CN101342932B - 变负载力矩船舶舵机被动加载*** - Google Patents
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Abstract
变负载力矩船舶舵机被动加载***,它涉及一种舵机加载***。本发明解决了现有的舵机加载***存在无法真实模拟舵机实际受力情况、无法实时调整加载力矩、加载***体积大的问题。充油泵电机(3)的输出轴与充油泵(2)连接,所述四个油缸出油口(22-2)分别与油箱(1)连通,所述充油泵低压溢流阀(6)的进油口与充油泵(2)连通,充油泵低压溢流阀(6)的回油口与油箱(1)连通,加载用比例溢流阀(7)的进油口与单向阀(8)连通,加载用比例溢流阀(7)的回油口与油箱(1)连通,所述四个加载油缸(22)均与舵柄(21)连接,四个加载油缸(22)安装在支撑架(25)内。本发明通过实时改变加载力矩达到模拟舵机真实受力情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种舵机加载***,具体涉及一种变负载力矩的船舶舵机用加载***,属于船舶仿真与测试技术领域。
背景技术
在船舶舵机的改进设计中,需要进行模拟实际工作情况的加载试验,这就提出了舵机加载***的研制。船舶舵机加载***要求能够模拟船在航行过程中舵面所受水压力的加载装置。其功能是在实验室条件下,复现舵面在水中所受的各种载荷,将经典的自破坏性的全实物试验变为实验室条件下的预测性研究,从而达到缩短研制周期,节约科研经费,提高舵机可靠性。中华人民共和国船舶行业标准CB/T 3130-1998《液压舵机试验方法》规定:液压舵机的加载试验方式如下:调整加载***,使舵机按最大工作压力50%、100%的负载工作。若是型式试验,则还要加做最大工作压力25%和75%的负载试验。在上述压力工况(工作情况)下,动力机组轮流在±35°范围内各操舵15min。现有舵机加载***原理如图5所示,整个加载***由液压***、机械传动***以及一些辅助的测量元件构成。上述现有的舵机加载***的加载力矩是加载油缸摆角的函数,不能真实模拟舵机实际受力情况,而且由于双油缸加载,在为大扭矩舵机加载时,加载***体积会很大。
发明内容
本发明为了解决现有的舵机加载***存在无法真实模拟舵机实际受力情况、无法实时调整加载力矩、加载力矩单一,而且在为大扭矩舵机加载时,致使加载***体积很大的问题,进而提供了一种变负载力矩船舶舵机被动加载***。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是:本发明所述加载***由液压***和加载台架组成,所述液压***包括油箱、充油泵、充油泵电机、压力传感器、充油泵低压溢流阀、加载用比例溢流阀、单向阀和截止阀;所述加载台架包括底板、支撑板、四个支柱、支撑架、舵柄、四个连接件和四个加载油缸,所述四个加载油缸的有杆腔侧壁上均设有油缸进油口,四个加载油缸的无杆腔侧壁上均设有油缸出油口;充油泵电机的输出轴与充油泵连接,油箱与充油泵连通,充油泵与单向阀连通,单向阀分别与四个油缸进油口连通,所述四个油缸出油口分别与油箱连通,所述充油泵低压溢流阀的进油口与充油泵连通,充油泵低压溢流阀的回油口与油箱连通,加载用比例溢流阀的进油口与单向阀连通,加载用比例溢流阀的回油口与油箱连通,所述压力传感器安装在加载用比例溢流阀与单向阀之间的油路上,截止阀的一端工作油口与单向阀连通,截止阀的另一端工作油口与油箱连通;所述四个加载油缸均布位于舵柄的外圆周处,四个加载油缸内的活塞连杆通过四个连接件分别与舵柄铰接,四个加载油缸的底端壁与支撑架上的端板的内壁铰接,所述四个加载油缸与舵柄水平设置在支撑架内,所述四个支柱分别垂直穿过支撑架的横撑板,所述四个支柱的下端分别与底板的上端面固接,所述四个支柱的上端分别与支撑板的下端面固接,所述支撑板上开有通孔。
本发明的有益效果是:本发明通过实时改变加载力矩达到模拟舵机真实受力情况,为研究舵机结构及其控制***的性能提供有力保障。同时重新设计加载***机械部分结构,通过四个加载油缸同时加载大大减小了加载***的体积。本发明能精确的复现船舶在航行过程中舵面在水中所受的负载力矩,负载力矩随舵角而变化并精确可调,因此可以根据不同的海情设定不同的负载力矩变化曲线,实现在一个加载***上模拟不同海情、不同工况(工作情况)下的力矩加载,在实验室条件下即可达到出海实测的相同效果,并能模拟极端海情,既能保障人员安全,又可以缩短研制周期,节约经费。本发明可以实现不同型式和规格的舵机加载测试,本发明可以实现10kNm~350kNm变负载力矩加载,比现有舵机加载***具有更广泛的应用范围。本发明采用四油缸共同加载的方法,使得加载台架结构紧凑,占地面积小。本发明通过观测加载力矩并与所设定的指令加载力矩曲线比较,实时调整加载力矩,保证加载力矩与设定的指令信号相符合。指令信号可以是常用信号,也可以是根据特殊工况下通过给定离散点光滑过渡的任意曲线。
附图说明
图1是本发明的原理示意图,图2是本发明所述加载台架的立体图,图3是本发明所述加载台架的立体图(为便于表达,此图没画出支撑板),图4是被动加载油缸的力矩分析图,图5是现有舵机加载***原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:如图1、图2和图3所示,本实施方式所述的变负载力矩船舶舵机被动加载***由液压***和加载台架组成,所述液压***包括油箱1、充油泵2、充油泵电机3、压力传感器5、充油泵低压溢流阀6、加载用比例溢流阀7、单向阀8和截止阀9;所述加载台架包括底板24、支撑板28、四个支柱26、支撑架25、舵柄21、四个连接件23和四个加载油缸22,所述四个加载油缸22的有杆腔侧壁上均设有油缸进油口22-1,四个加载油缸22的无杆腔侧壁上均设有油缸出油口22-2;充油泵电机3的输出轴与充油泵2连接,油箱1与充油泵2连通,充油泵2与单向阀8连通,单向阀8分别与四个油缸进油口22-1连通,所述四个油缸出油口22-2分别与油箱1连通,所述充油泵低压溢流阀6的进油口与充油泵2连通,充油泵低压溢流阀6的回油口与油箱1连通,加载用比例溢流阀7的进油口与单向阀8连通,加载用比例溢流阀7的回油口与油箱1连通,所述压力传感器5安装在加载用比例溢流阀7与单向阀8之间的油路上,截止阀9的一端工作油口与单向阀8连通,截止阀9的另一端工作油口与油箱1连通;所述四个加载油缸22均布位于舵柄21的外圆周处,四个加载油缸22内的活塞连杆通过四个连接件23分别与舵柄21铰接,四个加载油缸22的底端壁与支撑架25上的端板25-1的内壁铰接,所述四个加载油缸22与舵柄21水平设置在支撑架25内,所述四个支柱26分别垂直穿过支撑架25的横撑板25-2,所述四个支柱26的下端分别与底板24的上端面固接,所述四个支柱26的上端分别与支撑板28的下端面固接,所述支撑板28上开有通孔28-1。
可将油箱1、加载用比例溢流阀7、压力传感器5、充油泵2、充油泵电机3、充油泵低压溢流阀6、单向阀8和截止阀9等元件集成在一起形成泵站。在工作时,舵柄21通过连轴器30与被测舵机的舵轴连接。本发明通过实时调整***溢流压力实现变负载力矩加载,真实模拟不同海情工况下舵面所受力矩。采用加载用比例溢流阀7作为实时调整负载力矩的方法,使得负载力矩随舵角变化与给定加载信号(给定加载信号可以通过给定离散点后***经过光滑处理的任意曲线,使得复杂给定加载信号的输入和实现成为可能)实时调整,调整方法简单、快速、准确。
具体实施方式二:如图2和图3所示,本实施方式所述支撑架25由四个端板25-1和八个横撑板25-2构成,所述四个端板25-1均垂直设置,所述每两个横撑板25-2上下正对水平设置,所述每两个横撑板25-2的两端通过对应的端板25-1固接形成四框体。该支撑架具有结构紧凑简单、占地面积小等优点。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:如图1所示,本实施方式所述液压***还包括压力表4,所述压力表4安装在充油泵低压溢流阀6与充油泵2之间的油路上。压力表4用来测量充油泵2的工作压力。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:如图2所示,本实施方式所述加载台架还包括环形托板27,所述环形托板27水平固接在支撑板28上,所述环形托板27上的内孔27-1与支撑板28上的通孔28-1相通。设置环形托板27便于安装被测舵机。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理:
参见图1~4,加载台架上的四个加载油缸22通过加载用比例溢流阀7进行加载。当加载油缸22向一个方向摆动时,加载油缸22中活塞把油从油缸中挤出,经过高压油管和加载用比例溢流阀7回油箱1,测试***通过舵角指示仪12实时反馈的被测舵机的舵轴位置,依据设定的负载力矩函数调节加载用比例溢流阀7的溢流压力,就相应改变了施加在船舶舵机上的负载力矩,这种加载方式能真实地模拟实船的负载情况;加载测试后,启动充油泵电机3带动充油泵2往加载油缸22小腔充油,使油缸回复到初始位置。
被测舵机的舵轴(输出轴)与舵柄21连接并带动舵柄21转动,拉动加载油缸22内的活塞连杆,迫使加载油缸22内油液排出,通过加载用比例溢流阀7回油箱1。活塞连杆伸出的时候有一个阻力,通过铰接传递到舵柄产生一个阻力矩,这样就实现了加载。加载***通过观测加载力矩并与所设定的指令加载力矩曲线比较,实时调整加载力矩,保证加载力矩与设定的指令信号相符合。指令信号可以是常用信号,也可以是根据特殊工况下通过给定离散点拟合的任意曲线。充油泵电机3和充油泵2的作用是当被测舵机完成一次加载试验后返回初始位置时,向加载油缸22小腔里充油,推动加载油缸回复到初始位置。现以一个加载油缸为例,说明其工作原理,如图1~4所示,A点为舵柄中心,C点为活塞连杆与连接件23的连接处,AC为力臂(相当于舵柄21的半径),B点为加载油缸回转中心,当舵机马达从零位顺时针回转时,舵角α逐渐增大,这时舵柄21带动加载油缸22转动,同时拉动活塞连杆,使活塞连杆伸出。通过设定加载用比例溢流阀7的溢流压力,活塞连杆就会对舵柄21产生阻力F,阻力F对舵柄AC的切向分力T(T=F×cosγ)乘舵柄半径R就是舵杆下面的负载力矩(M=T×R),切向分力T是随舵角变化而变化的,因而也就是M随α增大而增大,通过检测舵角α并调整比例溢流阀的设定值,就可以得到真实模拟在水中航行时舵机所受的力矩情况。被测舵机为转叶舵机时,可以直接安装在托板27上。通过更换托板27,可以实现对不同型式和规格舵机的加载测试。
Claims (4)
1.一种变负载力矩船舶舵机被动加载***,所述加载***由液压***和加载台架组成,其特征在于所述液压***包括油箱(1)、充油泵(2)、充油泵电机(3)、压力传感器(5)、充油泵低压溢流阀(6)、加载用比例溢流阀(7)、单向阀(8)和截止阀(9);所述加载台架包括底板(24)、支撑板(28)、四个支柱(26)、支撑架(25)、舵柄(21)、四个连接件(23)和四个加载油缸(22),所述四个加载油缸(22)的有杆腔侧壁上均设有油缸进油口(22-1),四个加载油缸(22)的无杆腔侧壁上均设有油缸出油口(22-2);充油泵电机(3)的输出轴与充油泵(2)连接,油箱(1)与充油泵(2)连通,充油泵(2)与单向阀(8)连通,单向阀(8)分别与四个油缸进油口(22-1)连通,所述四个油缸出油口(22-2)分别与油箱(1)连通,所述充油泵低压溢流阀(6)的进油口与充油泵(2)连通,充油泵低压溢流阀(6)的回油口与油箱(1)连通,加载用比例溢流阀(7)的进油口与单向阀(8)连通,加载用比例溢流阀(7)的回油口与油箱(1)连通,所述压力传感器(5)安装在加载用比例溢流阀(7)与单向阀(8)之间的油路上,截止阀(9)的一端工作油口与单向阀(8)连通,截止阀(9)的另一端工作油口与油箱(1)连通;所述四个加载油缸(22)均布位于舵柄(21)的外圆周处,四个加载油缸(22)内的活塞连杆通过四个连接件(23)分别与舵柄(21)铰接,四个加载油缸(22)的底端壁与支撑架(25)上的端板(25-1)的内壁铰接,所述四个加载油缸(22)与舵柄(21)水平设置在支撑架(25)内,所述四个支柱(26)分别垂直穿过支撑架(25)的横撑板(25-2),所述四个支柱(26)的下端分别与底板(24)的上端面固接,所述四个支柱(26)的上端分别与支撑板(28)的下端面固接,所述支撑板(28)上开有通孔(28-1)。
2.根据权利要求1所述的变负载力矩船舶舵机被动加载***,其特征在于所述支撑架(25)由四个端板(25-1)和八个横撑板(25-2)构成,所述四个端板(25-1)均垂直设置,所述每两个横撑板(25-2)上下正对水平设置,每两块上下正对水平设置的横撑板(25-2)通过两端的端板(25-1)与其它成对的横撑板(25-2)连接,最终由八个横撑板(25-2)和四个端板(25-1)形成一个四框体。
3.根据权利要求1所述的变负载力矩船舶舵机被动加载***,其特征在于所述液压***还包括压力表(4),压力表(4)安装在充油泵低压溢流阀(6)与充油泵(2)之间的油路上。
4.根据权利要求1所述的变负载力矩船舶舵机被动加载***,其特征在于所述加载台架还包括环形托板(27),所述环形托板(27)水平固接在支撑板(28)上,所述环形托板(27)上的内孔(27-1)与支撑板(28)上的通孔(28-1)相通。
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