CN105882914A - 伺服电机直接驱动的减摇鳍装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服电机直接驱动的减摇鳍装置，包括鳍、执行机构、螺旋丝杠传动机构、伺服电机、控制器、鳍角反馈装置，所述控制器根据传感器采集到的横摇角速度信号运算得到相应的转鳍指令，输出控制信号给伺服电机，驱动伺服电机按转鳍指令运转，所述伺服电机连接螺旋丝杠传动机构，通过螺旋丝杠传动机构将电机的旋转运动转化为丝杠的直线运动，所述螺旋丝杠传动机构通过执行机构连接鳍，用于通过执行机构转换成鳍的旋转运动，实现转鳍运动。该装置具有响应速度快、结构简单，能明显减少装置的体积重量的特点，并能彻底解决系统效率低、漏油、噪声大及发热问题，大幅度提高系统可靠性和维修性。

Description

伺服电机直接驱动的减摇鳍装置

技术领域

本发明涉及一种船舶减摇，尤其是一种伺服电机直接驱动的减摇鳍装置。

背景技术

现有减摇鳍装置是集机械、液压、电气及控制为一体的船用特种设备，其转鳍驱动系统采用电液伺服系统，具有输出力矩大、适用范围广、能实现无级调速等特点。

由于减摇鳍液压系统在工作时有一个从电能转换为液压能再转换成机械能的过程，这样一个两次转换过程必然会引起能量的损失与消耗，再加上管路的布置，元器件的误差等因素，最终导致减摇鳍液压系统的效率较低，装置功率偏大。典型的减摇鳍液压系统由液压泵站、阀组、管路、转鳍油缸及其他部件组成，占舱空间大，元件数量较多，振动噪声大，系统可靠性较低，同时液压系统自身的漏油、发热、管路布置等问题，使得系统维护保养困难。因此，液压驱动减摇鳍装置在传动效率、振动噪声、系统可靠性和维护保养等方面均存在一定程度的缺陷与不足。

发明内容

为了克服现有减摇鳍装置液压伺服系统存在的不足，本发明提供一种伺服电机直接驱动的减摇鳍装置，通过电机直接驱动机械传动机构并最终带动鳍叶转动，实现减摇功能，该装置具有响应速度快、结构简单，能明显减少装置的体积重量的特点，并能彻底解决系统效率低、漏油、噪声大及发热问题，大幅度提高系统可靠性和维修性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种伺服电机直接驱动的减摇鳍装置，包括鳍、执行机构、螺旋丝杠传动机构、伺服电机、控制器、鳍角反馈装置，所述控制器根据传感器采集到的横摇角速度信号运算得到相应的转鳍指令，输出控制信号给伺服电机，驱动伺服电机按转鳍指令运转，所述伺服电机连接螺旋丝杠传动机构，通过螺旋丝杠传动机构将电机的旋转运动转化为丝杠的直线运动，所述螺旋丝杠传动机构通过执行机构连接鳍，用于通过执行机构转换成鳍的旋转运动，实现转鳍运动。

所述执行机构包括上、下支座，上支座上安装鳍角反馈装置，上、下支座之间通过耳轴连接由螺旋丝杠传动机构组成的伺服电动缸及伺服电机，伺服电动缸通过鳍柄与鳍轴相连，用于通过鳍柄将转鳍力矩传递至鳍轴，实现转鳍功能。

所述执行机构通过下支座下端面板和腰部筋板连接船体，所述鳍通过内置法兰与伸出船体舷外部分的鳍轴末端法兰连接，鳍轴在舷内部分通过花键与鳍柄连接。

本发明的有益效果是：

本发明的减摇鳍装置，其主要控制对象是伺服电机，参数设定简单、抗干扰能力强，便于检测，控制精度高。在一个典型的减摇鳍液压系统里，液压泵的效率为80%~90%，再加上各种控制阀、配管的压力损失，液压系统的总效率一般为60%~70%。而在新设计的减摇鳍装置中，伺服电机的效率可达90%，考虑螺旋丝杠传动机构的摩擦损失后，电伺服系统的总效率一般为75%~85%。与液压系统相比效率高出15%左右，有效节约了能源。

由于本发明的减摇鳍装置不需要液压泵站、配管等，整个装置结构简单，占舱空间和总质量与现有减摇鳍相比都有大幅度减小，装置运行时的振动和噪声从本质上彻底改观。由于不存在液压油发热、老化变质、油液污染，密封件老化等问题，整个装置便于维护保养，系统可靠性大为提高。

附图说明

图1为本发明的减摇鳍装置控制原理框图；

图2为本发明的减摇鳍装置的执行机构剖视图；

图3为执行机构的俯视图；

图4为本发明的减摇鳍装置电控系统功能组成框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施对本发明作进一步说明。

本发明的减摇鳍装置，其转鳍驱动系统采用“伺服电机+螺旋丝杠”的电伺服系统替代传统的液压伺服系统，执行机构（除油缸外）、鳍等部件均按照传统减摇鳍进行设计。

本发明的减摇鳍装置控制原理除驱动部分采用本发明，其余与传统减摇鳍一致，其原理框图如图1所示。在工作过程中，海水作用于鳍翼上的升力通过鳍轴传递到执行机构上，进而传递至船体，产生对抗波浪扰动的扶正力矩，实现减摇功能。

本发明主要由鳍、执行机构、螺旋丝杠传动机构、伺服电机、控制器、鳍角反馈装置等组成。控制器根据采集到的信号运算得到相应的转鳍指令，然后输出控制信号驱动伺服电机按指令运转，通过螺旋丝杠传动机构将电机的旋转运动转化为丝杠的直线运动，并通过执行机构转换成鳍的旋转运动，最终实现转鳍运动。

本发明内容的具体实施方案如图2～4所示。该装置主要由鳍组件4、上支座1、下支座3、鳍柄6、鳍角反馈装置9、伺服电动缸7（含伺服电机8）、伺服驱动器、主控制器等组成。方案中以伺服电动缸作为“伺服电机+螺旋丝杠”驱动的具体实现方式。

执行机构组成如图2和3所示。支座采用分体设计，由上、下支座1，3组成，作为执行机构上其他设备的安装基座。其中上支座1上安装鳍角反馈装置9，关节轴承2和罩壳等零件；上、下支座1，3之间通过耳轴连接伺服电动缸7及伺服电机8，并设有机械限位结构，用以限制最大转鳍角。执行机构通过下支座下端面板和腰部筋板连接船体11，鳍通过内置法兰与伸出船体舷外部分的鳍轴10末端法兰连接，鳍轴10在舷内部分通过花键与鳍柄6连接。鳍轴10伸出船体舷外部分通过法兰与鳍连成一体，承受来自于鳍的弯矩和扭矩，并通过关节轴承2和固体自润滑轴承5将弯矩传递至上、下支座体1，3上；鳍轴10在舷内部分通过花键与鳍柄连接，伺服电动缸7通过鳍柄6与鳍轴10相连，伺服电动缸7通过耳轴与支座连接，伺服电动缸7通过鳍柄6将转鳍力矩传递至鳍轴10，实现转鳍功能。

装置电控系统主要由主控制器、伺服驱动器、伺服电机、编码器及鳍角反馈装置组成，其功能组成框图如图4所示。主控制器根据采集到的船舶横摇角速度信号、航速信号解算运动控制方程，得到每个鳍的转鳍指令信号，并与鳍角反馈信号、编码器反馈信号共同构成鳍角位置闭环控制，进而输出相应的控制信号给伺服驱动器，伺服驱动器按照控制信号驱动伺服电机按指令运转，通过伺服电动缸的直线伸缩为转鳍提供动力，最终实现减摇功能。

Claims (3)

1.一种伺服电机直接驱动的减摇鳍装置，包括鳍、执行机构、螺旋丝杠传动机构、伺服电机、控制器、鳍角反馈装置，其特征在于：所述控制器根据传感器采集到的横摇角速度信号运算得到相应的转鳍指令，输出控制信号给伺服电机，驱动伺服电机按转鳍指令运转，所述伺服电机连接螺旋丝杠传动机构，通过螺旋丝杠传动机构将电机的旋转运动转化为丝杠的直线运动，所述螺旋丝杠传动机构通过执行机构连接鳍，用于通过执行机构转换成鳍的旋转运动，实现转鳍运动。

2.根据权利要求1所述的伺服电机直接驱动的减摇鳍装置，其特征在于：所述执行机构包括上、下支座(1，3)，上支座(1)上安装鳍角反馈装置(9)，上、下支座(1，3)之间通过耳轴连接由螺旋丝杠传动机构组成的伺服电动缸(7)及伺服电机(8)，伺服电动缸(7)通过鳍柄(6)与鳍轴(10)相连，用于通过鳍柄(6)将转鳍力矩传递至鳍轴(10)，实现转鳍功能。

3.根据权利要求2所述的伺服电机直接驱动的减摇鳍装置，其特征在于：所述执行机构通过下支座下端面板和腰部筋板连接船体(11)，所述鳍通过内置法兰与伸出船体舷外部分的鳍轴 (10) 末端法兰连接，鳍轴(10)在舷内部分通过花键与鳍柄(6)连接。