集美培训船舶结构及设备课件

1、2022-5-2中海国际广州培训中心1船舶结构与设备中海国际广州培训中心Captain 林金星2022-5-2中海国际广州培训中心2第五节第五节 自动舵自动舵一、自动舵的种类一、自动舵的种类船上使用的自动舵种类较多，按其调节规律来分类，可分为三种：船上使用的自动舵种类较多，按其调节规律来分类，可分为三种：1.比例舵比例舵这种舵是按船舶偏航角这种舵是按船舶偏航角的大小来调节偏舵角的大小来调节偏舵角的，其偏航角与偏舵角之的，其偏航角与偏舵角之间的关系为：间的关系为： = -K1式中：式中：K1比例系数，负号表示偏舵的方向与偏航方向相反，即用以比例系数，负号表示偏舵的方向与偏航方向相反，即用以消除偏

2、航。消除偏航。在这种类型的自动舵中，偏舵角在这种类型的自动舵中，偏舵角和偏航角和偏航角成正比，而比例系数成正比，而比例系数K1则可则可根据船舶类型、海况、装载情况加以选择和调整。这种舵没有考虑偏航角根据船舶类型、海况、装载情况加以选择和调整。这种舵没有考虑偏航角速度即船舶偏航惯性的影响，也没有考虑风流等原因产生的恒值干扰的影速度即船舶偏航惯性的影响，也没有考虑风流等原因产生的恒值干扰的影响。因此，船舶使用这种舵时，航迹容易呈响。因此，船舶使用这种舵时，航迹容易呈“S”形曲线。目前船上已不形曲线。目前船上已不采用这种老式自动舵。采用这种老式自动舵。2022-5-2中海国际广州培训中心32.比例-

3、微分舵比例微分舵是根据船舶偏航角的大小和偏航角速度的大小来调节偏舵角的。其偏舵角和偏航角之间的关系为： = -（K1 + K2d/dt）式中：K2微分系数。即偏舵角与偏航角和偏航角速度d/dt成正比，比例系数K1和微分系数K2则根据船舶的种类、装载和偏航惯性等加以选择和调整。由于增加了航向变化率d/dt的因素，因而加快了给舵速度，能更好地克服船舶的回转惯性，并大大提高了维持航向的精确度。目前，使用这种类型的自动舵仍然比较普遍，早期国产红旗5型等自动舵均属这一类型。在比例微分自动舵中，由于考虑了船舶偏航惯性的影响，所以比较接近人工操舵。其纠正偏航的过程如图5-26所示。 2022-5-2中海国际

4、广州培训中心42022-5-2中海国际广州培训中心5设航行中由于外界因素的影响使船舶向右偏航，当达到图中b位时，所给出的偏舵角为2= （K12 + K2d2/dt），这时2 0，d2/dt 0。之后，尽管船首继续右偏，但在偏舵角2作用下，偏航惯性减少；当船在c位处时，偏航角最大，但偏航惯性为0，则 K2d2/dt = 0。此时，3= -K13。因此，3并非是整个过程中最大的偏舵角。当船舶在偏舵角3的作用下开始回航到达d位时，给出的偏舵角4= -（K14 + K2d4/dt），这时，40，但d4/dt 0，所以43。因而，船舶在尚未回到原定航向时，偏舵角已归回零，如图中e位所示。当船舶回到原定航

5、向之前（图中f位处），将产生一足够大小的反向偏舵角，6= - K2d6/dt）（因d6/dt 0）。这对克服船舶惯性引起的向另一侧偏摆是很有利的，它能使船舶较快地稳定在原定航向上。可以看出，比例-微分舵的控制效果较好，但应注意，在安装试航时需要将参数K1、K2选择调节合适，否则反而会影响航行质量。2022-5-2中海国际广州培训中心6设航行中由于外界因素的影响使船舶向右偏航，当达到图设航行中由于外界因素的影响使船舶向右偏航，当达到图中中b位时，所给出的偏舵角为位时，所给出的偏舵角为2= （K12 + K2d2/dt），），这时这时2 0，d2/dt 0。之后，尽管船首继续右偏，但在偏舵角之后，

6、尽管船首继续右偏，但在偏舵角2作用下，偏航惯作用下，偏航惯性减少；当船在性减少；当船在c位处时，偏航角最大，但偏航惯性为位处时，偏航角最大，但偏航惯性为0，则则 K2d2/dt = 0。此时，。此时，3= -K13。因此，。因此，3并非是并非是整个过程中最大的偏舵角。整个过程中最大的偏舵角。当船舶在偏舵角当船舶在偏舵角3的作用下开始回航到达的作用下开始回航到达d位时，给出的位时，给出的偏舵角偏舵角4= -（K14 + K2d4/dt），这时，），这时，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时，偏舵角已归回零，如图中向时，偏舵角已归回

7、零，如图中e位所示。位所示。当船舶回到原定航向之前（图中当船舶回到原定航向之前（图中f位处），将产生一足够位处），将产生一足够大小的反向偏舵角，大小的反向偏舵角，6= - K2d6/dt）（因）（因d6/dt 0）。这对克服船舶惯性引起的向另一侧偏摆是）。这对克服船舶惯性引起的向另一侧偏摆是很有利的，它能使船舶较快地稳定在原定航向上。很有利的，它能使船舶较快地稳定在原定航向上。可以看出，比例可以看出，比例-微分舵的控制效果较好，但应注意，在微分舵的控制效果较好，但应注意，在安装试航时需要将参数安装试航时需要将参数K1、K2选择调节合适，否则反而选择调节合适，否则反而会影响航行质量。会影响航行质

8、量。2022-5-2中海国际广州培训中心73、比例、比例-微分微分-积分舵积分舵这种舵是在比例这种舵是在比例-微分舵的基础上经改进而成的。由于风流或螺旋桨微分舵的基础上经改进而成的。由于风流或螺旋桨不对称排出流等原因，产生了恒值干扰的作用，使得船舶不能行使在不对称排出流等原因，产生了恒值干扰的作用，使得船舶不能行使在规定的航线上，所以说总是存在一较小的偏差。而上述两种自动舵装规定的航线上，所以说总是存在一较小的偏差。而上述两种自动舵装置都不能解决这个偏差。为此，在这种类型自动舵的调节规律中就增置都不能解决这个偏差。为此，在这种类型自动舵的调节规律中就增加了与偏航角成积分关系的积分功能，这就是比

9、例加了与偏航角成积分关系的积分功能，这就是比例-微分微分-积分控制系积分控制系统。其偏舵角与偏航角之间的关系如下：统。其偏舵角与偏航角之间的关系如下： = -（K1 + K2d/dt + K3dt）式中：式中：K3积分系数。积分系数。按这种规律调节的自动舵，其偏舵角与偏航角、偏航角速度和偏航角按这种规律调节的自动舵，其偏舵角与偏航角、偏航角速度和偏航角积分成正比。积分成正比。由于增加了积分调节，这种舵能将风流或螺旋桨不对称排出流等原因由于增加了积分调节，这种舵能将风流或螺旋桨不对称排出流等原因产生的恒值干扰影响积累起来，并以此信号控制舵叶，施反向舵角，产生的恒值干扰影响积累起来，并以此信号控制

10、舵叶，施反向舵角，从而以这一反向舵角所产生的转船力矩来平衡恒值干扰力矩，使船舶从而以这一反向舵角所产生的转船力矩来平衡恒值干扰力矩，使船舶稳定在指定的航向上航行，进一步提高船舶航行质量，目前，各国新稳定在指定的航向上航行，进一步提高船舶航行质量，目前，各国新型自动舵大多数采用这种类型的自动舵，但结构复杂，造价较高。型自动舵大多数采用这种类型的自动舵，但结构复杂，造价较高。2022-5-2中海国际广州培训中心8二、自动舵的工作原理二、自动舵的工作原理自动舵基本上由自动检测航向偏离、信号比较、信号放大、执行机构自动舵基本上由自动检测航向偏离、信号比较、信号放大、执行机构和反馈等主要机构组成。图和反

11、馈等主要机构组成。图5-27为目前船上大量使用的电气元件调节为目前船上大量使用的电气元件调节自动舵的工作原理图。自动舵的工作原理图。2022-5-2中海国际广州培训中心9当船舶在自动操舵状态下，各种类型的自动舵都由陀螺罗当船舶在自动操舵状态下，各种类型的自动舵都由陀螺罗经检测船舶是否偏离航向。一旦船舶偏离航向时，陀螺罗经检测船舶是否偏离航向。一旦船舶偏离航向时，陀螺罗经就能检测出偏航角经就能检测出偏航角，并带动自动操舵发送器输出与偏，并带动自动操舵发送器输出与偏航角成正比的交流电压，再经相敏整流变成不同极性的直航角成正比的交流电压，再经相敏整流变成不同极性的直流电压流电压U；该电压信号进入比较

12、电路，再经放大器放大，；该电压信号进入比较电路，再经放大器放大，使开关电路（触发电路）导通，又使执行电机运转，从而使开关电路（触发电路）导通，又使执行电机运转，从而使舵机工作，转出左舵或右舵。使舵机工作，转出左舵或右舵。在转舵的同时，执行机构通过机械传动带动反馈发送器，在转舵的同时，执行机构通过机械传动带动反馈发送器，输出一个相位与偏航信号相反、大小与偏航信号成正比的输出一个相位与偏航信号相反、大小与偏航信号成正比的反馈交流电压，经相敏整流电路整流并经过比例电路和微反馈交流电压，经相敏整流电路整流并经过比例电路和微分电路后产生一个反馈直流电压分电路后产生一个反馈直流电压U；将；将U输入比较电路

13、输入比较电路与与U进行比较，由于进行比较，由于U与与U的极性相反，当两者的电压的极性相反，当两者的电压值大小相等时，比较电路内的偏差信号为零，放大器无输值大小相等时，比较电路内的偏差信号为零，放大器无输入，执行机构停止工作，舵叶就停止在所需的舵角上。入，执行机构停止工作，舵叶就停止在所需的舵角上。船舶在该舵角作用下开始回转，偏航角船舶在该舵角作用下开始回转，偏航角随之减少，则随之减少，则U也随之减少，这时也随之减少，这时UU，比较边路又出现偏差信号，其，比较边路又出现偏差信号，其极性服从于极性服从于U，所以舵机开始反转而回舵。，所以舵机开始反转而回舵。 2022-5-2中海国际广州培训中心10

14、三、自动舵的操作使用三、自动舵的操作使用1、自动舵的操舵传动方式每一台自动舵一般均有三种不同的操舵传动方式，即随动操舵、自动操舵和应急操舵。1）随动操舵通常称人工操舵，由舵工根据舵令操舵，转动舵轮，舵叶随之转动，当舵叶转至所操舵角时停止。这种操舵方式用于进出港、靠离码头、航行于狭水道等航区复杂的水域、雾航和避让等时机。2）自动操舵自动仿效人工操舵，用于船舶航行在较长时间的直航向时，可减轻舵工的劳动强度、提高操舵精度和船舶航速、缩短航程、节约燃料。3）应急操舵在自动操舵和随动操舵系统发生故障时，应立即使用应急操舵。先将操舵仪上的操舵方式开关转入“手柄（non-follow-up）”位置，然后操作

15、手柄开关。有的自动舵操舵台上没有单独专设手柄开关，在这种情况下，只要将手轮轴销拔出，旋转90后置于凹槽内固定就可将舵轮当手柄进行操舵。 2022-5-2中海国际广州培训中心112、自动舵调节旋钮的使用1）转入自动开关：自动操舵一般都是由随动操舵转换过来的。从随动转换为自动时，应注意先把压舵旋钮和自动改向调节旋钮归零位，同时把船舶稳定在指定的航向上。当处于正舵时，将选择开关从随动转至自动位置上，船舶就进入自动操舵状态。然后，根据船舶载重情况和海况调节主操舵台面板上的有关旋钮。2）比例旋钮（rudder adjust）：比例旋钮也称舵角调节旋钮，用以调节纠正偏航的舵角大小。刻度的档次越高，比例系数

16、越大，比例大，偏舵角也较大，即可获得的转船力矩也大。所以，船舶空载、舵叶露出水面或海况恶劣时一般应调大些。3）微分旋钮（rate adjust）：微分旋钮也称反舵角调节旋钮或速率调节，是根据偏航惯性来调节的。重载时船舶的转动惯量大，则其偏航惯性也大，应调节大一些；轻载时应调小一些。4）灵敏度旋钮（weather adjust）：灵敏度旋钮也称天气调节旋钮或航摆角（yawing）调节，是调节放大器的放大倍数。在好天气时，为了船舶走得更直一些，即当出现较小偏航角时，就使舵机工作产生舵角，纠正偏航，可将灵敏度调高一些；风浪大时，航向偏摆频繁，为了防止舵机频繁启动，应将灵敏度调低些，这样在偏航角较小时

17、，舵机不启动工作，从而减少舵机工作过于频繁而受损。2022-5-2中海国际广州培训中心125）压舵旋钮：用以调节压舵的舵角大小，当船舶受到风流等恒值外力干扰而向单侧方向偏转时，可用此旋钮向相反方向压一舵角，以抵消单侧偏航作用。压舵的舵角大小可以根据船舶偏转情况来选定。6）自动改向旋钮（course adjust）：使用该旋钮改向时，应把比例旋钮放在最小位置，而且每次只能进行小度数改向；若需大角度改向，则应分几次进行，一般每次不超过10。操作方法通常为：先按下旋钮，然后转动指针至改向的度数，使船舶转到给定航向时指针自动归零，不必人工复位。此外，还有用于修正自动舵分罗经与主罗经同步误差的零位修正调节旋钮等。2022-5-2中海国际广州培训中心133.使用自动舵操舵仪（自动舵）的注意事项1）在大风浪区航行时，为保护自动舵应改用人工舵。2）在运输繁忙的区域，如当船舶避让、改向、过转向点，航行于狭水道、渔区、礁区、航道复杂水域、进出港和靠离泊位，在能见度受限制的情况下以及在所有其他航行