船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法，其装置基本结构包括鳍箱，鳍箱内穿过有扭杆，扭杆通过轴承和支架与鳍箱内壁连接，扭杆的末端与减摇鳍固定，鳍箱侧壁的内壁上沿其周向还设有并排的内齿轮和环形滑槽，环形滑槽为T形滑槽，且该环形滑槽内滑动连接有T形滑块，T形滑块与步进电机相固定，步进电机的输出轴轴连接有齿轮，齿轮与内齿轮相啮合；步进电机与扭杆之间通过杆体固定连接，步进电机与控制器信号连接。本发明专利技术通过设于鳍箱内的内齿轮、环形滑槽、步进电机、T形滑块及杆体，构成与扭杆相连接的使扭杆转动的转动机构，通过船舶的控制系统对步进电机控制，从而对扭杆的转动精确控制，该减摇鳍装置响应快，控制精度高。

High reliability numerical control fin stabilizer device for ship and its control method

The invention provides a ship fin CNC device and its control method with high reliability, the device structure comprises a fin fin box, box through a torsion bar, torsion bar through the bearing bracket and the fin box and connected with the inner wall, at the end of the torsion bar and the fin is fixed, the inner side wall along the fin box it is also provided with the inner circumferential side by side gear and annular ring slot is T shaped chute, chute, and the annular groove is glidingly connected with a T shaped slider, T slider and the stepper motor is fixed on an output shaft of the stepping motor is connected with the gear, the gear meshing with the internal gear and the stepping motor phase; the torsion bar is fixedly connected between the rod body, a stepping motor and a controller connected with signals. The present invention is arranged through the fin box inner gear, circular slot, stepper motor, T slider and rod body, a rotating mechanism of torsion bar is connected with the rotation of the torsion bar, the control system of the ship on the stepper motor control, thereby rotating the precise control of the torsion bar, the fin stabilizer fast response, high control precision.

【技术实现步骤摘要】
船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法
本专利技术涉及船用设备
，特别涉及一种船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法。
技术介绍
船舶在航行过程中遇到风浪时，会产生横向摇摆的现象，船舶的横向摇摆会降低船舶的适航性，损坏船体结构，影响设备、仪表的正常工作，还会导致货物移位或撞击损坏，也会使乘客和船员昏晕，为了减少船舶的横向摇摆，不少同行进行了深入的研究，目前效果较好的解决办法是在船舶的舭部安装减摇鳍及其控制系统，控制系统由信号采集及处理系统构成，通过测量船舶横向摇摆的角度，结合船舶速度等因素输出一个控制信号去控制减摇鳍的扭杆围绕其轴线转动的角度，控制系统含有闭环控制单元，需要测量扭杆转动的角度，并反馈到控制系统，以实现扭杆转动的精确控制，这种由闭环控制单元构成的控制系统中，控制环节及其部件较多且复杂，存在故障率高的隐患。一般情况下，驱动减摇鳍装置多采用油缸驱动，其控制系统多为电液伺服控制系统，但由于液压元件对加工精度要求比较高，且整机结构复杂、体积庞大，导致其成本比较高，另外电液伺服控制系统对工作环境要求较高，需避免液压油受到污染，且维修、调试困难。小型船艇由于其体积较小，排水量较小，因此并不适合安装体积庞大、结构笨重的减摇鳍装置。近年来，随着电子电工技术、数控信息技术以及电动机制造技术的发展，极大地降低了电伺服控制系统的成本，使得电驱动减摇鳍装置的优点凸显出来。然而，目前能够精确控制扭杆转动角度，且故障率较低的船用减摇鳍及其控制装置尚未有较好的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种高灵敏度的使用控制系统及步进电机进行控制的船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法，能够实时根据控制系统反馈来的控制信号，能够精确定位扭杆转动角度，且控制环节少，故障率低。本专利技术的技术方案是：船用高可靠性数控减摇鳍装置，包括鳍箱，所述鳍箱通过焊接固定于船体上，鳍箱上开有鳍箱口，鳍箱内穿过有扭杆，所述扭杆与鳍箱口之间构成一对转动副，且鳍箱内的扭杆上固定套接轴承的内圈，轴承的外圈与鳍箱内壁之间通过支架相固定，所述扭杆的末端与减摇鳍固定连接；所述鳍箱侧壁的内壁上沿其周向还设有并排的内齿轮和环形滑槽，所述内齿轮以及环形滑槽各自的环面与所述扭杆垂直，且扭杆通过各自的环心，所述环形滑槽为T形滑槽，且该环形滑槽内滑动连接有T形滑块，T形滑块与步进电机相固定，步进电机的输出轴轴连接有齿轮，齿轮与所述内齿轮相啮合；所述步进电机与扭杆之间通过杆体固定连接，步进电机与控制器信号连接；鳍箱内还分别设有与所述扭杆连接的应力测试装置、电流变制动装置以及转角测试装置，所述应力测试装置、电流变制动装置以及转角测试装置分别与控制器信号连接；应力测试装置测试扭杆传递给减摇鳍的转矩，电流变制动装置作为一种瞬间制动或瞬间解除制动的的装置，用于控制减摇鳍的制动与否；当需要减摇鳍转动时电流变制动装置不制动，当减摇鳍转角不需要改变时电流变制动装置制动；转角测试装置用于检测减摇鳍所转动的角度；所述扭杆和鳍箱口之间安装有密封圈，用于防止船体外的水进入鳍箱。上述T形滑块、步进电机以及杆体的数量分别为3个，其中每个步进电机分别对应一T形滑块和一杆体，组成一套与扭杆相连接的使扭杆转动的转动机构；相邻两个杆体之间的夹角为120度；所述扭杆在步进电机带动下能够实现在0-360度范围内转动调整。上述扭杆的末端与减摇鳍通过焊接进行固定连接。上述轴承的数量至少为2个。上述鳍箱的侧壁为圆筒状。上述杆体的端头设有延展边，所述步进电机与杆体之间通过连接所述延展边与步进电机外壳的螺栓固定连接；所述杆体与扭杆之间通过焊接的方式固定连接。上述扭杆为一根变直经的实心轴，其横截面为圆面，由弹簧钢60Si2MnA加工制成，扭杆分为两段，扭杆的第一段是从电流变制动装置到杆体与扭杆的连接部位，该段扭杆的直径小，扭转变形量大，起到储存扭转能量的作用；扭杆的第二段是从电流变制动装置到减摇鳍的部分，该段扭杆的直径是第一段直径的5倍，使得扭杆的第二段相对于第一段其直径大刚度大扭转变形小或者没有扭转变形；所述电流变制动装置的主动部分固定在扭杆的第二段上，电流变制动装置的从动部分固定在鳍箱上。上述控制器是型号为OMRONCP1E-N20DR-D的PLC控制器。该船用高可靠性数控减摇鳍装置的控制方法包括如下步骤：1)当需要减摇鳍转动时，控制器发出指令使电流变制动装置不制动；通过步进电机转动，使杆体带动扭杆相对鳍箱转动，所述扭杆为一根变直经的实心轴，其横截面为圆面，由弹簧钢60Si2MnA加工制成，扭杆分为两段，扭杆的第一段是从电流变制动装置到杆体与扭杆的连接部位，该段扭杆的直径小，扭转变形量大，起到储存扭转能量的作用；扭杆的第二段是从电流变制动装置到减摇鳍的部分，该段扭杆的直径是第一段直径的5倍，使得扭杆的第二段相对于第一段其直径大刚度大扭转变形小或者没有扭转变形；所述电流变制动装置的主动部分固定在扭杆的第二段上，电流变制动装置的从动部分固定在鳍箱上；2)所述扭杆给减摇鳍一个转动力矩，扭杆所传递的转动力矩与扭杆相对减摇鳍的扭转变形量成正比，扭转变形量的值由应力测试装置测出；应力测试装置是一种光电转角测试装置，固定在扭杆的第二段上，用于测试减摇鳍转动的角度；应力测试装置测得的减摇鳍转动的角度通过导线传输给控制器；3)当扭杆的第一段相对减摇鳍转动的角度为0时，此时扭杆不传递转动力矩，当扭杆的第一段相对减摇鳍转动的角度越大，其传递的转动力矩越大，即扭杆的第一段传递给减摇鳍的转动力矩的大小与扭杆相对减摇鳍转动的角度成正比；随着扭杆的第一段相对减摇鳍转动的角度变大，扭杆传递给减摇鳍的转动力矩也变大，当减摇鳍受到的转动力矩能够克服水的阻力时减摇鳍开始转动；当减摇鳍的转角满足要求时，控制器发出指令使电流变制动装置(15)制动，从而使减摇鳍、扭杆的第二段通过电流变制动装置和鳍箱及船体相连接(即固定连为一体)，使减摇鳍不再转动。本专利技术的有益效果：本专利技术实施例中，提供一种船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法，与现有技术相比，具备如下显著优点：本专利技术所提供的船用高可靠性数控减摇鳍装置，通过设于鳍箱内的内齿轮、环形滑槽、步进电机、T形滑块以及杆体，构成与扭杆相连接的使扭杆转动的转动机构，通过船舶的控制系统对电机进行控制，从而对扭杆的转动进行精确控制，该减摇鳍装置响应快，控制精度高，特别适合安装于排水量小的船艇。本专利技术的电机驱动减摇鳍装置不必再配备专用的液压油源，避免了油液泄漏，因此清洁度较高。本专利技术能够采用计算机等控制系统进行精确控制，实现对减摇鳍偏转角度的精确控制，并且结构简单，体积小，便于安装，又由于不需要安装扭杆转动角度的检测与反馈装置，简化了控制装置的结构，从而提高了控制装置的可靠性。附图说明图1为本专利技术装置的整体结构示意图；图2为本专利技术装置的内齿轮、环形滑槽、步进电机、T形滑块以及杆体构成的转动机构的连接示意图；图3为本专利技术装置的鳍箱的包含内齿轮和环形滑槽的部位直径大于鳍箱其它部位的结构示意图。1、鰭箱，2、扭杆，3、减摇鳍，4、轴承，5、环形滑槽，6、内齿轮，7、齿轮，8、杆体，9、步进电机，10、控制器，11、鳍箱口，12、T形滑块，13、延展边，14、螺栓，15、电流变制动装置，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，包括鳍箱(1)，所述鳍箱(1)通过焊接固定于船体上，鳍箱(1)上开有鳍箱口(11)，鳍箱(1)内穿过有扭杆(2)，所述扭杆(2)与鳍箱口(11)之间构成一对转动副，且鳍箱内的扭杆(2)上固定套接轴承(4)的内圈，轴承(4)的外圈与鳍箱(1)内壁之间通过支架相固定，所述扭杆(2)的末端与减摇鳍(3)固定连接；所述鳍箱(1)侧壁的内壁上沿其周向还设有并排的内齿轮(6)和环形滑槽(5)，所述内齿轮(6)以及环形滑槽(5)各自的环面与所述扭杆(2)垂直，且扭杆(2)通过各自的环心，所述环形滑槽(5)为T形滑槽，且该环形滑槽(5)内滑动连接有T形滑块(12)，T形滑块(12)与步进电机(9)相固定，步进电机(9)的输出轴轴连接有齿轮(7)，齿轮(7)与所述内齿轮(6)相啮合；所述步进电机(9)与扭杆(2)之间通过杆体(8)固定连接，步进电机(9)与控制器(10)信号连接；鳍箱(1)内还分别设有与所述扭杆(2)连接的应力测试装置(16)、电流变制动装置(15)以及转角测试装置(17)，所述应力测试装置(16)、电流变制动装置(15)以及转角测试装置(17)分别与控制器(10)信号连接；应力测试装置(16)测试扭杆(2)传递给减摇鳍(3)的转矩，电流变制动装置(15)作为一种瞬间制动或瞬间解除制动的的装置，用于控制减摇鳍(3)的制动与否；当需要减摇鳍(3)转动时电流变制动装置(15)不制动，当减摇鳍(3)转角不需要改变时电流变制动装置(15)制动；转角测试装置(17)用于检测减摇鳍(3)所转动的角度；所述扭杆(2)和鳍箱口(11)之间安装有密封圈(18)，用于防止船体(19)外的水进入鳍箱(1)。...

【技术特征摘要】
1.船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，包括鳍箱(1)，所述鳍箱(1)通过焊接固定于船体上，鳍箱(1)上开有鳍箱口(11)，鳍箱(1)内穿过有扭杆(2)，所述扭杆(2)与鳍箱口(11)之间构成一对转动副，且鳍箱内的扭杆(2)上固定套接轴承(4)的内圈，轴承(4)的外圈与鳍箱(1)内壁之间通过支架相固定，所述扭杆(2)的末端与减摇鳍(3)固定连接；所述鳍箱(1)侧壁的内壁上沿其周向还设有并排的内齿轮(6)和环形滑槽(5)，所述内齿轮(6)以及环形滑槽(5)各自的环面与所述扭杆(2)垂直，且扭杆(2)通过各自的环心，所述环形滑槽(5)为T形滑槽，且该环形滑槽(5)内滑动连接有T形滑块(12)，T形滑块(12)与步进电机(9)相固定，步进电机(9)的输出轴轴连接有齿轮(7)，齿轮(7)与所述内齿轮(6)相啮合；所述步进电机(9)与扭杆(2)之间通过杆体(8)固定连接，步进电机(9)与控制器(10)信号连接；鳍箱(1)内还分别设有与所述扭杆(2)连接的应力测试装置(16)、电流变制动装置(15)以及转角测试装置(17)，所述应力测试装置(16)、电流变制动装置(15)以及转角测试装置(17)分别与控制器(10)信号连接；应力测试装置(16)测试扭杆(2)传递给减摇鳍(3)的转矩，电流变制动装置(15)作为一种瞬间制动或瞬间解除制动的的装置，用于控制减摇鳍(3)的制动与否；当需要减摇鳍(3)转动时电流变制动装置(15)不制动，当减摇鳍(3)转角不需要改变时电流变制动装置(15)制动；转角测试装置(17)用于检测减摇鳍(3)所转动的角度；所述扭杆(2)和鳍箱口(11)之间安装有密封圈(18)，用于防止船体(19)外的水进入鳍箱(1)。2.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述T形滑块(12)、步进电机(9)以及杆体(8)的数量分别为3个，其中每个步进电机(9)分别对应一T形滑块(12)和一杆体(8)，组成一套与扭杆(2)相连接的使扭杆(2)转动的转动机构；相邻两个杆体(8)之间的夹角为120度；所述扭杆(2)在步进电机(9)带动下能够实现在0-360度范围内转动调整。3.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述扭杆(2)的末端与减摇鳍(3)通过焊接进行固定连接。4.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述轴承(4)的数量至少为2个。5.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述鳍箱(1)的侧壁为圆筒状。6.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述杆体(8)的端头设有延展边(13)，所述步进电机(9)与杆体(8)之间通过连接所述延展边(13)与步进电机(9)外壳的螺栓(14)固定连接；所述杆体(8)与扭杆(2)之间通过焊接的方式固定连接。7.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹爱霞，曹传剑，杜友威，李丹，孙伟，周新院，郭志杨，
申请(专利权)人：青岛黄海学院，
类型：发明
国别省市：山东,37