CN205203302U - 三自由度液压驱动重载稳定平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的目的在于提供三自由度液压驱动重载稳定平台，由横摇机构、传动机构、纵摇机构、横摇伺服驱动执行机构、艏摇机构、底座、艏摇伺服驱动执行机构、纵摇伺服驱动执行机构、液压支撑减震机构稳定平台甲板等部分组成。采用光纤陀螺仪作为惯性测量器件，以测量载体的横摇、纵摇和艏摇信息，从而控制横摇伺服驱动执行机构、纵摇伺服驱动执行机构和艏摇伺服驱动执行机构，实现对稳定平台所受到的横摇、纵摇和艏摇方向上的扰动的补偿，使稳定平台甲板始终处于水平稳定状态。本实用新型能够实现对船舶在横摇、纵摇和垂荡方向上受到的干扰进行补偿，始终保持相对静止状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种重载稳定平台，具体地说是船用重载稳定平台。
背景技术
由于船舶在海面上航行不可避免地受到风、浪、流、潮等恶劣环境的影响，从而产生横摇、纵摇和艏摇方向上的扰动，这不但会影响船舶正常的生产作业，而且直接威胁着生产系统、设备和人员的安全。如舰载直升机平台，由于船舶在风浪中受到干扰而产生大幅度的摇摆及升沉运动，给直升机起降带来了很大的困难和风险；船舶之间的货物补给时，由于船舶的摇摆和升沉，使货物起降极难控制，而且容易产生碰撞；深海采矿时，由于采矿船的深沉运动，极容易造成扬矿管的疲劳断裂；另外，铺设海底电缆和管道等方面也不同程度地受到了海面工作船波浪运动的影响。目前，很多海上工作船已经具备了动力定位系统，这使船舶在横荡、纵荡方向上得到了一定程度上的补偿，但对于船舶的横摇、纵摇和垂直方向上的升沉运动却很难进行补偿。中国专利CN203686509U所述的三自由度自稳平台虽然能够实现对横摇、纵摇和艏摇方向上的扰动进行补偿，但是由于采用传统的框架结构，负载能力较小；中国专利CN103760811A所述的一种舰载重型稳定平台虽然机械结构有所改进，但没有脱离框架结构，负载能力只有250千克。
发明内容
本实用新型的目的在于提供能够实现对船舶在横摇、纵摇和垂荡方向上受到的干扰进行补偿，始终保持相对静止状态的三自由度液压驱动重载稳定平台。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：包括横摇机构、传动机构、纵摇机构、艏摇机构、底座，横摇机构、传动机构、纵摇机构均为半球形壳体结构，横摇机构设置在传动机构的上方，纵摇机构设置在传动机构的下方，横摇机构的球面上设置横摇机构传动槽，横摇机构内球面里安装横摇伺服驱动执行机构，传动机构的内球面上设置横摇机构传动齿轮，传动机构的外球面上设置纵摇机构传动齿轮，纵摇机构的球面上设置纵摇机构传动槽，纵摇机构的外球面上安装纵摇伺服驱动执行机构，横摇机构传动齿轮通过横摇机构传动槽与横摇伺服驱动执行机构相连，纵摇机构传动齿轮通过纵摇机构传动槽与纵摇伺服驱动执行机构相连，艏摇机构设置在纵摇机构的下方，艏摇机构上分别设置艏摇机构传动轴和第一环形滑轨槽，底座设置在艏摇机构的下方，底座上设置第二环形滑轨槽并安装液压马达，艏摇机构通过艏摇机构传动轴与液压马达相连，第一环形轨槽与第二环形轨槽尺寸相同、相对布置，在第一环形轨槽和第二环形轨槽里安装圆柱形滚珠，艏摇机构和纵摇机构之间安装液压支撑减震机构，横摇机构上方设置稳定平台甲板。
本实用新型还可以包括：
1、还包括旋转限位结构和机械限位结构，在横摇伺服驱动执行机构和纵摇伺服驱动执行机构的输出轴上安装旋转限位机构，在横摇机构传动槽的两端和纵摇机构传动槽的两端安装机械限位机构。
2、横摇机构内球面半径与传动机构内球面半径的差值为横摇机构的厚度，传动机构内球面半径与纵摇机构内球面半径的差值为传动机构的厚度。
3、横摇机构传动齿轮水平长度为横摇机构传动槽水平长度的一半，纵摇机构传动齿轮水平长度为纵摇机构传动槽水平长度的一半。
4、横摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与横摇机构传动槽纵向轴线垂直。纵摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与纵摇机构传动槽纵向轴线垂直。横摇机构传动槽纵向轴线与纵摇机构传动槽纵向轴线在空间内也相互垂直。
本实用新型的优势在于：
1、本实用新型提出了一种新型的壳体机械结构设计方法，与传统的框架式稳定平台相比，其结构简单、负载能力大。
2、本实用新型采用了液压马达作为驱动元件，能满足重载稳定平台对驱动能力的需求。
3、本实用新型采用了高精度光纤陀螺仪作为惯性测量器件，实现对舰船航行过程中的姿态信息的采集。
4、本实用新型采用液压支撑减震机构，减弱了稳定平台在垂直方向上所受到的震动的影响。
5、本实用新型采用基于旋转变压器的旋转限位机构和机械限位机构双重保护措施，避免了载体横摇、纵摇超限时，稳定医疗平台由于机械结构过度挤压而造成不可恢复破损的问题。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2a为横摇机构的示意图a，图2b为横摇机构的示意图b，图2c为横摇机构的示意图c；
图3a为纵摇机构的示意图a，图3b为纵摇机构的示意图b，图3c为纵摇机构的示意图c；
图4a为传动机构的示意图a，图4b为传动机构的示意图b，图4c为传动机构的示意图c；
图5a为艏摇机构的示意图a，图5b为艏摇机构的示意图b，图5c为艏摇机构的示意图c；
图6a为底座的示意图a，图6b为底座的示意图b，图6c为底座的示意图c。
具体实施方式
下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：
结合图1～6c，本实用新型的机械结构由横摇机构1-1、传动机构1-2、纵摇机构1-3、横摇伺服驱动执行机构1-4、艏摇机构1-5、底座1-6、艏摇伺服驱动执行机构1-7、旋转限位机构1-8、纵摇伺服驱动执行机构1-9、机械限位机构1-10、液压支撑减震机构1-11、惯性测量器件安装基座1-12、稳定平台甲板1-13等部分组成。本实用新型设计的稳定平台采用光纤陀螺仪作为为惯性测量器件，以测量载体的横摇、纵摇和艏摇信息，从而控制横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9和艏摇伺服驱动执行机构1-7，实现对稳定平台所受到的横摇、纵摇和艏摇方向上的扰动的补偿，使稳定平台甲板1-13始终处于水平稳定状态。本实用新型结合使用液压支撑减震机构1-11，减弱稳定平台在垂直方向上受到的震动。本实用新型的目的在于当舰船处于航行工作状态时，本实用新型就能够为大型装备等提供可靠的水平重载稳定工作环境。本实用新型与中国专利CN203686509U和中国专利CN103760811A相比，采用了新型的壳体机械结构作为稳定平台的结构框架，采用液压马达作为横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9和艏摇伺服驱动执行机构1-7的驱动方式，以实现本实用新型的重载功能设计。本实用新型设计的三自由度液压驱动重载稳定平台适用于各型安装有液压源的船舶。
提出了一种新型的壳体机械结构设计方法满足重载稳定平台机械结构强度的要求；运用安装在惯性测量器件安装基座1-12的光纤陀螺仪对舰船航行过程中的姿态进行测量；对光纤陀螺所测得航行姿态信息进行数据处理，得到载体的横摇、纵摇和艏摇数据；根据所得姿态数据通过对横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9和艏摇伺服驱动执行机构1-7的控制，实现对稳定平台横摇、纵摇和艏摇方向上的扰动的补偿。结合使用液压支撑减震机构1-11，实现减弱稳定平台垂直方向上的所受震动的影响。最终使稳定平台坐标系跟踪地理坐标系，实现稳定平台甲板1-13始终处于水平状态的功能。
壳体机械结构设计：
如图1所示，为本实用新型的总体结构示意图。本实用新型的横摇机构1-1、传动机构1-2和纵摇机构1-3均为为半球形壳体结构设计，且球心在同一位置，但各机构的半径不同。以各机构内球面半径作为基准，横摇机构1-1半径与传动机构1-2半径的差值为横摇机构1-1的厚度，传动机构1-2半径纵摇机构1-3半径的差值为传动机构1-2的厚度，壳体纵摇机构的厚度最大以承载传动机构1-2、横摇机构1-1和稳定平台甲板1-13负载等的重量。本实用新型各壳体机构的相互接触面要求由高精度数控机床加工并以石墨作为润滑材料，加工材料选用锰钢、装甲钢等不宜变形的高强度高韧性的材料。本实用新型的各壳体机构均要求有足够的厚度，以足够的机械强度保证医疗稳定平台在高负载运行状态下正常工作。
如图2a-2c所示，横摇机构1-1在过球心的平面与球面交汇处设置有横摇机构传动齿槽2-1。如图3a-3c所示，纵摇机构1-3在过球心的平面与球面交汇处设置有纵摇机构传动齿槽3-1。如图4a-4c所示，传动机构1-2在内球面4-3过球心的平面与球面交汇处设置有横摇机构传动齿轮4-1，在外球面4-4过球心的平面与球面交汇处设置有纵摇机构传动齿轮4-2。横摇机构传动齿宽度与横摇机构传动槽2-1宽度相同，纵摇机构传动齿宽度与纵摇机构传动槽3-1宽度相同。横摇机构传动齿水平长度为横摇机构传动槽2-1水平长度的一半，纵摇机构传动齿水平长度为纵摇机构传动槽3-1水平长度的一半。
如图1所示，横摇机构1-1在传动机构1-2的上方，纵摇机构1-3在传动机构1-2的下方。惯性测量器件安装基座1-12安装在稳定平台甲板1-13上，且位于中心圆心处。惯性测量器件安装基座1-12的X轴与壳体横摇机构传动槽纵向轴线2-2平行，惯性测量器件安装基座1-12的Y轴与壳体纵摇机构传动槽纵向轴线3-2平行。横摇伺服驱动执行机构1-4安装在横摇机构1-1内球面，横摇伺服驱动执行机构1-4的传动轴轴线在水平面与横摇机构传动槽纵向轴线2-2垂直。横摇机构传动齿4-1通过横摇机构传动槽2-1与横摇伺服驱动执行机构1-4的传动齿轮相啮合。纵摇伺服驱动执行机构1-9安装在纵摇机构1-3外球面，纵摇伺服驱动执行机构1-9的传动轴轴线在水平面与纵摇机构传动槽纵向轴线3-2垂直。纵摇机构传动齿4-2通过纵摇机构传动槽3-1与纵摇伺服驱动执行机构1-9的传动齿轮相啮合。如同横摇机构传动齿4-1与纵摇机构传动齿4-2在空间内相互垂直一样，横摇机构传动槽纵向轴线2-2与纵摇机构传动槽纵向轴线3-2在空间内也相互垂直。安装基于旋转变压器的旋转限位机构1-8分别安装在在横摇伺服驱动执行机构1-4和纵摇伺服驱动执行机构1-9的传动轴上，机械限位机构1-10分别安装在横摇机构传动槽2-1两端和纵摇机构传动槽3-1两端。液压支撑减震机构1-11的上端与壳体纵摇机构1-3固连，液压支撑减震机构1-10的底部与艏摇机构1-5固连。艏摇机构1-5通过艏摇机构传动轴5-2与低速大扭矩液压马达6-2连接，低速大扭矩液压马达6-2与底座1-6固连。低速大扭矩液压马达6-2直接通过艏摇机构传动轴5-2带动艏摇机构1-5转动。艏摇机构1-5的环形滑轨槽5-1与底座1-6的环形滑轨槽6-1尺寸完全相等，其中间安装有一定数目的圆柱形滚珠6-3以减小艏摇机构1-5与底座1-6之间的摩擦阻力。
扰动隔离设计：
本实用新型采用精度较高的光纤陀螺仪作为惯性测量器件，安装在位于稳定平台甲板1-13上的惯性测量器件安装基座1-12上。光纤陀螺仪的X轴与稳定平台横摇轴重合，Y轴与稳定平台纵摇轴重合，Z轴位于稳定平台垂直方向，X轴、Y轴、Z轴成右手系。光纤陀螺仪测量载体姿态信息，姿态信息经处理后，控制横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9和艏摇伺服驱动执行机构1-7转动。横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9和艏摇伺服驱动执行机构1-7分别使横摇机构1-1、纵摇机构1-3和艏摇机构1-5沿着所受到的横摇、纵摇和艏摇方向上的扰动的相反方向转动，对所受到的横摇、纵摇和艏摇方向上的扰动进行补偿。本实用新型的扰动隔离设计实现了隔离载体的横摇、纵摇和艏摇方向上的的扰动，使稳定平台甲板1-13始终处于水平稳定状态。
液压驱动设计设计：
本实用新型采用液压马达作为横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9和艏摇伺服驱动执行机构1-7的驱动元件。其中横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9采用曲轴连杆径向柱塞低速大扭矩液压马达作为驱动元件，摇伺服驱动执行机构1-7采用内曲线柱塞式低速大扭矩液压马达作为驱动元件。采用液压马达作为驱动元件要求舰船配备液压源，而且液压源输出压力恒定。
限位保护装置设计：
当载体遭遇恶劣海况时，载体的横摇或纵摇幅度过大，超出稳定平台的工作范围。此时若横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9仍继续转动，将会造成横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9堵转而损毁设备。甚者，稳定平台的机械结构由于过度挤压，将会引起机械结构不可恢复破损。为防止此类情况发生，本实用新型采取基于旋转变压器的旋转限位结构1-8和机械限位结构1-10双重保护措施。本实用新型分别在横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9输出轴上安装基于旋转变压器的旋转限位机构1-8，分别在横摇机构传动槽2-1两端和纵摇机构传动槽3-1两端安装了机械限位机构1-10，当横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9转动超过一定角度时，横摇伺服驱动执行机构1-4、纵摇伺服驱动执行机构1-9将停车并锁死。
液压支撑减震设计：
在载体航行过程中，存在垂直方向上对稳定平台系统的震动的影响。本实用新型的纵摇机构1-3通过液压支撑减震机构1-11的底部与艏摇机构1-5固连，以减弱医疗稳定平台垂直方向上的震动的影响。液压支撑减震机构1-11的上端与纵摇机构1-3固连，液压支撑减震机构1-11的底部与艏摇机构1-5固连。要求液压支撑减震机构1-11行程下限要保证纵摇机构1-3与纵摇伺服驱动执行机构1-9不能与艏摇机构1-5相碰撞。
Claims (9)
1.三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：包括横摇机构、传动机构、纵摇机构、艏摇机构、底座，横摇机构、传动机构、纵摇机构均为半球形壳体结构，横摇机构设置在传动机构的上方，纵摇机构设置在传动机构的下方，横摇机构的球面上设置横摇机构传动槽，横摇机构内球面里安装横摇伺服驱动执行机构，传动机构的内球面上设置横摇机构传动齿轮，传动机构的外球面上设置纵摇机构传动齿轮，纵摇机构的球面上设置纵摇机构传动槽，纵摇机构的外球面上安装纵摇伺服驱动执行机构，横摇机构传动齿轮通过横摇机构传动槽与横摇伺服驱动执行机构相连，纵摇机构传动齿轮通过纵摇机构传动槽与纵摇伺服驱动执行机构相连，艏摇机构设置在纵摇机构的下方，艏摇机构上分别设置艏摇机构传动轴和第一环形滑轨槽，底座设置在艏摇机构的下方，底座上设置第二环形滑轨槽并安装液压马达，艏摇机构通过艏摇机构传动轴与液压马达相连，第一环形轨槽与第二环形轨槽尺寸相同、相对布置，在第一环形轨槽和第二环形轨槽里安装圆柱形滚珠，艏摇机构和纵摇机构之间安装液压支撑减震机构，横摇机构上方设置稳定平台甲板。
2.根据权利要求1所述的三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：还包括旋转限位结构和机械限位结构，在横摇伺服驱动执行机构和纵摇伺服驱动执行机构的输出轴上安装旋转限位机构，在横摇机构传动槽的两端和纵摇机构传动槽的两端安装机械限位机构。
3.根据权利要求1或2所述的三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：横摇机构内球面半径与传动机构内球面半径的差值为横摇机构的厚度，传动机构内球面半径与纵摇机构内球面半径的差值为传动机构的厚度。
4.根据权利要求1或2所述的三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：横摇机构传动齿轮水平长度为横摇机构传动槽水平长度的一半，纵摇机构传动齿轮水平长度为纵摇机构传动槽水平长度的一半。
5.根据权利要求3所述的三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：横摇机构传动齿轮水平长度为横摇机构传动槽水平长度的一半，纵摇机构传动齿轮水平长度为纵摇机构传动槽水平长度的一半。
6.根据权利要求1或2所述的三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：横摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与横摇机构传动槽纵向轴线垂直，纵摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与纵摇机构传动槽纵向轴线垂直，横摇机构传动槽纵向轴线与纵摇机构传动槽纵向轴线在空间内也相互垂直。
7.根据权利要求3所述的三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：横摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与横摇机构传动槽纵向轴线垂直，纵摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与纵摇机构传动槽纵向轴线垂直，横摇机构传动槽纵向轴线与纵摇机构传动槽纵向轴线在空间内也相互垂直。
8.根据权利要求4所述的三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：横摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与横摇机构传动槽纵向轴线垂直，纵摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与纵摇机构传动槽纵向轴线垂直，横摇机构传动槽纵向轴线与纵摇机构传动槽纵向轴线在空间内也相互垂直。
9.根据权利要求5所述的三自由度液压驱动重载稳定平台，其特征是：横摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与横摇机构传动槽纵向轴线垂直，纵摇伺服驱动执行机构的传动轴轴线在水平面与纵摇机构传动槽纵向轴线垂直，横摇机构传动槽纵向轴线与纵摇机构传动槽纵向轴线在空间内也相互垂直。
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Granted publication date: 20160504 Termination date: 20210926 |
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