集美培訓(xùn)船舶結(jié)構(gòu)與設(shè)備課件

1、2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心1船舶結(jié)構(gòu)與設(shè)備中海國際廣州培訓(xùn)中心Captain 林金星2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心2第五節(jié)第五節(jié) 自動舵自動舵一、自動舵的種類一、自動舵的種類船上使用的自動舵種類較多，按其調(diào)節(jié)規(guī)律來分類，可分為三種：船上使用的自動舵種類較多，按其調(diào)節(jié)規(guī)律來分類，可分為三種：1.比例舵比例舵這種舵是按船舶偏航角這種舵是按船舶偏航角的大小來調(diào)節(jié)偏舵角的大小來調(diào)節(jié)偏舵角的，其偏航角與偏舵角之的，其偏航角與偏舵角之間的關(guān)系為：間的關(guān)系為： = -K1式中：式中：K1比例系數(shù)，負號表示偏舵的方向與偏航方向相反，即用以比例系數(shù)，負號表示偏舵的方向與偏航方向相反，即用以消

2、除偏航。消除偏航。在這種類型的自動舵中，偏舵角在這種類型的自動舵中，偏舵角和偏航角和偏航角成正比，而比例系數(shù)成正比，而比例系數(shù)K1則可則可根據(jù)船舶類型、海況、裝載情況加以選擇和調(diào)整。這種舵沒有考慮偏航角根據(jù)船舶類型、海況、裝載情況加以選擇和調(diào)整。這種舵沒有考慮偏航角速度即船舶偏航慣性的影響，也沒有考慮風(fēng)流等原因產(chǎn)生的恒值干擾的影速度即船舶偏航慣性的影響，也沒有考慮風(fēng)流等原因產(chǎn)生的恒值干擾的影響。因此，船舶使用這種舵時，航跡容易呈響。因此，船舶使用這種舵時，航跡容易呈“S”形曲線。目前船上已不形曲線。目前船上已不采用這種老式自動舵。采用這種老式自動舵。2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心32.

3、比例-微分舵比例微分舵是根據(jù)船舶偏航角的大小和偏航角速度的大小來調(diào)節(jié)偏舵角的。其偏舵角和偏航角之間的關(guān)系為： = -（K1 + K2d/dt）式中：K2微分系數(shù)。即偏舵角與偏航角和偏航角速度d/dt成正比，比例系數(shù)K1和微分系數(shù)K2則根據(jù)船舶的種類、裝載和偏航慣性等加以選擇和調(diào)整。由于增加了航向變化率d/dt的因素，因而加快了給舵速度，能更好地克服船舶的回轉(zhuǎn)慣性，并大大提高了維持航向的精確度。目前，使用這種類型的自動舵仍然比較普遍，早期國產(chǎn)紅旗5型等自動舵均屬這一類型。在比例微分自動舵中，由于考慮了船舶偏航慣性的影響，所以比較接近人工操舵。其糾正偏航的過程如圖5-26所示。 2022-6-21

4、中海國際廣州培訓(xùn)中心42022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心5設(shè)航行中由于外界因素的影響使船舶向右偏航，當達到圖中b位時，所給出的偏舵角為2= （K12 + K2d2/dt），這時2 0，d2/dt 0。之后，盡管船首繼續(xù)右偏，但在偏舵角2作用下，偏航慣性減少；當船在c位處時，偏航角最大，但偏航慣性為0，則 K2d2/dt = 0。此時，3= -K13。因此，3并非是整個過程中最大的偏舵角。當船舶在偏舵角3的作用下開始回航到達d位時，給出的偏舵角4= -（K14 + K2d4/dt），這時，40，但d4/dt 0，所以43。因而，船舶在尚未回到原定航向時，偏舵角已歸回零，如圖中e位所示。當船舶

5、回到原定航向之前（圖中f位處），將產(chǎn)生一足夠大小的反向偏舵角，6= - K2d6/dt）（因d6/dt 0）。這對克服船舶慣性引起的向另一側(cè)偏擺是很有利的，它能使船舶較快地穩(wěn)定在原定航向上。可以看出，比例-微分舵的控制效果較好，但應(yīng)注意，在安裝試航時需要將參數(shù)K1、K2選擇調(diào)節(jié)合適，否則反而會影響航行質(zhì)量。2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心6設(shè)航行中由于外界因素的影響使船舶向右偏航，當達到圖設(shè)航行中由于外界因素的影響使船舶向右偏航，當達到圖中中b位時，所給出的偏舵角為位時，所給出的偏舵角為2= （K12 + K2d2/dt），），這時這時2 0，d2/dt 0。之后，盡管船首繼續(xù)右偏，但在

6、偏舵角之后，盡管船首繼續(xù)右偏，但在偏舵角2作用下，偏航慣作用下，偏航慣性減少；當船在性減少；當船在c位處時，偏航角最大，但偏航慣性為位處時，偏航角最大，但偏航慣性為0，則則 K2d2/dt = 0。此時，。此時，3= -K13。因此，。因此，3并非是并非是整個過程中最大的偏舵角。整個過程中最大的偏舵角。當船舶在偏舵角當船舶在偏舵角3的作用下開始回航到達的作用下開始回航到達d位時，給出的位時，給出的偏舵角偏舵角4= -（K14 + K2d4/dt），這時，），這時，40，但，但d4/dt 0，所以，所以43。因而，船舶在尚未回到原定航。因而，船舶在尚未回到原定航向時，偏舵角已歸回零，如圖中向時，

7、偏舵角已歸回零，如圖中e位所示。位所示。當船舶回到原定航向之前（圖中當船舶回到原定航向之前（圖中f位處），將產(chǎn)生一足夠位處），將產(chǎn)生一足夠大小的反向偏舵角，大小的反向偏舵角，6= - K2d6/dt）（因）（因d6/dt 0）。這對克服船舶慣性引起的向另一側(cè)偏擺是）。這對克服船舶慣性引起的向另一側(cè)偏擺是很有利的，它能使船舶較快地穩(wěn)定在原定航向上。很有利的，它能使船舶較快地穩(wěn)定在原定航向上?？梢钥闯?，比例可以看出，比例-微分舵的控制效果較好，但應(yīng)注意，在微分舵的控制效果較好，但應(yīng)注意，在安裝試航時需要將參數(shù)安裝試航時需要將參數(shù)K1、K2選擇調(diào)節(jié)合適，否則反而選擇調(diào)節(jié)合適，否則反而會影響航行質(zhì)量。

8、會影響航行質(zhì)量。2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心73、比例、比例-微分微分-積分舵積分舵這種舵是在比例這種舵是在比例-微分舵的基礎(chǔ)上經(jīng)改進而成的。由于風(fēng)流或螺旋槳微分舵的基礎(chǔ)上經(jīng)改進而成的。由于風(fēng)流或螺旋槳不對稱排出流等原因，產(chǎn)生了恒值干擾的作用，使得船舶不能行使在不對稱排出流等原因，產(chǎn)生了恒值干擾的作用，使得船舶不能行使在規(guī)定的航線上，所以說總是存在一較小的偏差。而上述兩種自動舵裝規(guī)定的航線上，所以說總是存在一較小的偏差。而上述兩種自動舵裝置都不能解決這個偏差。為此，在這種類型自動舵的調(diào)節(jié)規(guī)律中就增置都不能解決這個偏差。為此，在這種類型自動舵的調(diào)節(jié)規(guī)律中就增加了與偏航角成積分關(guān)系的積分

9、功能，這就是比例加了與偏航角成積分關(guān)系的積分功能，這就是比例-微分微分-積分控制系積分控制系統(tǒng)。其偏舵角與偏航角之間的關(guān)系如下：統(tǒng)。其偏舵角與偏航角之間的關(guān)系如下： = -（K1 + K2d/dt + K3dt）式中：式中：K3積分系數(shù)。積分系數(shù)。按這種規(guī)律調(diào)節(jié)的自動舵，其偏舵角與偏航角、偏航角速度和偏航角按這種規(guī)律調(diào)節(jié)的自動舵，其偏舵角與偏航角、偏航角速度和偏航角積分成正比。積分成正比。由于增加了積分調(diào)節(jié)，這種舵能將風(fēng)流或螺旋槳不對稱排出流等原因由于增加了積分調(diào)節(jié)，這種舵能將風(fēng)流或螺旋槳不對稱排出流等原因產(chǎn)生的恒值干擾影響積累起來，并以此信號控制舵葉，施反向舵角，產(chǎn)生的恒值干擾影響積累起來，

10、并以此信號控制舵葉，施反向舵角，從而以這一反向舵角所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩來平衡恒值干擾力矩，使船舶從而以這一反向舵角所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩來平衡恒值干擾力矩，使船舶穩(wěn)定在指定的航向上航行，進一步提高船舶航行質(zhì)量，目前，各國新穩(wěn)定在指定的航向上航行，進一步提高船舶航行質(zhì)量，目前，各國新型自動舵大多數(shù)采用這種類型的自動舵，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高。型自動舵大多數(shù)采用這種類型的自動舵，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高。2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心8二、自動舵的工作原理二、自動舵的工作原理自動舵基本上由自動檢測航向偏離、信號比較、信號放大、執(zhí)行機構(gòu)自動舵基本上由自動檢測航向偏離、信號比較、信號放大、執(zhí)行機構(gòu)和反饋等主要

11、機構(gòu)組成。圖和反饋等主要機構(gòu)組成。圖5-27為目前船上大量使用的電氣元件調(diào)節(jié)為目前船上大量使用的電氣元件調(diào)節(jié)自動舵的工作原理圖。自動舵的工作原理圖。2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心9當船舶在自動操舵狀態(tài)下，各種類型的自動舵都由陀螺羅當船舶在自動操舵狀態(tài)下，各種類型的自動舵都由陀螺羅經(jīng)檢測船舶是否偏離航向。一旦船舶偏離航向時，陀螺羅經(jīng)檢測船舶是否偏離航向。一旦船舶偏離航向時，陀螺羅經(jīng)就能檢測出偏航角經(jīng)就能檢測出偏航角，并帶動自動操舵發(fā)送器輸出與偏，并帶動自動操舵發(fā)送器輸出與偏航角成正比的交流電壓，再經(jīng)相敏整流變成不同極性的直航角成正比的交流電壓，再經(jīng)相敏整流變成不同極性的直流電壓流電壓U；

12、該電壓信號進入比較電路，再經(jīng)放大器放大，；該電壓信號進入比較電路，再經(jīng)放大器放大，使開關(guān)電路（觸發(fā)電路）導(dǎo)通，又使執(zhí)行電機運轉(zhuǎn)，從而使開關(guān)電路（觸發(fā)電路）導(dǎo)通，又使執(zhí)行電機運轉(zhuǎn)，從而使舵機工作，轉(zhuǎn)出左舵或右舵。使舵機工作，轉(zhuǎn)出左舵或右舵。在轉(zhuǎn)舵的同時，執(zhí)行機構(gòu)通過機械傳動帶動反饋發(fā)送器，在轉(zhuǎn)舵的同時，執(zhí)行機構(gòu)通過機械傳動帶動反饋發(fā)送器，輸出一個相位與偏航信號相反、大小與偏航信號成正比的輸出一個相位與偏航信號相反、大小與偏航信號成正比的反饋交流電壓，經(jīng)相敏整流電路整流并經(jīng)過比例電路和微反饋交流電壓，經(jīng)相敏整流電路整流并經(jīng)過比例電路和微分電路后產(chǎn)生一個反饋直流電壓分電路后產(chǎn)生一個反饋直流電壓U；將

13、；將U輸入比較電路輸入比較電路與與U進行比較，由于進行比較，由于U與與U的極性相反，當兩者的電壓的極性相反，當兩者的電壓值大小相等時，比較電路內(nèi)的偏差信號為零，放大器無輸值大小相等時，比較電路內(nèi)的偏差信號為零，放大器無輸入，執(zhí)行機構(gòu)停止工作，舵葉就停止在所需的舵角上。入，執(zhí)行機構(gòu)停止工作，舵葉就停止在所需的舵角上。船舶在該舵角作用下開始回轉(zhuǎn)，偏航角船舶在該舵角作用下開始回轉(zhuǎn)，偏航角隨之減少，則隨之減少，則U也隨之減少，這時也隨之減少，這時UU，比較邊路又出現(xiàn)偏差信號，其，比較邊路又出現(xiàn)偏差信號，其極性服從于極性服從于U，所以舵機開始反轉(zhuǎn)而回舵。，所以舵機開始反轉(zhuǎn)而回舵。 2022-6-21中海

14、國際廣州培訓(xùn)中心10三、自動舵的操作使用三、自動舵的操作使用1、自動舵的操舵?zhèn)鲃臃绞矫恳慌_自動舵一般均有三種不同的操舵?zhèn)鲃臃绞?，即隨動操舵、自動操舵和應(yīng)急操舵。1）隨動操舵通常稱人工操舵，由舵工根據(jù)舵令操舵，轉(zhuǎn)動舵輪，舵葉隨之轉(zhuǎn)動，當舵葉轉(zhuǎn)至所操舵角時停止。這種操舵方式用于進出港、靠離碼頭、航行于狹水道等航區(qū)復(fù)雜的水域、霧航和避讓等時機。2）自動操舵自動仿效人工操舵，用于船舶航行在較長時間的直航向時，可減輕舵工的勞動強度、提高操舵精度和船舶航速、縮短航程、節(jié)約燃料。3）應(yīng)急操舵在自動操舵和隨動操舵系統(tǒng)發(fā)生故障時，應(yīng)立即使用應(yīng)急操舵。先將操舵儀上的操舵方式開關(guān)轉(zhuǎn)入“手柄（non-follow-u

15、p）”位置，然后操作手柄開關(guān)。有的自動舵操舵臺上沒有單獨專設(shè)手柄開關(guān)，在這種情況下，只要將手輪軸銷拔出，旋轉(zhuǎn)90后置于凹槽內(nèi)固定就可將舵輪當手柄進行操舵。 2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心112、自動舵調(diào)節(jié)旋鈕的使用1）轉(zhuǎn)入自動開關(guān)：自動操舵一般都是由隨動操舵轉(zhuǎn)換過來的。從隨動轉(zhuǎn)換為自動時，應(yīng)注意先把壓舵旋鈕和自動改向調(diào)節(jié)旋鈕歸零位，同時把船舶穩(wěn)定在指定的航向上。當處于正舵時，將選擇開關(guān)從隨動轉(zhuǎn)至自動位置上，船舶就進入自動操舵狀態(tài)。然后，根據(jù)船舶載重情況和海況調(diào)節(jié)主操舵臺面板上的有關(guān)旋鈕。2）比例旋鈕（rudder adjust）：比例旋鈕也稱舵角調(diào)節(jié)旋鈕，用以調(diào)節(jié)糾正偏航的舵角大小?？?/p>

16、度的檔次越高，比例系數(shù)越大，比例大，偏舵角也較大，即可獲得的轉(zhuǎn)船力矩也大。所以，船舶空載、舵葉露出水面或海況惡劣時一般應(yīng)調(diào)大些。3）微分旋鈕（rate adjust）：微分旋鈕也稱反舵角調(diào)節(jié)旋鈕或速率調(diào)節(jié)，是根據(jù)偏航慣性來調(diào)節(jié)的。重載時船舶的轉(zhuǎn)動慣量大，則其偏航慣性也大，應(yīng)調(diào)節(jié)大一些；輕載時應(yīng)調(diào)小一些。4）靈敏度旋鈕（weather adjust）：靈敏度旋鈕也稱天氣調(diào)節(jié)旋鈕或航擺角（yawing）調(diào)節(jié)，是調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)。在好天氣時，為了船舶走得更直一些，即當出現(xiàn)較小偏航角時，就使舵機工作產(chǎn)生舵角，糾正偏航，可將靈敏度調(diào)高一些；風(fēng)浪大時，航向偏擺頻繁，為了防止舵機頻繁啟動，應(yīng)將靈敏度調(diào)低

17、些，這樣在偏航角較小時，舵機不啟動工作，從而減少舵機工作過于頻繁而受損。2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心125）壓舵旋鈕：用以調(diào)節(jié)壓舵的舵角大小，當船舶受到風(fēng)流等恒值外力干擾而向單側(cè)方向偏轉(zhuǎn)時，可用此旋鈕向相反方向壓一舵角，以抵消單側(cè)偏航作用。壓舵的舵角大小可以根據(jù)船舶偏轉(zhuǎn)情況來選定。6）自動改向旋鈕（course adjust）：使用該旋鈕改向時，應(yīng)把比例旋鈕放在最小位置，而且每次只能進行小度數(shù)改向；若需大角度改向，則應(yīng)分幾次進行，一般每次不超過10。操作方法通常為：先按下旋鈕，然后轉(zhuǎn)動指針至改向的度數(shù)，使船舶轉(zhuǎn)到給定航向時指針自動歸零，不必人工復(fù)位。此外，還有用于修正自動舵分羅經(jīng)與主羅經(jīng)同步誤差的零位修正調(diào)節(jié)旋鈕等。2022-6-21中海國際廣州培訓(xùn)中心133.使用自動舵操舵儀（自動舵）的注意事項1）在大風(fēng)浪區(qū)航行時，為保護自動舵應(yīng)改用人工舵。2）在運輸繁忙的區(qū)域，如當船舶避讓、改向、過轉(zhuǎn)向點，航行于狹水道、漁區(qū)、礁區(qū)、航道復(fù)雜水域、進出港和靠離泊位，在能見度受限制的情況下以及在所有其他航行