能实现大转鳍角的减摇鳍执行机构的制作方法

本发明涉及一种用于减少船艇横摇运动的设备，特别是一种零航速减摇鳍，属于减摇鳍执行机构技术领域。

背景技术：

现有减摇鳍装置已能为各式船只提供多种减摇配置方案，技术相对成熟，保证船只在中/高航速下具有良好的减摇需求，但近来年随着船只对低航速甚至零航速下减摇需求日趋迫切，为此，国内开发了减摇水舱与减摇鳍联合的综合减摇系统，即零航速下使用减摇水舱减摇，中/高航速下使用减摇水舱与减摇鳍联合减摇，但需要设计、安装、维护两套独立设备，经济性欠佳，且占用较大舱内空间，增加全船排水量，影响航行阻力。

国外多家零航速减摇鳍厂家大多采用在现有减摇鳍基础上改进而使其具备全航速减摇能力的解决方案，即在中/高航速下，减摇鳍采用常规工作模式，称为普通减摇鳍；在零航速下，减摇鳍切换至零航速模式，被称为零航速减摇鳍。该设计虽兼顾普通减摇鳍，只需设计、维护一套设备，成本和体积也没有太大增加，但受限于其执行机构均采用曲柄连杆的驱动结构而所能达到的最大转鳍工作角度仅为±40°的先天不足，零航速的减摇效果有限，不能满足船只在低航速甚至零航速下的减摇需求，结构复杂，重量和占舱空间大，给有限的舱位空间布置带来困难。

技术实现要素：

为了克服现有减摇鳍装置执行机构转鳍角不足，本发明提供一种能实现大转鳍角的减摇鳍执行机构，通过齿轮双齿条缸直接驱动鳍轴转动，带动鳍快速大角度摆动，实现零航速减摇，该机构结构简单紧凑，能明显减少执行机构的占舱空间，工作角度高达±65°，满足零航速时的转角需求，保证良好的减摇效果，同时能大幅度提高系统可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种能实现大转鳍角的减摇鳍执行机构，包括鳍轴组、支承座、齿轮齿条缸、锁紧机构、鳍角发送器、控制阀组，所述齿轮齿条缸安装在支承座前端，并与安装在支承座后端的鳍轴组连接，用于带动鳍轴组转动，所述齿轮齿条缸由箱体、圆柱齿条、缸筒、自润滑衬套和齿轮轴组成；两圆柱齿条和一齿轮轴集成在箱体内，齿轮轴与鳍轴组连接，两圆柱齿条平行布置且分别对称分布在齿轮轴的两侧，并与齿轮轴啮合连接，圆柱齿条两端分别置于固定在箱体两侧的缸筒内并形成对角的双齿腔，对角的双齿腔通过油管连接于驱动源液压机组，两圆柱齿条通过齿轮啮合将液压力传递给齿轮轴，转化为扭矩输出，使圆柱齿条的往复直线运动转化为鳍轴组的摆动。

所述支承座由上支承座和下支承座组成，下支承座支承鳍轴组，上支承座的正上方装有控制阀组，正下方装有锁紧机构，所述控制阀组连接于驱动源液压机组，在电控系统的控制下驱动液压机组经控制阀组来控制齿轮齿条缸的两圆柱齿条相对直线运动的移动长度来实现鳍轴组任意转鳍角度。

所述箱体内侧和圆柱齿条之间设置自润滑衬套，用于承受齿轮与齿条啮合力沿垂直于齿条轴线的分力，减小齿条轴的挠度，保证齿条两端活塞的密封性能和寿命。

所述鳍轴组由鳍轴、轴套、大轴承、小轴承和挡圈组成，鳍轴上装有大轴承、小轴承，位于小轴承外侧的鳍轴上装有齿轮齿条缸，使其处于鳍轴自由端。

所述上支承座为高度径向比小的圆形法兰，用于齿轮齿条缸、锁紧机构和控制阀组提供安装平台，上支承座的内侧设有筋板，用于加强上支承座的结构强度和作为侧板运动即整个执行机构的机械限位。

本发明的有益效果：

为实现执行机构的大角度运转，本发明引入一个齿轮齿条缸直接连接鳍轴代替现有执行机构的双直线缸通过鳍柄间接连鳍轴的方法，由齿条长度决定执行机构的转鳍角度；为减小占舱空间，优化鳍轴组支承结构形式，新设计支承座结构及限位装置等。

该执行机构主要由鳍轴组、海水密封装置、侧板、支承座、齿轮齿条缸、锁紧机构、鳍角发送器及控制阀组等组成。在电控系统的控制下驱动液压机组工作经控制阀组使齿条缸的双齿条腔相对直线运动，通过齿轮齿条啮合副经齿轮与鳍轴连接花键带动鳍轴转动，双齿条与齿轮集成为一个油缸，通过改变齿条移动长度实现任意转鳍角度。

本发明藉一台集成的齿轮齿条缸直驱鳍轴转动，和现有的执行机构相比较，转鳍角度可由40°提高到65°及以上，通过改变齿条移动长度实现任意转鳍角度；将原双直线缸+鳍柄驱动机构简化为一台集成的齿轮齿条缸，明显减小零部件数量，有效减小占舱空间，特别是轴向高度可降低20%，这利于执行机构在舱室内的安装与维修；齿轮齿条缸置于鳍轴自由端，减小变形对油缸性能及寿命的影响；结构紧凑，重量减轻20%，这具有一定的技术进步和经济效益。

附图说明

图1为能实现大转鳍角的减摇鳍执行机构结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为集成化齿轮齿条缸结构示意图；

图4为上支承座结构立体示意图；

图5为上支承座结构平面示意图；

图6为鳍轴组结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图6所示，一种能实现大转鳍角的减摇鳍执行机构，主要包括鳍轴组1、支承座、鳍角发送器4、锁紧机构5、海水密封装置6、齿轮齿条缸7和控制阀组8等。

齿轮齿条缸7安装在支承座前端，并与安装在支承座后端的鳍轴组1连接，用于带动鳍轴组1转动，齿轮齿条缸7由箱体71、圆柱齿条72、缸筒73、自润滑成套76和齿轮轴77组成；两圆柱齿条72和一齿轮轴77集成在箱体71内，齿轮轴77与鳍轴组1连接，两圆柱齿条72分别设置在齿轮轴77上下两端，并与齿轮轴77啮合连接，圆柱齿条72两端分别置于固定在箱体71两侧的缸筒73内并形成对角的双齿腔，对角的双齿腔通过油管连接驱动液压机组，两圆柱齿条72通过齿轮啮合将液压力传递给齿轮轴77，转化为扭矩输出，使圆柱齿条72的往复直线运动转化为鳍轴组1的摆动。控制阀组8连接驱动液压机组，驱动液压机组连接电控系统，由电控系统通过驱动液压机组经控制阀组8来控制齿轮齿条缸7的两圆柱齿条72相对直线运动的移动长度来实现鳍轴组1任意转鳍角度。

支承座一分为二，分别是上支承座3和下支承座2，下支承座2起支承鳍轴组1、与船体基座配合和将鳍上力通过基座传递至船体等作用，上支承座3为鳍角发送器4、锁紧机构5、齿轮齿条缸7、控制阀组8等提供平台。支承座分体设计既简化结构，又便于加工和安装。齿轮齿条缸7作为动力元件，直接驱动鳍轴组1，海水密封装置6与下支承座2下端面螺栓连接，防止海水沿鳍轴组1路径进入舱室，锁紧机构5用于执行机构非工作状态下将设备保持在零位。

如图3所示，集成化的齿轮齿条缸7由箱体71、圆柱齿条72、缸筒73、油管接头74、上、下端盖75、自润滑成套76和齿轮轴77等组成。对角的两腔连接油管，两圆柱齿条72通过齿轮啮合将液压力传递给齿轮轴77，转化为扭矩输出，将圆柱齿条72的往复直线运动转化为鳍轴组1的摆动，改变圆柱齿条移动长度即可调整摆动角度。两圆柱齿条72和一齿轮轴77集成在箱体71，箱体内腔填充润滑脂，结构紧凑，保证啮合副的润滑，提高啮合副的可靠性。自润滑衬套76布置于箱体71内侧和圆柱齿条72之间，用于承受齿轮与齿条啮合力沿垂直于齿条轴线的分力，既为圆柱齿条72运动导向与润滑，又减小圆柱齿条72挠度变形对圆柱齿条72两端活塞密封圈的影响。

如图4，5所示，上支承座3为齿轮齿条缸7、锁紧机构5和控制阀组8等提供安装平台，槽31和孔a32用于齿轮齿条缸定位，槽31两侧面36用于承受缸输出扭矩将其传递至上支承座3，孔b33用于锁紧机构5安装，通过螺孔34和销孔35将上支承座3和下支承座2连接起来，最终将缸输出扭矩传递至船体。锁紧机构5、鳍角发送器4和控制阀组8等均位于上支承座3的正上方，保证其在较小的舱室空间内仍拥有充足的安装及维修空间。筋板38用于加强上支承座3的结构强度，减小因受齿轮齿条缸7等重量而引起的变形对齿轮啮合副的影响，同时为侧板37运动即整个执行机构的机械限位。

如图6所示，鳍轴组1由鳍轴11、轴套12、大轴承13、小轴承14和挡圈15等组成。其特点为拉近大轴承13和小轴承14的距离，同时限制轴承与下支承座2的配合间隙，将齿轮齿条缸7置于两轴承外侧，既保证了鳍轴11有足够的受力强度，有效地避免鳍轴11挠度变形对齿轮齿条缸7的强度及密封性能带来影响，又能明显地减小整个执行机构的轴向尺寸，占舱空间得到改善，利于在有限舱位空间内的布置。