一种基于液力伺服控制的减振推力轴承
阅读说明：本技术 一种基于液力伺服控制的减振推力轴承 (Damping thrust bearing based on hydraulic servo control ) 是由 李燎原 张立浩 刘伟 李全超 李栋梁 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于液力伺服控制的减振推力轴承,包括推力轴承本体、倒车套环、倒车推力块、正车推力块、正车套环、减振元件、集成阀块和控制箱；减振元件沿周向均匀设置于正车套环内,包括液压缸、减振弹簧、活塞、推力支撑块、弹簧压帽、磁环、位移传感器；各减振元件相互并联,密封腔进油口通过油管联接后与集成阀块连接,集成阀块连接液压系统；各位移传感器分别与控制箱连接,集成阀块与控制箱连接,控制箱依据位移传感器位移量信号控制集成阀块动作来作动液压,确保推进轴系位移保持在设计范围内。本发明通过液力伺服控制自适应轴系推力,确保轴系位移量不超过轴系纵向位移许用窜动量,实现全推力范围内具备减振功能。(The invention relates to a vibration reduction thrust bearing based on hydraulic servo control, which comprises a thrust bearing body, a reversing sleeve ring, a reversing thrust block, a forward sleeve ring, a vibration reduction element, an integrated valve block and a control box, wherein the reversing sleeve ring is arranged on the thrust bearing body; the damping elements are uniformly arranged in the positive vehicle sleeve ring along the circumferential direction and comprise a hydraulic cylinder, a damping spring, a piston, a thrust supporting block, a spring pressing cap, a magnetic ring and a displacement sensor; all the vibration reduction elements are connected in parallel, oil inlets of the sealing cavities are connected with the integrated valve block after being connected through oil pipes, and the integrated valve block is connected with a hydraulic system; each displacement sensor is respectively connected with the control box, the integrated valve block is connected with the control box, and the control box controls the integrated valve block to act according to displacement signals of the displacement sensors so as to actuate hydraulic pressure, so that the displacement of the propulsion shaft system is kept within a design range. The self-adaptive shafting thrust is controlled through the hydraulic servo, the shafting displacement is ensured not to exceed the allowable displacement of the shafting longitudinal displacement, and the vibration reduction function is realized within the full thrust range.)
技术领域
本发明属于船舶动力装置技术领域，具体涉及一种基于液力伺服控制的减振推力轴承。
背景技术
降低螺旋桨纵向激励向艇体的传递对振动噪声的控制具有重要意义。基于减隔振思想，在轴系螺旋桨激振力传递路径中集成减振功能，通过设计合理的减振元件，到达所需要的刚度值，有效降低螺旋桨纵向激励力向艇体的传递。如碟簧式减振推力轴承等设备，碟簧减振推力轴承通过在推力轴承内部非旋转部件中设置碟簧减振元件，降低推力轴承纵向刚度，达到隔离螺旋桨纵向激励力向艇体传递的目的，但刚度降低后随着螺旋桨推力增大，轴系会往艏部窜动，受限于轴系许用位移量限制，碟簧式减振推力轴承会设置刚性限位保护结构，确保轴系窜动量在许用位移量范围内，当螺旋桨推力过大，碟簧式推力轴承刚性限位后，碟簧式推力轴承就失去了减振效果，故其仅在一定推力范围内具备减振功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有减振推力轴承或其他轴系减振设备仅在一定推力范围内具备纵向减振功能的问题，提供一种基于液力伺服控制的减振推力轴承，在降低推力轴承纵向刚度的同时，通过液力伺服控制自适应轴系推力，确保轴系位移量不超过轴系纵向位移许用窜动量，实现全推力范围内具备减振功能。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种基于液力伺服控制的减振推力轴承，包括推力轴承本体，所述推力轴承本体包括推力轴、推力轴承壳体以及安装于推力轴承壳体内的倒车套环、倒车推力块、正车推力块和正车套环；所述减振推力轴承还包括减振元件、集成阀块和控制箱；所述减振元件沿周向均匀设置于所述正车套环内，每一减振元件包括液压缸、减振弹簧、活塞、推力支撑块、弹簧压帽、磁环、位移传感器；所述弹簧压帽后端位于液压缸内、前端从液压缸前端中部伸出，弹簧压帽能够相对液压缸沿轴向移动，所述推力支撑块固定安装在弹簧压帽前端，推力支撑块与所述正车推力块接触；所述磁环固定安装在弹簧压帽后端；所述活塞安装在缸体内，所述减振弹簧安装在弹簧压帽与活塞之间，活塞与液压缸后端之间形成密封腔；所述位移传感器固定安装于液压缸后端；各减振元件相互并联，各减振元件的密封腔进油口通过油管联接后与所述集成阀块连接，集成阀块的进油口和回油口连接液压系统；各减振元件的位移传感器分别与所述控制箱连接，集成阀块与所述控制箱连接，所述控制箱依据位移传感器位移量信号控制集成阀块动作来作动液压，确保推进轴系位移保持在设计范围内。
上述方案中，所述液压缸包括缸体、前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖固定安装在缸体两端。
上述方案中，所述减振元件还包括固定安装于所述后端盖后端的过渡接头，所述过渡接头沿轴向从推力轴承壳体穿出，以便与集成阀块连接。
上述方案中，所述位移传感器采用磁致伸缩位移传感器，位移传感器固定安装于后端盖上，其本体伸入缸体内；所述减振元件还包括密封套筒，密封套筒套装于传感器本体外部，并与后端盖固定连接。
上述方案中，所述推力支撑块的外径大于前端盖的内径，推力支撑块和前端盖之间设置有保护间隙，保证推力轴系位移不超过限定位移。
上述方案中，所述弹簧压帽穿过前端盖位置处留有设计间隙，以防止弹簧压帽与前端盖刚性接触。
上述方案中，所述磁环通过磁环固定装置固定安装在弹簧压帽后端，所述磁环固定装置包括磁环固定杆和磁环压板，所述磁环固定杆固定安装于弹簧压帽后端，磁环压板固定安装于磁环固定杆后端，磁环嵌置于磁环固定杆与磁环压板之间。
上述方案中，所述减振推力轴承还包括倒车调整板和正车调整板，所述倒车调整板设置于推力轴承壳体与倒车套环之间，所述正车调整板设置于推力轴承壳体与正车套环之间。
上述方案中，所述减振推力轴承还包括上支撑轴瓦和下支撑轴瓦，所述上支撑轴瓦和下支撑轴瓦设置于正车套环内侧，形成对推力轴的径向支撑。
上述方案中，所述控制箱包括“显示”与“控制”两种工作模式，当控制箱处于“显示”模式时，推力轴承的液力伺服控制系统不参与工作；当控制箱处于“控制”模式时，推力轴承的液力伺服控制系统参与工作，此时所述控制箱依据位移传感器位移量信号控制集成阀块动作来作动液压，确保推进轴系位移保持在设计范围内。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的基于液力伺服控制的减振推力轴承内部集成有减振元件，具备纵向减振功能；减振元件的减振功能主要依靠减振弹簧来实现，可以根据实际减振频率范围要求设计减振弹簧的刚度，实现不同频率下的减振需求。
2、由于船舶推进系统对轴系的纵向位移量有一定的设计要求，一般不允许超出设计值。依据该思想，本发明的减振元件同样设置有限位值，在螺旋桨推力的作用下，当轴系纵向位移超出设计值，磁致伸缩位移传感器将采集变位信号，并传给控制箱，依据既定程序算法，控制箱发出指令，通过控制集成阀块的动作，向减振元件密封腔注入或排出液压油，进而激活缸内活塞动作，使得减振弹簧向艏部或艉部移动，最终使推力轴的位置调整至设计值范围内。整个过程自适应螺旋桨推力，避免因推力增大压缩弹性减振元件导致轴系窜动量超限，从而实现全推力范围内具备减振功能。
3、本发明的减振元件设置有刚性限位保护，在液压控制失效或特别工况下实现刚性限位，保护轴系位移不超过限定位移，保证支撑作用，避免对振源造成损伤。
4、本发明提供的新型减振推力轴承，主要用于传递推力和扭矩，同时降低螺旋桨纵向振动激励向船体的传递，内部集成纵向减振功能，并且通过液力伺服控制自适应轴系推力，从而实现全推力范围内具备减振功能，特别适用于要求减振范围大的轴系。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明基于液力伺服控制的减振推力轴承的整体结构图；
图2是图1所示减振推力轴承的减振元件的结构图；
图3是图1所示减振推力轴承的控制箱的示意图。
图中：10、推力轴承本体；11、推力轴；111、推力环；121、上壳体；122、下壳体；131、倒车调整板；132、正车调整板；141、倒车套环；142、正车套环；151、倒车推力块；152、正车推力块；161、上支撑轴瓦；162、下支撑轴瓦；171、倒车端面油封；172、正车端面油封；
20、减振元件；21、推力支撑块；22、前端盖；23、弹簧压帽；24、缸体；25、减振弹簧；26、活塞；27、密封套筒；28、后端盖；29、位移传感器；210、磁环固定杆；211、磁环；212、磁环压板；213、过渡接头；
30、集成阀块；
40、控制箱。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于液力伺服控制的减振推力轴承，包括推力轴承本体10、减振元件20、集成阀块30和控制箱40。
推力轴承本体10包括推力轴11、推力轴承壳体、倒车调整板131、倒车套环141、倒车推力块151、正车推力块152、正车套环142、正车调整板132、上支撑轴瓦161、下支撑轴瓦162、倒车端面油封171和正车端面油封172。其中，推力轴11的中部为推力环111；倒车调整板131、倒车套环141、倒车推力块151、推力环111、正车推力块152、正车套环142、正车调整板132沿轴向依次布置，共同置于推力轴承壳体内；上支撑轴瓦161和下支撑轴瓦162置于正车套环142内侧，形成对推力轴11的径向支撑；此外，为防止推力轴承内部滑油泄漏，在壳体两端分别设有倒车端面油封171和正车端面油封172。倒车推力块151、正车推力块152与推力环111之间的间隙分别通过调整倒车调整板131和正车调整板132的厚度来实现。
本实施例中，倒车推力块151和正车推力块152均有八块，沿轴心线周向均匀分布。减振元件20同样有八套，沿周向均匀设置于正车套环142内。
如图2所示，减振元件20包括缸体24、减振弹簧25、活塞26、前端盖22、后端盖28、推力支撑块21、弹簧压帽23、磁环211、磁环固定装置、位移传感器29、密封套筒27。前端盖22和后端盖28固定安装在缸体24两端；弹簧压帽23后端位于缸体24内、前端从前端盖22中部伸出缸体24外，弹簧压帽23能够相对缸体24沿轴向移动；推力支撑块21固定安装在弹簧压帽23前端，推力支撑块21与正车推力块152接触；磁环211通过磁环固定装置固定安装在弹簧压帽23后端，具体的，磁环固定装置包括磁环固定杆210和磁环压板212，磁环固定杆210固定安装于弹簧压帽23后端，磁环压板212固定安装于磁环固定杆210后端，磁环211嵌置于磁环固定杆210与磁环压板212之间；位移传感器29采用磁致伸缩位移传感器，传感器本体伸入缸体24内，并固定安装于后端盖28上；密封套筒27套装于传感器本体外部，并与后端盖28固定连接；活塞26安装在缸体24内，减振弹簧25安装在弹簧压帽23与活塞26之间；活塞26内周和外周设置有密封圈，与缸体24、密封套筒27和后端盖28形成密封腔。减振元件20还包括固定安装于后端盖28后端的过渡接头213，过渡接头213沿轴向从推力轴承壳体伸出，以便与集成阀块30连接。
本装置工作时，八个减振元件20相互并联，利用油管将各自的过渡接头213进油口联接，然后与集成阀块30的出油口连接，集成阀块30的进油口和回油口接入液压系统，通过向减振元件20的密封腔内注入或排出一定压力的液压油，实现减振元件20内部压力的自平衡，当推力通过推力轴11传递到正车推力块152，再传递到减振元件20，推力与弹簧压力、液压油压力实现平衡，进而实现八个正车推力块152的比压平衡。各减振元件20的位移传感器29信号线分别与控制箱40连接，实现推力轴位移信号的传输和监控；集成阀块30信号线与控制箱40连接，控制箱40依据位移传感器29位移量信号控制集成阀块30动作来作动液压，确保推进轴系位移保持在设计范围内。
控制箱40包括“显示”与“控制”两种工作模式：
控制箱40处于“显示”模式时，此时推力轴承的液力伺服控制系统不参与工作。当推力轴11承受正车推力时，推力依次经由正车推力块152--减振元件20--正车调整板132—推力轴承壳体，通过推力轴承基座传递到船舶壳体上；当推力轴11承受倒车推力时，推力则依次经由倒车推力块151--倒车套环141--倒车调整板131--推力轴承壳体，通过推力轴承基座传递到船舶壳体上。
控制箱40处于“控制”模式时，此时推力轴承的液力伺服控制系统参与工作。在倒车工况下，螺旋桨推力经由推力轴承的传递途径与“显示”模式时完全相同。但在正车工况时，当推力传递至减振元件20时，推力支撑块21将迫使弹簧压帽23压缩减振弹簧25，磁环固定杆210、磁环211、磁环压板212也将跟随弹簧压帽23向艏部移动。此时，磁致伸缩位移传感器29将获取磁环211的实际位置，并将此位移信号传输给控制箱40。当推力继续增大，使得推力轴11的纵向位移超出设计范围时，控制箱40将依据磁致伸缩位移传感器29测得的位移信号，按既定程序算法，向集成阀块30发出控制指令，进而控制液压油经由过渡接头213和后端盖28的油路进入减振元件20液压油腔。当压力达到一定数值后，在液压油的作用下，推动活塞26向艉部移动，进而带动减振弹簧25、弹簧压帽23和推力支撑块21向艉部移动，最终使得推力轴的纵向位移重新落入设计值范围内，此时控制箱40再次发出指令，集成阀块30停止供油，使得推力轴承再次具备减振功能。若螺旋桨推力继续增加，本智力成果的工作过程亦然。在控制箱40的“控制”模式下，若螺旋桨推力由某个较大值减小使得推力轴11的纵向位移低于设计范围时，液力伺服控制系统同样参与工作，唯一不同的是，此时控制箱40对集成阀块30发出的是泄油指令，最终目的依然是使推力轴的纵向位移落在设计范围内，此处不再赘述其工作原理及工作过程。
如图3所示，控制箱40的控制面板上显示液压油压力、减振元件20的位移测量值和平均值。“显示”和“控制”共用一个旋钮，旋钮指向“显示”时表示控制箱40处于显示状态，此时推力轴承的液力伺服控制系统不参与工作；旋钮指向“控制”时表示控制箱40处于控制状态。“编号切换”按钮可以顺序切换查看各减振元件20的位移测量值。“消音”按钮可以在控制箱40报警时静音蜂鸣器。
进一步优化，推力支撑块21的外径大于前端盖22的内径，推力支撑块21和前端盖22之间设置有保护间隙。当推力增大速度过快或者液压控制失效时，推力支撑块21在激励力作用下与前端盖22刚性接触，此时减振元件20失去减振功能，但依然可以起到支撑承载作用，保护推力轴系位移不超过限定位移。控制箱40处于“显示”工作模式时，推力轴承仅在正车工况，且螺旋桨推力未使得推力支撑块21接触前端盖22时具备减振功能，当推力继续增大时，推力轴承不再具备纵向减振功能。
进一步优化，弹簧压帽23穿过前端盖22位置处留有设计间隙，以防止弹簧压帽23与前端盖22刚性接触，避免刚性接触削弱减振效果。
进一步优化，弹簧压帽23和活塞26均设置有裙边，以有效保中间的减振弹簧25，避免减振弹簧25偏斜。
进一步优化，后端盖28上设置有排气孔，根据减振元件20安装方向调整排气孔路位置，使排气孔路位于物理高位，用于在初次安装时将密封腔内空气排尽。
进一步优化，推力轴承壳体包括上壳体121和下壳体122，上壳体121和下壳体122均采用焊接件，避免采用铸造工艺造成壳体材料内部存在气孔、砂眼等缺陷，同时焊接无需开模，可节约成本。
进一步优化，减振元件20的减振功能主要依靠减振弹簧25来实现。减振弹簧25的刚度可按需设计，根据实际减振频率范围要求，设计螺旋弹簧刚度，实现不同频率下的减振需求。
本实施例中列举八块推力块为例，其他数量依然在保护范围内。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
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