双功能行程倍增器

技术领域

本发明属于机械和自动化控制技术领域，涉及水上动力舰船技术和水下水文仪器检定或模型检测技术，尤其是涉及一种双功能行程倍增器。

背景技术

现有的水面动力舰船是飞行器的载体，例如在航空母舰中需要搭载舰载机，并要求在航行中起飞和降落。由于起降速度均有严格要求，而甲板长度有限，因此往往需要在很短的形成和时间内将速度抬升至飞行所需速度，或将速度降低至安全降落速度，这就导致在航空母舰起降过程中加速度极大，往往需要弹射飞行，对飞行员身体也有较大损耗。

检定或拖曳车是被检水文仪器的载体，这两种载体也对运动行程有着严格的要求，检定或拖曳水槽满足功能需求，必须有足够长的水槽行程，资源消耗很大。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种双功能行程倍增器，提供一种短距增程系统，采用全新的函数运动物理特牲，改变运动载体的速度、距离关系。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双功能行程倍增器，包括拖检车子系统，高速车子系统，阻拦轮毂子系统，控制子系统；所述拖检车子系统包括拖检车体、拖检车轮、拖车轨道、伺服电机、制动装置，所述拖检车轮安装在拖检车体下并能够在拖车轨道中滚动，所述拖检车子系统的伺服电机用于驱动拖检车体运动，制动装置用于对拖检车体运动起制动作用；所述高速车子系统包括高速车体、高速车轮、高速轨道、伺服电机，所述高速车子系统的伺服电机用于驱动高速车体运动，制动装置用于对高速车体运动起制动作用，所述高速轨道与拖车轨道平行，所述高速车轨道固定在拖检车上，所述控制子系统控制高速车体和拖检车体配合运动。

进一步的，所述高速车和拖检车的配合运动包括如下两种：

方式一：高速车和拖检车运动方向相反，运动速度相等；

方式二：高速车和拖检车运动方向相同，拖检车速度＞高速车速度。

进一步的，所述拖检车子系统还包括导轮机构，所述导轮机构包括导向架、导向轮，导向架与拖检车体固定连接，导向轮轴系固定在支承座III上，支承座III与高速车体固定连接，导向轮能够沿导向架滚动。

进一步的，还包括摆动甲板、液压油缸，所述液压油缸一端固定在拖检车子系统上，另一端通过活动部件与摆动甲板连接。

进一步的，所述拖车轨道上还设置有液压张力器。

进一步的，所述高速车子系统中包括驱动高速车轮30的伺服电机II33，及减速器与离合器I32.还包括固定在高速车体底部的伺服电机III35及减速器与离合器II36轴端与齿轮41固定联接，齿轮41与齿条37啮合，齿条37与导槽38固定联接，导槽38与轨道梁31固定联接，轨道梁31与导向架28下端固定联接。

进一步的，所述拖检车子系统结合高速车子系统二套行走运动机构：一，舰载机飞行路线减速器与离合器I32结合，减速器与离合器II36分离进入高速飞行增程运动；二，海洋水文仪器测量检定路线减速器与离合器I32分离，减速器与离合器II36结合进入低速检定增程运动。

进一步的，所述阻拦轮毂子系统包括伺服电机I9，针摆减速器7，单轮毂轴6，双轮毂轴5，齿轮副，机架板10，上、下导板，导柱11，液压油缸I18。该机构中下导板与高速车体12固定联接。

本发明还提供了双功能行程倍增器的控制方法，包括如下步骤：

步骤一，高速车四轮独立驱动工况下的高速运动：高速车和拖检车同时向相反方向加速运动，并保持高速车体和拖检车体速度一致，直至高速车顶面搭载的舰载机满足升空速度；

步骤二，当不满足安全距离时，拖检车改变运动方向至与高速车运动方向一致，并在满足安全距离后改变运动方向至与高速车运动方向相反，重复步骤二直至高速车顶面搭载的舰载机满足升空速度。

进一步的，所述步骤二中，拖检车与高速车同步匀减速至零速，期间阻拦轮毂在液压油缸I升程作用下与舰载机轮产生滚动摩擦运动，滚动速度相同方向相反，以此保持舰载机相对速度；

进一步的，所述步骤二中，拖检车运动速度＞高速车运动速度。

进一步的，当高速车顶面搭载的舰载机满足升空速度时，摆动甲板在液压油缸的作用下，摆动至摆动甲板平面与飞行甲板水平等高。

进一步的，当高速车顶面搭载的舰载机满足升空速度并升空后还包括步骤三，拖检车和高速车换向运动回到座标原点，舰载机就位，重复下一次飞行即步骤一至三。

本发明还提供了另一种双功能行程倍增器的控制方法，包括如下步骤：

步骤一，高速车齿轮齿条啮合驱动工况下的低速运动：高速车和拖检车同时匀加速反向运动，速度保持相等，直至满足海洋水文仪器测量检定条件；

步骤二，当不满足安全距离时，拖检车改变运动方向至与高速车运动方向一致，并在满足安全距离后改变运动方向至与高速车运动方向相反，重复步骤二直至满足检定条件；

进一步的，所述步骤二中，拖检车运动速度＞高速车运动速度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明基于拖检车体以及搭载于拖检车体之上的高速车体提供了一种叠加组合运动载体，能够实现有效增程，从而缩小舰载机相对于航母甲板的移动行程；同时，基于控制拖检车与高速车进行相对或相同运动能够保证安全距离，避免脱轨和水槽撞击。拖检车子系统结合高速车体能够实现海洋水文仪器设备测量检定中的有效增程，能够缩短水文测量设备的长度。

附图说明

图1为本发明提供的基于双功能行程倍增器系统整体结构剖面示意图。

图2为图1的俯视图，其中飞行甲板已掀去。

图3为图2的侧视图。

图4为控制子系统框图。

附图标记说明：

1-被动齿轮、2-中间齿轮轴、3-主动齿轮、4-轴承座I、5-双轮毂轴、6-单轮毂轴、7-针摆减速器、8-轴承座II、9-伺服电机I、10-机架板、11-导柱、12-高速车体、13-液压制动器I、14-液压制动器II、15-飞行甲板、16-拖检车体、17-上导板、18-液压油缸I、19-下导板、20-铰链I、21-摆动甲板、22-支承座I、23-轴承座III、24-拖检车轮、25-六角螺栓、26-导向轮、27-支承座II、28-导向架、29-轴承座IV、30-高速车轮、31-轨道梁、32-减速器与离合器I、33-伺服电机II、34-支承座III、35-伺服电机III、36-减速器与离合器II、37-齿条、38-导槽、39-仪器接口、40-六角螺栓、41-齿轮、42-六角螺栓、43-拖车轨道、44-液压张力器、45-传动轴、46-液压油缸II、47-铰链II、48-液压避震器、49-伺服电机IV、50-差速器、51-铰链III、52-高速轨道、53-轴承座V。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例一：

如图1-图3所示，本例提供的一种基于双功能行程倍增器系统，本例针对航空母舰上舰载机实现短距增程，具体结构包括拖检车子系统、高速车子系统、控制子系统。针对航空母舰与舰载机的运动机理，本例中拖检车搭载着高速车子系统，高速车体顶面搭载着舰载机，航母飞行甲板设置一窗口，拖检车嵌入航母飞行甲板窗口内，并置于航母飞行甲板之下，高速车顶面与飞行甲板平面等高，高速车位置始终位于航母飞行甲板的窗口内。拖检车体内敷设二条平行钢轨，钢轨与拖检车体等速同向，高速车体四轮匀加速度与钢轨的匀加速度相等方向相反。绝对保证高速车体运动座标处于基准零点位置。高速车与舰载机的速度同步方向相反，拖检车和高速车不断地在相反方向上加速，实现短距增程。舰载机与高速车同步加速方向相反，拖检车体搭载高速车体各自独立运动实现有限增程，直至达到舰载机升空临界速度。当舰载机速度大于临界升空速度时，摆动甲板在液压油缸的作用下，摆动至摆动甲板平面与飞行甲板水平等高，高速车减速后舰载机瞬间滑向飞行甲板升空，拖检车和高速车换向运动回到座标原点，舰载机就位高速车重复下一次飞行。

拖检车子系统结构如图1、图2、图3所述，具体包括液压制动器II14与拖检车体16固定联接，铰链I20分别与拖检车体16和摆动甲板21固定联接，铰链I20与摆动甲板21动配作，轴承座III23与拖检车体16固定联接，拖检车轮24与轴承座III23滚动配作，导向架28上端与高速车体16被六角螺栓25固定联接，导向架28下端与轨道梁31被六角螺栓42固定联接，导向轮26与支承座II22动配作，支承座II22与高速车体12固定联接，拖检轨道43与拖检车轮24滾动配作，避振张力器44与拖检轨道43固定联接，传动轴45两端与轴承座v53滚动配作，传动轴45两外端分别与高速车轮24滾动配作，传动轴另两端分别与差速器50固定联接，伺服电机IV49与差速器50固定联接，铰链II47与拖检车体16固定联接，液压油缸II46一端与铰链47动配作，另一端与铰链III51动配作，铰链III51与摆动甲板21固定联接。

高加速车子系统结构如图1、图2、图3所述，具体包括液压避振器I13与高速车体16固定联接，轴承座IV29与高速车体16固定联接，高速车轮30与高速轨道52滾动配作，高速轨道52与轨道梁31固定联接，减速器与离合器132与伺服电机II33固定联接，减速器与离合器I32轴端与高速车轮30固定联接，支承座III34与高速车体16固定联接，伺服电机III35与减速器与离合器II36固定联接，减速器与离合器II36与支承座III34固定联接，支承座III34与高速车体16被六角螺栓40固定联接，减速器与离合器II36轴端与齿轮41固定联接，齿轮41与齿条37啮合运动，齿条37与轨道梁31固定联接，仪器接口39与高速车体16固定联接。

阻拦轮毂子系统结构如1-图2所述，拖检车在增程折反运动中速度和方向交变直接影响舰载机飞行安全，阻拦轮毂子系统就是用于保障舰载机飞行安全的。阻拦轮毂运动包括伺服电机19与针摆减速器7固定联接，针摆减速器7与机架板10固定联接，单轮毂轴6一端与针摆减速器7固定联接，另一端与轴承座I4滚动配作，单轮毂轴6外端与主动齿轮3固定联接，中间齿轮轴2与轴承座I4滚动配作，双轮毂轴5一端与轴承座I4滚动配作，双轮毂轴5外端与被动齿轮1固定联接，另一端与轴承座II8滚动配作，轴承座II8与机架板10固定联接，主动齿轮3中间齿轮2被动齿轮1它们相互啮合传递扭矩。机架板10与导柱11滑动配作，导柱11一端与上导板17固定联接，另一端与下导板19固定联接，液压油缸118一端与机架板10固定联接，另一端与下导板19固定联接，下导板19与高速车体12固定联接。

子系统之间关联，导向架28上端与拖检车体16固定联接，导向架28下端与轨道梁31固定联接，导向轮26与导向架28滚动配作。摆动甲板21一端与拖检车体16顶部上面铰链，摆动甲板21侧面与液压油缸II46一端铰链，液压油缸II46另一端与拖检车体16顶部下面铰链。

以在航母上应用为例，高速车子系统嵌入在飞行甲板15窗口内，高速车体顶面供舰载机停放，为保证高速车体在高速运动工况下的安全，在飞行甲板窗口内留备安全行程空间。高速车体在匀加速运动中，高速车体顶部如同一种延伸移动飞行甲板，它的运动方向是根据舰载机起飞、着落飞行状态而改变移动运动方向，始终与舰载机保持相对运动增大运动阻力，实现舰载机匀加速升空，均减速度着舰；舰载机在临界速度升空前，摆动甲板在油缸推动下嵌入飞行甲板窗口内。拖检车体在飞行状态下进行独立匀加速运动，拖检车体与自身车体内的高速车体各自独立进行方向相反的匀加速运动，它们的运动状态是一种混合运动的叠加形式组合。拖检车的运动方向是因增程和临界速度而改变的，它与高速车之间的运动关系可能始终相反运动，也可能从相反运动到同向运动再到相反运动。当拖检车子系统和高速车子系统同时相对运动时，舰载机与高速车子系统匀加速同步相对运动逐渐达到升空临界速度，至此增程运动结束整个循环。

本发明整体结构动力平衡设计，有机地利用牛顿物理力学原理，使得拖检车子系统与高速车子系统空间位置设计对称，相对运动速度下的动力平衡，充分保证双功能行程倍增器在交变远动状态下的动力平衡，从而降低振动或颤抖，有效阻止系统性故障，确保高精度控制。

本发明采用如图4所示控制系统对拖检车子系统运动实行闭环自动控制，控制系统包括中央工控、PLC、同步处理器、拖检车子系统、高速车子系统各自的中枢工控机控制中心。拖检车子系统与高速车子系统有机结合，其动力由各自的伺服电机驱动，它们在闭环自动控制系统控制下，于同一工况下以不同的线速度相对而行。其中，中央工控与PLC连接，PLC与同步处理器连接，同步处理器分别与各子系统的中枢工控中心连接，各子系统的中枢工控中心连接制动装置和摆动甲板，由拖检车子系统、高速车子系统、阻拦轮毂子系统在控制中心工控机下达各种指令给相对应的微处理器，由微处理器去执行指令，保证系统运动与安全，通过图像识别监控系统内的运动状态。同步处理器能够控制拖检车子系统和高速车子系统的匀加速度运动，不仅实现拖检车四车轮和高速车四车轮的各自同步，还能够匹配拖检车子系统和高速车子系统的速度。该同步处理器既可以实现异步耦合功能，也可以实现同步并行功能。

根据舰载机飞行要求不同，与之匹配的安全飞行速度和距离应精准控制，在闭环自动控制系统中，通过同步处理器执行指令，实现拖检车子系统和高速车子系统的安全运动。在同步处理器的精准控制下，拖检车子系统和高速车子系统获得两种安全飞行速度和距离增程：

一、拖检车子系统与高速车子系统运动速度相等方向相反的距离增程。初始状态下始终采用本增程方式，此时高速轨道由拖检车子系统承载，拖检车与高速车速度相等方向相反各自运动，此时舰载机运动方向与高速车运动方向相反，如果各轨道和车体顶部满足安全距离要求时，舰载机即达到升空所需速度则升空。在达到飞行条件时，摆动甲板21能够作为高速车体顶部与飞行甲板之间的过渡。当舰载机处于助飞升空速度＜升空临界速度时，摆动甲板21与飞行甲板15处于垂直状态，当舰载机的升空速度≥升空临界速度时，液压油缸II46在程控下推动摆动甲板21与飞行甲板15处于等高水平位置，这时高速车子系统在程控下匀减速，舰载机通过摆动甲板21滑向飞行甲板15瞬间升空。舰载机也可能直接在高速车体顶面升空，摆动甲板并非必需部件，但能够提升安全性。当不满足安全距离要求时，则需要进行下述方式二增程。

二、拖检车子系统和高速车子系统速度不等，拖检车子系统速度＞高速车子系统速度，此时拖检车子系统速度方向与高速车子系统速度方向相同，两个子系统速度叠加始终等于当前舰载机速度。此种情况发生在不满足安全距离要求时，为了保障高速车子系统的轨道回到初始安全位置，拖检车子系统需立刻换向，以延长高速车轨道，当换向行至足够距离后，拖检车子系统可再次换向，换向完成后拖检车子系统和高速车子系统再次速度相等方向相反，从而实现一个距离增程循环，这是一种折反增程运动，直至让舰载机达到飞行升空速度。在闭环自动控制系统中，通过同步处理器执行指令，拖检车子系统和高速车子系统中的七台交流伺服电机瞬时同步精准响应，完成二子系统相互之间的运动速度同步响应匹配。

本应用场景下的机理是一种运动物理函数特性下的匀加速，它改善了飞行条件，有效的保证飞行员身体免受损伤。本发明体积小，由于实现短距增程，能够有效降低飞行甲板长度，减少航母空间占用，而且质量稳定维保工作量小。

实施例二：

本发明还可应用于水文水利领域中，针对水文仪器检定或舰船模型检测运动机理，其测量检定规程对拖检车子系统和高速车子系统低速工况在行程距离长度、时间、速度梯度上有严格的要求，尤其是测量拖曳检定水槽的长度必须满足1∶1，科研单位往往因拖曳检定建筑长度要求制约了科研计划的落实。

采用拖检车子系统与高速车子系统低速工况特征，拖检车沿拖检水槽两侧平行钢轨运行，拖检车体内设置两条钢轨且平行于拖检车轨道，实现有序短距增程：

步骤一、拖检车子系统与高速车子系统运动方向相反、速度相等，实现测量检定标准进行下一个循环；

步骤二、一次运动不满足测量检定标准，拖检车子系统在安全距离内匀减速至零速换向返程，拖检车返程速度＞高速车速度，形成折返增程。拖检车子系统与高速车子系统恢复到步骤一初始状态，重复步骤一增程。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。