[发明专利]基于磁流变液的减摇陀螺进动控制系统

说明书

本发明涉及一种基于磁流变液的减摇陀螺进动控制系统，减摇陀螺进动轴的两侧分别布置两对油缸，构成两路油路，两路油路输出与对应的电磁换向阀连接，两路油路分别通过两个电磁换向阀接在磁流变节流阀的两端，通过控制磁流变节流阀的输入电流，实现对系统流量和压力的控制。采用磁流变液为传动介质，磁流变节流阀为关键控制元件，实现了对减摇陀螺进动运动的控制，有效控制其减摇力矩，从而实现对船舶摇摆的控制。基于磁流变液的进动控制系统具有可控性好，响应快、结构简单、可靠性高等优点。同时因为关键控制元件——节流阀为无相对运动构件，实现了长期运行无磨损，系统可靠性、耐污染性大大提高。

技术领域

本发明涉及一种船舶平衡控制技术，特别涉及一种基于磁流变液的减摇陀螺进动控制系统。

背景技术

船舶减摇陀螺为利用高速回转的陀螺所具有的动量矩以及它的进动物理效应，产生与波浪力矩反向的减摇力矩，使船舶稳定。减摇陀螺所产生的减摇力矩的模与转子自身的动量矩（转子转动惯量与自转角速度的乘积）以及进动角速度的模成正比。所以在转子及其自转角速度一定的情况下，陀螺的进动角速度为影响陀螺减摇力矩大小的主要因素。所以为了保证减摇陀螺的减摇效果，需对陀螺的进动角速度进行较好的控制。

陀螺进动控制系统传统的控制方法为被动式节流控制，通过机械式节流阀实现对陀螺进动角速度的控制。然而机械式节流阀结构复杂，加工要求高，对油液清洁度要求较高，工作一段时间后阀口产生磨损和腐蚀等问题，导致装置寿命低、运动不可靠等问题。

随着机电一体化技术的发展，人们开始将注意力转向具有可控特性的智能材料——磁流变液。磁流变液是由细小的磁性颗粒分散溶于绝缘载液中而形成的非胶体性质的悬浮液。由于磁性颗粒在外加磁场作用下可被磁化形成链状结构，改变悬浮液的粘度，因而使得磁流变液具有可控的流变特性。磁流变液在磁场作用下可承受一定的沿磁场垂直方向的剪切力，只有当施加的剪切力超出其屈服应力时，磁化颗粒形成的链状结构才会被破坏而产生流动。磁流变液的屈服应力随磁场的改变而改变，具有可控性。同时磁流变效应的响应时间非常短，为毫秒数量级。

由于磁流变液在磁场作用下具有屈服应力大、响应快、工作电压低和对污染不敏感等优点，逐渐获得了在液压系统中的应用。基于磁流变液传动的减摇陀螺进动控制系统，其具有关键控制元件中无相对运动的机械部件、结构简单、可靠性高、可控性好、耐污染等突出优点。

发明内容

本发明是针对现有陀螺进动控制系统存在的问题，提出了一种基于磁流变液的减摇陀螺进动控制系统，采用磁流变液为传动介质，磁流变节流阀为关键控制元件，有效实现了对陀螺进动控制系统的控制，该系统可控性好、响应快、结构简单、可靠性高。

本发明的技术方案为：一种基于磁流变液的减摇陀螺进动控制系统，减摇陀螺进动轴的两侧分别布置两对油缸，其中第一油缸和第二油缸组成一对油缸，对称布置在一侧，第三油缸和第四油缸组成一对，对称布置在另外一侧；

每个油缸分为无杆腔和有杆腔，四个油缸的无杆腔分别为A、B、C、D腔，对应的有杆腔分别为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腔通过油路相连通构成第一油路，链接的第一油路与第一电磁换向阀连接；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腔通过油路相连通构成第二油路，链接的第二油路与第二电磁换向阀连接，两路油路分别通过两个电磁换向阀接在磁流变节流阀的两端，通过控制磁流变节流阀的输入电流，实现对系统流量和压力的控制。

所述进动控制系统中油缸的数量根据需要控制的进动力矩大小及陀螺的整体布局确定。

所述在第一油路与第一电磁换向阀连接处接第一安全阀，第一安全阀出口端接第二油路通过第二电磁换向阀后的输出端，此输出端接至串联的第二单向节流阀与第二蓄能器前端；在第二油路与第二电磁换向阀连接处接第二安全阀，第二安全阀另一端接第一油路通过第一电磁换向阀后的输出端，此输出端接至串联的第一单向节流阀与第一蓄能器前端，起到对系统的安全保护。