舵机 Steering Gear,8-1 舵的作用原理和对舵机的要求 一、舵设备的组成和舵的类型 类型： 1. 平板舵：早期 2. 复板舵（流线型舵）：目前多用 1） 不平衡舵：舵杆轴线紧靠舵叶前缘 2） 平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置 3） 半平衡舵：仅下半部做成平衡型式,,,二、舵的作用原理和转舵扭矩,,1、几个名词：,迎水面、背水面、导边、随边 舵叶展舷比=舵叶高度h / 舵叶平均宽度b海船河船 平衡系数K=舵杆中心线前的舵叶面积A / 整个舵叶面积A一般K=0.150.35,2. 转船力矩Ms：,舵的水作用力F对船舶重心G形成的转矩 Ms=FL（LXccos）FDXcsinFLL=1/2 CLA v2L Nm 式中：CL升力系数 水的密度，kg/m3； A舵叶单侧浸水面积，； V舵叶处水流速度，m/s； L舵杆轴线至船舶重心的距离3. 水动力矩Ma： 舵压力FN对舵杆轴线产生的力矩 Ma=FN Xc=1/2 CNA v2Xc Nm 式中：Xc舵压力中心至舵杆轴线距离，m； CN舵叶压力系数 4. 转舵扭矩M： 舵机施加于舵杆上的扭矩舵匀速转动时，M=MaMf Mf舵各支承处的总摩擦扭矩，平衡舵一般Mf=（0.150.20）Ma 舵机的公称转舵扭矩：在最大舵角输出的最大扭矩,综述：,1）转船力矩Ms比水动力矩Ma大得多，它们都与A及v2成正比 2） 正航偏舵时Ma和Ms随舵角变化的规律 Ms，并在某一舵角出现最大值，海船300350，河船350450。
3） 现代船舶多用平衡舵XcMa，但Ms几乎不受影响 4）倒航时XcMa，但倒航航速正航最大航速的1/2平衡舵倒航时最大Ma一般为正航最大值的60%,三、对舵机的基本技术要求,1.每艘船舶均应设置一套主操舵装置和一套辅操舵装置 2. 舵自任一舷35转至另一舷的35，并且于相同条件下自一舷35转至另一舷30所需时间不超过28s； 3.辅操舵装置能在最大营运前进航速的一半但不小于7 kn时进行操舵，从一舷15转至另一舷15，所需时间不超过60s； 4.主、辅操舵装置动力设备的布置应能在动力源发生故障失效后又恢复输送时，能自动再起动 5. 主操舵装置当其管系或一台动力设备发生单项故障时，此缺陷能被隔离，使操舵能力能够保持或迅速恢复， 6.操舵装置应设有有效的舵角限位器舵装置应有保持舵位不动的制动装置 7. 安全阀开启压力应凋整为不小于1.25倍最大工作压力；安全阀能够排出的量，应不小于所有液压泵总流量的110压力升高应不超过开启压力的10 8.对于舵柄处舵杆直径大于230 mm的所有船舶，应设有能在45s内向操舵装置自动提供的替代动力源，1万Gt及以上船舶连续工作30 min，其他船舶10 min。
8-2 液压舵机工作原理和基本组成,组成：转舵机构、液压系统、操作系统 分类：1、电动舵机：小型船舶 2、液压舵机：多采用 泵控型液压舵机 阀控型液压舵机,,,一、泵控型液压舵机,1、双向变量泵2：由控制杆4控制其流量大小及吸排方向，以改变撞杆和舵叶的运动方向 油泵的工作油压主要取决于推动撞杆所需的力即转舵扭矩 油泵额定排出压力舵机的最大工作压力舵机最大工作压力越高，装置的尺寸和重量会变小，但受限目前液压舵机的最大工作压力20MPa 转舵速度取决于油泵的流量进出港及窄水道航行时双泵并联，转舵速度几乎提高一倍,2、泵控型液压舵机多采用浮动杆式追随机构,控制点A（发指令）：由驾驶台通过遥控系统控制或在舵机室由手轮控制 控泵点C：与变量泵控制杆相连，以改变泵的流量和方向 反馈点B：经反馈杆8与舵柄相连，反映实际舵角大小和方向 动作过程：,浮动杆式(三点式)追随机构 The Floating Lever舵从处于零舵角到转到一定舵角的过程,,,,,A,A1,C,C1,B1,B,,A-----操纵指令控制点Control point （驾驶台遥控或在舵机室手轮控制） B-----反馈点Hunting point（与舵柄相连) C-----控泵点Pump control point（与变量泵的控制杆相连）,,,A1C1B表示控制点拉到一定舵角，舵还未转动，但泵的控制杆已偏离中点，泵已开始排油。
A1CB1表示舵已转到并稳定在所要求的角度；泵的控制杆回中，泵停止供油ACB表示浮动杆的三点均处于中位，舵角处于零位；油泵变量机构回中，不排油；舵也处于零舵角浮动杆式(三点式)追随机构 The Floating Lever 舵从处于一定舵角到回中的过程,,,,,,,,,,,,,A1,A,C,C1,B,B1,A1CB1表示舵已转到并稳定在所要求的角度；泵的控制杆回中，泵停止供油AC1B1：表示控制点A1已拉回中位，舵还未转动，但泵的控制杆已偏离中点，即已开始排油ACB：表示浮动杆的三点均处于中位，舵角处于零位，泵停止供油，舵也回到零舵角3、储能弹簧6（可双向压缩）：,作用：使控制点A一次达到所要求的较大操舵角，以使油泵在较长时间保持最大流量，从而加快转舵速度 储能弹簧刚度须适当：太软，操舵无法进行；太硬，储能弹簧不起作用,4、安全阀（防浪阀）13：storm valve,作用：防止海浪等冲击舵叶时舵杆负荷过大，系统油压过高和电机过载，使液压舵机能够很好地适应冲击负荷,二、阀控型液压舵机,使用单向定量泵，油液进出转舵油缸的方向由驾驶台遥控的换向阀控制，以改变转舵方向 换向阀处于中位时，油泵排油经换向阀旁通返回油泵进口（闭式系统）或油箱（开式系统），转舵油缸的油路锁闭而稳舵 与泵控型液压舵机相比，阀控型舵机的特点： 油泵和系统较简单，造价相对较低 用换向阀换向，液压冲击较大 停止转舵时主泵仍以最大流量排油，油液发热较多，经济性较差 适用的功率范围比泵控型小,8-3 液压舵机的转舵机构,作用：将油泵供给的液压能转变为转动舵杆的机械能，以推动舵叶偏转 分类：按动作方式不同： 1. 往复式：滑式、滚轮式、摆缸式 2. 回转式：转叶式,1-油缸； 2-底座； 3-撞杆； 4-舵杆； 5-机械式舵角指示器； 6-十字头轴承； 7-十字头耳轴； 8-舵柄； 9-滑块； 10-导板； 11-撞杆行程限制器；12-放气阀,一、往复式转舵机构,1. 滑式转舵机构：十字头式、拨叉式 1）十字头式转舵机构 基本组成： 转舵油缸 插入油缸中的撞杆 十字形滑动接头：将撞杆的往复运动转变为舵的摆动 撞杆行程限制器（挡块）11：限制撞杆的极限行程,受力分析：,,与舵杆方向始终垂直的力Q=P/cos=D2p/4cos N 式中：舵角 D撞杆直径，m； p撞杆两端的油压差，Pa,,转舵力矩M=zQRm=D2 z p R0m / 4cos2 式中：R= R0/ cos转舵力臂； R0舵杆中心线到撞杆中心线的距离 m机械效率，滑式机构一般取0、750.85； z油缸对数,,当D、p、R0既定时，M，这种扭矩特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应。
因此当公称转舵扭矩既定时，滑式转舵机构的尺寸或最大工作油压较其它转舵机构小 滑式转舵机构的工作油压不会随的增大而急剧增加,滑式转舵机构特点：,扭矩特性良好，承载能力较大，能可靠平衡撞杆所受的侧推力，可用于转舵扭矩很大的场合 撞杆和油缸间的密封多采用V型密封圈其开口面向压力油腔，磨损后有自动补偿能力更换比较容易 油缸内壁除靠近密封端的一小段外，都不与撞杆接触 撞杆为单作用，须成对工作，尺寸、重量较大舵机室也需较大宽度 安装、检修比较麻烦,,,2）拨叉式转舵机构：,,使用整根撞杆，撞杆中部有圆柱销，销外套有方形（或圆形）滑块撞杆移动时，滑块一面绕圆柱销转动，一面在舵柄的叉形端部滑动（或滚动） 与十字头式相比，拨叉式的特点： 结构简单（无需导板），加工和拆装方便 公称扭矩较小时可用拨叉式，较大时仍以采用十字头式为宜,2. 滚轮式转舵机构,,滚轮代替滑式机构中的十字头或拨叉 Q=Pcos=/4 D2pcos 转舵扭矩M=zQR0m=/4 D2p zR0m cos,特点：,工作时无侧推力，结构简单，加工容易，拆装方便 每个油缸均与其撞杆自成一组，可采用单列式、双列式或上下重叠式等 滚轮与撞杆间的磨损可自动补偿 扭矩特性差，要达到同样的转舵扭矩，须采用比滑式更大的结构尺寸或工作油压 在负扭矩下转动时滚轮可能与某侧撞杆脱开而导致敲击。
故有的机构在滚轮与撞杆间设有板簧拉紧机构,3. 摆缸式转舵机构,扭矩特性与滚轮式基本相同 特点： 双作用活塞代替单作用撞杆，油缸利用率提高，外形尺寸和重量减小 结构简单，安装方便 因采用双作用活塞，对其加工工艺及密封性要求较高 检查和更换密封件不如撞杆式方便，铰接处磨损较大时也会出现撞击 油路中须采用容积补偿措施 扭矩特性不好，多用于功率不大的舵机中,二、回转式转舵机构,1-舵杆 2-缸体 3-转毂 4-转叶 5-定叶 6-油管,1. 结构与动作原理,2、 转舵扭矩：M=zpAR0m 式中：z转叶数目； p转叶两侧油压差，Pa； A每个转叶的单侧面积，m2； R0转叶压力中心至舵杆轴线的距离，m； m机械效率，一般0、750、85,3. 特点：,占地面积小，重量轻，安装方便 无须外部润滑，管理方便，且转舵时舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损 扭矩特性不如滑式，但比滚轮式和摆缸式好 内漏部位较多，密封不易解决，容积效率低,8-4 液压舵机的遥控系统,随动操舵系统 自动操舵系统 非随动操舵系统 分类：按传递信号的不同： 机械式、液压式、电气式（应用最普遍）,一、伺服油缸式舵机遥控系统,,1.组成：电气遥控：将驾驶台发出的操舵信号传递到舵机室 液压伺服：将信号转换成伺服油缸活塞杆的位移，再通过浮动杆式追随机构控制主油泵的变量机构，以实现远距离操舵 2.动作原理： 限位开关：限制伺服活塞的最大移动位置，以限制最大操舵角,3.各阀的作用：,油路锁闭阀2：换向阀回中时锁闭油路；锁闭备用油路 溢流节流阀4：调节流量，使伺服活塞获得合适的移动速度 安全阀5：防止系统油压过高,液控旁通阀8：油泵工作时截止，以保证系统工作正常（控制油压0.40.8MPa）；油泵不工作时旁通，不防碍其它操纵机构的工作 单向阀6：启阀压力0.60.8MPa，保证泵工作时阀8在截止位置,交流伺服电机式舵机遥控系统,,第七节 液压舵机的管理,一、舵机系统的清洗和充油 （1）开启系统中各放气阀（或松开压力表接头）、旁通阀及其他各截止阀。
（2）经滤器将工作油加入补油箱（闭式系统）或循环油箱（开式系统），使达到最高油位3）关闭转舵油缸的旁通阀，在机旁操纵主泵，间断地轮流向左、右两侧转舵（变量泵应尽量采用小流量），并反复开启压力侧的放气阀，尽可能放尽系统中残留的空气，直至舵机转动平稳且不存在异常噪声为止 （4）新装的舵机应在充油以后1.25倍的设计压力对转舵油缸和主油路系统进行液压密封性试验二、舵机使用前的检查,（1）检查舵和舵机，确信其工作正常，确认在其运动部件附近没有其它妨碍运转的外物 （2）用手转动油泵，确信油泵各运动部分没有卡阻现象，而且工作正常 （3）检查并确信系统各阀件都处于正常开关状态 （4）检查各摩擦部位润滑情况，并向各油杯和各运动连接部位注油或加油5）检查各密封处的密封情况，并确信其工作正常 （6）检查电器设备，看其是否可靠 （7）检查舵角指示器的工作，看其是否与实际舵角相符三、舵机的试验和调整,1、试舵时，在驾驶台用遥控按钮起动一套油泵机组，用遥控系统先后向一舷及另一舷作5、15、25、35的操舵试验，判断舵机及其遥控系统、舵角指示器是否能可靠的工作2、对舵的控制及舵角指示、限位有以下要求： （1）电气舵角指示器的指示舵角与实际舵角之间的偏差应不大于1，而且正舵时须无偏差。
（2）采用随动方式操舵时，操舵角的指示舵角与舵停住后的实际舵角之间的偏差应不大于1，而且正舵时须无偏差 （3）不论舵处于任何位置，均不应有明显跑舵（稳舵时舵偏离所停舵角）现象在台架试验中，当舵杆扭矩。