船舶液壓舵機(jī)課件

1、舵機(jī) Steering Gear8-1 舵的作用原理和對(duì)舵機(jī)的要求一、舵設(shè)備的組成和舵的類型類型：l1. ：早期l2. 復(fù)板舵（流線型舵）：目前多用l1） 不平衡舵：舵桿軸線緊靠舵葉前緣l2） ：舵桿軸線位于舵葉前緣后面一定位置l3） 半平衡舵：僅下半部做成平衡型式二、舵的作用原理和轉(zhuǎn)舵扭矩1、幾個(gè)名詞：迎水面、背水面、導(dǎo)邊、隨邊舵葉展舷比=舵葉高度h / 舵葉平均寬度b。海船河船平衡系數(shù)K=舵桿中心線前的舵葉面積A / 整個(gè)舵葉面積A。一般K=0.150.352. 轉(zhuǎn)船力矩Ms：舵的水作用力F對(duì)船舶重心G形成的轉(zhuǎn)矩M s = FL（ L X c c o s ） FDXcsinFLL=1/2

2、CLA v2L Nml式中：CL升力系數(shù)l水的密度，kg/m3；lA舵葉單側(cè)浸水面積，；lV舵葉處水流速度，m/s；lL舵桿軸線至船舶重心的距離。3. 水動(dòng)力矩Ma：l舵壓力FN對(duì)舵桿軸線產(chǎn)生的力矩lMa=FN Xc=1/2 CNA v2Xc Nml式中：Xc舵壓力中心至舵桿軸線距離，m；lCN舵葉壓力系數(shù)。4. 轉(zhuǎn)舵扭矩M：l舵機(jī)施加于舵桿上的扭矩。舵勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，M=MaMflMf舵各支承處的總摩擦扭矩，平衡舵一般Mf=（0.150.20）Mal舵機(jī)的公稱轉(zhuǎn)舵扭矩：在最大舵角輸出的最大扭矩綜述：1） 轉(zhuǎn)船力矩Ms比水動(dòng)力矩Ma大得多，它們都與A及v2成正比2） 正航偏舵時(shí)Ma和Ms隨舵角變化

3、的規(guī)律lMs，并在某一舵角出現(xiàn)最大值，海船300350，河船350450。3） 現(xiàn)代船舶多用平衡舵。XcMa，但Ms幾乎不受影響4）倒航時(shí)XcMa，但倒航航速 正航最大航速的1/2。平衡舵倒航時(shí)最大Ma一般為正航最大值的60%三、對(duì)舵機(jī)的基本技術(shù)要求1.每艘船舶均應(yīng)設(shè)置一套主操舵裝置和一套輔操舵裝置。2. 舵自任一舷35轉(zhuǎn)至另一舷的35，并且于相同條件下自一舷35轉(zhuǎn)至另一舷30所需時(shí)間不超過(guò)28s；3.輔操舵裝置能在最大營(yíng)運(yùn)前進(jìn)航速的一半但不小于7 kn時(shí)進(jìn)行操舵，從一舷15轉(zhuǎn)至另一舷15，所需時(shí)間不超過(guò)60s；4.主、輔操舵裝置動(dòng)力設(shè)備的布置應(yīng)能在動(dòng)力源發(fā)生故障失效后又恢復(fù)輸送時(shí)，能自動(dòng)再起

4、動(dòng)5. 主操舵裝置當(dāng)其管系或一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備發(fā)生單項(xiàng)故障時(shí)，此缺陷能被隔離，使操舵能力能夠保持或迅速恢復(fù)，6.操舵裝置應(yīng)設(shè)有有效的舵角限位器。舵裝置應(yīng)有保持舵位不動(dòng)的制動(dòng)裝置。7. 安全閥開啟壓力應(yīng)凋整為不小于1.25倍最大工作壓力；安全閥能夠排出的量，應(yīng)不小于所有液壓泵總流量的110。壓力升高應(yīng)不超過(guò)開啟壓力的10。8.對(duì)于舵柄處舵桿直徑大于230 mm的所有船舶，應(yīng)設(shè)有能在45s內(nèi)向操舵裝置自動(dòng)提供的替代動(dòng)力源，1萬(wàn)Gt及以上船舶連續(xù)工作30 min，其他船舶10 min。8-2 液壓舵機(jī)工作原理和基本組成組成：轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、操作系統(tǒng)分類：1、電動(dòng)舵機(jī)：小型船舶 2、液壓舵機(jī)：多采用 泵

5、控型液壓舵機(jī) 閥控型液壓舵機(jī)一、泵控型液壓舵機(jī)1、雙向變量泵2：由控制桿4控制其流量大小及吸排方向，以改變撞桿和舵葉的運(yùn)動(dòng)方向l油泵的工作油壓主要取決于推動(dòng)撞桿所需的力即轉(zhuǎn)舵扭矩。l油泵額定排出壓力 舵機(jī)的最大工作壓力。舵機(jī)最大工作壓力越高，裝置的尺寸和重量會(huì)變小，但受限。目前液壓舵機(jī)的最大工作壓力 20MPal轉(zhuǎn)舵速度取決于油泵的流量。進(jìn)出港及窄水道航行時(shí)雙泵并聯(lián)，轉(zhuǎn)舵速度幾乎提高一倍2、泵控型液壓舵機(jī)多采用浮動(dòng)桿式追隨機(jī)構(gòu)控制點(diǎn)A（發(fā)指令）：由駕駛臺(tái)通過(guò)遙控系統(tǒng)控制或在舵機(jī)室由手輪控制控泵點(diǎn)C：與變量泵控制桿相連，以改變泵的流量和方向反饋點(diǎn)B：經(jīng)反饋桿8與舵柄相連，反映實(shí)際舵角大小和方向動(dòng)

6、作過(guò)程：浮動(dòng)桿式(三點(diǎn)式)追隨機(jī)構(gòu) The Floating Lever舵從處于零舵角到轉(zhuǎn)到一定舵角的過(guò)程AA1CC1B1BA-操縱指令控制點(diǎn)Control point（駕駛臺(tái)遙控或在舵機(jī)室手輪控制）B-反饋點(diǎn)Hunting point（與舵柄相連) C-控泵點(diǎn)Pump control point（與變量泵的控制桿相連）A1C1B表示控制點(diǎn)拉到一定舵角，舵還未轉(zhuǎn)動(dòng)，但泵的控制桿已偏離中點(diǎn)，泵已開始排油。A1CB1表示舵已轉(zhuǎn)到并穩(wěn)定在所要求的角度；泵的控制桿回中，泵停止供油。ACB表示浮動(dòng)桿的三點(diǎn)均處于中位，舵角處于零位；油泵變量機(jī)構(gòu)回中，不排油；舵也處于零舵角。浮動(dòng)桿式(三點(diǎn)式)追隨機(jī)構(gòu) Th

7、e Floating Lever 舵從處于一定舵角到回中的過(guò)程A1ACC1BB1A1CB1表示舵已轉(zhuǎn)到并穩(wěn)定在所要求的角度；泵的控制桿回中，泵停止供油。AC1B1：表示控制點(diǎn)A1已拉回中位，舵還未轉(zhuǎn)動(dòng)，但泵的控制桿已偏離中點(diǎn)，即已開始排油。ACB：表示浮動(dòng)桿的三點(diǎn)均處于中位，舵角處于零位，泵停止供油，舵也回到零舵角。3、儲(chǔ)能彈簧6（可雙向壓縮）：作用：使控制點(diǎn)A一次達(dá)到所要求的較大操舵角，以使油泵在較長(zhǎng)時(shí)間保持最大流量，從而加快轉(zhuǎn)舵速度儲(chǔ)能彈簧剛度須適當(dāng)：太軟，操舵無(wú)法進(jìn)行；太硬，儲(chǔ)能彈簧不起作用4、安全閥（防浪閥）13：storm valve作用：防止海浪等沖擊舵葉時(shí)舵桿負(fù)荷過(guò)大，系統(tǒng)油壓過(guò)

8、高和電機(jī)過(guò)載，使液壓舵機(jī)能夠很好地適應(yīng)沖擊負(fù)荷二、閥控型液壓舵機(jī)使用單向定量泵，油液進(jìn)出轉(zhuǎn)舵油缸的方向由駕駛臺(tái)遙控的換向閥控制，以改變轉(zhuǎn)舵方向換向閥處于中位時(shí)，油泵排油經(jīng)換向閥旁通返回油泵進(jìn)口（閉式系統(tǒng)）或油箱（開式系統(tǒng)），轉(zhuǎn)舵油缸的油路鎖閉而穩(wěn)舵與泵控型液壓舵機(jī)相比，閥控型舵機(jī)的特點(diǎn)：l油泵和系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)較低l用換向閥換向，液壓沖擊較大l停止轉(zhuǎn)舵時(shí)主泵仍以最大流量排油，油液發(fā)熱較多，經(jīng)濟(jì)性較差l適用的功率范圍比泵控型小8-3 液壓舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)作用：將油泵供給的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)舵桿的機(jī)械能，以推動(dòng)舵葉偏轉(zhuǎn)分類：按動(dòng)作方式不同：l1. 往復(fù)式：滑式、滾輪式、擺缸式l2. 回轉(zhuǎn)式：轉(zhuǎn)葉式

9、1-油缸；2-底座；3-撞桿；4-舵桿；5-機(jī)械式舵角指示器；6-十字頭軸承；7-十字頭耳軸；8-舵柄；9-滑塊；10-導(dǎo)板；11-撞桿行程限制器；12-放氣閥一、往復(fù)式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)1. 滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)：十字頭式、撥叉式1）十字頭式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)基本組成：l轉(zhuǎn)舵油缸l插入油缸中的撞桿l十字形滑動(dòng)接頭：將撞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎娴臄[動(dòng)l撞桿行程限制器（擋塊）11：限制撞桿的極限行程受力分析：與 舵 桿 方 向 始 終 垂 直 的 力Q=P/cos=D2p/4cos Nl式中：舵角lD撞桿直徑，m；lp撞桿兩端的油壓差，Pa轉(zhuǎn)舵力矩M=zQRm=D2 z p R0m / 4cos2l式中：R= R0/ cos轉(zhuǎn)

10、舵力臂；lR0舵桿中心線到撞桿中心線的距離lm機(jī)械效率，滑式機(jī)構(gòu)一般取0、750.85；lz油缸對(duì)數(shù)當(dāng)D、p、R0既定時(shí)，M，這種扭矩特性與舵的水動(dòng)力矩的變化趨勢(shì)相適應(yīng)。因此當(dāng)公稱轉(zhuǎn)舵扭矩既定時(shí)，滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的尺寸或最大工作油壓較其它轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)小滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的工作油壓不會(huì)隨的增大而急劇增加滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：扭矩特性良好，承載能力較大，能可靠平衡撞桿所受的側(cè)推力，可用于轉(zhuǎn)舵扭矩很大的場(chǎng)合撞桿和油缸間的密封多采用V型密封圈。其開口面向壓力油腔，磨損后有自動(dòng)補(bǔ)償能力。更換比較容易油缸內(nèi)壁除靠近密封端的一小段外，都不與撞桿接觸撞桿為單作用，須成對(duì)工作，尺寸、重量較大。舵機(jī)室也需較大寬度安裝、檢修比較麻煩

11、2）撥叉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)：使用整根撞桿，撞桿中部有圓柱銷，銷外套有方形（或圓形）滑塊。撞桿移動(dòng)時(shí)，滑塊一面繞圓柱銷轉(zhuǎn)動(dòng)，一面在舵柄的叉形端部滑動(dòng)（或滾動(dòng)）與十字頭式相比，撥叉式的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（無(wú)需導(dǎo)板），加工和拆裝方便公稱扭矩較小時(shí)可用撥叉式，較大時(shí)仍以采用十字頭式為宜2. 滾輪式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)滾輪代替滑式機(jī)構(gòu)中的十字頭或撥叉Q=Pcos=/4 D2pcos轉(zhuǎn)舵扭矩M=zQR0m=/4 D2p zR0m cos特點(diǎn)：工作時(shí)無(wú)側(cè)推力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，拆裝方便每個(gè)油缸均與其撞桿自成一組，可采用單列式、雙列式或上下重疊式等滾輪與撞桿間的磨損可自動(dòng)補(bǔ)償扭矩特性差，要達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)舵扭矩，須采用比滑式更大的結(jié)構(gòu)

12、尺寸或工作油壓在負(fù)扭矩下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滾輪可能與某側(cè)撞桿脫開而導(dǎo)致敲擊。故有的機(jī)構(gòu)在滾輪與撞桿間設(shè)有板簧拉緊機(jī)構(gòu)3. 擺缸式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)扭矩特性與滾輪式基本相同特點(diǎn)：雙作用活塞代替單作用撞桿，油缸利用率提高，外形尺寸和重量減小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便因采用雙作用活塞，對(duì)其加工工藝及密封性要求較高檢查和更換密封件不如撞桿式方便，鉸接處磨損較大時(shí)也會(huì)出現(xiàn)撞擊油路中須采用容積補(bǔ)償措施扭矩特性不好，多用于功率不大的舵機(jī)中二、回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)1-舵桿2-缸體3-轉(zhuǎn)轂4-轉(zhuǎn)葉5-定葉6-油管1. 結(jié)構(gòu)與動(dòng)作原理2、 轉(zhuǎn)舵扭矩：M=zpAR0ml式中：z轉(zhuǎn)葉數(shù)目；lp轉(zhuǎn)葉兩側(cè)油壓差，Pa；lA每個(gè)轉(zhuǎn)葉的單側(cè)面積，m2；lR0轉(zhuǎn)

13、葉壓力中心至舵桿軸線的距離，m；lm機(jī)械效率，一般0、750、853. 特點(diǎn)：占地面積小，重量輕，安裝方便無(wú)須外部潤(rùn)滑，管理方便，且轉(zhuǎn)舵時(shí)舵桿不受側(cè)推力，可減輕舵承磨損扭矩特性不如滑式，但比滾輪式和擺缸式好內(nèi)漏部位較多，密封不易解決，容積效率低8-4 液壓舵機(jī)的遙控系統(tǒng)隨動(dòng)操舵系統(tǒng)自動(dòng)操舵系統(tǒng)非隨動(dòng)操舵系統(tǒng)分類：按傳遞信號(hào)的不同：l機(jī)械式、液壓式、電氣式（應(yīng)用最普遍）一、伺服油缸式舵機(jī)遙控系統(tǒng)1.組成：電氣遙控：將駕駛臺(tái)發(fā)出的操舵信號(hào)傳遞到舵機(jī)室液壓伺服：將信號(hào)轉(zhuǎn)換成伺服油缸活塞桿的位移，再通過(guò)浮動(dòng)桿式追隨機(jī)構(gòu)控制主油泵的變量機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操舵2.動(dòng)作原理：限位開關(guān)：限制伺服活塞的最大移動(dòng)

14、位置，以限制最大操舵角3.各閥的作用：油路鎖閉閥2：換向閥回中時(shí)鎖閉油路；鎖閉備用油路溢流節(jié)流閥4：調(diào)節(jié)流量，使伺服活塞獲得合適的移動(dòng)速度安全閥5：防止系統(tǒng)油壓過(guò)高液控旁通閥8：油泵工作時(shí)截止，以保證系統(tǒng)工作正常（控制油壓 0.40.8MPa）；油泵不工作時(shí)旁通，不防礙其它操縱機(jī)構(gòu)的工作單向閥6：?jiǎn)㈤y壓力0.60.8MPa，保證泵工作時(shí)閥8在截止位置交流伺服電機(jī)式舵機(jī)遙控系統(tǒng)1 12 23 34 45 56 68 87 71212131311119 910101717161615151414同右同右o oa aa ao o接浮動(dòng)桿控制點(diǎn)A圖圖8-14 8-14 直流伺服電機(jī)式遙控系統(tǒng)原理圖直流

15、伺服電機(jī)式遙控系統(tǒng)原理圖1-舵輪；2-操舵電位計(jì)；3-反饋電位計(jì)；4-齒輪齒條；5-錐齒輪副；6-絲桿；7-導(dǎo)桿；8-滑塊螺母；9-蝸輪；10-行星齒輪；11-蝸桿；12-直流伺服電動(dòng)機(jī)；13-直流電動(dòng)機(jī)激磁繞組；14-交流電動(dòng)機(jī)；15-直流發(fā)電機(jī)；16-直流發(fā)電機(jī)激磁繞組；17-放大器第七節(jié)第七節(jié) 液壓舵機(jī)的管理液壓舵機(jī)的管理一、舵機(jī)系統(tǒng)的清洗和充油一、舵機(jī)系統(tǒng)的清洗和充油（1）開啟系統(tǒng)中各放氣閥（或松開壓力表接頭）、旁通閥及其他各截止閥。（2）經(jīng)濾器將工作油加入補(bǔ)油箱（閉式系統(tǒng)）或循環(huán)油箱（開式系統(tǒng)），使達(dá)到最高油位。（3）關(guān)閉轉(zhuǎn)舵油缸的旁通閥，在機(jī)旁操縱主泵，間斷地輪流向左、右兩側(cè)轉(zhuǎn)舵（

16、變量泵應(yīng)盡量采用小流量），并反復(fù)開啟壓力側(cè)的放氣閥，盡可能放盡系統(tǒng)中殘留的空氣，直至舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)且不存在異常噪聲為止。（4）新裝的舵機(jī)應(yīng)在充油以后1.25倍的設(shè)計(jì)壓力對(duì)轉(zhuǎn)舵油缸和主油路系統(tǒng)進(jìn)行液壓密封性試驗(yàn)。二、舵機(jī)使用前的檢查二、舵機(jī)使用前的檢查（1）檢查舵和舵機(jī)，確信其工作正常，確認(rèn)在其運(yùn)動(dòng)部件附近沒(méi)有其它妨礙運(yùn)轉(zhuǎn)的外物。（2）用手轉(zhuǎn)動(dòng)油泵，確信油泵各運(yùn)動(dòng)部分沒(méi)有卡阻現(xiàn)象，而且工作正常。（3）檢查并確信系統(tǒng)各閥件都處于正常開關(guān)狀態(tài)。（4）檢查各摩擦部位潤(rùn)滑情況，并向各油杯和各運(yùn)動(dòng)連接部位注油或加油。（5）檢查各密封處的密封情況，并確信其工作正常。（6）檢查電器設(shè)備，看其是否可靠。（7）檢查

17、舵角指示器的工作，看其是否與實(shí)際舵角相符。三、舵機(jī)的試驗(yàn)和調(diào)整三、舵機(jī)的試驗(yàn)和調(diào)整1、試舵時(shí)，在駕駛臺(tái)用遙控按鈕起動(dòng)一套油泵機(jī)組，用遙控系統(tǒng)先后向一舷及另一舷作5、15、25、35的操舵試驗(yàn)，判斷舵機(jī)及其遙控系統(tǒng)、舵角指示器是否能可靠的工作。2、對(duì)舵的控制及舵角指示、限位有以下要求： （1）電氣舵角指示器的指示舵角與實(shí)際舵角之間的偏差應(yīng)不大于1，而且正舵時(shí)須無(wú)偏差。 （2）采用隨動(dòng)方式操舵時(shí)，操舵角的指示舵角與舵停住后的實(shí)際舵角之間的偏差應(yīng)不大于1，而且正舵時(shí)須無(wú)偏差。 （3）不論舵處于任何位置，均不應(yīng)有明顯跑舵（穩(wěn)舵時(shí)舵偏離所停舵角）現(xiàn)象。在臺(tái)架試驗(yàn)中，當(dāng)舵桿扭矩達(dá)到公稱值時(shí)，往復(fù)式液壓舵機(jī)

18、的跑舵速度不得超過(guò)0. 5/min；轉(zhuǎn)葉式液壓舵機(jī)應(yīng)不超過(guò)4/min。 （4）采用液壓或機(jī)械方式操縱的舵機(jī)，滯舵（舵的轉(zhuǎn)動(dòng)滯后于操舵動(dòng)作）時(shí)間應(yīng)不大于1s，操舵手輪的空轉(zhuǎn)不得超過(guò)半圈，手輪上的最大操縱力應(yīng)不超過(guò)0. 1kN。 （5）電氣和機(jī)械的舵角限位必須可靠。實(shí)際的限位舵角與規(guī)定值之差不得大于30。四、舵機(jī)管理注意事項(xiàng)四、舵機(jī)管理注意事項(xiàng)1.油位 工作油箱中油位應(yīng)經(jīng)常保持在油位計(jì)顯示范圍的2/3左右。2.油溫 工作時(shí)最合適的油溫是3050。油溫高于50時(shí)應(yīng)使用油冷卻器。油箱油溫（泵進(jìn)口處）通常應(yīng)不高出室溫30以上，且一般應(yīng)不超過(guò)60。3.油壓 在主油路中，主泵排出油壓應(yīng)不高于說(shuō)明書標(biāo)定的最大

19、工作油壓。輔油路中各處油壓應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。油壓表閥平時(shí)應(yīng)保持關(guān)閉，只在檢查時(shí)打開。4.濾器 運(yùn)行中應(yīng)經(jīng)常注意濾器前后壓差，及時(shí)清洗或更換濾芯（依其種類而定）。5.潤(rùn)滑 油缸柱塞等滑動(dòng)表面應(yīng)保持清潔，并澆涂適量工作油。舵機(jī)長(zhǎng)期停用應(yīng)涂布潤(rùn)滑脂。6.泄漏 舵桿的舵承填料不應(yīng)滲水，油箱、油缸、閥件、油管及接頭等處不應(yīng)漏油。7.噪聲 如有異常聲響，應(yīng)立即查明原因，設(shè)法處理。8.機(jī)械過(guò)熱 泵和電機(jī)等不應(yīng)有過(guò)熱現(xiàn)象。軸承部位的溫度，一般比油溫高1020為正常。9.聯(lián)軸節(jié) 起動(dòng)時(shí)可先盤動(dòng)泵的聯(lián)軸節(jié)，以確認(rèn)泵無(wú)卡阻。備用泵在舵機(jī)使用期間聯(lián)軸節(jié)不應(yīng)反轉(zhuǎn)。10.閥和固定螺帽 使用中應(yīng)檢查各放氣閥、旁通閥和截止閥以及各固定、連接螺帽，防止因振動(dòng)而離開正確位置或松動(dòng)。五、舵機(jī)常見故障分析五、舵機(jī)常見故障分析1.舵不能轉(zhuǎn)動(dòng) （1）遙控系統(tǒng)失靈此時(shí)機(jī)旁操縱正常 （2）主泵不能供油可換用備用泵加以驗(yàn)證。 （3）主油路旁通或嚴(yán)