CN108839785A - 一种试验用液压驱动式吊舱推进器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种试验用液压驱动式吊舱推进器。包括吊舱推进器单元，还包括液压控制系统，所述吊舱推进器单元的螺旋桨驱动为液压马达，液压马达的进油口和出油口上安装有L型刚性油管，L型刚性油管通过刚性油管连接头与沿着吊舱支撑杆布置的刚性油管连接，且刚性油管穿过吊舱支撑杆法兰盘，吊舱支撑杆法兰盘上端的刚性油管与万向旋转接头相连，万向旋转接头再连接一段刚性油管，所述液压控制系统包括液压泵站和液压马达控制器，液压泵站的出油口与回油口通过柔性油管与最后一段刚性油管连接。本发明适用于吊舱推进器的开发和研究，具有体积小、稳定好、重量轻、安装和拆卸方便的优点。

Description

一种试验用液压驱动式吊舱推进器

技术领域

本发明涉及的是一种船舶推进器，具体地说是一种吊舱推进器。

背景技术

随着回转推进装置的出现，吊舱推进系统也逐渐发展起来。吊舱推进单元可以看成是全回转推进装置，其电动机位于舱体内。与其他回转方式相比，吊舱推进的优点在于所需的空间比较小，省去了传统的复杂轴系，从而也使得船舶的尾流场更加均匀，提高了推进器整体的推进效率。此外，吊舱推进器可实现360度连续旋转，使得船舶在紧急工况下例如紧急刹车、倒车时更易操作，摆脱了侧推和舵的限制，缩短了船舶的回转周期，提高了回转速率，优化了船舶整体的操纵性能，得到了广泛的应用，吊舱推进器的研发也得到了越来越多研究人员的关注。

在吊舱推进器的研发过程中，主要采用试验方法和数值模拟法进行优化设计和性能研究。其中，试验方法为最直观的方法也是运用最多的方法。然而，在吊舱推进器模型的试验过程也存在很多问题，例如吊舱推进器模型的舱体内部空间体积较小，无法安装功率较大的电机，因此，严重限制了吊舱推进器中电机的选择和试验工况的设置。其次，在吊舱推进器舱体内安装电机既费时又费力，为了保持电机轴和舱体轴线的同心度，存在多次安装和多次拆卸的繁琐过程。同时，电机内部的磁性对天平线路的弱电也存在干扰现象，使试验过程中测量数据存在突变的现象，严重影响了整个试验的进度和数据测量的精度。电机安装在舱体内部，一旦电机出现问题，必须拆卸整套装置才能够维修电机，工作量非常大，不利于设备的维修。此外，在吊舱推进器舱体内部安装电机无疑也增加了吊舱推进器舱体的长度，限制了吊舱推进器向小型化发展，影响吊舱推进器的应用范围。因此，有必要设计出一种将动力源安装在舱体外部的试验用吊舱推进器，从而便于安装、维修整套设备以及推动吊舱推进器向小型化方向发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安装和拆卸方便，能够避免电干扰，舱体体积小的试验用液压驱动式吊舱推进器。

本发明的目的是这样实现的：

包括吊舱推进器单元，还包括液压控制系统，所述吊舱推进器单元的螺旋桨驱动为液压马达，液压马达的进油口和出油口上安装有L型刚性油管，L型刚性油管通过刚性油管连接头与沿着吊舱支撑杆布置的刚性油管连接，且刚性油管穿过吊舱支撑杆法兰盘，吊舱支撑杆法兰盘上端的刚性油管与万向旋转接头相连，万向旋转接头再连接一段刚性油管，所述液压控制系统包括液压泵站和液压马达控制器，液压泵站的出油口与回油口通过柔性油管与最后一段刚性油管连接。

本发明还可以包括：

1.所述吊舱推进器单元包括支撑板、操舵伺服电机、吊舱，操舵伺服电机安装在支撑板的上方，吊舱的壳体上连接吊舱支撑杆，吊舱支撑杆与操舵伺服电机输出轴连接，吊舱的壳体由前吊舱壳和后吊舱壳两部分组成，螺旋桨测量天平通过轴承压套、向心推力轴承和弹簧挡圈固定在前吊舱壳内，螺旋桨测量天平线穿过前吊舱壳和后吊舱壳、并在后吊舱壳上端穿出、沿着吊舱支撑杆前端盖和法兰盘与天平线转换头相连，光电测速器中的光电盘固定在连接轴套上、光轴固定在壳体上，光电测速器线从后吊舱壳上端穿出、沿着吊舱支撑杆前端盖和法兰盘与光电测速器显示器相连，液压马达固定在后吊舱壳内的中间壁面上，导流套安装在轴承压套上，螺旋桨安装在螺旋桨测量天平上。

2.还包括吊舱单元整体测力天平，操舵伺服电机和联轴器安装在整体测力天平连接件的转动轴上，吊舱单元整体测力天平安装在整体测力天平连接件的下端。

本发明提供了一种液压驱动式吊舱推进器，将小型的液压马达安装在舱体内部，而液压马达通过油管中的液压油进行控制，从而将吊舱推进器的动力源安装舱体外部，使整套装置在安装和拆卸过程中更加方便，也有效地避免了强电和弱电的干扰，同时，有效地较小了舱体的体积，有利于吊舱推进器向小型化方向推进，从而促进了吊舱推进器更快、更好地发展。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明主要包括吊舱推进器单元和液压控制系统。吊舱推进器单元又分为测量单元、组合式壳体和操舵装置，测量单元包括螺旋桨测量天平、吊舱单元整体测力天平、螺旋桨测量天平线、天平线转换头和光电测速器等，既可以测量螺旋桨的推力和扭矩又可以测量吊舱单元整体的推力、扭矩和侧向力，使整套装置的测量范围更广。测量单元中安装了光电测速器，可以时时检测螺旋桨测量天平轴的转速，从而有效地保证了试验测量的准确性，使试验精度进一步提高。螺旋桨测量天平通过轴承压套、向心推力轴承和弹簧挡圈固定在组合式壳体内部，使天平的安装过程更加简单，也使天平和舱体的同心度更容易保持，同心度更高。测量单元外端为组合式壳体，该壳体由吊舱支撑杆法兰盘、吊舱支撑杆、支撑杆前端盖、支撑杆后端盖、导流套、轴承压套、前吊舱壳和后吊舱壳组合而成，吊舱单元壳体采用分段的方式进行组装，使整套壳体的加工过程更加方便，减少了加工难度和加工费用，节约了加工时间。同时，整套壳体的加工精度更高。也解决了不能整体加工斜吊舱支架杆和舱体的问题。吊舱支撑杆和后吊舱壳之间采用槽与榫相配的方式进行连接，使整个安装过程更加方便。同时，也可根据不用的试验要求，更换吊舱支撑杆，例如将斜L型支撑杆换成直L型支撑杆，从而可以开展直L型吊舱推进器的试验研究，增加了吊舱推进器的应用范围更广。吊舱支撑杆前端和后端的支撑杆前端盖、支撑杆后端盖分别为曲线型且内部留有不同形状的凹槽，加工难度大，且费时费力，而本发明采用3D打印技术打印支撑杆前端盖和支撑杆后端盖，有效地减少了繁琐的加工过程，同时，保证了足够的精度，使加工过程更加简单、速度更快，也节约了成本。

组合式壳体上端为吊舱单元的操舵装置，该装置主要包括操舵伺服电机、操舵控制器、联轴器、指针、角度盘、整体测力天平连接件和轴承等。可以实现吊舱单元在斜航和操舵工况下的试验研究。操舵伺服电机由操舵控制器进行控制，使整个操舵过程更加简单和方便，功能更加容易实现。操舵伺服电机的转动轴上安装有指针，指针下端为角度盘，可以更加直观地观察出吊舱单元斜航时的斜航角，保证了吊舱单元斜航角度的精确性。吊舱推进器的动力来源为液压控制系统，该系统包括液压泵站、液压马达、液压马达控制器、铜油管、橡胶油管、万向旋转接头和铜管连接头等。液压马达的使用为吊舱单元提供了稳定的动力。同时，小型化的液压马达取代了舱体内电机的使用，使吊舱单元的舱体更小，有利于吊舱推进器向小型化方向发展，使吊舱推进器的应用范围更广。液压马达的使用代替了舱体内部的电机，有效地避免了电机强电对测量天平弱点的干扰，使天平的测量数据更加稳定，精度更高，同时，也提高了试验效率。在液压马达的安装过程，液压马达直接通过螺钉固定在后吊舱壳内侧，减少了电机安装的繁琐过程，同时，也有利于保持液压马达和螺旋桨测量天平的同心度，从而减少了轴旋转时的摆动，减少了设备的损耗，同时，也提高了数据测量的精度。液压马达与铜油管相连，且铜油管直接焊接在吊舱支撑架上，有效地较少了油管的滑动，提高了稳定性。油管之间使用铜管连接头进行连接，有效地避免了油管在安装过程中相互限制不能转动的缺点，同时，也使设备的安装和拆卸更加方便。此外，在铜油管中部安装了万向旋转接头，从而可以保障连接在吊舱支撑架上的铜油管随舱体转动。液压马达由液压泵站进行驱动，使液压马达的驱动方式更加方便。此外，在现有液压泵站的基础上增加了电机功率和增加了散热系统，能够驱动更大量程的螺旋桨测量天平，使吊舱推进器的应用范围更广。液压泵站的控制则通过液压马达控制器进行，该液压马达控制器可更加方便地控制液压泵站内油量的分布，便于调节螺旋桨测量天平的转速，也使天平轴的旋转速度更加稳定。

附图说明

图1是液压驱动式吊舱推进器的整体安装效果图；

图2是液压驱动式吊舱推进器中吊舱单元的整体效果图；

图3是液压驱动式吊舱推进器中吊舱单元的局部放大图；

图4是液压驱动式吊舱推进器中吊舱单元的舱体和支架的整体效果图；

图5是液压驱动式吊舱推进器中支撑杆前端盖整体效果图；

图6是液压驱动式吊舱推进器中支撑杆后端盖整体效果图；

图7是液压驱动式吊舱推进器中内部部件链接的剖面图；

图8是液压驱动式吊舱推进器中操舵装置的局部剖面图；

图9是液压驱动式吊舱推进器中液压泵站的整体效果图；

图10是液压驱动式吊舱推进器中液压泵站工作时的整体效果图；

图11是液压驱动式吊舱推进器中液压马达和铜管安装的整体效果图；

图12是液压驱动式吊舱推进器中螺旋桨测量天平线布置的效果图。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

本发明的试验用液压驱动式吊舱推进器包括吊舱推进器单元和液压控制系统。吊舱推进器单元由测量单元、组合式壳体和操舵装置组成，测量单元为吊舱推进器的测力和测速部分，可以测量螺旋桨和吊舱单元整体的受力情况以及轴的转速，主要由螺旋桨测量天平、吊舱单元整体测力天平、螺旋桨测量天平线、天平线转换头和光电测速器构成。螺旋桨测量天平通过轴承压套、向心推力轴承和弹簧挡圈固定在前吊舱壳内，螺旋桨测量天平线穿过前吊舱壳和后吊舱壳，并在后吊舱壳上端穿出，沿着支撑杆前端盖和法兰盘与天平线转换头相连。而光电测速器中的光电盘固定在链接轴套上，光轴固定在壳体上，从而可以时时检测轴的转速是否可以达到试验要求值。光电测速器线也从后吊舱壳上端穿出，沿着支撑杆前端盖和法兰盘与光电测速器显示器相连。

测量单元外端为组合式壳体，该壳体由吊舱支撑杆法兰盘、吊舱支撑杆、支撑杆前端盖、支撑杆后端盖、导流套、轴承压套、前吊舱壳和后吊舱壳组合而成，导流套与轴承压套之间为紧配合，轴承压套通过螺钉固定在前吊舱壳上，前吊舱壳与后吊舱壳之间通过紧配合相连，同时，前吊舱壳与后吊舱壳再次用螺钉固定，使两者之间的连接各加紧密。后吊舱壳上部留有燕尾槽，使吊舱支撑杆和后吊舱壳之间采用槽与榫相配，同时，后吊舱壳上部开有通孔，吊舱支撑杆内部为螺纹孔，使两者之间除有槽与榫相配外，还使用螺钉进行固定，使两者之间的连接更加稳定。吊舱支撑杆前端和后端分别与支撑杆前端盖和支撑杆后端盖相连，前端盖使用704粘合固定在支撑杆上，支撑杆后端盖上部使用704粘合固定在支撑杆上，下部使用螺钉固定在后吊舱壳上。吊舱支撑杆上端为吊舱支撑杆法兰盘，两者之间通过螺钉进行固定。

吊舱支撑杆法兰盘上端为操舵装置，该装置主要包括操舵伺服电机、操舵控制器、联轴器、指针、角度盘、整体测力天平连接件和轴承等，吊舱支撑杆法兰盘上端为吊舱单元整体测力天平，用于测量整个吊舱单元的受力，吊舱单元整体测力天平上端为整体测力天平连接件，连接件上端外部固定在支撑板上，内部与轴承相连，上端通过联轴器与操舵伺服电机相连，操舵私服电机通过U型板固定在支撑板上，操舵伺服电机与操舵控制器相连，从而便于实现吊舱单元的操舵。此外，操舵伺服电机的轴上安装指针，指针下端为角度盘，角度盘固定在整体测力天平连接件上。

而液压控制系统可为吊舱单元的测量装置提供动力，保证测量单元中螺旋桨测量天平的转速达到试验要求的转速，该系统主要由液压泵站、液压马达、液压马达控制器、铜油管、橡胶油管、万向旋转接头和铜管连接头构成。其中，液压马达固定在后吊舱壳上，通过链接轴套与螺旋桨测量天平相连，为螺旋桨测量天平提供充足的动力。液压马达尾部与铜油管相连，为了便于油管的安装，铜管之间通过铜管连接头进行连接。液压马达尾部沿着吊舱支架杆向上布置，为了防止铜管的移动，将铜管焊接在吊舱支撑杆上，铜油管上端与万向旋转接头相连。万向旋转接头上端同样连有铜油管，该部分铜油管固定在支撑板上。铜油管上端通过连接头与橡胶油管相连，橡胶油管则与液压泵站的相连。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.组合式壳体中的后吊舱壳上端留有天平线和光电测速器线的通孔；

2.液压马达与后吊舱壳之间安装有密封垫圈，有效地防止了渗水进入吊体壳体内；

3.为了避免铜油管在安装过程中的相互阻碍，铜油管之间使用铜管连接头进行连接；

4.吊舱支撑杆中的支撑杆后端盖底部通过螺钉固定在后吊舱壳壳体上；

5.组合式壳体以及整体测力天平连接件采用铝合金材料，使整套装置的重量更轻，安装和移动过程更加方便。

6.舱体表面安装完成后再涂抹泥子，可以有效地保持舱体表面光滑，减少了舱体在水中的阻力。

本发明适用于吊舱推进器的开发和研究，具有体积小、稳定好、重量轻、安装和拆卸方便的优点，同时，采用液压作为动力源，有效地避免了电机控制线路对天平线路的干扰，使数据的测量精度更高、稳定性更好以及天平测量的量程更大。吊舱推进器单元的外壳为组合式壳体，便于安装不同形状的支架，可以开展直L型和斜L型吊舱推进器的研究，使其应用范围更广。

在吊舱推进器开始试验之前，需要将吊舱推进器组装起来，在组装的过程中，将螺旋桨测量天平线36穿过前吊舱壳8的壳体，天平线穿过完成后，将螺旋桨测量天平22安装在前吊舱壳8内，同时，将向心推力轴承一21安装在测量天平的一端，在向心推力轴承一21外侧安装骨架油密封圈20，安装完成后，利用螺钉将轴承压套7固定在前吊舱壳8上。再者，在测量天平的另一端安装链接轴套26，安装完成后，将向心推力轴承二23安装在链接轴套上26。同时将弹簧挡圈24安装在向心推力轴承二23外侧，起到固定向心推力轴承的作用。接着将光电测速器25中的光电盘固定在链接轴套26上，将光电测速器25的光轴固定在后吊舱壳9的壳体上。前吊舱壳内的设备安装完成后，开始安装后吊舱壳内的相关设备，首先将吊舱支撑杆10底部穿过后吊舱壳9内的燕尾槽，同时，利用螺钉将两者再次固定在一起。固定完成后，将密封垫圈28套在液压马达27的旋转轴上，然后，通过螺钉将液压马达固定在后吊舱壳内的中间壁面上。固定完成后，将螺旋桨测量天平线36和光电测速器25的线穿过后吊舱壳9的上端，同时，将前吊舱壳8和后吊舱壳9底部螺孔对齐以及链接轴套26内的键槽和液压马达27轴上的键对齐，待两者都对齐后，缓慢将后吊舱壳9安装在前吊舱壳8上，安装完成后，使用螺钉29将后吊舱壳9和前吊舱壳8固定在一起，固定完成后，将导流套6安装在轴承压套7上。

待吊舱推进器的舱体安装完成后，将吊舱支撑杆法兰盘4固定在吊舱支撑杆10上端，固定完成后，将螺旋桨测量天平线36和光电测速器25的线粘贴在吊舱支撑杆10上，同时，将螺旋桨测量天平线36和光电测速器25的线穿过吊舱支撑杆法兰4，并在螺旋桨测量天平线36上端安装天平线转换头37，便于数据采集系统38连接线与螺旋桨测量天平线36的安装和拆卸。螺旋桨测量天平线36安装完成后，将铜油管13安装在液压马达27上。在安装的过程中，由于液压马达后端的进油口和出油口之间的距离较小，所以，将两段较短的L型铜油管13分别安装在液压马达27上。安装完成后，在L型铜油管上端安装铜管连接头35，铜管连接头35上端又为铜油管13，且铜油管13穿过吊舱支撑杆法兰盘4。为了防止沿吊舱支撑杆10布置的铜油管13在试验过程中左右晃动，将铜油管13焊接在吊舱支撑杆10上。吊舱支撑杆法兰盘4上端的铜油管13与万向旋转接头12相连，万向旋转接头12上端连有铜油管13，该铜油管通过U型夹固定在支撑板2，从而有效地防止了油管的滑动。油管安装完成后，将支撑板2固定在支撑架39上，固定完成后，将整体测力天平连接件30以及内部的轴承31安装在支撑板2上，同时，将U型板14安装在支撑板2上，角度盘18安装在整体测力天平连接件30上。接着在操舵伺服电机1的转动轴上安装指针17，同时，将联轴器16安装在操舵伺服电机1的转动轴上，安装完成后，将操舵伺服电机1和联轴器16安装在整体测力天平连接件30的转动轴上，同时，将操舵伺服电机1固定在U型板14上。紧接着在整体测力天平连接件30的下端安装吊舱单元整体测力天平15，安装完成后，将吊舱支撑杆法兰盘4、吊舱支撑杆10以及其他设备安装在吊舱单元整体测力天平15上。同时，螺旋桨测量天平线、整体测力天平线与数据采集系统38连接在一起，操舵控制器3与操舵伺服电机1连接在一起，光电测速器25与其显示器连接在一起。连接完成后开始调试天平和操舵装置，待所有设备正常工作后，开始调试液压泵站33。

在液压泵站33使用之前，根据吊舱推进器中螺旋桨需要的推力和扭矩提高了电机功率和增加了散热系统，从而使液压泵站33工作的时间更长。待电机等设备更换完成后，将橡胶油管34的一端安装在液压泵站33的出油口和进油口，另一端安装铜油管13上。同时，将液压马达控制器32与液压泵站33相连，连接完成后，开始调节液压马达27是否正常工作。在调试的中通过调节液压马达控制器32来控制液压泵站内液压油的输入和输出，从而使螺旋桨测量天平22达到稳定的转速，同时，利用光电测速器25测量天平轴的转速是否达到试验要求的转速。待所有设备调试完成后，将支撑杆前端盖5粘在吊舱支撑架10前端，同时，也将支撑杆后端盖11的上端粘在吊舱支撑架10后端，支撑杆后端盖11的下端利用螺钉固定在后吊舱壳9上，同时，做好水密。待所有设备调试完成后，确保无误后，在吊舱推进器壳体上涂抹泥子，从而使壳体保持光滑，减少吊舱单元在水中的阻力。

所有准备工作完成后，即可开展吊舱推进器的试验研究，在试验开始时，将支撑架10、液压泵站33和数据采集系统38分别吊到拖车侧桥和拖车上，同时，将支撑架固定在拖车的侧桥上。固定完成后，将螺旋桨19安装在螺旋桨测量天平22上。将螺旋桨测量天平22和吊舱单元整体测力天平15与数据采集系统38相连，调试数据采集系统，待所有设备正常工作后，开始进行吊舱推进器的水动力性能的试验研究。在试验过程中，打开液压泵站33，调节液压马达控制器32，使螺旋桨测量天平的轴缓慢旋转，待达到试验要求的转速时，检查光电测速器25的数据是否正确，待所有数据统一后，即可开动拖车开始吊舱单元的数据测量。待拖车停止后，可关闭液压泵站33，待下次试验开始时再次打开。此外，在试验过程中，也可调试操舵控制器3，实现吊舱单元的操舵运行。在操舵控制器3调试完成后，也可参照角度盘18再确认操舵角度，从而提高操舵的精度。

Claims (3)

1.一种试验用液压驱动式吊舱推进器，包括吊舱推进器单元，其特征是：还包括液压控制系统，所述吊舱推进器单元的螺旋桨驱动为液压马达，液压马达的进油口和出油口上安装有L型刚性油管，L型刚性油管通过刚性油管连接头与沿着吊舱支撑杆布置的刚性油管连接，且刚性油管穿过吊舱支撑杆法兰盘，吊舱支撑杆法兰盘上端的刚性油管与万向旋转接头相连，万向旋转接头再连接一段刚性油管，所述液压控制系统包括液压泵站和液压马达控制器，液压泵站的出油口与回油口通过柔性油管与最后一段刚性油管连接。

2.根据权利要求1所述的试验用液压驱动式吊舱推进器，其特征是：所述吊舱推进器单元包括支撑板、操舵伺服电机、吊舱，操舵伺服电机安装在支撑板的上方，吊舱的壳体上连接吊舱支撑杆，吊舱支撑杆与操舵伺服电机输出轴连接，吊舱的壳体由前吊舱壳和后吊舱壳两部分组成，螺旋桨测量天平通过轴承压套、向心推力轴承和弹簧挡圈固定在前吊舱壳内，螺旋桨测量天平线穿过前吊舱壳和后吊舱壳、并在后吊舱壳上端穿出、沿着吊舱支撑杆前端盖和法兰盘与天平线转换头相连，光电测速器中的光电盘固定在连接轴套上、光轴固定在壳体上，光电测速器线从后吊舱壳上端穿出、沿着吊舱支撑杆前端盖和法兰盘与光电测速器显示器相连，液压马达固定在后吊舱壳内的中间壁面上，导流套安装在轴承压套上，螺旋桨安装在螺旋桨测量天平上。

3.根据权利要求1或2所述的试验用液压驱动式吊舱推进器，其特征是：还包括吊舱单元整体测力天平，操舵伺服电机和联轴器安装在整体测力天平连接件的转动轴上，吊舱单元整体测力天平安装在整体测力天平连接件的下端。