一種基于變頻技術(shù)的泵閥聯(lián)控液壓舵機(jī)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于船舶控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于變頻技術(shù)的栗閥聯(lián)控液壓 舵機(jī)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前船舶舵機(jī)系統(tǒng)主要為液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)以其功率密度大、操縱能力強(qiáng)、工作 可靠性好在船舶領(lǐng)域中受到了廣泛的好評(píng)。在船舶航行過程中，為了保證船舶安全，船舶 舵機(jī)始終處于運(yùn)行狀態(tài)，以應(yīng)對(duì)船舶操縱的要求。
[0003] 但在航程的大部分時(shí)間里，舵機(jī)都是處于空載運(yùn)行的狀態(tài)，雖然此時(shí)液壓系統(tǒng)處 于卸載狀態(tài)，但電機(jī)、栗等卻仍高速運(yùn)轉(zhuǎn)，存在一定的功率消耗，且設(shè)備磨損加快，使用壽 命降低，系統(tǒng)總體效率不高。變頻液壓栗調(diào)速從源頭上解決功率匹配問題，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn) 行的參數(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，避免了電機(jī)和液壓栗的高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠有效地降低系統(tǒng)噪聲 和機(jī)件磨損，提高系統(tǒng)使用壽命和可靠性，減少液壓系統(tǒng)能量損失。與閥控系統(tǒng)相比，變頻 液壓栗控系統(tǒng)存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，不能適應(yīng)船舶舵機(jī)快速操縱的要求，特別是在港內(nèi)機(jī)動(dòng)航 行時(shí)矛盾更為突出。
[0004] 綜合目前船舶舵機(jī)為液壓系統(tǒng)，根據(jù)調(diào)速原理不同主要有栗控液壓舵機(jī)和閥控液 壓舵機(jī)兩種形式。
[0005] 1.栗控液壓舵機(jī)的缺點(diǎn)：
[0006] (1)即使無轉(zhuǎn)舵操作，只要船舶航行舵機(jī)必須運(yùn)轉(zhuǎn)，效率低，能耗高；
[0007] (2)由于電機(jī)和栗長期處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，噪聲大，磨損大，壽命較短；
[0008] (3)為了達(dá)到較精確調(diào)速目的，伺服機(jī)構(gòu)復(fù)雜；
[0009] 2.閥控液壓舵機(jī)的缺點(diǎn)：
[0010] (1)沖擊大；
[0011] ⑵效率低。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012] 實(shí)用新型目的：本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種減少 船舶航行中的操舵能量損失，提高操舵響應(yīng)時(shí)間，延長舵機(jī)壽命的基于變頻技術(shù)的栗閥聯(lián) 控液壓舵機(jī)裝置。
[0013] 技術(shù)方案：本實(shí)用新型所述的一種基于變頻技術(shù)的栗閥聯(lián)控液壓舵機(jī)裝置，包括 栗控液壓回路和閥控液壓回路，所述栗控液壓回路是由變頻液壓栗、單向閥和雙向溢流閥 構(gòu)成的液壓回路，所述變頻液壓栗連接有變頻電機(jī)；所述閥控液壓回路是由電液換向閥、低 壓溢流閥、負(fù)荷閥、溢流閥和輔助油栗構(gòu)成的液壓回路，所述輔助油栗還連接有輔助電機(jī)和 油箱；所述栗控液壓回路和閥控液壓回路并聯(lián)連接，所述栗控液壓回路和閥控液壓回路并 聯(lián)連接后通過手動(dòng)隔離閥連接有撥叉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)組，所述撥叉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)組連接有舵葉， 所述舵葉通過舵角反饋裝置與初始輸入舵角端連接。
[0014] 進(jìn)一步的，還包括控制器，所述控制器分別與所述變頻電機(jī)以及各電磁閥相互通 訊連接。
[0015] 進(jìn)一步的，所述變頻電機(jī)連接有變頻器，所述變頻器采用矢量變頻方式實(shí)現(xiàn)對(duì)變 頻電機(jī)的調(diào)速。
[0016] 進(jìn)一步的，所述油箱內(nèi)還設(shè)有浮球液位計(jì)和溫度控制器。
[0017] 進(jìn)一步的，所述栗控液壓回路還連接有高置油柜，高置油柜內(nèi)還設(shè)有浮球液位計(jì)。
[0018] 進(jìn)一步的，所述撥叉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)組上還設(shè)有壓力表。
[0019] 進(jìn)一步的，還包括儲(chǔ)能器。
[0020] 有益效果：本實(shí)用新型采用的栗閥聯(lián)控變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)較好地解決了節(jié) 能和快響應(yīng)之間的矛盾，這對(duì)于提高和改善當(dāng)前船舶舵機(jī)工作性能具有重要的理論研究和 實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也能夠進(jìn)一步推動(dòng)現(xiàn)代船舶高效經(jīng)濟(jì)安全航行。且本實(shí)用新型還具有如下 有益效果：
[0021] (1)變頻舵機(jī)僅在操舵時(shí)工作，效率提高，能耗大幅度降低（至少減低50% );
[0022] (2)采用變頻電機(jī)，噪聲小，磨損降低，壽命延長一倍；
[0023] (3)采用變頻栗控和閥控結(jié)合，操舵響應(yīng)提高，操舵速度至少提高30%;
[0024] (4)通過參數(shù)匹配可廣泛應(yīng)用于各類航區(qū)船舶；
[0025](7)該技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)變頻舵機(jī)技術(shù)的空白；
[0026] 該技術(shù)實(shí)現(xiàn)方便，能耗低，使用壽命長，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本實(shí)用新型的整體控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0028] 圖2為本實(shí)用新型的栗閥聯(lián)控液壓舵機(jī)裝置液壓原理圖；
[0029] 圖3為本實(shí)用新型的栗閥聯(lián)控變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖；
[0030] 圖4為本實(shí)用新型的栗閥聯(lián)控、閥控和栗控變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)舵機(jī)轉(zhuǎn)角輸出曲線 圖；
[0031] 圖5為本實(shí)用新型的栗閥不同流量占比的舵角響應(yīng)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 如圖1和圖2所示的一種基于變頻技術(shù)的栗閥聯(lián)控液壓舵機(jī)裝置，包括栗控液壓 回路和閥控液壓回路，所述栗控液壓回路是由變頻液壓栗15、單向閥5和雙向溢流閥8構(gòu)成 的液壓回路，所述變頻液壓栗15連接有變頻電機(jī)2;所述閥控液壓回路是由電液換向閥7、 低壓溢流閥12、負(fù)荷閥6、溢流閥14和輔助油栗3構(gòu)成的液壓回路，所述輔助油栗3還連接 有輔助電機(jī)3和油箱11;所述栗控液壓回路和閥控液壓回路并聯(lián)連接，所述栗控液壓回路 和閥控液壓回路并聯(lián)連接后通過手動(dòng)隔離閥10連接有撥叉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)組9,所述撥叉式轉(zhuǎn) 舵機(jī)構(gòu)組9連接有舵葉，所述舵葉通過舵角反饋裝置與初始輸入舵角端連接。
[0033] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述油箱11內(nèi)還設(shè)有浮球液位計(jì)1和溫度控制 器16,便于對(duì)油箱11進(jìn)行液位監(jiān)測(cè)和溫度監(jiān)測(cè)。所述栗控液壓回路還連接有高置油柜17， 高置油柜17內(nèi)還設(shè)有浮球液位計(jì)1。所述撥叉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)組9上還設(shè)有壓力表13。
[0034] 本裝置還包括控制器，所述控制器分別與所述變頻電機(jī)2以及各電磁閥相互通訊 連接。所述變頻電機(jī)2連接有變頻器，所述變頻器采用矢量變頻方式實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻電機(jī)2的 調(diào)速，以達(dá)到與直流電機(jī)一樣的輸出特性。
[0035] 矢量變頻控制的電機(jī)運(yùn)行特性與直流電機(jī)相似，由電流負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋兩個(gè) 回路構(gòu)成，動(dòng)態(tài)過程近似一階環(huán)節(jié)即
Kp和Tp為電機(jī)調(diào)速回路放大系數(shù)和時(shí)間常數(shù)。
[0036] 變頻液壓栗空載流量
（1)
[0037] 式中，Dp為每轉(zhuǎn)排量，up為輸入電壓。因此，變量栗的實(shí)際流量為Qp=QpQ_CtpPj2)
[0038] 式中，Ctp為栗的泄漏系數(shù)，Ph為系統(tǒng)高壓側(cè)壓力。
[0039] 伺服閥的動(dòng)態(tài)過程為 ⑶
[0040] 式中，Kq、《sv、|sv為伺服閥的流量系數(shù)、固有頻率、阻尼比。
[0041] 伺服閥線性化流量方程：QV=Kvuv-KcPf (4)
[0042] 式中
Qv、Kc、Pf、uv、Csv為伺服閥實(shí)際輸出流量、 流量壓力系數(shù)、栗的輸出壓力、閥輸入電壓、閥常數(shù)。
[0043] 伺服閥的空載流量： (5)
[0044] 栗閥聯(lián)控系統(tǒng)流量連續(xù)性方程： _5]
⑻
[0046] 式中，Ct= C tp+(；+K。，A為液壓缸柱塞的作用面積，Ct為總泄漏系，C"為液壓缸泄 漏系數(shù)，V。為伺服閥至液壓缸的容腔總?cè)莘e，0e為液壓流體的彈性模量。
[0047] 液壓缸負(fù)載力平衡方程：
[0048]
(7；
[0049] 式中，m為等效負(fù)載質(zhì)量，為等效阻尼系數(shù)，K為等效負(fù)載彈簧剛度，K值為0(在 液壓缸內(nèi)無需彈簧復(fù)位），y為液壓缸的位移，R為外干擾力。
[0050] 液壓缸與舵葉轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系：
[0051] 0 = Ky〇y (8)
[0052] 式中，0為舵葉轉(zhuǎn)角位移，Kye為位移轉(zhuǎn)換系數(shù)。
[0053] 聯(lián)立式⑵⑷（6) (7)，得栗控機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)式：
[0056]
聯(lián)合上述三個(gè)子模型得到栗閥聯(lián)控變頻液壓舵機(jī)系統(tǒng)的 傳遞函數(shù)方框圖，如圖3所示。
[0057]