NO169409B - Rotasjonsstyresystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et rotasjonsstyresystem som angitt i innledningen til krav 1.

I de senere år er havnene blitt sterkt trafikkert med store fartøyer og det er derfor oppstått et behov for at taubåter må kunne være i drift for å føre fartøyene mot og bort fra land på en trygg og hurtig måte. Av denne grunn er det i stor utstrekning blitt benyttet taubåter som er utstyrt med fremdriftsutstyr av Z-typen og som lett kan variere fremdriftsretningen over et område på 360°. I en utførelse av fremdriftsutstyr av Z-typen som f.eks. er vist på fig. 1,

blir rotasjonen fra en hovedmotor 1 overført til en inngangsaksel 6 gjennom et universalledd 3, en mellomaksel 4 og et universalledd 5 når en kobling 2 kobles inn og rotasjonen av inngangsakselen 6 overføres til en propell 12 som er festet til en propellaksel 11, gjennom skråttskårne tannhjul 7, 8, 9

og 10, slik at propellen 12 kan settes i rotasjon for å drive fartøyet frem. Samtidig blir rotasjonen av en hydraulisk motor 14 som styres av en rotasjonsstyreenhet 13, overført til et hult, roterbart hus 17 ved hjelp av en snekkeskrue 15

og et snekkehjul 16 for å vinkelstille det roterbare hus 17, slik at fremdriftsretningen for propellen 12 forandres når fartøyet skal svinge.

En vanlig fremgangsmåte til styring av rotasjonen av fremdriftsutstyr av Z-typen er å regulere rotasjonshastigheten for den hydrauliske motor 14 i forhold til rotasjonshastigheten for hovedmotoren 1. Ved en slik vanlig fremgangsmåte driver den hydrauliske motor 1 en hydraulisk pumpe og styrer dermed den hydrauliske motor 14. Som et alternativ kan en motor drive den hydrauliske pumpe til styring av den hydrauliske motor 14. Ved den fremgangsmåte der hovedmotoren 1 driver den hydrauliske pumpe, måles rotasjonshastigheten for hovedmotoren 1 og helningsvinkelen for den hydrauliske pumpe styres slik at den blir omvendt proporsjonal med rotasjonshastigheten for hovedmotoren, hvorved rotasjonshastigheten for den hydrauliske motor 14

blir konstant. Som etalternativ kan rotasjonshastigheten

for den hydrauliske motor 14 måles og helningsvinkelen for den hydrauliske pumpe reguleres slik at rotasjonshastigheten for den hydrauliske motor blir konstant.

Blandt disse styremåter vil man når det gjelder fartøy som

er utstyrt med fremdriftsutstyr av Z-typen og er av den type der en dreiekraft som utøves på fartøyet er proporsjonal med kvadratet av fartøyets seglehastighet, kan man ta i betraktning at rotasjonshastigheten for det roterbare hus reduserer for å unngå en økning i den hydrauliske drivkraft og en skarp dreining av fartøyet når rotasjonshastigheten for hovedmotoren 1 er høy. På den annen side må man også ta i betraktning at når rotasjonshastigheten for hovedmotoren 1 er lav, bør rotasjonshastigheten for det roterbare hus økes for å kunne utnytte overskuddet i den hydrauliske drivkraft og for å kunne dreie fartøyet hurtig.

Imidlertid er fartøyer som er utstyrt med fremdriftsutstyr

av Z-typen hovedsaklig benyttet som taubåter. I det tilfelle da taubåten skal utføre fortøyningen av et fartøy, er rotasjonshastigheten for hovedmotoren 1 ikke alltid proporsjonal med taubåtens hastighet eller med omdreiningstallet på propellen Det finnes situasjoner da rotasjonshastigheten for hovedmotoren 1 er lav, mens båtens hastighet er høy og andre situasjoner der rotasjonshastigheten for hovedmotoren er høy,

mens båtens hastighet er lav. Ved fremgangsmåten til styring av rotasjonshastigheten for det roterbare hus bare som en omvendt proporsjon av rotasjonshastigheten for hovedmotoren 1, vil derfor motoren til drift av den hydrauliske pumpe bli utsatt for overbelastning og stanses av sikkerhetsanordninger og den hydrauliske pumpe kan skades når rotasjonen av hovedmotoren 1 er lav mens båtens hastighet er høy (som når taubåten trekkes av fartøyet). Når rotasjonshastigheten for hovedmotoren er høy, mens båtens hastighet er lav (som når taubåten sleper fartøyet), vil dessuten en høy hastighet på taubåtens dreining ikke kunne oppnås.

Et annet kjent rotasjons styre system for styring av dreiningen av et fartøy som er utstyrt med fremdriftsutstyr av Z-typen er vist på figur 2. Dette system omfatter en styrevinkel detektor 22 for måling av styrevinkelen på et styre-håndtak 21 for rotasjon av et hult roterbart hus som tilhører fremdriftsutstyret av Z-typen, en rotasjonsvinkel detektor 23 for måling av rotasjonsvinkelen (oppfølgingsvinkelen) for det roterende hus 17, en feilspenningsgenerator 24 for sammenligning av en målt verdi 61 for styrevinkel detektoren 22

med en målt verdi 62 for rotasjonsvinkeldetektoren 23, for avgivelse av en feilspenning som utgang, en rotasjonshastighetsdetektor 25 for måling av rotasionshastiaheten v>å det roterbare hus 17, en servo krets 25 for sammenligninq av utqangen fra feilspenningsgeneratoren 24 med utgangen fra rotasjons-hastighetsdetektoren 25 til dannelse av et servo signal, en strømnings hastighets- og retnings regulerende ventil 27, f.eks. en elektromagnetisk proporsjonal styreventil som styres av servo signalet, en hydraulisk pumpe 2 9 som er fcrbundet med den strømningshastighets-og retningsregulerende ventil 27 og som drives av en motor 28 og en hydrauliske motor 14 som er forbundet med den strømningshastighets regulerende og retningsbestemmende ventil 27 og er innrettet til å

rotere det roterbare hus 17 gjennom en snekkeskrue 15 og et snekkehjul 16. Som vist på figur 3, frembringer feilspenningsgeneratoren 24 en spenning som øker i forhold til en vinkelforskjell (61 - 62) når -A (A er en positiv konstant verdi) < vinkelforskjellen (61 - 92) < A og den avgir også en negativ eller en positiv konstant spenning når vinkelforskjellen (61 - 62) -A eller vinkelforskjellen (81 - 82) ^ A. Av den grunn vil servokretsen 26 styre strømningshastighets-og retningsregulerings ventilen 27

slik at den spenning som frembringes av feilspenningsgeneratoren 24 faller sammen med utgangen fra rotasjonshastighets detektoren 25. Som et resultat av dette, vil den hydrauliske motor 14 bli drevet i overensstemmelse med utgangen fra feilspenningsgeneratoren 24 for å rotere det roterbare hus 17. I det ovennevnte rotasjons styre system

blir imidlertid rotasjonshastigheten for det roterbare hus styrt i overensstemmelse med f eilspenningen sam vist på figur 3,

uansett hastigheten på fartøyet og den er alltid konstant,

bortsett fra når vinkelforskjellen (01 - 62) ligger i nærheten av 0. Selv am styrehendelen 21 vinkelforskyves i samme vinkel, vil derfor dreiningen av fartøyet variere avhengig av fartøyets hastighet. Når fartøyets hastighet er høy, vil dermed fartøyet dreie med høy hastighet. Dette er farlig og når fartøyets hastighet er lav, vil dreiningens hastighet bli senket, slik at en liten dreining ikke kan oppnås og dermed innvirker dette på fartøyets styreegenskaper. Av den grunn må med vanlige systemer, rormannen forandre styremåten med styrehendelen 21 i overensstemmelse med fartøyets hastighet. Styringen av fartøyet blir dermed vanskelig og det kreves stor dyktighet.

US-patent nr. 3 950 687 beskriver et eksempel på en servo-

mekanisme for styring av hastighet og posisjon av et styrt element med en rotasjonsvinkeldetektor for måling av rotasjons-

vinkel for det styrte elementet av den art sam angitt i inn-

ledningen til krav 1.

En hensikt med oppfinnelsen er derfor å kamme frem til et rotas jonsstyresystem for f remdrif tsutstyr av Z-typen sam er istand til å styre et fartøy til oppnåelse av en optimal dreining, uansett fartøyets hastighet.

En annen hensikt er å kamme frem til et slikt rotas jonsstyre-

system sam øker fartøyets evne til å dreie hurtig.

En ytterligere hensikt er å kamme frem til et slikt rotas jonsstyresystem sam er i stand til å dreie fartøyet på en måte sam passer til belastningen på en fremdrifteanordning.

Ennå en hensikt med oppfinnelsen er å kamme frem til et rotasjonsstyresystem sam er istand til å styre en rekke fremdrifts-

enheter av Z-typen montert på et fartøy, f .eks. et f ler aks let fartøy og sam er istand til å styre dette til oppnåelse av en optimal dreining.

I henhold til oppfinnelsen er man kommet frem til et rotas jonsstyresystem av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

En hydraulisk motor kan benyttes som cirivanordning, og i så tilfelle kan trykkdetektorer til måling av henholdsvis trykkene ved inngangs- og utgangsportene far den hydrauliske motor benyttes som belastningsdetektoren.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1 er et blokkdiagram for et vanlig rotas jonsstyresystem

for fremdriftsutstyr av Z-typen,

fig. 2 er et blokkdiagram for et annet vanlig rotas jonsstyresystem,

fig. 3 er et diagram sam viser egenskapene ved driften av

styresystemet på fig. 2,

fig. 4 er et blokkdiagram for en første utførelsesform for

oppfinnelsen,

fig. 5 viser bølgeformer sam forklarer driften av systemet på

fig. 4,

fig. 6 og 7 er illustrasjoner som viser egenskapene ved driften

av systemet på fig. 4, henholdsvis det vanlige system, fig. 8 er et blokkdiagram for en andre utførelsesform for

oppfinnelsen,

fig. 9 og 10 er illustrasjoner som viser egenskapene ved driften

av systemet på fig. 8,

fig. 11 er et blokkdiagram for en tredje utførelsesform for

oppfinnelsen,

fig. 12 er et blokkdiagram for den fjerde utførelsesform for

oppfinnelsen,

fig. 13 og 14 er diagrammer sam viser egenskapene ved driften av systemet på fig. 12,

fig. 15 er et blokkdiagram for en femte utførelsesform for oppfinnelsen og

fig. 16 viser egenskapene ved driften av ■systemet' ;på<' fig. 15.

Fig. 4 viser en utførelsesform for oppfinnelsen. Henvisnings-tallet 14 betegner en hydraulisk motor som er koblet til et snekkehjul 16 med en snekkeskrue 15 som er utformet på en snekkeaksel 30 og snekkehjulet 16 er forbundet med et hult roterbart hus 17 for fremdriftsutstyr av Z-typen. Et takometer (rotasjons hastighets detektor) 25 er forbundet med snekkeakselen 30 som ved hjelp av tannhjul 31 og 32 er forbundet med et oppfølgnings potensiometer 23 (oppfølgnings-vinkel detektor). Et signal som er utgang fra takometeret 25 vil variere i polaritet avhengig av rotasjonsretningen og dets utgangsklemme er forbundet med en inngangsklemme for en sammenligningskrets 33. Utgangen fra oppfølgingspotensiometer-et 23 er forbundet med en inngangsklemme for en sammenligningskrets 34. Til en annen inngangsklemme til sammenligningskretsen 34 er det koblet et styrepotensiometer 22 (styrevinkeldetektor) som måler en styrevinkel for en styrehendel 21 som bevirker dreining av det roterbare hus 17. Sammenligningskretsen 34 er bygget opp for å bestemme rotasjonsretningen som en forskjell i spenning mellom styrepotensiometeret 22

og oppfølgningspotensiometeret 23, for derved som utgang å avgi et kommandosignal. Den hydrauliske motor 14 er forbundet med en hydraulisk pumpe 37 gjennom ledninger 35 og 36 og trykkdetektorer 38 og 39 for måling av oljetrykkene ved inngangs-og utløpsportene X og Y for den hydrauliske motor 14 er montert på rørene 35 og 36 og oljetrykkene måles som positive verdier. Trykkdetektoren 38 er koblet gjennom en motstand R1 til en omformende inngangsklemme for en driftsforsterker 40 og er også koblet til en inngangsklemme for en bestemmelseskrets 41. Utgangsklemmen for trykkdetektoren 39 er koblet via en motstand R2 til den omformende inngangsklemme for driftforsterkeren 40 og er også koblet til den

annen inngangsklemme for bestemmelseskretsen 41. Bestemmelseskretsen 41 tjener til å bestemme hvilke av trykkene i portene X og Y for den hydrauliske motor 14 som er størst.

Den ikke-omformende inngangsklemme for driftsforsterkeren

40 er koblet til jord gjennom en motstand R3 og en motstand R4 er koblet mellom den omformende inngangsklemme og utgangsklemmen for driftsforsterkeren 40. Driftforsterkeren 40 og motstandene R1 og R2, R3 og R4 danner en summeringskrets 42 som summerer sammen utgangene fra trykkdetektorene 38 og 39. Utgangsklemmen fra summeringskretsen 42 er koblet til en klemme i en bryter 43 og også til en klemme i en bryter 46 gjennom en polaritetsvendende krets 45 som er dannet av en driftsforsterker 44 og motstander R5, R6 og R7. Når oljetrykket i porten X er større enn trykket i porten X, vil bestemmelseskretsen 41 koble inn bryteren 46, slik at utgangssignalet fra summeringskretsen 42, som representerer summen av oljetrykkene i portene X og Y, blir vendt om av kretsen 45 og blir matet gjennom bryteren 46. Når på den annen side oljetrykket i porten Y er større enn trykket ved porten X, vil bestemmelseskretsen 41 koble inn bryteren 43 slik at utgangssignalet fra summeringskretsen 42, som representerer summen av oljetrykkene i portene X og Y, mates gjennom bryteren 43 uten å bli omformet. Den annen klemme for hver av bryterene 43 og 4 6 er koblet til en inngangsklemme for en begrenserkrets 47 for maksimal utgang og utgangsklemmen for sammenligningskretsen 34 er koblet til den annen inngangsklemme til begrenserkretsen 47 for maksimal utgang. Kretsen 47 som begrenser den maksimale utgang begrenser den maksimale utgang fra sammenligningskretsen 34, omvendt proporsjonalt med utgangen fra summeringskretsen 42 som blir til-ført gjennom bryteren 43 eller bryteren 46. Utgangsklemmen for begrenserkretsen 47 for maksimal utgang blir koblet til den annen inngangsklemme for sammenligningskretsen 33 og utgangsklemmen for sammenligningskretsen 33 blir koblet til en elektromagnetisk proporsjonaltstyrende ventil 48. Sammenligningskretsen 33 sammenligner utgangen fra begrenserkretsen 47 for maksimal utgang med utgangen fra takometeret 2 5 for som utgang og gi et signal som representerer forskjellen mellom dem. En port P i den elektromagnetiske proporsjonalstyrende ventil 48 er koblet gjennom et rør 50 til en hydraulisk pilotpumpe 49 som, på sin side, er tilsluttet den hydrauliske pumpe 47. Portene A og B i den elektromagnetiske proporsjonalstyrende ventil 48 er koblet gjennom rør 51 og 52 til motstående ender C og f) av en hydraulisk sylinder 53. En stempelstang 53a i den hydrauliske sylinder 53 er forbundet med en betjeningsarm 37a som styrer strømnings-retningen for oljen fra den hydrauliske pumpe 47 og en strøm-ningshastighet ved denne. Den hydrauliske pumpe 3 7 er forbundet med hovedmotoren 1 eller en drivanordning 54, f.eks.

en elektrisk motor.

Virkemåten for rotasjons styre systemet for fremdrifts-

utstyr av Z-typen som er omhandlet ovenfor, vil nu bli beskrevet.

Når styrehendlen vinkelstilles, vil det først oppstå en spenningsforskjell mellom styrevinkelen detektoren 22 og oppfølgningsvinkel detektoren 23 slik at sammenligningskretsen 34 oppfatter rotasjonsretningen slik at den kan avgi som utgang et rotasjons kommando signal. På dette tidspunkt er den hydrauliske motor 14 ute av drift og utgangene fra takometeret 25 og trykkdetektorene 38 og 39 er "0", og av den grunn blir rotasjonskommando signalet matet til den elektromagnetiske proporsjonalregulerende ventil 48 gjennom begrenserkretsen 47 for den maksimale utgang og sammenligningskretsen 33. Resultatet er at den elektromagnetiske proporsjonalregulerende ventil 48 åpner for å bevege stempelstangen 53 a i den hydrauliske sylinder 53, slik at styrearmen 37a vinkelstilles slik at den hydrauliske pumpe 37

avgir olje. Resultatet er at den hydrauliske motor 14 settes i drift og roterer det roterbare hus 17. Når den hydrauliske motor 14 begynner å rotere, vil trykkdetektorene 38 og 39

og takometeret 25 mate utgangssignalene.

Som vist på fig. 5, er bølgeformen P1 og P2 for utgangene

fra trykkdetektorene 38 og 39 som representerer oljetrykkene ved henholdsvis inngangsport og utgangsport for den hydrauliske motor 14 pulserende bølgeformer, og derfor vil, hvis utgangene fra trykkdetektorene 38 og 39 brukes direkte, pulseringen skape en resonans, en driftsvingning eller lignende som kan føre til en ustabil styring. For å fjerne denne pulsering, kan det anbringes en integrasjons-krets i kretsene forøvrig og som et alternativ kan en akkumu-lator finnes i den hydrauliske krets. Disse fremgangsmåter fører imidlertid til en tidsforsinkelse som bidrar til drifts-svingningen. Som vist på fig. 5 vil, når en av bølgeformene P1 og P2 for utgangene fra trykkdetektorene 38 og 39 blir betydelig større i verdi, blir en annen betydelig mindre. Siden utgangene fra trykkdetektorene 38 og 3 9 blir summert sammen i summeringskretsen 42, vil derfor bølgeformen P3

som gjelder utgangen fra summeringskretsen bli en stabil bølgeform som er fri for pulseringen (fig. 5). Deretter vil bestemmelseskretsen 41 bestemme hvilket av trykkene i portene X og Y for den hydrauliske motor 14 som er størt, og når trykket i porten X er størst, vil bestemmelseskretsen koble inn bryteren 4 6 og koble ut bryteren 43. På denne måte blir utgangen fra summeringskretsen 42 vendt om av den polaritetsvendende krets 45 og blir matet som en positiv verdi til begrenser kretsen 4 7 for maksimal utgang. På den annen side, når trykket i porten X er størst, blir bryteren 43 koblet inn og bryteren 46 koblet ut, slik at utgangen fra summeringskretsen 42 blir matet til begrenserkretsen 47 for maksimal utgang som en negativ verdi på en ikke omvendt måte.

Når summen av utgangene fra trykkdetektorene 38 og 39 som

er fremkommet på denne måte blir ført som inngang til begrenserkretsen 4 7 for maksimal utgang, blir den maksimale utgang fra sammenligningskretsen 3 4 begrenset i overensstemmelse med summen av utgangene fra trykkdetektorene 38

og 39 og blir matet til sammenligningskretsen 33, idet den maksimale utgang er begrenset omvendt proporsjonalt med

summen av utgangene fra trykkdetektorene 38 og 39. Sammenligningskretsen 33 sammenligner utgangen fra begrenserkretsen 4 7 for maksimal utgang med utgangen fra takometeret 25,

for som utgang å gi et signal som representerer en forskjell mellom disse to utganger, til den elektromagnetiske proporsjonerende reguleringsventil 48. Den elektromagnetiske proporsjonerende reguleringsventil 48 blir gradvis åpnet og når utgangen fra begrenserkretsen 47 for maksimalutgang faller sammen med utgangen fra takometeret 25, vil utgangen fra sammenligningskretsen 33 gå til "0", og den elektromagnetiske proporsjonerende reguleringsventil 48 stenges. Da blir stempelstangen 53a stanset og styrearmen 37a vil ikke lenger bli vinkelforskjøvet, slik at den hydrauliske pumpe 37 avgir en konstant oljemengde. Resultatet er at den hydrauliske motor 14 slutter å øke sin rotasjonshastighet og roterer med en konstant hastighet, slik at det roterbare hus 17 også dreies med konstant hastighet.

Når rotasjonsbelastningen det roterbare hus 17 for fremdriftsutstyr av Z-typen øker på grunn av at fartøyet øker sin hastighet eller av andre årsaker, i løpet av den tid da det roterbare hus 17 dreies med konstant hastighet, vil trykkene som måles av trykkdetektorene 38 og 39 øke og utgangen fra begrenserkretsen 47 for maksimale utgang reduseres. Resultatet er at utgangen fra sammenligningskretsen 33 blir negativ og den elektromagnetiske proporsjonalregulerende ventil 48 åpner i motsatt retning. Da vil stempelstangen 53a for den hydrauliske sylinder 53 begynne å bevege seg mot sin opprinne-lige stilling og da vil mangden av olje som drives fra den hydrauliske pumpe 37 bli redusert, slik at rotasjonshastigheten for den hydrauliske motor 14 reduseres for dermed å redusere rotasjonshastigheten på det roterbare hus 17. Resultatet er at utgangen fra takometeret 2 5 avtar og bringes til å falle sammen med utgangen fra begrenserkretsen 47 for maksimal utgang, hvoretter utgangen fra sammenligningskretsen 33 går til "0". Dermed blir den elektromagnetiske proporsjonalregulerende ventil 48 lukket, slik at mengden av olje fra den hydrauliske pumpe 3 7 blir konstant. Resultatet er at den hydrauliske motor 14 roterer med konstant hastighet og det roterbare hus 17 blir også dreiet med konstant hastighet. Når på den annen side rotasjonsbelastningen det roterbare hus 17 utøver avtar på grunn av at fartøyets hastighet reduseres eller lignende, vil dethele foregå motsatt det som er forklart ovenfor. Mer bestemt vil trykkene som måles av trykkdetektorene 38 og 39 falle og utgangen fra begrenserkretsen 47 for maksimal utgang øker. Dermed blir utgangen fra sammenligningskretsen 33 positiv og den elektromagnetiske proporsjonerende reguleringsventil 48 åpner i en slik retning at mengden av olje fra den hydrauliske pumpe 37 øker. Resultatet er at rotasjonshastigheten for den hydrauliske motor 14 øker slik at rotasjonshastigheten for det roterbare hus

17 også øker.

Når det roterbare hus 17 nærmer seg ønsket innstilling, blir spenningsforskjellen mellom de to vinkeldetektorer 22 og 23 mindre og utgangen fra sammenligningskretsen 34 avtar.

Dermed vil den elektromagnetiske proporsjonerende reguleringsventil 48 åpne i en slik retning at mengden av olje fra den hydrauliske pumpe 3 7 avtar, hvorved rotasjonshastigheten for den hydrauliske motor 14 gradvis blir nedsatt. Når så spenningsforskjellen mellom de to vinkeldetektorer 22 og 23 blir "0", vil utgangen fra sammenligningskretsen 34 også bli "0" og utgangene fra begrenserkretsen 47 for maksimal utgang og sammenlignerkretsen 33 blir også "0". Dermed blir den elektromagnetiske proporsjonale reguleringsventil lukket og den hydrauliske pumpe 37 og den hydrauliske motor 14 stanses, slik at rotasjonen av det roterbare hus 17 for frem-drif tsapparatet av Z-typen opphører.

Da rotasjonen av det roterbare hus 17 for fremdriftsutstyret av Z-typen kan styres på denne måte, vil med rotasjonsstyresystemet i denne utførelsesform rotasjonshastigheten øke som angitt med stiplede linjer V1 til V5 på fig. 6. I sammenligning med et vanlig system der rotasjonshastigheten for det roterbare hus 7 blir styrt omvendt proporsjonalt med rotasjonshastigheten for hovedmotoren som vist på fig. 7, vil man derfor med systemet i henhold til oppfinnelsen oppnå en høyere rotasjonshastighet når rotasjonshastigheten for hovedmotoren er høy og fartøyets hastighet er lav. Når rotasjonshastigheten for hovedmotoren er lav med høy hastighet på fartøyet, vil dessuten rotasjonshastigheten kunne dempes. Overbelastningsområdet, d.v.s. arealet utenfor den heltrukne linje på fig. 7, blir derfor mindre. Op fir. 6 og 7 viser kurvene med heltrukne linjer tilstanden da fartøyet segler alene.

Fig. 8 viser en andre utførelsesform for foreliggende oppfinnelse. På denne figur er en detektor 60 for måling av omdreiningstallet for propellen 12 montert på en vertikal aksel 59 som forbinder de skråttskårede tannhjul 7 og 8.

En rotasjonsvinkel detektor 23 er koblet til en inngangsklemme for en feilspenningsgenerator 24. Til en annen inngangsklemme for feilspenningsgeneratoren 24 er det koblet en styrevinkel detektor 22 for måling av styrevinkelen på

en styrehendel 21 som bevirker at det roterbare hus 17 dreies. Feilspennings generatoren 24 er beregnet på å frembringe en feilspenning i overensstemmelse med en forskjell (81 - 62) (vinkelforkjell) mellom måleverdien 81 for styrevinkel detektoren 22 og måleverdien 82 for rotasjonsvinkel detektoren 23. Feilspennings generatoren 24 er koblet til en inngangsklemme for en variabel begrenserkrets 61 og utgangsklemmen for propell omdreinings detektoren 60 er koblet til den annen inngangsklemme for den variable begrenserkrets 61. Den variable begrenserkrets 61 er beregnet på å begrense utgangen fra feilspenningsgeneratoren 24 i overensstemmelse med utgangen fra propellomdreinings detektoren 60. Dessuten er utgangsklemmen for den variable begrenserkrets 61 koblet til en inngangsklemme for en servokrets 62 og en utgangsklemme for en

rotasjonshastighets detektor 2 5 er koblet til den annen inngangsklemme til servokretsen 62. Servokretsen 62 er beregnet på, som utgang, å gi et servosignal til en reguleringsventil 48 for strømnings hastighet og retning, f.eks. en elektromagnetisk proporsjonal reguleringsventil, slik at utgangen fra den variable begrenserkrets 61 faller sammen med den målte verdi i rotasjons hastighets detektoren 25.

Reguleringsventilen 48 for strømningshastighet og retning,

er koblet til en hydraulisk motor 14 gjennom rør 63 og 64

og til en hydrauliske pumpe 66 gjennom et rør 65, samt til en oljetank 68 gjennom et rør 67. Den hydrauliske pumpe 66 og oljetanken 68 er koblet sammen med et rør 69 og en motor 70 er koblet til den hydrauliske pumpe 66.

Virkemåten for dette rotasjons styre system vil nu bli beskrevet.

Først settes hovedmotoren 1 i rotasjon, og en kobling 2

kobles inn, slik at hovedmotorens 1 rotasjon overføres til en inngangsaksel 6 gjennom et universalledd 3, en mellomaksel 4 og et universalledd 5. Rotasjonen av inngangsakselen 6 overføres til en propellaksel 11 gjennom skråttskårne tannhjul 7 og 8, den vertikale aksel 59 og de skråttskårne tannhjul 9 og 10 slik at propellen 12 settes i rotasjon ;for fremdrift av fartøyet. Når styrehendelen 21 under disse forhold vinkelstilles, vil styrevinkeldetektoren 22

avgi som utgang en måleverdi 91 som representerer styrevinkelen, til feilspenningsgeneratoren 24. Da det roter-

bare hus på dette tidspunkt ennu ikke er dreiet, vil måleverdien 92 på rotasjonsvinkel detektoren 23 være "0". Da vil feilspennings generatoren 24 frembringe en feilspenning i overensstemmelse med forskjellen (01 - 02) (vinkelforskjell) mellom måleverdien 01 fra styrevinkeldetektoren 22 og måleverdien 02 fra rotasjonsvinkeldetektoren 23, og denne feilspenning tilsvarer den som frembringes av den vanlige feilspenningsgenerator 24 på fig. 3. Feilspenningen som frem-

bringes av feilspenningsgeneratoren 24 er begrenset av den variable begrenserkrets 61 i overensstemmelse med utgangen fra propellomdreiningsdetektoren 60. Da antall propellomdreininger varierer fra en liten verdi Na (d.v.s. med lav hastighet på fartøyet) til en større verdi Nb (d.v.s. med høy hastighet på fartøyet) vil maksimum og minimum verdiene for feilspenningen være begrenset som vist på figur 9. Når derfor fartøyets hastighet blir større, vil den absolutte verdi på utgangen fra den variable begrenserkrets 61 bli mindre ved samme vinkelforskjell (01 - 02). Utgangen fra den variable begrenserkrets 61 blir ført som inngang til servokretsen 62, og reguleringsventilen 48 for strømnings-hastighet og retning styres av utgangen (servo signalet) fra servokretsen, slik at den fremmatede mengde olje fra den hydrauliske pumpe 66 til den hydrauliske motor 14, såvel som oljens materetning blir styrt. Da blir den hydrauliske motor 14 rotert i den dermed valgte retning med en hastighet som bestemmes av oljens matemengde og vil dermed dreie det roterbare hus 17. Når det roterbare hus 17 begynner å dreie seg, blir den målte verdi fra rotasjonshastighets detektoren 25 ført som inngang til servokretsen 62, slik at servokretsen 62 avgir servosignalet til reguleringsventilen 48 for strømningshastighet og retning slik at utgangen fra den variable begrenserkrets 61 bringes til å falle sammen med rotasjonshastigheten for det roterbare hus 17. Resultatet er at rotasjonshastigheten for det roterbare hus 17 faller sammen med utgangen fra den variable begrenserkrets 61 og det roterbare hus 17 fortsetter å rotere i denne tilstand. Den målte verdi 02 fra rotasjonsvinkeldetektoren 23 blir større i overensstemmelse med rotasjonen av det roterbare hus 17 og blir ført som inngang til feilspenningsgeneratoren 24, slik at vinkelforskjellen (01 - 02) blir gradvis mindre. Når så den målte verdi 01 fra styrevinkel detektoren 22 faller sammen med den målte verdi 02 for rotasjonsvinkel detektoren 23, vil vinkelforskjellen (01 - 02) være "0" og utgangen fra feilspenningsgeneratoren 24 blir også "0". Som et resultat, blir utgangen fra den variable begrenserkrets 61 bragt til "0" og dette resultat føres som inngang til servokretsen 62. På denne måte blir reguleringsventilen 48 for strømningshastighet og retning styrt av servosignalet for servokretsen 62, for å stanse tilførselen av olje fra den hydrauliske pumpe 66 til den hydrauliske motor 14, slik at rotasjonen av den hydrauliske motor 14 opphører og det roterbare hus 17 stanser.

På denne måte blir det roterbare hus 17 dreiet i overensstemmelse med styrevinkelen for styrehendelen 21. På dette tidspunkt vil den variable begrenserkrets 61 regulere utgangen. Når nu som vist på fig. 10 antallet N av propellomdreininger er høyt (d.v.s. at fartøyet har stor hastighet) blir hastigheten Vr for dreiningen av det roterbare huset 17 liten.

På den annen side når antall N propellomdreininger er lavt (d.v.s. at fartøyet segler langsomt) blir hastigheten Vr for det roterbare hus 17 større.

Hver rotasjonsvinkel detektor 23 og styrevinkel detektor 22 kan være av en hvilken som helst type, f.eks. et potensiometer, en synkro og en vinkeldetektor av den optiske type så lenge den kan måle en vinkel. Dessuten kan rotasjonshastighets detektoren 25 og propellomdreinings detektoren 60 være av en hvilken som helst type, f.eks. en magnetskive og en takometer generator så lenge den kan måle rotasjonshastighet .

Hvis man har flere fremdriftsenheter av Z-typen og hver av disse har sitt rotasjonsstyre system installert i fartøyet, drives propellen for hver fremdriftsenhet av sin egen hovedmotor og derfor kan omdreiningstallet for propellene være forskjellige fra hverandre. Med systemet i henhold til denne utførelsesform, er rotasjonshastigheten for de roterbare hus ikke i synkronisme med hverandre og det er derfor mulig at fartøyet styres i en retning som er forskjellig fra den som tilsiktes med styreoperasjonen.

En tredje utførelsesform for oppfinnelsen som er vist på

fig. 11 omhandler dette problem.

På denne figur har de deler som tilsvarer delene på fig. 8

de samme henvisningstall. De deler av systemet som er montert på venstre side av fartøyet, er betegnet med tilføyelsen £, mens delene som er montert på høyre side av fartøyet er betegnet med tilføyelsen r. Utgangsklemmene på propellomdreinings detektorene 60£ og 60r er koblet til en maksimum verdi velger krets (begrensende signalfrembringende krets) 80,der maksimalverdi velgerkretsen 80 er innrettet til å velge den maksimale verdi av propellens omdreiningstall som måles av hver av propellomdreinings detektorene 60 £ og 6Or. Utgangsklemmen på maksimumverdivelkger kretsen 80 er koblet til variable begrenserkretser 61 £ og 60r. Maksimumverdivelger kretsen 80 kan erstattes av en velgerkrets som velger gjennomsnittsverdi eller minimumverdi.

Virkemåten for dette system vil nu bli beskrevet.

Når etpar styrehendler 21 £ og 21r vinkelstilles for å dreie

av fartøyet når dette segler fremover, vil feilspennings-generatorer 24£ og 24r avgi feilspenninger som utganger til de variable begrenserkretser 61 £ og 61r i overensstemmelse med en forskjell ( 0'1 - 0'2) mellom den målte verdi 0'1

fra en •.styrevinkeldetektor 221 og den målte verdi 0'2 fra rotasjonsvinkeldetektoren 23£ og en forskjell (0''1 - 0<*>'2) mellom den målte verdi 0''1 for en styrevinkel detektor 22r og den målte verdi 0''2 for en rotasjonsvinkel detektor 23r som beskrevet ovenfor for feilspenningsgeneratoren på fig. 3. På dette tidspunkt vil maksimalverdi velgerkretsen 80 som propellenes omdreiningstall, målt av propellomdreinings-detektorene 60£ og 60r er tilført som utganger, velge maksimumverdien for disse omdreiningstall og som utgang i et signal som representerer dette, til de respektive variable begrenserkretser 61 £ og 61 r. De variable begrenserkretser 61 £ og 61 r

begrenser utgangene (feilspenningene) fra feilspenningsgeneratorene 24 £ og 24r i overensstemmelse med utgangen fra maksimalverdi velgerkretsen 80 som representerer maksimalverdien for omdreiningstallene for propellene. På denne måte blir utgangene fra de variable begrenserkretser 61 £

og 61r begrenset méd samme verdi, d.v.s. maksimalverdien for omdreiningstallet for propellene og derfor vil de variable begrenserkretser 61 £ og 61 r mate spenning til de respektive servokretser 62£ og 62r i overensstemmelse med samme utgangs-kurve. På denne måte blir de maksimale og minimale verdier for utgangene fra de variable begrenserkretser 61 £ og 61 r begrenset som vist på figur 9. Servokretsen 62£ og 62r som utgangene fra de respektive variable begrenserkretser 61 £

og 61 r er blitt ført til som innganger, avgir som utgang servosignaler til styring av de respektive reguleringsventiler 48£ og 48r for strømningshastighet og retning, slik at de respektive hydrauliske motorer 14£ og 14r roterer for å dreie de respektive roterbare hus 17£ og 17r. Når de roterbare hus 17£ og 17r begynner å dreie seg, vil de verdier som måles av rotasjonshastighets detektorene 25£ og 25r bli ført som inngang til de respektive servokretser 62£ og 62r som, på sin side, som utgang avgir servosignaler til de respektive reguleringsventiler 48£ og 48r for strømningshastighet og retning, for derved å bringe rotasjonshastigheten for de roterbare hus 17£ og 17r til å falle sammen ved utgangene fra de respektive variable begrenserkretser 61 £ og 61 r. Som et resultat vil rotasjonshastigheten for de roterbare hus 17£ og 17r falle sammen med utgangene fra de respektive variable begrenserkretser 61 £ og 61 r styrt av utgangen fra maksimalverdi velgerkretsen 80 og de roterbare hus 17£ og 17r fortsetter å dreie seg. De målte verdier 0<*>2 og 0'"2 fra rotasjonsvinkel detektorene 23£ og 23r nærmer seg de målte verdier 0'1 og 0''1 fra styrevinkeldetektorene 22£ og 22r i overensstemmelse med dreiningen av de roterbare hus 17£ og 17r, slik at vinkelforskjellene (0'1 - 0'2) og (©•'1 - 0''2) blir gradvis mindre. Når så de målte verdier 0'1 og 0''1 fra styrevinkel detektorene 22£ og 22r faller sammen med de målte

verdier 0<*>2 og 0''2 fra rotasjonsvinkel detektorene 23£ og 23r, blir vinkelforskjellen (0'1 - 0'2) og (Ø'<*>1 -0"2) lik "0", og utgangene fra feilspenningsgeneratorene 24£ og 24r blir også "0". Av denne grunn blir utgangene fra de variable begrenser kretser 61 £ og 61r også lik "0". Resultatet av dette er at reguleringsventilene 48£ og 48r for strømnings-hastighet og retning styres av servosignalene fra servokretsene 62£ og 62r for å stanse de hydrauliske motorer 14£ og 14r

slik at dreiningene av de roterbare hus 17£ og 17r også stanses. På denne måte blir de roterbare hus 17£ og 17r dreiet i overensstemmelse med styrevinklene for styrehendlene 21 £ og 21r. Samtidig vil de variable begrenserkretser 61 £

og 61 r begrense deres respektive utganger i overensstemmelse med utgangen (maksimumverdien for omdreiningstallet for propellene) fra maksimumverdi velgerkretsen 80, slik at rotasjonshastighetene for de roterbare hus 17£ og 17r synkro-niserer hverandre. Når derfor utgangen fra maksimumverdi-velgerkretsen 80 er stor, vil rotasjonen av de roterbare hus 17£ og 17r være lav. På den annen side vil, når utgangen fra maksimumverdivelger kretsen 80 er liten, rotasjonshastighetene for de roterbare hus 17£ og 17r være høy.

Hvis styrehendlene 21 £ og 21r betjenes uavhengig av hverandre, vil de roterbare hus 17£ og 17r rotere i synkronisme med hverandre i overensstemmelse med utgangen fra maksimumverdivelger-kretsen 80. Denne utførelsesform er blitt beskrevet under henvisning til fartøyet med paret av fremdriftsutstyr, men oppfinnelsen kan anvendes også for et fartøy med mer enn to fremdriftsanordninger av Z-typen. Selv om deteksjonssignalet som ved denne utførelsesform representerer omdreiningstallet for hver av propellene, anvendes for begrensning av feilspenningen, kan det erstattes av et signal som representerer omdreiningstallet for hver av andre deler f.eks. hovedmotorene og propellenes drivaksel systemer.

Figur 12 viser en fjerde utførelsesform for oppfinnelsen. Denne fjerde utførelsesform skiller seg fra utførelsesformen på figur 8 ved at amplituden på feilspenningen begrenses i overensstemmelse med fartøyets hastighet. Mer bestemt er et skrog 90 som har fremdriftsutstyr av Z-typen i denne utførelse forsynt med en hastighetsmåler 91 for fartøyet for måling av dets hastighet, f.eks. en elektromagnetisk logg eller en Doppler sonar. Utgangen fra fartøyets hastighetsmåler 91 mates til en variabel begrenserkrets 61 gjennom en krets 92 for absolutt verdi. Kretsen 92 for absolutt verdi er inn-koblet fordi utgangen fra fartøyets hastighetsmåler 91 blir negativ når fartøyet segler akterover.

Virkemåten for dette system vil nå bli beskrevet.

Når en styrehendel 21 betjenes, vil en feilspenningsgenerator 24 avgi som utgang en feilspenning svarende til en forskjell mellom en utgang 01 fra en styrevinkeldetektor 22 og en utgang 02 for en rotasjonsvinkeldetektor 23. Feilspenningen som frembringes av feilspenningsgeneratoren 24 begrenses av den variable begrenserkrets 61, slik at den ligger innenfor et område mellom på forhånd bestemte øvre og nedre grenser i overensstemmelse med den absolutte verdi for utgangen fra fartøyets hastighetsmåler 91. Når den absolutte verdi for fartøyets hastighet er forholdsvis liten, vil, mer bestemt, utgangen fra den variable begrenserkrets 61 være begrenset av en stor spenning som antydet med en stiplet linje Va på figur 13. Når den absolutte verdi for fartøyets hastighet er forholdsvis høy, vil utgangen være begrenset av en liten spenning som vist med en stiplet linje Vb på figur 13. Når fartøyets hastighet er middels, blir utgangen fra den variable begrenserkrets 61 angitt med en linje (ikke vist) som ligger mellom de stiplede linjer Va og Vb. Utgangen fra den variable begrenserkrets 61 blir ført som inngang til en servokrets 62 og en reguleringsventil 48 for strømningshastighet og retning blir regulert med utgangen (servo signal) fra servokretsen 62 for å styre den matede mengde av olje fra en hydraulisk pumpe 66 til en hydraulisk motor 14 og retningen for olje-matningen velges slik at den hydrauliske motor 14 settes i rotasjon i den valgte retning med en hastighet som tilsvarer matemengden for olje, hvorved det roterbare hus 17 dreies.

Ved denne utførelse blir det roterbare hus 17 dreiet i overensstemmelse med styrevinkelen for styrespaken 21 og på dette tidspunkt vil den variable begrenserkrets 61 begrense sin utgang i overensstemmelse med den absolutte verdi for fartøyets hastighet. Når derfor fartøyets hastighet Vs er høy som vist på figur 14, vil rotasjonshastigheten Vr for det roterbare hus 17 bli liten. På den annen side når far-tøyets hastighet Vs er lav, vil rotasjonshastigheten Vr for det roterbare hus bli høy.

En femte utførelsesform for denne oppfinnelse vil nu bli beskrevet under henvisning til figur 15. I denne utførelses-form er en propellomdreiningsdetektor 60 for måling av antall omdreininger for et drivakselsystem for en propell 12 montert på en vertikal aksel 59. En summeringsanordning 93 summerer utgangen fra propellomdreiningsdetektoren 60 til den absolutte verdi for utgangen fra en fartøyhastighetsdetektor 91 som fås gjennom en krets 92 for absolutt verdi og utgangen fra summeringsanordningen 93 føres som inngang til en variabel begrenserkrets 61. De øvrige deler tilsvarer de som finnes i den fjerde utførelsesform som vist på figur 12 og de er betegnet med tilsvarende henvisningstall.

I rotasjonsstyresystemet av den ovenfor omhandlede konstruk-sjon, blir en feilspenning som er frembragt av en feilspenningsgenerator 24 begrenset av en variabel begrenserkrets 61, slik at den ligger innenfor et område mellom på forhånd bestemte øvre og nedre grenser i overensstemmelse med summen av den absolutte verdi av utgangen fra hastighetsdetektoren 91 for fartøyet og utgangen fra propellomdreiningsdetektoren 60. Dermed blir rotasjonen av det roterbare hus 17 styrt i overensstemmelse med utgangen fra den variable begrenserkrets 61 som beskrevet ovenfor i forbindelse méd den fjerde ut-førelsesform.

Da utgangen fra feilspenningsgeneratoren 24 er begrenset av den variable begrenserkrets 61 i overensstemmelse med summen av verdiene av fartøyets hastighet og antall omdreininger av propellen, vil hastigheten Vr for rotasjonen av det roterbare hus 17 være lav når summen er stor. På samme måte vil, når summen er liten, rotasjonshastigheten Vr for det roterbare hus 17 være høy. Mer bestemt kan man si at når en taubåt som er utstyrt med rotasjonsstyreanordninger i henhold til oppfinnelsen segler alene med høy hastighet, vil taubåten bli dreiet av med en lav hastighet når styrespaken 21 betjenes nettopp på grunn av at taubåtens hastighet er høy, idet antall propellomdreininger da også må være høyt.

På den annen side vil taubåten når den segler alene med lav hastighet, dreie av med en høy hastighet når styrespaken 21 betjenes fordi taubåtens hastighet er lav med tilsvarende lavt antall omdreininger av propellen. Når taubåten sleper et fartøy, det vil si med lav hastighet på slepebåten og høyt omdreiningstall på propellen eller når taubåten slepes av fartøyet, det vil si at taubåtens hastighet er høy med lavt omdreiningstall på propellen, vil taubåten bli styrt eller dreie av med en hastighet som ligger mellom de ovennevnte høye og lave hastigheter. Når det roterbare hus 17 bringes til å dreie seg, vil det derfor ikke bli utøvet en for stor kraft på det roterbare hus 17 og dermed kan det roterbare hus dreies jevne uansett om taubåten segler alene, om den sleper et fartøy eller om taubåten slepes av dette,

får man en sikker og god styring. Systemet kan anvendes på

et fartøy som har en flerhet av fremdriftsanordninger av Z-typen der fartøyets hastighet ikke er proporsjonal med propellenes omdreiningstall.

Foreliggende oppfinnelse kan således bli ganske fordelaktig der

■det kreves at fartøyet for eksempel taubåten skal gjøre en liten sving hurtig og der fartøyet skal svinge når det er påvirket av en kraft fra et annet fartøy.

Claims (7)

1. Rotas jonsstyresystem omfattende en s tyr evinke Idet ektor for måling av en styrevinkel for en styrespak, som bringer et hult roterbart hus for fremdriftsutstyr av Z-typen til å dreie seg, en rotasjonsvinkeldetektor for måling av en rotasjonsvinkel for det roterbare hus, en detektoranordning for vinkelforskjell til måling av en forskjell mellom styrevinkelen og rotasjonsvinkelen, en drivanordning for dreiing av det roterbare hus, karakterisert ved at en belastningsdetektor for måling av belastningen på drivanordningen, og en drivregulerende anordning for begrensning av utgangssignalet fra detektoranordningen for vinkelforskjell i overensstemmelse med utgangssignalet fra belastningsdetektoren for dermed å regulere det maksimale utgangssignalet til drivanordningen i overensstemmelse med det begrensede utgangssignalet.

2. Rotasjonsstyresystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at drivanordningen omfatter en hydraulisk motor, mens belastningsdetektoranordningen omfatter trykkdetektorer for måling av oljetrykkene ved inngangs- og utgangsporter til den hydrauliske motor.

3. Rotasjonsstyresystem ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter en første rotasjonshastighetsdetektor for detektering av rotasjonshastigheten for det roterbare hus, en andre rotasjonshastighetsdetektor for detektering av rotasjonshastigheten for et roterende akselsystem for en propell i det roterbare hus, en variabel begrenserkrets for begrensning av utgangssignalet fra detektoranordningen for vinkelforskjell i overensstemmelse med inngangssignalet til den annen rotasjonshastighetsdetektor, og en servokrets for sammenligning av utgangssignalet fra den variable begrenserkrets med utgangssignalet fra den første rotasjonshastighetsdetektor for å frembringe et sammenligningssignal i overensstemmelse med hvilket drivanordningen styres.

4. Rotasjonsstyresystem ifølge kravene 1-2, karakterisert ved at belastningsdetektoren innbefatter en hastighetsdetektor for fartøyet for detektering av hastigheten til det fartøy i hvilket det roterbare hus er montert, for derved indirekte å detektere drivanordningens last.

5. Rotasjonsstyresystem som angitt i kravene 3-4, karakterisert ved at det omfatter en summeringsanordning for addering av utgangssignalet fra fartøyets hastighetsdetektor til den annen rotasjonshastighetsdetektor.

6. Rotasjonsstyreenhet omfattende en flerhet av de rotasjons-styresystemer som er angitt i krav 3, karakterisert ved anordningen av en krets til frembringelse av et begrensende signal som avgir et utgangssignal i overensstemmelse med utgangssignalene fra den annen rotasjonshastighetsdetektor, slik at begrensningsnivået for den variable begrenserkrets styres av utgangssignalet fra kretsen som frembringer det begrensende signal.

7. Rotasjonsstyreenhet som angitt i krav 6, karakterisert ved at kretsen som frembringer det begrensende signal velger et største av utgangssignalene fra den annen rotasjonshastighetsdetektor som utgangssignal.