舵机Steering Gear8-1 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：l1.平板舵：早期l2.复板舵（流线型舵）：目前多用l1）不平衡舵：舵杆轴线紧靠舵叶前缘l2）平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置l3）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=0.150.352.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 Nml式中：CL升力系数l水的密度，kg/m3；lA舵叶单侧浸水面积，；lV舵叶处水流速度，m/s；lL舵杆轴线至船舶重心的距离。3.水动力矩Ma：l舵压力FN对舵杆轴线产生的力矩lMa=FN Xc=1/2 CNA v2Xc Nml式中：Xc舵压力中心至舵杆轴线距离，m；lCN舵叶压力系数。4.转舵扭矩M：l舵机施加于舵杆上的扭矩。舵匀速转动时，M=MaMflMf舵 各 支 承 处 的 总 摩 擦 扭 矩 ， 平 衡 舵 一 般Mf=（0.150.20）Mal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lMs，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7kn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230mm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30min，其他船舶10min。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l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。l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20MPal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AA1CC1B1BA-操纵指令控制点Controlpoint（驾驶台遥控或在舵机室手轮控制）B-反馈点Huntingpoint（与舵柄相连)C-控泵点Pumpcontrolpoint（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A1ACC1BB1A1CB1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：l油泵和系统较简单，造价相对较低l用换向阀换向，液压冲击较大l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l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：l1.往复式：滑式、滚轮式、摆缸式l2.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：l转舵油缸l插入油缸中的撞杆l十字形滑动接头：将撞杆的往复运动转变为舵的摆动l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 Nl式中：舵角lD撞杆直径，m；lp撞杆两端的油压差，Pa转舵力矩M=zQRm=D2 z p R0m / 4cos2l式中：R= R0/ cos转舵力臂；lR0舵杆中心线到撞杆中心线的距离lm机 械 效 率 ， 滑 式 机 构 一 般 取 0、750.85；lz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=zpAR0ml式中：z转叶数目；lp转叶两侧油压差，Pa；lA每个转叶的单侧面积，m2；lR0转叶压力中心至舵杆轴线的距离，m；lm机械效率，一般0、750、853.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：l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1 12 23 34 45 56 68 87 71212131311119 910101717161615151414同右同右o oa aa ao o接浮动杆控制点A图图8-14 8-14 直流伺服电机式遥控系统原理图直流伺服电机式遥控系统原理图1-舵轮；2-操舵电位计；3-反馈电位计；4-齿轮齿条；5-锥齿轮副；6-丝杆；7-导杆；8-滑块螺母；9-蜗轮；10-行星齿轮；11-蜗杆；12-直流伺服电动机；13-直流电动机激磁绕组；14-交流电动机；15-直流发电机；16-直流发电机激磁绕组；17-放大器第七节第七节 液压舵机的管理液压舵机的管理一、舵机系统的清洗和充油一、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，当舵杆扭矩达到公称值时，往复式液压舵机的跑舵速度不得超过0. 5/min；转叶式液压舵机应不超过4/min。 （4）采用液压或机械方式操纵的舵机，滞舵（舵的转动滞后于操舵动作）时间应不大于1s，操舵手轮的空转不得超过半圈，手轮上的最大操纵力应不超过0. 1kN。 （5）电气和机械的舵角限位必须可靠。实际的限位舵角与规定值之差不得大于30。四、舵机管理注意事项四、舵机管理注意事项1.油位 工作油箱中油位应经常保持在油位计显示范围的2/3左右。2.油温 工作时最合适的油温是3050。油温高于50时应使用油冷却器。油箱油温（泵进口处）通常应不高出室温30以上，且一般应不超过60。3.油压 在主油路中，主泵排出油压应不高于说明书标定的最大工作油压。辅油路中各处油压应符合设计要求。油压表阀平时应保持关闭，只在检查时打开。4.滤器 运行中应经常注意滤器前后压差，及时清洗或更换滤芯（依其种类而定）。5.润滑 油缸柱塞等滑动表面应保持清洁，并浇涂适量工作油。舵机长期停用应涂布润滑脂。6.泄漏 舵杆的舵承填料不应渗水，油箱、油缸、阀件、油管及接头等处不应漏油。7.噪声 如有异常声响，应立即查明原因，设法处理。8.机械过热 泵和电机等不应有过热现象。轴承部位的温度，一般比油温高1020为正常。9.联轴节 起动时可先盘动泵的联轴节，以确认泵无卡阻。备用泵在舵机使用期间联轴节不应反转。10.阀和固定螺帽 使用中应检查各放气阀、旁通阀和截止阀以及各固定、连接螺帽，防止因振动而离开正确位置或松动。五、舵机常见故障分析五、舵机常见故障分析1.舵不能转动 （1）遥控系统失灵此时机旁操纵正常 （2）主泵不能供油可换用备用泵加以验证。 （3）主油路旁通或严重泄漏此时主泵吸、排油压相近。 （4）主油路不通或舵转动受阻表现为主泵排出油压高，安全阀开启。2.只能单向转舵 （1）遥控系统只能单向动作如果改用机旁手动操舵则正常。 （2）变量泵只能单向排油如果换用备用泵则可正常工作。 （3）主油路单方向不通或旁通。3.转舵时间达不到规定要求 （1）主泵流量太小 （2）遥控系统动作太慢改用机旁操舵后转舵时间即可符合要求。 （3）主油路有旁通或泄漏。4.滞舵舵叶的转动滞后于操舵动作 （1）主油路中混有较多气体 （2）遥控系统动作迟滞。 （3）泵控型系统主油路泄漏或旁通严重。5. 冲舵舵转到指令舵角后冲转过头（1）泵变量机构不能及时或不能回中。（2）遥控伺服油缸的换向阀或阀控型系统主油路的换向阀不能回中。（3）遥控伺服油路闭锁不严（油路泄漏或旁通）。（4）控制系统的反馈部分有故障。（5）主油路锁闭不严。6. 跑舵稳舵期间舵偏离所停舵角 这多半是因为主油路锁闭不严或遥控系统工作不稳定所致；此外，两台泵共用一套浮动杆控制的变量泵中位调节不一致或调好后松动，在双泵同时工作时也会产生舵停不稳的现象。7. 舵机有异常噪声和振动（1）液体噪声。气穴、有空气、油位太低、吸油滤器堵塞、油管漏气、油温太低、油粘度太大时；（2）油泵机组异常噪声。可能是泵和电动机对中不良，轴承或泵内其它运动部件损坏。（3）管路或其它部件固定不牢。（4）转舵油缸柱塞填料过紧。（5）某些型式的主油路锁闭阀在舵受负扭矩作用而转动较快时，也易产生敲击。（6）舵杆轴承磨损或润滑不良。