技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明屬于雙絞刀頭動力分配領(lǐng)域,具體涉及一種基于差速器的絞吸船雙絞刀頭動力分配裝置及方法。
背景技術(shù)
[0002] 鉸刀頭是絞吸式挖泥船的核心挖掘部件,其運轉(zhuǎn)狀態(tài)對切削系統(tǒng)乃至整船運行效率都十分重要。鉸刀頭是絞吸式挖泥船上專
門用來絞松
土壤的工具,使用雙絞刀頭的挖泥船相比單鉸刀頭絞吸船在工作效率方面有著極大的提升,同時也存在缺點。
[0003] 雙絞刀頭的絞吸式挖泥船作業(yè)時,其工作的
水域不可能全部是平整的,有些地方存在一定的坡度,而且還存在絞吸式挖泥船兩側(cè)工作水域的環(huán)境不同。這時
液壓馬達和液壓油
泵之間會自主的調(diào)節(jié)油壓和流速導(dǎo)致兩側(cè)鉸刀頭的轉(zhuǎn)速不能達到統(tǒng)一,而使一側(cè)鉸刀頭的磨損程度加大以及
能量的過度消耗,絞吸效率低。兩側(cè)鉸刀頭出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速差也會加大
船舶的震動程度,給船舶的行駛帶來危險。雙絞刀頭的絞吸式挖泥船無法很好的適應(yīng)較為復(fù)雜水底中的環(huán)境。因此,我們迫切需要一種能對絞吸船上雙絞刀頭進行動力分配的裝置,以解決現(xiàn)有絞吸船雙絞刀頭作業(yè)的缺點。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于差速器的絞吸船雙絞刀頭動力分配裝置及方法,該裝置和方法能自動協(xié)調(diào)兩側(cè)鉸刀頭的轉(zhuǎn)速,提高絞吸船絞吸效率。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于差速器的絞吸船雙絞刀頭動力分配裝置,包括與
發(fā)動機連接的
主軸,所述主軸與差速器連接,所述差速器的
傳動軸分別與A、B側(cè)鉸刀頭的傳動裝置連接;
[0006] 所述傳動裝置包括與差速器的傳動軸連接的半軸,半軸的另一端與液壓油泵連接,所述液壓油泵通過輸油管與鉸刀頭的液壓馬達連接,液壓馬達驅(qū)動鉸刀頭工作;所述輸油管與半軸垂直;
[0007] 兩個半軸上分別設(shè)有
電子制動器,兩個輸油管內(nèi)分別設(shè)有液壓
傳感器和流速傳感器,液壓傳感器和流速傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給電控中心,電控中心根據(jù)該數(shù)據(jù)控制兩個半軸上的電子制動器,以控制兩個鉸刀頭的轉(zhuǎn)速。
[0008] 更進一步的方案是,所述電子制動器為環(huán)形電子制動器,嵌套在半軸上,電子制動器可以接受來自電控中心的
信號,縮小半徑,對半軸進行制動。
[0009] 本發(fā)明還提供一種采用上述基于差速器的絞吸船雙絞刀頭動力分配裝置進行動力分配的方法,通過兩個輸油管上的液壓傳感器和流速傳感器將實時采集的信號傳遞給電控中心,電控中心根據(jù)該數(shù)據(jù)進行計算和判斷,根據(jù)該判斷控制兩個半軸上的電子制動器,從而控制兩個鉸刀頭的轉(zhuǎn)速,再通過差速器調(diào)節(jié)兩個鉸刀頭的轉(zhuǎn)速;具體為:
[0010] 當A側(cè)鉸刀頭遇到堅硬物體時,A側(cè)鉸刀頭的轉(zhuǎn)速會降低,
扭矩會增大,A側(cè)輸油管內(nèi)油壓升高,流速降低,A側(cè)液壓傳感器采集的液壓油的油壓升高和A側(cè)流速傳感器采集的液壓油的流速降低;B側(cè)鉸刀頭的轉(zhuǎn)速和扭矩不變,B側(cè)液壓傳感器采集的液壓油的油壓和B側(cè)流速傳感器采集的液壓油的流速不變;電控中心接收到4個傳感器傳來的數(shù)據(jù)后進行計算和判斷;電控中心根據(jù)判斷會向B側(cè)電子制動器發(fā)送
模擬信號,使B側(cè)電子制動器持續(xù)收緊,增大對其相應(yīng)半軸的
摩擦力,B側(cè)半軸轉(zhuǎn)速持續(xù)下降從而使動力由差速器向A側(cè)半軸輸出;當電控中心通過流速傳感器檢測到兩側(cè)的液壓油的流速差值下降到合理檔位范圍時,電控中心使兩側(cè)的電子制動器施加恒力,保持兩側(cè)鉸刀頭的轉(zhuǎn)速不變;當A側(cè)堅硬物體被清除后,A側(cè)鉸刀頭扭矩減小、轉(zhuǎn)速增大,A側(cè)輸油管內(nèi)油壓降低、流速加快,電控中心檢測到兩側(cè)的油壓相差小于5%后,電控中心使B側(cè)電子制動器停止制動,在電控中心和差速器的作用下,A側(cè)鉸刀頭和B側(cè)鉸刀頭保持同樣的轉(zhuǎn)速。
[0011] 當B側(cè)鉸刀頭遇到堅硬物體時,而A側(cè)鉸刀頭沒有遇到堅硬物體時,同樣通過電控中心和差速器調(diào)節(jié)兩側(cè)的鉸刀頭的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)步驟同上。
[0012] 本發(fā)明中,電控中心采用
單片機,單片機可以接受4個傳感器的信號,并進行運算,還可以向電子制動器發(fā)送信號,驅(qū)動電子制動器;單片機也可通過設(shè)置相應(yīng)的液壓檔位,流速檔位以滿足不同船舶在不同環(huán)境下的行駛要求。液壓傳感器、流速傳感器可以分別收集其所在輸油管的液壓和流速并轉(zhuǎn)化為
電信號傳送給電控中心。電子制動器為環(huán)裝,可以接收信號,增大或減小對其所在半軸的摩擦力,實現(xiàn)對半軸轉(zhuǎn)速的調(diào)整。
[0013] 當A側(cè)的鉸刀頭遇到堅硬物體時,A側(cè)的扭矩會上升,轉(zhuǎn)速會下降。扭矩上升造成液壓變大,轉(zhuǎn)速下降造成流速下降。當電控中心通過收集兩側(cè)傳感器的信號監(jiān)測到A側(cè)轉(zhuǎn)速比B側(cè)轉(zhuǎn)速相差所設(shè)定的檔位時,會啟動B側(cè)的電子制動器來降低B側(cè)半軸的轉(zhuǎn)速,在差速器的作用下,B側(cè)的動力會傳遞給A側(cè),A側(cè)的流速會增加,轉(zhuǎn)速會增加。當電控中心監(jiān)測到兩側(cè)的流速差距在誤差范圍內(nèi)時,此時電子制動器施加恒力不再變化。此時兩側(cè)轉(zhuǎn)速大致相同,效率最大。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于:
[0015] 電控中心根據(jù)4個傳感器傳來的數(shù)據(jù),控制兩個半軸上的電子制動器,從而控制半軸的轉(zhuǎn)速,并通過差速器調(diào)節(jié)兩絞刀頭之間的扭矩和轉(zhuǎn)速比,從而調(diào)整兩鉸刀頭的轉(zhuǎn)速,以增加絞吸船的環(huán)境適應(yīng)性和靈活性,可以大大提高船舶的機動性;
[0016] 采用本裝置后,雙鉸刀頭的轉(zhuǎn)速可以相互調(diào)節(jié),在輸入功率一定的情況下,提高絞吸效率,不會出現(xiàn)一側(cè)鉸刀頭空轉(zhuǎn)而另一側(cè)缺少動力的情況,節(jié)約了
能源;
[0017] 減少了船舶軸系的震動,挺高了船舶乘坐的舒適性和安全性;
[0018] 本裝置結(jié)構(gòu)簡單,安裝拆卸方便,制作成本低,便于推廣應(yīng)用;
[0019] 本方法通過向電控中心的單片機輸入相應(yīng)程序就可實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)速的控制,方法簡單實用。
附圖說明
[0020] 圖1是基于差速器的絞吸船雙絞刀頭動力分配裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0021] 圖2是差速器的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0022] 圖3是基于差速器的絞吸船雙絞刀頭動力分配方法的
流程圖。
[0023] 圖中,1、主軸,2、差速器,3、電子制動器,4、半軸,5、液壓油泵,6、輸油管,7、液壓傳感器和流速傳感器,8、液壓馬達,9、鉸刀頭;10、
輸入軸,11、主動錐形
齒輪,12、齒圈,13、第一傳動軸,14、
外殼,15、差速器框,16、行星齒輪軸,17、側(cè)齒輪,18、第二傳動軸,19、
小行星齒輪。
具體實施方式
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
[0025] 參見圖1,一種基于差速器的絞吸船雙絞刀頭動力分配裝置,包括主軸1、差速器2、電控中心、2個電子制動器3(A側(cè)環(huán)形電子制動器和B側(cè)環(huán)形電子制動器)、2個半軸4(A側(cè)半軸和B側(cè)半軸)、2個液壓油泵5(A側(cè)液壓油泵和B側(cè)液壓油泵)、2個輸油管6(A側(cè)輸油管和B側(cè)輸油管)、2個液壓馬達(A側(cè)液壓馬達和B側(cè)液壓馬達)、2個液壓傳感器和流速傳感器7(A側(cè)液壓傳感器、A側(cè)流速傳感器、B側(cè)液壓傳感器和B側(cè)流速傳感器),主軸1的一端與發(fā)動機連接,主軸1的另一端與差速器2連接,差速器2的第一傳動軸與A側(cè)半軸連接,A側(cè)半軸的另一端與A側(cè)液壓油泵連接,A側(cè)液壓油泵通過A側(cè)輸油管與A側(cè)鉸刀頭的A側(cè)液壓馬達連接,A側(cè)液壓馬達驅(qū)動A側(cè)鉸刀頭工作,A側(cè)輸油管與A側(cè)半軸垂直;差速器2的第二傳動軸與B側(cè)半軸連接,B側(cè)半軸的另一端與B側(cè)液壓油泵連接,B側(cè)液壓油泵通過B側(cè)輸油管與B側(cè)鉸刀頭的B側(cè)液壓馬達連接,B側(cè)液壓馬達驅(qū)動B側(cè)鉸刀頭工作,B側(cè)輸油管與B側(cè)半軸垂直;A側(cè)環(huán)形電子制動器嵌套在A側(cè)半軸上,B側(cè)環(huán)形電子制動器嵌套在B側(cè)半軸上;A側(cè)液壓傳感器、A側(cè)流速傳感器設(shè)置在A側(cè)輸油管內(nèi),B側(cè)液壓傳感器、B側(cè)流速傳感器設(shè)置在B側(cè)輸油管內(nèi),4個傳感器(A側(cè)液壓傳感器、A側(cè)流速傳感器、B側(cè)液壓傳感器和B側(cè)流速傳感器)將采集到的實時數(shù)據(jù)傳遞給電控中心,電控中心根據(jù)該數(shù)據(jù)控制兩個半軸4上的電子制動器3,以控制兩個鉸刀頭9的轉(zhuǎn)速。
[0026] 參見圖2,差速器包括輸入軸10、主動錐形齒輪11、齒圈12、第一傳動軸13、外殼14、差速器框15、行星齒輪軸16、側(cè)齒輪17、第二傳動軸18和小行星齒輪19。差速器2內(nèi)部存在小行星齒輪19可以協(xié)調(diào)兩邊半軸4的轉(zhuǎn)速使其能以不同轉(zhuǎn)速工作。
[0027] 主軸1向差速器2輸入動力后帶動兩側(cè)半軸4轉(zhuǎn)動,兩側(cè)半軸4上都安裝著電子制動器3,電子制動器3受電控中心控制,可接受模擬信號,通過控制施加力的大小來改變相應(yīng)半軸4的轉(zhuǎn)速;兩側(cè)半軸4連接液壓油泵5,液壓油泵5在半軸4的驅(qū)動下給液壓油一個恒定的油壓和流速,液壓油通過輸油管6驅(qū)動液壓馬達8轉(zhuǎn)動。兩側(cè)液壓馬達8分別驅(qū)動鉸刀頭9轉(zhuǎn)動,使船舶作業(yè)。
[0028] 當鉸刀頭工作時,電控中心可以同過收集兩側(cè)液壓流速信號來判斷出哪側(cè)所需的動力多,電控中心根據(jù)計算結(jié)果來控制相應(yīng)的電子制動器,在差速器的協(xié)調(diào)下,降低一側(cè)半軸的轉(zhuǎn)速來提高另一側(cè)半軸的轉(zhuǎn)速從而使兩側(cè)轉(zhuǎn)速大致相同。該裝置適用于復(fù)雜的地形,無論堅硬程度如何不均勻,總可以保持兩側(cè)轉(zhuǎn)速大致相同,從而提高絞吸船工作效率,節(jié)約能源。
[0029] 參見圖3,一種采用上述基于差速器的絞吸船雙絞刀頭動力分配裝置進行動力分配的方法,具體為:
[0030] 首先要在電控中心選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)速檔位,一檔是保持兩側(cè)鉸刀
頭管路內(nèi)流速百分之五,二擋是保持兩側(cè)鉸刀頭管路內(nèi)流速相差百分之十,三擋是保持兩側(cè)鉸刀頭管路內(nèi)流速相差百分之二十;不同的檔位對應(yīng)著不同的工作目標,檔位越高對應(yīng)著絞吸船工作速度的增加,但會導(dǎo)致工作效果變差,反之亦然;
[0031] 裝置運轉(zhuǎn)后,主軸開始恒速轉(zhuǎn)動;正常情況下,A、B兩側(cè)鉸刀頭都以相同的轉(zhuǎn)速進行工作,與此同時電控中心通過液壓傳感器和流速傳感器持續(xù)監(jiān)測兩側(cè)的油壓信號與流速信號。
[0032] 當A側(cè)鉸刀頭遇到堅硬環(huán)境時,A側(cè)鉸刀頭轉(zhuǎn)速會降低同時扭矩會增大,進而輸油管油壓升高,流速降低,而B側(cè)鉸刀轉(zhuǎn)速扭矩不變;電控中心接收兩側(cè)流速傳感器監(jiān)測到的信號后經(jīng)過計算判斷其是否滿足程序所設(shè)定的檔位,當滿足時,電控中心會向B側(cè)的電子制動器發(fā)送模擬信號,使電子制動器持續(xù)收緊、增大對其相應(yīng)半軸的摩擦力,造成B側(cè)半軸轉(zhuǎn)速持續(xù)下降而使動力由差速器向A側(cè)半軸輸出;當電控中心通過流速傳感器監(jiān)測到兩側(cè)的流速差值下降到合理的檔位范圍之內(nèi)時,電控中心向電子制動器傳輸信號,讓電子制動器施加恒力,保持鉸刀頭轉(zhuǎn)速不變,實現(xiàn)工作效率最大化;
[0033] 當A側(cè)堅硬物體被清除后,鉸刀頭扭矩減小,轉(zhuǎn)速增加,進而液壓降低,流速加快;電控中心監(jiān)測到兩側(cè)油壓相差小于5%后,電控中心向電子制動器傳輸信號,停止電子制動器的制動作用;使B側(cè)轉(zhuǎn)速恢復(fù),最后通過差速器的調(diào)節(jié)作用使兩個半軸轉(zhuǎn)速相同,繼續(xù)高效工作。
[0034] 當B側(cè)鉸刀頭遇到堅硬環(huán)境時,B側(cè)鉸刀頭轉(zhuǎn)速會降低同時扭矩會增大,進而輸油管油壓升高,流速降低,而A側(cè)鉸刀轉(zhuǎn)速扭矩不變;電控中心接收兩側(cè)流速傳感器監(jiān)測到的信號后經(jīng)過計算判斷其是否滿足程序所設(shè)定的檔位,當滿足時,電控中心會向A側(cè)的電子制動器發(fā)送模擬信號,使電子制動器持續(xù)收緊、增大對其相應(yīng)半軸的摩擦力,造成A側(cè)半軸轉(zhuǎn)速持續(xù)下降而使動力由差速器向B側(cè)半軸輸出;當電控中心通過流速傳感器監(jiān)測到兩側(cè)的流速差值下降到合理的檔位范圍之內(nèi)時,電控中心向電子制動器傳輸信號,讓電子制動器施加恒力,保持鉸刀頭轉(zhuǎn)速不變,實現(xiàn)工作效率最大化;
[0035] 當B側(cè)堅硬物體被清除后,鉸刀頭扭矩減小,轉(zhuǎn)速增加,進而液壓降低,流速加快;電控中心監(jiān)測到兩側(cè)油壓相差小于5%后,電控中心向電子制動器傳輸信號,停止電子制動器的制動作用;使A側(cè)轉(zhuǎn)速恢復(fù),最后通過差速器的調(diào)節(jié)作用使兩個半軸轉(zhuǎn)速相同,繼續(xù)高效工作。
[0036] 本發(fā)明中,流速傳感器主要由
銅閥體、水流
轉(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾元件組成,一般放在入水口,當水流過轉(zhuǎn)子組件時,水流帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨著流速成線性變化。轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)的過程中會切割磁感線產(chǎn)生高低電平,然后霍爾元件輸出相應(yīng)的脈沖信號反饋給電控中心。電控中心中設(shè)置相應(yīng)的定時/計數(shù)器中斷,計時器設(shè)置為1s,計數(shù)器記錄在這1s內(nèi)的脈沖數(shù),算出
頻率f=n/t。由于n與f成正比,f與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速w成正比,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與流速成正比,即可算出流速。(具體頻率流速轉(zhuǎn)換公式視傳感器而定)
[0037] 液壓傳感器的工作原理是壓力直接作用在傳感器的膜片上,使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,使傳感器的
電阻發(fā)生變化;用電子線路檢測這一變化,并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這個壓力的標準
電壓信號。由于電壓信號是模擬信號,所以需要將輸入的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換得到
數(shù)字信號送到電控中心,電控中心再將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成十進制的電壓V。計算出的電壓值V按照公式Va/Vb=Fa/Fb轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的壓力Fa,其中,Va為液壓傳感器實時采集的壓力輸出的電壓值,F(xiàn)a為液壓傳感器
輸出信號Va轉(zhuǎn)換后的壓力值,F(xiàn)b、Vb為標準對照值。
[0038] 計算流速差時,由于轉(zhuǎn)子頻率與流速成正比,頻率f與脈沖數(shù)n成正比,直接比較脈沖數(shù)就可以算出流速的差值,同理計算液壓差直接比較電壓信號V。單片機接收信號并計算出V0=|(V1-V2)/V1|和n0=|(n1-n2)/n1|的大小來分別代表液壓差和流速差,其中V1為A側(cè)液壓傳感器輸出的電壓值,V2為B側(cè)液壓傳感器輸出的電壓值,n2為B側(cè)流速傳感器轉(zhuǎn)子的脈沖數(shù),n1為A側(cè)流速傳感器轉(zhuǎn)子的脈沖數(shù)。
[0039] 表1
[0040]
[0041] 電控中心根據(jù)計算結(jié)果會
對流速大液壓小一側(cè)的電子制動器持續(xù)輸出脈沖信號,具體操作參見表1,表1為電子制動器工作狀態(tài)表。當前檔位是啟動裝置時在電控中心選擇檔位(1\2\3),一檔是保持兩側(cè)鉸刀頭管路內(nèi)流速相差5%,二擋是保持兩側(cè)鉸刀頭管路內(nèi)流速相差10%,三擋是保持兩側(cè)鉸刀頭管路內(nèi)流速相差20%;不同的檔位對應(yīng)著不同的工作目標,檔位越高對應(yīng)著絞吸船工作速度的增加,但會導(dǎo)致工作效果變差,反之亦然;
[0042] 在實際工作過程中,首先要選擇合適的檔位(檔位越高表示工作速度快,但工作效果變差)。如對工作的效果要求較高則選擇一檔(A、B兩側(cè)鉸刀頭管路內(nèi)流速差為5%)。當選擇一檔時:工作開始后電控中心實時檢測A、B兩側(cè)的流速和液壓參數(shù)并計算出兩側(cè)的流速差和液壓差,如計算到A側(cè)的流速比B側(cè)低10%(高于5%的設(shè)定值),同時A側(cè)液壓比B側(cè)高8%(高于5%的設(shè)定值),說明A側(cè)鉸刀頭遇見堅硬物體;此時電控中心會啟動B側(cè)(液壓小轉(zhuǎn)速大一側(cè))的電子制動器,使其一直增加作用力直到流速差符合設(shè)置的檔位,這里是一檔,保證兩側(cè)流速差小于5%(當設(shè)定的是二檔和三檔時,選擇二檔時,保證兩側(cè)流速差小于
10%;選擇三檔時,保證兩側(cè)流速差小于20%);在這一過程中B側(cè)動力會通過差速器向A側(cè)輸送。之后當檢測到A、B兩側(cè)液壓差小于5%時,說明A側(cè)堅硬物體已被清除,此時電控中心會關(guān)閉B側(cè)的電子制動器?;謴?fù)正常的工作狀態(tài)。
[0043] 值得說明的是:檔位選擇后只有當電控中心檢測到A、B兩側(cè)的流速差和液壓差同時滿足條件時,電子制動器才會進入工作狀態(tài)(在選擇一檔時,如A、B兩側(cè)流速相差6%,但是液壓只相差4%,此時電子制動器不工作);電子制動器在施加恒力的過程中,只要電控中心檢測到A、B兩側(cè)液壓差小于5%,電子制動器就會停止工作。
[0044] 二檔和三檔與一檔的差別在于啟動電子制動器工作時的條件不同。一檔是在兩側(cè)流速差大于5%,同時液壓差大于5%;二檔是兩側(cè)流速差大于10%,同時液壓差大于5%;三檔是兩側(cè)流速差大于20%,同時液壓差大于5%。三種檔位下電子制動器結(jié)束工作時的條件相同,都為兩側(cè)液壓差小于5%。
[0045] 以上所述是本
專利的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明的原理前提下,對本發(fā)明的技術(shù)方案可以做若干適合情況的改進。因此,本發(fā)明的保護范圍不限于此,本領(lǐng)域中的技術(shù)人員任何基于本發(fā)明技術(shù)方案上非實質(zhì)性的變更包括在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。