[发明专利]船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法

说明书

本发明提供了一种船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法，其装置基本结构包括鳍箱，鳍箱内穿过有扭杆，扭杆通过轴承和支架与鳍箱内壁连接，扭杆的末端与减摇鳍固定，鳍箱侧壁的内壁上沿其周向还设有并排的内齿轮和环形滑槽，环形滑槽为T形滑槽，且该环形滑槽内滑动连接有T形滑块，T形滑块与步进电机相固定，步进电机的输出轴轴连接有齿轮，齿轮与内齿轮相啮合；步进电机与扭杆之间通过杆体固定连接，步进电机与控制器信号连接。本发明通过设于鳍箱内的内齿轮、环形滑槽、步进电机、T形滑块及杆体，构成与扭杆相连接的使扭杆转动的转动机构，通过船舶的控制系统对步进电机控制，从而对扭杆的转动精确控制，该减摇鳍装置响应快，控制精度高。

技术领域

本发明涉及船用设备技术领域，特别涉及一种船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法。

背景技术

船舶在航行过程中遇到风浪时，会产生横向摇摆的现象，船舶的横向摇摆会降低船舶的适航性，损坏船体结构，影响设备、仪表的正常工作，还会导致货物移位或撞击损坏，也会使乘客和船员昏晕，为了减少船舶的横向摇摆，不少同行进行了深入的研究，目前效果较好的解决办法是在船舶的舭部安装减摇鳍及其控制系统，控制系统由信号采集及处理系统构成，通过测量船舶横向摇摆的角度，结合船舶速度等因素输出一个控制信号去控制减摇鳍的扭杆围绕其轴线转动的角度，控制系统含有闭环控制单元，需要测量扭杆转动的角度，并反馈到控制系统，以实现扭杆转动的精确控制，这种由闭环控制单元构成的控制系统中，控制环节及其部件较多且复杂，存在故障率高的隐患。

一般情况下，驱动减摇鳍装置多采用油缸驱动，其控制系统多为电液伺服控制系统，但由于液压元件对加工精度要求比较高，且整机结构复杂、体积庞大，导致其成本比较高，另外电液伺服控制系统对工作环境要求较高，需避免液压油受到污染，且维修、调试困难。小型船艇由于其体积较小，排水量较小，因此并不适合安装体积庞大、结构笨重的减摇鳍装置。近年来，随着电子电工技术、数控信息技术以及电动机制造技术的发展，极大地降低了电伺服控制系统的成本，使得电驱动减摇鳍装置的优点凸显出来。然而，目前能够精确控制扭杆转动角度，且故障率较低的船用减摇鳍及其控制装置尚未有较好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种高灵敏度的使用控制系统及步进电机进行控制的船用高可靠性数控减摇鳍装置及其控制方法，能够实时根据控制系统反馈来的控制信号，能够精确定位扭杆转动角度，且控制环节少，故障率低。

本发明的技术方案是：船用高可靠性数控减摇鳍装置，包括鳍箱，所述鳍箱通过焊接固定于船体上，鳍箱上开有鳍箱口，鳍箱内穿过有扭杆，所述扭杆与鳍箱口之间构成一对转动副，且鳍箱内的扭杆上固定套接轴承的内圈，轴承的外圈与鳍箱内壁之间通过支架相固定，所述扭杆的末端与减摇鳍固定连接；所述鳍箱侧壁的内壁上沿其周向还设有并排的内齿轮和环形滑槽，所述内齿轮以及环形滑槽各自的环面与所述扭杆垂直，且扭杆通过内齿轮以及环形滑槽各自的环心，所述环形滑槽为T形滑槽，且该环形滑槽内滑动连接有T形滑块，T形滑块与步进电机相固定，步进电机的输出轴轴连接有齿轮，齿轮与所述内齿轮相啮合；所述步进电机与扭杆之间通过杆体固定连接，步进电机与控制器信号连接；鳍箱内还分别设有与所述扭杆连接的应力测试装置、电流变制动装置以及转角测试装置，所述应力测试装置、电流变制动装置以及转角测试装置分别与控制器信号连接；应力测试装置测试扭杆传递给减摇鳍的转矩，电流变制动装置作为一种瞬间制动或瞬间解除制动的装置，用于控制减摇鳍的制动与否；当需要减摇鳍转动时电流变制动装置不制动，当减摇鳍转角不需要改变时电流变制动装置制动；转角测试装置用于检测减摇鳍所转动的角度；所述扭杆和鳍箱口之间安装有密封圈，用于防止船体外的水进入鳍箱。

上述T形滑块、步进电机以及杆体的数量分别为3个，其中每个步进电机分别对应一T形滑块和一杆体，组成一套与扭杆相连接的使扭杆转动的转动机构；相邻两个杆体之间的夹角为120度；所述扭杆在步进电机带动下能够实现在0-360度范围内转动调整。

上述扭杆的末端与减摇鳍通过焊接进行固定连接。