第四章 船舶甲板机械Ø学习目标知识目标1. 熟悉船舶甲板机械的种类； 2. 熟悉舵机的功用和组成；了解对舵机的基本要求；3. 了解液压舵机的组成及各组成部分的功用；4. 熟悉三点式杠杆追随机构的作用和工作原理；5. 熟悉锚设备的功用及基本组成；了解锚机的功用和类型；6. 熟悉系缆设备的功用及组成；7. 熟悉船舶起货机的类型；8. 了解起货机的组成及工作过程能力目标1. 具备船舶甲板机械基本知识； 2. 能识别液压舵机、锚设备系缆设备和船舶起货机的组成，安装位置3. 初步具备使用船舶甲板机械的能力 船舶甲板机械是指在机舱以外所有依靠动力驱动的船舶机械设备包括舵机、锚机、起货设备、系缆机、舷梯绞车、救生艇绞车、升降机、减摇装置等此外，一些特种船舶的专用设备，如滚装船的跳板和升降平台、打捞船的打捞设备、挖泥船的挖泥设备、钻井平台的支腿升降设备、渔船的网具收放设备等，都属于甲板机械的范畴船舶甲板机械的动力，除在少数场合使用人力或气动力外，主要有三种型式，即蒸汽动力，电力和液压动力其中蒸汽动力由于存在汽源供应困难和冬季使用不便等缺点，除在大型油轮上因其防火安全性较好仍有使用外，已基本为后两种动力所代替。
尤其是液压传动，因为具有较高的工作可靠性及更能适应许多甲板机械对遥控的需要等一系列优点，在甲板机械中得到广泛的应用由于篇幅所限，无法对现有船舶的各种甲板机械作全面介绍，只能重点对与船舶运营较为重要的舵机、锚机、系缆机、起货设备作一般介绍第一节 舵设备一、舵机的功用和组成舵设备是用来控制船舶航行方向，保证船舶操纵性能的装置控制船舶航行方向的方法随船舶的类型和用途的不同而异例如，采用喷水推进的船舶，可利用改变喷水方向实现转向；采用转动导流管舵的船舶，可利用导流管舵的偏转实现转向；装有侧向推进器（简称侧推器）的船舶，可利用侧推器所产生的侧推力实现转向等但是使用最普遍的是靠船舶尾部舵叶的偏转来实现转向舵机就是用以控制舵叶偏转的重要机械设备一个完整的操舵装置（简称舵机）由下列组成，如图4-1所示图4-1 操舵装置布置示意图1-舵杆；2-舵叶；3-行星齿轮；4-定齿轮；5-主舵叶；6-主舵杆；7-辅舵杆；9-辅舵叶（襟翼）图4-2 a）不平衡舵；b）平衡舵；C）襟翼舵1. 远距离操纵机构— 由设于驾驶台的发松器和舵机房的受动器组成它是操舵装置的指挥系统 2. 转舵动力机械 － 其功用是提供转舵动力。
根据能源的不同可分为人力、蒸汽、电动和电动液压等型式 3. 转舵机构 — 将转舵动力机械产生的转矩传递给舵杆，并通过舵杆转动舵叶的机构4. 舵 — 是一种承受水流作用力，以产生转舵力矩的设备目前内河和海船普遍采用空心结构的流线型平衡舵、不平衡舵、和襟翼舵（子母舵），其结构如图4-2所示海船多用单舵，而内河船舶则常用双舵或三舵 此外，操舵装置还有指示舵叶转角的舵角指示器、最大舵角限器和应急操舵机构等 二、舵的作用原理和转舵扭矩舵由舵叶和舵杆组成舵叶通过舵杆垂直安装在船舶尾部螺旋桨的后方图4-3 转舵控制船舶航向原理图正舵位置，即舵角α = 0时，舵叶两侧所受的水作用力相等，对船的运动方向不产生影响舵叶偏转任一角度α ，两侧水流如图4-3所示水流绕流舵叶时的流程在背水面就要比迎水面长，背水面的流速也就较迎水面大，而其上的静压力也较迎水面要小舵叶两侧所受水压力的合力(称为舵压力)F就将垂直于舵叶，作用于舵叶的压力中心O，并指向舵叶的背水面假设在船舶重心G处加上一对方向相反而数值均等于F的力F1、F2，那么水作用力F对船体的作用可用水作用力对船舶重心所产生的力矩Ms和F2的作用来代替,其结果完全一样。
由F和F1形成的力矩Ms迫使船舶绕其重心向偏舵方向回转，称为转船力矩，F2则又可分解为R和T两个分力纵向分力R=F2sinα，增加了船舶前进的阻力，横向分力T=F2cosα，使船向偏舵的相反方向漂移水作用力F与船舶的重心G并不在同一水平面上， 船在转向的同时，还存在着横倾与纵倾力矩转船力矩Ms大小与舵角α、舵叶的几何形状、船舶航行的速度有关对既定的船舶，转船力矩随舵角α增大而增大，并且当舵角增大至某一值时，转船力矩达最大值对应最大转船力矩的舵角，称为最大舵角，用αmax表示最大舵角αmax一般在30º～35º之间如流线型舵的αmax为30º左右舵叶面积增大，转船力矩增大船舶的航行速度越高，转船力矩越大若无航速，则无舵效要转动舵叶操作船舶航向，舵机必须克服水压力F对舵轴线所产生的力矩，该力矩称为舵的水动力矩，用M a表示转舵扭矩M是指操舵装置施加在舵杆上的扭矩，舵匀速转动时，转舵扭矩M即应等于水动力矩M a和舵各支承处的总摩擦扭矩Mf 的代数和，M= Ma + M f 三、对舵机的基本技术要求舵机是保持或改变船舶航向，保证安全的重要设备，一旦失灵，船会失去控制，甚至发生事故因此，各国船舶检验部门和海事组织，对舵机提出了许多具体要求。
基本精神要求舵机必须具有足够的转舵扭距和转舵速度，并且在某一部分万一发生故障时，应能迅速采取替代措施，以确保操舵能力，基本技术要求如下：(1). 生命力强必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置，或主操舵装置有两套以上的动力设备当其中之一失效时，另一套应能迅速投入工作；动力设备可单独工作，需要时可联合工作；每套动力设备至少有两处以上独立供电线路，其中一路由应急配电板供电2). 工作可靠主操舵装置应具有足够的强度和能力，在最深吃水并以最大营运航速前进时能将舵自一舷35o 转至另一舷的30º自一舷的35º转至另一舷30º所需的时间，对海船舵机不超过28 s，对内河船舶舵机则不超过12～20s辅操舵装置也应具有足够的强度能在最深航海吃水，并以最大营运航速的一半但不小于7kn前进时，能在不超过60 s内将舵自任一舷的15º转至另一舷的15º操舵装置应设有舵角指示器、舵角限位器、压力保护装置和故障报警装置等3). 操作灵敏主辅操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器主操舵装置设置两台动力设备时，应设有两套独立的控制系统，且均能在驾驶室控制，并能方便地进行切换此外，舵机还应工作平稳、噪音小、经久耐用、经济性高及维护管理方便等。
四、液压舵机组成和工作原理大型船舶几乎全部采用液压舵机电动舵机仅用于一些小型船舶上液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、流向的可控性来达到操舵目的的根据液压油流向变换方式的不同, 液压舵机可分为两类：泵控型液压舵机和阀控型液压舵机泵控型液压舵机是利用变向泵（如柱塞泵）改变液压油流的方向阀控型是通过换向阀来实现限于篇幅这里仅介绍泵控型液压舵机组成和工作原理1. 泵控型液压舵机的组成下面以图4-4所示最为典型的液压舵机 — 泵控型往复式液压舵机说明其组成和工作原理液压舵机主要由三部分组成1）.动力装置提供转舵动力设于舵机室的两台相同的电动机1作单向回转运动分别驱动双向变量油泵2，产生液压油流油泵的流量和吸排方向，则通过与浮动杠杆5上C点相连接的控制杆4控制即依靠油泵控制C点偏离中位的方向和距离，来决定泵的吸排方向和流量2）.转舵机构用于将油液压力能转变为机械能，并传递给舵杆10，转动舵叶包括往复转舵油缸14、撞杆9和舵柄7等组成3）.控制系统也称操作系统，包括驾驶室遥控系统和舵机室机旁控制系统驾驶室遥1-电动机; 2-双向变量泵; 3-放气阀; 4--变量泵控制杆; 5-浮动杠杆; 6-储能弹簧; 7-舵柄; 8-反馈杆; 9-撞杆; 10-舵杆; 11-舵角指示器的发送器; 12-旁通阀; 13-安全阀; 14--转舵油缸; 15-调节螺母; 16-液压遥控受动器; 17-电气遥控伺服油缸图4—4 泵控型液压舵机的原理图。
控系统由设于驾驶室的舵令发送装置 — 操舵仪（也称发送器）和舵机室的接受器组成，用以传递操舵命令图4—4示出了液压遥控受动器16和电气遥控伺服油缸，未示出驾驶室的发送装置从图中还可看出机旁控制的手轮应急操纵2. 泵控型液压舵机工作原理图4-4所示舵机采用往复式转舵机构由油缸14(固定在机座上)和撞杆9(可在缸中往复运动) 等组成当油泵按图示吸排方向工作时，泵就会通过油管从右侧油缸吸油，排向左侧油缸，撞杆9在油压作用下向右运动 (油液可压缩性极小)撞杆通过中央的滑动接头与舵柄7联接，舵柄7的一端又用键固定在舵杆10的上端撞杆9的往复运动就可转变为舵叶的偏转改变油泵的吸排方向，则撞杆和舵叶的运动方向也就随之而变 1）.泵控型舵机 — 转舵速度转舵速度主要取决于油泵的流量，而与舵杆上的扭矩负荷基本无关因为舵机油泵都采用容积式泵，当转舵扭矩变化时，虽然工作油压也随之变化，但泵的流量基本不变，对转舵速度影响不明显进出港和窄水道航行时，用双泵并联，转舵速度几乎可提高一倍 2）.泵控型舵机 — 追随机构追随机构是与远距离操纵机构和舵均有联系的反馈机构在转舵过程中，该机构产生的反馈动作反过来控制舵机油泵的变向变量机构，停止舵机油泵的供油，使舵叶准确地停止在操舵所要求的舵角上。
图4-5 三点式杠杆追随机构原理图如图4-5所示泵控型舵机采用三点式杠杆追随机构杠杆的控制点A由驾驶台通过遥控系统控制如把X孔的插销转插到Y孔之中，也可在舵机室用手轮来控制杠杆上的控泵点C与变量泵的控制杆4相连，反馈点B经反馈杆8与舵柄相连当舵叶和驾驶台上的舵轮都处于中位时，杠杆即处在用点划线ACB所表示的位置C点恰使变量机构居于中位，油泵空转，舵保持中位不动3）.泵控型舵机 — 用舵驾驶台给出某一舵角指令，通过遥控系统，会使A点移至A1点由于B点在舵叶转动以前并不移动，所以C点将移到C1点于是，油泵按图示方向吸排，舵叶开始偏转，通过反馈杆带动B点向B1方向移动当舵叶转到与A1给出指令舵角相符时，B移到B1，C点重回中位，油泵停止排油，舵就停止在所要求的舵角上杠杆的位置如图中的实线A1CB1所示实际上，杠杆动作并不分步进行 (C点偏离中位后，泵就排油)4）.泵控型舵机 － 回舵当驾驶台发出回舵指令时，A点又会从A1移回中位A点C点偏离中位向左，油泵反向吸排舵叶也就向中位偏转，使B点从B1位置向中位移动直到舵叶转到由A点位置所确定的指令舵角时，C点重新回中，油泵停止排油，舵叶也就停转。
5）.泵控型舵机 － 防浪阀追随机构使油泵在开始和停止排油时流量逐渐增大和减小，可减轻液压系统的冲击为了防止海浪等冲击舵叶时，造成舵杆负荷过大、系统油压过高和使电机过载，在油路系统中装设了安全阀(亦称防浪阀)当舵叶受到冲击以致任一侧管路的油压超过安全阀的整定压力时，安全阀开启，油泵两侧管路旁通舵叶会偏离所在位置，带动B点，使C点离开中位，油泵因而排油当冲击负荷消失后，安全阀关闭，舵叶在油泵的作用下，返回B点回位3. 随动舵、单动舵、自动舵 1）.随动舵从上述液压舵机的工作原理分析可以看出，舵机能自动追随舵轮所发出的舵令动作，把舵转到并保持在舵令要求的舵角上这种操舵方式称为随动操舵或随动舵能够实现随动操舵的根本原因是采用了三点式杠杆追随机构，将实际舵角与要求舵角进行比较，利用两者之间的差值即舵角偏差来控制油工作，从而达到消除偏差的目的 — 舵保持在要求舵角它的工作过程可以用图4-6的控制框图来表示图4-6 随动舵控制框图 随动舵在船舶机动航行时使用2）.单动舵如果在随动舵的控制中取消实际舵角与要求舵角。