专利名称：船舶舵机地面试验加载装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种船舶舵机地面试验加载装置，属于船舶测试的技术领域。
背景技术：
在船舶舵机的改进设计中，需要进行模拟实际工作情况的加载试验，这就提出了舵机加载装置的研制。船舶舵机加载系统要求能够模拟船在航行过程中舵面所受水压力的加载装置。其功能是在实验室条件下，复现舵面在水中所受的各种载荷，将经典的自破坏性的全实物试验变为实验室条件下的预测性研究，从而达到缩短研制周期，节约科研经费，提高舵机可靠性。中华人民共和国船舶行业标准CB/T 3130-1998《液压舵机试验方法》规定 液压舵机的加载试验方式如下调整加载系统，使舵机按最大工作压力50%、100%的负载工作。若是型式试验，则还要加做最大工作压力25%和75%的负载试验。在上述试验压力下，动力机组轮流在士35°范围内各操舵15min。现有舵机加载系统原理如图5所示，整个加载系统由液压系统、机械传动系统以及一些辅助的测量元件构成。上述现有的舵机加载系统的加载力矩是加载油缸摆角的函数，不能真实模拟舵机实际受力情况，而且由于双油缸加载，在为大扭矩舵机加载时，加载系统体积会很大。
实用新型内容本实用新型为了解决现有的舵机加载系统存在无法真实模拟舵机实际受力情况、 无法实时调整加载力矩、加载力矩单一，而且在为大扭矩舵机加载时，致使加载系统体积很大的问题，进而提供了一种船舶舵机地面试验加载装置。本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案是本实用新型所述的船舶舵机地面试验加载装置包括液压系统和加载台架，所述液压系统包括油箱、加载油泵、加载油泵电机、压力传感器、安全阀、加载用比例溢流阀、单向阀和三位四通电磁换向阀；所述加载台架包括底板、支撑板、四个支柱、支撑架、舵柄、四个连接件和四个加载油缸，所述四个加载油缸的有杆腔侧壁上均设有有杆腔油口，四个加载油缸的无杆腔侧壁上均设有无杆腔油口 ；加载油泵电机的输出轴与加载油泵连接，油箱与加载油泵连通，加载油泵与单向阀连通，单向阀与三位四通电磁换向阀的进油口 P相通，三位四通电磁换向阀的回油口 T与油箱相通，三位四通电磁换向阀的工作油口 A分别与四个油缸的有杆腔油口连通，三位四通电磁换向阀的工作油口 B分别与四个油缸的无杆腔油口连通，所述安全阀的进油口与加载油泵连通，安全阀的回油口与油箱连通，加载用比例溢流阀的进油口与单向阀连通，加载用比例溢流阀的回油口与油箱连通，所述压力传感器安装在加载用比例溢流阀与单向阀之间的油路上；所述四个加载油缸均布位于舵柄的外圆周处，四个加载油缸内的活塞连杆通过四个连接件分别与舵柄铰接，四个加载油缸的底端壁与支撑架上的端板的内壁铰接，所述四个加载油缸与舵柄水平设置在支撑架内，所述四个支柱分别垂直穿过支撑架的横撑板，所述四个支柱的下端分别与底板的上端面固接，所述四个支柱的上端分别与支撑板的下端面固接。[0006]本实用新型的有益效果是本实用新型通过实时改变加载力矩达到模拟舵机真实受力情况，为研究舵机结构及其控制系统的性能提供有力保障。同时重新设计加载系统机械部分结构，通过四个加载油缸同时加载大大减小了加载系统的体积。本实用新型能精确的复现船舶在航行过程中舵面在水中所受的负载力矩，负载力矩随舵角而变化并精确可调，因此可以根据不同的海情设定不同的负载力矩变化曲线，实现在一个加载系统上模拟不同海情、不同工作情况下的力矩加载，在实验室条件下即可达到出海实测的相同效果，并能模拟极端海情，既能保障人员安全，又可以缩短研制周期，节约经费。本实用新型可以实现不同型式和规格的舵机加载测试，本实用新型可以实现IOkNm 350kNm变负载力矩加载，比现有舵机加载系统具有更广泛的应用范围。本实用新型采用四油缸共同加载的方法， 使得加载台架结构紧凑，占地面积小。本实用新型通过观测加载力矩并与所设定的指令加载力矩曲线比较，实时调整加载力矩，保证加载力矩与设定的指令信号相符合。指令信号可以是常用信号，也可以是根据特殊工况下通过给定离散点光滑过渡的任意曲线。通过实时调整比例溢流阀的一流压力进而控制加载装置输出力矩的方式，解决现有舵机加载装置加载力矩单一，无法准确模拟作用在舵轴上负载力矩的难题。加载系统通过观测加载力矩并与所设定的指令加载力矩曲线比较，实时调整加载力矩，保证加载力矩与设定的指令信号相符合。指令信号可以是常用信号，也可以是根据特殊工况下通过给定离散点光滑过渡的任意曲线。船舶舵机地面加载装置，通过更换托板可以实现对不同舵机的加载测试。加载试验台的四个加载油缸22通过加载油泵提供的高压油进行加载，并通过调节比例溢流阀7的溢流压力实现加载力矩的控制。当加载油泵电机3带动加载油泵转动， 输出高压油推动加载油缸22向一个方向摆动时，加载油缸22中另一腔中的液压油流回油箱1，测试系统通过舵角指示仪12实时反馈的舵轴位置，依据设定的负载力矩函数调节比例溢流阀的压力，就相应改变了施加在船舶舵机上的负载力矩。通过改变电磁换向阀13的工作位置，则可改变加载力矩的方向。这种加载方式的优点是能真实地模拟实船的负载情况。所述的加载装置中采用比例溢流阀7作为实时调整负载力矩的方法，使得负载力矩随舵角变化与给定加载信号实时调整，调整方法简单、快速、准确；根据所给定加载信号可以通过给定离散点后系统经过光滑处理的任意曲线，使得复杂给定加载信号的输入和实现成为可能。由舵柄21、连接件23、加载油缸23、支撑架25、底板M、支撑板观及支柱沈组成固定的台架结构，该结构具有紧凑，占地面积小，美观大方的优点。
图1是本实用新型的原理示意图，图2是本实用新型所述加载台架的立体图，图3 是本实用新型所述加载台架的立体图(为便于表达，此图没画出支撑板)，图4是被动加载油缸的力矩分析图，图5是现有舵机加载系统原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一如图1 3所示，本实施方式所述的船舶舵机地面试验加载装置包括液压系统和加载台架，所述液压系统包括油箱1、加载油泵2、加载油泵电机3、压力传
4感器5、安全阀6、加载用比例溢流阀7、单向阀8和三位四通电磁换向阀13 ；所述加载台架包括底板对、支撑板28、四个支柱沈、支撑架25、舵柄21、四个连接件23和四个加载油缸 22，所述四个加载油缸22的有杆腔侧壁上均设有有杆腔油口 22-1，四个加载油缸22的无杆腔侧壁上均设有无杆腔油口 22-2 ；加载油泵电机3的输出轴与加载油泵2连接，油箱1与加载油泵2连通，加载油泵2与单向阀8连通，单向阀8与三位四通电磁换向阀13的进油口 P相通，三位四通电磁换向阀13的回油口 T与油箱1相通，三位四通电磁换向阀13的工作油口 A分别与四个油缸的有杆腔油口 22-1连通，三位四通电磁换向阀13的工作油口 B分别与四个油缸的无杆腔油口 22-2连通，所述安全阀6的进油口与加载油泵2连通，安全阀 6的回油口与油箱1连通，加载用比例溢流阀7的进油口与单向阀8连通，加载用比例溢流阀7的回油口与油箱1连通，所述压力传感器5安装在加载用比例溢流阀7与单向阀8之间的油路上；所述四个加载油缸22均布位于舵柄21的外圆周处，四个加载油缸22内的活塞连杆通过四个连接件23分别与舵柄21铰接，四个加载油缸22的底端壁与支撑架25上的端板25-1的内壁铰接，所述四个加载油缸22与舵柄21水平设置在支撑架25内，所述四个支柱26分别垂直穿过支撑架25的横撑板25-2，所述四个支柱沈的下端分别与底板M 的上端面固接，所述四个支柱沈的上端分别与支撑板观的下端面固接。可将油箱1、加载用比例溢流阀7、压力传感器5、加载油泵2、加载油泵电机3、安全阀6、单向阀8、截止阀9和电磁换向阀13等元件集成在一起形成泵站。在工作时，舵柄21 通过连轴器30与被测舵机的舵轴连接。本实用新型通过实时调整系统溢流压力实现变负载力矩加载，真实模拟不同海情工况下舵面所受力矩。采用加载用比例溢流阀7作为实时调整负载力矩的方法，使得负载力矩随舵角变化与给定加载信号(给定加载信号可以通过给定离散点后系统经过光滑处理的任意曲线，使得复杂给定加载信号的输入和实现成为可能)实时调整，调整方法简单、快速、准确。所述支撑板28上开有通孔沘-1。
具体实施方式
二 如图1所示，本实施方式所述液压系统还包括压力表4，所述压力表4安装在安全阀6与充油泵2之间的油路上。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三如图1所示，本实施方式所述液压系统还包括截止阀9，所述截止阀9的一端工作油口与三位四通电磁换向阀13的工作油口 A连通，截止阀9的另一端工作油口与三位四通电磁换向阀13的工作油口 B连通。其它组成及连接关系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四如图1 3所示，本实施方式所述的4、根据权利要求1所述的变负载力矩船舶舵机被动加载系统，其特征在于所述支撑架25由四个端板25-1和八个横撑板25-2构成，所述四个端板25-1均垂直设置，所述每两个横撑板25-2上下正对水平设置， 每两块上下正对水平设置的横撑板25-2通过两端的端板25-1与其它成对的横撑板25-2 连接，最终由八个横撑板25-2和四个端板25-1形成一个四框体。该支撑架具有结构紧凑简单、占地面积小等优点。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五如图2所示，本实施方式所述加载台架还包括环形托板27，所述环形托板27水平固接在支撑板观上，所述环形托板27上的内孔27-1与支撑板观上的通孔观-1相通。设置环形托板27便于安装被测舵机。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二、三或四相同。工作原理参见图1 4，加载台架上的四个加载油缸22通过加载用比例溢流阀7进行加载。 加载油泵电机3带动加载油泵转动，输出高压油推动加载油缸22向一个方向摆动时，加载油缸22中另一腔中的液压油流回油箱1，测试系统通过舵角指示仪12实时反馈的舵轴位置，依据设定的负载力矩函数调节比例溢流阀的压力，就相应改变了施加在船舶舵机上的负载力矩。这种加载方式能真实地模拟实船的负载情况。被测舵机的舵轴(输出轴)与舵柄21连接并带动舵柄21转动，拉动加载油缸22 内的活塞连杆，迫使加载油缸22内油液排出，通过加载用比例溢流阀7回油箱1。活塞连杆伸出的时候有一个阻力，通过铰接传递到舵柄产生一个阻力矩，这样就实现了加载。加载系统通过观测加载力矩并与所设定的指令加载力矩曲线比较，实时调整加载力矩，保证加载力矩与设定的指令信号相符合。指令信号可以是常用信号，也可以是根据特殊工况下通过给定离散点拟合的任意曲线。充油泵电机3和充油泵2的作用是当被测舵机完成一次加载试验后返回初始位置时，向加载油缸22小腔里充油，推动加载油缸回复到初始位置。现以一个加载油缸为例，说明其工作原理，如图1 4所示，A点为舵柄中心，C点为活塞连杆与连接件23的连接处，AC为力臂(相当于舵柄21的半径)，B点为加载油缸回转中心，当舵机马达从零位顺时针回转时，舵角α逐渐增大，这时舵柄21带动加载油缸22转动，同时拉动活塞连杆，使活塞连杆伸出。通过设定加载用比例溢流阀7的溢流压力，活塞连杆就会对舵柄21产生阻力F，阻力F对舵柄AC的切向分力T (Τ = FX cos γ )乘舵柄半径R就是舵杆下面的负载力矩(M = TXR),切向分力T是随舵角变化而变化的，因而也就是M随α增大而增大，通过检测舵角α并调整比例溢流阀的设定值，就可以得到真实模拟在水中航行时舵机所受的力矩情况。被测舵机为转叶舵机时，可以直接安装在托板27上。通过更换托板 27，可以实现对不同型式和规格舵机的加载测试。
权利要求1.一种船舶舵机地面试验加载装置，所述加载装置包括液压系统和加载台架，其特征在于所述液压系统包括油箱(1)、加载油泵O)、加载油泵电机(3)、压力传感器(5)、安全阀(6)、加载用比例溢流阀(7)、单向阀⑶和三位四通电磁换向阀(13)；所述加载台架包括底板(M)、支撑板( )、四个支柱(26)、支撑架(25)、舵柄(21)、四个连接件和四个加载油缸(22)，所述四个加载油缸0 的有杆腔侧壁上均设有有杆腔油口(22-1)，四个加载油缸0 的无杆腔侧壁上均设有无杆腔油口 02- ；加载油泵电机(3)的输出轴与加载油泵(2)连接，油箱(1)与加载油泵(2)连通，加载油泵与单向阀(8)连通，单向阀(8)与三位四通电磁换向阀(13)的进油口 P相通，三位四通电磁换向阀(13)的回油口 T与油箱(1)相通，三位四通电磁换向阀(13)的工作油口 A分别与四个油缸的有杆腔油口 02-1)连通，三位四通电磁换向阀(13)的工作油口 B分别与四个油缸的无杆腔油口 (22-2)连通，所述安全阀(6)的进油口与加载油泵(2)连通，安全阀(6)的回油口与油箱 ⑴连通，加载用比例溢流阀(7)的进油口与单向阀⑶连通，加载用比例溢流阀(7)的回油口与油箱⑴连通，所述压力传感器(5)安装在加载用比例溢流阀(7)与单向阀⑶之间的油路上；所述四个加载油缸02)均布位于舵柄的外圆周处，四个加载油缸02) 内的活塞连杆通过四个连接件分别与舵柄铰接，四个加载油缸0 的底端壁与支撑架0 上的端板05-1)的内壁铰接，所述四个加载油缸0 与舵柄水平设置在支撑架0 内，所述四个支柱06)分别垂直穿过支撑架0 的横撑板(25-2)，所述四个支柱06)的下端分别与底板04)的上端面固接，所述四个支柱06)的上端分别与支撑板08)的下端面固接。
2.根据权利要求1所述的船舶舵机地面试验加载装置，其特征在于所述液压系统还包括压力表G)，所述压力表(4)安装在安全阀(6)与充油泵(2)之间的油路上。
3.根据权利要求1所述的船舶舵机地面试验加载装置，其特征在于所述液压系统还包括截止阀(9)，所述截止阀(9)的一端工作油口与三位四通电磁换向阀(13)的工作油口 A连通，截止阀(9)的另一端工作油口与三位四通电磁换向阀(13)的工作油口 B连通。
4.根据权利要求1所述的船舶舵机地面试验加载装置，其特征在于所述支撑架05) 由四个端板05-1)和八个横撑板05- 构成，所述四个端板05-1)均垂直设置，所述每两个横撑板05- 上下正对水平设置，每两块上下正对水平设置的横撑板05- 通过两端的端板05-1)与其它成对的横撑板05- 连接，最终由八个横撑板05- 和四个端板 (25-1)形成一个四框体。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的船舶舵机地面试验加载装置，其特征在于所述加载台架还包括环形托板(27)，所述环形托板(XT)水平固接在支撑板08)上，所述环形托板 (27)上的内孔07-1)与支撑板08)上的通孔08-1)相通。
专利摘要船舶舵机地面试验加载装置，属于船舶测试的技术领域。本实用新型为了解决现有的舵机加载系统存在无法真实模拟舵机实际受力情况、无法实时调整加载力矩、加载力矩单一，而且在为大扭矩舵机加载时，致使加载系统体积很大的问题。单向阀与三位四通电磁换向阀的进油口P相通，三位四通电磁换向阀的回油口T与油箱相通，三位四通电磁换向阀的工作油口A分别与四个油缸的有杆腔油口连通，三位四通电磁换向阀的工作油口B分别与四个油缸的无杆腔油口连通。通过实时调整比例溢流阀的一流压力进而控制加载装置输出力矩的方式，解决现有舵机加载装置加载力矩单一，无法准确模拟作用在舵轴上负载力矩的难题。
文档编号G01M13/00GK202166519SQ20112030944
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者李季成, 苏文海, 赵立军 申请人:东北农业大学