泵控液压舵机的制作方法

本发明涉及舵机领域，特别涉及一种泵控液压舵机。

背景技术：

以液压油为工作介质，能够使船舶转舵并保持舵位的装置称为液压舵机。液压舵机的工作原理为，泵在电机驱动下输出高压油驱动舵叶转动。按照舵机转向控制方式的不同，液压舵机可以分为阀控液压舵机和泵控液压舵机。两者的区别在于，阀控液压舵机是通过换向阀控制泵输出的高压油的方向，进而实现舵叶的换向操作；泵控液压舵机是通过电机控制小泵正反转调整小泵输出的高压油的方向，进而实现舵叶的换向操作。

传统的泵控液压舵机一般采用拉普逊-拨叉式结构，主要包括舵柄、柱塞、油缸、变量泵及泵控装置，其工作原理包括：由操舵台发出舵角指令，通过泵控装置，使变量泵中斜盘倾斜，进而进排压力油；压力油推动油缸内柱塞平动，柱塞带动舵柄旋转运动；舵柄将转动传递给舵杆及舵叶，实现船舶的转向。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：舵柄的一端通过柱塞销和滚轮与柱塞连接，另一端悬挂且舵杆固定在舵柄的另一端上，由于另一端承受舵柄和舵杆的双重重力，因此舵柄在转动时稳定性较差。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种泵控液压舵机，能够保证舵柄旋转的稳定性。所述技术方案如下：

本发明提供了一种泵控液压舵机，所述泵控液压舵机包括：机座、推舵机构、控制单元、液压站、以及第一补油单元，所述推舵机构包括第一柱塞油缸、第二柱塞油缸、柱塞、舵柄和舵杆，所述柱塞的两端分别位于所述第一柱塞油缸和所述第二柱塞油缸内，所述舵柄的一端与所述柱塞连接、且所述舵柄的一端位于所述第一柱塞油缸和所述第二柱塞油缸之间，所述舵杆设于所述舵柄的另一端，所述舵杆用于驱动舵叶旋转，所述液压站包括第一电机、第一液压泵和驱动阀组，所述第一电机用于驱动所述第一液压泵转动，所述第一液压泵包括第一泵本体、设于所述第一泵本体上的第一工作油口和第二工作油口，所述第一工作油口通过所述驱动阀组与所述第一柱塞油缸的无柱塞腔连通，所述第二工作油口通过所述驱动阀组与所述第二柱塞油缸的无柱塞腔连通，所述第一补油单元包括活塞油缸、第二电机、第二液压泵、压力调节阀组和油箱，所述活塞油缸固定于所述机座，所述活塞油缸内设有活塞杆，所述活塞杆的一端伸出所述活塞油缸外且与所述舵柄的另一端连接，所述第二电机用于驱动所述第二液压泵转动，所述第二液压泵包括第二泵本体、设于所述第二泵本体上的第三工作油口和第四工作油口，所述第三工作油口通过所述压力调节阀组与所述活塞油缸的无杆腔连通，所述第四工作油口与所述油箱连通。

可选地，所述压力调节阀组包括：第一减压溢流阀和第二减压溢流阀，

所述第一减压溢流阀包括第一阀本体、设于所述第一阀本体上的第一进油口、第一出油口和第一泄油口，所述第二减压溢流阀包括第二阀本体、设于所述第二阀本体上的第二进油口、第二出油口和第二泄油口，

所述第一减压溢流阀的第一进油口分别与所述第二液压泵的第三工作油口、所述第二减压溢流阀的第二进油口、以及所述活塞油缸的无杆腔连通，所述第二减压溢流阀的第二进油口分别与所述第二液压泵的第三工作油口、以及所述活塞油缸的无杆腔连通，所述第一减压溢流阀的第一出油口、第一泄油口、所述第二减压溢流阀的第二出油口、以及第二泄油口分别与所述油箱连通。

可选地，所述压力调节阀组还包括换向阀，

所述第一减压溢流阀的第一进油口、以及所述第二减压溢流阀的第二进油口分别通过所述换向阀与所述活塞油缸的无杆腔连通。

可选地，所述第一减压溢流阀的第一出油口与所述油箱之间、和所述第二减压溢流阀的第二出油口与所述油箱之间、设有过滤器。

可选地，所述泵控液压舵机还包括第二补油单元，

所述第二补油单元包括第一补油阀和第二补油阀，所述第一补油阀和所述第二补油阀的进油口均与所述油箱连通，所述第一补油阀的出油口分别与所述第一液压泵的第一工作油口和所述第一柱塞油缸的无柱塞腔连通，所述第二补油阀的出油口分别与与所述第一液压泵的第二工作油口和所述第二柱塞油缸的无柱塞腔连通。

可选地，所述驱动阀组包括卸荷电磁阀，所述卸荷电磁阀的出油口与所述油箱连通，所述卸荷电磁阀的进油口分别与所述第一液压泵的第一工作油口、所述第一柱塞油缸的无柱塞腔和所述第二柱塞油缸的无柱塞腔连通。

可选地，所述驱动阀组包括双向安全阀，所述双向安全阀的第一油口分别与所述第一液压泵的第一工作油口和所述第一柱塞油缸的无柱塞腔连通，所述双向安全阀的第二油口分别与所述第一液压泵的第二工作油口和所述第二柱塞油缸的无柱塞腔连通。

可选地，所述第一电机为变频电机。

可选地，所述第一液压泵为定量泵。

可选地，所述控制单元用于，

接收转舵指示，所述转舵指示包括目标舵角；

基于所述目标舵角，调节所述第一电机的转速和转动方向。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过第一液压泵的第一工作油口通过驱动阀组与第一柱塞油缸的无柱塞腔连通，第二工作油口通过驱动阀组与第二柱塞油缸的无柱塞腔连通，这样，第一液压泵在第一电机驱动下转动，通过驱动阀组输送高压油至第一柱塞油缸和第二柱塞油缸并推动柱塞平动，柱塞带动舵柄旋转，舵柄再将转动传递给舵杆，由舵杆驱动舵叶旋转，实现船舶的转舵；活塞油缸内设有活塞杆，活塞杆的一端伸出活塞油缸外且与舵柄的另一端连接，这样，当柱塞移动且带动活塞杆移动使得活塞油缸的无杆腔空间变小时，第一补油单元中多余的油液通过压力调节阀组流回油箱；而当柱塞移动且带动活塞杆移动使得活塞油缸的无杆腔空间变大时，将通过第二电机和第二液压泵通过压力调节阀组向活塞油缸补油；这两种情形下，由于活塞杆均要克服压力油的压力移动，因此，活塞杆将反作用于柱塞，使得柱塞移动速度趋于一定范围，保持柱塞移动的稳定性，起到舵杆平衡作用，保证舵柄旋转的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种泵控液压舵机的结构示意图。

附图中，1机座、2推舵机构、21第一柱塞油缸、22第二柱塞油缸、23柱塞、24舵柄、25舵杆、3液压站、31第一电机、32第一液压泵、33驱动阀组、33a卸荷电磁阀、33b双向安全阀、4第一补油单元、41活塞油缸、42第二电机、43第二液压泵、44压力调节阀组、45油箱、44a第一减压溢流阀、44b第二减压溢流阀、44c换向阀、44d过滤器、5第二补油单元、51第一补油阀、52第二补油阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

传统的泵控液压舵机中，电机一般选用异步电机，液压泵一般选用变量泵，并采用容积调速方式调节泵速，该方式存在以下缺点：

第一、油泵低速运行时自吸能力下降，形成气蚀、噪声、流量脉冲等造成舵机运行不稳定。

第二、异步电机惯性较大影响指令响应的快速性。

第三、调速范围有限，受到变量泵斜盘摆角幅度限制。

第四、吸排小流量液压油过程中，变量泵仍处于高速运转状态，噪声较大，电机效率随负载变化而变化，系统效率低。

图1示出了本发明实施例提供的一种泵控液压舵机。参见图1，该泵控液压舵机包括：机座1、推舵机构2、控制单元(图未示出)、液压站3、以及第一补油单元4。

推舵机构2包括第一柱塞油缸21、第二柱塞油缸22、柱塞23、舵柄24和舵杆；柱塞23的两端分别位于第一柱塞油缸21和第二柱塞油缸22内，舵柄24的一端与柱塞23连接、且舵柄24的一端位于第一柱塞油缸21和第二柱塞油缸22之间，舵杆设于舵柄24的另一端，舵杆用于驱动舵叶旋转。

液压站3包括第一电机31、第一液压泵32和驱动阀组33；第一液压泵32包括第一泵本体、设于第一泵本体上的第一工作油口和第二工作油口，第一工作油口通过驱动阀组33与第一柱塞油缸21的无柱塞腔连通，第二工作油口通过驱动阀组33与第二柱塞油缸22的无柱塞腔连通。

第一补油单元4包括活塞油缸41、第二电机42、第二液压泵43、压力调节阀组44和油箱45；活塞油缸41固定于机座1，活塞油缸41内设有活塞杆，活塞杆的一端伸出活塞油缸41外且与舵柄24的另一端连接，第二电机42用于驱动第二液压泵43转动，第二液压泵43包括第二泵本体、设于第二泵本体上的第三工作油口和第四工作油口，第三工作油口通过压力调节阀组44与活塞油缸41的无杆腔连通，第四工作油口与油箱45连通。

具体地，舵柄24的一端通过柱塞销和滚轮(图未示出)与柱塞23连接，柱塞销和滚轮将柱塞23的移动转变为滚轮的旋转运动，带动舵柄24转动。

通过第一液压泵32的第一工作油口通过驱动阀组33与第一柱塞油缸21的无柱塞腔连通，第二工作油口通过驱动阀组33与第二柱塞油缸22的无柱塞腔连通，这样，第一液压泵32在第一电机31驱动下转动，通过驱动阀组33输送高压油至第一柱塞油缸21和第二柱塞油缸22并推动柱塞23平动，柱塞23带动舵柄24旋转，舵柄24再将转动传递给舵杆，由舵杆驱动舵叶旋转，实现船舶的转舵；活塞油缸41内设有活塞杆，活塞杆的一端伸出活塞油缸41外且与舵柄24的另一端连接，这样，当柱塞23移动且带动活塞杆移动使得活塞油缸41的无杆腔空间变小时，第一补油单元4中多余的油液通过压力调节阀组44流回油箱45；而当柱塞23移动且带动活塞杆移动使得活塞油缸41的无杆腔空间变大时，将通过第二电机42和第二液压泵43通过压力调节阀组44向活塞油缸41补油；这两种情形下，由于活塞杆均要克服压力油的压力移动，因此，活塞杆将反作用于柱塞23，使得柱塞23移动速度趋于一定范围，保持柱塞23移动的稳定性，起到舵杆平衡作用，保证舵柄24旋转的稳定性。

示例性地，第一电机31为变频电机。首先，变频电机可以频繁启停不会产生电流冲击，在不需要操作的情况下可以停机，提高舵机的安全性。其次，变频电机的惯性小于异步电机的惯性，在响应控制单元的指令时将更加快速。

示例性地，第一液压泵32为定量泵。定量泵与变量泵比较，可靠性高且对系统环境适应能力强，定量泵的噪声也比较小。

液压站3中，示例性地，参见图1，驱动阀组33包括卸荷电磁阀33a。卸荷电磁阀33a的出油口与油箱45连通，卸荷电磁阀33a的进油口分别与第一液压泵32的第一工作油口、第一柱塞油缸21的无柱塞腔和第二柱塞油缸22的无柱塞腔连通。其中，卸荷电磁阀33a用于在控制单元的指示下开启和关闭。当卸荷电磁阀33a开启时，卸荷电磁阀33a的进油口和出油口断开，这时油路中液压油通过卸荷电磁阀33a流入油箱45；当卸荷电磁阀33a关闭时，卸荷电磁阀33a的进油口和出油口连通，这时油路中液压油不能通过卸荷电磁阀33a流入油箱45。

液压站3的工作过程包括：控制单元接收转舵指示，该转舵指示包括目标舵角；控制单元基于目标舵角，调节第一电机31的转速和转动方向。具体地，控制单元基于目标舵角、以及当前舵角，调节第一电机31的转速和转动方向。第一电机31带动第一液压泵32运转，控制单元同步控制卸荷电磁阀33a开启，卸荷电磁阀33a开启后将断开卸荷电磁阀33a的进油口和出油口，即切断液压站3与油箱45之间的卸荷回路，第一液压泵32排出的油液通过柱塞23的运动，通过舵杆的运动方向来控制舵叶的转动方向，进而控制船舶的运动方向。当控制单元检测到当前舵角达到目标舵角时，控制单元将降低第一电机31的转速，进而带动第一液压泵32的转速下降，系统油量减少，柱塞23将停止摆动。

可选地，参见图1，驱动阀组33还包括双向安全阀33b。双向安全阀33b的第一油口分别与第一液压泵32的第一工作油口和第一柱塞油缸21的无柱塞腔连通，双向安全阀33b的第二油口分别与第一液压泵32的第二工作油口和第二柱塞油缸22的无柱塞腔连通。其中，双向安全阀33是保证油路油液进出第一柱塞油缸21和第二柱塞油缸22、及换向时的油压安全。具体地，泵空液压舵机开始启动后，双向安全阀33b的第一油口与第二油口为未连通状态。假设第一液压泵32的第一工作油口排出液压油，这时，当双向安全阀33b的第一油口的压力达到目标压力时，双向安全阀33b的第二油口将与第一油口连通排出目标流量的液压油，减小油路中液压油压力；假设第一液压泵32的第二工作油口排出液压油，这时，当双向安全阀33b的第二油口的压力达到目标压力时，双向安全阀33b的第二油口将与第一油口连通排出目标流量的液压油，减小油路中液压油压力。

其中，压力调节阀组44用于控制活塞油缸41的压力值，以此保持舵柄24旋转的稳定性，防止气蚀或者压力过高。示例性地，第一补油单元4中，参见图1，压力调节阀组44包括：第一减压溢流阀44a和第二减压溢流阀44b。第一减压溢流阀44a包括第一阀本体、设于第一阀本体上的第一进油口、第一出油口和第一泄油口，第二减压溢流阀44b包括第二阀本体、设于第二阀本体上的第二进油口、第二出油口和第二泄油口。第一减压溢流阀44a的第一进油口分别与第二液压泵43的第三工作油口、第二减压溢流阀44b的第二进油口、以及活塞油缸41的无杆腔连通。第二减压溢流阀44b的第二进油口分别与第二液压泵43的第三工作油口、以及活塞油缸41的无杆腔连通。第一减压溢流阀44a的第一出油口、第一泄油口、第二减压溢流阀44b的第二出油口、以及第二泄油口分别与油箱45连通。其中，第一减压溢流阀44a和第二减压溢流阀44b均是一种液压压力控制阀，在液压设备中起定压溢流作用，系统卸荷和安全保护作用。如：在定量泵(第二液压泵43)节流条件系统中，定量泵提供的是恒定的流量，当系统压力增大时，会使流量需求减小。此时多余流量通过溢流阀溢回油箱，保证系统压力。具体地，以第一减压溢流阀44a为例，第一减压溢流阀44a的第一进油口进油且进油压力不定，第一出油口出油且出油压力恒定(在目标范围)，第一泄油口用于排出调节进油压力后的油。

其中，当柱塞23移动且带动活塞杆移动使得活塞油缸41的无杆腔空间变小时，第一补油单元4中多余的油液通过压力调节阀组44流回油箱45；而当柱塞23移动且带动活塞杆移动使得活塞油缸41的无杆腔空间变大时，将通过第二电机42和第二液压泵43通过压力调节阀组44向活塞油缸41补油；这两种情形下，由于活塞杆均要克服压力油的压力移动，因此，活塞杆将反作用于柱塞23，使得柱塞23移动速度趋于一定范围，保持柱塞23移动的稳定性。

具体地，第一减压溢流阀44a和第二减压溢流阀44b均为带溢流阀功能的直动式减压阀。

示例性地，参见图1，压力调节阀组44还包括换向阀44c。第一减压溢流阀44a的第一进油口、以及第二减压溢流阀44b的第二进油口分别通过换向阀44c与活塞油缸41的无杆腔连通。其中，换向阀44c是通过改变不同的位置，改变阀内油路，使得出口油路不一样，起到换向作用。

需要说明的是，换向阀44c与活塞油缸41的无杆腔之间的油路还连接有一油路(图1中该油路的一端无连接)，该油路可以与油箱45连通，用于调节换向阀44c与活塞油缸41的无杆腔之间的压力。

示例性地，参见图1，第一减压溢流阀44a的第一出油口与油箱45之间、和第二减压溢流阀44b的第二出油口与油箱45之间、设有过滤器44d。过滤器44d用于对排至油箱45的油液进行过滤，除去杂质。

其中，舵机主要靠液压油驱动运动，舵机内部设有密封件起到防止液压油泄漏的作用，但是，由于密封件的老化，阀件的老化，柱塞23、阀组等工件加工面质量差，都会引起液压油的泄漏。液压油的泄漏将导致舵机工作时发生爬行、振动和噪声等现象。为了解决该问题，示例性地，泵控液压舵机还包括第二补油单元5。第二补油单元5包括第一补油阀51和第二补油阀52。第一补油阀51和第二补油阀52的进油口均与油箱45连通，第一补油阀51的出油口分别与第一液压泵32的第一工作油口和第一柱塞油缸21的无柱塞腔连通，第二补油阀52的出油口分别与与第一液压泵32的第二工作油口和第二柱塞油缸22的无柱塞腔连通。

通过第一补油阀51和第二补油阀52向第一液压泵32补油，能够避免第一液压泵32低速运行时自吸能力下降，并避免形成气蚀、噪声、流量脉冲等造成舵机运行不稳定。此外，变量泵噪声大的原因，很大一部分原因是流体噪声。液压泵的流体噪声主要是泵的压力、流量周期性变化及气穴现象引起的。这样，避免形成气蚀、噪声、流量脉冲的同时，还能减少流体噪声，进而减少液压泵噪声。

示例性地，控制单元用于，当舵角达到目标舵角时，控制第一电机31的转速为0。以此节省能量损失。

在本实施例中，液压站3为闭式液压站3，闭式系统相对于开式系统更为节能，因为其主油路除液压锁以外，没有换向阀44c等其它阀，减小压损。闭式液压站3结合变频电机技术，与传统阀控、泵控系统舵机相比，变频舵机系统简单，动作灵敏，可逆转变频电机与液压双向油泵配合调节系统中流量，控制舵机的转速，实现排量的无极调速，保证油缸中柱塞23平稳推动，保证舵机运行稳定性和效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。