用于船舶航态控制的截流板控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种远洋船舶的控制装置，具体涉及一种用于船舶航态控制的截流板控制装置。


背景技术：

2.船舶在海上航行时，由于受到风、浪、流等海洋环境扰动的作用，不可避免会产生各种摇荡。船舶的剧烈摇荡对船舶的适航性、航行安全、设备及货物安全、成员舒适度等都产生了不利影响，为此，人们一直在寻找减小船舶摇荡的方法。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于船舶航态控制的截流板控制装置，它可以通过控制船舶截流机构，从而控制船舶的航行姿态，减小船舶在航行过程中的摇荡。
4.为解决上述技术问题，本实用新型用于船舶航态控制的截流板控制装置的技术解决方案为：
5.包括运动传感器、主控制器、至少一个伺服驱动模块以及至少一个伺服阀块组件；运动传感器采集船舶的运动信息；主控制器连接所述运动传感器和内置于各油缸的位移传感器；主控制器接收所述运动传感器所采集的船舶运动信息，以及所述位移传感器所采集的油缸活塞位置信息，根据船舶运动信息和油缸活塞位置信息生成控制指令；伺服驱动模块与所述主控制器连接；伺服驱动模块接收来自于所述主控制器的控制指令；伺服阀块组件连接所述伺服驱动模块；所述伺服驱动模块根据所述控制指令，驱动所述伺服阀块组件动作。
6.在另一实施例中，所述伺服阀块组件为两个；两个伺服阀块组件分别连接各自独立的两个伺服驱动模块；两个伺服驱动模块驱动两个伺服阀块组件独立动作。
7.在另一实施例中，所述运动传感器设置于船舶中心线靠近重心的位置。
8.在另一实施例中，所述运动传感器至少包括横倾角度传感器、纵倾角度传感器、横倾角速度传感器、纵倾角速度传感器。
9.在另一实施例中，所述伺服驱动模块设置于截流执行机构附近。
10.在另一实施例中，所述两个伺服阀块组件相互并联；所述两个伺服阀块组件包括右舷伺服阀块组件和左舷伺服阀块组件；右舷伺服阀块组件连接设置于右舷的截流执行机构的油缸，左舷伺服阀块组件连接设置于左舷的截流执行机构的油缸。
11.在另一实施例中，所述两个伺服驱动模块分别设置于右舷截流执行机构和左舷截流执行机构附近。
12.本实用新型可以达到的技术效果是：
13.本实用新型能够对各船舶截流执行机构的运行进行控制，使截流板伸出或收回；当截流板处于最大伸出状态时，截流板的翼缘下端与船底板之间所形成的垂向距离可达
75mm。
14.本实用新型能够控制油缸实现平稳精确的动作，并最终控制对截流板的上下翻转动作进行精确控制。
附图说明
15.本领域的技术人员应理解，以下说明仅是示意性地说明本实用新型的原理，所述原理可按多种方式应用，以实现许多不同的可替代实施方式。这些说明仅用于示出本实用新型的教导内容的一般原理，不意味着限制在此所公开的实用新型构思。
16.结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施方式，并且与上文的总体说明和下列附图的详细说明一起用于解释本实用新型的原理。
17.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
18.图1是本实用新型船舶截流执行机构的示意图；
19.图2是本实用新型的侧面示意图，图中截流板处于全开状态；
20.图3是本实用新型的截流板处于收回状态的示意图；
21.图4是本实用新型的截流板的示意图。
22.图5是本实用新型能够实现航态控制的船舶艉部的立体示意图；
23.图6是图5的正面示意图；
24.图7是图5的左视图；
25.图8是本实用新型能够实现航态控制的船舶的截流板处于全开状态的示意图；
26.图9是本实用新型能够实现航态控制的船舶的截流板处于收回状态的示意图；
27.图10是本实用新型用于船舶航态控制的截流板装置液压系统的示意图；
28.图11是本实用新型用于船舶航态控制的截流板装置伺服阀块组件的示意图；
29.图12是本实用新型用于船舶航态控制的截流板控制装置的示意图。
30.图中附图标记说明：
31.1为截流板，
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2、3为端盖，
32.4为第一销轴，
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5为截流板安装座，
33.6为第二销轴，
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7为驱动座，
34.8为活塞杆，
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9为缸体，
35.10为第三销轴，
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11为油缸座，
36.1-1为顶板，
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1-2为侧板，
37.1-3为连接耳座，
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1-4为轴孔，
38.100为船体，
39.201为外右舷截流执行机构，
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201-9为右舷截流板外油缸，
40.202为内右舷截流执行机构，
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202-9为右舷截流板内油缸，
41.203为内左舷截流执行机构，
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203-9为左舷截流板内油缸，
42.204为外左舷截流执行机构，
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204-9为左舷截流板外油缸，
43.21为右舷伺服阀块组件，
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22为左舷伺服阀块组件，
44.23为减压过滤阀块，
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24为液压泵站，
45.23-1为过滤器，
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23-2为减压阀，
46.25为第二截止阀，
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26为第一截止阀，
47.30为蓄能器，
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30-1为蓄能器截止阀，
48.31为第一伺服阀，
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32为第一平衡阀，
49.33为第二平衡阀，
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34为第一节流阀，
50.35为第二节流阀，
51.41为第二伺服阀，
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42为第三平衡阀，
52.43为第四平衡阀，
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44为第三节流阀，
53.45为第四节流阀。
具体实施方式
54.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
55.如图1、图2所示，本实用新型船舶截流执行机构，包括具有等效垂向延伸部的截流板1，截流板1的固定端通过第一销轴4活动连接截流板安装座5，截流板1能够绕其固定端相对于截流板安装座5进行旋转运动；
56.截流板1的顶部固定连接驱动座7，驱动座7的长度沿截流板1的宽度方向延伸，驱动座7的端部活动连接第二销轴6；第二销轴6与第一销轴4之间形成径向距离；驱动座7通过第二销轴6活动连接液压油缸(电液伺服油缸)的活塞杆8，液压油缸的缸体9通过第三销轴10活动连接油缸座11；
57.油缸座11和截流板安装座5固定连接船体100的艉部；优选地，油缸座11 和截流板安装座5沿垂直方向布置；
58.控制活塞杆8的运动行程，能够控制截流板1的下缘a边的垂向位移幅度，从而调节截流板1的下缘a边与船底板之间的垂向距离(即截水深度)。
59.如图4所示，截流板1包括顶板1-1、侧板1-2，顶板1-1的固定部b沿长度方向固定设置有多个连接耳座1-3，连接耳座1-3上开设有轴孔1-4，轴孔1-4 与第一销轴4相配合；截流板1通过连接耳座1-3活动连接第一销轴4；顶板 1-1的运动部c固定连接侧板1-2的上缘；顶板1-1与侧板1-2可以为一体成型；
60.顶板1-1和/或侧板1-2的长度形成截流板1的长度，安装时截流板1的长度方向沿船底的宽度方向延伸；
61.顶板1-1和侧板1-2的两端分别固定设置有端盖2、3，从而形成截流板1 的内腔，截流板1的内腔朝向船体的运行前方，当截流板1形成截水深度时水流能够流入其内腔；侧板1-2的内壁作为截流板1的工作面；
62.优选地，侧板1-2的截面呈弧形，从而能够在受到水流作用时与船尾底部相交处出现与截流板1的长度相对应的升力。
63.液压油缸的活塞杆8能够在一定长度范围内作伸缩运动；当活塞杆8沿着缸体轴线伸出到最长目标长度时，截流板1处于全开状态，如图2所示；当活塞杆8沿着缸体轴线缩回到最短目标长度时，截流板1处于收回状态，如图3 所示。
64.优选地，无论截流板1处于任何状态下，其顶板1-1的运动部c始终高于其固定部b，以使得截流板1在工作状态下，水平方向的力仅作用于侧板1-2而不会作用于顶板1-1，从而形成最佳的阻流作用；当水流进入截流板1的内腔后，再作用于顶板1-1，从而形成向上的流体作用力，以调整船舶姿态。
65.使用时，将本实用新型安装于船体艉部。
66.本实用新型的工作原理如下：
67.初始状态下，截流板1处于如图3所示的收回状态，此时截流板1的下缘a 边位于船底板的上方位置，不影响船舶运动；
68.使用时，驱动液压油缸，液压油缸的活塞杆8伸出，带动驱动座7绕第二销轴6顺时针旋转，同时液压油缸的缸体9绕第三销轴10相对于油缸座11逆时针旋转；由于驱动座7与截流板1固定连接，驱动座7在旋转的同时带动截流板1同步运动，使截流板1绕第一销轴4相对于船体100作顺时针旋转，从而使得截流板1的下缘a边实现垂向位移；此时，水流能够流入截流板1的内腔，从而对截流板1产生向上的升力，以调整船舶姿态。
69.本实用新型通过液压油缸驱动截流板1绕其固定轴线上下翻转，从而调整截流板1的截水深度，截流板1的不同截水深度产生不同大小的升力和推力，从而产生附加纵倾力矩，最终实现对航行姿态的控制。
70.本实用新型对航行姿态的控制机理是：当截流板1向下翻转并保持一定截水深度时，水流能够流入截流板1的内腔，使得流经船尾下表面附近的水流受到截流板1的阻流作用，同时在船尾底部产生与截流板1的伸出长度相对应的升力，从而产生附加纵倾力矩，调节航行姿态。
71.本实用新型通过调节截流板1的截水深度，实施对船体艉部水流的干预，从而调整船舶的航行姿态和运动响应。截流板1放下时能够截断水流，在船底的周边区域形成一个较大面积的高压区域，以产生一定的水动力升力，诱导产生纵倾力矩，从而减小船舶在航行过程中的阻力，提高航速。
72.如图5至图8所示，本实用新型能够实现航态控制的船舶，包括船体100，船体100艉部的左右舷对称设置有两组船舶截流执行机构；每组船舶截流执行机构包括至少两套呈线型布置的船舶截流执行机构；船舶截流执行机构能够控制船体100在航行过程中的航态；
73.外右舷截流执行机构201和内右舷截流执行机构202设置于船体艉部的右舷；内左舷截流执行机构203和外左舷截流执行机构204设置于船体艉部的左舷；
74.外右舷截流执行机构201的截流板设置于船体右舷艉封板的外部，通过其液压油缸201-9实现驱动，在0％(全上)到100％(全下)之间运动，使其绕铰链轴线上下翻转，从而
调整浸深；
75.内右舷截流执行机构202的截流板设置于船体右舷艉封板的内部，通过其液压油缸202-9实现驱动，在0％(全上)到100％(全下)之间运动，使其绕铰链轴线上下翻转，从而调整浸深；
76.内左舷截流执行机构203的截流板设置于船体左舷艉封板的内部，通过其液压油缸203-9实现驱动，在0％(全上)到100％(全下)之间运动，使其绕铰链轴线上下翻转，从而调整浸深；
77.外左舷截流执行机构204的截流板设置于船体左舷艉封板的外部，通过其液压油缸204-9实现驱动，在0％(全上)到100％(全下)之间运动，使其绕铰链轴线上下翻转，从而调整浸深。
78.如图2所示，各截流执行机构的截流板安装座5与船体艉封板固定连接，且安装座5的下表面不低于船体100的底平面。
79.如图9所示，初始状态下，截流板完全收回至船底板上方位置，不影响船舶运动；航行过程中，油缸根据控制系统的指令驱动截流板运动，截断水流诱导产生附加纵倾力矩，如图8所示。
80.左右两组船舶截流执行机构的截流板的伸出长度可以一致，也可以不一致；当船体两侧的截流板的伸出长度一致时，能够抑制船体的纵摇与升沉；当船体两侧的截流板的伸出长度不一致时，能够抑制船体的横摇。
81.如图6所示的左舷截流执行机构203、204的截流板的伸出长度小于右舷截流执行机构201、202的截流板的伸出长度，以抑制其所在船体100的横摇。
82.本实用新型通过调节截流板浸深，实施对船体艉部水流的干预，从而调整船舶的航行阻力和运动响应。当截流板放下时会阻碍水流，在船底的周边区域形成一个较大面积的高压区域，从而产生一定的水动力升力，诱导产生纵倾力矩。
83.本实用新型用于船舶航态控制的截流板装置液压系统，通过控制外右舷截流执行机构201的右舷截流板外油缸201-9、内右舷截流执行机构202的右舷截流板内油缸202-9、内左舷截流执行机构203的左舷截流板外油缸203-9、外左舷截流执行机构204的左舷截流板内油缸204-9，从而为各截流执行机构提供驱动力，使各截流板向上或向下翻转，截断水流产生适当的纵倾力矩，优化减摇的效果；
84.如图10所示，该液压系统包括相互并联的两个伺服阀块组件21、22，右舷伺服阀块组件21用于控制外右舷截流执行机构201的右舷截流板外油缸201-9 和内右舷截流执行机构202的右舷截流板内油缸202-9，左舷伺服阀块组件22 用于控制内左舷截流执行机构203的左舷截流板外油缸203-9和外左舷截流执行机构204的左舷截流板内油缸204-9；
85.伺服阀块组件的输入端连接液压泵站24，伺服阀块组件的输出端连接油缸；油缸、伺服阀块组件及液压泵站24通过液压油路实现连接，从而将液压泵站24 所提供的液压动力输出至各液压油缸；伺服阀块组件的伺服阀能够接受控制系统发出的指令，根据指令调整输出至各液压油缸的液压动力值，从而实现对各液压油缸的控制；
86.本实用新型的液压泵站24作为液压动力单元，用于在船舶航行过程中为截流执行机构提供液压动力。液压泵站24可以采用船上的公共泵站，图中未示出。
87.伺服阀块组件与液压泵站24之间的供油管路上设置有减压过滤阀块23；减压过滤
阀块23包括减压阀23-2和过滤器23-1，过滤器23-1位于减压阀23-2 的前端；减压过滤阀块23能够将液压油过滤至伺服阀所需要的清洁度等级，并将液压泵站的输出压力降低至液压油缸所需的工作压力。
88.伺服阀块组件是一个电控液压装置，导引液压油从液压油缸的油箱流到油缸活塞的一端，从油缸活塞的另一端回流到油箱；
89.如图11所示，伺服阀块组件包括相互并联的第一伺服阀31和第二伺服阀 41；第一伺服阀31和第二伺服阀41共同连接一蓄能器30，蓄能器30用于存储和加压一定量的液压油，在系统需要时补偿系统油量，以达到所需要的峰值；蓄能器30所在油路上设置有蓄能器截止阀30-1；
90.本实用新型的伺服阀块组件内设置有蓄能器，能够对油路起缓冲作用，不至于在加压泄压过程中造成冲击，从而能够控制油缸实现平稳精确的动作，并最终控制对截流板的上下翻转动作进行精确控制。
91.第一伺服阀31的两个输出端分别连接第一平衡阀32和第二平衡阀33，第一平衡阀32连通右舷截流板外油缸201-9的活塞下腔的输油管路a1；第二平衡阀33连通右舷截流板外油缸201-9的活塞上腔的输油管路b1；右舷截流板外油缸201-9的电信号管路c1内设置有位置传感器信号线，用于将油缸内的传感器信号传回至控制模块；
92.来自于液压泵站24的液压油经减压过滤阀块23进入伺服阀块组件的进油口p，经过蓄能器30后进入第一伺服阀31，第一伺服阀31根据控制指令控制液压油的流向和流量，从而控制截流板的运动方向和运动速度；如果要收回右舷截流板，则第一伺服阀31控制液压油经过第一平衡阀32，再经过输油管路 a1，进入右舷截流板外油缸201-9的活塞下腔；如果要伸出右舷截流板，则第一伺服阀31控制液压油经过第二平衡阀33，再经过输油管路b1，进入右舷截流板外油缸201-9的活塞上腔；以此控制右舷截流板外油缸201-9的活塞杆的伸缩；
93.第一伺服阀31所在油路上设置有第一截止阀26，第一截止阀26作为控制液压油进入第一伺服阀31的开关；
94.第二伺服阀41的两个输出端分别连接第三平衡阀42和第四平衡阀43，第三平衡阀42连通右舷截流板内油缸202-9的活塞下腔的输油管路a2；第四平衡阀43连通右舷截流板内油缸202-9的活塞上腔的输油管路b2；右舷截流板内油缸202-9的电信号管路c2内设置有位置传感器信号线，用于将油缸内的传感器信号传回至控制模块；
95.第二伺服阀41所在油路上设置有第二截止阀25，第二截止阀25作为控制液压油进入第二伺服阀41的开关。
96.本实用新型的伺服阀块组件内设置有平衡阀32、33、42、43，由于在使用过程中截流板经常会处于静止保持状态，此时伺服阀31、41接近关闭状态，而平衡阀32、33、42、43能够对油缸保压，使截流板处于保持状态，从而保持船舶平稳的航行姿态。
97.优选地，第一平衡阀32的输出端与第一伺服阀31的输入端通过第一回油管路连通，第一回油管路上设置有第一节流阀34；
98.第二平衡阀33的输出端与第一伺服阀31的输入端通过第二回油管路连通，第二回油管路上设置有第二节流阀35；
99.第三平衡阀42的输出端与第二伺服阀41的输入端通过第三回油管路连通，第三回
油管路上设置有第三节流阀44；
100.第四平衡阀43的输出端与第二伺服阀41的输入端通过第四回油管路连通，第四回油管路上设置有第四节流阀45。
101.本实用新型的各节流阀34、35、44、45在正常使用中处于关闭状态，不影响正常油缸运动功能；在必要的情况下，如液压站故障、系统运动不正常等，可以手动打开各节流阀，此时油缸的两个油口直接连通，油缸处于自由浮动状态，截流板在受到水流冲击的作用下转到上方，不会影响船舶的运行。
102.本实用新型通过右舷伺服阀块组件21控制外右舷截流执行机构201的右舷截流板外油缸201-9和内右舷截流执行机构202的右舷截流板内油缸202-9，使右舷的两块截流板能够实现同步运动；通过左舷伺服阀块组件22控制内左舷截流执行机构203的左舷截流板外油缸203-9和外左舷截流执行机构204的左舷截流板内油缸204-9，使左舷的两块截流板能够实现同步运动。本实用新型的每个液压油缸由一个独立的伺服阀控制，通过伺服阀对各油缸进行精确的液压控制，使左右两舷的截流板能够实现同步运动，也能够实现差动运动；在进行纵摇和纵倾的调整时，左右两舷的截流板同步运动；在进行横摇和横倾的调整时，左右两舷的截流板差动运动。
103.本实用新型的液压系统的方向和速度控制性能好，在使用过程中能够根据船舶的运动姿态对各截流板的实时运动进行调整，从而以获得良好的航态控制效果。
104.优选地，右舷截流板外油缸201-9、右舷截流板内油缸202-9、左舷截流板外油缸203-9和左舷截流板内油缸204-9内置位移传感器，位移传感器用于采集各油缸的位移信号并发送给控制器；控制器能够实时接收油缸的位移信号，以保证截流板的运动动态性能和运动精度。
105.如图12所示，本实用新型用于船舶航态控制的截流板控制装置，用于各船舶截流执行机构的运行控制，使截流板1伸出，直至截流板1的翼缘下端与船底板之间形成一垂向距离(如75mm)，并能回收至原始位置；执行机构控制装置包括主控制器51、伺服驱动模块52、接线箱53、运动传感器54；
106.液压系统的伺服阀块组件21、22分别通过接线箱53连接伺服驱动模块52，两个伺服阀块组件21、22分别由两个伺服驱动模块52独立驱动；两个伺服驱动模块52连接主控制器51；
107.运动传感器54连接主控制器51；运动传感器54设置于船舶中心线靠近重心的位置；运动传感器54包括横、纵倾角度传感器以及横、纵倾角速度传感器，运动传感器54能够实现对船舶的纵摇角度、横摇角度，纵摇角速度、横摇角速度等运动信息实时测量，并将船舶的运动姿态信号传输至主控制器51；
108.优选地，伺服驱动模块52设置于截流执行机构附近。
109.本实用新型的工作原理如下：
110.主控制器51接收运动传感器54所采集的船舶运动信息以及内置于各油缸的位移传感器所采集的油缸活塞位置信息，根据船舶状态预测各截流执行机构 201、202、203、204的截流板的最佳目标位置，并产生控制指令；主控制器51 产生的控制指令通过can总线发送至两个伺服驱动模块52，伺服驱动模块52根据控制指令驱动伺服阀块组件21、22动作，从而驱动各截流执行机构201、202、 203、204的油缸动作，从而调整截流板的浸深，改变船舶
水动力特性，达到减阻和减小船舶运动响应的目的。
111.主控制器51所产生的控制指令，是以运动传感器54所采集的船舶运动信息以及内置于各油缸的位移传感器所采集的油缸活塞位置信息为计算依据，经过简单计算而得。控制指令的产生方法为现有技术，在此不做赘述。
112.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形，而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形在内。