[发明专利]船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法

权利要求书

1.船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，包括鳍箱(1)，所述鳍箱(1)通过焊接固定于船体上，鳍箱(1)上开有鳍箱口(11)，鳍箱(1)内穿过有扭杆(2)，所述扭杆(2)与鳍箱口(11)之间构成一对转动副，且鳍箱内的扭杆(2)上固定套接轴承(4)的内圈，轴承(4)的外圈与鳍箱(1)内壁之间通过支架相固定，所述扭杆(2)的末端与减摇鳍(3)固定连接；所述鳍箱(1)侧壁的内壁上沿其周向还设有并排的内齿轮(6)和环形滑槽(5)，所述内齿轮(6)以及环形滑槽(5)各自的环面与所述扭杆(2)垂直，且扭杆(2)通过内齿轮(6)以及环形滑槽(5)各自的环心，所述环形滑槽(5)为T形滑槽，且该环形滑槽(5)内滑动连接有T形滑块(12)，T形滑块(12)与步进电机(9)相固定，步进电机(9)的输出轴轴连接有齿轮(7)，齿轮(7)与所述内齿轮(6)相啮合；所述步进电机(9)与扭杆(2)之间通过杆体(8)固定连接，步进电机(9)与控制器(10)信号连接；鳍箱(1)内还分别设有与所述扭杆(2)连接的应力测试装置(16)、电流变制动装置(15)以及转角测试装置(17)，所述应力测试装置(16)、电流变制动装置(15)以及转角测试装置(17)分别与控制器(10)信号连接；应力测试装置(16)测试扭杆(2)传递给减摇鳍(3)的转矩，电流变制动装置(15)作为一种瞬间制动或瞬间解除制动的装置，用于控制减摇鳍(3)的制动与否；当需要减摇鳍(3)转动时电流变制动装置(15)不制动，当减摇鳍(3)转角不需要改变时电流变制动装置(15)制动；转角测试装置(17)用于检测减摇鳍(3)所转动的角度；所述扭杆(2)和鳍箱口(11)之间安装有密封圈(18)，用于防止船体(19)外的水进入鳍箱(1)。

2.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述T形滑块(12)、步进电机(9)以及杆体(8)的数量分别为3个，其中每个步进电机(9)分别对应一T形滑块(12)和一杆体(8)，组成一套与扭杆(2)相连接的使扭杆(2)转动的转动机构；相邻两个杆体(8)之间的夹角为120度；所述扭杆(2)在步进电机(9)带动下能够实现在0-360度范围内转动调整。

3.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述扭杆(2)的末端与减摇鳍(3)通过焊接进行固定连接。

4.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述轴承(4)的数量至少为2个。

5.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述鳍箱(1)的侧壁为圆筒状。

6.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述杆体(8)的端头设有延展边(13)，所述步进电机(9)与杆体(8)之间通过连接所述延展边(13)与步进电机(9)外壳的螺栓(14)固定连接；所述杆体(8)与扭杆(2)之间通过焊接的方式固定连接。

7.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述扭杆(2)为一根变直径的实心轴，其横截面为圆面，由弹簧钢60Si2MnA加工制成，扭杆(2)分为两段，扭杆(2)的第一段是从电流变制动装置(15)到杆体(8)与扭杆(2)的连接部位，该段扭杆(2)的直径小，扭转变形量大，起到储存扭转能量的作用；扭杆(2)的第二段是从电流变制动装置(15)到减摇鳍(3)的部分，该段扭杆(2)的直径是第一段直径的5倍，使得扭杆(2)的第二段相对于第一段其直径大刚度大扭转变形小或者没有扭转变形；所述电流变制动装置(15)的主动部分固定在扭杆(2)的第二段上，电流变制动装置(15)的从动部分固定在鳍箱(1)上。

8.如权利要求1所述的船用高可靠性数控减摇鳍装置，其特征在于，所述控制器(10)是型号为OMRON CP1E-N20DR-D的PLC控制器。

9.船用高可靠性数控减摇鳍装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)当需要减摇鳍(3)转动时，控制器(10)发出指令使电流变制动装置(15)不制动；通过步进电机(9)转动，使杆体(8)带动扭杆(2)相对鳍箱(1)转动，所述扭杆(2)为一根变直径的实心轴，其横截面为圆面，由弹簧钢60Si2MnA加工制成，扭杆(2)分为两段，扭杆(2)的第一段是从电流变制动装置(15)到杆体(8)与扭杆(2)的连接部位，该段扭杆(2)的直径小，扭转变形量大，起到储存扭转能量的作用；扭杆(2)的第二段是从电流变制动装置(15)到减摇鳍(3)的部分，该段扭杆(2)的直径是第一段直径的5倍，使得扭杆(2)的第二段相对于第一段其直径大刚度大扭转变形小或者没有扭转变形；所述电流变制动装置(15)的主动部分固定在扭杆(2)的第二段上，电流变制动装置(15)的从动部分固定在鳍箱(1)上；

2)所述扭杆(2)给减摇鳍(3)一个转动力矩，扭杆(2)所传递的转动力矩与扭杆(2)相对减摇鳍(3)的扭转变形量成正比，扭转变形量的值由应力测试装置(16)测出；转角测试装置(17)固定在扭杆(2)的第二段上，用于测试减摇鳍(3)转动的角度；转角测试装置(17)测得的减摇鳍(3)转动的角度通过导线传输给控制器(10)；

3)当扭杆(2)的第一段相对减摇鳍(3)转动的角度为0时，此时扭杆(2)不传递转动力矩，当扭杆(2)的第一段相对减摇鳍(3)转动的角度越大，其传递的转动力矩越大，即扭杆(2)的第一段传递给减摇鳍(3)的转动力矩的大小与扭杆(2)相对减摇鳍(3)转动的角度成正比；随着扭杆(2)的第一段相对减摇鳍(3)转动的角度变大，扭杆(2)传递给减摇鳍(3)的转动力矩也变大，当减摇鳍(3)受到的转动力矩能够克服水的阻力时减摇鳍(3)开始转动；当减摇鳍(3)的转角满足要求时，控制器(10)发出指令使电流变制动装置(15)制动，从而使减摇鳍(3)、扭杆(2)的第二段通过电流变制动装置(15)和鳍箱(1)及船体(19)相连接，使减摇鳍(3)不再转动。