一种基于变频技术的泵阀联控液压舵机装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于船舶控制技术领域，具体涉及一种基于变频技术的栗阀联控液压 舵机装置。
【背景技术】
[0002] 目前船舶舵机系统主要为液压系统，液压系统以其功率密度大、操纵能力强、工作 可靠性好在船舶领域中受到了广泛的好评。在船舶航行过程中，为了保证船舶安全，船舶 舵机始终处于运行状态，以应对船舶操纵的要求。
[0003] 但在航程的大部分时间里，舵机都是处于空载运行的状态，虽然此时液压系统处 于卸载状态，但电机、栗等却仍高速运转，存在一定的功率消耗，且设备磨损加快，使用寿 命降低，系统总体效率不高。变频液压栗调速从源头上解决功率匹配问题，通过调节系统运 行的参数控制电机转速，避免了电机和液压栗的高速连续运转，能够有效地降低系统噪声 和机件磨损，提高系统使用寿命和可靠性，减少液压系统能量损失。与阀控系统相比，变频 液压栗控系统存在动态响应慢，不能适应船舶舵机快速操纵的要求，特别是在港内机动航 行时矛盾更为突出。
[0004] 综合目前船舶舵机为液压系统，根据调速原理不同主要有栗控液压舵机和阀控液 压舵机两种形式。
[0005] 1.栗控液压舵机的缺点：
[0006] (1)即使无转舵操作，只要船舶航行舵机必须运转，效率低，能耗高；
[0007] (2)由于电机和栗长期处于高速运转状态，噪声大，磨损大，寿命较短；
[0008] (3)为了达到较精确调速目的，伺服机构复杂；
[0009] 2.阀控液压舵机的缺点：
[0010] (1)冲击大；
[0011] ⑵效率低。 【实用新型内容】
[0012] 实用新型目的：本实用新型的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种减少 船舶航行中的操舵能量损失，提高操舵响应时间，延长舵机寿命的基于变频技术的栗阀联 控液压舵机装置。
[0013] 技术方案：本实用新型所述的一种基于变频技术的栗阀联控液压舵机装置，包括 栗控液压回路和阀控液压回路，所述栗控液压回路是由变频液压栗、单向阀和双向溢流阀 构成的液压回路，所述变频液压栗连接有变频电机；所述阀控液压回路是由电液换向阀、低 压溢流阀、负荷阀、溢流阀和辅助油栗构成的液压回路，所述辅助油栗还连接有辅助电机和 油箱；所述栗控液压回路和阀控液压回路并联连接，所述栗控液压回路和阀控液压回路并 联连接后通过手动隔离阀连接有拨叉式转舵机构组，所述拨叉式转舵机构组连接有舵叶， 所述舵叶通过舵角反馈装置与初始输入舵角端连接。
[0014] 进一步的，还包括控制器，所述控制器分别与所述变频电机以及各电磁阀相互通 讯连接。
[0015] 进一步的，所述变频电机连接有变频器，所述变频器采用矢量变频方式实现对变 频电机的调速。
[0016] 进一步的，所述油箱内还设有浮球液位计和温度控制器。
[0017] 进一步的，所述栗控液压回路还连接有高置油柜，高置油柜内还设有浮球液位计。
[0018] 进一步的，所述拨叉式转舵机构组上还设有压力表。
[0019] 进一步的，还包括储能器。
[0020] 有益效果：本实用新型采用的栗阀联控变频液压舵机系统的开发较好地解决了节 能和快响应之间的矛盾，这对于提高和改善当前船舶舵机工作性能具有重要的理论研究和 实际应用价值，也能够进一步推动现代船舶高效经济安全航行。且本实用新型还具有如下 有益效果：
[0021] (1)变频舵机仅在操舵时工作，效率提高，能耗大幅度降低（至少减低50% );
[0022] (2)采用变频电机，噪声小，磨损降低，寿命延长一倍；
[0023] (3)采用变频栗控和阀控结合，操舵响应提高，操舵速度至少提高30%;
[0024] (4)通过参数匹配可广泛应用于各类航区船舶；
[0025](7)该技术填补了国内变频舵机技术的空白；
[0026] 该技术实现方便，能耗低，使用寿命长，具有较强的实用性，具有广阔的市场前景。
【附图说明】
[0027] 图1为本实用新型的整体控制结构框图；
[0028] 图2为本实用新型的栗阀联控液压舵机装置液压原理图；
[0029] 图3为本实用新型的栗阀联控变频液压舵机系统的传递函数方框图；
[0030] 图4为本实用新型的栗阀联控、阀控和栗控变频液压舵机系统舵机转角输出曲线 图；
[0031] 图5为本实用新型的栗阀不同流量占比的舵角响应曲线图。
【具体实施方式】
[0032] 如图1和图2所示的一种基于变频技术的栗阀联控液压舵机装置，包括栗控液压 回路和阀控液压回路，所述栗控液压回路是由变频液压栗15、单向阀5和双向溢流阀8构成 的液压回路，所述变频液压栗15连接有变频电机2;所述阀控液压回路是由电液换向阀7、 低压溢流阀12、负荷阀6、溢流阀14和辅助油栗3构成的液压回路，所述辅助油栗3还连接 有辅助电机3和油箱11;所述栗控液压回路和阀控液压回路并联连接，所述栗控液压回路 和阀控液压回路并联连接后通过手动隔离阀10连接有拨叉式转舵机构组9,所述拨叉式转 舵机构组9连接有舵叶，所述舵叶通过舵角反馈装置与初始输入舵角端连接。
[0033] 作为上述技术方案的进一步优化，所述油箱11内还设有浮球液位计1和温度控制 器16,便于对油箱11进行液位监测和温度监测。所述栗控液压回路还连接有高置油柜17， 高置油柜17内还设有浮球液位计1。所述拨叉式转舵机构组9上还设有压力表13。
[0034] 本装置还包括控制器，所述控制器分别与所述变频电机2以及各电磁阀相互通讯 连接。所述变频电机2连接有变频器，所述变频器采用矢量变频方式实现对变频电机2的 调速，以达到与直流电机一样的输出特性。
[0035] 矢量变频控制的电机运行特性与直流电机相似，由电流负反馈和转速负反馈两个 回路构成，动态过程近似一阶环节即
Kp和Tp为电机调速回路放大系数和时间常数。
[0036] 变频液压栗空载流量
（1)
[0037] 式中，Dp为每转排量，up为输入电压。因此，变量栗的实际流量为Qp=QpQ_CtpPj2)
[0038] 式中，Ctp为栗的泄漏系数，Ph为系统高压侧压力。
[0039] 伺服阀的动态过程为 ⑶
[0040] 式中，Kq、《sv、|sv为伺服阀的流量系数、固有频率、阻尼比。
[0041] 伺服阀线性化流量方程：QV=Kvuv-KcPf (4)
[0042] 式中
Qv、Kc、Pf、uv、Csv为伺服阀实际输出流量、 流量压力系数、栗的输出压力、阀输入电压、阀常数。
[0043] 伺服阀的空载流量： (5)
[0044] 栗阀联控系统流量连续性方程： _5]
⑻
[0046] 式中，Ct= C tp+(；+K。，A为液压缸柱塞的作用面积，Ct为总泄漏系，C"为液压缸泄 漏系数，V。为伺服阀至液压缸的容腔总容积，0e为液压流体的弹性模量。
[0047] 液压缸负载力平衡方程：
[0048]
(7；
[0049] 式中，m为等效负载质量，为等效阻尼系数，K为等效负载弹簧刚度，K值为0(在 液压缸内无需弹簧复位），y为液压缸的位移，R为外干扰力。
[0050] 液压缸与舵叶转角之间的关系：
[0051] 0 = Ky〇y (8)
[0052] 式中，0为舵叶转角位移，Kye为位移转换系数。
[0053] 联立式⑵⑷（6) (7)，得栗控机构的传递函数式：
[0056]
联合上述三个子模型得到栗阀联控变频液压舵机系统的 传递函数方框图，如图3所示。
[0057]