專利名稱：變負載力矩船舶舵機被動加載系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種舵機加載系統(tǒng)，具體涉及一種變負載力矩的船舶舵機用加 載系統(tǒng)，屬于船舶仿真與測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在船舶舵機的改進設(shè)計中，需要進行模擬實際工作情況的加載試驗，這就 提出了舵機加載系統(tǒng)的研制。船舶舵機加載系統(tǒng)要求能夠模擬船在航行過程中 舵面所受水壓力的加載裝置。其功能是在實驗室條件下，復現(xiàn)舵面在水中所受 的各種載荷，將經(jīng)典的自破壞性的全實物試驗變?yōu)閷嶒炇覘l件下的預測性研 究，從而達到縮短研制周期，節(jié)約科研經(jīng)費，提高舵機可靠性。中華人民共和
國船舶行業(yè)標準CB/T 3130-1998《液壓舵機試驗方法》規(guī)定液壓舵機的加 載試驗方式如下調(diào)整加載系統(tǒng)，使舵機按最大工作壓力50%、 100%的負載工 作。若是型式試驗，則還要加做最大工作壓力25%和75%的負載試驗。在上述 壓力工況(工作情況)下，動力機組輪流在±35°范圍內(nèi)各操舵15min?，F(xiàn)有舵 機加載系統(tǒng)原理如圖5所示，整個加載系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)以及一 些輔助的測量元件構(gòu)成。上述現(xiàn)有的舵機加載系統(tǒng)的加載力矩是加載油缸擺角 的函數(shù)，不能真實模擬舵機實際受力情況，而且由于雙油缸加載，在為大扭矩 舵機加載時，加載系統(tǒng)體積會很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的舵機加載系統(tǒng)存在無法真實模擬舵機實際受力情 況、無法實時調(diào)整加載力矩、加載力矩單一，而且在為大扭矩舵機加載時，致 使加載系統(tǒng)體積很大的問題，進而提供了一種變負載力矩船舶舵機被動加載系統(tǒng)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是本發(fā)明所述加載系統(tǒng)由液壓 系統(tǒng)和加載臺架組成，所述液壓系統(tǒng)包括油箱、充油泵、充油泵電機、壓力傳
感器、充油泵低壓溢流閥、加載用比例溢流閥、單向閥和截止閥；所述加載臺
架包括底板、支撐板、四個支柱、支撐架、舵柄、四個連接件和四'個加載油缸,
所述四個加載油缸的有桿腔側(cè)壁上均設(shè)有油缸進油口 ，四個加載油缸的無桿腔
側(cè)壁上均設(shè)有油缸出油口；充油泵電機的輸出軸與充油泵連接，油箱與充油泵 連通，充油泵與單向閥連通，單向閥分別與四個油缸進油口連通，所述四個油 缸出油口分別與油箱連通，所述充油泵低壓溢流閥的進油口與充油泵連通，充 油泵低壓溢流閥的回油口與油箱連通，加載用比例溢流閥的進油口與單向閥連 通，加載用比例溢流閥的回油口與油箱連通，所述壓力傳感器安裝在加載用比 例溢流閥與單向閥之間的油路上，截止閥的一端工作油口與單向閥連通，截止 閥的另一端工作油口與油箱連通；所述四個加載油缸均布位于舵柄的外圓周 處，四個加載油缸內(nèi)的活塞連桿通過四個連接件分別與舵柄鉸接，四個加載油 缸的底端壁與支撐架上的端板的內(nèi)壁鉸接，所述四個加載油缸與舵柄水平設(shè)置 在支撐架內(nèi)，所述四個支柱分別垂直穿過支撐架的橫撐板，所述四個支柱的下 端分別與底板的上端面固接，所述四個支柱的上端分別與支撐板的下端面固 接，所述支撐板上開有通孔。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過實時改變加載力矩達到模擬舵機真實受 力情況，為研究舵機結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)的性能提供有力保障。同時重新設(shè)計加 載系統(tǒng)機械部分結(jié)構(gòu)，通過四個加載油缸同時加載大大減小了加載系統(tǒng)的體 積。本發(fā)明能精確的復現(xiàn)船舶在航行過程中舵面在水中所受的負載力矩，負載 力矩隨舵角而變化并精確可調(diào)，因此可以根據(jù)不同的海情設(shè)定不同的負載力矩 變化曲線，實現(xiàn)在一個加載系統(tǒng)上模擬不同海情、不同工況(工作情況)下的力 矩加載，在實驗室條件下即可達到出海實測的相同效果，并能模擬極端海情， 既能保障人員安全，又可以縮短研制周期，節(jié)約經(jīng)費。本發(fā)明可以實現(xiàn)不同型 式和規(guī)格的舵機加載測試，本發(fā)明可以實現(xiàn)10kNm 350kNm變負載力矩加載， 比現(xiàn)有舵機加載系統(tǒng)具有更廣泛的應(yīng)用范圍。本發(fā)明采用四油缸共同加載的方 法，使得加載臺架結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。本發(fā)明通過觀測加載力矩并與所設(shè) 定的指令加載力矩曲線比較，實時調(diào)整加載力矩，保證加載力矩與設(shè)定的指令 信號相符合。指令信號可以是常用信號，也可以是根據(jù)特殊工況下通過給定離 散點光滑過渡的任意曲線。


圖l是本發(fā)明的原理示意圖，圖2是本發(fā)明所述加載臺架的立體圖，圖3
是本發(fā)明所述加載臺架的立體圖(為便于表達，此圖沒畫出支撐板)，圖4是 被動加載油缸的力矩分析圖，圖5是現(xiàn)有舵機加載系統(tǒng)原理示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖l、圖2和圖3所示，本實施方式所述的變負載力
矩船舶舵機被動加載系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)和加載臺架組成，所述液壓系統(tǒng)包括油箱
1、充油泵2、充油泵電機3、壓力傳感器5、充油泵低壓溢流闊6、加載用比 例溢流閥7、單向閥8和截止閥9;所述加載臺架包括底板24、支撐板28、四 個支柱26、支撐架25、舵柄2K四個連接件23和四個加載油缸22，所述四 個加載油缸22的有桿腔側(cè)壁上均設(shè)有油缸進油口 22-1，四個加載油缸22的 無桿腔側(cè)壁上均設(shè)有油缸出油口 22-2;充油泵電機3的輸出軸與充油泵2連 接，油箱1與充油泵2連通，充油泵2與單向閥8連通，單向閥8分別與四個 油缸進油口 22-1連通，所述四個油缸出油口 22-2分別與油箱1連通，所述充 油泵低壓溢流闊6的進油口與充油泵2連通，充油泵低壓溢流閥6的回油口與 油箱1連通，加載用比例溢流閥7的進油口與單向閥8連通，加載用比例溢流 閥7的回油口與油箱1連通，所述壓力傳感器5安裝在加載用比例溢流閥7 與單向閥8之間的油路上，截止閥9的一端工作油口與單向閥8連通，截止閥 9的另一端工作油口與油箱1連通；所述四個加載油缸22均布位于舵柄21的 外圓周處，四個加載油缸22內(nèi)的活塞連桿通過四個連接件23分別與舵柄21 鉸接，四個加載油缸22的底端壁與支撐架25上的端板25-1的內(nèi)壁鉸接，所 述四個加載油缸22與舵柄21水平設(shè)置在支撐架25內(nèi)，所述四個支柱26分別 垂直穿過支撐架25的橫撐板25-2，所述四個支柱26的下端分別與底板24的 上端面固接，所述四個支柱26的上端分別與支撐板28的下端面固接，所述支 撐板28上開有通孔28-1。
可將油箱l、加載用比例溢流閥7、壓力傳感器5、充油泵2、充油泵電機 3、充油泵低壓溢流閥6、單向閥8和截止閥9等元件集成在一起形成泵站。 在工作時，舵柄21通過連軸器30與被測舵機的舵軸連接。本發(fā)明通過實時調(diào) 整系統(tǒng)溢流壓力實現(xiàn)變負載力矩加載，真實模擬不同海情工況下舵面所受力 矩。采用加載用比例溢流閥7作為實時調(diào)整負載力矩的方法，使得負載力矩隨 舵角變化與給定加載信號(給定加載信號可以通過給定離散點后系統(tǒng)經(jīng)過光滑處理的任意曲線，使得復雜給定加載信號的輸入和實現(xiàn)成為可能)實時調(diào)整， 調(diào)整方法簡單、快速、準確。
具體實施方式
二如圖2和圖3所示，本實施方式所述支撐架25由四個 端板25-l和八個橫撐板25-2構(gòu)成，所述四個端板25-1均垂直設(shè)置，所述每 兩個橫撐板25-2上下正對水平設(shè)置，所述每兩個橫撐板25-2的兩端通過對應(yīng) 的端板25-1固接形成四框體。該支撐架具有結(jié)構(gòu)緊湊簡單、占地面積小等優(yōu) 點。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1所示，本實施方式所述液壓系統(tǒng)還包括壓力表4， 所述壓力表4安裝在充油泵低壓溢流閥6與充油泵2之間的油路上。壓力表4 用來測量充油泵2的工作壓力。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四..如圖2所示，本實施方式所述加載臺架還包括環(huán)形托板 27，所述環(huán)形托板27水平固接在支撐板28上，所述環(huán)形托板27上的內(nèi)孔27_1 與支撐板28上的通孔28-1相通。設(shè)置環(huán)形托板27便于安裝被測舵機。其它 組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
工作原理
參見圖1 4，加載臺架上的四個加載油缸22通過加載用比例溢流閥7進 行加載。當加載油缸22向一個方向擺動時，加載油缸22中活塞把油從油缸中 擠出，經(jīng)過高壓油管和加載用比例溢流閥7回油箱1，測試系統(tǒng)通過舵角指示 儀12實時反饋的被測舵機的舵軸位置，依據(jù)設(shè)定的負載力矩函數(shù)調(diào)節(jié)加載用 比例溢流閥7的溢流壓力，就相應(yīng)改變了施加在船舶舵機上的負載力矩，這種 加載方式能真實地模擬實船的負載情況；加載測試后，啟動充油泵電機3帶動 充油泵2往加載油缸22小腔充油，使油缸回復到初始位置。
被測舵機的舵軸(輸出軸)與舵柄21連接并帶動舵柄21轉(zhuǎn)動，拉動加載 油缸22內(nèi)的活塞連桿，迫使加載油缸22內(nèi)油液排出，通過加載用比例溢流閥 7回油箱1?；钊B桿伸出的時候有一個阻力，通過鉸接傳遞到舵柄產(chǎn)生一個 阻力矩，這樣就實現(xiàn)了加載。加載系統(tǒng)通過觀測加載力矩并與所設(shè)定的指令加 載力矩曲線比較，實時調(diào)整加載力矩，保證加載力矩與設(shè)定的指令信號相符合。 指令信號可以是常用信號，也可以是根據(jù)特殊工況下通過給定離散點擬合的任 意曲線。充油泵電機3和充油泵2的作用是當被測舵機完成一次加載試驗后返
回初始位置時，向加載油缸22小腔里充油，推動加載油缸回復到初始位置。 現(xiàn)以一個加載油缸為例，說明其工作原理，如圖1 4所示，A點為舵柄中心， C點為活塞連桿與連接件23的連接處，AC為力臂(相當于舵柄21的半徑)，B 點為加載油缸回轉(zhuǎn)中心，當舵機馬達從零位順時針回轉(zhuǎn)時，舵角"逐漸增大， 這時舵柄21帶動加載油缸22轉(zhuǎn)動，同時拉動活塞連桿，使活塞連桿伸出。通 過設(shè)定加載用比例溢流閥7的溢流壓力，活塞連桿就會對舵柄21產(chǎn)生阻力F， 阻力F對舵柄AC的切向分力T (T=FXC0S y )乘舵柄半徑R就是舵桿下面的 負載力矩(M二TxR),切向分力T是隨舵角變化而變化的，因而也就是M隨"增 大而增大，通過檢測舵角"并調(diào)整比例溢流閥的設(shè)定值，就可以得到真實模擬 在水中航行時舵機所受的力矩情況。被測舵機為轉(zhuǎn)葉舵機時，可以直接安裝在 托板27上。通過更換托板27，可以實現(xiàn)對不同型式和規(guī)格舵機的加載測試。
權(quán)利要求
1、一種變負載力矩船舶舵機被動加載系統(tǒng)，所述加載系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)和加載臺架組成，其特征在于所述液壓系統(tǒng)包括油箱(1)、充油泵(2)、充油泵電機(3)、壓力傳感器(5)、充油泵低壓溢流閥(6)、加載用比例溢流閥(7)、單向閥(8)和截止閥(9)；所述加載臺架包括底板(24)、支撐板(28)、四個支柱(26)、支撐架(25)、舵柄(21)、四個連接件(23)和四個加載油缸(22)，所述四個加載油缸(22)的有桿腔側(cè)壁上均設(shè)有油缸進油口(22-1)，四個加載油缸(22)的無桿腔側(cè)壁上均設(shè)有油缸出油口(22-2)；充油泵電機(3)的輸出軸與充油泵(2)連接，油箱(1)與充油泵(2)連通，充油泵(2)與單向閥(8)連通，單向閥(8)分別與四個油缸進油口(22-1)連通，所述四個油缸出油口(22-2)分別與油箱(1)連通，所述充油泵低壓溢流閥(6)的進油口與充油泵(2)連通，充油泵低壓溢流閥(6)的回油口與油箱(1)連通，加載用比例溢流閥(7)的進油口與單向閥(8)連通，加載用比例溢流閥(7)的回油口與油箱(1)連通，所述壓力傳感器(5)安裝在加載用比例溢流閥(7)與單向閥(8)之間的油路上，截止閥(9)的一端工作油口與單向閥(8)連通，截止閥(9)的另一端工作油口與油箱(1)連通；所述四個加載油缸(22)均布位于舵柄(21)的外圓周處，四個加載油缸(22)內(nèi)的活塞連桿通過四個連接件(23)分別與舵柄(21)鉸接，四個加載油缸(22)的底端壁與支撐架(25)上的端板(25-1)的內(nèi)壁鉸接，所述四個加載油缸(22)與舵柄(21)水平設(shè)置在支撐架(25)內(nèi)，所述四個支柱(26)分別垂直穿過支撐架(25)的橫撐板(25-2)，所述四個支柱(26)的下端分別與底板(24)的上端面固接，所述四個支柱(26)的上端分別與支撐板(28)的下端面固接，所述支撐板(28)上開有通孔(28-1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變負載力矩船舶舵機被動加載系統(tǒng)，其特征在 于所述支撐架(25)由四個端板(25-1)和八個橫撐板(25-2)構(gòu)成，所述四 個端板(25-1)均垂直設(shè)置，所述每兩個橫撐板(25-2)上下正對水平設(shè)置， 所述每兩個橫撐板(25-2)的兩端通過對應(yīng)的端板(25-1)固接形成四框體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變負載力矩船舶舵機被動加載系統(tǒng)，其特征在 于所述液壓系統(tǒng)還包括壓力表(4)，壓力表(4)安裝在充油泵低壓溢流閥(6)與充油泵(2)之間的油路上。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變負載力矩船舶舵機被動加載系統(tǒng)，其特征在 于所述加載臺架還包括環(huán)形托板(27)，所述環(huán)形托板(27)水平固接在支撐 板(28)上，所述環(huán)形托板(27)上的內(nèi)孔(27-1)與支撐板(28)上的通孔 (28-1)相通。
全文摘要
變負載力矩船舶舵機被動加載系統(tǒng)，它涉及一種舵機加載系統(tǒng)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的舵機加載系統(tǒng)存在無法真實模擬舵機實際受力情況、無法實時調(diào)整加載力矩、加載系統(tǒng)體積大的問題。充油泵電機(3)的輸出軸與充油泵(2)連接，所述四個油缸出油口(22-2)分別與油箱(1)連通，所述充油泵低壓溢流閥(6)的進油口與充油泵(2)連通，充油泵低壓溢流閥(6)的回油口與油箱(1)連通，加載用比例溢流閥(7)的進油口與單向閥(8)連通，加載用比例溢流閥(7)的回油口與油箱(1)連通，所述四個加載油缸(22)均與舵柄(21)連接，四個加載油缸(22)安裝在支撐架(25)內(nèi)。本發(fā)明通過實時改變加載力矩達到模擬舵機真實受力情況。
文檔編號G01M99/00GK101342932SQ20081013696
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者劉慶和, 姜繼海, 蘇文海, 攀 鄧 申請人:哈爾濱工業(yè)大學