1.一种船载直升机电液复合驱动式快速系留系统,其特征在于:包括功率分流单元、电气传动单元、液压传动单元、功率合流单元和负载单元;
所述功率分流单元包括伺服电机(1)、第一联轴器(2)和第一差速齿轮箱(3),所述第一差速齿轮箱(3)内设置有电机轴大齿轮(4)、电机轴小齿轮(28)、泵齿轮轴(5)和辅助齿轮轴;所述伺服电机(1)的输出轴通过第一联轴器(2)依次与电机轴小齿轮(28)和电机轴大齿轮(4)相连,所述电机轴大齿轮(4)与泵齿轮轴(5)相啮合,所述电机轴小齿轮(28)与第一辅助齿轮轴(6)相啮合;
所述液压传动单元包括第二联轴器(7)、变量泵(8)、油箱(25)、单向阀(10)、比例阀(11)、蓄能器(12)和比例溢流阀(9);所述泵齿轮轴(5)通过第二联轴器(7)与变量泵(8)相连,所述变量泵(8)分别连接油箱(25)、比例溢流阀(9)和蓄能器(12),所述变量泵(8)和蓄能器(12)之间依次设置有单向阀(10)和比例阀(11),所述比例溢流阀(9)与油箱(25)相连,所述比例溢流阀(9)和蓄能器(12)通过管路相连;
所述功率合流单元包括第一电控联轴器/离合器(15)、第二电控联轴器/离合器(23)和第二差速齿轮箱(30),所述第二差速齿轮箱(30)内设置有泵/马达齿轮轴(16)、主动齿轮轴小齿轮(17)、第二辅助齿轮轴(22)和主动齿轮轴大齿轮(29);所述比例阀(11)与三位四通电磁阀(13)电连接,所述三位四通电磁阀(13)与变量泵/马达(14)相连,所述变量泵/马达(14)通过第一电控联轴器/离合器(15)与泵/马达齿轮轴(16)相连,所述泵/马达齿轮轴(16)与主动齿轮轴小齿轮(17)相啮合;所述第一辅助齿轮轴(6)依次通过第四联轴器(24)和第二电控联轴器/离合器(23)与第二辅助齿轮轴(22)相连,所述第二辅助齿轮轴(22)与主动齿轮轴大齿轮(29)相啮合;所述主动齿轮轴小齿轮(17)和主动齿轮轴大齿轮(29)同心设置在主动齿轮轴上;
所述负载单元包括滚珠丝杠(19)、滚珠丝杠副及机械臂(20);所述滚珠丝杠(19)上设置有滚珠丝杠副及机械臂(20),所述主动齿轮轴通过第三联轴器(18)与滚珠丝杠(19)的一端相连,所述滚珠丝杠(19)的另一端为滚珠丝杠固定端(21);
电气传动单元由伺服电机(1)提供动力,经电机轴小齿轮(28)、第一辅助齿轮轴(6)、第四联轴器(24)、第二电控联轴器/离合器(23)、第二辅助齿轮轴(22)后将动力传递给主动齿轮轴大齿轮(29),从而驱动负载单元。
2.根据权利要求1所述的船载直升机电液复合驱动式快速系留系统,其特征在于,所述第一差速齿轮箱(3)中:
电机轴大齿轮(4)的齿数a1大于电机轴小齿轮(28)的齿数a2;
电机轴大齿轮(4)的齿数a1小于泵轴齿轮的齿数a3;
电机轴小齿轮(28)的齿数a2小于辅助轴齿轮的齿数a4;
所述第二差速齿轮箱(30)中:
主动齿轮轴小齿轮(17)的齿数b1小于主动齿轮轴大齿轮(29)的齿数b2;
泵/马达轴齿轮为的齿数b3大于主动齿轮轴小齿轮(17)的齿数b1;
辅助轴齿轮的齿数a4小于主动齿轮轴大齿轮(29)的齿数b2。
3.根据权利要求1所述的船载直升机电液复合驱动式快速系留系统,其特征在于,所述液压传动单元内设置有用以对传动系统进行锁定的双向液压锁(26)和用以防止液压传动单元过载的保护阀(27)。
4.根据权利要求1所述的船载直升机电液复合驱动式快速系留系统,其特征在于,所述蓄能器(12)为皮囊式蓄能器。
5.一种船载直升机电液复合驱动式快速系留系统的控制策略,基于权利要求1‑4中任意一项权利要求所述的船载直升机电液复合驱动式快速系留系统实现,其特征在于,包括加速启动阶段控制策略、匀速运动阶段控制策略和制动阶段控制策略;
所述加速启动阶段控制策略如下:在加速启动阶段采用配有高压皮囊式蓄能器(12)的液压传动单元作为动力源,当液压传动单元需要使用时,比例阀(11)接通,液压油经三位四通电磁阀(13)控制变量泵/马达(14)正转或反转,此时第一电控联轴器/离合器接通从而驱动泵/马达齿轮轴(16),进而将转速和扭矩传递给主动齿轮轴从而驱动滚珠丝杠(19),带动大惯量负载移动;此时机械传动部分的第二电控联轴器/离合器仍处于断开状态,仅有液压传动单元为负载端提供力和速度;
所述匀速运动阶段控制策略如下:匀速运动阶段采用液压传动单元与机械传动单元并联工作的方式,即液压能通过变量泵(8)经单向阀(10)与三位四通电磁阀(13)后通过变量泵/马达(14)向第二差速齿轮箱(30)输送转速和扭矩,机械能通过第一辅助齿轮轴(6)经第四联轴器(24)和第二电控联轴器/离合器(23)向第二差速齿轮箱(30)输送转速和扭矩,通过在第二差速齿轮箱(30)完成功率合流后再进行负载端控制;负载端控制策略根据具体任务的需求和优先级来调节变量泵(8)‑变量泵/马达(14)的排量来分配液压传动单元与机械传动单元提供给负载的力矩。
6.根据权利要求5所述的船载直升机电液复合驱动式快速系留系统的控制策略,其特征在于,在加速启动阶段前还包括准备阶段,所述准备阶段控制策略如下:在系统准备阶段,第二电控联轴器/离合器(23)断开,伺服电机(1)驱动变量泵(8)将高压油液经比例溢流阀(9)调压后,通过比例阀(11)输送到蓄能器(12)中;当蓄能器(12)充能完毕时,比例阀(11)断开,使蓄能器(12)储存高压大流量的液压油;第一电控联轴器/离合器(15)接通以锁定滚珠丝杠副及机械臂(20),当滚珠丝杠副及机械臂(20)承受扰动力时,会通过液压泵/马达传递给液压传动单元,作用在双向液压锁(26)上,达到锁定的目的。
7.根据权利要求5所述的船载直升机电液复合驱动式快速系留系统的控制策略,其特征在于,所述制动阶段控制策略包括高精度制动阶段前半段控制策略和高精度制动阶段后半段控制策略;
所述高精度制动阶段前半段控制策略如下:切断第二电控联轴器/离合器(23),仅靠液压传动单元进行制动,采用变量泵/马达(14)将负载储存的大量机械能转换为液压能回流到蓄能器(12)中,途中经过的蓄能器(12)出口比例阀(11)通过调节阀口大小充当可变阻尼器,实现不同制动工况下的系统冲击高效吸收;
所述高精度制动阶段后半段控制策略如下:待负载速度降低到预设范围后,捕获系统进入高精度制动阶段后半段,断开比例阀(11),使蓄能器(12)能量得以储存,断开泵/马达齿轮轴(16)上安装第一电控联轴器/离合器(15),采用电机驱动的齿轮联轴器机械传动单元进行制动过程高精度位置控制。