一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，該裝置的陀螺儀測得船舶搖擺角速度信號，該信號控制數(shù)字液壓閥的指令電機(jī)使其根據(jù)脈沖數(shù)轉(zhuǎn)過一定的角度，使數(shù)字液壓閥閥口打開從而向驅(qū)動鰭葉的兩個液壓缸差動供油帶動鰭葉片轉(zhuǎn)動，鰭軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器直接反饋到數(shù)字液壓閥的反饋電機(jī)，帶動閥芯向關(guān)閉的方向運動直到傳感器反饋的脈沖數(shù)與控制器控制脈沖數(shù)量相同，液壓閥閥口關(guān)閉，液壓缸停止運動，鰭葉片停止轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了陀螺儀信號直接對減搖鰭葉片的控制，即減搖鰭轉(zhuǎn)角直接由風(fēng)浪信號控制。其突出特點為減搖鰭的鰭角反饋信號直接作用在數(shù)字液壓閥上而不需要經(jīng)過控制器運算，減少了環(huán)節(jié)增加了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，是對減搖鰭控制方法的一次重大改進(jìn)。
【專利說明】一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及液壓控制技術(shù)，更具體地說是一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 艦船在海上航行、工作時，由于受到海浪、海風(fēng)以及海流等海洋環(huán)境擾動的作用， 不可避免的要產(chǎn)生搖蕩運動。隨著艦船使命的復(fù)雜性的提高和高技術(shù)裝備的應(yīng)用，作為海 面上活動平臺的大型水面艦船，要求其在海浪中的搖擺盡可能地小。由于船舶經(jīng)常需要航 行在波濤洶涌的水面上，劇烈的搖蕩不但影響船舶的航行，而且還會對船舶上裝備帶來不 良的影響，對船上的貨物和人員帶來不安全因素。因此，為了船舶的航行安全以及提高航行 中的舒適性，迫切需要減小船舶的搖蕩。
[0003] 減搖鰭是一種最常用的主動式減搖裝置，鰭安裝裝在艦船的兩舷的水下一定深 度，當(dāng)艦船以一定航速前進(jìn)時，在每個鰭上分別產(chǎn)生升力，該升力與鰭的面積、鰭的攻角以 及艦船航速的平方成正比，如果使左右兩鰭在控制系統(tǒng)的作用下產(chǎn)生大小相等方向相反的 鰭角（攻角），則在兩個鰭上產(chǎn)生大小相等方向相反的升力，該兩個升力產(chǎn)生一個相對于艦 船縱軸線的力矩，當(dāng)此力矩的變化符合一定的規(guī)律關(guān)系時，則該力矩就是減搖力矩。
[0004] 目前的減搖鰭控制系統(tǒng)一般采用電液伺服控制。這種電液伺服閥控制的減搖鰭具 有控制精度低、抗油液污染能力差以及存在溫漂零漂等問題，造成減搖鰭故障率高、使用維 護(hù)困難等問題，嚴(yán)重影響減搖鰭的使用和艦船的總體性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，該裝置具有集成 度高、控制簡單、控制精度高、穩(wěn)定性好、抗污染能力強以及接口簡單等優(yōu)點。能根據(jù)風(fēng)浪的 大小直接對液壓缸進(jìn)行位置控制，鰭的位置信號直接與數(shù)字液壓閥形成閉環(huán)，而不是與控 制器形成閉環(huán)。減少了環(huán)節(jié)、提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性。
[0006] 本發(fā)明具體是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0007] -種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，其特征在于，包括設(shè)置在船上的陀螺儀、控制器、數(shù) 字液壓閥和減搖鰭裝置，所述陀螺儀連接控制器所述控制器分別連接設(shè)置在船兩側(cè)的數(shù)字 液壓閥，數(shù)字液壓閥包括閥體、閥芯、指令電機(jī)和反饋電機(jī)，所述閥芯安裝在閥體的內(nèi)部，所 述閥體兩端分別安裝指令電機(jī)和反饋電機(jī)，所述指令電機(jī)通過轉(zhuǎn)換副連接至閥芯的一端， 用于接收指令脈沖并根據(jù)指令脈沖信號控制指令電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動角度；所述反饋電機(jī)通 過轉(zhuǎn)換副連接閥芯的另一端，用于接收反饋脈沖信號并根據(jù)反饋脈沖信號控制反饋電機(jī)的 轉(zhuǎn)速和角度，使反饋電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向與指令電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向相反；所述減搖鰭裝置包括鰭 軸以及與所述鰭軸連接的兩個搖臂，所述搖臂連接一對液壓缸，且所述鰭軸上安裝鰭葉片 和一旋轉(zhuǎn)編碼器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器通過電路連接至反饋電機(jī)；所述數(shù)字液壓閥通過管道差 動連接兩個液壓缸，對液壓缸的活塞兩側(cè)提供液壓壓力差并控制活塞的移動。
[0008] 進(jìn)一步地，所述數(shù)字液壓閥體兩側(cè)分別設(shè)置有由連通閥體內(nèi)部至外部的通道，該 通道形成閥體的外部油路，包括進(jìn)油通道、回油通道和控制通道，所述閥體與所述閥芯形成 三位四通換向閥，且所述控制通道連接液壓缸的進(jìn)油接口通道；
[0009] 進(jìn)一步地，所述進(jìn)油通道和回油通道分別通過管道連接至液壓站，所述液壓站的 電機(jī)通過變頻器控制，變頻器與液壓站的系統(tǒng)壓力形成閉環(huán)；
[0010] 進(jìn)一步地，所述反饋電機(jī)驅(qū)動閥芯的軸轉(zhuǎn)動的方向與指令電機(jī)驅(qū)動閥芯的軸轉(zhuǎn)動 的方向相反；
[0011] 進(jìn)一步地，所述反饋電機(jī)一般為步進(jìn)電機(jī)；
[0012] 進(jìn)一步地，所述指令電機(jī)一般為步進(jìn)電機(jī)。
[0013] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果為：本發(fā)明能夠通過將風(fēng)浪的搖擺信號轉(zhuǎn)化為控制脈沖由 控制器發(fā)送到數(shù)字液壓閥，而連接在鰭軸上的鰭角反饋信號直接反饋到數(shù)字液壓閥而非反 饋到控制器，減少了控制環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的可靠性和響應(yīng)速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明中數(shù)字液壓閥結(jié)構(gòu)示意圖

【具體實施方式】
[0017] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0018] 如圖1?2所示，一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，包括設(shè)置在船上的陀螺儀1、控制器 2、數(shù)字液壓閥3、減搖鰭裝置，所述陀螺儀1連接控制器2,所述控制器2分別連接設(shè)置在船 兩側(cè)的數(shù)字液壓閥3，數(shù)字液壓閥3包括閥體301、閥芯302、指令電機(jī)4和反饋電機(jī)5，所述 閥芯302安裝在閥體301的內(nèi)部，所述閥體301兩端分別安裝指令電機(jī)4和反饋電機(jī)5,所 述指令電機(jī)4通過轉(zhuǎn)換副304連接至閥芯302的一端，用于接收指令脈沖并根據(jù)指令脈沖 信號控制指令電機(jī)4的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動角度；所述反饋電機(jī)5通過轉(zhuǎn)換副303連接閥芯302的 另一端，用于接收反饋脈沖信號并根據(jù)反饋脈沖信號控制反饋電機(jī)5的轉(zhuǎn)速和角度，使反 饋電機(jī)5的轉(zhuǎn)動方向與指令電機(jī)4的轉(zhuǎn)動方向相反；所述減搖鰭包括鰭軸7以及與所述鰭 軸7連接的兩個搖臂8,所述搖臂8 -一對應(yīng)連接一液壓缸6,且所述鰭軸7上安裝一鰭葉 片9和旋轉(zhuǎn)編碼器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器通過電路連接至反饋電機(jī)5 ;所述數(shù)字液壓閥3通過管 道差動連接兩個液壓缸6,對液壓缸6的活塞兩側(cè)提供液壓壓力差并控制活塞的移動。
[0019] 本發(fā)明中陀螺儀1測得船舶搖擺角速度信號，該信號在控制器2內(nèi)通過一定的控 制算法轉(zhuǎn)換為不同頻率和當(dāng)量的數(shù)字脈沖，此數(shù)字脈沖發(fā)送給減搖鰭的數(shù)字液壓閥3的指 令電機(jī)4,則指令電機(jī)4根據(jù)脈沖數(shù)轉(zhuǎn)過一定的角度，指令電機(jī)4的轉(zhuǎn)角在數(shù)字閥內(nèi)部通過 轉(zhuǎn)換副304將閥芯302打開與指令電機(jī)轉(zhuǎn)角成比例的開度，從而向兩個液壓缸6進(jìn)行差動 供油。兩個液壓缸在液壓油的作用下運動，通過搖臂8帶動鰭葉片9轉(zhuǎn)動，同時帶動安裝在 鰭軸7上的旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出脈沖信號，該脈沖信號驅(qū)動數(shù)字液壓閥的反饋電機(jī)5,反饋電機(jī) 5驅(qū)動閥芯302的軸轉(zhuǎn)動的方向與指令電機(jī)4驅(qū)動閥芯302的軸轉(zhuǎn)動的方向相反，反饋電 機(jī)5旋轉(zhuǎn)在數(shù)字液壓閥內(nèi)部通過轉(zhuǎn)換副303使閥芯向關(guān)閉的方向運動，直到旋轉(zhuǎn)編碼器返 回的脈沖數(shù)與控制器2控制脈沖數(shù)量相同，數(shù)字液壓閥閥口關(guān)閉，液壓缸停止運動，鰭葉片 9也停止轉(zhuǎn)動。因此，旋轉(zhuǎn)編碼器反饋的脈沖數(shù)與控制器2發(fā)送的脈沖數(shù)相同，即減搖鰭的 鰭葉片9轉(zhuǎn)過的角度由控制脈沖決定，而控制脈沖又由陀螺儀1的輸出值（搖擺信號）決 定，從而實現(xiàn)了減搖鰭的轉(zhuǎn)角跟隨陀螺儀信號（搖擺信號）運動。本裝置中指令電機(jī)4和 反饋電機(jī)5均為步進(jìn)電機(jī)，設(shè)計為左右兩個鰭按相反方向旋轉(zhuǎn)，并使其產(chǎn)生的力矩與風(fēng)浪 力矩相反，根據(jù)不同方向的風(fēng)浪進(jìn)行供油驅(qū)動工作，從而達(dá)到減搖的目的。
[0020] 閥體301兩側(cè)分別設(shè)置有由連通閥體內(nèi)部至外部的通道，該通道形成閥體的外部 油路，包括進(jìn)油通道305、回油通道307和控制通道306,閥體與閥芯形成三位四通換向閥， 且所述控制通道306連接液壓缸的進(jìn)油接口通道，進(jìn)行供油驅(qū)動液壓缸的活動進(jìn)行移動， 進(jìn)而帶動搖臂擺動。閥芯302兩側(cè)分別設(shè)有兩個凸緣結(jié)構(gòu)，所述凸緣結(jié)構(gòu)接觸閥體內(nèi)壁，回 油通道307和控制通道306分別為兩個，且設(shè)置在閥體的不同側(cè)，進(jìn)油通道305分別和控 制通道306連通進(jìn)行進(jìn)油工作，回油通道307分別和液壓缸的進(jìn)油接口通道連通進(jìn)行回油 工作；凸緣結(jié)構(gòu)的寬度大于或等于控制通道306、進(jìn)油通道305、回油通道307三者任一通 道開口的寬度，凸緣結(jié)構(gòu)之間的距離、控制通道306之間的距離、進(jìn)油通道305和回油通道 307之間的距離三者之間的距離相等，保證了閥芯能夠嚴(yán)格分割各個通道實現(xiàn)不同的連通 狀態(tài)，實現(xiàn)對液壓缸的活塞進(jìn)行驅(qū)動的目的。
[0021] 作為本發(fā)明的優(yōu)選，進(jìn)油通道305和回油通道307分別通過管道連接至液壓站10， 液壓站10的電機(jī)11通過變頻器12控制，變頻器12與液壓站10的系統(tǒng)壓力形成閉環(huán)，液 壓站液壓進(jìn)行閉環(huán)控制，將壓力數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，比較的結(jié)果傳輸給控制裝置，保持 壓力恒定。減搖鰭的液壓站10由變頻器12控制，變頻器12與液壓站10的系統(tǒng)壓力形成 閉環(huán)，風(fēng)浪大時減搖鰭運動劇烈需要大的液壓油的液壓流量，壓力變化大，變頻器12控制 液壓站10的電機(jī)11轉(zhuǎn)速高，提供的流量也大；風(fēng)浪小時，減搖鰭需要的液壓油的液壓流量 小，變頻器12自動將流量調(diào)小；沒風(fēng)浪時，變頻器12調(diào)整使液壓站處于停止?fàn)顟B(tài)。
[0022] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，其特征在于，包括設(shè)置在船上的陀螺儀（1)、控制器 (2)、數(shù)字液壓閥（3)和減搖鰭裝置，所述陀螺儀（1)連接控制器（2)，所述控制器（2)分別 連接設(shè)置在船兩側(cè)的數(shù)字液壓閥（3)，數(shù)字液壓閥（3)包括閥體（301)、閥芯（302)、指令電 機(jī)⑷和反饋電機(jī)（5)，所述閥芯（302)安裝在閥體（301)的內(nèi)部，所述閥體（301)兩端分別 安裝指令電機(jī)（4)和反饋電機(jī)（5)，所述指令電機(jī)（4)通過轉(zhuǎn)換副（304)連接至閥芯（302) 的一端，用于接收指令脈沖并根據(jù)指令脈沖信號控制指令電機(jī)（4)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動角度；所 述反饋電機(jī)（5)通過轉(zhuǎn)換副（303)連接閥芯（302)的另一端，用于接收反饋脈沖信號并根 據(jù)反饋脈沖信號控制反饋電機(jī)（5)的轉(zhuǎn)速和角度，使反饋電機(jī)（5)的轉(zhuǎn)動方向與指令電機(jī) (4)的轉(zhuǎn)動方向相反；所述減搖鰭裝置包括鰭軸（7)以及與所述鰭軸（7)連接的兩個搖臂 (8)，所述搖臂（8)連接一對液壓缸（6)，且所述鰭軸（7)上安裝鰭葉片（9)和一旋轉(zhuǎn)編碼 器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器通過電路連接至反饋電機(jī)（5);所述數(shù)字液壓閥（3)通過管道差動連接 兩個液壓缸（6)，對液壓缸（6)的活塞兩側(cè)提供液壓壓力差并控制活塞的移動。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā) 出的反饋信號直接作用在數(shù)字液壓閥的指令電機(jī)（4)上，不需要控制器的控制運算。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，其特征在于，所述閥體（301)兩 側(cè)分別設(shè)置有由連通閥體內(nèi)部至外部的通道，該通道形成閥體的外部油路，包括進(jìn)油通道 (305) 、回油通道（307)和控制通道（306)，所述閥體與所述閥芯形成三位四通換向閥，且所 述控制通道（306)連接液壓缸的進(jìn)油接口通道。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種直接閥閉環(huán)液壓減搖鰭裝置，其特征在于，所述閥芯（302) 兩側(cè)分別設(shè)有兩個凸緣結(jié)構(gòu)，所述凸緣結(jié)構(gòu)接觸閥體內(nèi)壁，回油通道（307)和控制通道 (306) 分別為兩個，且設(shè)置在閥體的不同側(cè)，進(jìn)油通道（305)分別和控制通道（306)連通進(jìn) 行進(jìn)油工作，回油通道（307)分別和液壓缸的進(jìn)油接口通道連通進(jìn)行回油工作。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，其特征在于，所述凸緣結(jié)構(gòu)的寬 度大于或等于控制通道（306)、進(jìn)油通道（305)、回油通道（307)三者任一通道開口的寬度， 凸緣結(jié)構(gòu)之間的距離、控制通道（306)之間的距離、進(jìn)油通道（305)和回油通道（307)之間 的距離三者之間的距離相等。
6. 如權(quán)利要求3所述的一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，其特征在于，所述進(jìn)油通道（305) 和回油通道（307)分別通過管道連接至液壓站（10)，所述液壓站（10)的電機(jī)（11)通過變 頻器（12)控制，變頻器（12)與液壓站（10)的系統(tǒng)壓力形成閉環(huán)。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種直接閥閉環(huán)減搖鰭裝置，其特征在于，所述反饋電機(jī)（5)驅(qū) 動閥芯（302)的軸轉(zhuǎn)動的方向與指令電機(jī)⑷驅(qū)動閥芯（302)的軸轉(zhuǎn)動的方向相反。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種直接閥閉環(huán)減搖鰭步裝置，其特征在于，所述反饋電機(jī)（5) 為步進(jìn)電機(jī)。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種直接閥反饋液壓同步裝置，其特征在于，所述指令電機(jī)（4) 為步進(jìn)電機(jī)。
【文檔編號】B63B39/06GK104085512SQ201410319585
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】邢朔, 盛瑋 申請人:武漢海力威機(jī)電科技有限公司