專利名稱：動(dòng)力操舵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)力操舵系統(tǒng)，更具體地說，本發(fā)明涉及特別用于海上運(yùn)載工具的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了根據(jù)舵輪的轉(zhuǎn)向而使其運(yùn)動(dòng)的齒輪裝置。
在傳統(tǒng)的操舵系統(tǒng)，例如用在船上的外置發(fā)動(dòng)機(jī)中，安裝在船尾板上的具有尾機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的推進(jìn)器在操舵者操舵時(shí)可繞垂直轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)。一種具有尾機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的典型操舵系統(tǒng)設(shè)有一根在舵輪與推進(jìn)器之間延伸的操縱鋼索，這樣，為使推進(jìn)器繞轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，需操縱舵輪來使鋼索動(dòng)作。傳統(tǒng)的鋼索是推拉式鋼索，它具有一根可在柔性外套或外皮內(nèi)往復(fù)滑動(dòng)的內(nèi)芯。鋼索的一端連接在舵輪上，另一端連接在推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)舵輪的操縱盤時(shí)，靠鋼索的推拉運(yùn)動(dòng)使鋼索動(dòng)作，從而形成推進(jìn)裝置的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)?？梢圆捎靡簤候?qū)動(dòng)的操舵系統(tǒng)來代替鋼索操舵，其中根據(jù)操縱盤沿一個(gè)方向或另外一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)將液壓流體(例如油)從舵輪經(jīng)導(dǎo)管泵到缸體-活塞控制裝置。控制裝置的動(dòng)作操縱著推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，因而使推進(jìn)器以相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
給出這種類型的操縱系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)包括下列美國專利4，952，732、4，615，290、4，632，049、4，568，292、4，295，833和5，074，198，以及法國專利1，133，061。英國專利申請(qǐng)2，159，483A公開了一種船用外置式動(dòng)力操舵系統(tǒng)，它具有一個(gè)液壓缸體-活塞組件和由一個(gè)致動(dòng)器操縱的控制閥，該致動(dòng)器包括一根可選擇地使活塞桿伸出和退回的推拉鋼索并由該鋼索完成推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向操作。然而，正如上述現(xiàn)有技術(shù)專利和英國專利申請(qǐng)所揭示的那樣，動(dòng)力操舵輔助系統(tǒng)被安裝在推進(jìn)器上并由推進(jìn)器支承。由于多種原因，將動(dòng)力操舵系統(tǒng)安裝在推進(jìn)器上是十分不利的。首先，由于轉(zhuǎn)向裝置在垂直擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間會(huì)與船尾板發(fā)生抵觸，所以必須變換推進(jìn)器的安裝位置。因?yàn)榘惭b墊顯然要隨不同的設(shè)計(jì)而變換，所以為了將動(dòng)力操舵系統(tǒng)安裝到推進(jìn)器上，就需要為每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)專門的托架。安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的典型實(shí)例公開于上述英國專利申請(qǐng)中，動(dòng)力輔助裝置120如圖7所示的那樣安裝在推進(jìn)器10上，而推進(jìn)器10又安裝在船尾板22上。由于推進(jìn)器10相對(duì)于水平軸線42擺動(dòng)，動(dòng)力輔助裝置120可能會(huì)與船尾板接觸，這樣就限制了它的適用性。第二個(gè)缺陷是包括有高壓供油和回油管路的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，由于暴露在外，所以會(huì)受到陽光照射、海水侵蝕以及物理破壞。第三，現(xiàn)有技術(shù)的這類設(shè)計(jì)都不允許操縱鋼索部分吸收操舵振動(dòng)，這樣就必須避免在動(dòng)力操舵輔助系統(tǒng)上產(chǎn)生會(huì)在推進(jìn)器轉(zhuǎn)向部件上造成高應(yīng)力的振動(dòng)。最后，現(xiàn)有技術(shù)的該系統(tǒng)，特別是上述英國專利申請(qǐng)所揭示的系統(tǒng)都被設(shè)計(jì)成需向系統(tǒng)不斷供給液壓流體，而不是僅在發(fā)生轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)才供給流體。這種不間斷的提供流體的系統(tǒng)會(huì)浪費(fèi)推進(jìn)器發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。
美國專利497，706公開了一種串聯(lián)式操舵輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在遠(yuǎn)離設(shè)置在推進(jìn)器附近的方向舵處。一個(gè)可伸縮的支架由流體致動(dòng)活塞推動(dòng)。從活塞上引出的、繞過支架滑輪并延伸到方向舵盤上的鋼索根據(jù)活塞的運(yùn)動(dòng)來推動(dòng)舵盤。在方向舵上只有很小或根本沒有轉(zhuǎn)矩被操舵輔助裝置消耗從而減小作用在舵輪上的操舵作用力。
現(xiàn)有技術(shù)還公開了一種用齒輪組件操縱船轉(zhuǎn)向的船用操舵機(jī)構(gòu)，典型的齒輪組件根據(jù)從操縱盤上輸入的轉(zhuǎn)向動(dòng)力來操縱發(fā)動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)向部件。這類現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)包括美國專利1，425，887、1，852，151、2，700，358、2，891，498、2，939，417、3，181，491、3，669，146、4，416，637、4，890，683和5，018，469。然而這些文獻(xiàn)中沒有一件是將動(dòng)力操舵輔助機(jī)構(gòu)與齒輪組件組合起來使用的。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于海上運(yùn)載工具(如用于發(fā)動(dòng)機(jī)裝于舷外)的船用動(dòng)力操舵系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，該動(dòng)力操舵系統(tǒng)包括一個(gè)設(shè)置在推進(jìn)器和舵輪之間并安裝在遠(yuǎn)離推進(jìn)器的地方的動(dòng)力操舵輔助裝置和一個(gè)與舵輪及動(dòng)力操舵輔助裝置相連以便按照舵輪的動(dòng)作將輸入的動(dòng)力傳送給動(dòng)力操舵輔助裝置的齒輪傳動(dòng)裝置。可致動(dòng)的輸出裝置連接在動(dòng)力操舵輔助裝置上，它根據(jù)操作的輸入動(dòng)力而運(yùn)動(dòng)?？芍聞?dòng)操縱裝置連接到輸出裝置和推進(jìn)器上，用于將操作的輸出動(dòng)力提供給推進(jìn)器，以完成推進(jìn)器繞轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。舵輪一般都包括一個(gè)駕駛員可操作的操縱盤。齒輪傳動(dòng)裝置的一端連接在舵輪上，而另一端連接在動(dòng)力操舵輔助裝置上，它根據(jù)操縱盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而動(dòng)作。齒輪傳動(dòng)裝置與動(dòng)力操舵輔助裝置之間的可操作的連接裝置具有一個(gè)用于調(diào)節(jié)通過動(dòng)力操舵輔助裝置的液壓流體流量的適用的調(diào)節(jié)裝置。在優(yōu)選實(shí)施例中，可致動(dòng)輸出裝置包括一個(gè)與動(dòng)力操舵輔助裝置相連，用于根據(jù)動(dòng)力操舵輔助裝置的動(dòng)作而運(yùn)動(dòng)的齒輪輸出裝置?？芍聞?dòng)操縱裝置的一端連接在齒輪輸出裝置上，它易對(duì)齒輪輸出裝置的操作運(yùn)動(dòng)起反應(yīng)，用于根據(jù)所述可致動(dòng)操縱裝置的操作運(yùn)動(dòng)來克服推進(jìn)器上相對(duì)于轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)矩?？芍聞?dòng)操縱裝置的相反端連接在推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向部件上，用于在舵輪轉(zhuǎn)向以使推進(jìn)器繞轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)可致動(dòng)操縱裝置的操作運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)轉(zhuǎn)向部件一起運(yùn)動(dòng)。
可以看出，動(dòng)力操舵輔助裝置設(shè)置在舵輪與推進(jìn)器或發(fā)動(dòng)機(jī)之間并遠(yuǎn)離推進(jìn)器的地方，這里使用的及權(quán)利要求中使用的術(shù)語“設(shè)置在......之間”不局部于實(shí)際的布置，而是可操作的布置，例如在平面視圖中，舵輪可操作地設(shè)置在其它兩個(gè)部件之間，但事實(shí)上，動(dòng)力操舵輔助裝置是可操作地插放的部件。另外，不管表面上的實(shí)際布置如何，動(dòng)力操舵輔助裝置都安裝在遠(yuǎn)離推進(jìn)器的地方。
概括地說，齒輪傳動(dòng)裝置包括一個(gè)根據(jù)轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)的輸入從動(dòng)齒輪。優(yōu)選實(shí)施例中的齒輪輸出裝置包括一個(gè)與輸入從動(dòng)齒輪相連的第一輸出齒輪、可與第一輸出齒輪相嚙合的輸出從動(dòng)齒輪和一個(gè)與輸出從動(dòng)齒輪相連的第二輸出齒輪。如果需要，可致動(dòng)輸出裝置可包括一個(gè)液壓操縱裝置。在優(yōu)選實(shí)施中，輸入從動(dòng)齒輪還包括一個(gè)與輸入齒條-小齒輪相連的輸入傳動(dòng)齒輪，該齒條-小齒輪又與致動(dòng)裝置嚙合?？尚D(zhuǎn)地安裝在轉(zhuǎn)向軸上的輸入傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)輸入齒條平動(dòng)，而輸入齒條又帶動(dòng)動(dòng)力操舵輔助裝置運(yùn)動(dòng)。對(duì)于齒輪輸入裝置來說，第一輸出齒輪包括可響應(yīng)動(dòng)力操舵輔助裝置的動(dòng)作而運(yùn)動(dòng)的第一齒條-小齒輪，最好還包括一個(gè)連接到第一輸出齒條-小齒輪以帶動(dòng)第二輸出齒條平動(dòng)的第二輸出齒條平動(dòng)的第二輸出齒條-小齒輪?？芍聞?dòng)的轉(zhuǎn)向裝置連接在第二輸出齒條上，第二齒條的橫向運(yùn)動(dòng)又根據(jù)舵輪的轉(zhuǎn)向帶動(dòng)轉(zhuǎn)向部件一起運(yùn)動(dòng)。
適當(dāng)?shù)目芍聞?dòng)操縱裝置可以是機(jī)械式的、電子或液壓式的，或者是任何兩種的組合。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，可致動(dòng)操縱裝置是機(jī)械的推拉鋼索結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)柔性外套或外皮及一個(gè)可在外套內(nèi)沿軸向滑動(dòng)的內(nèi)芯。外套保護(hù)著內(nèi)芯，并且也有助于引導(dǎo)鋼索和防止鋼索盤繞。如果采用機(jī)械式鋼索，鋼索的一端連接到動(dòng)力操舵輔助裝置上，另一端接到推進(jìn)器上。操縱舵輪時(shí)就會(huì)使鋼索動(dòng)作，具體地說是使內(nèi)芯動(dòng)作，使在動(dòng)力操舵輔助裝置上產(chǎn)生輸出的動(dòng)力并從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向部件一起運(yùn)動(dòng)。另外，也可以采用多根操縱鋼索，以提供輸出動(dòng)力，例如在船上使用大型發(fā)動(dòng)機(jī)或者兩臺(tái)或多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)就需采用多根操縱鋼索。如果需要，可采用液壓系統(tǒng)作為可致動(dòng)操縱裝置。一般地說，液壓系統(tǒng)包括一個(gè)油缸和活塞結(jié)構(gòu)，它與動(dòng)力操舵輔助裝置連在一起，以完成輸出動(dòng)力；以及一用于將加壓流體泵到油缸的一端以根據(jù)操舵運(yùn)動(dòng)來推動(dòng)活塞的裝置。操舵時(shí)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向部件一起運(yùn)動(dòng)，從而使推進(jìn)器繞垂直轉(zhuǎn)向軸擺動(dòng)。
動(dòng)力操舵輔助裝置包括一個(gè)液壓缸體-活塞組件，它具有一個(gè)通常偏置于關(guān)閉位置的閥控制裝置和一個(gè)用于向液壓缸體-活塞組件提供加壓液壓流體的液壓流體源裝置。流體源裝置包括一個(gè)用于將液壓流體輸送到缸體-活塞組件的蓄液器裝置和一個(gè)用于接收來自缸體-活塞組件的液壓流體并將流體送到蓄液器的貯存器。連接到齒輪傳動(dòng)裝置和閥控制裝置的調(diào)節(jié)裝置將根據(jù)操舵運(yùn)動(dòng)使閥控制裝置動(dòng)作，以使流體流通并驅(qū)使液壓流體從流體源裝置通過油缸-活塞裝置，與此同時(shí)提供輸出的動(dòng)力以使可致動(dòng)操縱裝置動(dòng)作，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向部件一起運(yùn)動(dòng)。為了向右方轉(zhuǎn)動(dòng)或向左方轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)裝置選擇性地操縱閥控制裝置，而且這種可操作的運(yùn)動(dòng)是預(yù)先設(shè)定的，因此使兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向大致相等。在優(yōu)選實(shí)施例中，閥控制裝置包括兩個(gè)分隔的閥殼，同時(shí)該閥或多個(gè)閥偏置在關(guān)閉位置。調(diào)節(jié)裝置只根據(jù)舵的方向開啟一個(gè)閥，從而引導(dǎo)加壓液壓流體的流動(dòng)。被輸送到缸體-活塞組件的加壓液壓流體驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連接到活塞上的連接裝置操縱輸出鋼索，以帶動(dòng)轉(zhuǎn)向部件一同運(yùn)動(dòng)。
缸體-活塞組件和流體源裝置由適當(dāng)?shù)陌惭b外殼支撐，由于該系統(tǒng)遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)，所以該系統(tǒng)可安裝在能避免使部件暴露和物理損壞的地方。此外，按照優(yōu)選實(shí)施例，調(diào)節(jié)裝置包括適當(dāng)?shù)倪B接在齒輪傳動(dòng)裝置和齒輪輸出裝置的連接裝置，該連接裝置根據(jù)操縱裝置的動(dòng)作不受約束地往復(fù)運(yùn)動(dòng)。從缸體-活塞組件內(nèi)的活塞延伸的適用的柱塞連接到連接裝置和輸出齒輪裝置上，柱塞向可致動(dòng)操縱裝置提供輸出動(dòng)力。另外，根據(jù)轉(zhuǎn)向動(dòng)作而往復(fù)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)裝置包括調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)裝置的行程的裝置，以便控制閥的開度并按照需要提高轉(zhuǎn)向的速率。
以下，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述，附圖中

圖1是表示用于海上運(yùn)載工具的本發(fā)明的操舵裝置的示意圖；圖1A是表示采用本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)的船用操舵系統(tǒng)的示意圖；圖2是采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的船的平面示意圖；圖3是本發(fā)明的動(dòng)力操舵輔助裝置的透視圖，該圖被局部剖開以更清楚地說明某些細(xì)節(jié)；圖4是圖3所示結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖5是圖3所示結(jié)構(gòu)的平面圖；圖6是圖5所示結(jié)構(gòu)的正視圖，圖中操縱盤和轉(zhuǎn)向軸被除去；圖7是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中采用的齒輪裝置的示意圖；圖8是圖6所示結(jié)構(gòu)的側(cè)剖面圖；圖9是表示閥控制裝置細(xì)節(jié)的沿圖8的9-9線取的剖視圖10是表示調(diào)節(jié)裝置細(xì)節(jié)的沿圖8的10-10線取的剖視圖；圖11是更詳細(xì)地表示與齒輪機(jī)構(gòu)相連的調(diào)節(jié)裝置的示意圖；圖12是用在推進(jìn)器上的另一種操縱裝置的示意圖。
參見附圖，其中相同的標(biāo)號(hào)代表全部視圖中的同類部件。在圖1、1A和2中示出了安裝在船上的本發(fā)明的動(dòng)力操舵系統(tǒng)。本發(fā)明的動(dòng)力操舵系統(tǒng)包括一個(gè)用標(biāo)號(hào)10表示的動(dòng)力操舵輔助裝置，它可操作地安裝在轉(zhuǎn)向舵輪12和推進(jìn)器14之間并且遠(yuǎn)離推進(jìn)器的地方。應(yīng)理解，動(dòng)力操舵輔助裝置不必實(shí)際定位在舵輪和推進(jìn)器之間，而只是串接在舵輪與推進(jìn)器之間。最好將動(dòng)力操舵輔助裝置10安裝在舵輪上或靠近舵輪的地方。如圖所示，轉(zhuǎn)向舵輪12被設(shè)置在船身16的船頭或靠近船頭處，并且它一般包括一個(gè)適當(dāng)安裝在操縱板20上的操縱盤18。轉(zhuǎn)向軸22的一端固定在操縱盤18上，并可隨著操縱盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。具有整體成形的端蓋23的軸22從操縱盤延伸并穿過固定件24，它可操縱地與標(biāo)號(hào)為26的輸入齒輪裝置相連接，下文中將詳細(xì)進(jìn)行描述。軸的這一端與輸入齒輪裝置相連是為了根據(jù)操縱盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而動(dòng)作。因此，操縱盤18沿一個(gè)方向或另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)就帶動(dòng)可操縱地與動(dòng)力操舵輔助裝置10相連接的輸入齒輪傳動(dòng)裝置26動(dòng)作。裝置10包括一個(gè)下文中將詳細(xì)描述的液壓傳動(dòng)裝置并且根據(jù)齒輪傳動(dòng)裝置的動(dòng)作提供動(dòng)力操舵的輔助力。顯然，這個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置從轉(zhuǎn)向舵輪接受輸入的動(dòng)力，并將該輸入的動(dòng)力傳遞給動(dòng)力操舵輔助裝置。
下文將詳細(xì)描述的、標(biāo)號(hào)為28的第二齒輪裝置或輸出齒輪裝置可與動(dòng)力操舵輔助裝置10相嚙合，使其可隨動(dòng)力操舵輔助裝置的動(dòng)作而轉(zhuǎn)動(dòng)。標(biāo)號(hào)為30的可致動(dòng)操縱裝置最好包括一根具有外套或外皮32及內(nèi)芯33的推拉鋼索，其中內(nèi)芯33可相對(duì)外套滑動(dòng)。該可致動(dòng)操縱裝置30的一端連接在齒輪輸出裝置上，用于跟隨齒輪輸出裝置的運(yùn)動(dòng)而動(dòng)作?？梢钥闯觯m然可致動(dòng)操縱裝置30處于與輸入齒輪裝置26分離并遠(yuǎn)離該裝置26的位置，但是由于舵輪的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)造成的輸入齒輪裝置的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)動(dòng)力操舵輔助裝置10動(dòng)作，裝置10又會(huì)使齒輪輸出裝置28運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)操縱裝置30動(dòng)作。因此，可致動(dòng)的操縱鋼索接收來自動(dòng)力操舵輔助裝置的輸出動(dòng)力并將輸出動(dòng)力傳送給推進(jìn)器，或者更具體地說是傳送給推進(jìn)器的操縱裝置?？芍聞?dòng)操縱裝置30的相反一端可致動(dòng)地連接在推進(jìn)器14的轉(zhuǎn)向部件34上，該轉(zhuǎn)向部件一般包括一根傾斜管36、轉(zhuǎn)向連桿37和轉(zhuǎn)向臂38。該轉(zhuǎn)向部件34安裝在船身16船尾板上，它可繞垂直轉(zhuǎn)向軸42轉(zhuǎn)動(dòng)(可以想象出該轉(zhuǎn)向軸與水的表面基本垂直)。這樣，操縱鋼索30的動(dòng)作能操縱推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
安裝在舵輪和推進(jìn)器之間并遠(yuǎn)離推進(jìn)器的動(dòng)力操舵輔助裝置10包括一個(gè)具有標(biāo)號(hào)為46(見圖3、6、8和9)的閥控制裝置的液壓缸體-活塞組件44和一個(gè)與所述液壓組件44相間隔并連通以用于向液壓組件提供加壓流體的流體源裝置48。操舵輔助裝置10最好安裝在操縱板20附近或操縱板20的下面。參見圖1和圖3，所設(shè)置的用于容納液壓流體的、由電機(jī)5操縱的箱部件或槽50與所述液壓缸體-活塞組件44和流體源裝置48相連通。從動(dòng)力操舵輔助裝置10延伸出來的并可操作地連接到齒輸出裝置28上的聯(lián)動(dòng)裝置與舵輪12一起動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。這樣，當(dāng)液壓缸件-活塞組件44隨舵輪的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)而被驅(qū)動(dòng)時(shí)，加壓的液壓流體(例如加壓油)從流體源裝置48流過液壓組件44(下文將詳細(xì)描述)。推進(jìn)器14上的轉(zhuǎn)矩被動(dòng)力操舵輔助裝置10所克服，從而將舵輪上的作用力減小到只有操縱缸體-活塞組件44所需的作用力，該作用力與推進(jìn)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)。
從圖3～7中可清楚地看出，圖中所示的齒輪輸入裝置26通過轉(zhuǎn)向軸22可操縱地連接到舵輪12上，同時(shí)也連接在動(dòng)力操舵輔助裝置10上。在優(yōu)選實(shí)施例中，齒輪輸入裝置26包括一個(gè)致動(dòng)器齒輪或主動(dòng)齒輪54，它通常為圓柱形并有一個(gè)用于同軸地將其安裝在輸出軸56一端上的孔55。致動(dòng)器齒輪54的相反端設(shè)置了間隔開的徑向齒段58和60，和處于中間位置的光面段62，光面段62上具有用于容納從輸出軸56上向外突起的止動(dòng)裝置66的槽64，其原因下文中將進(jìn)行解釋。端蓋23上設(shè)有適合于與齒段58嚙合的普通的鍵部件(圖中未顯示)，這樣使轉(zhuǎn)向軸22的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)致動(dòng)器齒輪54一起轉(zhuǎn)動(dòng)。致動(dòng)器齒輪54的相反端具有與輸入傳動(dòng)齒輪68相嚙合的徑向齒段60，該輸入傳動(dòng)齒輪68沿軸向設(shè)在與輸出軸56相隔一段距離并基本與輸出軸56平行的輸入軸70上。輸入軸70的相對(duì)端是輸入齒條和小齒輪，包括細(xì)長的條形齒條74和小齒輪76，其中條形齒條74的橫截面基本上是圓形的，齒表面是平的；小齒輪76處于與條形齒條74相嚙合的關(guān)系。因此，對(duì)于齒輪傳動(dòng)裝置的這個(gè)輸入組件來說，致動(dòng)器齒輪54可旋轉(zhuǎn)地裝置在輸出軸56上并與轉(zhuǎn)向軸22連接到操縱盤18一端相反的另一端相嚙合。操縱盤18驅(qū)動(dòng)軸22轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)軸22又帶動(dòng)致動(dòng)器齒輪54轉(zhuǎn)動(dòng)。
輸入傳動(dòng)齒輪68與致動(dòng)器齒輪54相嚙合，它們都具有處于嚙合關(guān)系的徑向齒?？梢钥闯?，無論致動(dòng)器齒輪54是順時(shí)針方向還是逆針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，它都驅(qū)使輸入傳動(dòng)齒輪68沿相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入傳動(dòng)齒輪68連接或固定到延伸至小齒輪76的可轉(zhuǎn)動(dòng)的輸入軸70上，并且輸入軸70由傳動(dòng)齒輪68帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。細(xì)長形齒條74與小齒輪76相嚙合，并由外套78所保護(hù)。用螺栓81將齒條74的一端連接到致動(dòng)器支托80上，并且由于這種連接，使得齒條74與小齒輪76的嚙合周邊的范圍小于齒條的全長。致動(dòng)器支托80可操作地連接在液壓缸體-活塞組件44上，因而在舵輪與液壓組件以及液壓組件與可致動(dòng)操縱裝置之間形成了可操作的連接，下文中將更詳細(xì)地進(jìn)行描述和解釋。
致動(dòng)器支托80往復(fù)運(yùn)動(dòng)的距離被預(yù)先確定或設(shè)定，并且這個(gè)距離相對(duì)缸體-活塞組件44內(nèi)的活塞桿的運(yùn)動(dòng)距離來說是較短的(下文將解釋)，因此，當(dāng)將輸入的動(dòng)力或動(dòng)作提供給致動(dòng)器支托時(shí)，輸入條形齒條74將運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的距離。致動(dòng)器支托80的往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)包括往復(fù)活塞在內(nèi)的缸體-活塞組件的閥控制裝置46運(yùn)動(dòng)(下文將進(jìn)行描述)。如附圖(見圖4和圖11)所示，輸出支托82可操作地連接到缸體-活塞組件44的活塞(下文將描述)和齒輪輸出裝置28上。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，齒輪輸出裝置包括標(biāo)號(hào)為84的第一齒條-小齒輪，它與連接到標(biāo)號(hào)為88的第二輸出齒條-小齒輪上的輸出軸齒輪86相嚙合。圖3、6和7中可清楚地看出，第一輸出齒條-小齒輪包括大致呈矩形的可橫向運(yùn)動(dòng)地安裝在支座91上的細(xì)長形齒條90，它對(duì)應(yīng)于缸體-活塞組件44內(nèi)的活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而橫向運(yùn)動(dòng)(見下文)。與齒條90相嚙合的小齒輪92和直徑大于齒輪92的輸出齒輪94同軸地安裝在軸96上，這樣，當(dāng)齒條90橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒輪92和94也一起旋轉(zhuǎn)。輸出軸齒輪86安裝或固定在鄰近致動(dòng)器齒輪54的輸出軸56的一端附近，而輸出齒輪94與輸出軸齒輪86相嚙合地被設(shè)置。因此，輸出齒輪94的轉(zhuǎn)動(dòng)就帶動(dòng)輸出軸齒輪86轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪86又帶動(dòng)輸出軸56轉(zhuǎn)動(dòng)。
可致動(dòng)操縱裝置30的一端連接在外殼100內(nèi)的第二輸出齒條-小齒輪88上，該齒條-小齒輪88包括小齒輪98和一個(gè)與小齒輪相嚙合的細(xì)長形齒條102。這樣，無論輸出軸56是順時(shí)針還是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，都會(huì)帶動(dòng)齒條沿一個(gè)方向或另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。這個(gè)齒條的橫向運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)操縱裝置30動(dòng)作。為了使這個(gè)第二輸出齒條102以預(yù)定好的比率相對(duì)連接在液壓缸體-活塞組件44(下文將描述)的第一輸出齒條90運(yùn)動(dòng)，讓輸出齒輪94與輸出軸齒輪86處于相嚙合的關(guān)系。由輸出齒輪94驅(qū)動(dòng)的軸56連接到與齒條102相嚙合的小齒輪98上，從而使齒條102總的運(yùn)動(dòng)方向與小齒輪98的旋轉(zhuǎn)方向相同，即順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的小齒輪98使齒條102向右運(yùn)動(dòng)。因此可以看出，第一和第二齒條-小齒輪組件84和88基本上互相伴隨地運(yùn)動(dòng)，并且輸出齒條90和102以大體相同的速率運(yùn)動(dòng)。
如果需要的話，本發(fā)明的動(dòng)力操舵系統(tǒng)可以與一個(gè)以上的輸出齒條-小齒輪88相配合。因此，對(duì)于具有兩個(gè)推進(jìn)器的船或具有兩根操舵鋼索的船來說，就需要設(shè)置兩個(gè)輸出齒條-小齒輪88和88′(如圖4和7B所示)，并且將可致動(dòng)操縱裝置30和30′(例如操舵鋼索)連接到齒條-小齒輪組件上。因此，如圖7B所示，需將小齒輪98安裝或固定到輸出軸56的一端，并使第二小齒輪106與齒輪98相嚙合。這樣，輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)小齒輪98旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使齒條102橫向移動(dòng)，使帶動(dòng)齒條107運(yùn)動(dòng)的小齒輪106轉(zhuǎn)動(dòng)。雖然小齒輪98和106的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，但齒條102和107則以相同的方向橫向運(yùn)動(dòng)。這樣，兩個(gè)操縱裝置30和30′的動(dòng)作將是同時(shí)進(jìn)行的。
液壓缸體-活塞組件44包括一個(gè)具有容納往復(fù)運(yùn)動(dòng)的往復(fù)活塞112的鏜孔110的油缸108(參見圖8和9)?；钊?12包括構(gòu)成活塞頭的端蓋114，該端蓋與柱塞端相對(duì)置并固定是在活塞上，其上還設(shè)有開口116，整體構(gòu)成的柱銷118從端蓋上橫向伸出?；钊松w與油缸端壁120相隔一段距離，從而在油缸的一端限定了一個(gè)用于容納液壓流體(例如油)的腔122。油缸108的相對(duì)另一端是用于支承液壓缸體-活塞組件及流體源裝置46的外殼123，外殼還包括隔離開的橫向孔124和125，它們分別用于接收輸出軸56和軸70。
活塞112可在油缸108的鏜孔110內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且設(shè)有適當(dāng)?shù)拿芊馊兔芊廨S承(圖中未示出)，以防止流體沿活塞外表面漏出。此外，活塞112上開有環(huán)形螺紋槽126，并且管狀柱塞桿130的帶螺紋的末端128與螺紋槽126靠螺紋連接在一起。柱塞桿130與油缸108的縱軸線同軸設(shè)置，并與油缸朝內(nèi)間隔開。該柱塞桿130沿活塞112的縱向從油缸108的末端向外延伸，并且可滑動(dòng)地被外殼123支承。柱塞桿130的末端固定連接到致動(dòng)器支托82上。柱塞桿130上有一些間隔布置的孔132，其原因下文將詳細(xì)描述。柱塞桿130上還設(shè)有直徑小于活塞頭直徑的環(huán)形縮小部分，該縮小部分有一橫向或朝內(nèi)延伸的環(huán)形臺(tái)肩134。
基本與油缸108同心的柱塞桿130與油缸共同限定了一個(gè)環(huán)形通道140，該通道通過孔132與閥控制裝置46相連通。環(huán)形柱塞130有一與縱軸相對(duì)應(yīng)的軸向通路或通道142，它與閥控制裝置46相連通(如下文所述)。
閥控制裝置46包括在油缸108的鏜孔110內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的往復(fù)活塞112。具有帶環(huán)形臺(tái)肩146的縮小部分145的致動(dòng)器桿144從閥控制裝置46通過通道142縱向地延伸，并由軸承147支承在與活塞相對(duì)的末端上。縮小部分145穿過軸承147延伸，并且借助于調(diào)節(jié)螺母149(下文將更詳細(xì)地描述)將桿144的螺紋端150可操作地連接到致動(dòng)器支托80上。相反螺紋端150通過螺紋與閥控制裝置46連接。加大直徑的柱塞桿130的活塞端上開有與通道142基本同軸的縱向孔152，該孔152從面對(duì)端蓋114的內(nèi)部開始延伸，以限定一個(gè)間隔或開口154，并且孔152從開口154朝外方向上終止于臺(tái)肩134。具有端部開口的縱向孔160的環(huán)形球致動(dòng)器158安裝在孔152內(nèi)，它相對(duì)于柱塞桿130沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。向外延伸到開口156內(nèi)的球致動(dòng)器158的相反端開有內(nèi)螺紋162，用于與致動(dòng)器桿144的螺紋部分連接在一起。球致動(dòng)器158至少設(shè)置一個(gè)，最好設(shè)置多個(gè)從螺紋段162朝內(nèi)(沿臺(tái)肩134的方向)開的孔164，這些孔用于連通通道142和孔160。隔離開的環(huán)形法蘭166和168設(shè)置在孔164與開口154的末端之間，它們分別從球致動(dòng)器158的圓筒壁向外橫向延伸到腔170和172內(nèi)。致動(dòng)器桿144的螺紋端150開有外螺紋，使桿144與球致動(dòng)器158的螺紋段162靠螺紋連接在一起。由于致動(dòng)桿144被連接到球致動(dòng)器158上，所以當(dāng)致動(dòng)器支托80的運(yùn)動(dòng)引起致動(dòng)器桿144作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，球致動(dòng)器158沿軸向相對(duì)于柱塞桿130運(yùn)動(dòng)。
圖9更清楚地顯示出，閥控制裝置46還包括(a)設(shè)置在閥體178內(nèi)的止回球閥174和176，它們用于控制從流體源裝置48經(jīng)第一流體連通裝置流到腔122(下文將描述)的加壓液壓流體的流動(dòng)，并且，這兩個(gè)止回球閥174和176被分隔塊180分開；(b)設(shè)置在閥體185內(nèi)的止回球閥182和184，它們用于控制從腔122流經(jīng)第二流體連通裝置(下文將描述)的加壓液壓流體的流動(dòng)。這樣，液壓流體，例如油，基本上只沿一個(gè)方向流動(dòng)。在圖中所示的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)止回球閥都有一個(gè)閥球，即圖中的閥球186、187、188和189，并且當(dāng)不改變舵的位置時(shí)，通過適當(dāng)?shù)钠醚b置190，如螺旋彈簧使各止回球閥保持在關(guān)閉位置，彈簧使各球偏置并頂在閥座上，以防止油的通路經(jīng)過止回球閥。在這個(gè)位置上，閥控制裝置46被鎖定并且不能移動(dòng)。球致動(dòng)器銷191和192最好由可插在該球致動(dòng)器上的環(huán)形部件或圓環(huán)構(gòu)成，它們具有一個(gè)或多個(gè)從圓環(huán)的外周也延伸出來的并且在不改變舵的位置時(shí)其末端與閥球相隔離的橫向法蘭或凸緣193、194、195和196。對(duì)于每個(gè)閥球，都有一個(gè)法蘭或凸緣部件，當(dāng)舵向左或向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸緣便與閥球相接觸，以使球移位。當(dāng)球致動(dòng)器沿軸向運(yùn)動(dòng)到左邊或右邊時(shí)，法蘭166或168與致動(dòng)器銷191或192接觸并迫使凸緣與閥球接合，以推動(dòng)閥球離開原位，這樣便使加壓液壓流體，例如油如下文所解釋的那樣流過閥組件。因此，從圖9中可以看出，當(dāng)球致動(dòng)器158被向左方的操舵運(yùn)動(dòng)移動(dòng)到左邊時(shí)，銷191移動(dòng)到左側(cè)，使凸緣193和194與閥球186和187接觸，從而使止回球閥174、176被打開。相反，當(dāng)球致動(dòng)器158被向右方的操舵運(yùn)動(dòng)移動(dòng)到右邊時(shí)，銷192移動(dòng)到右側(cè)，使凸緣195和196與閥球188和189接觸，從而使止回球閥182、184被打開。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，銷191的凸緣193要比凸緣194長一些。因此，當(dāng)球致動(dòng)器158沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥球186從原來的位置上被抬高，并且沒有使閥球187移位，而如果需要的話，僅在向左轉(zhuǎn)時(shí)才使閥球187移位，以提高液壓流體的流量，從而提高動(dòng)力操舵輔助系統(tǒng)動(dòng)作的角速度。類似地，銷192的凸緣195比凸緣196要長，因此閥球188先開啟，然后閥球189再開啟以提高向右轉(zhuǎn)時(shí)的角速度。
柱塞桿130包括在止回球閥174和176與孔口116之間延伸的環(huán)形通道197，它用于將加壓液壓流體(例如油)提供給腔122。因此，油缸108的環(huán)形通道140通過柱塞桿130側(cè)壁上的孔132及止回球閥174和176與閥體相連通。當(dāng)這些閥中的一個(gè)或兩個(gè)在球致動(dòng)器158動(dòng)作時(shí)打開(例如舵運(yùn)動(dòng)到左邊，因而使球致動(dòng)器如圖9中所示地往復(fù)運(yùn)動(dòng)到左邊)，流體繼續(xù)從腔170經(jīng)孔口或開口198流到在柱塞桿130內(nèi)縱向延伸的環(huán)形通道197，然后再流到活塞112的端蓋114上的朝腔122開口的孔口116。顯然，進(jìn)入腔122的加壓流體會(huì)迫使活塞112移動(dòng)到右邊。這樣，液壓流體(例如油)就從流體源裝置48經(jīng)活塞流入腔122，從而完成了在流體源裝置與腔122之間的第一流體連通路徑的連通。從腔122流出并返回到流體源裝置48的加壓流體以基本上不同的流動(dòng)路徑流過柱塞桿130。端蓋孔口116朝止回球閥182和184部分敞開，閥182和184又通向腔172，然后通向與孔160連通的開口154，孔160又通過孔164與軸向通道142連通。因此，當(dāng)球致動(dòng)器158按與上述(比如向右)相反的方向動(dòng)作而使一個(gè)或兩個(gè)止回球閥182、184開啟時(shí)，形成了使液壓流體從室122經(jīng)止回球閥182和184流到通向球致動(dòng)器孔160的開口(該開口又通到軸向通道142)的流動(dòng)路徑。軸向通道142的相反端分別通過柱塞桿130和輸出支托82上相互對(duì)正的通路200和201與返回管路199連通，返回管路199終止于油箱50。從油箱到流體源裝置48一段將在下文作詳細(xì)描述。腔122內(nèi)的液壓流體排空后使活塞112，繼而又使柱塞桿130向右運(yùn)動(dòng)，從而完成了腔122與流體源裝置48之間的第二流體連通路徑的連通。
如上所述，與油缸108同心并與它沿朝內(nèi)方向隔開設(shè)置的柱塞桿130從固定柱塞端的活塞112處伸出，并由具有容納往復(fù)運(yùn)動(dòng)的桿的適當(dāng)支承表面的外殼123內(nèi)的孔可滑動(dòng)地支承。柱塞桿的相反一端通過螺母的螺紋連接將其固定在輸出支托82上。此外，致動(dòng)器支托80連接在致動(dòng)器桿144上，而桿144的相對(duì)一端又連接在球致動(dòng)器158上，這樣，在舵輪上操舵時(shí)，就使齒輪組件動(dòng)作，這些部件(即致動(dòng)器桿、致動(dòng)器支托和球致動(dòng)器)協(xié)調(diào)一致地往復(fù)運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)，因而將一個(gè)或其它止回球閥174、176或182、184打開以使液壓流體流過缸體-活塞組件44。
在圖7、8、9和10所示的優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)整螺母擰在致動(dòng)器桿144的螺紋段148上并固定在致動(dòng)器支托80的兩個(gè)相對(duì)表面處。由于機(jī)器有誤差，對(duì)于每個(gè)動(dòng)力操舵裝置都可改變其接合長度，該接合長度為致動(dòng)器支托80提供預(yù)定的行程。這個(gè)行程等于兩個(gè)止回球閥182、184(對(duì)于向右轉(zhuǎn))的全移位，在全移位點(diǎn)，槽64側(cè)壁的平面部分62與止動(dòng)裝置66接合，從而使輸出軸56動(dòng)作。與齒輪輸出裝置28相嚙合的軸56的移動(dòng)將導(dǎo)致對(duì)柱塞桿30以與致動(dòng)器支托80相對(duì)應(yīng)的方向和移動(dòng)速率來進(jìn)行手動(dòng)操作。因此，在不改變舵的位置時(shí)，調(diào)整螺母149設(shè)定在預(yù)定位置，并在該位置上鎖定。當(dāng)舵向右轉(zhuǎn)時(shí)，致動(dòng)器桿144移動(dòng)到右邊，將一個(gè)或兩個(gè)止回球閥182、184開啟，并使液壓流體經(jīng)上述的第二流體連通路徑流過閥控制裝置46，并且，如果轉(zhuǎn)向速度增加，致動(dòng)桿144將運(yùn)動(dòng)全行程，直到止動(dòng)裝置66擋住槽64的壁時(shí)為止，這時(shí)將阻止致動(dòng)器桿144進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)并開始手動(dòng)操舵。相反，當(dāng)舵轉(zhuǎn)向左邊時(shí)，致動(dòng)器桿144移動(dòng)到左邊，使一個(gè)或兩個(gè)止回球閥174、176開啟，以使液壓流體經(jīng)上述的第一流體連通路徑流入閥控制裝置46，并且，如果轉(zhuǎn)向速度增加，致動(dòng)器桿144將運(yùn)動(dòng)全行程，直到止動(dòng)裝置擋住槽64的相反壁時(shí)為止，從而阻止致動(dòng)桿進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。在這一點(diǎn)上，致動(dòng)器齒輪54的槽66的平面部分與止動(dòng)裝置66接合，從而開始手動(dòng)操舵。
輸出支托部件82連接在環(huán)形柱塞桿130上，并與柱塞桿130協(xié)調(diào)一致地或共同地往復(fù)運(yùn)動(dòng)。(參見圖6、8和11)此外，輸出支托82還連接在(第一輸出齒條-小齒輪84的)條形齒條90上，該齒條90又使柱塞桿橫向地往復(fù)運(yùn)動(dòng)。從圖11中可清楚地看出，最好在支托部件82與齒條90之間設(shè)置一個(gè)間隔204，利用像螺栓206這樣的具有螺紋段208的部件，使它縱向穿過間隔并擰入齒條的螺紋孔209內(nèi)，以將這些部件連接起來。正如上文中解釋的那樣，運(yùn)轉(zhuǎn)著的第一輸出齒條-小齒輪帶動(dòng)輸出軸齒輪86旋轉(zhuǎn)，齒輪86又帶動(dòng)第二輸出齒輪-小齒輪88動(dòng)作。條形齒條102適合于接收用于沿軸向運(yùn)動(dòng)的操縱裝置30的內(nèi)芯33的一端，芯33的所述端連接在齒條102上，使芯33與橫向運(yùn)動(dòng)的齒條一同作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)芯33的相反一端連接到推進(jìn)器14操舵部件34上。因此可以看出，柱塞桿130的動(dòng)作帶動(dòng)輸出支托82作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且借助于齒輪輸出組件使操縱裝置30動(dòng)作，因此在舵輪12上的操舵動(dòng)作帶動(dòng)操舵部件34一同運(yùn)動(dòng)，以使推進(jìn)器14繞舵軸42轉(zhuǎn)動(dòng)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，柱塞桿130和第一輸出齒條90的運(yùn)動(dòng)速率大致相等，即比率大約為1∶1。但是輸出齒輪94的直徑大于小齒輪92也大于輸出軸齒輪86的直徑，并且第二輸出齒條與第一輸出齒條90的直線運(yùn)動(dòng)比大于1，該比率最好約為2∶1。由于齒條之間的這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系，就可以減小整個(gè)組件的總尺寸?，F(xiàn)在特別參見圖8，所示的流體源裝置48具有一個(gè)缸體-活塞蓄液器210，它包括以壁216作為封閉的一端，以端蓋214作為相反的另一端的油缸212。可在油缸212內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞將油缸分成腔220和222。管狀部件215從端蓋214處沿軸向延伸出來，伸入腔222并有一個(gè)封閉端219的活塞218的同軸管狀伸出部分217適用于可滑動(dòng)地接收部件215，這種在部件215上往復(fù)地滑動(dòng)可防止活塞在缸室內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的擺動(dòng)。外殼123設(shè)有通向蓋214內(nèi)圓形通路224的一條流體通路223，該蓋214具有與腔220連通的帶切口的圓形開口226。外殼123內(nèi)的第二流體通路或孔227與油缸108內(nèi)的環(huán)形通路140連通，這樣便形成了從流體源裝置48內(nèi)的腔220到液壓缸體-活塞組件44內(nèi)的腔122之間的第一流體連通路徑。泵52設(shè)在靠近蓄能器210的地方，并且該泵由具有適當(dāng)動(dòng)力源，如電池或發(fā)動(dòng)機(jī)(圖中未示出)的電動(dòng)機(jī)來運(yùn)轉(zhuǎn)。泵通過第二返回管路229接收液壓流體，并且與油箱部件互相配合。泵52為液壓流體提供了一個(gè)貯存器裝置。帶止回閥232的導(dǎo)管230從泵通到缸體-活塞蓄液器210內(nèi)的圓柱形腔220。液壓流體(例如油)經(jīng)返回管路229被送到泵內(nèi)。止回閥232通常是關(guān)閉的，它能防止液壓流體返回到泵中，并使流體只沿從泵到缸室220的一個(gè)方向流動(dòng)?；钊?18隨液壓流體經(jīng)導(dǎo)管230進(jìn)入腔220或經(jīng)通路227離開腔220而在油缸212內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。利用存留在第二腔222內(nèi)的加壓氣體使活塞218偏置到流體的輸送位置，這種氣體通常采用壓力大約為800到1200磅/時(shí)2的氮?dú)?。因此，在圖示的實(shí)施例中，當(dāng)需要向左或向右轉(zhuǎn)向時(shí)，利用由腔222內(nèi)的氣體施加到活塞上的壓力迫使液壓流體流出腔220，從而使致動(dòng)器桿144動(dòng)作并開啟一個(gè)或兩個(gè)球控制閥。當(dāng)球控制閥174、176被開啟時(shí)，加壓液壓流體從腔220經(jīng)第一流體連通路徑(包括通路227、環(huán)形通道140、孔132、止回球閥174、176、開口198、環(huán)形通道197和孔116)流到腔122。相反地，當(dāng)止回球閥182、184開啟時(shí)，加壓液壓流體從腔122流出并經(jīng)導(dǎo)管199返回油箱50，然后經(jīng)返回管路229流入泵52。當(dāng)液壓流體被泵入腔220時(shí)，活塞218推動(dòng)在腔222內(nèi)的壓縮氣體。第二流體連通路徑包括孔116、止回球閥182、184、開口154、孔160、孔164、軸向通道142、孔200、輸出支托82內(nèi)的通道201，然后是返回管路199、油箱50、第二返回管路229和泵52。
對(duì)具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的、現(xiàn)有技術(shù)中常用的適當(dāng)?shù)拈_關(guān)裝置進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，以運(yùn)轉(zhuǎn)用于將液壓流體(例如油)泵入腔220的電動(dòng)機(jī)53。當(dāng)流體被泵入腔220時(shí)，活塞218推動(dòng)在腔222內(nèi)的壓縮氣體。適用的閥裝置包括一個(gè)附裝在活塞218上的磁環(huán)和連接到螺線管241的傳感器238和240，螺線管241由電線242連接到電源上(圖中未示出)。當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，磁環(huán)236斷開傳感器238和240以使用于泵送液壓流體(例如油)的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或停轉(zhuǎn)。在圖8所示的實(shí)施例中，活塞基本上處于它的沖程中點(diǎn)右側(cè)。當(dāng)腔220內(nèi)的液壓流體被排空并且活塞218運(yùn)動(dòng)到左側(cè)時(shí)，磁環(huán)236斷開傳感器238，使電機(jī)起動(dòng)。然后流體被泵入腔220，從而使活塞218運(yùn)動(dòng)并逆氣壓的方向運(yùn)動(dòng)，直到磁環(huán)斷開傳感器240并關(guān)閉電機(jī)53為止。
在運(yùn)行中，上文已提到當(dāng)使用油來作為加壓液壓流體時(shí)，動(dòng)力操舵輔助裝置將根據(jù)操舵者的操舵動(dòng)作來運(yùn)行。首先假設(shè)舵轉(zhuǎn)到左邊，轉(zhuǎn)向盤處在中央位置，并且推進(jìn)器未變換位置，轉(zhuǎn)向盤開始向左轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)舵輪使齒輪輸入裝置26轉(zhuǎn)動(dòng)(如上文中所解釋的那樣)。通過輸出支托82連接到齒輪輸出裝置28上的動(dòng)力操舵輔助裝置10使致動(dòng)器支托80運(yùn)動(dòng)到左邊。
從球致動(dòng)器158上延伸出來的法蘭166是這樣定位的當(dāng)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，法蘭166接觸或緊靠著致動(dòng)器銷191，并使通常利用彈簧190而偏置到關(guān)閉位置的閥球186和187移位。致動(dòng)器支托80相對(duì)于輸出支托82運(yùn)動(dòng)到左邊時(shí)使致動(dòng)器桿144運(yùn)動(dòng)到左邊，從而迫使球致動(dòng)銷191的凸緣運(yùn)動(dòng)到左邊并推動(dòng)球閥。在優(yōu)選實(shí)施例中，凸緣193比凸緣194長些，所以最開始時(shí)只有閥球186從與之配合的閥座上移位。閥174的開口使加壓油從腔220經(jīng)第一流體連通路徑(包括通向環(huán)形通道140的通路227、孔132、止回球閥174、孔116)流入腔122。因此，進(jìn)入腔122的加壓油將壓力施加給活塞112，從而使活塞112隨柱塞桿130和輸出支托82一起運(yùn)動(dòng)到左側(cè)。如果致動(dòng)器支托80相對(duì)于輸出支托82保持在相同位置，那么轉(zhuǎn)向速率將保持不變。如果轉(zhuǎn)向速率提高，那么致動(dòng)器支托80將相對(duì)于輸出支托82向左運(yùn)動(dòng)一個(gè)更大的距離。致動(dòng)器支托的這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)使閥球186進(jìn)一步離開閥座，以增加流出腔220的油的流量，從而提高了轉(zhuǎn)向速率。如果速率還不夠高，致動(dòng)支托80就相對(duì)輸出支托進(jìn)一步向左運(yùn)動(dòng)，這樣就又使致動(dòng)器144動(dòng)作并將球致動(dòng)器進(jìn)一步向左推。這種運(yùn)動(dòng)使較短的凸緣194與閥球187接觸以使閥球移動(dòng)并開啟閥176。由于兩個(gè)閥都開啟，于是增加了從腔220經(jīng)第一流體連通路徑進(jìn)入腔122的加壓油的流量。如果致動(dòng)器支托80相對(duì)于輸出支托82的位置回到了原位，則由于彈簧裝置190的作用使閥球186和187返回到它們各自的閥座上，從而中斷油的流動(dòng)并停止轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)油從流體源裝置48的腔220被送到腔122時(shí)，活塞112被推向左側(cè)。因此，在閥174、176被操舵動(dòng)作開啟時(shí)，由腔222內(nèi)的壓縮氣體施加到活塞218上的力將活塞218推向左邊，這樣便驅(qū)使油從腔220經(jīng)第一流體連通路徑進(jìn)入腔122。當(dāng)活塞218到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，磁環(huán)236斷開傳感器238，于是接通電機(jī)53并起動(dòng)泵52，以將油經(jīng)止回閥232泵入腔220。泵油時(shí)，補(bǔ)充的油從油箱50經(jīng)過入口管路229進(jìn)入泵貯槽。進(jìn)入腔220的油將活塞218逆腔222內(nèi)氣壓的方向推向右邊。止回閥可防止油返回到泵中。當(dāng)活塞218到達(dá)某預(yù)定位置時(shí)，磁環(huán)斷開傳感器240，使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
如果需要的話，轉(zhuǎn)向軸可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)操舵組件常采用的萬向節(jié)。如圖1A所示，在舵輪和動(dòng)力操舵系統(tǒng)之間設(shè)置了兩個(gè)萬向節(jié)244和246，并且這兩個(gè)萬向節(jié)由桿248連接。驅(qū)動(dòng)軸250從舵輪延伸到萬向節(jié)244，傳動(dòng)軸252從第二萬向節(jié)246延伸到齒輪傳動(dòng)裝置。
如果在輸出端采用可致動(dòng)液壓流體操舵裝置(如圖12所示的另一實(shí)施例)，則采用結(jié)構(gòu)基本相同的雙缸體-活塞組件。油缸264最好安裝在支承裝置208上，油缸266最好安裝在推進(jìn)器或靠近推進(jìn)器的地方，各油缸都具有往復(fù)活塞268和270，從而構(gòu)成各油缸的兩個(gè)相對(duì)的腔。如果需要，油缸264的直徑可大于油缸266的直徑，這樣可使油缸264的沖程小于油缸266的沖程，但仍可達(dá)到操舵裝置的全行程距離。從活塞268上朝油缸264外的方向延伸的活塞桿272通過輸出支托82連接在動(dòng)力操舵輔助裝置(如上所述)。從活塞270延伸出來的活塞桿274的相反一端通過傾斜管36連接到操縱轉(zhuǎn)向臂38的轉(zhuǎn)向連桿37上。當(dāng)操舵時(shí)，導(dǎo)管276和278沿相反的兩個(gè)方向在油缸264和266之間傳送液壓流體。因此，當(dāng)操舵動(dòng)作將活塞桿272推向左邊時(shí)(如圖12所示)，活塞28運(yùn)動(dòng)到左側(cè)并迫使液壓流體從油缸264的一個(gè)腔流到油缸266的一個(gè)腔，并從而使活塞桿運(yùn)動(dòng)到左側(cè)，使舵向左邊轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)活塞270運(yùn)動(dòng)到左邊時(shí)，迫使油從油缸266的另一腔流到油缸264相反的腔內(nèi)。類似地，向右邊轉(zhuǎn)舵將會(huì)使液壓流體沿相反的方向流動(dòng)。
上述的詳細(xì)描述只是為了更清楚地理解本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出各種改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種適用于海上運(yùn)載工具的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，它具有一個(gè)可繞轉(zhuǎn)向軸擺動(dòng)的推進(jìn)器、用于將轉(zhuǎn)矩施加給所述推進(jìn)器以帶動(dòng)推進(jìn)器繞所述轉(zhuǎn)向軸作轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的可致動(dòng)操縱裝置，該操縱裝置包括一個(gè)由駕駛員操縱的舵輪和與所述推進(jìn)器相連的轉(zhuǎn)向部件，所述舵輪包括一個(gè)隨著操舵動(dòng)作轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向軸；所述系統(tǒng)包括連接在所述轉(zhuǎn)向軸上以隨所述操舵動(dòng)作而運(yùn)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)裝置；設(shè)置在所述舵輪和所述推進(jìn)器之間并安裝在遠(yuǎn)離所述推進(jìn)器位置的動(dòng)力操舵輔助裝置，它隨所述齒輪傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)而動(dòng)作，以將傳動(dòng)的輸入動(dòng)力提供給所述動(dòng)力操舵輔助裝置；連接到所述動(dòng)力操舵輔助裝置，并隨所述傳動(dòng)輸入動(dòng)力而運(yùn)動(dòng)的可致動(dòng)輸出裝置，它連接在可動(dòng)操縱裝置上，因而隨所述可致動(dòng)輸出裝置的運(yùn)動(dòng)而帶動(dòng)可致動(dòng)操縱裝置動(dòng)作，以根據(jù)所述可致動(dòng)操縱裝置的動(dòng)作來克服所述推進(jìn)器上相對(duì)于所述轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)矩，所述可致動(dòng)操縱裝置提供傳動(dòng)的輸出動(dòng)力，以根據(jù)所述操舵動(dòng)作來帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)向部件一同運(yùn)動(dòng)，使所述推進(jìn)器繞所述轉(zhuǎn)向軸擺動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，其中，所述齒輪傳動(dòng)裝置包括隨所述轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的輸入從動(dòng)齒輪，所述可致動(dòng)輸出裝置包括齒輪輸出裝置，它具有(a)連接到所述輸入從動(dòng)齒輪上的第一輸出齒輪，(b)可與所述第一輸出齒輪相嚙合的輸出從動(dòng)齒輪，(c)與所述輸出從動(dòng)齒輪相連的第二輸出齒輪。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，其中，所述齒輪傳動(dòng)裝置還包括與所述轉(zhuǎn)向軸連接的主動(dòng)齒輪裝置、輸入齒條和輸入小齒輪，所述主動(dòng)齒輪裝置連接到所述輸入小齒輪上，以隨所述轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)所述輸入小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所述輸入齒條設(shè)置在與所述輸入小齒輪相嚙合的位置，以隨所述輸入小齒輪的旋轉(zhuǎn)而橫向運(yùn)動(dòng)，并且還包括從所述輸入齒條上伸出的、與所述齒輪輸出裝置嚙合的裝置。
4.按照權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，包括從所述動(dòng)力操舵輔助裝置延伸出的、可隨所述動(dòng)力操舵輔助裝置而運(yùn)動(dòng)的連接裝置，一個(gè)與所述連接裝置相連、用于隨所述連接裝置一起運(yùn)動(dòng)的第一輸出齒條，一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地安裝的并與所述第一輸出齒條相嚙合的第一輸出小齒輪，一個(gè)連接在所述第一輸出小齒輪上的可轉(zhuǎn)動(dòng)輸出從動(dòng)齒輪，一個(gè)與所述輸出從動(dòng)齒輪相連，隨所述輸出從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)所述第二輸出齒條橫向運(yùn)動(dòng)的第二輸出齒條和第二輸出小齒輪，以及用于將所述可致動(dòng)操縱裝置與所述第二輸出齒條連接起來的裝置。
5.按照權(quán)利要求4所述的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，還進(jìn)一步包括一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地安裝的、用于隨所述第一輸出小齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)并與所述輸出從動(dòng)齒輪相嚙合的中間輸出齒輪，所述中間輸出齒輪的直徑大于第一輸出小齒輪，并且所述第二輸出齒條對(duì)所述第一輸出齒條的線性傳動(dòng)比大于1。
6.按照權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)力操舵輔助裝置包括一個(gè)液壓流體缸體-活塞組件，它具有帶一個(gè)開口端的缸體；一個(gè)可往復(fù)運(yùn)動(dòng)地裝在所述缸體內(nèi)的活塞；一個(gè)具有中心孔、在所述缸體內(nèi)從所述活塞上同軸地延伸并穿過所述缸體的所述開口端并且可往復(fù)運(yùn)動(dòng)安裝的環(huán)形柱塞桿；設(shè)置在所述缸體-活塞組件內(nèi)、適合于給所述缸體-活塞組件建立流體連通路徑以帶動(dòng)所述活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的閥控制裝置，一個(gè)具有與所述中心孔同軸延伸出的兩個(gè)相對(duì)端并且它的一第一端連接在所述閥控制裝置的桿部件；以及一個(gè)包括連接到所述齒輪傳動(dòng)裝置和所述桿部件的連接裝置并響應(yīng)所述操舵動(dòng)作用以帶動(dòng)所述操縱部件一起運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)裝置。
7.按照權(quán)利要求4～6中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，包括一根將所述輸出從動(dòng)齒輪與所述第二輸出小齒輪連接起來的旋轉(zhuǎn)軸，所述輸出從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)所述第二輸出小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)所述第二輸出齒條平動(dòng)；可選擇設(shè)置一個(gè)用于與所述第二輸出小齒輪嚙合的第三輸出小齒輪，一個(gè)與所述第三輸出小齒輪嚙合的第三輸出齒條，第三輸出小齒輪以基本與所述第二輸出齒條相同的方向帶動(dòng)第三輸出齒條橫向運(yùn)動(dòng)，一個(gè)第二可致動(dòng)操縱裝置，以及用于將所述第二可致動(dòng)操縱裝置連接到所述第三輸出齒條的裝置。
8.按照權(quán)利要求4～7中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，其中，所述連接裝置包括連接到所述第一輸出齒條上的第一支托裝置，用于在與所述第一輸出支托的線性運(yùn)動(dòng)大致相同的軸線上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且還包括用于在所述第一支托裝置的兩個(gè)方向上調(diào)節(jié)往復(fù)運(yùn)動(dòng)距離的裝置，以及連接到所述動(dòng)力操舵輔助裝置和所述齒輪輸出裝置并按照所述動(dòng)力操舵輔助裝置的動(dòng)作而往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第二支托裝置。
9.按照權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)力操舵輔助裝置包括一個(gè)液壓流體缸體-活塞組件，具有用于將加壓液壓流體輸送到所述缸體-活塞組件的裝置的液壓流體源裝置；用于在所述缸體-活塞組件和所述流體源裝置之間提供連通的流體連通裝置；設(shè)置在所述缸體-活組件內(nèi)、對(duì)于不改變操舵位置時(shí)偏置在關(guān)閉位置的閥控制裝置，它適于在所述缸體-活塞組件和所述流體源裝置之間建立流體連通；以及控制從所述流體源裝置送出的液壓流體并選擇性地操縱所述閥控制裝置，以根據(jù)操舵動(dòng)作建立所述流體連通，將液壓流體從所述液壓流體源裝置輸送到所述液壓流體缸體-活塞組件的調(diào)節(jié)裝置。
10.按照權(quán)利要求6～9中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，其中，所述液壓缸體-活塞組件的所述缸體還具有一個(gè)封閉端；與所述液壓流體源裝置連通的泵裝置；所述環(huán)形柱塞桿連接到所述活塞端并同心地設(shè)置在所述缸體內(nèi)以限定一個(gè)與所述流體源裝置連通的環(huán)形通道；用于封閉所述環(huán)形通道的裝置；由所述缸體封閉端和所述活塞頭限定的缸體腔；所述桿部件是與所述中心孔同軸安裝的，用于在所述中心孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；用于在所述液壓流體源裝置與所述腔之間建立流體連通并包括所述環(huán)形通道和所述閥控制裝置的第一流體連通裝置；以及用于在所述腔和所述泵裝置之間建立流體連通并包括所述閥控制裝置和所述中心孔，從而使液壓流體只向一個(gè)方向流動(dòng)的第二流體連通裝置。
全文摘要
用于海上運(yùn)載工具的動(dòng)力操舵系統(tǒng)，該運(yùn)載工具具有一舵輪(12)和一推進(jìn)器(14)，推進(jìn)器包括一轉(zhuǎn)向臂(38)用以繞轉(zhuǎn)向軸(42)作轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)設(shè)在舵輪和推進(jìn)器之間并安裝在遠(yuǎn)離推進(jìn)器的地方，該系統(tǒng)根據(jù)舵輪的操舵運(yùn)動(dòng)而靠液壓致動(dòng)。根據(jù)對(duì)舵輪的操舵動(dòng)作而致動(dòng)的齒輪傳動(dòng)裝置連接到動(dòng)力操舵輔助裝置(10)上，它包括一液壓缸體—活塞組件和液壓流體源。該系統(tǒng)還包括調(diào)節(jié)裝置、可致動(dòng)輸出裝置和可致動(dòng)操縱裝置(30)。
文檔編號(hào)B63H25/10GK1108608SQ9410414
公開日1995年9月20日 申請(qǐng)日期1994年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月17日
發(fā)明者蒂莫西·默頓 申請(qǐng)人:首佳船舶公司