一种船用液压舵机控制系统设计.pdf

2 0 1 4年 7月 第 4 2卷 第 1 4期 机床与液压 MACHI NE T 0OL ＆ HYDRAUL I CS J u 1 ． 2 0 1 4 V0 1 ． 4 2 N0 ． 1 4 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 4 ． 0 3 0 一 种船用液压舵机控制 系统设计 汪永 生 ，王洪波 海军蚌埠士官学校训练部 ，安徽蚌埠 2 3 3 0 1 2 摘要针对中小型船舶，设计一种结构简单、占用空间小的开式 回路液压控制系统，同时采用了回油节流调速回路， 使得舵机工作比较平稳。 关键词 船用液压舵机；液压控制系统；开式回路 中图分类号U 6 6 4 ． 4 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 4 0 9 91 De s i g n o f Hy dr a ul i c S e r v o Co nt r o l S y s t e m f o r S hi p W ANG Yo n g s h e n g．W ANG Ho n g b o B e n g b u N a v a l P e t t y O f fi c e r A c a d e m y ， B e n g b u A n h u i 2 3 3 0 1 2 ，C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t s ma l l a n d me d i u m s h i p s ， a n o p e n l o o p t y p e h y d r a u l i c s e r v o c o n t r o l s y s t e m wa s d e s i g n e d w h i c h h a d a s i mp l e s t r u c t u r e a n d t a k i n g u p s ma l l s p a c e ．Ad o p t i n g t h e s y s t e m ，t h e r u d d e r ma c h i n e wo r k s mo r e s t e a d i l y ． Ke y wo r d sS h i p h y d r a u l i c s e r v o ；Hy d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m ；Op e n l o o p 舵机的控制系统可以分为机械式、电气式、液压 式等几种 ，液压控制系统具有体积小、质量轻、占用 空间小 、速度调节方便、易于实现 自动化和自动过载 保护 、零件润滑条件好、使用寿命长等优点。液压系 统 的控制方式 ，通常根据船舶 大小 、动力系统配置和 船 舶用途来设计 ，文 中提出一款小型 、简易 的舵机液 压控制 系统 ，适合 3级 以下船舶使 用。 1 系统设计方案 1 ． 1 结构 组成 舵机液压 控制系统的组成如 图 1 所示 ，主要 由液 压泵 、控制 阀 、辅 助组件组成 。 l 一 油 箱 2 一 过 滤器 3 _ _ 泵 4 堋 单 向 阀 S _ 一油 缸 6 _ _ 溢 流 阀 7 _ - 安 全 阀 8 -- 节 流 阀 9 - - 缓 冲 器 1 0 - - - 蓄 能器 l 1 一 手动 三 位 四通 换 向阀 图 1液压系统原理 图 液压泵 。该系 统 可 以采用 两 台 C B型齿 轮 油泵 ， 供给液压系统压力油 ，额定工作压力为 2 ． 5 MP a 。一 台为常用泵，在正常航行时使用；另一台为备用泵。 控制阀。压力控制阀有溢流阀6和安全阀7 ，用 来控制系统的压力 ，以保证各元件安全工作。方向控 制阀有单 向阀 4和手 动 三位 四通换 向阀 1 1 ，用 来控 制油液流动方向。流量控制采用节流阀8 ，与其他元 件一起 ，组成 回油节流调速 回路 ，用来 调节转舵机构 的运动速度 。 辅助元件 。该 舵 机 系统 采用 的辅助 元 件有 油箱 1 、过滤器2 、蓄能器 1 O和缓冲器9等。蓄能器 1 O 容 积较大，上部充入一定压力的压缩空气。它的主要作 用是贮存能量 ，以满足断续工作的转舵机构在短时间 内需要大量供油 的要求，适 当减小了油泵的流量规 格 ；另外 ，它也可以对 油泵 排出的油液起 一定 的缓冲 作用 。缓冲器 9容积较小 ，它起一定的缓冲作 用 ，在 系统油路突然断开时，减小系统中的液压冲击。 1 ． 2工作原理 舵机工作时，起动任一台油泵均可。油泵经过滤 器 2从油箱 1 吸油 ，经单 向阀排入蓄能器 1 0 。当换 向 阀 1 1 处 于中间位 置 时 ，其 上的 油 口 P 、A、B、O互 不相通 ，转 舵 机构 左 、右 油缸 中的油 液处 于 锁 闭状 态 ，舵 稳定在既定的舵角上 。由于系统不 用油 ，蓄能 器内的油压逐渐升高。当此压力升高到系统额定工作 压力 2 ． 5 MP a 由溢流阀 6调定 时 ，溢 流阀 6开启 溢油 ，油泵排 出的油全部经该阀溢流 回油箱 ，系统压 力不再升高 。当系统压力下降时 ，溢流阀关闭 ，停止 溢油 ，油泵又恢复向蓄能器及系统供油。 当向左扳动操作手轮时，手动换向阀1 1的阀芯 移到左端位置，使油口P与 B 、A与 O分别相通 ，蓄 下转第 1 2 7页 收稿 日期 2 0 1 3 0 62 4 作者简介汪永生 1 9 7 5 一 ，男，学士，讲师，主要从事装备研究与教学。Em a i l w h b 7 6 1 1 1 3 1 2 6 ． e o m。 第 1 4期 雷艳华 等基于 A 3 2 0 0内核的通用 N C数控软件开发 1 2 7 菜单式按钮的每个命令节点可实现上一级命令追溯。 为了实现返 回到上一命令 的功能 ，在每个进程窗 口作 为顶层窗 口激活时，需要将当前置顶的窗口关联的命 令链表指针 赋予命 令管理变量 ，并动态更新链 表的节 点关系。命令链表的形式见图6 。每个子进程都携带 着自己独有的命令节点缓冲池 ，每个进程窗口对象负 责 自己的命令链表对应的处理过程。 水平 命令 垂直 命令 图6 命令节点链表 在 子进 程 中，当需要更新命 令节 点时 ，向 M e n u ． Wi n d o w管理 窗 口发 送更新 消息 ，并指定需 要更新 的 类型。而在更新命令时，并不局限于命令链表的定 义 ，也就是可以在更新命令时灵活指定需要显示的命 令节 点。 为 了动态获取 当前需要显示 的命令 数量 ，每次命 令更新消息处理 函数 中 ，进行递 归式查询 ，获得水平 与垂直命令的数量 ，并据此来使能或禁止扩展操作。 当命令节点数目超过可视化按钮的数量时，仅与 按钮相同数量的命令节点被显示，而此时 “ 扩展” 按钮被使能，允许用户通过扩展操作浏览所有命令节 点 。 垂直类型 的命令不支持 向上返 回操作模式 ，仅支 持扩展模式 。 6结束语 对于开放式数控系统 A 3 2 0 0 ，与传统的S I E M E N S 以及 F A N U C的专业数控相比，带来的不同之处 ，首 当其冲即是操作习惯给很多用户带来了不便。尽管随 着现代计算机窗 口界面的普及和深入 ，开放式数控的 界面也越来越能够被年轻的用户群体所接受 ，但传统 专业 的交互 界 面 的行业 接 受和认 同程度 依然 处 于前 列。文 中开发的软件的交互操作以及可视化界面 ，均 向专业数控靠拢 ，利用开放式数控核心 ，打造 了专业 数控的交互接口，促进新研发的组合电加工设备更易 于被机床行业所认知并接受。 参考文献 [ 1 ]A 3 2 0 0 P r o g r a m mi n g Ma n u a l [ M] ． A e r o t e c h ． c o rn． [ 2 ]游有鹏． 开放式数控系统关键技术研究[ D] ． 南京 南京 航空航天大学 ， 2 0 0 1 ． [ 3 ]张筱云． 数控电火花小孔高速加工机床控制系统软件的 开发与研究[ J ] ． 电加工与模具， 2 0 1 2 1 5 6 6 2 ． [ 4]梁速． 基 于 L i n u x的五轴联动 电火花加 工数控 系统 [ J ] ． 上海交通大学学报 ， 2 0 1 2 7 1 0 9 7 1 1 0 2 ． [ 5 ]梁速． 基于P MA C的商用五轴联动电火花加工数控系统 [ J ] ． 电加工与模具， 2 0 1 2 S 1 2 7 3 1 ． 上接第 9 9页 能器 内的压 力油就经手动换 向阀进入转舵机构 的右油 缸 ，而左油缸 的油液则经手动换 向阀及 节流阀流 回油 箱 ，转舵机构即带动舵叶向左舷偏转。 当向右扳动操 舵手 轮时 ，手 动换 向阀 1 1的 阀芯 移到 右端位 置 ，使 油 口 P与 A、B与 O分别相通 ，压 力油经手动换向阀进入转舵机构的左油缸，右油缸的 油液经换向阀及节流阀流回油箱 ，转舵机构即带动舵 叶向右舷偏转 。 当舵转至要求的舵角时，操舵手轮回中，换向阀 阀芯 即回到 中间位置 ，油 口P 、A、B、O互 不 相通 ， 切断 了油路 ，舵稳 定在要求 的舵角上 。 由于节 流阀 8串联在 转舵机构 回油路 中，所 以只 要改变 节流阀 8的开度 ，即可调 节通 过转舵机构 的流 量 ，从而调节转舵速度。节流阀开度增大时，转舵速 度提高；反之，转舵速度降低。由于蓄能器可以在短 时间 内向转舵机构提供大 量压力 油 ，故提高 了转舵速 度，缩短了转舵时间，满足了转舵的需要。同时，在 油泵发生故障停止供油时，蓄能器仍可输 出部分油 液 ，短时间内维持舵机正常运行。蓄能器作为应急能 源 ，一般要求供油量能满足全负荷，以便有足够的时 间采取应 变措施 ， 当溢流阀6失灵，蓄能器内的油压升高至 2 ． 5 MP a 时，安全阀7就开启 ，油泵排入蓄能器的油液经 安全 阀流 回油箱 ，从 而防止 系统 中的油 压继续 升高 ， 起到安全保护作用 。 2结 论 这种舵机 由于采用开式 回路 ，结构简单 ，管理方 便 ；同时 ，由于采用了回油节流调速回路 ，当风浪或 水 流对 舵 叶的 冲击 所 产 生 的 转矩 与 转 舵 方 向相 同 即舵机 承受负 载 时 ，节 流阀能较 好地控制 转舵速 度 ，因而舵 机工作 比较平稳 。 参考文献 [ 1 ]张利平． 液压气动技术速查手册[ M] ． 北京 化学工业出 版社 ， 2 0 0 6 1 7 01 7 2 ． [ 2 ]姚春东． 液压传动实用技术 [ M] ． 北京 石油工业出版 社 ， 2 0 0 1 5 6 5 8 ． [ 3 ]于富强． 一种 液压舵 机控 制系统 的设 计 [ J ] ． 液 压 与气 动 ， 2 0 1 1 1 2 8 08 1 ．