基于陀螺減震儀的船用減震裝置及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及船艇減震技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于陀螺減震儀的船用減震裝置及工 作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在隨機(jī)海面上航行船舶的橫搖會(huì)影響船舶的適航性、安全性、船上設(shè)備的正 常工作以及乘員的舒適性;對(duì)軍艦而言，船舶的劇烈橫搖，嚴(yán)重影響其戰(zhàn)斗力。長(zhǎng)期以來，為 抑制船舶橫搖學(xué)界和業(yè)界作出了不懈努力。
[0003] 目前業(yè)界采用鰭減搖、舵減搖、減搖水箱等減震裝置，這些減震裝置各有特點(diǎn)，工 程中普遍采用的鰭減搖和舵減震裝置減搖能力與船舶航速有關(guān)，在零航速下難以達(dá)到良好 減搖效果，而且減震裝置一旦損壞，會(huì)對(duì)船舶航行產(chǎn)生附件阻力，減搖水箱雖能在零航速下 減搖，但由于需要很大的空間來存儲(chǔ)足夠量的水，應(yīng)用受到限制基于控制力矩陀螺減震裝 置，利用其陀螺轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定動(dòng)量矩輸出，用一個(gè)小的力矩輸入產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)，可獲得放大的輸出 力矩來抑制船舶橫搖，而且它安裝方便，占用空間小，在船舶零航速下亦可產(chǎn)生很好的減搖 效果，是一種很有前途的新型船舶橫搖抑制方案，正引起國際學(xué)界和業(yè)界的濃厚關(guān)注。采用 陀螺減搖的設(shè)想有較長(zhǎng)歷史，1992年5月美國海軍在UUS Worden驅(qū)逐艦上安裝了陀螺減震 裝置;意大利在排水量為41700t的豪華班輪Conte Di Savoia安裝了主動(dòng)陀螺減震裝置，這 是目前安裝陀螺減震裝置最大的船舶。受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，陀螺減搖的工程實(shí)現(xiàn)存在 著很大困難，制約了該研究的深入，因此在陀螺減搖研究方面可見的文獻(xiàn)較少。隨著材料科 學(xué)、制造技術(shù)、控制理論月2011年10月陸建輝等:抑制船舶非線性橫搖的主動(dòng)陀螺減震裝置 87和技術(shù)的進(jìn)步，制造大型陀螺的基礎(chǔ)已具備，給陀螺減搖技術(shù)的應(yīng)用帶來了機(jī)遇。 TOWNSEND等進(jìn)行了陀螺減搖的模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了其減搖能力，但所做試驗(yàn)是在正弦波激勵(lì) 下的船舶橫搖減搖。HIROTO等設(shè)計(jì)了一個(gè)陀螺裝置用于抑制建筑物的振動(dòng)，并做了現(xiàn)場(chǎng)試 驗(yàn)，驗(yàn)證了陀螺減振裝置的可靠性，其減振效果可達(dá)50 %以上。
[0004] 至今，國內(nèi)外的陀螺減搖儀，需一直通電在工作狀態(tài)下，即使在船較平穩(wěn)不需要減 搖的時(shí)候，浪費(fèi)了電能，減短了減搖儀及其他零部件的使用壽命?，F(xiàn)在還沒有一款實(shí)現(xiàn)智能 化船用減震的陀螺儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于陀螺減震儀的船用減 震裝置及工作方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0007] 基于陀螺減震儀的船用減震裝置，包括陀螺減震儀、控制器、設(shè)置于控制器內(nèi)部的 傾角傳感模塊、支架和傳動(dòng)裝置;其中，傳動(dòng)裝置固定設(shè)置于船體內(nèi)側(cè)壁，所述陀螺減震儀 兩側(cè)固定設(shè)置于傳動(dòng)裝置上，陀螺減震儀通過傳動(dòng)裝置水平設(shè)置于船體內(nèi)部，所述支架固 定設(shè)置在船體內(nèi)部，且與陀螺減震儀固定連接，用于固定陀螺減震儀;所述支架上依次設(shè)置 傾角傳感模塊;所述陀螺減震儀的外壁設(shè)置控制器、驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置，所述控制器與驅(qū) 動(dòng)裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)裝置與傳動(dòng)裝置連接;所述控制器用于接收傾角傳感模塊檢測(cè)的船 體傾斜角度，并根據(jù)船體傾斜角度預(yù)測(cè)傾角信號(hào)，通過控制驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)陀螺減震儀轉(zhuǎn)速 的控制。
[0008] 優(yōu)選的，所述控制器采用變?cè)鲆婵刂坡煽刂齐姍C(jī)轉(zhuǎn)速，以控制陀螺減震儀進(jìn)動(dòng)。
[0009] 優(yōu)選的，所述傾角傳感模塊包括檢測(cè)船體傾斜角度的電容式單軸傾角傳感器。電 容式單軸傾角傳感模塊模塊位于控制箱內(nèi)部，根據(jù)船體大小及安裝水平程度，在安裝完成 后進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0010]優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括變頻電機(jī)和電機(jī)軸，所述傳動(dòng)裝置包括單向軸承和齒 輪，所述驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)軸上套有單向軸承，所述軸承外套齒輪，所述齒輪與陀螺減震儀內(nèi) 部齒輪嚙合傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置與陀螺減震儀的連接傳動(dòng)。
[0011]優(yōu)選的，所述支架對(duì)稱設(shè)置與陀螺減震儀的前側(cè)和后側(cè)，且支架通過銷軸與陀螺 減震儀進(jìn)行固定。
[0012] 優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)裝置為變頻電機(jī)，所述傳動(dòng)裝置為皮帶，陀螺減震儀的外壁還設(shè) 置與電機(jī)連接的離合器，變頻電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)離合器控制陀螺減震儀在皮帶上進(jìn)動(dòng)。
[0013] 優(yōu)選的，所述支架上還設(shè)置供電裝置，控制器通過供電裝置與驅(qū)動(dòng)裝置電連接。所 述控制器通過供電裝置的開閉實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置的控制。
[0014] 優(yōu)選的，所述陀螺減震儀的外壁設(shè)置減震套;所述支架上還設(shè)置散熱箱和水栗，所 述散熱箱和水栗均與控制器連接。所述控制器根據(jù)傾角傳感模塊檢測(cè)的船體傾斜角度，驅(qū) 動(dòng)散熱箱和水栗工作，實(shí)現(xiàn)溫度的控制。
[0015] 基于上述基于陀螺減震儀的船用減震裝置的工作方法，包括以下兩種工作模式， 工作模式由控制器進(jìn)行設(shè)定：
[0016] 模式一:傾角傳感器檢測(cè)船體傾斜角度數(shù)據(jù)，當(dāng)船體傾斜角度數(shù)據(jù)小于預(yù)設(shè)角度 時(shí)，傾角傳感器向控制器發(fā)送船體傾斜角度數(shù)據(jù)，陀螺減震儀不工作；
[0017] 當(dāng)船體發(fā)生較大幅度偏轉(zhuǎn)時(shí)，即傾角傳感器檢測(cè)船體傾斜角度數(shù)據(jù)大于等于預(yù)設(shè) 角度，傾角傳感器向控制器發(fā)送船體傾斜角度數(shù)據(jù)，控制器根據(jù)船體傾斜角度數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)傾 角信號(hào)，根據(jù)預(yù)測(cè)函數(shù)獲取電流數(shù)據(jù)，一方面，控制器驅(qū)動(dòng)水栗工作，以降低系統(tǒng)溫度;另一 方面，控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)控制陀螺減震儀工作狀態(tài)和工作轉(zhuǎn)速，控制了船體平 衡；當(dāng)船體平衡大于等于預(yù)設(shè)平衡時(shí)間，傾角傳感器檢測(cè)船體傾斜角度數(shù)據(jù)，將船體傾斜角 度數(shù)據(jù)傳輸至控制器，控制器在預(yù)設(shè)斷電時(shí)間后斷開電機(jī)電源，陀螺減震儀停止工作；
[0018] 模式二:本裝置為普通陀螺減震儀工作模式，陀螺減震儀持續(xù)處于工作狀態(tài)。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 1.本發(fā)明在陀螺減搖儀基礎(chǔ)上增加了傾角傳感模塊和控制器，操控過程更加智能 化；
[0021] 2.本發(fā)明通過控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)后續(xù)的陀螺減震儀工作，操控方式 簡(jiǎn)單，安裝容易；
[0022] 3.本發(fā)明的控制器和傾角傳感器均采用模塊化電路，當(dāng)單個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，僅 僅需要維修故障的模塊，更換維修方便，成本較低。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明提供的基于陀螺減震儀的船用減震裝置俯視圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明提供的基于陀螺減震儀的船用減震裝置左視圖（船體未示出）；
[0025] 圖3是本發(fā)明提供的基于陀螺減震儀的船用減震裝置后視圖（船體未示出）；
[0026] 圖4是本發(fā)明提供的未使用陀螺減震儀的船體橫搖角響應(yīng)圖；其中，X軸表示波浪 頻率，Y軸表示船體橫搖角響應(yīng)；
[0027] 圖5本發(fā)明提供的基于陀螺減震儀的船用減震裝置船體橫搖角響應(yīng)圖；其中，X軸 表示波浪頻率，Y軸表示船體橫搖角響應(yīng)；
[0028] 其中1.齒輪，2.單向軸承，3.陀螺減震儀，4.變頻電機(jī)，5.控制器，6.水栗，7.支架， 8.散熱箱，9.船體。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0030] 如圖1至圖3所示，基于陀螺減震儀的船用減震裝置，包括陀螺減震儀3、控制器、設(shè) 置于控制器內(nèi)部的傾角傳感模塊、支架7和傳動(dòng)裝置;其中，傳動(dòng)裝置固定設(shè)置于船體9內(nèi)側(cè) 壁，所述陀螺減震儀3兩側(cè)固定設(shè)置于傳動(dòng)裝置上，陀螺減震儀3通過傳動(dòng)裝置水平設(shè)置于 船體內(nèi)部，所述支架7固定設(shè)置在船體9內(nèi)部，且與陀螺減震儀3固定連接，用于固定陀螺減 震儀3;所述支架7上依次設(shè)置傾角傳感模塊;所述陀螺減震儀3的外壁設(shè)置控制器5、驅(qū)動(dòng)裝 置和傳動(dòng)裝置，所述控制器5與驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)裝置與傳動(dòng)裝置連接;所述控制器5 用于接收傾角