推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)，包括：機械傳動機構，容置在保持架靠近推力塊一側的端面上的沿周向布置的擴孔內，每個擴孔與一柱塞腔對應并徑向布置在其外圍，用于傳遞推力塊的位移，進而間接傳遞所述柱塞的位移；行程開關，容置于擴孔底部并與機械傳動機構連接，用于感測得到柱塞的位移信息并轉換為電信號以輸出；以及電氣控制系統(tǒng)，與行程開關電連接，用于接收行程開關輸出的電信號并進而獲得柱塞的位移信息，實現(xiàn)推力軸承共振轉換器的柱塞位置的實時監(jiān)測。本實用新型的監(jiān)控系統(tǒng)，其機械傳動機構簡單，行程開關拆裝容易，方便檢修和更換，而且可以直觀目測柱塞的位置狀態(tài)，提高裝配調試的效率，實時控制性能好，實現(xiàn)柱塞位置的自動調整。
【專利說明】推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于推力軸承共振轉換器【技術領域】，具體涉及一種用于監(jiān)控推力軸承共振轉換器的柱塞位置的監(jiān)控系統(tǒng)，可有效保障共振轉換器工作的可靠性。
【背景技術】
[0002]使用螺旋槳作推進器的船舶，在其艉部不可避免地形成非均勻伴流場，這是螺旋槳產生非定常推力的客觀原因。螺旋槳非定常推力中的脈動成分除直接激勵槳葉振動和輻射噪聲外，還激勵推進軸系縱向振動。推進軸系縱向振動又經推力軸承及其基座激勵船體振動，構成船體水下輻射噪聲的一個重要繼發(fā)性激勵源。
[0003]推力軸承共振轉換器是減小推進軸系縱向振動的有效裝置，其減振原理可概括為隔振、附加阻尼和動力吸振。共振轉換器使用流體作為減振介質，如何解決共振轉換器與推力軸承的連接問題是實現(xiàn)減振的第一步，本 申請人:已授權實用新型專利(CN102269218A)很好地突破解決這一關鍵技術。通過將推力塊的傳統(tǒng)支撐結構替換為液壓柱塞，推進軸系縱向振動經柱塞的液壓油墊可以順利地傳遞至共振轉換器中，實現(xiàn)共振轉換器在推進軸系縱向振動傳遞路徑中的串聯(lián)接入。
[0004]但是，這種推力軸承共振轉換器在結構上還存在一些不足。因為，推力塊的支撐結構除需提供共振轉換器的安裝接口外，還要各推力塊負荷的自行均衡創(chuàng)造條件，這種利用柱塞替代原有的支撐結構，由于其為浮動狀態(tài)，還必須充分考慮共振轉換器工作的可靠性。在正常情況下，要求柱塞頭部在柱塞腔外支撐推力塊，起到推進軸系縱向振動傳遞至共振轉換器的通道作用。實際應用中，由于柱塞的浮動特點，其在柱塞腔內的實際位置決定于螺旋槳推力和液壓油墊壓力的大小關系。在液壓油墊壓力大于螺旋槳推力時，柱塞頭部在液壓油墊壓力作用下可以伸出柱塞腔外以支撐推力塊，但是，一旦螺旋槳推力大于液壓油墊壓力，柱塞將被擠壓至柱塞腔內，此時推進軸系縱向振動將無法通過柱塞的液壓油墊傳遞至共振轉換器，共振轉換器實質上與推力軸承處于非連接狀態(tài)，無法起到減振作用。
[0005]這種柱塞位置的不確定性會導致共振轉換器工作的可靠性不高，因此，必須采取措施實時監(jiān)控柱塞在柱塞腔中的位置，根據柱塞位置實時調整油壓，以保證柱塞頭部伸出柱塞腔外支撐推力塊。但是，由于柱塞在推力軸承的內部，其位置無法目測，從而無法實時確定柱塞的狀態(tài)，使得目前的這種柱塞型推力軸承共振轉換器的應用受到一定限制。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在于提出一種推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)，其可以實現(xiàn)對柱塞位置的實時監(jiān)測和自動調整，使得柱塞始終伸出柱塞腔外頂起推力塊，保障共振轉換器工作的可靠性。本實用新型具有拆裝方便、自動化和可靠性高等優(yōu)點。
[0007]為實現(xiàn)本實用新型的上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供一種推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)，用于對推力軸承共振轉換器中的柱塞由于推力塊的擠壓引起在柱塞腔中的移動位置進行實時監(jiān)測和控制，其特征在于，該監(jiān)控系統(tǒng)包括:機械傳動機構，其為至少一組，容置在保持架靠近推力塊一側的端面上的沿周向布置的擴孔內，每個擴孔與一柱塞腔對應并徑向布置在其外圍，該機械傳動機構與所述推力塊抵接用于傳遞該推力塊的位移，進而間接傳遞所述柱塞的位移；
[0008]行程開關，其容置于所述擴孔底部并與所述機械傳動機構連接，用于感測該機械傳動機構的位移信息進而得到所述柱塞的位移信息并轉換為電信號以輸出；
[0009]電氣控制系統(tǒng)，其與所述行程開關電連接，用于接收行程開關輸出的電信號并進而獲得柱塞的位移信息，從而實現(xiàn)推力軸承共振轉換器的柱塞位置的實時監(jiān)測。
[0010]進一步地，所述機械傳動機構包括帶有柱塞頭的細桿和套裝在該細桿上的預緊彈簧，其中所述細桿一端的柱塞頭與所述推力塊通過所述預緊彈簧抵接壓緊，所述細桿另一端穿過擴孔與所述行程開關連接，所述推力塊的位移通過所述柱塞頭和細桿傳遞至所述行程開關。
[0011]進一步地，所述保持架上在對應各擴孔上開有與其垂直貫通的徑向孔，并在殼體上對應開有通孔，以用于將行程開關的信號線弓I出殼體外。
[0012]進一步地，所述柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)中還包括液壓系統(tǒng)，其用于根據所述電氣控制系統(tǒng)得到的柱塞位移信息所發(fā)出的控制指令，對共振轉換器內的液壓油壓力進行調節(jié)，推動柱塞伸出柱塞腔外以頂起推力塊，實現(xiàn)對失位的柱塞的控制。
[0013]進一步地，所述電氣控制系統(tǒng)接收所述行程開關的電信號并得到柱塞的位移信息后，通過與設定的閾值比較并在大于該閾值時發(fā)出控制指令給所述液壓系統(tǒng)。
[0014]進一步地，所述電氣控制系統(tǒng)包括電源模塊、CPU模塊、輸入模塊和輸出模塊，其中，所述輸入模塊經輸入接口接受行程開關輸出的電信號，將電信號變換為數字信號后傳輸至CPU模塊，該CPU模塊以閾值作為參考對檢測值進行比較，若檢測值小于所述閾值，CPU模塊繼續(xù)比較下一個檢測值，一旦出現(xiàn)檢測值大于閾值的情況，CPU模塊向輸出模塊發(fā)送液壓系統(tǒng)控制指令。
[0015]本實用新型中，機械傳動機構由帶有柱塞頭的細桿和預緊彈簧組成，柱塞頭在預緊彈簧的彈性恢復力作用下抵接推力塊，細桿底端面與所述行程開關的驅動桿接觸，推力塊的位移信號經機械傳動機構傳遞至行程開關，行程開關將推力塊的位移信號轉換為電信號輸出至所述電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)以閾值為參考對接受的檢測值進行比較，一旦檢測值大于閾值，電氣控制系統(tǒng)發(fā)送信號燈變換指令和啟動所述液壓系統(tǒng)的控制指令，液壓系統(tǒng)對共振轉換器內液壓油壓力進行調節(jié)，推動柱塞伸出柱塞腔外頂起推力塊，共振轉換器恢復至接入狀態(tài)發(fā)揮減振作用。
[0016]本實用新型中，所述柱塞頭直徑大于細桿直徑，所述預緊彈簧是圓柱螺旋彈簧，所述行程開關是微動快速型行程開關，所述機械傳動機構和行程開關都放置在推力軸承內部結構的外圍，所述電氣控制系統(tǒng)優(yōu)選是模塊式PLC。
[0017]本實用新型中，共振轉換器的工作狀態(tài)直接決定于柱塞在柱塞腔內的位置。當推力塊被液壓柱塞所支撐時，共振轉換器處于接入狀態(tài)，發(fā)揮減振作用，此時稱柱塞處于“浮動”狀態(tài)；反之，當柱塞被擠壓至柱塞腔內，液壓油墊不起支撐作用，共振轉換器處于斷開狀態(tài)，無法起到減振作用，此時稱柱塞處于“沉底”狀態(tài)。但無論柱塞處于哪種位置，柱塞始終與推力塊是相接觸的。換句話說，柱塞和推力塊的運動是同步的。當柱塞由“浮動”位置變化為“沉底”位置時，推力塊和柱塞一起都發(fā)生相同的位移。這樣，通過監(jiān)測推力塊的位移就可以起到間接監(jiān)測柱塞位置的效果。
[0018]行程開關可以實現(xiàn)位置狀態(tài)的監(jiān)測，但推力軸承內部結構的裝配很緊湊，并沒有足夠的空間供行程開關安裝用，必須尋求其他空間。由于在推力塊的保持架中布置柱塞，導致保持架的軸向尺寸被加長，這部分增加的尺寸為行程開關的安裝創(chuàng)造空間條件。本實用新型對保持架和推力軸承殼體沿徑向開孔，提供行程開關的放置通道，將行程開關安裝在內部結構的外圍，再在推力塊和行程開關之間增加一機械傳動機構，實現(xiàn)對推力塊位移的監(jiān)測。這一機械傳動結構由簡單的細桿和預緊彈簧組成，容置在保持架內部靠近柱塞腔的擴孔中。
[0019]推力塊的位移信號被行程開關接受后，以電信號形式輸出至電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)將檢測值與預先設置的閾值進行比較，根據兩者的大小關系發(fā)送相應的控制指令，驅動液壓系統(tǒng)動作和信號燈變化。信號燈的設置提供一種判斷柱塞狀態(tài)的直觀目測方法。液壓系統(tǒng)的作用是對共振轉換器內液壓油壓力進行調節(jié)，以推動柱塞伸出柱塞腔外頂起推力塊，處于“浮動”狀態(tài)。
[0020]本實用新型具有以下幾方面的顯著優(yōu)點:
[0021](I)機械傳動機構簡單，行程開關拆裝容易，方便檢修和更換；
[0022](2)可以直觀目測柱塞的位置狀態(tài)，提高推力軸承共振轉換器裝配調試的效率；
[0023](3)實時控制性能好，實現(xiàn)柱塞位置的自動調整，共振轉換器工作的可靠性得到有效保障。
[0024]【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本實用新型實施例的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)的機械傳動機構的結構示意圖。
[0026]圖2是圖1的局部放大圖。
[0027]圖3是圖1的A— A向剖視圖。
[0028]圖4是本實用新型實施例的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)的顯示柱塞位置狀態(tài)的原理圖。
[0029]圖5是本實用新型實施例的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖。
[0030]圖6是本實用新型實施例的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)的應用方案圖。
[0031]【具體實施方式】
[0032]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0033]如圖1所示是本實用新型實施例的機械傳動機構的結構示意圖。如圖2所示是圖1的局部放大圖。如圖3所示是圖1的A— A向剖視圖。
[0034]推力塊I固定于保持架2中，各推力塊I (或推力瓦)之間用阻旋鈕3隔離，阻止推力塊I的周向轉動，保持架2是上、下剖分式結構，在其內部沿周向均勻開有與推力塊I數量相等的柱塞腔4，各柱塞腔4內容納有柱塞5，各柱塞5的末端面與所在柱塞腔4的底部形成間隙，各間隙相互貫通并充滿液壓油，形成平衡油缸6。各柱塞5在液壓油壓力作用下支撐推力塊1，處于“浮動”狀態(tài)，推力塊I在推力環(huán)7縱向振動激勵下推動柱塞5振動，引起平衡油缸6內產生壓力脈動，進而將振動傳遞至共振轉換器(圖中未畫出)中，實現(xiàn)減振。當平衡油缸6因發(fā)生漏油或者壓力不足時，各柱塞5被螺旋槳推力擠壓入所在柱塞腔4中，處于“沉底”狀態(tài)，共振轉換器無法發(fā)揮減振作用。
[0035]在保持架2內部靠近柱塞腔4位置開有擴孔8，擴孔8中安裝一帶有柱塞頭9的細桿10，柱塞頭9的直徑大于細桿10，細桿10底端面與行程開關11接觸，保持架2的徑向孔12和殼體13的徑向孔14構成行程開關11的放置通道，柱塞頭9通過預緊彈簧15與擴孔8的臺面16連接，在預緊彈簧15的彈性恢復力作用下，柱塞頭9頂住推力塊1，將推力塊I的位移信號經細桿10傳遞至行程開關13，行程開關13將推力塊I的位移信號轉換為電信號通過導線17輸出。為避免異物進入徑向孔12、14，徑向孔14用套筒18蓋住，通過六角螺釘19鎖緊，導線17從套筒18的通孔中引出。這種結構設計可以在不拆開殼體13的情況下對行程開關11進行檢修和更換。
[0036]圖4是本實用新型實施例的顯示柱塞位置狀態(tài)的原理圖。當柱塞處于“浮動”狀態(tài)時，行程開關11的驅動桿20接通上線路，此時綠色信號燈亮；當螺旋槳推力大于平衡油缸6內液壓油壓力時，推力環(huán)7擠壓推力塊I向前移動，推力塊I再推動柱塞頭9、細桿10和驅動桿20移動，當推力塊I的移動位移在行程開關11的閾值范圍內，驅動桿20仍然與上線路接通，綠色信號燈亮，柱塞還是處于“浮動”狀態(tài)，但一旦推力塊I的移動位移超過行程開關11的閾值，驅動桿20迅速與下線路接通，綠色信號燈熄滅，紅色信號燈亮，發(fā)出報警。因此，通過觀察信號燈的顏色就可以判斷柱塞5的位置狀態(tài)，有效地解決柱塞5的位置狀態(tài)無法目測的問題。此外，這種信號燈的設計方案有助于提高推力軸承共振轉換器裝配調試的效率。在向平衡油缸6內注油之前以及注油過程中，紅色信號燈亮，當平衡油缸6內液壓油已注滿并且壓力達到一定值后，柱塞5頂起推力塊1，驅動桿20接通上線路，紅色信號燈熄滅，綠色信號燈亮。
[0037]圖5是本實用新型實施例的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖。監(jiān)控系統(tǒng)由機械傳動機構、行程開關、PLC (包括電源模塊、CPU模塊、存儲模塊、輸入模塊和輸出模塊)和液壓系統(tǒng)組成。機械傳動機構將推力塊的位移信號傳遞至行程開關，行程開關將推力塊的位移信號轉換為電信號輸出，輸入模塊經輸入接口接受行程開關電信號，將電信號變換為數字信號傳輸至CPU模塊，CPU模塊以閾值作為參考對檢測值進行比較，若檢測值小于閾值，CPU模塊繼續(xù)比較下一個檢測值，一旦出現(xiàn)檢測值大于閾值的情況，CPU模塊同時向輸出模塊發(fā)送信號燈變化指令和液壓系統(tǒng)啟動指令，經不同輸出接口分別被信號燈控制電路和液壓系統(tǒng)啟動電路所接受，紅色信號亮，綠色信號熄滅，平衡油缸內液壓油升壓，推動柱塞頂起推力塊，推力塊的位移信號再次被機械傳動機構傳遞至行程開關，輸入模塊又接受行程開關的電信號，CPU模塊再次將檢測值與閾值進行比較，當檢測值達到閾值時，又同時向輸出模塊發(fā)送信號燈變化指令和液壓系統(tǒng)關閉指令，紅色信號熄滅，綠色信號亮，液壓系統(tǒng)關閉。
[0038]圖6是本實用新型的一個應用實例的結構示意圖。液壓缸21和液壓管22組成共振轉換器，與推力軸承23連接。液壓系統(tǒng)的泵源是一臺定量柱塞泵24，由電機25驅動。在柱塞泵24出口處接一個止回閥26，避免液壓油倒灌。為保證液壓油的清潔度，在出油路上安裝一個精過濾器27。直動式電液比例溢流閥28與先導式溢流閥29的遙控口連接，構成比例調壓回路，直動式電液比例溢流閥28作比例調壓用，通過改變直動式電液比例溢流閥28的輸入電流，在額定值范圍內任意設定液壓系統(tǒng)壓力，先導式溢流閥29作主溢流用，起到安全保護作用。作為常規(guī)配置，油箱帶有放油球閥30、液位計31和空氣濾清器32，平時用堵頭33將油箱的放油管路堵住，防止異物進入堵塞放油管路。液壓管路上預留有多個測壓接頭34，可以根據實際需要安裝液壓表。
[0039]推力塊I在螺旋槳脈動推力作用下發(fā)生縱向振動，推力塊I的位移信號經細桿10傳遞至行程開關11，行程開關11將位移信號轉換為電信號輸入至PLC35，一旦檢測到推力塊I的位移值超過閾值，綠色信號燈熄滅，紅色信號燈亮，液壓系統(tǒng)在控制指令下啟動，直動式電液比例溢流閥28的輸入電流變化，液壓系統(tǒng)通過共振轉換器對平衡油缸6內液壓油進行升壓，推動柱塞5頂起推力塊1，柱塞5重新回到“浮動”狀態(tài)，紅色信號燈熄滅，綠色信號燈亮。
[0040]柱塞支撐推力塊是共振轉換器接入推力軸承發(fā)揮減振作用的充分條件之一，本實用新型的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)可有效保障這一充分條件的實現(xiàn)。
[0041]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)，用于對推力軸承共振轉換器中的柱塞由于推力塊(I)的擠壓引起在柱塞腔(4)中的移動位置進行實時監(jiān)測和控制，其特征在于，該監(jiān)控系統(tǒng)包括: 機械傳動機構，其為至少一組，容置在保持架(2)靠近推力塊(I) 一側的端面上的沿周向布置的擴孔(8)內，每個擴孔(8)與一柱塞腔(4)對應并徑向布置在其外圍，該機械傳動機構與所述推力塊(I)抵接用于傳遞該推力塊(I)的位移，進而間接傳遞所述柱塞(5 )的位移； 行程開關(11)，其容置于所述擴孔(8)底部并與所述機械傳動機構連接，用于感測該機械傳動機構的位移信息進而得到所述柱塞(5)的位移信息并轉換為電信號以輸出；以及 電氣控制系統(tǒng)，其與所述行程開關(11)電連接，用于接收行程開關(11)輸出的電信號并進而獲得柱塞(5)的位移信息，從而實現(xiàn)推力軸承共振轉換器的柱塞(5)位置的實時監(jiān)測。
2.根據權利要求1所述的一種推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)，其中，所述機械傳動機構包括帶有柱塞頭(9)的細桿(10)和套裝在該細桿(10)上的預緊彈簧(15)，其中所述細桿(10)—端的柱塞頭(9)與所述推力塊(I)通過所述預緊彈簧(15)抵接，所述細桿(10)另一端穿過擴孔(8)與所述行程開關(11)接觸，所述推力塊(I)的位移通過所述柱塞頭(9 )和細桿(10 )傳遞至所述行程開關(11)。
3.根據權利要求1或2所述的一種推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)，其中，所述保持架(2)上在對應各擴孔(8)上開有與其垂直貫通的徑向孔(12)，并在殼體(13)上對應開有通孔(14)，以用于將行程開關(11)的信號線引出殼體(13)外。
4.根據權利要求1或2所述的一種推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)，其中，所述柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)中還包括液壓系統(tǒng)，其用于根據所述電氣控制系統(tǒng)得到的柱塞位移信息所發(fā)出的控制指令，對共振轉換器內的液壓油壓力進行調節(jié)，推動柱塞(5)伸出柱塞腔外頂起推力塊(I )，實現(xiàn)對失位的柱塞(5)的控制。
5.根據權利要求4所述的一種推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)，其中，所述電氣控制系統(tǒng)接收所述行程開關(11)的電信號得到柱塞(5)的位移信息后，通過與設定的閾值比較并在大于該閾值時發(fā)出控制指令給所述液壓系統(tǒng)。
6.根據權利要求5所述的一種推力軸承共振轉換器的柱塞位置監(jiān)控系統(tǒng)，其中，所述電氣控制系統(tǒng)包括電源模塊、CPU模塊、輸入模塊和輸出模塊，其中，所述輸入模塊經輸入接口接受行程開關輸出的電信號，將電信號變換為數字信號后傳輸至CPU模塊，該CPU模塊以閾值作為參考對檢測值進行比較，若檢測值小于所述閾值，CPU模塊繼續(xù)比較下一個檢測值，一旦出現(xiàn)檢測值大于閾值的情況，CPU模塊向輸出模塊發(fā)送液壓系統(tǒng)控制指令。
【文檔編號】F16F9/32GK203730637SQ201420054108
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權日:2014年1月27日
【發(fā)明者】趙耀, 張贛波, 李天勻, 朱翔, 李良偉, 儲煒 申請人:華中科技大學