Пропульсивный агрегат, оснащенный рулевым устройством
Изобретение относится к пропульсивному агрегату, оснащенному рулевым устройством. Рулевое устройство содержит по меньшей мере один рулевой электродвигатель, вращающий пропульсивный агрегат посредством устройства силовой передачи. Устройство силовой передачи содержит дифференциал, содержащий первый вал, соединенный с рулевым электродвигателем, второй вал, соединенный с пропульсивным агрегатом, и третий вал, соединенный с тормозным устройством. Причем предусмотрена возможность блокировки вращения третьего вала, когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат, ниже порогового значения, в результате чего мощность распределяется только от рулевого электродвигателя на пропульсивный агрегат, или наоборот. Предусмотрена возможность начала вращения третьего вала, когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат, выше порогового значения, в результате чего мощность распределяется от рулевого электродвигателя на вращение пропульсивного агрегата и на тормозное устройство или от вращения пропульсивного агрегата на рулевой электродвигатель и на тормозное устройство. Достигается обеспечение вторичного низкоинерционного маршрута для чрезмерного крутящего момента. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к пропульсивному агрегату, оснащенному рулевым устройством.
Уровень техники
В настоящее время все чаще и чаще, особенно на больших судах, используются внешние пропульсивные агрегаты. Пропульсивный агрегат выступает вниз из днища корпуса судна. Пропульсивный агрегат может содержать полый кронштейн с верхней и нижней частями.
Верхняя часть кронштейна может образовывать опорный рычаг, поддерживающий нижнюю часть кронштейна.
Нижняя часть кронштейна может образовывать продольное отделение. Гребной вал может быть установлен с опорой с возможностью вращения в указанном отделении. Гребной винт может быть прикреплен к внешнему концу гребного вала снаружи конца нижней части кронштейна. Тяговой двигатель, расположенный в нижней части кронштейна, или в верхней части кронштейна, или внутри судна, может приводить в движение гребной вал. Тяговый двигатель может быть электродвигателем.
Верхний конец верхней части кронштейна может быть прикреплен к шестерне, расположенной в корпусе судна. Шестерня может поворачиваться на 360 градусов вокруг центральной оси вращения с помощью по меньшей мере одного рулевого электродвигателя. Для поворота шестерни и, как следствие, пропульсивного агрегата, с шестерней может быть функционально соединен по меньшей мере один рулевой электродвигатель посредством силовой передачи.
Внешние нагрузки, вызываемые, например, льдом или контактом с днищем, могут производить крутящий момент, воздействующий на пропульсивный агрегат. Эти внешние нагрузки могут вызывать воздействие внешнего поворотного крутящего момента на пропульсивный агрегат, противодействующее поворотному крутящему моменту, производимому рулевым электродвигателем. Существует вероятность, что силовая передача, например, зубья в силовой передаче, может затормозить в связи с большими нагрузками.
Раскрытие сущности изобретения
Целью настоящего изобретения является усовершенствование пропульсивного агрегата, соответствующего уровню техники, оснащенного рулевым устройством.
Пропульсивный агрегат, оснащенный рулевым устройством, раскрыт в п. 1 формулы изобретения.
Рулевое устройство содержит:
по меньшей мере один рулевой электродвигатель для вращения пропульсивного агрегата посредством устройства силовой передачи, расположенного между пропульсивным агрегатом и рулевым электродвигателем,
причем устройство силовой передачи содержит дифференциал, содержащий первый вал, соединенный с возможностью вращения с рулевым электродвигателем, второй вал, соединенный с возможностью вращения с пропульсивным агрегатом, и третий вал, соединенный с возможностью вращения с тормозным устройством,
причем предусмотрена возможность блокировки вращения третьего вала, когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат, ниже порогового значения, в результате чего мощность может распределяться только от рулевого электродвигателя на вращение пропульсивного агрегата, или наоборот, и
предусмотрена возможность начала вращения третьего вала, когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат, выше порогового значения, в результате чего мощность может распределяться от рулевого электродвигателя на вращение пропульсивного агрегата и на тормозное устройство или от вращения пропульсивного агрегата на рулевой электродвигатель и на тормозное устройство.
Использование дифференциала в устройстве силовой передачи между электродвигателем и пропульсивным агрегатом позволяет ограничить максимальный крутящий момент, действующий на пропульсивный агрегат и передачу в условиях быстрых перегрузок, при которых электродвигатель будет вызывать большие крутящие моменты, действующие на пропульсивный агрегат и силовую передачу, в связи с большим моментом инерции электродвигателя. Когда пропульсивный агрегат поворачивается при высоком крутящем моменте (условие чрезмерного крутящего момента) в связи с воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат, инерция рулевого электродвигателя через планетарную шестерню умножается на множитель g2, где g - передаточное отношение планетарной шестерни. Передаточное отношение рулевого электродвигателя также велико. Инерция и, таким образом, противодействующий крутящий момент от рулевого электродвигателя становятся так велики, что в некоторых случаях силовая передача может затормозить.
Одна из основных идей изобретения заключается в обеспечении вторичного низкоинерционного маршрута для чрезмерного крутящего момента. Мощность передается через дифференциал к тормозному устройству, для которого предусмотрена возможность вращения, когда достигается пороговый крутящий момент (чрезмерный крутящий момент), производимый внешней силой. Дифференциал уменьшает крутящий момент рулевого электродвигателя, действующий на устройство силовой передачи во время условия чрезмерного крутящего момента.
Выражение, утверждающее, что первая часть "функционально соединена" со второй частью, в контексте данной заявки означает, что первая и вторая части могут быть либо соединены непосредственно, либо соединены опосредованно. Первая и вторая части, таким образом, могут быть опосредованно соединены через третью часть или через несколько третьих частей. Термин "функционально соединены" означает, что через соединение между частями может передаваться мощность.
Краткое описание чертежей
Изобретение более детально раскрыто ниже при помощи предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прикрепленные чертежи, на которых показано следующее.
На фиг. 1 показан поперечный разрез пропульсивного агрегата судна.
На фиг. 2 показана структурная схема первого варианта осуществления приводного устройства шестерни.
На фиг. 3 показана структурная схема второго варианта осуществления приводного устройства шестерни.
На фиг. 4 показан поперечный разрез дифференциала.
На фиг. 5 показан первый вариант осуществления тормозного устройства.
На фиг. 6 показан второй вариант осуществления тормозного устройства.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан вертикальный поперечный разрез пропульсивного агрегата судна. Судно 10 имеет двойное днище, т.е. первое, внешнее днище 11, формирующее корпус судна, и второе, внутреннее днище 12. Пропульсивный агрегат 20 выступает вниз из корпуса судна 10. Пропульсивный агрегат 20 может содержать полый кронштейн 21, имеющий верхнюю часть 22 и нижнюю часть 23. Верхняя часть 22 кронштейна 21 может образовывать опорный рычаг, поддерживающий нижнюю часть 23 кронштейна.
Верхняя часть 22 кронштейна 21 пропульсивного агрегата 20 может быть соединена с поддерживающим цилиндром 25. Поддерживающий цилиндр 25 может проходить через отверстие O1, сформированное в днище судна 10. Отверстие O1 может проходить между первым внешним днищем 11 и вторым внутренним днищем 12 судна 10. Поддерживающий цилиндр 25 вместе с поворотным подшипником 26 могут быть прикреплены с возможностью вращения к корпусу судна 10. Вместо самостоятельного элемента, показанного на чертеже, поддерживающий цилиндр 25 может быть сформирован как единое целое с верхней частью 22 кронштейна 21. В таком случае поддерживающий цилиндр 25 образовывал бы верхнюю оконечную часть верхней части 22 кронштейна 21. Поворотное уплотнение 27 может быть размещено под поворотным подшипником 26 с целью предотвращения протекания гидравлической жидкости из поворотного подшипника 26 в море и попадания морской воды во внутренности корпуса судна 10 через канал между поворотным поддерживающим цилиндром 25 и внутренней окружностью отверстия O1.
Нижняя часть 23 кронштейна 21 может формировать продольное отделение. Отделение может содержать гребной вал 31, содержащий первый конец 31А и второй конец 31В. Гребной вал 31 может быть опираться с возможностью вращения на подшипники 32, 33 в нижней части 23 кронштейна 21. Центральная осевая линия Х-Х гребного вала 31 может формировать линию вала. По меньшей мере один конец 31В гребного вала 31 может выступать от конца нижней части 23 кронштейна 21. Конец гребного вала 31, выступающий от нижней части 23 кронштейна 21, может быть уплотнен посредством гидравлического уплотнения в отверстии вала в нижней части 23 кронштейна 21. По меньшей мере один гребной винт 35 может быть соединен с внешним концом 31В гребного вала 31. С другой стороны, гребной вал 31 также может выступать от обоих концов нижней части 23 кронштейна 21. Гребной винт 35, таким образом, может быть расположен на обоих концах гребного вала 31. Естественно, гребной вал 31 также может быть снабжен несколькими гребными винтами 35 на каждом из концов 31А и 31В гребного вала 31. Гребной вал 31 приводится в движение тяговым двигателем 30. Тяговый двигатель 30 может быть расположен в нижней части 23 кронштейна 21, либо в верхней части 22 кронштейна 21, или же в судне 10. Если тяговый двигатель 30 расположен в нижней части 23 кронштейна 21, он может быть непосредственно соединен с гребным валом 31. Если тяговый двигатель 30 расположен в верхней части 22 кронштейна 21 или в судне, он может быть соединен с гребным валом 31 посредством вертикального вала. Тяговый двигатель 30 может быть тяговым электродвигателем 30.
Шестерня 40 может быть расположена в корпусе 11, 12 судна 10. К шестерне 40 может быть прикреплен верхний конец поддерживающего цилиндра 25. Шестерня 40 может поворачиваться на 360 градусов, либо меньше, вокруг центральной оси Y-Y вращения с помощью приводного устройства. Приводное устройство может содержать по меньшей мере один рулевой электродвигатель 60, вращающий шестерню 40 посредством устройства 50 силовой передачи. С шестерней 40 посредством соответствующего устройства 50 силовой передачи могут быть соединены несколько, например четыре, одинаковых рулевых электродвигателя 60. Вращение шестерни 40 будет приводить к вращению пропульсивного агрегата 20. Шестерня 40 может иметь форму кольца с отверстием в середине. Шестерня 40 может быть снабжена зубцами на внешнем или внутреннем периметре шестерни 40. Зубья шестерни 40 соединены с соответствующими зубьями в устройстве 50 силовой передачи.
Первичный двигатель 70 расположен в судне 10, и с ним соединен генератор 72 с валом 71. Первичный двигатель 70 может быть двигателем внутреннего сгорания, либо любым другим двигателем, подходящим для приведения в движение генератора 72. Генератор 72 генерирует электроэнергию, необходимую в судне 10 и в пропульсивном агрегате 20. В судне 10 может быть несколько первичных двигателей 70 и генераторов 72.
В судне 10 может быть расположена система 80 контактных колец в соединении с шестерней 40. Электроэнергия передается от генератора 72 к системе 80 контактных колец через первый кабель 75. Электроэнергия дальше передается от системы 80 контактных колец к тяговому электродвигателю 30 через второй кабель 36. Система 80 контактных колец необходима для передачи электроэнергии между неподвижным корпусом 10 судна и поворотным пропульсивным агрегатом 20.
На фиг. 2 показана структурная схема первого варианта осуществления приводного устройства шестерни. Приводное устройство содержит устройство 50 силовой передачи, соединенное с шестерней 40. Устройство 50 силовой передачи может содержать основную ведущую шестерню 51, входящую в зацепление с шестерней 40, планетарную шестерню 52, соединенную с основной ведущей шестерней 51, и угловую передачу 53, соединенную с планетарной шестерней 52. Устройство 50 силовой передачи может дополнительно содержать дифференциал 100, соединенный с угловой передачей 53. Рулевой электродвигатель 60 соединен с дифференциалом 100. Тормозное устройство 200 дополнительно соединено с дифференциалом 100.
Дифференциал 100, угловая передача 53, планетарная шестерня 52 и основная ведущая шестерня 51 передают мощность от рулевого электродвигателя 60 к шестерне 40 и уменьшают частоту вращения до подходящего для поворачивания пропульсивного агрегата 20 уровня. Угловая передача 53 перенаправляет распределение мощности на 90 градусов, позволяя рулевому электродвигателю 60 находиться в горизонтальном положении. Однако рулевой электродвигатель 60 также может находиться в вертикальном положении, в результате чего угловая передача 53 может быть исключена.
Тормозное устройство 200 используется для ограничения производимого воздействием внешних сил на шестерню 40 крутящего момента до заданного порогового значения.
В нормальных условиях работы, когда производимый воздействием внешних сил на шестерню 40 крутящий момент не превышает пороговое значение, тормозное устройство 200 будет блокировать вращение третьего вала 141 дифференциала, т.е. вала, функционально соединенного с тормозным устройством 200. Таким образом, мощность распределяется только от рулевого электродвигателя 60 посредством трансмиссии 50 к шестерне 40, либо наоборот.
В ненормальных условиях работы, когда производимый воздействием внешних сил на шестерню 40 крутящий момент превышает пороговое значение, тормозное устройство 200 не будет препятствовать началу вращения третьего вала 141 дифференциала 100, т.е. вала, функционально соединенного с тормозным устройством 200. Таким образом, мощность распределяется от рулевого электродвигателя 60 к шестерне 40 и тормозному устройству 200, либо от шестерни 40 к рулевому электродвигателю 60 и тормозному устройству 200.
Тормозное устройство 200 может предусматривать возможность вращения третьего вала 141 дифференциала 100, когда внешняя сила, воздействующая на пропульсивный агрегат 200, превышает пороговое значение крутящего момента шестерни 40. Внешняя сила, воздействующая на пропульсивный агрегат 20, может быть вызвана, например, льдом или контактом с днищем. Внешняя сила может вызывать воздействие на шестерню 40 противоположного по направлению крутящего момента относительно крутящего момента, вызываемого рулевым электродвигателем 60. Тормозное устройство 200 предусматривает возможность начала вращения третьего вала 141 дифференциала 100. Первая часть мощности рулевого электродвигателя 60 может передаваться к тормозному устройству 200, когда тормозное устройство 200 предусматривает возможность начала вращения третьего вала 141 дифференциала 100. Вторая часть мощности рулевого электродвигателя 60 все так же передается шестерне 40.
В данном первом варианте осуществления планетарная шестерня 52 непосредственно соединена с основной ведущей шестерней 51, а дифференциал присоединен между планетарной шестерней 52 (или даже угловой передачей 53) и рулевым электродвигателем 60. Необходимый в этом первом варианте осуществления тормозное устройство 200 является небольшим. Однако, как и в решениях предыдущего уровня техники, инерция тормозного устройства 200 умножается на коэффициент передачи д. В данном решении планетарная шестерня 52 должна быть способной выдерживать достаточно большие крутящие моменты.
На фиг. 3 показана структурная схема второго варианта осуществления приводного устройства шестерни. В данном втором варианте осуществления приводное устройство отличается от приводного устройства в первом варианте осуществления только положением дифференциала 100. В данном втором варианте осуществления дифференциал 100 расположен между ведущей шестерней 51 и планетарной шестерней 52.
В данном втором варианте осуществления инерция тормозного устройства 200 очень мала. Таким образом, система вполне вероятно выдержит условия чрезмерного крутящего момента. С другой стороны, в данном втором варианте осуществления крутящий момент тормозного устройства 200 должен быть высок. Данный второй вариант осуществления может быть модифицирован посредством добавления меньшей дополнительной планетарной шестерни между дифференциалом 100 и тормозным устройством 200. Данное решение с дополнительной планетарной шестерней уменьшит требуемый крутящий момент торможения, но увеличит число компонентов.
Изобретение не ограничивается устройствами 50 силовой передачи, показанными на фиг. 2 или 3, но может использоваться в связи с любым видом устройства 50 силовой передачи между рулевым электродвигателем 60 и шестерней 40. Устройство 50 силовой передачи уменьшает частоту вращения рулевого электродвигателя 60 до подходящей для шестерни 40 частоты вращения. Передаточное отношение может быть равным 1:3000, т.е. когда рулевой электродвигатель 60 вращается с частотой вращения 3000 оборотов в минуту, шестерня 40 вращается с частотой вращения 1 оборот в минуту. Передаточное отношение также увеличит крутящий момент, производимый рулевым электродвигателем 60 на шестерню 40.
На фиг. 4 показан поперечный разрез дифференциала. Дифференциал 100 содержит три вала 111, 131, 141. Три вала 111, 131, 141 соединены с зубчатыми колесами в передаче, для возможности распределения мощности между валами 111, 112 и 113. Дифференциал может эксплуатироваться таким образом, чтобы источник мощности был соединен с первым валом 111 дифференциала 100, в результате чего второй вал 131 и третий вал 141 дифференциала 100 вращаются, когда источник мощности вращает первый вал 111. Однако второй вал 131 и третий вал 141 дифференциала 100 могут вращаться с различными частотами вращения. Можно считать, что первый вал 111 дифференциала 100 формирует ведущий вал 111 дифференциала 100. Также можно считать, что второй вал 131 и третий вал 141 дифференциала 100 формируют первый выходной вал 131 и второй выходной вал 141 дифференциала 100.
Первый вал 111 дифференциала 100 соединен с ведущей шестерней 110, входящей в зацепление с коронной шестерней 120, в дифференциале 100. Ось вращения ведущей шестерни 110 и ось вращения коронной шестерни 120 перпендикулярны по отношению друг к другу.
Каждый из второго вала 131 и третьего вала 141 дифференциала 100 соединен с соответствующей полуосевой шестерней 130, 140 в дифференциале 100. Полуосевые шестерни 130, 140 расположены на расстоянии друг от друга в центральной части дифференциала 100. Ось Х1-Х1 вращения первой полуосевой шестерни 130 концентрична с осью Х1-Х1 вращения второй полуосевой шестерни 140. Ось Х1-Х1 вращения первой полуосевой шестерни 130 и ось Х1-Х1 вращения второй полуосевой шестерни 140 также концентричны с осью Х1-Х1 вращения коронной шестерни 120.
Дифференциал 100 дополнительно содержит две противоположные параллельные сателлитные шестерни 150, 160, расположенных на расстоянии друг от друга. Каждая сателлитная шестерня 150, 160 входит в зацепление с обеими полуосевыми шестернями 150, 160. Ось Y1-Y1 вращения первой сателлитной шестерни 150 концентрична с осью Y1-Y1 вращения второй сателлитной шестерни 160. Оси Y1-Y1 вращения сателлитных шестерней 150, 160 перпендикулярны по отношению к осям Х1-Х1 вращения коронной шестерни 120. Каждая сателлитная шестерня 150, 160 может быть установлена с возможностью вращения с опорой на вал 151, 161 на монтажной раме 171, 172. Каждая монтажная рама 171, 172 может быть неподвижно установлена с опорой на коронную шестерню 120. Таким образом, каждая сателлитная шестерня 150, 160 может свободно поворачиваться в двух направлениях, т.е. сателлитные шестерни 150, 160 могут вращаться вместе с коронной шестерней 120 и на своей собственной оси. Дифференциал 100 может содержать только одну сателлитную шестерню 150, 160, но предпочтительнее - две сателлитные шестерни 150, 160. Две сателлитные шестерни 150, 160 могут нести большую нагрузку через дифференциал 100. При необходимости можно использовать даже большее количество сателлитных шестерней 150, 160, например, четыре сателлитные шестерни 150, 160.
Коронная шестерня 120 содержит отверстие 121 в средней части коронной шестерни 120, таким образом, чтобы третий вал 141, то есть вал 141 второй полуосевой шестерни 140, мог свободно проходить через отверстие 121 в коронной шестерне 120 и из корпуса дифференциала 100.
Полуосевые шестерни 130, 140 и сателлитные шестерни 150, 160 являются коническими шестернями, расположенными в форме прямоугольника так, чтобы полуосевые шестерни 130, 140 находились на противоположных сторонах прямоугольника, и сателлитные шестерни 150, 160 находились на противоположных сторонах прямоугольника.
Ось вращения первого вала 111 дифференциала 100, т.е. вала 111 ведущей шестерни 110, перпендикулярна по отношению к осям Х1-Х1 вращения выходных валов 131, 141 дифференциала, т.е. валов 131, 141 полуосевых шестерней 130, 140. Ось вращения первого вала 111 дифференциала 100 проходит в радиальном направлении относительно оси Х1-Х1 вращения коронной шестерни 120. Первый вал 111 дифференциала 100 может быть расположен в любом угловом положении по отношению к оси Х1-Х1 вращения коронной шестерни 120.
С целью сохранения ясности на фигуре не показан корпус дифференциала 100. Естественно, первый вал 111 дифференциала 100, выходные валы 131, 141 дифференциала 100 и коронная шестерня 120 установлены с опорой с возможностью вращения посредством подшипниковых средств в корпусе дифференциала 100.
Распределение мощности от первого вала 111 дифференциала 100 к выходным валам 131, 141 дифференциала 100 осуществляют по следующей схеме. Мощность сначала передается от первого вала 111 к коронной шестерне 120 посредством ведущей шестерни 110. Затем мощность передается от коронной шестерни 120 к сателлитным шестерням 150, 160. Наконец мощность передается от сателлитных шестерней 150, 160 к обеим полуосевым шестерням 130, 140 и, в результате - к выходным валам 131, 142.
Когда обе полуосевые шестерни 130, 140 вращаются с одинаковой частотой вращения, сателлитные шестерни 150, 160 вращаются вместе с коронной шестерней 120, но они не вращаются вокруг своих собственных осей 151, 161.
Рулевой электродвигатель 60 соединен с первым валом 111 дифференциала 100, т.е. валом 111 ведущей шестерни 110. Угловая передача 53 соединена со вторым валом 131 дифференциала 100, т.е. валом 131 первой полуосевой шестерни 130. Тормозное устройство 200 соединено с третьим валом 141 дифференциала 100, т.е. валом 141 второй полуосевой шестерни 140.
Для тормозного устройства 200 может быть установлена предварительно заданная сила торможения.
Третий вал 141 заблокирован от вращения, когда крутящий момент, вращающий пропульсивный агрегат 20, ниже порогового значения, в результате чего мощность распределяется только от рулевого электродвигателя 60 на вращение пропульсивного агрегата 20, или наоборот.
Третий вал 141 может начать вращаться, когда крутящий момент, вращающий пропульсивный агрегат 20, выше порогового значения, в результате чего мощность распределяется от рулевого электродвигателя 60 на вращение пропульсивного агрегата 20 и на тормозное устройство 200 или от вращения пропульсивного агрегата 20 на рулевой электродвигатель 60 и на тормозное устройство 200.
Когда вращение третьего вала 141 дифференциала 100 заблокировано, также заблокировано и вращение второй полуосевой шестерни 140. Затем мощность от рулевого электродвигателя 60 передается от коронной шестерни 120 посредством вращения сателлитных шестерней 150, 160 ко второму валу 131 дифференциала 100 и, как следствие, к шестерне 40. Внешняя сила, например, вызываемая льдом, может воздействовать на пропульсивный агрегат 20 в направлении вращения, противоположном направлению вращения, вызываемому рулевым электродвигателем 60. Эта внешняя сила также передается от шестерни 40 к рулевому электродвигателю 60 через трансмиссию 50.
Когда обеспечена возможность вращения третьего вала 141 дифференциала 100, также есть и возможность вращения второй полуосевой шестерни 140. Тормозное устройство 200 все еще присоединено, что означает, что тормозное устройство 200 будет противодействовать вращению второй полуосевой шестерни 140. Таким образом, третий вал 141 дифференциала 100 будет вращаться с меньшей частотой вращения по сравнению с частотой вращения второго вала 131 дифференциала 100. Часть силы рулевого электродвигателя 60 передается третьему валу 141 дифференциала 100 и, как следствие, тормозному устройству 200. Аналогично и с внешней силой, воздействующей на пропульсивный агрегат 20. Часть указанной внешней силы передается третьему валу 141 дифференциала 100 и, как следствие, тормозному устройству 200.
Показанное на фиг. 4 соединение рулевого электродвигателя 60, тормозного устройства 200 и шестерни 40 с валами 111, 131, 141 дифференциала 100 необязательно должно быть именно таким. Тормозное устройство 200 может быть функционально соединено со вторым валом 131 или с третьим валом 141 дифференциала 100. Шестерня 40 может быть функционально соединена с первым валом 111 или с одним из второго вала 131 и третьего вала 141, который не соединен с тормозным устройством 200. В результате рулевой электродвигатель 60 затем может быть функционально соединен с оставшимся одним из трех валов 111, 131, 141. Таким образом, существует несколько возможных соединений тормозного устройства 200, рулевого электродвигателя 60 и шестерни 40 с дифференциалом 100.
На фиг. 5 показан первый вариант осуществления тормозного устройства. Тормозное устройство содержит тормозную поверхность 210, которая может иметь форму тормозного диска 210, соединенного с третьим валом 141 дифференциала 100, и по меньшей мере одну тормозную колодку 211, 212, воздействующую на тормозную поверхность 210. Могут быть предусмотрены две тормозные колодки 211 и 121, воздействующие на противоположные боковые поверхности тормозного диска 210. Тормозные колодки 211, 212 могут приводиться, например, гидравлически или от газа, либо каким-нибудь другим исполнительным механизмом. В нормальных условиях работы тормозные колодки 211, 212 прижимаются вплотную к противоположным боковым поверхностям тормозного диска 210, заданная сила торможения вызывает силу трения между тормозными колодками 211, 212 и тормозным диском 210, предотвращая скольжение тормозного диска 210 по отношению к тормозным колодкам 211, 212. В нормальных условиях работы крутящий момент, вращающий пропульсивный агрегат 20, не превышает силу трения между тормозными колодками 211, 212 и тормозным диском 210, когда используется заданная сила торможения. В ненормальных условиях работы крутящий момент, вращающий пропульсивный агрегат 20, превышает силу трения между тормозными колодками 211, 212 и тормозным диском 210, когда используется заданная сила торможения, в результате чего тормозной диск 210 начинает скользить по отношению к тормозным колодкам 211, 212. Тормозная поверхность 210 может иметь форму барабана вместо формы диска. Тогда по меньшей мере одна тормозная колодка 211, 212 будет воздействовать на барабан.
На фиг. 6 показан второй вариант осуществления тормоза. Тормоз содержит гидравлический мотор 220, гидравлический насос 230, гидравлический аккумулятор 240, предохранительный клапан 221 давления, загрузочные клапаны 231, бак 232 и необходимые каналы. Гидравлический мотор 220 соединен с третьим валом 141 дифференциала 100, а гидравлический насос 230 соединен с валом, соединяющим дифференциал 100 с планетарной шестерней 52. Гидравлический мотор 220 соединен с предохранительным клапаном 221 давления посредством гидравлических каналов. Гидравлический аккумулятор 240 дополнительно соединен с каналами, соединяющими гидравлический мотор 220 и предохранительный клапан 221 давления, посредством одноходовых клапанов 222, 223. Аккумулятор 222 может быть, например, газовым аккумулятором, формирующим резервуар гидравлической жидкости для тормозной гидравлической сети.
Гидравлический насос 230 выкачивает гидравлическую жидкость из бака 232 посредством загрузочных клапанов 231 либо к гидравлическому аккумулятор 240, либо обратно к баку 232. Загрузочные клапаны 231 направляют гидравлическую жидкость из гидравлического насоса 230 к гидравлическому аккумулятору 240, когда уровень гидравлической жидкости в гидравлическом аккумуляторе 240 уменьшается, т.е. когда существует необходимость в заполнении гидравлического аккумулятора 240. Загрузочные клапаны 231 направляют гидравлическую жидкость из гидравлического насоса 230 обратно в бак 232, когда гидравлический аккумулятор 240 полон, т.е. когда нет необходимости в заполнении гидравлического аккумулятора 240.
Вращение гидравлического мотора 220 блокируется, когда предохранительный клапан 221 давления закрыт, т.е. блокируется поток гидравлической жидкости в гидравлическом контуре между гидравлическим мотором 220 и предохранительным клапаном 221 давления. В гидравлическом моторе 220 может присутствовать некоторая протечка гидравлической жидкости, например, через уплотнения в гидравлическом моторе 220, что означает, что для поддержания работы гидравлического контура в гидравлический контур может приноситься свежая гидравлическая жидкость. Когда давление в гидравлическом контуре на любой стороне одноходового клапана 222, 223 снижается ниже давления гидравлического аккумулятора 240, гидравлический контур заполняется гидравлической жидкостью из гидравлического аккумулятора 240 посредством одноходовых клапанов 222, 223.
Момент инерции рулевого электродвигателя 60 намного выше момента инерции гидравлического мотора 220. Гидравлический мотор 220 с предохранительным клапаном 221 давления снижает максимальное значение крутящего момента до уровня, с которым может справиться трансмиссия 50. Гидравлическая жидкость протекает через предохранительный клапан 221 к гидравлическому аккумулятору 222. Из гидравлического аккумулятора 222 получают новую, охлажденную гидравлическую жидкость. В то время как рулевой электродвигатель 60 вращается очень медленно, ситуацию можно рассматривать в качестве распределения мощности от пропульсивного агрегата 20 к гидравлическому мотору 220. Распределение мощности определяется соотношением момента инерции рулевого электродвигателя 60 к моменту инерции гидравлического мотора 220. Когда крутящий момент из пропульсивного агрегата 20 уменьшается до уровня ниже порогового значения предохранительного клапана 221 давления, рулевой электродвигатель 60 вновь берет на себя управление.
У гидравлики высокая плотность мощности и высокая плотность силы/крутящего момента. С высокими крутящими моментами пропульсивного агрегата 20 можно управиться с относительно небольшим числом гидравлических компонентов. Особенно, это тот случай, когда используются планетарные шестерни. С теплом, производимым при столкновении с льдом (в условиях чрезмерного крутящего момента), также можно спокойно справиться при помощи гидравлики, даже если будут происходить повторные столкновения. С производимым в гидравлической жидкости в гидравлическом контуре теплом можно справиться несколькими путями. Например, охладитель для охлаждения гидравлической жидкости может быть расположен в контуре гидравлической жидкости.
Уровень крутящего момента срабатывания (когда проворачивается тормозное устройство) гидравлического мотора может быть установлен очень точно. Он не зависит от температуры или времени, прошедшего с момента последнего события, связанного с крутящим моментом. Крутящий момент срабатывания определяется настройкой ограничения давления и может быть установлен вручную до требуемого постоянного значения (пассивное ограничение давление).
Если ограничение давления выполняется активным клапаном, уровень чрезмерного крутящего момента может регулироваться в режиме реального времени для того, чтобы снизить чрезмерный крутящий момент, испытываемый системой. Это может быть предпочтительной опцией в случае ситуаций ошибок, либо во время тестирования и установки этапов системы.
Гидравлический мотор может периодически использоваться для вращения ротора гидравлического мотора. Интервал времени для последующих поворотов ротора гидравлического мотора определяется изготовителем гидравлического мотора. Когда не происходит столкновений со льдом, может использоваться регулируемое ограничение давления, или небольшой независимый двусторонний пропорциональный клапан, или даже двухпозиционный клапан, параллельно с пассивным ограничением давления, для периодического вращения ротора гидравлического мотора. Это может быть выполнено без воздействия на рулевое управление пропульсивного агрегата 20. Необходимая для вращения ротора гидравлического мотора мощность очень мала.
Показанное на фиг. 6 тормозное устройство следует воспринимать, как один пример гидравлического тормозного устройства 200, который может использоваться в изобретении. В гидравлическом тормозном устройстве 200 может быть гидравлический мотор 220, соединенный с третьим валом дифференциала 100 и некоторыми средствами 221 гидравлического клапана для ограничения потока гидравлической жидкости через гидравлический мотор 220. Таким образом, идея заключена в использовании средств 221 гидравлического клапана для блокирования и разблокирования вращения гидравлического мотора 220. Когда средства 221 гидравлического клапана закрыты, гидравлическая жидкость не может протекать через гидравлический мотор 220, в результате чего блокируется вращение гидравлического мотора 220. Когда средства 221 гидравлического клапана открыты, гидравлическая жидкость может протекать через гидравлический мотор 220, в результате чего гидравлический мотор 220 может вращаться. Для компенсирования утечки гидравлической жидкости из гидравлического мотора 220 может потребоваться повторное заполнение гидравлической жидкостью гидравлического контура, сформированного между гидравлическим мотором 220 и средствами 221 гидравлического клапана.
Изобретение не ограничено типом тормозных устройств, показанным на чертежах, но может использоваться с любым типом тормозных устройств. Тормозное устройство может быть выполнено на основе, например, магнитного выключателя или механического выключателя, либо на основе барабанного тормоза. Тормозное устройство также может быть выполнено с дисковым тормозом, обеспеченным несколькими тормозными дисками. Тормозные колодки могут эксплуатироваться любой силой, например, таким образом, чтобы тормозные колодки прижимались под действием сил упругости, а высвобождались под действием гидравлической, магнитной или другой силы.
Изобретение не ограничено дифференциалом, показанным на фиг. 4. Рулевое устройство может использоваться в соединении с дифференциалом любого типа, содержащим три вала. Мощность может распределяться от одного вала на два оставшиеся вала. С другой стороны, вращение одного вала может блокироваться, в результате чего мощность может распределяться между двумя оставшимися валами. Первый вал может быть соединен с коронной шестерней в дифференциале. Второй вал может быть соединен с первой полуосевой шестерней в дифференциале. Третий вал может быть соединен со второй полуосевой шестерней в дифференциале.
Дифференциал 100 на фиг. 2 расположен между угловой передачей 53 и рулевым электродвигателем 60, а на фиг. 3 между основной ведущей шестерней 51 и планетарной шестерней 52. Однако дифференциал 100 может быть расположен в любом месте в устройстве 50 силовой передачи между шестерней 40 и рулевым электродвигателем 60.
Гидравлической жидкостью, используемой в гидравлических системах, может быть масло.
Тормозное устройство 200 может управляться пассивно, либо активно.
Пассивное управление тормозным устройством на основе по меньшей мере одной тормозной колодки, воздействующей на тормозную поверхность, может быть реализовано посредством установки заданной силы торможения, соответствующей некоторой силе трения в дисковом тормозе. Когда сила трения превышает пороговый крутящий момент, производимый воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат, дисковый тормоз начинает скользить, производя некоторый противодействующий крутящий момент.
Активное управление тормозным устройством на основе по меньшей мере одной тормозной колодки, воздействующей на тормозную поверхность, может быть реализовано посредством размещения средств, которые полностью открывают тормозное устройство, когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат, превышает порог. Таким образом, после превышения порогового крутящего момента тормоза будут свободно вращаться. Для возврата тормозного устройства к нормальной работе при окончании ненормального условия работы понадобятся средства, способные обнаруживать завершение ненормального условия работы.
С другой стороны, активное управление тормозным устройством на основе по меньшей мере одной тормозной колодки, воздействующей на тормозную поверхность, может быть реализовано посредством размещения средств, которые активно управляют тормозным устройством, когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат, превышает порог. Таким образом, тормоз может активно управляться во время всего ненормального условия работы. Для возврата тормозного устройства к нормальной работе при окончании ненормального условия работы понадобятся средства, способные обнаружить завершение ненормального условия работы.
Пассивное управление тормозным устройством на основе гидравлического мотора может быть реализовано посредством установки заданного давления в предохранительном клапане. Когда в предохранительном клапане превышено заданное давление при пороговом крутящем моменте, производимом воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат, гидравлический мотор начнет вращаться, производя некоторый противодействующий крутящий момент, вызываемый остающимся ограничением потока гидравлической жидкости в гидравлическом контуре между гидравлическим мотором и предохранительным клапаном. Таким образом, поток гидравлической жидкости через гидравлический мотор будет пассивно ограничен.
Активное управление тормозным устройством на основе гидравлического мотора может быть реализовано посредством размещения средств, которые открывают неограниченный канал потока через гидравлический мотор, например, посредством обхода предохранительного клапана, когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы, превышает порог. Таким образом, поток гидравлической жидкости через гидравлический мотор вовсе не будет ограничен. Для возврата тормозного устройства к нормальной работе при окончании ненормального условия работы понадобятся средства, способные обнаружить завершение ненормального условия работы.
С другой стороны, активное управление тормозным устройством на основе гидравлического мотора может быть реализовано посредством размещения средств, которые активно управляют траекторией потока через гидравлический мотор, когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы, превышает порог. Таким образом, поток гидравлической жидкости через гидравлический мотор во время всего ненормального условия работы будет активно управляться. Для возврата тормозного устройства к нормальной работе при окончании ненормального условия работы понадобятся средства, способные обнаружить завершение ненормального условия работы.
Устройство не ограничивается пропульсивным агрегатом, показанным на чертежах. Естественно, устройство также может использоваться в соединении с, например, блоком силового привода. Таким образом, тяговый электродвигатель 30 может быть расположен в верхней части 22 кронштейна 21 или внутри судна 10. Для соединения гребного вала 31 с тяговым электродвигателем 30 потребуется вертикальный вал. Если тяговый электродвигатель 30 будет расположен внутри судна 10, система 70 контактных колец не потребуется.
Изобретение и способы его осуществления не ограничиваются примерами, раскрытыми выше, но могут варьироваться в соответствии с объемом формулы изобретения.
1. Пропульсивный агрегат, оснащенный рулевым устройством, содержащим:
по меньшей мере один рулевой электродвигатель (60) для вращения пропульсивного агрегата (20) посредством устройства (50) силовой передачи, расположенного между пропульсивным агрегатом (20) и рулевым электродвигателем (60),
отличающийся тем, что:
устройство (50) силовой передачи содержит дифференциал (100), содержащий первый вал (111), соединенный с возможностью вращения с рулевым электродвигателем (60), второй вал (131), соединенный с возможностью вращения с пропульсивным агрегатом (20), и третий вал (141), соединенный с возможностью вращения с тормозным устройством (200),
причем предусмотрена возможность блокировки вращения третьего вала (141), когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат (20), ниже порогового значения, в результате чего предусмотрена возможность распределения мощности только от рулевого электродвигателя (60) на вращение пропульсивного агрегата (20), или наоборот, и
при этом предусмотрена возможность начала вращения третьего вала (141), когда крутящий момент, производимый воздействием внешней силы на пропульсивный агрегат (20), выше порогового значения, в результате чего предусмотрена возможность распределения мощности от рулевого электродвигателя (60) на вращение пропульсивного агрегата (20) и на тормозное устройство (200) или от вращения пропульсивного агрегата (20) на рулевой электродвигатель (60) и на тормозное устройство (200).
2. Пропульсивный агрегат по п.1, отличающийся тем, что с пропульсивным агрегатом (20) соединена шестерня (40), причем устройство (50) силовой передачи расположено между шестерней (40) и рулевым электродвигателем (60).
3. Пропульсивный агрегат по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что первый вал (111) соединен с коронной шестерней (120) в дифференциале (100), второй вал (131) соединен с первой полуосевой шестерней (130) в дифференциале (100), а третий вал (141) соединен со второй полуосевой шестерней (140) в дифференциале (100).
4. Пропульсивный агрегат по п.3, отличающийся тем, что тормозное устройство (200) функционально соединено со вторым валом (131) или третьим валом (141) дифференциала (100).
5. Пропульсивный агрегат по п.4, отличающийся тем, что шестерня (40) функционально соединена с первым валом (111) или одним из второго вала (131) и третьего вала (141), не соединенного с тормозным устройством (200).
6. Пропульсивный агрегат по п.5, отличающийся тем, что рулевой электродвигатель (60) функционально соединен с оставшимся одним из трех валов (111, 131, 141).
7. Пропульсивный агрегат по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что первый вал (111) соединен с ведущей шестерней (110) в дифференциале (100), а ведущая шестерня (110) соединена с коронной шестерней (120) в дифференциале (100).
8. Пропульсивный агрегат по любому из пп.3-7, отличающийся тем, что предусмотрена по меньшей мере одна сателлитная шестерня (150, 160), входящая в зацепление с полуосевыми шестернями (130, 140) и соединенная с возможностью вращения с опорной рамой (171, 172), причем опорная рама (171, 172) неподвижно прикреплена к коронной шестерне (120), причем по меньшей мере одна сателлитная шестерня (150, 160) выполнена с возможностью свободного вращения с коронной шестерней (120) и вокруг своей собственной оси вращения.
9. Пропульсивный агрегат по любому из пп.2-8, отличающийся тем, что устройство (50) силовой передачи между шестерней (40) и рулевым электродвигателем (60) содержит главную ведущую шестерню (51), соединенную с шестерней (40), дифференциал (100) и планетарную шестерню (52), соединенную с рулевым электродвигателем (60).
10. Пропульсивный агрегат по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что тормозное устройство (200) выполнено на основе по меньшей мере одной тормозной колодки (211, 212), выполненной с возможностью воздействия на тормозную поверхность (210), функционально соединенную с валом (131, 141) дифференциала (100), который функционально соединен с тормозным устройством (200), причем предусмотрена возможность установки заданной силы торможения, соответствующей некоторой силе трения на тормозной поверхности (210) таким образом, чтобы тормозная поверхность (210) начинала скользить относительно по меньшей мере одной тормозной колодки (211, 212), производя некоторый противодействующий крутящий момент, когда превышена сила трения при пороговом крутящем моменте, производимом внешней силой, действующей на пропульсивный агрегат (20).
11. Пропульсивный агрегат по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что тормозное устройство (200) выполнено на основе по меньшей мере одной колодки (211, 212), выполненной с возможностью воздействия на тормозную поверхность (210), функционально соединенную с валом (131, 141) дифференциала (100), который функционально соединен с тормозным устройством (200), причем предусмотрена возможность установки заданной силы торможения, соответствующей некоторой силе трения на тормозном диске (210) таким образом, чтобы тормозной диск (210) мог свободно вращаться относительно по меньшей мере одной тормозной колодки (211, 212), когда сила трения превышает пороговый крутящий момент, производимый внешней силой, действующей на пропульсивный агрегат (20).
12. Пропульсивный агрегат по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что тормозное устройство (200) выполнено на основе гидравлического мотора (220), функционально соединенного с валом (131, 141) дифференциала (100), который функционально соединен с тормозным устройством (200), причем предусмотрена возможность установки заданного давления в предохранительном клапане (221), соединенном с гидравлическим мотором (220) таким образом, чтобы гидравлический мотор (220) начинал вращаться, производя некоторый противодействующий крутящий момент, вызываемый остающимся ограничением потока гидравлической жидкости в гидравлическом контуре между гидравлическим мотором (220) и предохранительным клапаном (221), когда заданное давление превышает пороговый крутящий момент, производимый внешней силой, действующей на пропульсивный агрегат (20).
13. Пропульсивный агрегат по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что тормозное устройство (200) выполнено на основе гидравлического мотора (220), функционально соединенного с валом (131, 141) дифференциала (100), который функционально соединен с тормозным устройством (200), причем предусмотрена возможность установки заданного давления в предохранительном клапане (221), соединенном с гидравлическим мотором (220) таким образом, чтобы гидравлический мотор (220) мог свободно вращаться, когда заданное давление превышает пороговый крутящий момент, производимый внешней силой, действующей на пропульсивный агрегат (20).
14. Пропульсивный агрегат по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что пропульсивный агрегат (20) содержит полый кронштейн (21) с верхней частью (22) и нижней частью (23), причем верхняя часть (22) функционально соединена с шестерней (40) и образует опорный рычаг для нижней части (23), а нижняя часть (23) образует продольное отделение, гребной вал (31), установленный с возможностью вращения с опорой в указанном отделении, и по меньшей мере один гребной винт (35), присоединенный по меньшей мере к одному внешнему концу гребного вала (31) за пределами нижней части (23).
15. Судно, содержащее пропульсивный агрегат по п.14.
