阀闭环调距桨液压伺服系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及调距桨螺距控制系统，具体说是一种阀闭环调距桨液压伺服系统。
【背景技术】
[0002]可调距螺旋桨(简称调距桨)是指通过螺旋桨桨叶转动机构改变其螺距，以获得不同的推力。调距桨与传统的定距桨相比，具有对航行条件适应性强、动力装置的经济性好、船舶的机动性能好、有利于驱动辅助负载、可延长发动机寿命和便于遥控操纵等优点，因此为众多船舶设计者和使用者所亲睐，传统的调距桨伺服液压系统如图1所示。调距桨最关键的是调距技术，目前的调距技术主要是使用液压伺服调距，也就是伺服液压缸的位置控制。
[0003]其工作过程如图2、3所示，给定调距指令信号，由PID控制模块7控制伺服阀I动作，通过液压锁2和配油环3进入伺服液压油缸，伺服液压油缸动作调距，螺距的位置信号通过反馈机构反馈给PID调节器与给定值进行比较，根据偏差的大小进行比例-积分-微分调节，使螺距值与螺距指令值相等。其中最关键的部分为电液伺服阀和PID调节器。其设计和调试过程涉及到控制的速度、电流的检测和调节，以及数据通讯系统，是一个关联到多学科多参数的测量和计算的复杂的控制系统，现有技术的实现、调试和开发、仿真程序复杂而过程漫长、造价昂贵。
[0004]目前调距桨调距控制方面还不成熟，原因主要有两方面:一是国内伺服阀制造技术不高，电液伺服阀还主要依赖进口 ；二是PID调节器是复杂的控制系统，影响因素多，控制复杂，开发和维护困难。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是解决上述问题，提供一种阀闭环调距桨液压伺服系统，以使调距控制和开发过程尽量简化，并降低设计和生产的成本和周期。
[0006]所述阀闭环调距桨液压伺服系统，包括由伺服油缸控制的伺服活塞、通过伺服阀控制的带液压锁的配油环、反馈机构和驱动器，所述配油环连接所述伺服油缸和所述反馈机构，其特征在于:所述伺服阀为两端分别设有指令电机和反馈电机的三位四通的阀内闭环液压阀，接收调距指令的信号线直接通过所述驱动器连接到所述阀内闭环液压阀控制端的指令电机，所述反馈机构的反馈信号线直接通过驱动器连接到所述调节伺服阀反馈端的反馈电机，所述阀内闭环液压阀的A 口和B 口分别通过液压管道连通到液压锁的两入口，阀内闭环液压阀的P 口和T 口分别通过液压管道连通到供油压力端和回油端。
[0007]所述驱动器为纯硬件放大器。
[0008]典型地，所述反馈电机为步进电机，所述反馈机构为将所述调距桨的桨距或桨距变化直接转换为脉冲信号的纯硬件传感器。
[0009]一种反馈机构的实施例为，所述反馈机构为光栅尺或其它数字脉冲传感器。
[0010]一种阀内闭环液压阀的实施例为，包括阀体、阀芯、传动机构和自调节机构，所述传动机构的两端分别连接所述指令电机的输出轴和所述阀芯的一端以传递所述指令电机输出的扭矩，阀芯的另一端连接所述自调节机构的一端，自调节机构的另一端与所述反馈电机的输出端连接，使所述自调节机构将所述阀芯的转动转化为阀芯的正向轴向移动，将所述反馈电机输出轴的转动转化为阀芯的反向轴向移动，由此通过所述阀芯位移完成指令给定量与反馈量的比较运算。
[0011]所述阀芯与所述阀体的内腔均为圆柱形，所述阀芯中部设有与该阀芯同轴的圆柱形凸沿，所述凸沿外侧面与所述阀体的圆柱形内腔接触；所述阀芯与所述阀体配合成为三位四通的换向阀，所述阀体的内壁与外界设有通道，所述通道在阀体内腔的开口位置对应有相应的所述圆柱形凸沿，所述通道在所述阀体内壁开口的轴向宽度尺寸不大于对应位置的所述凸沿外侧面的宽度，使该凸沿可将该对应通道完全关闭或设置所述运算需要的开度。
[0012]一种实施例为，所述自调节机构为一对相互螺纹连接的部件组成的螺纹副，其两端分别为一对相互螺纹连接的部件中的一件部件。
[0013]本实用新型在液压阀内依靠阀体硬件结构自动完成控制调节过程，不需要电气控制系统的程序调节(PID调节)，省去了复杂漫长的跨行业开发周期，并且调距控制过程简单可靠。
[0014]该系统与基于传统电液伺服阀的调距桨伺服调距系统的根本区别在于控制信号和反馈信号都直接作用到一种特殊液压阀上，这种液压阀有一个指令输入端和一个反馈输入端，两个输入端分别对应两个步进电机，一个步进电机用于接收调距指令，通过转换副带动阀芯进行开阀运动；另一个步进电机接收调距桨的桨叶反馈信号，通过转换装置带动阀芯产生关阀移动，两者的共同运动，在阀内完成闭环调节过程。由于阀本身形成闭环，不需要PID调节，减少了环节，简化了系统结构和制造工艺，提高了系统可靠性。
【附图说明】
[0015]图1是调距桨调距机构结构示意图，
[0016]图2是现有技术的调距桨伺服液压控制框图，
[0017]图3是现有技术中典型的液压伺服调距桨系统示意图，
[0018]图4是阀内闭环液压伺服阀的结构示意图，
[0019]图5是调距桨阀内闭环伺服液压控制框图，
[0020]图6是本实用新型调距桨液压伺服系统示意图。
[0021]图中:1 一伺服油缸，2—伺服活塞，3—曲柄机构，4一十字头，5—液压油管，6—反馈机构，7—连接法兰，8—驳油泵，9一放残柜，10—配油环，11 一锁紧销，12—螺旋桨轴，13—艉轴管，14 一桨毂，15—液压锁，16—伺服阀，17—PID控制模块，18—指令电机，19 一传动机构，20一阀体，21—阀芯，22一自调节机构，23一反馈电机，24—驱动器，25一阀内闭环液压阀。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明:如图6所示，所述阀闭环调距桨液压伺服系统，包括由伺服油缸I控制的伺服活塞2、通过伺服阀控制的带液压锁15的配油环10、反馈机构6和驱动器24，所述配油环连接所述伺服油缸和所述反馈机构，所述伺服阀为两端分别设有指令电机18和反馈电机23的三位四通的阀内闭环液压阀25，接收调距指令的信号线直接通过所述驱动器24连接到所述阀内闭环液压阀控制端的指令电机控制端，所述反馈机构6的反馈信号线直接通过驱动器连接到所述调节伺服阀反馈端的反馈电机23控制端，所述阀内闭环液压阀的A 口和B 口分别通过液压管道连通到液压锁的两入口，阀内闭环液压阀的P 口和T 口分别通过液压管道连通到供油压力端和回油端。所述驱动器24为纯硬件放大器。对比图3可知，本实用新型关键在于省略了 PID控制模块，以及与之相应的控制程序，调距指令和反馈指令直接放大后作用到阀内闭环液压阀25，省去了调距控制系统中占重要地位的程序控制部分，因而对于液压系统工程师而言，也省略了跨行业开发的难度、开发周期、开发成本和开发调试过程。除此之外，反馈机构6也需要做相应的变化。
[0023]所述反馈电机23为步进电机，所述反馈机构6为将所述调距桨的桨距或桨距变化直接转换为脉冲信号的纯硬件传感器。一种反馈机构的实施例为，所述反馈机构为光栅尺。光栅尺将调距桨的螺距位移变化转换为电脉冲信号，经过放大后直接作用于反馈电机，参与阀内闭环液压阀的自动调节过程。而这种自动调节过程不需要程序控制，依靠自身的结构即可调整到平衡位置。因此整个控制过程框图如图5所示，对比图2容易看出，通过阀内闭环液压阀的调节作用，取代了 PID控制模块的程序调节过程和比较环节的运算过程，并综合了伺服阀的液压控制作用。
[0024]一种伺服阀的实施例如图4所示，所述伺服阀包括阀体20、阀芯