CN106005342B - 全吊舱液压推进器游船 - Google Patents

Abstract

本发明为全吊舱液压推进器游船，解决常规游船推进系统设备占用空间大，低速航行性能差、换向性能差，特别是震动和噪声大的问题。汽油发动机(10)通过电磁离合器(33)将动力输出到齿轮箱(11)，齿轮箱输出端分别连接桨变量泵(16)、舵变量泵(18)和发电机(17)；桨变量泵、舵变量泵通过高压软油管分别与桨液压马达(9)和舵液压马达(29)形成闭式回路，桨液压马达通过桨轴驱动螺旋桨旋转推进游船。发动机、齿轮箱、液压泵、桨液压马达、液压油箱全部置于吊舱壳体内形成吊舱，并悬吊于船尾水线下。舵液压马达通过齿轮副驱动吊舱正反旋转控制游船方向。

Description

全吊舱液压推进器游船

技术领域：

本发明涉及中小型内河航运船舶，近海游船，景区水面游船的推进系统。

背景技术：

现代船舶所应用的推进系统的传动方式主要有五种：柴油机直接传动推进、电力推进、喷水推进、超导电磁推进。柴油机直接推进方式是目前应用最广，发展时间最长的一种推进方式，其原理为柴油机通过主轴、减速装置驱动螺旋桨旋转，通过改变柴油机转速来控制螺旋桨转速，通过改变柴油机转向或通过换向装置来控制螺旋桨转向，进而操控船舶运动和转向。该推进方式设备占用空间大，配置方式固定，不能灵活布置，影响船舱合理化安排；低速航行性能差、换向性能差；特别是震动和噪声大。

发明内容：

本发明的目的是提供一种推进系统设备占用空间少，换向性能好，震动和噪声低；操纵灵活，机动性高；采用液压系统实现无极调速，主机与螺旋桨之间可获得很好工况配合特性；前进后退无需主机反转的全吊舱液压推进器游船。

本发明是这样实现的：

全吊舱液压推进器游船，有至少一个吊舱4，发动机10、齿轮箱11、桨变量泵16、舵变量泵18、桨液压马达9、发电机17、液压油箱13全部置于吊舱壳体12内构成吊舱4，吊舱4悬吊于船体1的尾水线下，位于船体1上的舵机3驱动吊舱正反旋转控制游船方向，发动机10通过齿轮箱离合器33将动力输出到齿轮箱11，齿轮箱输出端分别经桨泵离合器34、舵泵离合器35桨与变量泵16、舵变量泵18连接，齿轮箱另一输出端连接发电机17，桨变量泵16、舵变量泵18通过高压软油管分别与桨液压马达9和舵液压马达29形成闭式回路，桨液压马达9通过桨轴14驱动螺旋桨15旋转推进游船。

舵机3包括舵机壳体21、舵机转轴20、，舵液压马达29、舵角编码器28，桨变量泵16、舵变量泵18、桨液压马达9、舵液压马达29与液压油箱13构成液压回路，液压回路中各变量泵、液压马达都有油液泄漏，泄漏的高温油液通过泄油管路流入液压油箱13进行冷却，冷却后的液压油通过各变量泵自带的补油泵补充到液压回路中；发动机10的高温冷却液进入冷却水箱19进行冷却；液压油箱13，冷却水箱19紧贴吊舱壳体，利用吊舱外水体进行自然冷却。

通过螺栓将舵机壳体21与船舱底壳连接在一起，悬吊于船尾舱外水线下，舵机转轴20通过轴承23与舵机壳体21形成回转轴系，舵机壳体21有环形槽形成空气通道22与废气通道31，齿轮副30的大齿轮与舵机壳体21固定连接，舵机转轴20与吊舱壳体12连接，小齿轮与舵液压马达29传动轴连接，舵液压马达29外壳固定在舵机转轴20上，舵液压马达29旋转带动舵机转轴旋转，若干彼此绝缘的小电流回转滑环25、大电流回转滑环26和舵角编码器28的外圈与固定于舵机壳体21上的导线连接，小电流回转滑环25，大电流回转滑环26，舵角编码器28的内圈与固定于舵机转轴20上的导线连接。发动机进气是通过进气管2从船头迎风面引入空气通道22，吊舱4的废气经废气通道31上的排气消声器5从船尾排出。

船舱内的操控台6包括工控机、舵控制器、倒顺手柄、油门手柄、发动机转速表、舵轮、舵角表、发动机启动开关、舵泵离合器开关、齿轮箱离合器开关，吊舱4内的发动机10的转速信号和油门信号、桨泵离合器34及桨变量泵16的控制端通过小电流滑环25分别与工控机连接；操控台6上的倒顺手柄、油门手柄、发动机转速表的接线端分别与工控机连接；舵机3上的舵角编码器28和操控台6上的舵轮输出端与舵控制器输入端连接，舵变量泵18的控制端通过小电流滑环25与舵控制器输出端连接，舵角表的接线端与舵控制器输出端连接；操控台6上的发动机启动开关、舵泵离合器开关、齿轮箱离合器开关的控制端通过小电流滑环25分别与吊舱4内的发动机10、舵泵离合器35、齿轮箱离合器33的控制端连接；发电机17的电流通过大电流回转滑环26通向蓄电池8，发动机燃油通过回转接头27通向燃油箱7。

工控机控制桨变量泵16输出的流量大小和方向，以控制螺旋桨15的转速和旋向，工控机程序启动，初始化完成后，首先判断发动机油门是否在零位，若是，则说明发动机处于怠速状态，此时输出信号将桨泵离合器34断开，同时输出桨变量泵控制电流为零，桨变量泵16的斜盘处于中间位，没有液压油流出，螺旋桨停转；若检测到有加油信号，油门不在零位，则输出信号将桨泵离合器34接合，同时将发动机转速V与设定的上限转速V2、下限转速V1进行比较，如果V≥V2，则根据倒顺指令分别反向或正向加大桨变量泵16斜盘偏转电流，加大螺旋桨转速，增加发动机负载，使发动机转速降低；如果V1＜V＜V2，则输出电流保持不变；如果V≤V1，则减小桨变量泵16斜盘偏转电流，降低螺旋桨转速，提高发动机转速，操控台6上的舵控制器用于控制吊舱按舵轮的转向和偏角跟随转动以控制船的航向，舵角编码器28向舵控制器输出吊舱的位置信号，舵控制器根据舵轮偏转信号与舵角编码器输出的吊舱位置信号进行比较判断后，输出正向、反向电流或零电流到舵变量泵18，使其正向、反向运转或停止运转，驱动舵液压马达29跟随舵轮偏转或停止。

桨变量泵16与桨液压马达9组成闭式液压回路， 舵变量泵18与 舵液压马达29组成闭式液压回路，闭式液压回路的漏油回流至液压油箱13，液压油从桨液压马达9、舵液压马达29出口分别直接回到桨变量泵16、舵变量泵18入口；桨变量泵16、舵变量泵18各与一个补油泵37同轴，补油泵37吸油端经过滤器36与液压油箱13连接，补油泵37的出油端分为两路，一路经比例电磁阀39和变量控制活塞38与桨变量泵16或舵变量泵18连接，另一路与补油溢流阀42、两对称的安全溢流阀40，两对称的单向阀41连接。安全溢流阀40与单向阀41并联连接后再对称串联连接，并与桨液压马达9或舵液压马达29的两端连接，补油溢流阀42与液压油箱13连接。

桨变量泵16、舵变量泵18采用A4VG系列轴向柱塞变量泵，自带补油泵和比例电磁阀；桨液压马达9、舵液压马达29采用A4FM系列轴向柱塞双向定量马达；安装在桨变量泵16、舵变量泵18上的比例电磁阀分别采用4WRA6E10-10、4WRA6E5-10型直动比例电磁换向阀，变量控制活塞38分别集成在桨变量泵16及舵变量泵18的内部并与变量泵形成整体。发动机采用EJ253水平对置汽油发动机，水平对置发动机高度低，利于布置在吊舱中；舵控制器采用DZ-FS2舵控制器；工控机采用FX3U-32MT/ESS工控机控制桨变量泵16的输出流量大小和方向以控制螺旋桨15转速和旋向。

本发明将液压泵与主机直接连接形成动力源，在不改变主机转速和转向情况下，通过液压系统可实现螺旋桨的调速和换向，操纵灵活，机动性高；液压系统可实现无极调速，主机与螺旋桨之间可获得很好的工况配合特性。

本发明将整个动力系统置于吊舱壳体内形成吊舱，并悬吊于船尾舱外水线下，使传到船舱的震动和噪声大幅衰减。推进系统设备占用空间少，换向性能好，本发明操纵灵活，机动性高，前进后退无需主机反转。

附图说明：

图1为本发明结构图。

图2为图1的俯视图。

图3为吊舱结构结构图。

图4为图3的俯视图。

图5为舵机结构图。

图6为推进器系统图。

图7为推进器液压原理图。

图8为本发明电气控制原理图。

图9为工控机软件流程图。

图10为舵控制器软件流程图。

图中 1.船体，2.进气管，3.舵机，4.吊舱，5.排气消声器，6.操控台，7.燃油箱，8.蓄电池，9.桨液压马达，10.发动机，11.齿轮箱，12.吊舱壳体，13.液压油箱，14.桨轴，15.螺旋桨，16.桨变量泵，17.发电机，18.舵变量泵，19.发动机冷却水箱，20.舵机转轴，21.舵机壳体，22.进气口，23.轴承，24.支架，25.小电流回转滑环，26.大电流回转滑环，27.回转接头，28.舵角编码器，29.舵液压马达，30.齿轮副，31.排气口，32.组合密封圈，33.齿轮箱离合器，34.桨泵离合器，35.舵泵离合器，36.过滤器，37.补油泵，38.变量控制活塞，39.电磁比例阀，40.安全溢流阀，41.单向阀，42.补油溢流阀。

具体实施方式：

吊舱4与舵机3连接后，通过螺栓将舵机壳体21与船舱底壳连接在一起，悬吊于船尾舱外水线下；通过进气管2从船头迎风面引入空气，可减少进气阻力；发动机废气通过排气消声器5从船尾排出；燃油箱7，蓄电池8放置在机舱，操控台6安置在驾驶室。

发动机10通过齿轮箱离合器33将动力输出到齿轮箱11，齿轮箱输出端分别连接桨变量泵16、舵变量泵18和发电机17；发动机10、齿轮箱11、桨变量泵16、舵变量泵18、桨液压马达9、发电机17、液压油箱13全部至于吊舱壳体12内形成吊舱4。舵液压马达29通过齿轮副30驱动吊舱正反旋转控制游船方向。

舵机转轴20通过轴承23与舵机壳体21形成回转轴系，并形成空气与废弃通道，舵机转轴与舵机壳体间设置组合密封圈32进行密封；齿轮副30的大小齿轮分别与舵机壳体21和舵机马达29连接，舵液压马达29固定在舵机转轴20上，舵液压马达29旋转带动舵机转轴旋转；小电流回转滑环25，大电流回转滑环26，回转接头27，舵角编码器28的外圈与舵机壳体连接，内圈与舵机转轴20连接并随舵机转轴旋转。

发动机10通过齿轮箱离合器33将动力输出到齿轮箱11，齿轮箱输出端分别连接桨变量泵16、舵变量泵18和发电机17；桨变量泵、舵变量泵通过高压软油管分别与桨液压马达9和舵液压马达29形成闭式回路，桨液压马达通过桨轴14驱动螺旋桨15旋转推进游船；舵液压马达29通过齿轮副30驱动吊舱正反360°旋转控制游船方向。

在图7中，桨变量泵16与桨液压马达9组成闭式液压回路， 舵变量泵18与舵液压马达29组成闭式液压回路，闭式液压回路的漏油回流液压油箱13，液压油从桨液压马达9、舵液压马达29出口分别直接回到桨变量泵16、舵变量泵18入口；桨变量泵16、舵变量泵18各与一个补油泵37同轴，补油泵37吸油端经过滤器36与液压油箱13连接。补油泵37的出油端分为两路，一路经比例电磁阀39和变量控制活塞38与桨变量泵16或舵变量泵18连接，另一路与补油溢流阀42、两对称的安全溢流阀40，两对称的单向阀41连接。安全溢流阀40与单向阀41并联连接后再对称串联连接，并与桨液压马达9或舵液压马达29的两端连接，补油溢流阀42与液压油箱13连接。

安全溢流阀40是泵高压输出端压力保护元件，当压力高于设定值时，油液通过安全溢流阀40及单向阀41溢流到低压端，起到保护作用。安全溢流阀40及单向阀41对称设置，使泵双向输出均得到保护；液压回路中泵、马达都有油液泄漏，泄漏的高温油液通过泄油管路流入液压油箱13，在油箱中得到冷却。由于泄漏的存在，为保证系统平稳运转，需及时补充油液，补油泵37与桨变量泵16或舵变量泵18同轴连接，随主泵同时旋转。补油溢流阀42与两个单向阀41组成补油阀组。充分冷却的油液经过滤器36过滤后进入补油泵37，补油泵输出油液分为两路，一路用于驱动变量控制活塞38，另一路通过补油阀组进入回路低压端油路，多余油液通过补油溢流阀42流回油箱。单向阀41对称布置，可保证主泵双向输出时，补充油液始终进入低压端油路；由于油液不断泄漏、冷却，不断得到补充，所以回路中的油液也就得到循环冷却；泵的变量控制是通过比例电磁阀39和变量控制活塞38实现的。来自操控台工控机的控制电信号可控制比例电磁阀的开口大小和液流方向，从而控制变量控制活塞偏离中间位置的大小和偏离方向。该活塞与泵变量盘相连接，活塞的移动控制着变量盘的偏转量和偏转方向，偏转量越大，泵输出流量越大，反之亦然。变量盘越过中间位置后，泵输出变向。

吊舱内的发动机10的转速信号和油门信号、桨泵离合器34及桨变量泵16的控制端通过小电流回转滑环25分别与船舱内操控台6的工控机的输入输出端连接；操控台6上的倒顺手柄、油门手柄、发动机转速表的接线端分别与工控机的输入输出端连接；舵机3上的舵角编码器28和操控台6上的舵轮输出端与舵控制器输入端连接，舵泵控制端通过小电流回转滑环25与舵控制器输出端连接，舵角表的接线端与舵控制器输出端连接；操控台6上的发动机启动开关、舵泵离合器开关、齿轮箱离合器开关的控制端通过小电流回转滑环25分别与吊舱4内的发动机、舵泵离合器、齿轮箱离合器控制端连接；发电机电流通过大电流回转滑环26通向蓄电池8。

操控台6上的工控机主要控制桨变量泵16的输出的流量大小和方向以控制螺旋桨15的转速和旋向。工控机程序启动，初始化完成后，首先判断油门是否在零位，若是，则说明发动机处于怠速状态，此时输出信号将桨泵离合器34断开，同时输出桨泵控制电流为零，桨变量泵16的斜盘处于中间位，没有液压油流出，螺旋桨停转；若检测到有加油信号，油门不在零位，则输出信号将桨泵离合器34接合，同时将发动机转速V与设定的上限转速V2、下限转速V1进行比较，如果V≥V2，则根据倒顺指令分别反向或正向加大桨泵16斜盘偏转电流，加大螺旋桨转速，增加发动机负载，使发动机转速降低；如果V1＜V＜V2，则输出电流保持不变；如果V≤V1，则减小桨变量泵16斜盘偏转电流，降低螺旋桨转速，提高发动机转速。

操控台6上的舵控制器用于控制吊舱按舵轮的转向和偏角跟随转动以控制船的航向，舵角编码器28向舵控制器输出吊舱的位置信号，舵控制器根据舵轮偏转信号与舵角编码器输出的吊舱位置信号进行比较判断后，输出正向、反向电流或零电流到舵变量泵18，使其正向、反向运转或停止运转，驱动舵液压马达29跟随舵轮偏转或停止。发动机采用EJ253水平对置汽油发动机，水平对置发动机高度低，利于布置在吊舱中；舵控制器采用DZ-FS2舵控制器；工控机采用FX3U-32MT/ESS工控机控制桨变量泵16的输出流量大小和方向以控制螺旋桨15转速和旋向。

Claims (5)

1.全吊舱液压推进器游船，其特征在于有至少一个吊舱（4），发动机（10）、齿轮箱（11）、桨变量泵（16）、舵变量泵（18）、桨液压马达（9）、发电机（17）、液压油箱（13）全部置于吊舱壳体（12）内构成吊舱（4），吊舱悬吊于船体（1）的尾水线下，位于船体上的舵机（3）驱动吊舱正反旋转控制游船方向，发动机通过齿轮箱离合器（33）将动力输出到齿轮箱，齿轮箱输出端分别经桨泵离合器（34）、舵泵离合器(35)与桨变量泵(16)、舵变量泵(18)连接，齿轮箱另一输出端连接发电机(17)，桨变量泵、舵变量泵通过高压软油管分别与桨液压马达(9)和舵液压马达(29)形成闭式回路，桨液压马达通过桨轴(14)驱动螺旋桨(15)旋转推进游船，舵机(3)包括舵机壳体(21)、舵机转轴(20)、舵液压马达(29)和舵角编码器(28)，桨变量泵(16)、舵变量泵(18)、桨液压马达(9)、舵液压马达(29)与液压油箱（13）构成液压回路，液压回路中各变量泵、液压马达都有油液泄漏，泄漏的高温油液通过泄油管路流入液压油箱进行冷却，冷却后的液压油通过各变量泵自带的补油泵补充到液压回路中；发动机的高温冷却液进入冷却水箱（19）进行冷却；液压油箱，冷却水箱紧贴吊舱壳体，利用吊舱外水体进行自然冷却，通过螺栓将舵机壳体（21）与船舱底壳连接在一起，悬吊于船尾舱外水线下，舵机转轴（20）通过轴承（23）与舵机壳体（21）形成回转轴系，舵机壳体有环形槽形成空气通道（22）与废气通道（31），齿轮副（30）的大齿轮与舵机壳体固定连接，舵机转轴（20）与吊舱壳体（12）连接，小齿轮与舵液压马达（29）传动轴连接，舵液压马达外壳固定在舵机转轴上，舵液压马达旋转带动舵机转轴旋转，若干彼此绝缘的小电流回转滑环（25）、大电流回转滑环（26）和舵角编码器（28）的外圈与固定于舵机壳体上的导线连接，小电流回转滑环，大电流回转滑环，舵角编码器的内圈与固定于舵机转轴上的导线连接，发动机进气是通过进气管（2）从船头迎风面引入空气通道（22），吊舱（4）的废气经废气通道（31）上的排气消声器（5）从船尾排出。

2.根据权利要求1所述的全吊舱液压推进器游船，其特征在于船舱内的操控台（6）包括工控机、舵控制器、倒顺手柄、油门手柄、发动机转速表、舵轮、舵角表、发动机启动开关、舵泵离合器开关、齿轮箱离合器开关，吊舱（4）内的发动机（10）的转速信号和油门信号、桨泵离合器（34）及桨变量泵（16）的控制端通过小电流回转滑环（25）分别与工控机连接；操控台上的倒顺手柄、油门手柄、发动机转速表的接线端分别与工控机连接；舵机（3）的舵角编码器（28）和操控台（6）上的舵轮输出端与舵控制器输入端连接，舵变量泵(18)的控制端通过小电流回转滑环(25)与舵控制器输出端连接，舵角表的接线端与舵控制器输出端连接；操控台（6）上的发动机启动开关、舵泵离合器开关、齿轮箱离合器开关的控制端通过小电流回转滑环分别与吊舱内的发动机、舵泵离合器（35）、齿轮箱离合器（33）的控制端连接；发电机（17）的电流通过大电流回转滑环（26）通向蓄电池（8），发动机燃油通过回转接头（27）通向燃油箱（7）。

3.根据权利要求2所述的全吊舱液压推进器游船，其特征在于工控机控制桨变量泵（16）输出的流量大小和方向，以控制螺旋桨（15）的转速和旋向，工控机程序启动，初始化完成后，首先判断发动机油门是否在零位，若是，则说明发动机处于怠速状态，此时输出信号将桨泵离合器（34）断开，同时输出桨变量泵控制电流为零，桨变量泵的斜盘处于中间位，没有液压油流出，螺旋桨停转；若检测到有加油信号，油门不在零位，则输出信号将桨泵离合器接合，同时将发动机转速V与设定的上限转速V2、下限转速V1进行比较，如果V≥V2，则根据倒顺指令分别反向或正向加大桨变量泵斜盘偏转电流，加大螺旋桨转速，增加发动机负载，使发动机转速降低；如果V1＜V＜V2，则输出电流保持不变；如果V≤V1，则减小桨变量泵斜盘偏转电流，降低螺旋桨转速，提高发动机转速，操控台上的舵控制器用于控制吊舱按舵轮的转向和偏角跟随转动以控制船的航向，舵角编码器（28）向舵控制器输出吊舱的位置信号，舵控制器根据舵轮偏转信号与舵角编码器输出的吊舱位置信号进行比较判断后，输出正向、反向电流或零电流到舵变量泵（18），使其正向、反向运转或停止运转，驱动舵液压马达（29）跟随舵轮偏转或停止。

4.根据权利要求1所述的全吊舱液压推进器游船，其特征在于桨变量泵(16)与桨液压马达(9)组成闭式液压回路， 舵变量泵(18)与 舵液压马达(29)组成闭式液压回路，闭式液压回路的漏油回流至液压油箱(13)，液压油从桨液压马达、舵液压马达出口分别直接回到桨变量泵、舵变量泵入口；桨变量泵、舵变量泵各与一个补油泵(37)同轴，补油泵吸油端经过滤器(36)与液压油箱（13）连接，补油泵的出油端分为两路，一路经比例电磁阀(39)和变量控制活塞(38)与桨变量泵(16)或舵变量泵(18)连接，另一路与补油溢流阀(42)、两对称的安全溢流阀(40)，两对称的单向阀(41)连接，安全溢流阀与单向阀并联连接后再对称串联连接，并与桨液压马达或舵液压马达的两端连接，补油溢流阀与液压油箱连接。

5.根据权利要求4所述的全吊舱液压推进器游船，其特征在于桨变量泵(16)、舵变量泵(18)采用A4VG系列轴向柱塞变量泵，自带补油泵和比例电磁阀；桨液压马达(9)、舵液压马达(29)采用A4FM系列轴向柱塞双向定量马达；安装在桨变量泵、舵变量泵上的比例电磁阀分别采用4WRA6E10-10、4WRA6E5-10型直动比例电磁换向阀，变量控制活塞(38)分别集成在桨变量泵及舵变量泵的内部并与变量泵形成整体，发动机采用EJ253水平对置汽油发动机，工控机采用FX3U-32MT/ESS工控机。