[發明專利]基于磁流變液的減搖陀螺進動控制系統

有效

• 申請號: 201710243964.2
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106907362B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 金方銀;邵昱;劉少卿
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0四研究所
• 主分類號: F15B11/16
• 分類號: F15B11/16;F15B13/06;F15B19/00;F15B20/00;B63B39/04
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明涉及一種基于磁流變液的減搖陀螺進動控制系統，減搖陀螺進動軸的兩側分別布置兩對油缸，構成兩路油路，兩路油路輸出與對應的電磁換向閥連接，兩路油路分別通過兩個電磁換向閥接在磁流變節流閥的兩端，通過控制磁流變節流閥的輸入電流，實現對系統流量和壓力的控制。采用磁流變液為傳動介質，磁流變節流閥為關鍵控制元件，實現了對減搖陀螺進動運動的控制，有效控制其減搖力矩，從而實現對船舶搖擺的控制。基于磁流變液的進動控制系統具有可控性好，響應快、結構簡單、可靠性高等優點。同時因為關鍵控制元件——節流閥為無相對運動構件，實現了長期運行無磨損，系統可靠性、耐污染性大大提高。

技術領域

本發明涉及一種船舶平衡控制技術，特別涉及一種基于磁流變液的減搖陀螺進動控制系統。

背景技術

船舶減搖陀螺為利用高速回轉的陀螺所具有的動量矩以及它的進動物理效應，產生與波浪力矩反向的減搖力矩，使船舶穩定。減搖陀螺所產生的減搖力矩的模與轉子自身的動量矩（轉子轉動慣量與自轉角速度的乘積）以及進動角速度的模成正比。所以在轉子及其自轉角速度一定的情況下，陀螺的進動角速度為影響陀螺減搖力矩大小的主要因素。所以為了保證減搖陀螺的減搖效果，需對陀螺的進動角速度進行較好的控制。

陀螺進動控制系統傳統的控制方法為被動式節流控制，通過機械式節流閥實現對陀螺進動角速度的控制。然而機械式節流閥結構復雜，加工要求高，對油液清潔度要求較高，工作一段時間后閥口產生磨損和腐蝕等問題，導致裝置壽命低、運動不可靠等問題。

隨著機電一體化技術的發展，人們開始將注意力轉向具有可控特性的智能材料——磁流變液。磁流變液是由細小的磁性顆粒分散溶于絕緣載液中而形成的非膠體性質的懸浮液。由于磁性顆粒在外加磁場作用下可被磁化形成鏈狀結構，改變懸浮液的粘度，因而使得磁流變液具有可控的流變特性。磁流變液在磁場作用下可承受一定的沿磁場垂直方向的剪切力，只有當施加的剪切力超出其屈服應力時，磁化顆粒形成的鏈狀結構才會被破壞而產生流動。磁流變液的屈服應力隨磁場的改變而改變，具有可控性。同時磁流變效應的響應時間非常短，為毫秒數量級。

由于磁流變液在磁場作用下具有屈服應力大、響應快、工作電壓低和對污染不敏感等優點，逐漸獲得了在液壓系統中的應用。基于磁流變液傳動的減搖陀螺進動控制系統，其具有關鍵控制元件中無相對運動的機械部件、結構簡單、可靠性高、可控性好、耐污染等突出優點。

發明內容

本發明是針對現有陀螺進動控制系統存在的問題，提出了一種基于磁流變液的減搖陀螺進動控制系統，采用磁流變液為傳動介質，磁流變節流閥為關鍵控制元件，有效實現了對陀螺進動控制系統的控制，該系統可控性好、響應快、結構簡單、可靠性高。

本發明的技術方案為：一種基于磁流變液的減搖陀螺進動控制系統，減搖陀螺進動軸的兩側分別布置兩對油缸，其中第一油缸和第二油缸組成一對油缸，對稱布置在一側，第三油缸和第四油缸組成一對，對稱布置在另外一側；

每個油缸分為無桿腔和有桿腔，四個油缸的無桿腔分別為A、B、C、D腔，對應的有桿腔分別為A1、B1、C1、D1腔，第一油缸的A腔、第二油缸的B1腔、第三油缸的C腔、油缸的D1腔通過油路相連通構成第一油路，鏈接的第一油路與第一電磁換向閥連接；第一油缸的A1腔、第二油缸的B腔、第三油缸的C1腔、第四油缸的D腔通過油路相連通構成第二油路，鏈接的第二油路與第二電磁換向閥連接，兩路油路分別通過兩個電磁換向閥接在磁流變節流閥的兩端，通過控制磁流變節流閥的輸入電流，實現對系統流量和壓力的控制。

所述進動控制系統中油缸的數量根據需要控制的進動力矩大小及陀螺的整體布局確定。

所述在第一油路與第一電磁換向閥連接處接第一安全閥，第一安全閥出口端接第二油路通過第二電磁換向閥后的輸出端，此輸出端接至串聯的第二單向節流閥與第二蓄能器前端；在第二油路與第二電磁換向閥連接處接第二安全閥，第二安全閥另一端接第一油路通過第一電磁換向閥后的輸出端，此輸出端接至串聯的第一單向節流閥與第一蓄能器前端，起到對系統的安全保護。