CN115158627B - 一种回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及船舶舵驱动系统技术领域，具体涉及一种回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构。通过采用蜗轮蜗杆减速器实现减速和增大扭矩，配合液压螺旋摆动缸、锥齿轮传动副、传动轴等结构，能够实现长距离的驱动传动，将动力源远距离输送至舵叶，且能够满足船舶结构紧凑、重量轻的传动空间要求，适用性强；通过采用电磁离合器串联电动机驱动和液压驱动，配合电磁液压三位四通阀和电磁通断阀并联组成的液压控制系统，能够方便地实现电动机驱动、液压驱动，以及二者耦合驱动舵叶的摆动；通过采用回转式驱动机构，其显著优势是可以方便地抑制振动噪声，这也有利于提升本机构的使用寿命。

Description

一种回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构
技术领域
本发明涉及船舶舵驱动系统技术领域，具体涉及一种回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构。
背景技术
目前船用舵驱动装置的传动机构基本以液压传动为主，主要有回转式液压转舵装置、摆缸式液压转舵装置、十字头式液压转舵装置。这些传动机构结构简单，回转式液压转舵装置主要采用叶片式液压马达利用液压油实现正反转动，带动舵杆正反转动，从而带动舵叶摆动；摆缸式液压转舵装置和十字头式液压转舵装置主要采用直动液压缸，驱动连杆，带动舵杆正反转动，从而带动舵叶摆动。
液压螺旋摆动缸是一种利用大螺旋升角的螺旋实现旋转运动的特殊油缸，其原理是从油口输入的压力油的压力作用在螺套式活塞上，螺套式活塞套在内螺杆上，外螺套活塞一边旋转一边向油缸另一端运动，在其间，外螺套式活塞的运动迫使和内螺杆旋转运动。该型油缸体积小、重量轻、结构紧凑、摆动角度大，与叶片式液压马达相比，他的输出扭矩大，容积效率高，特殊情况下完全可以取代小角度液压马达，因此对于低速大角度的摆动机构而言，是一种十分理想的选择；随着电动机以及电动机控制技术的发展，电动操舵方式被越来越多的采用，但是电动机转速高、扭矩小，难以满足舵叶正反转动低速、大扭矩的驱动需求，且当电动机停止转动时，如何保持舵叶当前位置静止也成为了难题；同时，现有的船用舵驱动装置往往传动结构单一，占用空间大。
因此，如何实现液压和电动机转动船舶舵杆的耦合驱动，同时保证驱动系统稳定、紧凑，成为了船舶舵驱动系统领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构，能够实现液压和电动机既能分别独立驱动，又能耦合驱动转动船舶舵杆，且驱动系统稳定可靠、体积小、重量轻。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构，应用于船舶舵驱动系统，包括电动机1、蜗轮蜗杆减速器2、电磁离合器3和液压螺旋摆动缸4，所述电动机1的输出端通过联轴器一8与蜗轮蜗杆减速器2的输入端相连，所述蜗轮蜗杆减速器2的输出端通过联轴器二12与电磁离合器3的一端相连，所述电磁离合器3的另一端与液压螺旋摆动缸4的内螺杆相连，所述液压螺旋摆动缸4的内螺杆通过传动轴7与舵杆6相连，所述舵杆6连接有舵叶5；所述液压螺旋摆动缸4连接有液压控制系统。
进一步的，所述液压控制系统包括并联设置的电磁液压三位四通阀9和电磁通断阀10，所述电磁液压三位四通阀9的进油口和出油口连接外部液压源，所述电磁液压三位四通阀9和电磁通断阀10的进出工作油口均分别与所述液压螺旋摆动缸4的进出油口相连。
进一步的，所述电磁液压三位四通阀9和电磁通断阀10均与舵驱动控制器电连接。
进一步的，所述蜗轮蜗杆减速器2具体采用单级速比50：1的单级蜗轮蜗杆减速器。
进一步的，所述蜗轮蜗杆减速器2设有锁止机构，当蜗轮蜗杆减速器2的输入端停止转动时，蜗轮蜗杆减速器2的输出端同步锁止。
进一步的，所述电磁离合器3设有自动切断功能，当电磁离合器3两端的扭矩差超过预设安全值时，电磁离合器3自动切断两端连接。
进一步的，所述电磁离合器3与舵驱动控制器电连接。
进一步的，所述液压螺旋摆动缸4与舵杆6之间的传动轴7上设有锥齿轮传动副11，所述锥齿轮传动副11具体为直角齿轮传动副。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种船舶，其上装有本发明所述的舵驱动机构。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、通过采用蜗轮蜗杆减速器实现减速和增大扭矩，配合液压螺旋摆动缸、锥齿轮传动副、传动轴等结构，能够实现长距离的驱动传动，将动力源远距离输送至舵叶，且能够满足船舶结构紧凑、重量轻的传动空间要求，适用性强；
2、蜗轮蜗杆减速器具有机构自锁功能，当电动机停止转动时，可保持舵杆和其他轴停止转动，从而使舵叶保持在当前位置，不会随意随水流晃动；
3、电磁离合器具有自动切断功能，当舵过载时或卡住时，此时电磁离合器呈摩擦状态，则电磁离合器会自动切断两端连接，可保护电动机和蜗轮蜗杆减速器；
4、通过采用电磁离合器串联电动机驱动和液压驱动，配合电磁液压三位四通阀和电磁通断阀并联组成的液压控制系统，能够方便地实现电动机驱动、液压驱动，以及二者耦合驱动舵叶的摆动；
5、通过采用回转式驱动机构，其显著优势是可以方便地抑制振动噪声，这也有利于提升本机构的使用寿命。
附图说明
图1为本发明舵驱动机构的主视图；
图2为本发明舵驱动机构的侧视图；
图3为本发明液压控制系统原理图；
图4为本发明舵驱动机构带锥齿轮传动的示意图。
图中：1、电动机；2、蜗轮蜗杆减速器；3、电磁离合器；4、液压螺旋摆动缸；5、舵叶；6、舵杆；7、传动轴；8、联轴器一；9、电磁液压三位四通阀；10、电磁通断阀；11、锥齿轮传动副；12、联轴器二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
实施例一，如图1～图3所示，一种回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构，应用于船舶舵驱动系统，主要包括电动机1、蜗轮蜗杆减速器2、电磁离合器3、液压螺旋摆动缸4、舵叶5、舵杆6、传动轴7、联轴器一8、电磁液压三位四通阀9、电磁通断阀10、锥齿轮传动副11、联轴器二12。
其中，所述电动机1的输出端通过联轴器一8与蜗轮蜗杆减速器2的输入端相连，所述蜗轮蜗杆减速器2的输出端通过联轴器二12与电磁离合器3的一端相连，所述电磁离合器3的另一端与液压螺旋摆动缸4的内螺杆相连，所述液压螺旋摆动缸4的内螺杆通过传动轴7与舵杆6相连，所述舵杆6连接有舵叶5；所述液压螺旋摆动缸4连接有液压控制系统。
进一步的，所述液压控制系统包括并联设置的电磁液压三位四通阀9和电磁通断阀10，所述电磁液压三位四通阀9的进油口和出油口连接外部液压源，所述电磁液压三位四通阀9和电磁通断阀10的进出工作油口均分别与所述液压螺旋摆动缸4的进出油口相连；同时，所述电磁液压三位四通阀9和电磁通断阀10均与舵驱动控制器电连接，由舵驱动控制器控制发送指令控制阀门的位置。
具体的：电磁液压三位四通阀9的进油口P和出油口T与外部液压源连接，电磁液压三位四通阀9的工作油口A和B分别与液压螺旋摆动缸4的执行油口R和S相连，电磁通断阀10的工作油口U和V也分别与液压螺旋摆动缸4的执行油口R和S相连。
进一步的，所述蜗轮蜗杆减速器2具体采用单级速比50：1的单级蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆体积小、重量轻、减速增扭能力大，是一种被广泛使用的紧凑型减速器；采用单级速比50：1的单级蜗轮蜗杆减速器，可以将每秒25转的电动机减速增扭后，输出转速变为每秒半转，扭矩增大约50倍，从而解决了电动机高转速、小扭矩和舵叶转动需要的低速大扭矩匹配问题。
进一步的，所述蜗轮蜗杆减速器2具有闭锁功能，当蜗轮蜗杆减速器2的输入端电动机停止转动时，蜗轮蜗杆减速器2的输出端同步锁止，可保持舵杆和其他轴停止转动，从而使舵叶保持在当前位置，不会随意随水流晃动。
进一步的，所述电磁离合器3设有自动切断功能，当电磁离合器3两端的扭矩差超过预设安全值时(舵过载时或卡住时，此时电磁离合器呈摩擦状态)，则电磁离合器3会自动切断两端连接，可保护电动机和蜗轮蜗杆减速器。
进一步的，所述电磁离合器3与舵驱动控制器电连接。
更进一步的，整套机构利用了紧凑的螺旋摆动缸和能实现大传动比的蜗轮蜗杆减速器，使得机构体积小、紧凑、重量轻，适用于对舵装置要求空间小的场合；在传动距离方面可以大尺度地延伸传动距离，这是相比直动缸直驱带动连杆机构的巨大优势；另外回转式驱动机构的显著优势是可以方便地抑制振动噪声，这也有利于提升本机构的使用寿命。
工作原理：
本发明采用电磁离合器以及简单的液压控制回路可以方便地实现液压螺旋摆动缸驱动，或电动机驱动，以及二者耦合驱动。
1)电动机独立驱动时：
舵驱动控制器控制电磁液压三位四通阀9处于中间静止位，并控制电磁通断阀10处于下部连通位置，此时液压螺旋摆动缸4的内螺杆及活塞螺套处于自由转动状态；同时，舵驱动控制器控制电磁离合器3通电接通，使其两端的轴同步转动，电动机1驱动蜗轮蜗杆减速器，经减速器减速和增扭后，带动电磁离合器的轴同步转动，从而带动螺旋摆动缸的内螺杆以及舵杆及其连接的舵叶正反摆动。
2)液压独立驱动时：
舵驱动控制器控制电磁通断阀10处于上部截止位置，并控制电磁液压三位四通阀9在左右工作位间循环正反动作，驱动液压螺旋摆动缸4的内螺杆正转或反转；同时，舵驱动控制器控制电磁离合器3断电断开，电动机1不通电，由驱动液压螺旋摆动缸4的内螺杆带动传动轴7正反转动，进而带动舵杆及其连接的舵叶正反摆动。
3)电动液压耦合驱动时：
舵驱动控制器控制电磁离合器3通电接通，使其两端的轴同步转动，电动机1正向反向连续循环转动；同时，舵驱动控制器控制电磁通断阀10处于上部截止位置，并控制电磁液压三位四通阀9在左右工作位间循环正反动作，且保持液压螺旋摆动缸4的内螺杆正反转和电动机正反转保持步调一致，则可以输出两种驱动扭矩的叠加，进而通过传动轴7带动舵杆及其连接的舵叶正反摆动。
实施例二，本实施例的原理和技术方案与实施例一基本相同，其不同之处在于：所述液压螺旋摆动缸4与舵杆6之间的传动轴7上设有锥齿轮传动副11，所述液压螺旋摆动缸4的内螺杆通过传动轴7与有锥齿轮传动副11的输入端相连，所述锥齿轮传动副11的输出端与舵杆6相连，所述锥齿轮传动副11具体为直角齿轮传动副；
进一步的，通过锥齿轮传动副11可实现传动方向的灵活改变，这对于要求舵传动机构灵活布置的场合是极其有利的，能够进一步缩小本发明的尺寸，扩大适用场合。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种船舶，其上装有本发明所述的舵驱动机构。
综上所述，采用本发明的一种回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构：
1、通过采用蜗轮蜗杆减速器实现减速和增大扭矩，配合液压螺旋摆动缸、锥齿轮传动副、传动轴等结构，能够实现长距离的驱动传动，将动力源远距离输送至舵叶，且能够满足船舶结构紧凑、重量轻的传动空间要求，适用性强；
2、蜗轮蜗杆减速器具有机构自锁功能，当电动机停止转动时，可保持舵杆和其他轴停止转动，从而使舵叶保持在当前位置，不会随意随水流晃动；
3、电磁离合器具有自动切断功能，当舵过载时或卡住时，此时电磁离合器呈摩擦状态，则电磁离合器会自动切断两端连接，可保护电动机和蜗轮蜗杆减速器；
4、通过采用电磁离合器串联电动机驱动和液压驱动，配合电磁液压三位四通阀和电磁通断阀并联组成的液压控制系统，能够方便地实现电动机驱动、液压驱动，以及二者耦合驱动舵叶的摆动；
5、通过采用回转式驱动机构，其显著优势是可以方便地抑制振动噪声，这也有利于提升本机构的使用寿命。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构，应用于船舶舵驱动系统，其特征在于：包括电动机(1)、蜗轮蜗杆减速器(2)、电磁离合器(3)和液压螺旋摆动缸(4)，所述电动机(1)的输出端通过联轴器一(8)与蜗轮蜗杆减速器(2)的输入端相连，所述蜗轮蜗杆减速器(2)的输出端通过联轴器二(12)与电磁离合器(3)的一端相连，所述电磁离合器(3)的另一端与液压螺旋摆动缸(4)的内螺杆相连，所述液压螺旋摆动缸(4)的内螺杆通过传动轴(7)与舵杆(6)相连，所述舵杆(6)连接有舵叶(5)；所述液压螺旋摆动缸(4)连接有液压控制系统；
所述液压控制系统包括并联设置的电磁液压三位四通阀(9)和电磁通断阀(10)，所述电磁液压三位四通阀(9)的进油口和出油口连接外部液压源，所述电磁液压三位四通阀(9)和电磁通断阀(10)的进出工作油口均分别与所述液压螺旋摆动缸(4)的进出油口相连；
所述电磁液压三位四通阀(9)和电磁通断阀(10)均与舵驱动控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构，其特征在于：所述蜗轮蜗杆减速器(2)具体采用单级速比50：1的单级蜗轮蜗杆减速器。
3.根据权利要求1所述的回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构，其特征在于：所述蜗轮蜗杆减速器(2)具有闭锁功能，当蜗轮蜗杆减速器(2)的输入端停止转动时，蜗轮蜗杆减速器(2)的输出端同步锁止。
4.根据权利要求1所述的回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构，其特征在于：所述电磁离合器(3)设有自动切断功能，当电磁离合器(3)两端的扭矩差超过预设安全值时，电磁离合器(3)自动切断两端连接。
5.根据权利要求4所述的回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构，其特征在于：所述电磁离合器(3)与舵驱动控制器电连接。
6.根据权利要求1所述的回转式摆动缸耦合电动的舵驱动机构，其特征在于：所述液压螺旋摆动缸(4)与舵杆(6)之间的传动轴(7)上设有锥齿轮传动副(11)，所述锥齿轮传动副(11)具体为直角齿轮传动副。
7.一种船舶，其特征在于，设有如权利要求1～6任一项所述的舵驱动机构。
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