CN109139580A - 一种全回转舵桨装置的液压控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种全回转舵桨装置的液压控制系统，包括两个平衡阀、固定阻尼孔、常开截止阀，固定阻尼孔、常开截止阀跨接在液压马达的一号进出油口和液压马达的二号进出油口之间，固定阻尼孔的一端与一号进出油口相通，另一端通过常开截止阀与二号进出油口相通，其控制方法为：当全回转舵桨回转时，某一平衡阀的可变阀口和固定阻尼孔形成液压半桥，经过液压半桥分压整流的高压油会作用于另一平衡阀的先导控制压力通道使其开启，在液压马达的出油口处形成背压。该设计不仅消除了全回转舵桨回转抖动的现象，而且提高了系统制动停止过程的稳定性和定位准确性。

Description

一种全回转舵桨装置的液压控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于回转液压控制技术领域，具体涉及一种全回转舵桨装置的液压控制系统及其控制方法，可应用于动力定位工程类船舶或平台。
背景技术
全回转舵桨装置可提供全方位矢量的推力，是动力定位工程类船舶或平台的重要设备。回转是全回转舵桨装置工作过程中最频繁的动作之一，而控制回转动作采用液压马达+减速机的驱动方式。舵桨回转时，靠液压控制系统驱动液压马达转动，液压马达带动减速机旋转，减速机带动驱动齿轮转动，驱动齿轮带动啮合的回转支承内圈齿轮旋转，最终实现全回转舵桨装置回转。该液压控制系统用于控制全回转舵桨回转，并在全回转舵桨不工作时控制液压刹车锁死回转驱动装置。
研究发现，目前全回转舵桨液压控制系统存在如下问题：
（1）由于液压控制系统集成设计过程中多阀件耦合匹配技术尚未突破，当液压控制系统受到负负载，平衡阀控制腔压力不稳定时，会引起平衡阀阀芯处于频繁启闭状态，导致系统出现回转抖动现象，严重缩短液压元件的使用寿命；
（2）全回转舵桨液压控制系统在制动停止过程中，由于舵桨的惯性以及主推进施加的回转力矩，舵桨所具有的动能会使马达的背压腔形成很高的压力，该压力可能引起停止动作不平稳，严重影响使用舒适性和可靠性，甚至会影响舵桨动力定位准确性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的回转抖动、制动停止过程中马达的背压腔压力过高的问题，提供一种能够消除全回转舵桨的回转抖动现象、提高制动停止过程的稳定性和定位准确性的全回转舵桨装置的液压控制系统及其控制方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种全回转舵桨装置的液压控制系统，包括一号平衡阀、二号平衡阀、固定阻尼孔、常开截止阀、液压马达、液压刹车，所述一号平衡阀的一号口与液压马达第一工作油口相通，一号平衡阀的二号口与液压马达的一号进出油口相通，一号平衡阀内部的一号先导控制压力通道与二号平衡阀的四号口相通，所述二号平衡阀的三号口与液压马达第二工作油口相通，四号口与液压马达的二号进出油口相通，二号平衡阀内部的二号先导控制压力通道与二号口相通，所述固定阻尼孔、常开截止阀跨接在一号进出油口和二号进出油口之间，且固定阻尼孔的一端与一号进出油口相通，固定阻尼孔的另一端通过常开截止阀与二号进出油口相通，所述液压刹车通过进油管路与液压马达第一工作油口、液压马达第二工作油口相通。
所述固定阻尼孔为可调可拆卸式阻尼孔，其孔径为0.5～1.5mm。
所述一号进出油口和二号进出油口之间还跨接有与固定阻尼孔、常开截止阀并联设置的缓冲补油阀，所述缓冲补油阀包括一号补油单向阀、二号补油单向阀、一号缓冲单向阀、二号缓冲单向阀、溢流阀，所述一号补油单向阀的进、出油端分别与系统溢流补油口、一号进出油口相通，所述二号补油单向阀的进、出油端分别与系统溢流补油口、二号进出油口相通，所述一号缓冲单向阀的进油端与一号进出油口相通，一号缓冲单向阀的出油端通过溢流阀与系统溢流补油口相通，所述二号缓冲单向阀的进油端与二号进出油口相通，二号缓冲单向阀的出油端通过溢流阀与系统溢流补油口相通。
所述进油管路上设置有单向节流阀。
所述液进油管路上还设置有梭阀，所述梭阀的两个进油端分别与一号口、三号口相通，梭阀的出油端与单向节流阀相通。
一种全回转舵桨装置的液压控制系统的控制方法，具体为：
当全回转舵桨向左回转时，来自液压系统的高压油从液压马达第一工作油口流入后分流，一部分通过进油管路进入液压刹车，推开液压刹车内的弹簧以解除制动，另一部分则依次经由一号口、二号口后流向一号进出油口，该过程中，高压油通过由一号口至二号口的可变阀口和固定阻尼孔形成的液压半桥，经过所述液压半桥分压整流的高压油作用于二号先导控制压力通道，使四号口至三号口的通道开启，进入液控节流功能，在二号进出油口处形成背压；
当全回转舵桨向右回转时，来自液压系统的高压油从液压马达第二工作油口流入后分流，一部分通过进油管路进入液压刹车，推开液压刹车内的弹簧以解除制动，另一部分则依次经由三号口、四号口后流向二号进出油口，该过程中，高压油通过由三号口至四号口的可变阀口和固定阻尼孔形成的液压半桥，经过所述液压半桥分压整流的高压油作用于一号先导控制压力通道，使二号口至一号口的通道开启，进入液控节流功能，在一号进出油口处形成背压。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种全回转舵桨装置的液压控制系统包括固定阻尼孔、常开截止阀，固定阻尼孔、常开截止阀跨接在液压马达的一号进出油口和液压马达的二号进出油口之间，固定阻尼孔的一端与一号进出油口相通，固定阻尼孔的另一端通过常开截止阀与二号进出油口相通，本设计通过将传统的常闭截止阀变为固定阻尼孔、常开截止阀的组合，且两者通过串联的方式跨接在液压马达的进、出油口处，当全回转舵桨向左或右回转时，由一号口至二号口的可变阀口（或由三号口至四号口的可变阀口）会和固定阻尼孔形成液压半桥，利用液压半桥的分压整流原理结合液压阻尼泄压原理，可实现平衡阀控制口压力的稳定，彻底消除全回转舵桨回转抖动的现象，提高系统制动停止过程的稳定性和定位准确性，避免系统制动时的回转反弹现象的发生，从而提升系统操纵舒适性。因此，本发明不仅消除了全回转舵桨回转抖动的现象，而且提高了系统制动停止过程的稳定性和定位准确性。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图中：一号平衡阀1、一号口11、二号口12、一号先导控制压力通道13、二号平衡阀2、三号口21、四号口22、二号先导控制压力通道23、固定阻尼3、常开截止阀4、缓冲补油阀5、一号补油单向阀51、二号补油单向阀52、一号缓冲单向阀53、二号缓冲单向阀54、溢流阀55、单向节流阀6、液压马达7、一号进出油口71、二号进出油口72、液压刹车8、进油管路81、液压马达第一工作油口9、液压马达第二工作油口10、梭阀20、系统溢流补油口30。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图1，一种全回转舵桨装置的液压控制系统，包括一号平衡阀1、二号平衡阀2、固定阻尼孔3、常开截止阀4、液压马达7、液压刹车8，所述一号平衡阀1的一号口11与液压马达第一工作油口9相通，一号平衡阀1的二号口12与液压马达7的一号进出油口71相通，一号平衡阀1内部的一号先导控制压力通道13与二号平衡阀2的四号口22相通，所述二号平衡阀2的三号口21与液压马达第二工作油口10相通，四号口22与液压马达7的二号进出油口72相通，二号平衡阀2内部的二号先导控制压力通道23与二号口12相通，所述固定阻尼孔3、常开截止阀4跨接在一号进出油口71和二号进出油口72之间，且固定阻尼孔3的一端与一号进出油口71相通，固定阻尼孔3的另一端通过常开截止阀4与二号进出油口72相通，所述液压刹车8通过进油管路81与液压马达第一工作油口9、液压马达第二工作油口10相通。
所述固定阻尼孔3为可调可拆卸式阻尼孔，其孔径为0.5～1.5mm。
所述一号进出油口71和二号进出油口72之间还跨接有与固定阻尼孔3、常开截止阀4并联设置的缓冲补油阀5，所述缓冲补油阀5包括一号补油单向阀51、二号补油单向阀52、一号缓冲单向阀53、二号缓冲单向阀54、溢流阀55，所述一号补油单向阀51的进、出油端分别与系统溢流补油口3、一号进出油口71相通，所述二号补油单向阀52的进、出油端分别与系统溢流补油口3、二号进出油口72相通，所述一号缓冲单向阀53的进油端与一号进出油口71相通，一号缓冲单向阀53的出油端通过溢流阀55与系统溢流补油口3相通，所述二号缓冲单向阀54的进油端与二号进出油口72相通，二号缓冲单向阀54的出油端通过溢流阀55与系统溢流补油口3相通。
所述进油管路81上设置有单向节流阀6。
所述进油管路81上还设置有梭阀20，所述梭阀20的两个进油端分别与一号口11、三号口21相通，梭阀20的出油端与单向节流阀6相通。
一种全回转舵桨装置的液压控制系统的控制方法，具体为：
当全回转舵桨向左回转时，来自液压系统的高压油从液压马达第一工作油口9流入后分流，一部分通过进油管路81进入液压刹车8，推开液压刹车8内的弹簧以解除制动，另一部分则依次经由一号口11、二号口12后流向一号进出油口71，该过程中，高压油通过由一号口11至二号口12的可变阀口和固定阻尼孔3形成的液压半桥，经过所述液压半桥分压整流的高压油作用于二号先导控制压力通道23，使四号口22至三号口21的通道开启，进入液控节流功能，在二号进出油口72处形成背压；
当全回转舵桨向右回转时，来自液压系统的高压油从液压马达第二工作油口10流入后分流，一部分通过进油管路81进入液压刹车8，推开液压刹车8内的弹簧以解除制动，另一部分则依次经由三号口21、四号口22后流向二号进出油口72，该过程中，高压油通过由三号口21至四号口22的可变阀口和固定阻尼孔3形成的液压半桥，经过所述液压半桥分压整流的高压油作用于一号先导控制压力通道13，使二号口12至一号口11的通道开启，进入液控节流功能，在一号进出油口71处形成背压。
本发明的原理说明如下：
本发明采用固定阻尼孔3和常开截止阀4，一方面，通过固定阻尼孔3和平衡阀的单向可变阀口之间形成的液压半桥对平衡阀的实际控制压力进行分压，使得平衡阀的控制压力不随驱动压力波动而更加稳定；另一方面，在全回转舵桨制动时，缓冲补油阀5中的溢流阀55虽能使液压马达背压腔的高压快速释放，但溢流阀55的设定压力对系统定位准确度和回转反弹的潜在影响依然存在，对此，本发明通过固定阻尼孔3实现液压马达7背压侧高压的及时卸荷，从而有效防止全回转舵桨的反弹，同时提高其定位准确性。
在全回转舵桨回转过程中，当液压控制系统受到负负载时，由一号口11至二号口12的可变阀口（或由三号口21至四号口22的可变阀口）和固定阻尼孔5形成的液压半桥会对二号先导控制压力通道23（或一号先导控制压力通道13）内的先导控制压力进行分压整流，使得二号先导控制压力通道23（或一号先导控制压力通道13）内的先导控制压力既取决于液压马达第一工作油口9（或压马达第二工作油口10）的压力，但又不随液压马达第一工作油口9（或液压马达第二工作油口10）的压力波动，从而实现二号平衡阀2（或一号平衡阀1）的阀芯的稳定开启，使得液压马达7回油流出二号平衡阀2（或一号平衡阀1）的流量稳定，保证系统平稳地做回转运动。
缓冲补油阀5：本发明采用缓冲补油阀5来实现高压缓冲和补油的作用，具体原理如下：
缓冲原理：当一号进出油口71（或二号进出油口72）处产生高压时，高压油会依次经由一号缓冲单向阀53（或二号缓冲单向阀54）、溢流阀55、系统溢流补油口3实现溢流回油。
补油原理：当一号进出油口71（或二号进出油口72）处出现负压时，油液会依次通过系统溢流补油口3、一号补油单向阀51（或二号补油单向阀52）后流向一号进出油口71（或二号进出油口72）进行补油。
实施例1：
参见图1，一种全回转舵桨装置的液压控制系统，包括一号平衡阀1、二号平衡阀2、固定阻尼孔3、常开截止阀4、液压马达7、液压刹车8，所述一号平衡阀1的一号口11与液压马达第一工作油口9相通，一号平衡阀1的二号口12与液压马达7的一号进出油口71相通，一号平衡阀1内部的一号先导控制压力通道13与二号平衡阀2的四号口22相通，所述二号平衡阀2的三号口21与液压马达第二工作油口10相通，四号口22与液压马达7的二号进出油口72相通，二号平衡阀2内部的二号先导控制压力通道23与二号口12相通，所述一号进出油口71和二号进出油口72之间跨接有固定阻尼孔3、常开截止阀4、缓冲补油阀5，所述固定阻尼孔3为孔径为1.0mm的可调可拆卸式阻尼孔，其一端与一号进出油口71相通，另一端通过常开截止阀4与二号进出油口72相通，所述缓冲补油阀5与固定阻尼孔3、常开截止阀4并联设置，包括一号补油单向阀51、二号补油单向阀52、一号缓冲单向阀53、二号缓冲单向阀54、溢流阀55，所述一号补油单向阀51的进、出油端分别与系统溢流补油口3、一号进出油口71相通，所述二号补油单向阀52的进、出油端分别与系统溢流补油口3、二号进出油口72相通，所述一号缓冲单向阀53的进油端与一号进出油口71相通，一号缓冲单向阀53的出油端通过溢流阀55与系统溢流补油口3相通，所述二号缓冲单向阀54的进油端与二号进出油口72相通，二号缓冲单向阀54的出油端通过溢流阀55与系统溢流补油口3相通，所述液压刹车8通过进油管路81与液压马达第一工作油口9、液压马达第二工作油口10相通，所述进油管路81上设置有单向节流阀6、梭阀20，所述梭阀20的两个进油端分别与一号口11、三号口21相通，梭阀20的出油端与单向节流阀6相通。
一种全回转舵桨装置的液压控制系统的控制方法，具体为：
当全回转舵桨向左回转时，来自液压系统的高压油从液压马达第一工作油口9流入后分流，一部分通过进油管路81进入液压刹车8，推开液压刹车8内的弹簧以解除制动，另一部分则依次经由一号口11、二号口12后流向一号进出油口71，该过程中，高压油通过由一号口11至二号口12的可变阀口和固定阻尼孔3形成的液压半桥，经过所述液压半桥分压整流的高压油作用于二号先导控制压力通道23，使四号口22至三号口21的通道开启，进入液控节流功能，在二号进出油口72处形成背压；
当全回转舵桨向右回转时，来自液压系统的高压油从液压马达第二工作油口10流入后分流，一部分通过进油管路81进入液压刹车8，推开液压刹车8内的弹簧以解除制动，另一部分则依次经由三号口21、四号口22后流向二号进出油口72，该过程中，高压油通过由三号口21至四号口22的可变阀口和固定阻尼孔3形成的液压半桥，经过所述液压半桥分压整流的高压油作用于一号先导控制压力通道13，使二号口12至一号口11的通道开启，进入液控节流功能，在一号进出油口71处形成背压。

Claims (6)

1.一种全回转舵桨装置的液压控制系统，其特征在于：
所述液压控制系统包括一号平衡阀(1)、二号平衡阀(2)、固定阻尼孔(3)、常开截止阀(4)、液压马达(7)、液压刹车(8)，所述一号平衡阀(1)的一号口(11)与液压马达第一工作油口(9)相通，一号平衡阀(1)的二号口(12)与液压马达(7)的一号进出油口(71)相通，一号平衡阀(1)内部的一号先导控制压力通道(13)与二号平衡阀(2)的四号口(22)相通，所述二号平衡阀(2)的三号口(21)与液压马达第二工作油口(10)相通，四号口(22)与液压马达(7)的二号进出油口(72)相通，二号平衡阀(2)内部的二号先导控制压力通道(23)与二号口(12)相通，所述固定阻尼孔(3)、常开截止阀(4)跨接在一号进出油口(71)和二号进出油口(72)之间，且固定阻尼孔(3)的一端与一号进出油口(71)相通，固定阻尼孔(3)的另一端通过常开截止阀(4)与二号进出油口(72)相通，所述液压刹车(8)通过进油管路(81)与液压马达第一工作油口(9)、液压马达第二工作油口(10)相通。
2.根据权利要求1所述的一种全回转舵桨装置的液压控制系统，其特征在于：所述固定阻尼孔(3)为可调可拆卸式阻尼孔，其孔径为0.5～1.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种全回转舵桨装置的液压控制系统，其特征在于：所述一号进出油口(71)和二号进出油口(72)之间还跨接有与固定阻尼孔(3)、常开截止阀(4)并联设置的缓冲补油阀(5)，所述缓冲补油阀(5)包括一号补油单向阀(51)、二号补油单向阀(52)、一号缓冲单向阀(53)、二号缓冲单向阀(54)、溢流阀(55)，所述一号补油单向阀(51)的进、出油端分别与系统溢流补油口(30)、一号进出油口(71)相通，所述二号补油单向阀(52)的进、出油端分别与系统溢流补油口(30)、二号进出油口(72)相通，所述一号缓冲单向阀(53)的进油端与一号进出油口(71)相通，一号缓冲单向阀(53)的出油端通过溢流阀(55)与系统溢流补油口(30)相通，所述二号缓冲单向阀(54)的进油端与二号进出油口(72)相通，二号缓冲单向阀(54)的出油端通过溢流阀(55)与系统溢流补油口(3)相通。
4.根据权利要求1或2所述的一种全回转舵桨装置的液压控制系统，其特征在于：所述进油管路(81)上设置有单向节流阀(6)。
5.根据权利要求4所述的一种全回转舵桨装置的液压控制系统，其特征在于：所述进油管路(81)上还设置有梭阀(20)，所述梭阀(20)的两个进油端分别与一号口(11)、三号口(21)相通，梭阀(20)的出油端与单向节流阀(6)相通。
6.一种权利要求1所述的全回转舵桨装置的液压控制系统的控制方法，其特征在于：
所述控制方法为：
当全回转舵桨向左回转时，来自液压系统的高压油从液压马达第一工作油口(9)流入后分流，一部分通过进油管路(81)进入液压刹车(8)，推开液压刹车(8)内的弹簧以解除制动，另一部分则依次经由一号口(11)、二号口(12)后流向一号进出油口(71)，该过程中，高压油通过由一号口(11)至二号口(12)的可变阀口和固定阻尼孔(3)形成的液压半桥，经过所述液压半桥分压整流的高压油作用于二号先导控制压力通道(23)，使四号口(22)至三号口(21)的通道开启，进入液控节流功能，在二号进出油口(72)处形成背压；
当全回转舵桨向右回转时，来自液压系统的高压油从液压马达第二工作油口(10)流入后分流，一部分通过进油管路(81)进入液压刹车(8)，推开液压刹车(8)内的弹簧以解除制动，另一部分则依次经由三号口(21)、四号口(22)后流向二号进出油口(72)，该过程中，高压油通过由三号口(21)至四号口(22)的可变阀口和固定阻尼孔(3)形成的液压半桥，经过所述液压半桥分压整流的高压油作用于一号先导控制压力通道(13)，使二号口(12)至一号口(11)的通道开启，进入液控节流功能，在一号进出油口(71)处形成背压。
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