RU2622175C1 - Screw propeller electromechanical drive of the vessel - Google Patents

Screw propeller electromechanical drive of the vessel Download PDF

Info

Publication number
RU2622175C1
RU2622175C1 RU2015155967A RU2015155967A RU2622175C1 RU 2622175 C1 RU2622175 C1 RU 2622175C1 RU 2015155967 A RU2015155967 A RU 2015155967A RU 2015155967 A RU2015155967 A RU 2015155967A RU 2622175 C1 RU2622175 C1 RU 2622175C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gear
electric
servo
shaft
drives
Prior art date
Application number
RU2015155967A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Евгеньевич Урсу
Владимир Валентинович Урсу
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-инженерная компания "Объектные системы автоматики" (ООО "НИК "ОСА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-инженерная компания "Объектные системы автоматики" (ООО "НИК "ОСА") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-инженерная компания "Объектные системы автоматики" (ООО "НИК "ОСА")
Priority to RU2015155967A priority Critical patent/RU2622175C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2622175C1 publication Critical patent/RU2622175C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Retarders (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: screw propeller electromechanical drive of the vessel comprise: a vessel drive line component with the screw propeller, stern, shaft and axial bearing; a reduction gear unit with output and some input shafts; a spur gear-wheel with two girt gears mounted on the output shafts in the reduction-gear housing; servo drives; servo drives control modules; a main control unit; a shaft-position output encoder of the each servo drive; a reduction gear unit shaft-position output encoder connected by an interface bus to the main control unit, along with that, the teeth of each of the two wheel girt gears are formed by cycloidal surface interacting with the gear wheel made in the form of the cylindrical eccentric with the bearing installed on it forming eccentric- cycloid transfer; reduction gear unit input shafts are installed around each wheel girt gear.
EFFECT: electric motor drive redundancy capability for the rapid change, the capability for the vessel movement in case of the breakdown of the electric motor drive part and energy efficiency improvement of the electromechanical drive work when slow-speed moving and at average speed by virtue of the electric motor drive shutdown capability.
10 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к судовым гребным электрическим установкам, обеспечивающим экономичные режимы движения. Установка может быть применена на любых типах кораблей, судов и подводных аппаратов.The invention relates to ship propeller electrical installations providing economical driving modes. Installation can be applied on any type of ships, ships and underwater vehicles.

Известны системы электродвижения судов (патенты EP №2236409 от 02.04.2009, US №8816524 от 13.02.2009), оснащенных одним или несколькими гребными винтами, каждый из которых приводится во вращение мощным синхронным или вентильным электродвигателем, ток заданной частоты и направления для которого вырабатывается дизель-генераторной или турбогенераторной установкой, и через управляемую трансформирующую систему подается к электродвигателю.Known electric ship propulsion systems (patents EP No. 2236409 dated 04/02/2009, US No. 8816524 dated February 13, 2009) equipped with one or more propellers, each of which is driven by a powerful synchronous or valve electric motor, the current of a given frequency and direction for which is generated diesel generator or turbogenerator, and through a controlled transforming system is supplied to the electric motor.

Недостатки такой системы электродвижения - большие габариты и массы электродвигателя-генератора и трансформирующей системы, отсутствие возможности резервирования электродвигателей, а также пониженная энергетическая эффективность для движения судна в режимах среднего, малого и самого малого хода.The disadvantages of such an electric propulsion system are the large dimensions and masses of the electric motor-generator and the transforming system, the lack of the ability to reserve electric motors, as well as the reduced energy efficiency for the movement of the vessel in the medium, small and very small modes.

Известен электрический привод винтового движителя подводной лодки (патент EP №1584131 от 15.01.2003).Known electric drive screw propeller of a submarine (patent EP No. 1584131 from 01/15/2003).

Недостаток этого электропривода - значительная масса электродвигателя, отсутствие резервирования и высокая трудоемкость его ремонта или замены в случае выхода из строя.The disadvantage of this electric drive is the significant mass of the electric motor, the lack of redundancy and the high complexity of its repair or replacement in case of failure.

Известна кормовая оконечность подводной лодки (патент RU №2166456 от 10.01.2000), у которой гребной винт подвижно насажен на прочном корпусе на опорном подшипнике в зоне кормового отсека. Упор винта передается на прочный корпус через снабженные антифрикционным покрытием кольцевые поверхности на ступице винта и прочном корпусе; привод гребного винта осуществляется через коническую зубчатую передачу, включающую зубчатое колесо большого диаметра, закрепленное на гребном винте, и конические зубчатые шестерни на выходных валах механических электроприводов, проходящих через дейдвудные подшипники, установленные внутри прочного корпуса так, что их оси перпендикулярны оси гребного винта.Known aft end of the submarine (patent RU No. 2166456 from 01/10/2000), in which the propeller is movably mounted on a sturdy housing on a support bearing in the area of the aft compartment. The screw stop is transmitted to the sturdy case through the annular surfaces provided with an antifriction coating on the screw hub and the sturdy case; the propeller is driven through a bevel gear, including a large diameter gear wheel mounted on the propeller, and bevel gears on the output shafts of the mechanical actuators passing through stern bearings installed inside the sturdy housing so that their axes are perpendicular to the axis of the propeller.

Недостаток многодвигательного электромеханического привода гребного винта большого диаметра, приводимого через коническую зубчатую передачу, заключается в том, что зубья конической передачи подвергаются значительным нагрузкам, работая в условиях смазки водой. Так как данный электромеханический привод является безмуфтовым, то при нем невозможно применение современных бесколлекторных электродвигателей вследствие возбуждения значительных токов в обмотках при свободном движении подводной лодки с вращающимся винтом.The disadvantage of a multi-motor electromechanical drive of a large-diameter propeller driven through a bevel gear is that the bevel gear teeth are subjected to significant loads when operating under water lubrication conditions. Since this electromechanical drive is clutchless, it is impossible to use modern brushless electric motors due to the excitation of significant currents in the windings during the free movement of a submarine with a rotating rotor.

Кроме того, прочный корпус ослаблен множеством отверстий, диаметр которых зависит от наружного диаметра дейдвудной втулки, так и от диаметра конической зубчатой шестерни.In addition, the robust housing is weakened by many holes, the diameter of which depends on the outer diameter of the stern hub, and on the diameter of the bevel gear.

Известен электрический привод гребного винта (заявка US №2013/0233230 от 09.09.2011), включающий два электрических двигателя, расположенных последовательно, соединенных муфтами с гребным винтом между собой.Known electric propeller drive (application US No. 2013/0233230 from 09/09/2011), including two electric motors arranged in series, connected by couplings with a propeller to each other.

Недостаток этого электропривода - значительная масса электродвигателя и высокая трудоемкость его ремонта или замены в случае выхода из строя, а также необходимость иметь на борту подъемный кран, необходимый для выемки или замены одного из электродвигателей при выходе его из строя.The disadvantage of this electric drive is the considerable mass of the electric motor and the high complexity of its repair or replacement in case of failure, as well as the need to have a crane on board necessary to remove or replace one of the electric motors when it fails.

Известна система электродвижения судна (патент US №4661714 от 17.06.1985), включающая два электродвигателя, приводящих через две зубчатые шестерни зубчатое колесо редуктора, соединенного с валом гребного винта.The ship’s electric propulsion system is known (US patent No. 4661714 dated 06/17/1985), including two electric motors that drive a gear wheel of a gearbox connected to the shaft of the propeller through two gears.

Известен многодвигательный привод транспортного средства (патент US №4685354 от 03.10.1986), включающий размещенную в корпусе цилиндрическую зубчатую передачу с соединенным с выходным валом колесом, взаимодействующим с множеством шестерен, расположенных на выходных валах электродвигателей, закрепленных на корпусе.A multi-engine drive of a vehicle is known (US patent No. 4685354 dated 10/03/1986), comprising a cylindrical gear located in the housing with a wheel connected to the output shaft, interacting with many gears located on the output shafts of the electric motors mounted on the housing.

Известен многодвигательный электромеханический привод движителя транспортного средства (преимущественно судна) (патент US №7802494 от 13.11.2006).Known multi-engine electromechanical drive propulsion of a vehicle (mainly a vessel) (US patent No. 7802494 from 11/13/2006).

Недостатки данного электромеханического привода в том, что на солнечную шестерню действуют максимальные нагрузки значительно большие, чем на взаимодействующие с ней приводные шестерни, что существенно снижает ее надежность.The disadvantages of this electromechanical drive are that the maximum gear loads are much greater on the sun gear than on the drive gears interacting with it, which significantly reduces its reliability.

Известно эксцентриково-циклоидальное внутреннее или внешнее зацепление составных зубчатых профилей (патент RU №2385435 от 22.12.2008), состоящее из нескольких смещенных по фазе относительно друг друга дисков, каждый с циклоидальным венцом, взаимодействующим с эксцентриковым валом с числом эксцентриков, равным числу колес. Каждый эксцентрик является цилиндрическим и имеет подшипник, посаженный на эксцентрично смещенный участок общего вала. Вал может приводиться во вращение от любого двигателя, в том числе от электродвигателя.Eccentric-cycloidal internal or external engagement of composite gear profiles is known (patent RU No. 2385435 dated December 22, 2008), consisting of several disks displaced in phase with respect to each other, each with a cycloidal ring interacting with an eccentric shaft with the number of eccentrics equal to the number of wheels. Each eccentric is cylindrical and has a bearing mounted on an eccentrically displaced portion of the common shaft. The shaft can be driven in rotation from any engine, including an electric motor.

Недостаток привода электродвигателя с редуктором, имеющим описанное зацепление - сложность конструкции эксцентриково-циклоидального зацепления с множеством эксцентриков и зубчатых дисков и пониженная надежность, обусловленная отсутствием резервирования при наличии одного электропривода вала с несколькими эксцентриками.The disadvantage of an electric motor drive with a gear having the described engagement is the design complexity of the eccentric-cycloidal engagement with many eccentrics and gear discs and reduced reliability due to the lack of redundancy in the presence of one shaft drive with several eccentrics.

Известна судовая движительная установка (патент GB №789279 от 10.05.1956 г.), включающая несколько двигателей, работающих на общий винт через зубчатый редуктор, управляемые муфты сцепления и эксцентриково-циклоидальную зубчатую передачу (одно- или двухступенчатую с одним или двумя тормозными устройствами для ступенчатого изменения передаточного отношения в зависимости от включаемого тормозного устройства).Known ship propulsion system (patent GB No. 789279 from 05/10/1956), including several engines operating on a common screw through a gear reducer, controlled clutches and an eccentric-cycloidal gear transmission (one or two-stage with one or two braking devices for step change of gear ratio depending on the included brake device).

Недостаток данной установки - сложность конструкции вследствие передачи крутящего момента от двигателя к валопроводу через цилиндрический зубчатый редуктор, три управляемых муфты и эксцентриково-циклоидальную передачу.The disadvantage of this installation is the design complexity due to the transmission of torque from the engine to the shaft through a cylindrical gear reducer, three controlled couplings and an eccentric-cycloidal gear.

Известен зубчатый редуктор, в котором одно зубчатое колесо (заявка CN №201293087 от 13.10.2008) или два зубчатых колеса (http://archive.hnsa.org/doc/destroer/steam/sec07.htm) приводится во вращательное движение от четырех валов с шестернями.A gear reducer is known in which one gear (application CN No. 2013293087 dated October 13, 2008) or two gears (http://archive.hnsa.org/doc/destroer/steam/sec07.htm) is rotationally driven from four shafts with gears.

Известно составное зубчатое колесо (патент RU №2067704 от 08.01.1991) или составное зубчатое колесо циклоидального редуктора (патент US №5145468 от 07.01.1991 г.), состоящее из закрепленных на валу двух зубчатых дисков, зубья одного из которых смещены относительно зубьев другого.A composite gear wheel is known (patent RU No. 2067704 from 01/08/1991) or a composite gear wheel of a cycloidal reducer (US patent No. 5145468 from 01/07/1991), consisting of two gear discs fixed to the shaft, the teeth of one of which are offset relative to the teeth of the other .

Известна конструкция зубчатого колеса (патент RU №2375618 от 05.08.2008), выполненная в виде диска, по наружному диаметру которого установлен зубчатый венец, состоящий из набора отдельных секторных частей, на каждой из которых выполнен один или несколько зубьев. Зубчатый венец закреплен на диске крепежными деталями через прижимное кольцо.A known design of the gear wheel (patent RU No. 2375618 from 08/05/2008), made in the form of a disk, on the outer diameter of which a gear rim is installed, consisting of a set of individual sector parts, each of which has one or more teeth. The ring gear is fixed to the disk with fasteners through the clamping ring.

Известна судовая электроэнергетическая установка (патент RU №2503580 от 08.06.2012), содержащая главный двигатель, соединенный с главным генератором и через электрическую систему - с гребным электродвигателем, соединяемым с гребным винтом. Установка имеет локальную систему управления, подключаемую к системе управления высшего уровня.Known ship electric power plant (patent RU No. 2503580 from 08.06.2012), containing the main engine connected to the main generator and through the electrical system with a propeller connected to the propeller. The installation has a local control system that is connected to a higher-level control system.

Известен электромеханический привод гребного винта (патент RU №2392180 от 11.01.2009, прототип), включающий: судовой валопровод с валом с гребным винтом, дейдвудным, опорным и упорным подшипниками; зубчатый редуктор, имеющий корпус, установленные в корпусе входной и выходной валы; муфту, соединяющую выходной вал редуктора с валом судового валопровода; блоки управления электроприводом; источник электропитания, соединенный с электродвигателями через блоки управления ими; главный блок управления электроприводами (включающий задатчик частоты вращения роторов электродвигателей); датчики углового положения выходного вала каждого электропривода, соединенные интерфейсными шинами с соответствующими блоками управления электродвигателями; датчик углового положения выходного вала редуктора, соединенный интерфейсной шиной с главным блоком управления.Known electromechanical propeller drive (patent RU No. 2392180 from 01/11/2009, prototype), including: ship shaft with a shaft with a propeller, stern, support and thrust bearings; a gear reducer having a housing mounted in the housing input and output shafts; a coupling connecting the output shaft of the gearbox with the shaft of the ship shaft line; electric drive control units; power supply connected to electric motors through their control units; the main control unit for electric drives (including a rotary speed controller for electric motor rotors); sensors of the angular position of the output shaft of each electric drive, connected by interface buses to the corresponding motor control units; gearbox output shaft angular position sensor connected by an interface bus to the main control unit.

Известен способ работы много двигательного электромеханического привода с вентильными электродвигателями с датчиками положения ротора (http://www.kaskod.ru/product/motorsrm/srm_article01/) с микропроцессорным блоком управления, электронным коммутатором и электромеханическим преобразователем, включающий: пуск многодвигательного электромеханического привода по сигналам, подаваемым главным блоком управления (ГБУ) в блоки управления следящих электроприводов в соответствии с алгоритмами, заложенными в программы управления; разгон и торможение приводимого объекта с необходимым ускорением по программе, задаваемой ГБУ и выдаваемым сигналам, преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов; отслеживание углового положения главного выходного вала и приводимого объекта по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов; остановка всех электродвигателей и приводимого объекта в заданном ГБУ угловом положении валов по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов; изменение направления вращения главного вала с приводимым объектом по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов.A known method of operation of a multi-motor electromechanical drive with valve electric motors with rotor position sensors (http://www.kaskod.ru/product/motorsrm/srm_article01/) with a microprocessor control unit, an electronic switch and an electromechanical converter, including: starting a multi-motor electromechanical drive by signals supplied by the main control unit (GBU) to the control units of the tracking electric drives in accordance with the algorithms laid down in the control program; acceleration and braking of the driven object with the necessary acceleration according to the program specified by the GBU and the generated signals converted in the control units of the tracking electric drives; tracking the angular position of the main output shaft and the driven object according to the signals received from the GBU and converted in the control units of the tracking electric drives; the stop of all electric motors and the driven object in the specified GBU angular position of the shafts according to the signals received from the GBU and converted in the control units of the tracking electric drives; a change in the direction of rotation of the main shaft with the driven object according to the signals received from the GBU and converted in the control units of the tracking electric drives.

В данном способе работы многодвигательного электромеханического привода не предусмотрена возможность свободного вращения главного вала с приводимым объектом.In this method of operation of a multi-motor electromechanical drive, the possibility of free rotation of the main shaft with the driven object is not provided.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и уменьшение массы электропривода гребного винта судна при обеспечении резервирования электроприводов, сокращение времени замены отдельного электропривода при выходе его из строя.An object of the invention is to simplify the design and reduce the mass of the electric propeller of the ship's propeller while ensuring redundancy of electric drives, reducing the time of replacing a separate electric drive when it fails.

Техническая задача решена в конструкции электромеханического привода гребного винта, содержащей: судовой валопровод с валом с гребным винтом, дейдвудным, опорным и упорным подшипниками; зубчатый редуктор, имеющий корпус с одним выходным и несколькими входными валами; установленное на выходном валу в корпусе редуктора по меньшей мере одно цилиндрическое зубчатое колесо с двумя зубчатыми венцами; зубчатую шестерню, установленную на каждом из входных валов по окружности вокруг каждого из зубчатых венцов; следящие электроприводы, установленные на корпусе редуктора, выходные валы которых имеют шестерни и являются входными валами зубчатого редуктора; муфту, соединяющую выходной вал редуктора с валом судового валопровода; блоки управления следящими электроприводами, каждый из которых установлен на электродвигателе электропривода; источник электропитания, соединенный с электроприводами через блоки управления ими; главный блок управления следящими электроприводами (включающий задатчик частоты вращения роторов электродвигателей); датчики углового положения выходного вала каждого следящего электропривода, соединенные интерфейсными шинами с соответствующими блоками управления; датчик углового положения выходного вала редуктора, соединенный интерфейсной шиной с главным блоком управления, при этом зубья каждого из двух зубчатых венцов образованы циклоидальной поверхностью цилиндрического зубчатого колеса; каждая шестерня на входном валу редуктора является однозубой, выполнена в виде цилиндрического эксцентрика с установленным на нем подшипником и, взаимодействуя с зубчатым венцом, образует эксцентриково-циклоидальную передачу; входные валы с цилиндрическими эксцентриками с подшипниками установлены вокруг каждого зубчатого венца; количество следящих электроприводов с входными валами с цилиндрическими эксцентриками с подшипниками, выбирается из интервала целых чисел по зависимости:The technical problem is solved in the design of the electromechanical drive of the propeller, comprising: a ship shaft line with a shaft with a propeller, stern, support and thrust bearings; gear reducer having a housing with one output and several input shafts; at least one cylindrical gear with two gear rims mounted on the output shaft in the gear housing; a gear mounted on each of the input shafts in a circle around each of the gear rims; servo drives mounted on the gear case, the output shafts of which have gears and are input shafts of the gear reducer; a coupling connecting the output shaft of the gearbox with the shaft of the ship shaft line; control units for tracking electric drives, each of which is mounted on an electric motor of an electric drive; power supply connected to electric drives through their control units; the main control unit for servo-driven electric drives (including a rotary speed controller for electric motor rotors); sensors of the angular position of the output shaft of each servo-electric drive connected by interface buses to the corresponding control units; a sensor for the angular position of the output shaft of the gearbox, connected by an interface bus to the main control unit, while the teeth of each of the two gear rims are formed by the cycloidal surface of the spur gear; each gear on the input shaft of the gearbox is single-tooth, made in the form of a cylindrical eccentric with a bearing mounted on it and, interacting with the ring gear, forms an eccentric-cycloidal gear; input shafts with cylindrical eccentrics with bearings mounted around each ring gear; the number of servo drives with input shafts with cylindrical eccentrics with bearings, is selected from the interval of integers according to:

Figure 00000001
Figure 00000001

где n - количество следящих электроприводов каждого из двух зубчатых венцов колеса;where n is the number of servo drives of each of the two gear rims of the wheel;

Re - радиус окружности, на которой размещены оси входных валов, описанной относительно оси главного выходного вала;R e is the radius of the circle on which the axes of the input shafts are located, described relative to the axis of the main output shaft;

Re=Rmax-e±rn,R e = R max -e ± r n ,

Rmax - радиус окружности, описанной относительно вершин зубьев или впадин колеса внешней или внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи;R max - the radius of the circle described relative to the tops of the teeth or hollows of the wheels of the external or internal eccentric-cycloidal transmission;

е - эксцентриситет цилиндрического эксцентрика;e is the eccentricity of the cylindrical eccentric;

rп - внешний радиус подшипника, установленного на цилиндрическом эксцентрике;r p - the outer radius of the bearing mounted on a cylindrical cam;

+rп - для внешней эксцентриково-циклоидальной передачи;+ r p - for external eccentric-cycloidal transmission;

-rп - для внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи;-r p - for internal eccentric-cycloidal transmission;

ДЭД - максимальный диаметр (размер) корпуса следящего электропривода.D ED - the maximum diameter (size) of the housing of the tracking electric drive.

Эксцентриково-циклоидальная передача в редукторе может быть как внешней, так и внутренней.The eccentric-cycloidal transmission in the gearbox can be either external or internal.

Для упрощения конструкции редуктора эксцентриково-циклоидальное зацепление является внешним, зубчатое колесо является сборным и может состоять из ступицы с диском и двойного зубчатого венца, жестко закрепленного на диске, или состоять из ступицы с двумя дисками и колец с зубчатыми венцами, жестко закрепленных на каждом диске.To simplify the design of the gearbox, the eccentric-cycloidal gearing is external, the gear wheel is prefabricated and can consist of a hub with a disk and a double gear ring rigidly mounted on a disk, or consist of a hub with two disks and rings with gear rings, rigidly fixed on each disk .

Для обеспечения большей равномерности передачи крутящего момента от эксцентриков к валу одно кольцо с зубчатым венцом имеет угловое расположение относительно другого, такое, что его зубья находятся напротив впадин другого.To ensure greater uniformity in the transmission of torque from the eccentrics to the shaft, one ring with a gear rim has an angular location relative to the other, such that its teeth are opposite the troughs of the other.

Для упрощения технологии изготовления зубчатый венец циклоидального цилиндрического зубчатого колеса состоит из набора закрепленных на диске крепежными деталями секторных частей, на каждой из которых выполнен один или несколько зубьев.To simplify the manufacturing technology, the ring gear of a cycloidal spur gear consists of a set of sector parts fixed to the disk by fasteners, each of which has one or more teeth.

Для уменьшения массы и габаритов каждый электродвигатель следящего электропривода является бесколлекторным, постоянного тока, с возбуждением от постоянных магнитов, частота вращения ротора каждого электродвигателя находится в интервале 7000…100000 мин-1, вал электродвигателя соединен с выходным валом волновым редуктором с телами вращения, имеющим одну или две ступени.To reduce the mass and dimensions, each electric motor of the servo-driven electric drive is brushless, direct current, excited by permanent magnets, the rotor speed of each electric motor is in the range of 7000 ... 100000 min -1 , the motor shaft is connected to the output shaft by a wave reducer with rotation bodies having one or two steps.

Преимущества электромеханического привода предлагаемой конструкции могут быть реализованы при описанном ниже способе его работы.The advantages of the electromechanical drive of the proposed design can be realized with the method of its operation described below.

Способ работы электромеханического привода гребного винта, обеспечивающий начало хода судна вперед или назад, разгон при совершении хода, установившееся движение с постоянной скоростью, свободное или активное торможение, включающий: пуск электромеханического привода с гребным винтом, обеспечивающий начало хода вперед или назад, по сигналам, подаваемым ГБУ в блоки управления следящих электроприводов в соответствии с алгоритмами, заложенными в программы управления; разгон судна с необходимым ускорением до установившейся скорости движения по программе, задаваемой ГБУ и выдаваемым сигналам, преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов; изменение скорости судна при отслеживании углового положения судового валопровода и гребного винта по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов; свободное торможение судна после остановки всех следящих электроприводов по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов; активное торможение судна при изменении направления вращения электродвигателей и валопровода с гребным винтом по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов, при этом пуск после остановки всех следящих электроприводов при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется подачей сигнала от ГБУ на определение углового положения выходных валов следящих электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для установки каждого из выходных валов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии цилиндрических эксцентриков и вращения выходных валов следящих электроприводов для начала хода судна вперед или назад; разгон судна с заданным ускорением до установившейся скорости движения осуществляется путем регулирования частоты вращения валов электродвигателей; движение судна при установившейся скорости совершается при поддержании заданного взаимного углового положения линий симметрии эксцентриков в соответствии с алгоритмом, заложенным в программе ГБУ; свободное движение судна совершается после остановки всех следящих электроприводов в состоянии цилиндрических эксцентриков, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется в момент занятия центрами всех эксцентриков положения на радиальных линиях, соединяющих ось зубчатого колеса с осью каждого вала следящих электроприводов по сигналу от ГБУ в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ при последующем свободном вращении зубчатого колеса с главным выходным валом и приводимым объектом; активное торможение судна при изменении направления вращения электродвигателей и валопровода с гребным винтом осуществляется после начала судном свободного движения и установки всех валов следящих электроприводов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии эксцентриков, осуществляемой по сигналам, поступающим от ГБУ в соответствии с алгоритмом, заложенным в его программу и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов.The method of operation of the electromechanical propeller drive, providing the vessel starting forward or backward, acceleration during the course of the course, steady-state movement at a constant speed, free or active braking, including: starting the electromechanical drive with a propeller, providing the beginning of the forward or reverse propulsion, according to signals, supplied GBU to the control units of the tracking electric drives in accordance with the algorithms laid down in the control program; acceleration of the vessel with the necessary acceleration to a steady speed according to the program specified by the control unit and the generated signals converted in the control units of the tracking electric drives; change in the speed of the vessel when tracking the angular position of the ship shaft line and propeller according to the signals received from the GBU and converted in the control units of the tracking electric drives; free braking of the vessel after stopping all servo-electric drives by signals received from GBU and converted in the control units of servo-electric drives; active braking of the vessel when the direction of rotation of the electric motors and the shaft with the propeller changes according to the signals received from the control gear and converted in the control units of the servo-electric drives, while starting after stopping all the servo-electric drives in the position of cylindrical eccentrics in a state disengaged from the gear by applying a signal from the GBU to determine the angular position of the output shafts of the follow-up electric drives, the subsequent formation and supply of control signals to control units for installing each of the output shafts by turning to a predetermined mutual angular position of the lines of symmetry of the cylindrical eccentrics and rotating the output shafts of the servo-electric drives to start the ship's forward or backward travel; acceleration of the vessel with a given acceleration to a steady speed is carried out by adjusting the frequency of rotation of the shafts of the electric motors; the movement of the vessel at a steady speed is performed while maintaining a given mutual angular position of the lines of symmetry of the eccentrics in accordance with the algorithm laid down in the GBU program; the vessel’s free movement occurs after all servo-driven electric drives are stopped in the state of cylindrical eccentrics disengaged from the gear, it is carried out at the moment the centers of all the eccentrics take up radial lines connecting the axis of the gear to the axis of each shaft of the servo-electric drives according to the signal from GBU in accordance with the control program specified by the algorithm laid down in the GBU program during the subsequent free rotation of the gear with the main output shaft and driven an object; active braking of the vessel when the direction of rotation of the electric motors and the shaft with the propeller is changed is carried out after the vessel starts free movement and all the shafts of the servo-electric drives are installed by turning to the specified mutual angular position of the lines of symmetry of the eccentrics, which is carried out according to the signals received from the GBU in accordance with the algorithm laid down in it program and convertible in the control units of servo drives.

Технический эффект: упрощение конструкции и уменьшение массы электропривода гребного винта судна при обеспечении резервирования электроприводов, сокращение времени замены отдельного электропривода при выходе его из строя, достигается за счет следующей совокупности отличительных признаков: зубья каждого из двух зубчатых венцов образованы циклоидальной поверхностью цилиндрического зубчатого колеса; каждая шестерня на входном валу редуктора является однозубой, выполнена в виде цилиндрического эксцентрика с установленным на нем подшипником и, взаимодействуя с зубчатым венцом, образует эксцентриково-циклоидальную передачу; входные валы с цилиндрическими эксцентриками с подшипниками установлены вокруг каждого зубчатого венца; количество следящих электроприводов с входными валами с цилиндрическими эксцентриками с подшипниками выбирается из интервала целых чисел по зависимости:Technical effect: simplifying the design and reducing the mass of the electric propeller of the propeller of the vessel while ensuring redundancy of electric drives, reducing the time of replacing an individual electric drive when it fails, is achieved due to the following set of distinctive features: the teeth of each of the two gears are formed by the cycloidal surface of the spur gear; each gear on the input shaft of the gearbox is single-tooth, made in the form of a cylindrical eccentric with a bearing mounted on it and, interacting with the ring gear, forms an eccentric-cycloidal gear; input shafts with cylindrical eccentrics with bearings mounted around each ring gear; the number of servo drives with input shafts with cylindrical eccentrics with bearings is selected from the interval of integers according to:

Figure 00000002
Figure 00000002

где n - количество следящих электроприводов каждого из двух зубчатых венцов колеса;where n is the number of servo drives of each of the two gear rims of the wheel;

Re - радиус окружности, на которой размещены оси входных валов, описанной относительно оси главного выходного вала;R e is the radius of the circle on which the axes of the input shafts are located, described relative to the axis of the main output shaft;

Re=Rmax-e±rn.R e = R max -e ± r n .

Данная совокупность отличительных признаков не обнаружена в ходе проведенного патентно-информационного поиска, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».This set of distinctive features was not found during the patent information search, therefore, the invention meets the criterion of "novelty."

Данная совокупность отличительных признаков не следует явно из уровня техники, поэтому изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».This set of distinctive features does not follow explicitly from the prior art, therefore, the invention meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 показан электромеханический привод гребного винта судна.In FIG. 1 shows an electromechanical propeller drive of a ship propeller.

На фиг. 2 - конструкция электромеханического привода с двумя эксцентриково-циклоидальными передачами в редукторе и с шестью электроприводами, установленными на каждой из сторон корпуса редуктора.In FIG. 2 - design of an electromechanical drive with two eccentric-cycloidal gears in the gearbox and with six electric drives mounted on each side of the gearbox housing.

На фиг. 3 - конструкция электромеханического привода с цельным двухвенцовым зубчатым колесом, закрепленным на ступице выходного вала и с несколькими электроприводами через волновой одноступенчатый редуктор с телами качения.In FIG. 3 - design of an electromechanical drive with a single double-crown gear fixed on the hub of the output shaft and with several electric drives through a wave single-stage gearbox with rolling bodies.

На фиг. 4 - конструкция электромеханического привода с одноступенчатым редуктором с двумя секционными зубчатыми колесами эксцентриково-циклоидальной передачи с несколькими электроприводами эксцентриков через волновой двухступенчатый редуктор с телами качения.In FIG. 4 - design of an electromechanical drive with a single-stage gearbox with two section gears of an eccentric-cycloidal gear with several electric drives of eccentrics through a wave two-stage gearbox with rolling bodies.

На фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 3 при шести эксцентриках в состоянии зацепления с зубчатым колесом.In FIG. 5 is a section AA in FIG. 3 with six eccentrics in gear engagement.

На фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 4 при шести эксцентриках в состоянии, выведенном из зацепления с зубчатым колесом.In FIG. 6 is a section BB in FIG. 4 with six eccentrics in a state disengaged from the gear.

На фиг. 7 - схема расположения множества эксцентриков в состоянии зацепления с зубчатым колесом для мощных электромеханических приводов с эксцентриково-циклоидальной передачей с внешним зацеплением.In FIG. 7 is a diagram of a plurality of eccentrics in gearing with a gear wheel for powerful electromechanical drives with eccentric-cycloidal gears with external gearing.

На фиг. 8 - конструкция электромеханического привода с двухвенцовым зубчатым колесом с внутренним эксцентриково-циклоидальным зацеплением.In FIG. 8 is a design of an electromechanical drive with a double-crown gear with an internal eccentric-cycloidal gearing.

На фиг. 9 - схема расположения шести эксцентриков внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи в состоянии зацепления с зубчатым колесом.In FIG. 9 is a diagram of an arrangement of six eccentrics of an internal eccentric-cycloidal gear in a gearing state.

На фиг. 10 - схема расположения множества эксцентриков в состоянии зацепления для мощного электромеханического привода с внутренней эксцентриково-циклоидальной передачей.In FIG. 10 is an arrangement diagram of a plurality of eccentrics in gearing state for a powerful electromechanical drive with an internal eccentric-cycloidal gear.

На фиг. 11 - схема системы управления электромеханическим приводом гребного винта судна.In FIG. 11 is a diagram of a control system for an electromechanical propeller of a ship’s propeller.

Электромеханический привод гребного винта судна (фиг. 1-11) содержит: судовой валопровод 1 (фиг. 1) с валом 2 с гребным винтом 3, дейдвудным подшипником 4, опорными подшипниками 5 и упорными подшипниками 6; зубчатый редуктор 7, имеющий корпус 8 с одним выходным валом 9, установленным в подшипниках 10 (фиг. 2, 3, 4, 8); муфту 11, соединяющую выходной вал 9 с валом 2 судового валопровода 1; установленное на выходном валу 9 по меньшей мере одно цилиндрическое зубчатое колесо 12 с двумя зубчатыми венцами 13а и 13b, зубья 14 (фиг. 3, 5, 6) каждого из которых образованы циклоидальной поверхностью 15; по меньшей мере шесть цилиндрических эксцентриков 16 (фиг. 5, 6, 9) с установленными на каждом из них подшипниками 17, выполняющими функцию однозубых шестерен, каждый из которых установлен на входном валу 18 вокруг каждого из зубчатых венцов 13а и 13b и образуют внешнюю (фиг. 2-7) или внутреннюю (фиг. 8-10) эксцентриково-циклоидальную передачу 19, в которой силы, действующие при передаче крутящих моментов на зубчатый венец 13а или 13b от противолежащих эксцентриков, уравновешены и не создают изгибающих моментов на валу 9; количество зубьев 14 на каждом зубчатом венце 13а и 13b превышает количество взаимодействующих с ним эксцентриков 16; следящие электромеханические приводы 20, установленные на корпусе 8, выходные валы которых являются входными валами 18 редуктора 7; для судов и кораблей, мощность электромеханических приводов которых составляет несколько мегаватт, оснащенных, например, турбодвигателями (не показаны), диаметр описанной окружности которых достигает нескольких метров, в машинном отделении можно размещать многодвигательные электромеханические приводы с эксцентриково-циклоидальными передачами 19, количество электроприводов 20 которых может составлять несколько десятков (фиг. 7, 10); количество следящих электроприводов 20 с входными валами 18 с цилиндрическими эксцентриками 16 с подшипниками 17 выбирается из интервала целых чисел по зависимости:The electromechanical drive of the propeller of the ship (Fig. 1-11) contains: a ship shaft 1 (Fig. 1) with a shaft 2 with a propeller 3, stern bearing 4, pillow block bearings 5 and thrust bearings 6; a gear reducer 7 having a housing 8 with one output shaft 9 installed in the bearings 10 (Fig. 2, 3, 4, 8); a clutch 11 connecting the output shaft 9 with the shaft 2 of the ship shaft 1; installed on the output shaft 9 at least one cylindrical gear wheel 12 with two gear rims 13 a and 13b, the teeth 14 (Fig. 3, 5, 6) of each of which are formed by a cycloidal surface 15; at least six cylindrical eccentrics 16 (Figs. 5, 6, 9) with bearings 17 mounted on each of them, performing the function of single-tooth gears, each of which is mounted on the input shaft 18 around each of the ring gears 13 a and 13b and form an external (Fig. 2-7) or internal (Fig. 8-10) eccentric-cycloidal gear 19, in which the forces acting on the transmission of torques to the ring gear 13 a or 13b from opposing eccentrics are balanced and do not create bending moments on the shaft 9; the number of teeth 14 on each gear rim 13 a and 13b exceeds the number of eccentrics 16 interacting with it; servo-driven electromechanical drives 20 mounted on the housing 8, the output shafts of which are input shafts 18 of the gearbox 7; for ships and ships, the power of electromechanical drives of which is several megawatts, equipped with, for example, turbo engines (not shown), the diameter of the circumscribed circles of which reaches several meters, multi-engine electromechanical drives with eccentric-cycloidal gears 19, the number of electric drives of which 20 can be placed in the engine room may be several tens (Fig. 7, 10); the number of servo drives 20 with input shafts 18 with cylindrical eccentrics 16 with bearings 17 is selected from the interval of integers according to:

Figure 00000003
Figure 00000003

где n - количество следящих электроприводов 20 каждого из двух зубчатых венцов 13а и 13b колеса 12; n≥6 для уравновешивания сил, действующих при работе электромеханического привода на вал 9 со стороны эксцентриков 16 и зубчатых венцов 13а и 13b;where n is the number of servo drives 20 of each of the two gear rims 13 a and 13 b of the wheel 12; n≥6 to balance the forces acting during the operation of the electromechanical drive on the shaft 9 from the side of the eccentrics 16 and the gears 13 a and 13b;

Re - радиус окружности 21, на которой размещены оси входных валов 18, описанной относительно оси выходного вала 9;R e is the radius of the circle 21, on which are located the axis of the input shafts 18, described relative to the axis of the output shaft 9;

Re=Rmax-e±rn,R e = R max -e ± r n ,

Rmax - радиус окружности, описанной относительно вершин зубьев 14 внешней эксцентриково-циклоидальной передачи 19 (фиг. 5) или впадин колеса внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи 22 (фиг. 9);R max - the radius of the circle described relative to the tops of the teeth 14 of the external eccentric-cycloidal gear 19 (Fig. 5) or the hollows of the wheel of the internal eccentric-cycloidal gear 22 (Fig. 9);

е - эксцентриситет цилиндрического эксцентрика 16;e is the eccentricity of the cylindrical eccentric 16;

rп - внешний радиус подшипника 17, установленного на цилиндрическом эксцентрике 16;r p - the outer radius of the bearing 17 mounted on a cylindrical eccentric 16;

+rп - для внешней эксцентриково-циклоидальной передачи 19 (фиг. 5);+ r p - for external eccentric-cycloidal transmission 19 (Fig. 5);

-rп - для внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи 22 (фиг. 9);-r p - for the internal eccentric-cycloidal transmission 22 (Fig. 9);

ДЭД - максимальный диаметр (размер) корпуса 23 следящего электропривода 20 (фиг. 2),D ED - the maximum diameter (size) of the housing 23 of the servo drive 20 (Fig. 2),

количество зубьев на каждом зубчатом венце превышает количество взаимодействующих с ним эксцентриков, выбирается из интервала целых чисел:the number of teeth on each gear rim exceeds the number of eccentrics interacting with it, it is selected from the interval of integers:

nz≥n+1,n z ≥n + 1,

где nz - количество зубьев на каждом зубчатом венце; блоки управления 24 следящими электроприводами 20 (фиг. 11), каждый из которых может быть установлен на корпусе 23 электродвигателя 25 электропривода 20; источник электропитания (не показан), соединенный с электроприводами 20 через блоки 24 управления; главный блок 26 управления следящими электроприводами 20; датчики 27 углового положения ротора электродвигателя 25; датчики 29 (фиг. 3, 4) углового положения выходного вала 18 каждого следящего электропривода 20, соединенные интерфейсными шинами 28 с соответствующими блоками 24 управления; датчик 30 углового положения выходного вала 9 редуктора 7, соединенный интерфейсной шиной 30а с главным блоком управления 26.where n z is the number of teeth on each gear rim; control units 24 tracking electric drives 20 (Fig. 11), each of which can be installed on the housing 23 of the electric motor 25 of the electric drive 20; a power source (not shown) connected to the electric drives 20 through the control units 24; a main control unit 26 for tracking servo-electric drives 20; sensors 27 of the angular position of the rotor of the electric motor 25; sensors 29 (Fig. 3, 4) of the angular position of the output shaft 18 of each servo drive 20 connected by interface buses 28 to the respective control units 24; the sensor 30 of the angular position of the output shaft 9 of the gearbox 7, connected by an interface bus 30 a to the main control unit 26.

Для упрощения конструкции редуктора 7 эксцентриково-циклоидальная передача 19 является внешней (фиг. 4), зубчатое колесо 12 является сборным и может состоять из жестко закрепленных на ступице 31 вала 9 двух дисков 32а и 32b с зубчатыми венцами 13а и 13b.To simplify the design of the gearbox 7, the eccentric-cycloidal gear 19 is external (Fig. 4), the gear 12 is prefabricated and can consist of two disks 32 a and 32b rigidly mounted on the hub 31 of the shaft 9 with gear rims 13 a and 13b.

Для обеспечения большей равномерности передачи крутящего момента от эксцентриков 16 с подшипниками 17 к валу 9 один диск 32b с зубчатым венцом имеет угловое смещение относительно другого диска 32а, при котором зубья 14 одного диска находятся напротив впадин 14а другого диска (фиг. 6).To provide greater torque transfer uniformity of the eccentrics 16 with bearings 17 the shaft 9, one disc 32b with the gear ring is angularly offset relative to the other disc 32 and at which the teeth 14 of one disk are located opposite the cavities 14 and the other disk (Fig. 6).

Для упрощения технологии изготовления зубчатый венец 13а или 13b зубчатого колеса 12 состоит из набора закрепленных на диске 32 крепежными деталями 33 секторных частей 34, на каждой из которых выполнен один или несколько зубьев 14 (фиг. 5).To simplify the manufacturing technology, the ring gear 13 a or 13b of the gear wheel 12 consists of a set of sector parts 34 fixed to the disk 32 by fasteners 33, each of which has one or more teeth 14 (Fig. 5).

Для уменьшения массы электропривода 20 и увеличения крутящего момента каждый электродвигатель 25 следящего электропривода 20 является бесколлекторным, постоянного тока, с возбуждением от постоянных магнитов, частота вращения ротора каждого электродвигателя 25 находится в интервале 7000…100000 мин-1, а вал электродвигателя 25 соединен с выходным валом 18 через волновой редуктор 35 с телами вращения 36, имеющий одну (фиг. 3) или две (фиг. 4) ступени.To reduce the mass of the electric drive 20 and increase the torque, each electric motor 25 of the servo electric drive 20 is brushless, direct current, excited by permanent magnets, the rotor speed of each electric motor 25 is in the range of 7000 ... 100000 min -1 , and the shaft of the electric motor 25 is connected to the output the shaft 18 through the wave gear 35 with bodies of revolution 36, having one (Fig. 3) or two (Fig. 4) stages.

Способ работы электромеханического привода гребного винта 3 описанной конструкции (фиг. 1-10) обеспечивает начало хода судна вперед или назад, разгон при совершении хода судна, установившееся движение судна с постоянной скоростью, свободное или активное торможение и включает следующие действия: пуск электромеханического привода с гребным винтом, обеспечивающий начало хода вперед или назад, по сигналам, подаваемым главным блоком 26 управления (фиг. 11) в блоки управления 24 следящих электроприводов 20 в соответствии с алгоритмами, заложенными в программы управления; разгон судна с необходимым ускорением до установившейся скорости движения по программе, задаваемой главным блоком 26 управления и выдаваемым сигналам, преобразуемым в блоках управления 24 следящих электроприводов 20; изменение скорости судна при отслеживании углового положения судового валопровода и гребного винта по сигналам, поступающим от главного блока 26 управления и преобразуемым в блоках 24 управления следящих электроприводов 20; свободное торможение судна после остановки всех следящих электроприводов 20 по сигналам, поступающим от главного блока 26 управления и преобразуемым в блоках управления 24 следящих электроприводов 20; активное торможение судна при изменении направления вращения электродвигателей 25 и валопровода 2 с гребным винтом 3 по сигналам, поступающим от главного блока 26 управления и преобразуемым в блоках 24 управления следящих электроприводов 20, при этом пуск после остановки всех следящих электроприводов 20 при положении цилиндрических эксцентриков 16 в состоянии, выведенном из зацепления с зубчатым колесом 12, осуществляется подачей сигнала от главного блока 26 управления на определение углового положения выходных валов 18 следящих электроприводов 20, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки 24 управления для установки каждого из выходных валов 18 поворотом в заданное взаимное угловое положение линий 37 симметрии цилиндрических эксцентриков 16 и вращения выходных валов 18 следящих электроприводов 20 для начала хода судна вперед или назад; разгон судна с заданным ускорением до установившейся скорости движения осуществляется путем регулирования частоты синхронного вращения валов 18 электроприводов при поддержании заданного взаимного углового положения линий 37 симметрии эксцентриков 16 в соответствии с алгоритмом, заложенным в программе главного блока 26 управления; движение судна при установившейся скорости совершается при соблюдении заданного взаимного углового положения линий 37 симметрии эксцентриков 16; свободное движение судна совершается после остановки всех следящих электроприводов 20 в состоянии цилиндрических эксцентриков 16, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется в момент занятия центрами всех эксцентриков 16 положения на радиальных линиях 38 (фиг. 5, 7, 10), соединяющих ось зубчатого колеса 12 с осью каждого вала 18 следящих электроприводов 20 по сигналу от главного блока 26 управления в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе главного блока 26 управления при последующем свободном вращении зубчатого колеса 12 с выходным валом 9 и гребным винтом 3; активное торможение судна при изменении направления вращения роторов электродвигателей 25 и вала 2 с гребным винтом 3 осуществляется после начала свободного движения судна и остановки гребного винта 3 и установки всех валов 18 следящих электроприводов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий 37 симметрии эксцентриков 16, осуществляемой по сигналам, поступающим от главного блока 26 управления в соответствии с алгоритмом, заложенным в его программу и преобразуемым в блоках 24 управления следящих электроприводов 20.The method of operation of the electromechanical drive of the propeller 3 of the described design (Fig. 1-10) provides the beginning of the ship forward or backward, acceleration during the course of the ship, steady motion of the ship at a constant speed, free or active braking and includes the following: starting the electromechanical drive with with a propeller, providing the beginning of the movement forward or backward, according to the signals supplied by the main control unit 26 (Fig. 11) to the control units 24 of the tracking electric drives 20 in accordance with the algorithms laid down management program; acceleration of the vessel with the necessary acceleration to a steady speed according to the program specified by the main control unit 26 and the generated signals converted into control units 24 of the tracking electric drives 20; the change in the speed of the vessel when tracking the angular position of the ship shaft line and propeller according to the signals received from the main control unit 26 and converted in the control units 24 of the tracking electric drives 20; free braking of the vessel after stopping all servo-electric drives 20 by the signals received from the main control unit 26 and converted in the control units 24 of servo-electric drives 20; active braking of the vessel when the direction of rotation of the electric motors 25 and the shaft 2 with the propeller 3 changes according to the signals received from the main control unit 26 and converted in the control units 24 of the tracking electric drives 20, while starting after stopping all the tracking electric drives 20 when the position of the cylindrical eccentrics 16 in the state, disengaged from the gear wheel 12, is carried out by applying a signal from the main control unit 26 to determine the angular position of the output shafts 18 tracking electric drive ov 20, the subsequent formation and supply of control signals to the control units 24 for installing each of the output shafts 18 by turning to a predetermined mutual angular position of the symmetry lines 37 of the cylindrical eccentrics 16 and the rotation of the output shafts 18 of the tracking electric drives 20 to start the ship forward or backward; acceleration of the vessel with a given acceleration to a steady speed is carried out by regulating the frequency of synchronous rotation of the shafts 18 of the electric drives while maintaining a predetermined mutual angular position of the lines of symmetry 37 of the eccentrics 16 in accordance with the algorithm laid down in the program of the main control unit 26; the movement of the vessel at a steady speed occurs subject to a given mutual angular position of the lines of symmetry of the eccentrics 16; free movement of the vessel occurs after all servo-driven electric drives 20 are stopped in the state of cylindrical eccentrics 16, disengaged from the gear, is carried out at the moment the centers of all eccentrics 16 occupy positions on radial lines 38 (Figs. 5, 7, 10) connecting the gear axis 12 with the axis of each shaft 18 of the servo-electric drives 20 by a signal from the main control unit 26 in accordance with the control program specified by the algorithm laid down in the program of the main control unit 26 with subsequent freedom one rotation of the gear wheel 12 with the output shaft 9 and the propeller 3; active braking of the vessel when changing the direction of rotation of the rotors of the electric motors 25 and shaft 2 with the propeller 3 is carried out after the beginning of the free movement of the vessel and the stop of the propeller 3 and the installation of all the shafts 18 of the tracking electric drives by turning to the specified mutual angular position of the lines of symmetry of the eccentrics 16, carried out by signals coming from the main control unit 26 in accordance with the algorithm laid down in its program and converted in the control units 24 of the tracking electric drives 20.

При отказе или выходе из строя по меньшей мере одного из электроприводов 20 эксцентрик 16 выводится из зацепления с зубчатым венцом 13а или 13b по команде, подаваемой от главного блока 26 управления на блок 24 управления, после чего все следящие электроприводы 20 могут продолжать работу при уменьшении суммарной мощности, а при наличии резервного электропривода 20 вышедший из строя электропривод 20 может быть заменен. Для обеспечения замены электропривода 20 на судне нет необходимости в мощных подъемных средствах.In case of failure or failure of at least one of the electric drives 20, the eccentric 16 is disengaged from the ring gear 13 a or 13b by a command supplied from the main control unit 26 to the control unit 24, after which all servo-controlled electric drives 20 can continue to work with decreasing total power, and in the presence of a backup electric drive 20, a failed electric drive 20 can be replaced. To ensure the replacement of the electric drive 20 on the ship, there is no need for powerful lifting means.

Предложенный электромеханический привод и способ его работы в соответствии с изобретением обеспечивает следующие преимущества в сравнении с известными электроприводами гребных винтов судов.The proposed electromechanical drive and the method of its operation in accordance with the invention provides the following advantages in comparison with the known electric propellers of ship propellers.

1. Резервирование электроприводов; быструю замену электроприводов, вышедших из строя, в процессе движения судна.1. Reservation of electric drives; quick replacement of failed electric drives while the vessel is moving.

2. Возможность движения судна при выходе из строя части электроприводов.2. The possibility of movement of the vessel in case of failure of part of the electric drives.

3. Повышение энергетической эффективности работы электромеханического привода при движении на малой и средней скорости за счет возможности отключения части электроприводов.3. Improving the energy efficiency of the electromechanical drive when driving at low and medium speeds due to the ability to disable part of the electric drives.

Claims (20)

1. Электромеханический привод гребного винта судна, содержащий: судовой валопровод с валом с гребным винтом, дейдвудным, опорным и упорным подшипниками; зубчатый редуктор, имеющий корпус с одним выходным и несколькими входными валами; муфту, соединяющую выходной вал редуктора с валом судового валопровода; установленное на выходном валу в корпусе редуктора по меньшей мере одно цилиндрическое зубчатое колесо с двумя зубчатыми венцами; зубчатую шестерню, установленную на каждом из входных валов по окружности вокруг каждого из зубчатых венцов; следящие электроприводы, установленные на корпусе редуктора, выходные валы которых имеют шестерни и являются входными валами зубчатого редуктора; блоки управления следящими электроприводами, каждый из которых установлен на электродвигателе электропривода; источник электропитания, соединенный с электроприводами через блоки управления ими; главный блок управления следящими электроприводами (включающий задатчик частоты вращения роторов электродвигателей); датчики углового положения выходного вала каждого следящего электропривода, соединенные интерфейсными шинами с соответствующими блоками управления; датчик углового положения выходного вала редуктора, соединенный интерфейсной шиной с главным блоком управления, отличающийся тем, что зубья каждого из двух зубчатых венцов колеса образованы циклоидальной поверхностью; шестерня на каждом входном валу редуктора является однозубой, выполнена в виде цилиндрического эксцентрика с установленным на нем подшипником и, взаимодействуя с зубчатым венцом, образует эксцентриково-циклоидальную передачу; входные валы зубчатого редуктора, каждый - с цилиндрическим эксцентриком с подшипником, установлены вокруг каждого зубчатого венца колеса; количество следящих электроприводов с входными валами с цилиндрическими эксцентриками с подшипниками выбирается из интервала целых чисел по зависимости:1. Electromechanical drive of the propeller of the vessel, comprising: a ship shaft line with a shaft with a propeller, stern, support and thrust bearings; gear reducer having a housing with one output and several input shafts; a coupling connecting the output shaft of the gearbox with the shaft of the ship shaft line; at least one cylindrical gear with two gear rims mounted on the output shaft in the gear housing; a gear mounted on each of the input shafts in a circle around each of the gear rims; servo drives mounted on the gear case, the output shafts of which have gears and are input shafts of the gear reducer; control units for tracking electric drives, each of which is mounted on an electric motor of an electric drive; power supply connected to electric drives through their control units; the main control unit for servo-driven electric drives (including a rotary speed controller for electric motor rotors); sensors of the angular position of the output shaft of each servo-electric drive connected by interface buses to the corresponding control units; a sensor for the angular position of the output shaft of the gearbox, connected by an interface bus to the main control unit, characterized in that the teeth of each of the two gear rims of the wheel are formed by a cycloidal surface; the gear on each input shaft of the gearbox is single-tooth, made in the form of a cylindrical eccentric with a bearing mounted on it and, interacting with the ring gear, forms an eccentric-cycloidal gear; input shafts of the gear reducer, each with a cylindrical eccentric with a bearing, mounted around each gear rim of the wheel; the number of servo drives with input shafts with cylindrical eccentrics with bearings is selected from the interval of integers according to:
Figure 00000004
Figure 00000004
где n - количество следящих электроприводов каждого из двух зубчатых венцов колеса;where n is the number of servo drives of each of the two gear rims of the wheel; Re - радиус окружности, на которой размещены оси входных валов, описанной относительно оси выходного вала;R e is the radius of the circle on which the axis of the input shafts are located, described relative to the axis of the output shaft; Re=Rmax-e±rп,R e = R max -e ± r p , Rmax - радиус окружности, описанной относительно вершин зубьев или впадин колеса внешней или внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи;R max - the radius of the circle described relative to the tops of the teeth or hollows of the wheels of the external or internal eccentric-cycloidal transmission; е - эксцентриситет цилиндрического эксцентрика;e is the eccentricity of the cylindrical eccentric; rп - внешний радиус подшипника, установленного на цилиндрическом эксцентрике;r p - the outer radius of the bearing mounted on a cylindrical cam; +rп - для внешней эксцентриково-циклоидальной передачи;+ r p - for external eccentric-cycloidal transmission; -rп - для внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи;-r p - for internal eccentric-cycloidal transmission; ДЭД - максимальный диаметр (размер) корпуса следящего электропривода.D ED - the maximum diameter (size) of the housing of the tracking electric drive. 2. Электромеханический привод по п.1, отличающийся тем, что эксцентриково-циклоидальная передача является внешней.2. The electromechanical drive according to claim 1, characterized in that the eccentric-cycloidal transmission is external. 3. Электромеханический привод по п.2, отличающийся тем, что зубчатое колесо является сборным, состоящим из ступицы с диском и двойного зубчатого венца, жестко закрепленного на диске.3. The electromechanical drive according to claim 2, characterized in that the gear wheel is prefabricated, consisting of a hub with a disk and a double ring gear, rigidly mounted on the disk. 4. Электромеханический привод по п.2, отличающийся тем, что зубчатое колесо является сборным, состоящим из ступицы с двумя дисками и колец с зубчатыми венцами, жестко закрепленных на каждом диске.4. The electromechanical drive according to claim 2, characterized in that the gear wheel is prefabricated, consisting of a hub with two disks and rings with gear crowns, rigidly mounted on each disk. 5. Электромеханический привод по п.4, отличающийся тем, что одно кольцо с зубчатым венцом имеет угловое расположение относительно другого, такое, что зубья одного кольца находятся напротив впадин другого.5. The electromechanical drive according to claim 4, characterized in that one ring with a ring gear has an angular location relative to the other, such that the teeth of one ring are opposite the depressions of the other. 6. Электромеханический привод по п.4, отличающийся тем, что зубчатый венец циклоидального цилиндрического зубчатого колеса состоит из набора закрепленных на диске крепежными деталями секторных частей, на каждой из которых выполнен один или несколько зубьев.6. The electromechanical drive according to claim 4, characterized in that the ring gear of the cycloidal spur gear consists of a set of sector parts fixed to the disk by fasteners, each of which has one or more teeth. 7. Электромеханический привод по п.1, отличающийся тем, что каждый электродвигатель следящего электропривода является бесколлекторным, постоянного тока, с возбуждением от постоянных магнитов.7. The electromechanical drive according to claim 1, characterized in that each servo electric drive motor is brushless, direct current, with excitation from permanent magnets. 8. Электромеханический привод по п.1, отличающийся тем, что частота вращения ротора каждого электродвигателя находится в интервале 7000…100000 мин-1, вал ротора электродвигателя соединен с выходным валом следящего электропривода волновым одноступенчатым или двухступенчатым редуктором с телами вращения, имеющим одну или две ступени.8. The electromechanical drive according to claim 1, characterized in that the rotational speed of the rotor of each electric motor is in the range of 7000 ... 100000 min -1 , the rotor shaft of the electric motor is connected to the output shaft of the tracking electric drive by a wave one-stage or two-stage gearbox with rotation bodies having one or two steps. 9. Электромеханический привод по п.1, отличающийся тем, что эксцентриково-циклоидальная передача является внутренней, а эксцентрики с подшипниками размещены на выходных валах следящих электроприводов.9. The electromechanical drive according to claim 1, characterized in that the eccentric-cycloidal transmission is internal, and the eccentrics with bearings are located on the output shafts of the follow-up electric drives. 10. Способ работы электромеханического привода гребного винта по п.1, обеспечивающий начало хода судна вперед или назад, разгон при совершении хода, установившееся движение с постоянной скоростью, свободное или активное торможение, включающий: пуск электромеханического привода с гребным винтом, обеспечивающий начало хода вперед или назад, по сигналам, подаваемым главным блоком управления в блоки управления следящих электроприводов в соответствии с алгоритмами, заложенными в программы управления; разгон судна с необходимым ускорением до установившейся скорости движения по программе, задаваемой главным блоком управления и выдаваемым сигналам, преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов; изменение скорости судна при отслеживании углового положения судового валопровода и гребного винта по сигналам, поступающим от главного блока управления и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов; свободное торможение судна после остановки всех следящих электроприводов по сигналам, поступающим от главного блока управления и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов; активное торможение судна при изменении направления вращения электродвигателей и валопровода с гребным винтом по сигналам, поступающим от главного блока управления и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов, отличающийся тем, что пуск после остановки всех следящих электроприводов при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется подачей сигнала от главного блока управления на определение углового положения выходных валов следящих электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для установки каждого из выходных валов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии цилиндрических эксцентриков и вращения выходных валов следящих электроприводов для начала хода судна вперед или назад; разгон судна с заданным ускорением до установившейся скорости движения осуществляется путем регулирования частоты вращения валов электродвигателей; движение судна при установившейся скорости совершается при поддержании заданного взаимного углового положения линий симметрии эксцентриков в соответствии с алгоритмом, заложенным в программе главного блока управления; свободное движение судна совершается после остановки всех следящих электроприводов в состоянии цилиндрических эксцентриков, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется в момент занятия центрами всех эксцентриков положения на радиальных линиях, соединяющих ось зубчатого колеса с осью каждого вала следящих электроприводов по сигналу от главного блока управления в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе главного блока управления при последующем свободном вращении зубчатого колеса с главным выходным валом и приводимым объектом; активное торможение судна при изменении направления вращения электродвигателей и валопровода с гребным винтом осуществляется после начала судном свободного движения и установки всех валов следящих электроприводов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии эксцентриков, осуществляемой по сигналам, поступающим от главного блока управления в соответствии с алгоритмом, заложенным в его программу и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов.10. The method of operation of the electromechanical drive of the propeller according to claim 1, providing the beginning of the ship forward or backward, acceleration during the course of the course, steady-state movement at a constant speed, free or active braking, including: starting the electromechanical drive with a propeller, providing the beginning of progress or backward, according to the signals supplied by the main control unit to the control units of the tracking electric drives in accordance with the algorithms laid down in the control program; acceleration of the vessel with the necessary acceleration to a steady speed according to the program specified by the main control unit and the generated signals that are converted in the control units of tracking electric drives; the change in the speed of the vessel when tracking the angular position of the ship shaft line and propeller according to the signals received from the main control unit and converted in the control units of servo drives; free braking of the vessel after stopping all servo-electric drives by signals received from the main control unit and converted in the control units of servo-electric drives; active braking of the vessel when the direction of rotation of the electric motors and the shaft with the propeller changes according to the signals received from the main control unit and converted in the control units of servo drives, characterized in that the start after stopping all servo drives in the position of cylindrical eccentrics in a state disengaged from gear, is fed by a signal from the main control unit to determine the angular position of the output shafts of the servo drives, osleduyuschee formation and supplying control signals to the control blocks for each of the output shafts rotating at a predetermined mutual angular position of the lines of symmetry of cylindrical cams and rotation of the output shafts of electric servo to start running the ship forward or backward; acceleration of the vessel with a given acceleration to a steady speed is carried out by adjusting the frequency of rotation of the shafts of the electric motors; the vessel moves at a steady speed while maintaining a given mutual angular position of the lines of symmetry of the eccentrics in accordance with the algorithm laid down in the program of the main control unit; the vessel’s free movement occurs after all the servo-driven electric drives are stopped in the state of cylindrical eccentrics, disengaged from the gear, and is carried out at the moment the centers of all the eccentrics occupy the position on the radial lines connecting the gear axis with the axis of each shaft of the servo-electric drives according to the signal from the main control unit in accordance with the control program specified by the algorithm laid down in the program of the main control unit during subsequent free rotation of the gear wheels with a main output shaft and driven object; active braking of the vessel when the direction of rotation of the electric motors and the shaft with the propeller is changed is carried out after the vessel begins free movement and all the shafts of the servo-electric drives are installed by turning to the specified mutual angular position of the lines of symmetry of the eccentrics, carried out by the signals received from the main control unit in accordance with the algorithm laid down into his program and convertible in the control units of servo drives.
RU2015155967A 2015-12-25 2015-12-25 Screw propeller electromechanical drive of the vessel RU2622175C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155967A RU2622175C1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 Screw propeller electromechanical drive of the vessel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155967A RU2622175C1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 Screw propeller electromechanical drive of the vessel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2622175C1 true RU2622175C1 (en) 2017-06-13

Family

ID=59068399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015155967A RU2622175C1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 Screw propeller electromechanical drive of the vessel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2622175C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201800007927A1 (en) * 2018-08-07 2020-02-07 Verme Projects Srl STABILIZATION EQUIPMENT FOR BOATS
AT525141A1 (en) * 2021-05-14 2022-11-15 Horst Pesendorfer Dipl Ing Fh propulsion system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2392180C1 (en) * 2009-01-11 2010-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") Electric propulsion system (versions)
EP2236409A2 (en) * 2009-04-02 2010-10-06 Dai-Ichi Electric Co., Ltd. Electric propulsion system for ships
RU2503580C1 (en) * 2012-06-08 2014-01-10 Закрытое акционерное общество "РЭП Холдинг" Ship electric power generator
RU2521883C1 (en) * 2013-01-21 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Marine electric power plant
US9073607B2 (en) * 2010-09-16 2015-07-07 Wobben Properties Gmbh Electric motor exchange

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2392180C1 (en) * 2009-01-11 2010-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") Electric propulsion system (versions)
EP2236409A2 (en) * 2009-04-02 2010-10-06 Dai-Ichi Electric Co., Ltd. Electric propulsion system for ships
US9073607B2 (en) * 2010-09-16 2015-07-07 Wobben Properties Gmbh Electric motor exchange
RU2503580C1 (en) * 2012-06-08 2014-01-10 Закрытое акционерное общество "РЭП Холдинг" Ship electric power generator
RU2521883C1 (en) * 2013-01-21 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Marine electric power plant

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201800007927A1 (en) * 2018-08-07 2020-02-07 Verme Projects Srl STABILIZATION EQUIPMENT FOR BOATS
AT525141A1 (en) * 2021-05-14 2022-11-15 Horst Pesendorfer Dipl Ing Fh propulsion system
AT525141B1 (en) * 2021-05-14 2022-12-15 Horst Pesendorfer Dipl Ing Fh propulsion system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3086967A1 (en) A method of locking a planetary gearing when driving a vehicle
JP5764702B2 (en) Coaxial crankless engine
US5599215A (en) Propeller drive system
RU2622175C1 (en) Screw propeller electromechanical drive of the vessel
AU2011290961A1 (en) Variable-pitch propeller or repeller
EP2867048B1 (en) Drive arrangement for a vehicle, vehicle including such a drive arrangement and method for controlling such a drive arrangement
CN101324219B (en) Yawing mechanism of wind power generator
JP2009279975A (en) Multi-axial propulsion unit of marine vessel
CN109733209B (en) Control method of differential speed reduction system of vehicle double-bevel gear
US10018182B2 (en) Turbine driven by wind or motor and method for generating electricity
RU165317U1 (en) ELECTROMECHANICAL DRIVE SCREW FOR SHIP
US20150283893A1 (en) Powertrain assembly and vehicle comprising the same
KR20190122253A (en) Control unit and method for azimuth and / or pitch adjustment of wind turbines
EP2915744A1 (en) Flight control actuator drive
CN217362822U (en) Power generation device
CN202172348U (en) Multi-stator and multi-rotor integrated drive differential synchronous type motor
CN103043199B (en) Flange differential motion end face gear distance adjusting propelling device
RU2583535C1 (en) Multimotor drive for wheel landing gear and operation method thereof
CN201225232Y (en) Yawing mechanism of wind power generator
EP3824181B1 (en) Treating a wind turbine drive train
KR101284325B1 (en) Tracked transmission system of hybrid electric vehicle
US20240010316A1 (en) Propeller drive arrangement
CN204458204U (en) A kind of yaw system based on frequency variator effective damping
EP4303113A1 (en) A propeller drive arrangement
RU2583518C1 (en) Multi-motor electric drive for turning nose landing gear and operation method thereof