制动)，右侧连接至刹车油缸9的放松侧(与制动侧反之)。图中，从下至上沿着供油回路分别是吸油截止阀1、双联叶片泵2(配有电机3为其提供动力)、高压滤器4、单向阀5、压力继电器6、电磁换向阀7。

到达电磁换向阀7之后，油路产生了分支，左侧分支联通后可以推动刹车油缸9的活塞向右运动，增强制动力，右侧分支连通后可以推动活塞向左运动，减小制动力。图中电磁换向阀7右侧下方的回路用于将油释放回储油罐(油箱)，我们称为回油支路。电磁换向阀7可以分别将上方的两个供油支路分别与下方的供油主回路和回油支路相连通。

单向节流阀8安装在左侧回路中，用于控制流量。测速装置用于测量锚链的运动速度，并将所测得的行进速度反馈至PLC控制器，PLC控制器将所测得的速度与预设速度进行比较，获得反馈信号，并将反馈信号输出至所述电子放大模块进行放大，电子放大模块将放大信号输出至液压控制装置以便控制刹车油缸9内的油压，刹车油缸9与带式制动器相连，所述刹车油缸的活塞用于带式制动器的制动带。

图中的高压滤器4用于过滤油中的杂质；单向阀5用于防止吸油回路中的油回流。压力表10安装在右侧的供油支路中，用于测量供油支路中的油压。

如图1所示，在液控自由抛锚过程中，首先电磁换向阀(件7)的Y₃电磁铁得电换向，辅泵油路刹车回路的液压油进入油缸P腔顶着压簧松开刹车。由于松开刹车过程中制动器刹车油缸内的压簧不会产生位移的改变，所以压簧始终有1.3倍额定负载的制动力，当P腔进入液压油后，刹车带松边的拉力变小，在整个过程中压簧的预压紧力是靠刹车带松边制动力和液压油的压力共同作用来平衡的：

当刹车松开后锚开始下落，随着抛出锚链长度的增加，锚链下抛速度也逐渐增大。测速装置采集锚链下抛速度数据输入PLC经计算处理后，并与预先设定值比较，当锚链速度达到上限值时，PLC发出控制指令，电磁换向阀(件11)换向并回到中位，刹车油缸P腔泄油，开始刹车进行限速。当测速装置采集锚链下抛速度数据低于下限值时，PLC控制电磁换向阀Y₃电磁铁得电,液压油进入P腔，降低刹车制动力，提高下锚链抛速度，这样使得锚链速度在规定范围中。在整个抛锚过程中，锚链长度和速度可实现数显及远程传输。

在本实施例中，制动器和测速装置采用常规的制动器和测速装置，这里不再详述。此外，抛锚操纵控制系统还可以包括离合器装置。

实施例2

在本实施例中，抛锚操纵控制系统的刹车控制装置和液压控制装置与实施例1相同，只是，在本实施例中，抛锚操纵控制系统采用了独特设计的离合器。

参见图2，本实施例的离合器包括：传动轴2-1、第一中间轴2-2、支架2-3、拨叉2-4、第二中间轴2-5、活塞杆2-6、油管接头2-7、活塞2-8、限位套2-9、离合油缸2-10以及压簧2-11。以上构成了离合器的控制部分，离合器自身还分上半离合器与下半离合器两部分，上半离合器固定不动，只有下半离合器通过本发明中的拨叉控制能够实现上移和下移。当下半离合器上移时，上下两半离合器才咬合在一起，下半离合器下移时，二者分离。

下面介绍本实施例中的各个部件之间的连接关系。传动轴2-1的左侧与操作手轮(图中未画出)相连，右侧与第一中间轴2-2相连，支架2-3用于支撑传动轴2-1和第一中间轴2-2。拨叉2-4呈L型，其一端安装销轴，插入第二中间轴2-5的滑槽内，另一端铰接有滑块，嵌入半离合器的滑槽内。拨叉2-4的中部通过安装座可旋转地固定，图中，安装座从右侧伸向拨叉2-4，通过水平的安装轴将拨叉2-4按到安装座上。第二中间轴2-5能够带动拨叉2-4的下端左右移动，进而带动拨叉2-4的另一端上下移动。油管接头2-7与压力输油管相连，压力输油管上设置有电控阀门，电控阀门与远程控制器相连，受远程控制器控制，可以向离合油缸A腔中通入压力油。

活塞杆2-6一端与第二中间轴2-5相连，另一端固定在活塞2-8上，活塞2-8将离合油缸2-10分隔成第一腔体(图中左侧)和第二腔体(图中右侧)，油管接头2-7与第一腔体相通，压簧2-11置于第二腔体内，压簧2-11置于离合油缸2-10内，一端抵在活塞2-8上，另一端抵在离合油缸2-10的缸壁。图中仅画出了一个油管接头2-7，实际上还有另一个油管接头，与第二路供油支路相连。

离合器可以通过图1中双联叶片泵2的一路来控制。

实施例3

在本实施例中，各个部件与实施例2类似，只是在本实施例中，采用了一种独特设计的制动器。

如图3和4中所示，本实施例的制动器包括：制动钢带31、制动带32、刹车油缸33(替代实施例1中的刹车油缸9)以及传动机构34。

如图3所示，制动带32固定在制动钢带31的内侧。制动钢带31由两个半圆形的钢带制成，二者中间铰接在一起，受控的立式起锚绞盘安装于制动钢带31的两个半圆内侧。制动钢带31分为紧边和松边，其中紧边的一端通过固定接头固定在安装基座上，另一端通过销轴与松边铰接。松边两端分别与紧边和传动机构的拉板铰接。制动带是无石棉的摩擦材料，由螺钉固定在制动钢带内侧。

所述刹车油缸33的推进和退回是由PLC控制器控制刹车油缸33左侧和右侧供油来实现的，主要是控制比例溢油阀。

图4示出了传动机构的具体构造。如图所示，传动机构主要包括：活塞杆41、调节螺母42、连接套43、螺杆44、传动螺母45以及拉板46。此外，传动机构的另一侧还有箱形支座47以及用于连接手轮的连杆48。

活塞杆41为刹车油缸33的活塞杆，如图所示，油缸活塞杆41顶端具有外螺纹，与连接套43连接，可通过调节螺母42调节活塞杆41初始伸出长度，连接套43用于连接制动螺杆44与油缸活塞杆41，连接套43内部安装有推力轴承，可降低螺杆右侧产生的摩擦阻力矩。

为保证操作过程的安全，自动控制的制动器需为常闭式，在刹车油缸左侧腔内安装弹簧，弹簧两端分别抵于油缸活塞与端盖上，使得由于油缸内弹簧的作用，推动油缸内活塞及活塞杆41向右移动，通过连接套42和螺杆44螺母45带动拉板下端向右移动，经拉板46的杠杆作用将制动带松边向左拉动，从而使制动器紧闸产生制动效果。在此过程中，螺杆44通过导向键在手轮传动轴里面滑动，不会与手动操作的手轮发生干扰。

需要说明的是，在实施例3中，为了便于说明，刹车油缸的视图进行了适当调整，本领域技术人员应该知道如何将实施例3中的刹车油缸与图1和2中的设备结合起来。

在另一个实施例中，在制动轮下装有一个测速齿轮(齿数：241)，通过它来带动小齿轮(齿数：24)，而小齿轮再带动测速装置，通过测速编码器来测得锚链的移动速度和抛出长度。测速装置用来检测抛出锚链长度以及锚链移动速度。本实施例中，所采用的测速装置如图5所示，其中包括：固定架51、小齿轮52、联轴器53、编码器54。通过固定架(件51)将装置安装在锚绞盘测速轮旁边，小齿轮52与测速轮相啮合，由于测速轮齿数多，小齿轮齿数少，锚链轮旋转时带动小齿轮增速旋转，从而带动编码器轴高速旋转。编码器54每转产生300个脉冲，只要记录累计脉冲数，即可得到抛出锚链的长度；同样在小段时间间隔内采样脉冲数，通过软件计算可得到锚链移动速度。

离合器装置通过双联叶片泵的另一路供油支路进行供油，采用了与制动器相类似的液压控制方式，液控自由抛锚工况开始时，首先由PLC向离合器液压控制回路中的换向阀件发出指令，离合器控制油缸进油，推动活塞顶开压簧，带动离合器拨叉将上下半离合器分离，分离完成后行程开关到位信号返回PLC，提示自由抛锚工况就绪，然后进入自由抛锚限速程序，限速原理同上。液控自由抛锚工况完成后，制动器及离合器液压控制回路均回油至油箱，制动钢带完全制动，离合器处于闭合状态。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抛锚操纵控制系统，其特征在于，所述抛锚操纵控制系统包括：刹车控制装置、液压控制装置、带式制动器以及测速装置

所述刹车控制装置包括：PLC控制器和电子放大模块；

所述液压控制装置包括：吸油截止阀(1)、双联叶片泵(2)、电机(3)、高压滤器(4)、单向阀(5)、压力继电器(6)、电磁换向阀(7)、单向节流阀(8)、刹车油缸(9)、压力表(10)、比例溢流阀(11)和溢流阀(12)，所述吸油截止阀(1)安装在液压控制装置的吸油回路中，用于控制吸油回路的通断，吸油回路一端与储油缸相连，另一端分成两个供油支路，分别连接至所述刹车油缸(9)中的活塞两侧空间，所述双联叶片泵(2)安装在所述吸油回路中，靠近所述吸油截止阀(1)，所述电机(3)用于驱动所述双联叶片泵(2)，所述高压滤器(4)、单向阀(5)和电磁换向阀(7)顺序串联在所述吸油回路的主回路中，所述液压控制装置中还包括回油支路，所述电磁换向阀(7)用于控制吸油回路的主回路、两个供油支路以及回油支路之间的交叉连通，所述测速装置用于测量锚链的运动速度，并将所测得的运动速度反馈至所述PLC控制器，所述PLC控制器将所测得的速度与预设速度进行比较，获得反馈信号，并将反馈信号输出至所述电子放大模块进行放大，所述电子放大模块将放大信号输出至所述液压控制装置以便控制所述刹车油缸(9)内的油压，所述刹车油缸(9)与所述带式制动器相连，所述刹车油缸(9)的活塞用于驱动带式制动器的制动带，所述比例溢流阀与两个所述供油支路中的至少一个相连，用于控制供油支路中的油压，该抛锚操纵控制系统还包括离合器装置，所述离合器装置包括：上半离合器、下半离合器、传动轴、第一中间轴、支架、拨叉、第二中间轴、活塞杆、油管接头、活塞、限位套、油缸以及压簧，所述传动轴一端与操作手轮相连，另一端与所述第一中间轴相连，所述支架用于支撑所述传动轴和所述第一中间轴、所述拨叉呈L型，其一端安装销轴，插入所述第二中间轴的滑槽内，另一端铰接有滑块，嵌入下半离合器的滑槽内，所述拨叉的中部通过安装座可旋转地固定，所述油管接头与压力输油管相连，所述压力输油管上设置有电控阀门，所述电控阀门与远程控制器相连，受所述远程控制器控制，所述活塞杆一端与所述第二中间轴相连，另一端固定在所述离合器装置的活塞上，所述压簧置于所述离合器装置的油缸内，一端抵在所述离合器装置的活塞上，另一端抵在所述离合器装置的油缸的端盖上。

2.根据权利要求1所述的抛锚操纵控制系统，其特征在于，所述高压滤器(4)用于过滤油中的杂质；所述单向阀(5)用于防止吸油回路中的油回流。

3.根据权利要求1所述的抛锚操纵控制系统，其特征在于，所述压力表(10)安装在一个供油支路中，用于测量供油支路中的油压。

4.根据权利要求1所述的抛锚操纵控制系统，其特征在于，所述带式制动器包括：制动钢带(31)、制动带(32)以及传动机构(34)，所述制动带(32)固定在所述制动钢带(31)的内侧，所述制动钢带(31)包括固定端和活动端，所述制动钢带(31)的活动端与所述传动机构(34)的一端相连，所述传动机构(34)的另一端与所述刹车油缸相连。

5.根据权利要求4所述的抛锚操纵控制系统，其特征在于，所述传动机构(34)包括：活塞杆(41)、调节螺母(42)、连接套(43)、螺杆(44)、传动螺母(45)以及拉板(46)，所述传动机构的活塞杆(41)为刹车油缸(9)的活塞杆或者与刹车油缸(9)的活塞杆相连，所述调节螺母(42)用于调节所述传动机构的活塞杆(41)的伸出长度，所述连接套(43)用以连接所述螺杆(44)与所述传动机构的活塞杆(41)，所述传动螺母(45)上铰接有一对滑块，嵌入所述拉板(46)的滑槽内，所述螺杆(44)与所述传动螺母(45)通过螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的抛锚操纵控制系统，其特征在于，所述传动机构的活塞杆(41)的顶端具有外螺纹，用以与所述连接套(43)连接；所述带式制动器还包括操作手轮，所述带式制动器的操作手轮与所述拉板(46)直接或间接相连。

7.根据权利要求4所述的抛锚操纵控制系统，其特征在于，所述制动钢带(31)由两个半圆形的钢带制成，二者中间铰接在一起，受控的立式起锚绞盘安装于所述制动钢带(31)的两个半圆内侧，所述刹车油缸(9)上安装有行程开关，用以指示其工作状态，所述制动带由不含石棉的摩擦材料制成，由螺钉固定在制动钢带内侧。