桨距角指示器系统 |
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| 申请号 | CN201380077621.3 | 申请日 | 2013-06-19 | 公开(公告)号 | CN105452101B | 公开(公告)日 | 2017-03-08 |
| 申请人 | 瓦锡兰荷兰公司; | 发明人 | 彼得·施克; B·范德维恩; | ||||
| 摘要 | 一种桨距 角 指示器系统，其指示船用推进单元的 推进器 的 叶片 (201)的桨距角。机械连接机构(202)将所述叶片(201)中的至少一个叶片连接到第一杆(211)的第一端部。指示器(216)被连接到所述第一杆(211)的第二端部。该机械连接机构(202)被构造为将所述桨距角的变化转换为所述第一杆(211)围绕其纵向轴线(204)的旋转。所述指示器(216)被构造为提供所述第一杆(211)围绕所述纵向轴线(204)的旋转量的指示。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种桨距角指示器系统，其用于指示船用推进单元的推进器的叶片(201)的桨距角，所述桨距角指示器系统包括： |
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| 说明书全文 | 桨距角指示器系统技术领域背景技术[0002] 船用推进器系统可以具有桨距可变化的推进器，这意味着，旋转推进器的叶片的入水角是可以变化的。为了进行可靠的控制，需要桨距角指示器，其提供指示实际测量的桨距角的反馈信号。典型地，由桨距角指示器提供的指示以电的形式被传输，用以远程读取，但是，航海规则可能需要可直接读取的机械地产生可视信号。 [0003] 由于推进器位于方位可旋转的舱的下端中的水平轴上，即，围绕垂直轴线转动的机械实体，因此与直接的轴传动的情况相比，将桨距角指示信号从可操控的助推器的推进器机械地传递至船体内在某种程度上更复杂。 [0004] 图1是现有技术中用于提供桨距角反馈的解决方案的简化示意图。推进器101被安装在水平的推进器轴102上。竖直的驱动轴103通过一对啮合的锥齿轮104和105使推进器轴102转动。液压机构，未在图1中示出，控制叶片106的桨距角。推进器的毂的内部是机械连接部107，其位于叶片106与内杆或者内管108之间，从而，桨距角的改变导致内管108在推进器轴102内沿其纵向方向前后运动，如箭头109所示。杠杆铰链机构110将该水平的前后运动转换为杆111的竖直的上下运动。杆111的上端部优选地装配有支撑元件112，使环形板113上下运动。 [0005] 杠杆铰链机构110、杆111、支撑元件112以及环形板113被定位在助推器的方位旋转部分中。附接至助推器旋转时不运动的固定部件的是竖直的随动件114。环形板113的方位旋转运动对该竖直随动件114不产生影响，但是环形板113的上下运动，其指示桨距角的变化，还导致竖直随动件114沿箭头115所示的方向上下运动。竖直随动件114的运动可以通过编码器116被转换为电信号。为了提供视觉指示，竖直随动件114可以包括，或者可以被机械地连接到，指针117，指针的位置可以通过邻近的标尺118被读出。 [0006] 例如，在环形板113不是完全光滑和/或水平的情况下，图1中的现有技术的装置可能不会给出完全可靠的读数。 发明内容[0007] 为了提供对本发明各种具体实施方式的某些方面的基本理解，下面将介绍简单的概要。该概要不是本发明的宽泛的综述。其既不是要确认本发明的关键的或者重要的要素，也不是要描述本发明的范围。接下来的概要仅以简化的方式介绍本发明的一些设想，作为本发明的示例性实施方式的更详细描述的前奏。 [0008] 推进器的叶片的桨距角的指示可以作为杆的旋转运动而不是现有技术机构的纵向运动被传递。机械连接机构被连接在叶片与旋转杆的第一端部之间，并且检测该杆的旋转运动的指示器被连接到第二端部。机械连接机构将桨距角的变化转换为杆的旋转，并且指示器被构造为提供指示，该指示主要是杆围绕其纵向轴线旋转的量。 [0009] 杆的旋转运动的使用允许建立指示器机构，从而提供更精确并且更可靠的桨距角指示。优选地，所述系统装配有补偿机构，该补偿机构补偿杆的运动中除了与桨距角变化有关的运动之外的其它运动，尤其是在系统被定位在可操控的助推器的情况下。 [0011] 在本专利申请文件中介绍的本发明的示例性实施方式并不能被理解为对所附的权利要求书的可应用性的限制。在本专利申请文件中使用的动词“包括”是一种开放性的限制，其并未排除其它未被叙述的特征的存在。除了以其它方式明确说明的情况下，从属权利要求中描述的特征彼此之间是可以自由结合在一起的。 [0012] 被认为是本发明的特性的新颖性特征将在所附权利要求中进行阐述。然而，当结合附图进行阅读时，本发明自身(其结构及其操作方法这两方面)连同其额外的目标和优点将由于以下对具体实施方式的描述而得到更好的理解。 附图说明[0013] 图1示出了根据现有技术的桨距角指示器系统， [0014] 图2示出了利用杆的旋转运动的原理， [0015] 图3示出了具有桨距角指示器系统的船用推进单元， [0016] 图4示出了机械连接机构的细节的实施例， [0017] 图5示出了可替代图4中的实现方式的实现方式， [0018] 图6示出了补偿其它运动的原理， [0019] 图7示出了与指示器之间的连接部的细节的实施例， [0020] 图8示出了可替代图7中的实现方式的实现方式， [0021] 图9示出了与指示器之间的连接部的细节的另一实施例， [0022] 图10示出了可替代图9中的实现方式的实现方式， [0023] 图11示出了具有传动装置的指示器的实施方式， [0024] 图12示出了图11中的指示器在某些操作情况下的操作， [0025] 图13示出了图11中的指示器在某些其它操作情况下的操作， [0026] 图14示出了在指示器中切换旋转方向的实施例，以及 [0027] 图15示出了指示器中的弹簧负载的实施例。 具体实施方式[0028] 图2示出了桨距角指示器系统的工作原理。所述系统用于指示构成船用推进单元的一部分的推进器的叶片201的桨距角。与现有技术的解决方案相类似，该系统包括第一杆211和机械连接机构202，该机械连接机构被连接在推进器的叶片201中的至少一个叶片与杆211的第一端部(在这里是下端)之间。所述系统还包括连接到杆211的第二端部(在这里是上端)的指示器216。与现有技术中的系统明显的区别在于，机械连接机构202被构造为将桨距角的变化转换为杆211围绕其纵向轴线204的旋转203。指示器216被构造为提供杆211围绕其纵向轴线的旋转量的指示。 [0029] 图3示出了实施方式的简化示意图，其中，桨距角指示器系统被包括在船用推进单元中，更具体地是可操控的助推器中。以已知的方式，例如，可操控的助推器包括方位可旋转的舱，该方位可旋转的舱包括(典型地，水平的)推进器轴，推进器被安装在所述推进器轴上。根据本发明的实施方式，被指定为上述第一杆的该杆被包括在方位可旋转的舱中，与将其连接到推进器的一个或者多个叶片的机械连接机构一样。 [0030] 图3中的船用推进单元包括具有叶片201的推进器101，所述叶片具有可变的桨距角。上文中提及的机械连接机构包括水平杆，为了不将其与上文提及的第一杆相混淆，将其指定为第二杆301。第二杆301可以是至少部分管状的，并且其可以具有其它的功能，例如，涉及控制液压机液体的流量，进而控制桨距角。为了此处描述的目的，第二杆能够传输纵向运动就足够了，为了这个目的，简单设计的“杆”就已经足够了，但是，此处的这种设计也涵盖其它的合适的机械实体的形式。 [0031] 在图3的实施方式中，推进器轴至少是部分管状的，并且第二杆301被定位成至少部分地位于推进器轴内。叶片201中的至少一个叶片与第二杆301之间的第一接合部302被构造为将桨距角的改变转换为第二杆301的纵向运动。其中桨距角被转换为位于管状的推进器轴内的杆的纵向运动的现有技术系统是已知的，并且为了本发明的目的，第一接合部的精确性能和技术实现是不重要的。 [0032] 第二杆301与第一杆211之间的第二接合部(在图3中示意性地示出为303)被构造为将第二杆301的纵向运动转换为第一杆211围绕其纵向轴线的旋转。图4示出了第二接合部303在实际中是如何被执行的实施例。在俯视图中，图4的上部示出了第二杆301的前端部，以及第二接合部的示例性实现方式。图4的下部示出了相同部件的侧视图。 [0033] 传动臂401被附接到第二杆301。枢转臂402被附接到第一杆211，并且延伸到从第一杆211的纵向轴线204偏移的铰接点403。通过将第一杆211安装到轴承(未示出)上，使铰接点403沿双头箭头405的方向运动将会导致第一杆211围绕其纵向轴线204旋转。连接件406枢转地附接在传动臂401与枢转臂402中的铰接点403之间，使得第二杆301的任何纵向运动都被转换为第一杆211围绕其纵向轴线204的旋转。连接件406的端部处的枢转附接是必要的，这是因为当铰接点根据箭头405运动时，连接件406的端点的运动使其相对于传动臂401和枢转臂402这两者转动。 [0034] 推进器轴和叶片围绕推进器轴的纵向轴线一起旋转，从而产生船舶的推进力。在图3所示的实施方式中，由于第二杆301位于推进器轴内，所以，要么，其必须与推进器轴一起旋转(在这种情况下，旋转连接必须被用在第二杆301和传动臂401之间)，要么，第二杆301和推进器轴之间的连接必须允许以上最后提及的部件在第二杆301不旋转的情况下旋转。 [0035] 图5示意性示出了第二接头的可替代的实现方式的实施例。在这个实现方式中，附接到第二杆301的传动臂401包括齿轮架501，该齿轮架与附接到第一杆211的扇形齿轮502相啮合。 [0036] 图6示出了在提供桨距角的指示时补偿其它运动的原理。尤其是在桨距角指示器系统构成可操控的助推器的一部分的情况下，这个原理将变为实际的。这样的装置涉及方位旋转部件601，该方位旋转部件包括助推器本身，并且可包括辅助的系统和组件，其运行的好处来自于使其随着助推器的方位旋转一起运动。图6中的固定部件602代表相对于船体而言固定不动的所有部件，例如，不随助推器一起方位旋转的那些部件。 [0037] 上文中被指定为第一杆的实施例的杆611被构造为以绕其纵向轴线的角位移来指示桨距角。因为杆611被包括在方位旋转部件601中，所以很自然地联想到其角位移在由方位旋转部件601限定的坐标系中。这在图6中被示意性地示出，在块621中导出杆的角位移，作为方位旋转部件601的主体612和杆611之间的比较。然而，同时，方位旋转部件601作为一个整体可以具有相对于固定部件602而言的(方位)角位移，如块622所示。为了补偿整个方位旋转部件601的(方位)角位移，导出桨距角的指示必须涉及扣除仅由整个方位旋转部件601的(方位)角位移导致的该杆的角位移的变化部分。这在图6中的块631中示出。 [0038] 实际上，存在多种可能来实现图6中的原理。例如，将整个桨距角指示器放置在方位旋转部件中足以实现补偿，但是，尤其是在指示器必须通过人工读取的情况下，其将导致在某种程度上不方便的装置，这是因为不论指示器是否进入沿着助推器运动的方位位置，该指示器必须是可接近的。可替代地，第一旋转编码器可用于电学地测量杆的旋转，并且第二旋转编码器分开测量助推器的旋转。然后，信号处理器可被用于块631，该信号处理器被构造为从所述第一和第二旋转编码器中的每一者接收信号，并且输出这些信号的组合。这样的装置运行良好，但是，船级的要求可能规定，在电系统失灵的情况下，机械地提供的指示也必须是可用的。 [0039] 在撰写本申请的时候，等级要求的变化可能正在进行中，其可能允许用电力系统的备用电池替代机械地提供的指示。因此，当在下文中描述所谓的指示器盒的时候，应该注意的是，不论是否包括由机械指示的配备所要求的齿轮和指示器，本发明都是适用的。 [0040] 在下文描述的实施方式中，其中，第一杆(的上端部)与指示器之间的连接部包括第三接合部，该第三接合部被构造为将所述第一杆围绕其纵向轴线的旋转转换为指示器轴的旋转。另外地，连接部包括补偿器机构，该补偿器机构被构造为根据由指示器提供的指示来补偿较大的实体的运动，所述较大的实体的一部分是所述第一杆。可操控的助推器是这样的较大的实体的实施例。 [0041] 图7示出了这样的装置，在该装置中，在上文中提及的第三接合部包括第一齿轮圈701，该第一齿轮圈的中心点由702示出。最有利地，中心点702位于助推器的主要的方位旋转轴上，因为，其延续性变得更加明显。第一齿轮圈701被附接到助推器的方位旋转部件，但是不是固定地附接，第一齿轮圈701的安装可以包括滑环，该滑环允许第一齿轮圈701围绕其中心点702相对于助推器的其余部分转动。这样的转动运动由双头箭头703示出。 [0042] 第一杆211的上端部在图7中是可视的。转动机构被构造为将第一杆211围绕其纵向轴线204的旋转704转换为第一齿轮圈701围绕其中心点702的旋转703。在图7中所示的实施方式中，转动机构包括被附接到第一杆211的扇形齿轮705和被附接到第一齿轮圈701的相配的内齿轮架706。代替分开的外齿轮圈和内齿轮架，可以使用既与扇形齿轮又与稍后描述的指示器盒中的适当齿轮啮合的简单内齿轮圈。 [0043] 图8示出了转动机构的可替代的实施方式：这里，借助于附接到第一杆211的枢转臂801和将枢转臂801的外端部连接到第一齿轮圈701的枢轴安装的连杆802，第一杆211围绕其纵向轴线204的旋转704被转换为第一齿轮圈701围绕其中心点702的旋转703。另外，在这个实施方式中，图示的外齿轮类型的第一齿轮圈701可以由内齿轮圈替代。 [0044] 上文中指出，即使第一齿轮圈701被附接到并且构成可操控的助推器的方位旋转部件，其也可围绕其中心点相对于方位旋转部件的其余部分旋转。可以假设，方位旋转部件包括另外的第二齿轮圈，其可以是图9中所示的内齿轮圈901，或者是图10中所示的外齿轮圈1001。第二齿轮圈与第一齿轮圈是同心的，并且第二齿轮圈可以是例如主齿轮圈，通过第二齿轮圈，可操控的助推器的完全方位旋转被传递。因此，与第一齿轮圈701相反，第二齿轮圈当然不会相对于可操控的助推器的其余部分旋转；第二齿轮圈构成助推器的整个方位可旋转部件的主要部分。第二齿轮圈被构造为，当桨距角恒定时，保持该第二齿轮圈相对于第一齿轮圈的旋转位置。最后提到的特征是桨距角指示器系统是如何建立的结果：当桨距角变化时，其仅允许第一齿轮圈相对于助推器的其余部分运动。 [0045] 作为称之为连续的第一传动装置的一部分，第一齿轮911与第一齿轮圈701相啮合。作为称之为连续的第二传动装置的一部分，第二齿轮912与第二齿轮圈相啮合。第一齿轮911和第二齿轮912的中心轴线相对于固定部件保持固定不动，从而，第一和/或第二齿轮圈围绕其共同的中心点的(相对于固定部件的)任何旋转将使第一齿轮911和第二齿轮912中的适当的一个或者多个各自进行转动。 [0046] 图11示出了第一齿轮911和第二齿轮912以及它们所属于的第一和第二传动装置如何构成所谓的指示器盒的一部分，之所以这样命名的原因是，在通常实际的实现方式中，图11中所示的部件将会被装入壳体中(在图11中未示出)。图11的指示器盒被设计为既提供可电读取的指示又提供可人工读取的指示。首先考虑的方式是产生电指示。 [0047] 指示盒包括第一旋转编码器1101，该第一旋转编码器是电动机械传感器，其输出信号指示该旋转编码器所连接到的编码器轴1102的角位移。旋转编码器是本领域已知的。关于桨距角的电指示的产生，可以将编码器轴1102称为指示器轴。至于产生桨距角的电指示，上文中提及的第一传动装置仅包括第一齿轮911：其被构造为将第一齿轮圈701(见图9或图10)的旋转转换为编码器轴1102的旋转。在不存在可操控的助推器或者类似物的任何方位旋转的时候，由第一旋转编码器1101产生的信号直接地代表桨距角。所述信号被信号处理器(未示出)所获得，该信号处理器使用该信号产生指示桨距角的输出信号。 [0048] 假设考虑的是可操控的助推器，而且还期望指示其当前的方位位移，既可以单独使用该指示，也可以用其校正桨距角指示。为了这个目的，图11的指示器盒包括第二旋转编码器1111，该第二旋转编码器的轴在这里被称为第一补偿器轴1112。第二齿轮912构成上述的第二传动装置：其被构造为将所述第二齿轮圈(见图9或图10)的旋转转换为第一补偿轴1112的旋转。由于第二齿轮圈被固定地附接到推进器的方位旋转部分上，由第二旋转编码器1111产生的信号直接地表示操控角，所述信号显示了补偿器轴1112的角位移。该信号被信号处理器(未示出)所获得，信号处理器使用该信号产生指示操控角的输出信号。 [0049] 信号处理器通常位于船体的中央处理系统中，但是分布式实现方式也是可能的，在分布式实现方式中，信号处理器可位于指示器盒中或非常接近指示器盒，并将更精细的数据发送到船体的中央处理系统。信号处理器被构造为从第一旋转编码器1101和第二旋转编码器1102中的每一者接收信号，并且输出所述信号的组合。由于第一齿轮圈在方位旋转部件中的位置，由第一旋转编码器1101产生的信号包含与元件相关的桨距角和与元件相关的方位位移(例如，与元件相关的操控角)这两方面。由第二旋转编码器1111产生的信号仅表示方位位移，从而，通过将其倒数加到由第一旋转编码器1101产生的信号上，信号处理器获得只指示桨距角的输出信号。 [0050] 下面将考虑在图11的信号盒中产生可人工读取的指示的方式。为了产生可人工读取的指示，系统包括安装到轴1122上的第一指示器盘1121。由于现在涉及到可人工读取的指示，“指示器轴”的指定现在可以使用第一指示器盘1121的轴1122。被构造为将第一齿轮圈(见图10)的旋转转换为指示器轴的旋转的第一传动装置现在包括第一齿轮911、编码器轴1102、安装到编码器轴1102上的第三齿轮1123以及安装到指示器轴上的第四齿轮1124。在不存在可操控的助推器或类似物的任何方位旋转的情况下，第一指示器盘1121的角位移直接地代表桨距角。所述角位移可以例如通过外部指针从第一指示器盘上的标尺或通过第一指示器盘上的指针从外部标尺读取。 [0051] 第二指示器盘1131与第一指示器盘1121是同心的，并被安装到轴1132上，所述轴1132又与第一指示器盘1121的轴1122是同心的。第二指示器盘1131的作用涉及补偿由第一指示器盘产生的读数中与方位位移相关的变化，从而，其轴1132可被称为第二补偿器轴。被构造为将第二齿轮圈(见图10)的旋转转换为第二补偿器轴的旋转的第二传动装置现在包括第二齿轮912、第一补偿器轴1112、安装到第一补偿器轴1112上的第五齿轮1133以及安装到第二补偿器轴1132上的第六齿轮1134。第二指示器盘1131的角位移指示可操控的助推器的方位位移，即，操控角。所述角位移可以例如通过外部指针从第二指示器盘上的标尺或通过第二指示器盘上的指针从外部标尺读取。 [0052] 图12和图13示出了仅桨距角改变时(图12)以及仅操控角改变时(图13)图9中所示类型的指示器盒的操作。假设第二齿轮圈是之前在图10中示出的类型，即，与第二齿轮912啮合的外齿轮圈。在图12中，仅桨距角发生改变。这意味着，第二齿轮圈相对于指示器盒所附接的固定部件保持固定不动。第二齿轮912不转动，因此第二指示器盘1131也保持固定不动。 [0053] 改变的桨距角引起桨距角指示器系统中的所谓的第一杆(在图12中未示出)围绕其纵向轴线旋转，继而引起第一齿轮圈(在图12中未示出)围绕其中心点旋转。这引起第一齿轮911旋转，如图12所示。第三齿轮1123使第四齿轮1124旋转，最后，使第一指示器盘1121旋转。如果例如在第一指示器盘1121上有标尺，并且在第二指示器盘1131上有指针，则现在指针在标尺上指示桨距角如何改变。 [0054] 在图13中，仅操控角发生改变。第一和第二齿轮圈(见图10)围绕它们共同的中心点完全一样地旋转。这引起第一齿轮911和第二齿轮912都沿相同的方向旋转(如果第二齿轮圈是图9中所示的内齿轮类型，则第一齿轮和第二齿轮的旋转方向是相反的)。如果传动装置的关系是正确的，则最终的结果是第一指示器盘1121和第二指示器盘1131都完全一样地在相同的方向上旋转。因为桨距角读数是相对于第二指示器盘从第一指示器盘获得的，所以读数不会发生改变。 [0055] 如果桨距角和操控角同时发生改变，则第一传动装置和第二传动装置都会移动，像图13中的情况一样，但是二者的移动量是不同的。这样的结果是，第一指示器盘和第二指示器盘都会旋转，但是其角速度是不同的。 [0056] 图11到图13中示出的指示器盒的装置只是一个举例，很多可替代的装置可以被提出。例如，如果第二齿轮圈是图9所示的类型，则应当在第一传动装置和第二传动装置中的一者中发生旋转方向的额外改变，例如，通过增加另一个与图14中的相类似的齿轮1401或者通过用一对滑轮来替换一对啮合齿轮来改变。内轴和外轴以及与之相关联的指示器盘的角色可以互换，相关联地，标尺和指针装置等也要进行适当的改变。 [0057] 可被增加到上述类型中的任何一种指示器盒上的特征是弹簧负载，该弹簧负载位于桨距角指示器子系统和操控角指示器子系统之间，以消除空转的影响。图15示意性示出了实现弹簧负载的一种可能的方式。第一齿轮911和第二齿轮912被示出为分别安装在它们对应的轴1102和1112上。与第一齿轮911相啮合的弹簧负载齿轮1501被安装成与第二齿轮912同心，但是被安装在独立的轴1502上。在图15的示例性实施方式中，第二齿轮912的轴 1112是管状的，并且弹簧负载齿轮1502的轴1502被安装在轴1112内的轴承(图15中未单独示出)上。螺旋弹簧1503将弹簧负载齿轮1501连接到第二齿轮912。 [0058] 假设图15的弹簧负载指示器盒与之前图9中所示类型的第二齿轮圈一起使用。换句话说，第二齿轮圈是与第二齿轮912相啮合的内齿轮圈。在这样的装置中，当只有操控角发生改变时，第一齿轮911和第二齿轮912以相同的角速度旋转，但是其方向相反。弹簧负载齿轮1501总是沿与第一齿轮911的旋转方向相反的方向旋转。因此，当只有操控角发生改变时，螺旋弹簧1503的张力不会改变。如果只有桨距角发生改变，那么这将引起第一齿轮911旋转，而第二齿轮912保持固定不动，从而螺旋弹簧1503不是放松就是收紧，这取决于桨距角改变的信号。然而，通过恰当的预张紧，可以被确定的是，螺旋弹簧1503总是只在一个方向上对旋转部件进行加载，因此消除了空转的影响。作为螺旋弹簧以及传感器1101和1111的替代方案，在考虑了发送至例如1101和1111的处理器的信号并且提供防止空转的影响的受控扭矩的情况下，伺服马达可以与一体的编码器一起应用。 [0059] 在通常的可操控的助推器中，方位可旋转的舱包括竖直的柄，从而柄的竖直轴线是方位旋转的旋转轴线。柄的上端部限定一高度，方位可旋转的舱在该高度连接到船体。本发明允许第一杆的上端部延伸到柄的上端部之外，从而指示器可以被良好地定位在船体内。或者，即使第一杆的实际的上端部仍然处于柄内，第一杆和指示器之间的连接部仍可以延伸到柄的上端部之外。 [0060] 上述的详细的实施方式仅作为本发明在实践中能被实施的举例，并且在未背离所附权利要求的范围的情况下，允许进行进一步的变形和改进。例如，尽管上文中描述的本发明主要与可操控的助推器有关，但是以杆的旋转运动的方式输送与桨距角有关的信息的原理也可被应用到推进器单元不发生方位位移的情况。 |
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