船舶常用液压系统船舶甲板机械的操纵和控制广泛使用液压系统，常用液压系统的设备主要有舵机、锚 机、绞车、舱口盖和起货机等。另外还有采用可变螺距螺旋桨的船舶，其螺距的变化也采 用液压系统，军船的减摇鳍一般也采用液压操纵等。本节对一些常用的液压系统作简单的 介绍。 一、液压锚机 目前船舶上使用的锚机一般都组合有绞缆机。所以它除了要实现起抛锚外，还应具有 绞缆的功能。液压锚机能实现无级调速，并具有体积小、过载能力强、运转平稳、操作方 便等优点，因此在大中型船舶中应用十分广泛。 图 6.6.1 所示为锚机液压系统工作原理图。该系统主要由主油泵 1、溢流阀 2、单向阀 3、压力表 4、控制阀 5、液压马达 6、冷却器 7、过滤器 8、高位油箱 9、观察器 10、储油 箱 11、手摇泵 12、过滤器 13、操纵阀 14 和换速阀 15 组成。D图6.6.1 锚机液压系统工作原理主油泵；2-溢流阀；3-单向阀；4-压力表；5-控制阀；6-液压马达；7-冷却器 8，13-过滤器；9-高位油箱；10-观察器；11-储油箱；12-手摇泵；14-操纵阀；15-换速阀系统的基本工作原理是主油泵 1 由电动机带动，油泵压出的油液经单向阀 3，控制阀 5，进入双作用油马达 6，将液压能转换为机械能，执行起、抛锚和绞缆工作。油马达回油 经滤器 8（如果滤器堵塞可以从单向阀旁通） ，到达冷却器 7，冷却后又被油泵吸入。所以 本系统属于闭式回路。 溢流阀 2 作为安全阀使用。系统压力超过额定值时，溢流阀打开溢流。单向阀 3 作为 执行机构液压锁，阻止起锚倒滑和油液冲击油泵。油马达内部装有放气阀和安全阀，防止 超载。系统油液的补充或溢出通过高位油箱 9 来调节。高位油箱内油液的补充可以通过手摇泵 12 从储油箱中打至高位油箱。观察器 10 为高位油箱溢流或泄放油液时观察用。 当控制阀处于不同状态时，锚机及绞车执行不同的功能。 图 6.6.1 所示状态时，压力油没有进入油马达，而是直接通过控制阀内通路返回至 油泵进口，系统卸荷。 图 6.6.2（a）所示为低速正车时控制阀阀芯的工作位置。此时控制阀内的换速阀 （通过控制阀上的速度扳钮设置）15 在下方位置（低速档） ，操纵阀（通过操纵杆设置） 14 也在下方位置（正车档） 。油泵压出的油液，经单向阀进入操纵阀的上半部，从阀芯内 孔（虚线孔道）流过换速阀的上半部，再分两路（如箭头所示）进入油马达的上、下两工 作腔 A、B，同时推动油马达作逆时针方向旋转。从 C、D 腔出来的排油汇成一路，经控制 阀下半部，经过滤器和冷却器，回至油泵的吸口。锚机在低速大扭矩下运转。 图 6.6.2（b）为低速倒车时控制阀阀芯的工作位置。此时控制阀内的换速阀 15 仍 在下方位置，而操纵阀 14 在上方位置（倒车档） 。油泵压出的油液，经单向阀进入操纵阀 的下半部，从阀芯内孔（虚线孔道）流过换速阀的下半部，进入 油马达。油流流动方向正 好与图 6.6.2（a）所示相反，也是两路进油，两路排油。同时推动油马达作顺时针方向旋 转。锚机也在低速大扭矩下 运转。 图 6.6.2（c）所示为高 速正车时控制阀阀芯的工作 位置。此时控制阀内的换速 阀 15 移至上方位置（即高速 位置） ，而操纵阀 14 在下方 位置。油泵压出的油液，经 单向阀进入操纵阀的上半部， 从阀芯内孔（虚线孔道）流 过换速阀的上半部，单路进 入油马达的下部工作腔 A， 推动油马达作逆时针方向旋 转，C 为排油腔。排油的一 部分在油马达的上部工作腔 B、D 作无效循环（由于两腔 压差很小） 。因此原来 双作用油马达变成单作用油 马达，同样的流量，其速度 增加一倍。锚机在高速小扭 矩下运转。 图 6.6.2（d）为高速倒车时控制阀阀芯的工作位置。此时控制阀内的换速阀 15 仍 在上方位置，操纵阀 14 也移至上方位置。油泵压出的油液，经单向阀进入操纵阀的下半部， 从阀芯内孔（虚线孔道）流过换速阀的下半部，进入油马达。油流流动方向正好与图 6.6.2（c）所示相反，也是单路进油，单路排油，油马达上部工作腔不工作。油马达作顺时 针方向旋转。锚机也在高速小扭矩下运转。 二、65 吨米液压舵机液压系统 舵机是使船舶能按选定的航线进行航行的设备。大型船舶上舵机的驱动装置常见的有 电动和液动两种。由于液压传动具有转动扭矩大，结构紧凑，控制灵活，工作可靠等优点， 故现代船舶上大多采用液压舵机。OP( )高速正车(a) 低速正车P OPOO P图6.6.2 控制阀位置图( ) 低速倒车( )高速倒车液压舵机的种类也很多，有十字头式推舵机构、拨叉式推舵机构、转叶式推舵机构、 摆杆式推舵机构和摆缸式推舵机构等。下面以 65 吨米液压舵机的液压系统为例进行介绍。 该系统按规范要求由两个完全独立、完全相同的系统组成，在使用过程中，可以两个系统 同时工作，但在一般情况下只用一个系统。并满足舵角在 28 秒内从任何一舷的 35转到另 一舷 35的要求。每个独立的系统又可分为副油路系统、主油路系统和伺服系统。1. 副油路系统 由齿轮泵 CB1、溢流阀 Y1及精滤器等组成副油路系统，其功能之一是作为主油路的补 油系统，在主油路不工作时，使整个主油路充满着油液。在主油路工作时，始终与主油路 的主泵吸油口相通，使主泵吸油口始终维持正压状态，避免空气进入主油路系统。同时能 将经冷 却的油液带入主油路中，以利于降低系统的油温。功能之二是作为主油路中的 YF1、YF2、DY1、DY 2、DY 3和 DY 4阀的控制压力油路。2. 主油路系统 由于由两个完全相同和独立的系统组成，我们以图 6.6.3 中右面一半的主油路为例进 行 叙述。主油路系统由主泵 ZB1、溢流阀 Y1” 、液动阀 YF1、电液阀 DY1和 DY 3、活塞油缸和 及锥阀 1 至 8 组成。其工作原理简述如下：设主泵 ZB1的油流方向 a 为出油口，b 为吸油 口，这时主泵 ZB1输出的压力油分两路，一路是当系统油压超过额定压力时，经由单向阀 与溢流阀组成的双向溢流阀组回至主泵吸油口 b；而另一路通过液动阀 YF1（如图所示位置） 进入 锥阀 3、7（如图所示位置） 。 打开锥阀 3、7 和 2、6、12、16，关闭其余所有锥阀。当 DY1和 DY3均不通电，即 通道状态如图所示，这时主泵输出的压力油通过锥阀 3、电液阀 DY1进入油缸无杆腔，而 有杆腔的油液通过电液阀 DY1和锥阀 2 回至主油泵的吸油口 b 组成回路，对舵柄产生推力。 同样主泵输出的压力油也通过锥阀 7、电液阀 DY3进入油缸有杆腔，而无杆腔的油液通过 电液阀 DY3和锥阀 6 回至主油泵的吸油口 b 组成回路，对舵柄产生拉力。舵柄在油缸 、生成的力偶作用下开始顺时针转动，从而改变舵角。 若要改变舵柄的转动方向，可以改变主油泵的油流方向来实现；也可以使 DY1和 DY3均通电，来改变油流的方向来实现。 当舵柄顺时针转动时，油缸、的活塞同时被带动，则油缸无杆腔内的油液 经锥阀 16，油缸有杆腔内的油液经锥阀 12 直接回至油箱。 主油泵 ZB1也可以操纵油缸、来实现转舵的目的。同样的原理，对于主油泵 ZB2也一样适用。但要注意各种情况下，各锥阀的开启状态是不同的。 3. 主泵伺服系统 主泵的伺服系统用来改变主泵的油流方向和油流流量。它由齿轮泵 CB1、溢流阀 Y1、三位四通 P 型电磁换向阀 DT 1、单向阀、蓄能器和滤油器等组成。当 DT 1左右电磁 铁均不通电，即如图中位置时，由齿轮泵输出的压力油同时进入变量伺服油缸的左、右腔， 使伺服油缸的柱塞固定中间位置，即主油泵的斜盘的倾角为零。需要改变斜盘角度和倾斜 方向，即改变主泵排量和变向时，只要接通电磁换向阀的一端电源即可。如果 DT 1左面的 电磁铁通电、右面的电磁铁不通电，则三位四通阀的左位代替中位，压力油进入伺服油缸 的右腔，左腔的油液回至油箱，形成回路，使伺服油缸的柱塞向左移到，改变变量斜盘的 夹角，实现变量或变向的功能。反之亦然。图6.6.3 65吨米舵机液压系统原理图IIIVIIII三、液压舱口盖的液压系统液压舱口盖有油缸驱动式和油马达索链式两种。 1. 油缸驱动式的液压传动系统工作原理 图 6.6.4 所示为油缸式液压系统原理图。每一舱由四块舱口盖板组成。分前后二组启、 闭的油缸外置式液压系统，由两台并联独立的单向定量油泵、三位五通手动换向阀、单活 塞油缸等组成。 舱口盖的开、闭和停止状态由三位五通手动换向阀来控制。当换向阀位于中间位置时 （图中所示位置） ，油泵 1 输出的油液，经过单向阀进入三位五通手动换向阀 3，从阀芯中 位通道通至其他各舱，但不能形成回路，油泵输出的油液全部经溢流阀 Y1回油箱。此时为 空载状态，一般应马上进行操作，空载时间不宜太长，否则油温会很快上升而影响系统的 工作性能。当三位五通换向阀的手柄向下板动时，换向阀的上位代替中位，压力油经单向 节流阀 2 进入控制油缸 4 的活塞顶部，推动活塞开启舱口盖；活塞另一端回油返回换向阀， 穿过内通道，出阀后再经过单向阀 6、滤器 7 回入油箱。开启完成后，换向阀恢复中位， 油液便通往其他各舱，换向阀中位装有单向液压锁，能阻止舱口盖下滑。反之，当关闭舱 口盖时，将换向阀手柄向上板动，换向阀的下位代替中位，压力油经阀芯内通道直接到达 控制油缸 4 的有杆腔，推回活塞，关闭舱口盖。活塞顶端的回油要经过油缸内的缓冲单向 节流阀和可调式单向节流阀，再经过单向阀 6、滤器 7 回到油箱。本系统为开式液压回路。舱口盖关舱的快慢是由单向节流阀来控制的。回油路上滤器前的单向阀 6 是作为提高 背压，防止冲击及空气进入系统。三位五通手动换向阀一般采用弹簧对中，就是说操作手 柄脱离手操作即自动复中，每组舱口盖在进行开闭时，其他舱口盖不能操作。DDAB6332255C回油至各舱图6.6.4 油缸式舱口盖液压系统原理油泵；2单向节流阀；3手动换向阀；4液压油缸；5可调溢流阀；6单向阀；7滤油器；8压力表2. 油马达索链式舱口盖液压传动系统原理 图 6.6.5 所示为油马达索链式舱口盖液压系统原理图。该系统采用两立的压力补偿单向变量泵作为系统的驱动元件，其中一台作为备用。该泵随外负载的变化能自动调节 流量，即负载升高时系统压力也随之升高。这个压力同时反馈到泵的变量头的斜盘上，使 之倾角变小，流量减少。 开启舱口盖时，操纵手动换向阀 2，使阀芯的左阀位通路进入工作位置，油液经过单 向节流阀 3 作用在顶升油缸 4 活塞表面，将舱口盖顶高，使滚轮落入舱口滑动轨道；同时 通向管道 1的液路被切断，管道 2被接通。压力油流经单向阀至三位四通手动换向阀 5，就能对油马达进行正、反向操纵。油马达牵动链条，启、闭舱口盖。油马达的回油则经 换向阀 5，及单向背压阀和滤器 8 回入油箱。也就是说，顶升油缸的工作程序和油马达的 工作程序是联锁的，这样就确保了启、闭操作的安全。 关舱时，必须先操纵换向阀 2 到左阀位，保持顶升油缸处于顶升位置，再操纵换向阀 5，使舱口盖关闭，最后操纵换向阀 2 至右阀位，顶升油缸卸荷，舱口盖便紧贴在舱口围壁 上。此时即使忘了将换向阀 2 复位，但仍有油液从油泵供往其它各舱。 安全阀 10 用于调压，作为系统超压保护用；安全阀 9 作为顶升油缸超压保护；安全阀 7 作为油马达超压保护；限压阀 12 只是在低压大流量时才形成通路，当压力达到一定数值 时将被切断，作为系统节流预压措施；单向阀 11 作为应急补油用，当执行元件受外来因素 影响，快速运动时，可能会出现供油不足，产生局部真空，则可通过它吸入补充油液。同 时在油箱上还配置有恒温器、滤器压差报警、低液位报警等监测报警装置。图6.6.5 油马达式液压舱口盖系统原理 1、11-单向阀；2、5-手动换高阀；3-节流阀；4-油缸；6-油马达；7-双向溢流阀回路；8-滤器；9、10-安全阀；12-限压阀a34回