哈工程船舶辅机-08-09-船舶舵机

1升力FLFL=1/2CLρAv2阻力FDFD=1/2CDρAv2舵压力中心(zhōngxīn)至舵导边的距离XX=CXbXC=X-Z=CXb–ZCL-升力系数；CD-阻力系数；CX–压力中心(zhōngxīn)系数。

三个系数大小随舵角α而变，由模型试验测定。（见后表）V-舵叶处水流速度，一般取航速(hánɡsù)的1.15-1.2倍；

b-舵叶的平均宽度；

A-舵叶的单侧浸水面积精品资料2某型舵叶的流体动力特性系数(xìshù)曲线。精品资料3转船力矩：MS=FL（l+XCcosα）+FDXDsinα≈FLl=1/2CLρAv2l

XC—舵压力中心至舵杆轴线的距离；XC=X-Z=CXb–Z；Z—舵杆轴线至舵叶导边的距离；l—舵杆轴线至船舶重心的距离。转船力矩变化分析：①转船力矩MS随舵角的增大而增大，并在达到某一舵角时出现极大值MSmax。（见上图，CL变化引起MS变化并产生极大值）②转船力矩出现极大值时的舵角数值，与舵叶的几何形状有关，并主要取决于舵叶的展弦比λ（λ=舵叶高度h/舵叶平均宽度(kuāndù)b）。展弦比λ越小，达到最大转船力矩时的舵角就越大。③海船舵叶的λ一般为2-2.5，αmax为32°-35°；

内河船舶λ一般为1.0-2.0，αmax为35°-45°。精品资料42.舵的水动力矩和转舵(zhuǎnduò)扭矩舵的水动力矩:舵压力FN对舵杆轴线所产生的力矩称为舵的水动力矩，用Ma表示：Ma=FNXC=（FLcosα+FDsinα）XC转舵(zhuǎnduò)扭矩:操舵装置施加在舵杆上的扭矩称为转舵(zhuǎnduò)扭矩M，等于水动力矩Ma和舵各支承处的总摩擦扭矩Mf的代数和，即M=Ma+Mf普通平衡舵Mf=（0.15~0.20）Ma。

公称转舵(zhuǎnduò)扭矩:指其在规定的最大舵角时所能输出的最大扭矩。它是根据船舶在最深航海吃水和以最大营运航速前进时，将舵转到最大舵角所需要的扭矩来决定的。精品资料5平衡系数(xìshù)K:舵杆轴线之前的舵叶面积A’和整个舵叶面积A之比，称为平衡系数(xìshù)，用K表示。平衡系数(xìshù)K影响:平衡系数(xìshù)越大，舵叶的最大水动力矩越小，即舵机所需的公称扭矩越小。但K不宜过大，否则在常用舵角（10～20°）范围内回舵时需克服的公称转舵扭矩就可能较大，使舵机功耗增加。一般舵的平衡系数(xìshù)约在0.15～0.35之间。船舶倒航时，舵叶后缘成为导边，压力中心离开舵杆轴线的距离XC增大，但倒航船速只有正航正常航速的1/2，故倒航时的水动力矩约为正航最大值的60%，所以舵机不会过载。转船力矩和舵的水动力曲线精品资料6一、泵控型液压舵机(duòjī)精品资料7精品资料8精品资料9精品资料10精品资料11追随机构(jīgòu)机械杠杆：三点式、五点式（带副杠杆式）1.三点式追随(zhuīsuí)机构ABCBCC'AA'AA'BB'A操纵点，Ｂ追随点，Ｃ控制点11CC'AA'BB'21二、追随机构原理精品资料12三点式杠杆(gànggǎn)特点：ＡＡ‘一次性位移不能太大，受ＣＣ’最大可位移量确定(quèdìng)，否则会损坏控制处的机件。（用储能弹簧克服该缺点）1.完成一次性操大舵，使ＣＣ‘在最大位置时间长，加快转舵速度；2.避免控制点机件损坏；储能弹簧的功能精品资料132.五点式（带副杠杆(gànggǎn)式）ABCDEBCDEAA'AA'BCDEC'C'有位移放大作用(zuòyòng)，操小舵角时使控制点Ｃ有较大的位移，使变量泵有较大的排量，使得转舵速度快。精品资料14精品资料15第三节液压舵机(duòjī)的转舵机(duòjī)构拨叉式往复式回转式滑式滚轮式摆缸式十字头式转舵机构精品资料16一往复式转舵(zhuǎnduò)机构1.滑式推舵机构：滑式推舵机构是目前在船舶舵机中应用最广的一种传统型结构。它又可分成十字头式与拨叉式二种。为了将撞杆的往复运动转变(zhuǎnbiàn)为舵叶的摆动，在撞杆与舵柄的联接处，设有如图所示的十字形框架滑动接头。精品资料17两撞杆3形成上下两轴承。两轴承环抱(huánbào)着十字头的两个耳轴2；而舵柄5则与耳轴垂直，并横插在十字头的中央轴承中。精品资料18十字头式转舵机构(jīgòu)的受力分析：液压对舵柄产生作用力Q：Q=P/cosα=πD2p/4cosα产生的转舵力矩M：M=zQRηm=z·P/cosα·R0/cosα·ηmM=πD2zpR0ηm/4cos2α结论1：滑式转舵(zhuǎnduò)机构所能产生的转舵(zhuǎnduò)力矩M随舵角α的增大而增大，与舵的水动力矩的变化趋势相适应。精品资料19结论2：十字头式转舵机构的工作油压不会因α的增大(zēnɡdà)而急剧增加。因为：p=4Mcos2α/πD2zR0ηm

M↑→cos2α↓结论3：撞杆有侧推力。需要转舵扭矩很大的场合(chǎnghé)应有可靠地平衡撞杆所受的侧推力装置。精品资料20十字头式转舵机构的特点：

1）扭矩特性良好，承载能力较大，能可靠地平衡撞杆所受的侧推力，可用于转舵扭矩很大的场合。2）密封可靠，磨损后还具有自动补偿能力。此外，密封泄漏时较易发现，更换也较方便。3）油缸内壁除靠近密封端的一小段外，都不与拉杆接触，故可不经加工(jiāgōng)或仅作粗略加工(jiāgōng)。4）油缸为单作用，必须成对工作，故尺寸、重量较大。精品资料212）拨叉式转舵机构受力分析：与十字头式转舵机构相同。拨叉式转舵机构特点：撞杆轴线至舵杆(duòɡǎn)轴间的距离R0可缩减26%，撞杆的最大行程因而得以减小。在公称转舵扭矩和最大工作油压相同的情况下，拨叉式的占地面积可比十字头式减少10~15%，重量亦相应减轻10%。但公称转舵扭矩较大时仍以采用十字头式为宜。精品资料222.滚轮式转舵机构：受力分析(fēnxī)：

液压对舵柄产生作用力：

Q=Pcosα=π/4D2pcosα转舵扭矩：

M=zQR0ηm=π/4D2zpR0ηmcosα结论：滚轮式转舵机构所能产生的转舵扭矩随α的增大(zēnɡdà)而减小。只达到主要尺度和最大工作油压差p相同的滑式机构的55%左右。精品资料23滚轮式转舵机构的特点：（l）控杆与舵柄之间没有约束性的机械连接(liánjiē)，工作时无侧推力，故整个机构结构简单。（2）每个油缸均与其撞杆自成一组，故可根据实际需要布置。（3）滚轮与撞杆间的磨损可自动进行补偿，不会象滑式机构那样因接头磨损、间隙增大而产生撞击。（4）扭矩特性差，故而限制了它在大扭矩舵机中的应用。（5）当舵叶在负扭矩作用下转动时，如果液压系统有明显泄漏；或者在稳舵时油路锁闭不严，则滚轮就有可能与某侧撞杆脱开而导致敲击。因此，在某些滚轮式机构中，在滚轮与拉杆的端部之间还增设了板簧拉紧机构。精品资料243.摆缸式转舵机构主要(zhǔyào)结构：采用了与支架相铰接的两摆动式油缸和双作用的活塞。转舵时，利用活塞在油压作用下所产生的往复运动，以及两油缸的相应摆动，即可通过与活塞杆铰接的舵柄，推动舵叶偏转。油缸两端的油管必须采用有挠性的高压软管。精品资料25摆缸式机构转舵的特点：（1）用双作用活塞代替了单作用的撞杆，提高了油缸的利用率，其外形尺寸和重量可大大减小。（2）各油缸与其活塞均自成一组，故结构简单，安装也较方便。（3）对油缸内表面的加工精度等都有较高的要求。（4）检查和更换密封件又不如撞杆式方便。（5）系统工作时，理论排油量和进油量严格说来并不完全相等，须采取(cǎiqǔ)容积补偿措施。（6）扭矩特性不佳（与滚轮式类同），使用不如滑式普遍。精品资料26受力分析：转舵扭矩：M=zpAR0ηm结论：转叶式机构所能产生(chǎnshēng)的转舵扭矩与舵角无关，其扭矩特性在坐标图上是一条与横坐标平行的直线。二、回转式转舵(zhuǎnduò)机构精品资料27图示为三转叶式推舵机构的原理图。该机构内部装有三个定叶3的液压缸2。而用键与舵柱上端相固接的转毂5，则镶装着三个转叶4。由转叶和定叶将液压缸内部分隔成六个工作(gōngzuò)腔。经油管6分别从三个工作(gōngzuò)腔吸油，并把油液排出另外三个工作(gōngzuò)腔，则转叶就会在液压能作用下通过轮毂带动舵柱和舵叶偏转。精品资料28回转式转舵机构特点：（1）占地面积小，重量轻，安装方便；（2）无需外部润滑，管理简便，且转舵时舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损；（3）扭矩特性不如滑式，但比滚轮式和摆缸式好；（4）内泄露(xièlòu)部位较多，密封不如往复式容易解决，容积效率较低，油压较高时更为突出。精品资料29精品资料30第四节液压舵机的遥控(yáokòng)系统一伺服油缸式舵机(duòjī)遥控系统二伺服电机式舵机(duòjī)遥控系统三液压式舵机(duòjī)遥控系统精品资料31一伺服油缸式舵机遥控(yáokòng)系统精品资料32油泵启动前的浮动(fúdòng)状态追随机构(jīgòu)左移状态精品资料33转舵(zhuǎnduò)状态回舵状态(zhuàngtài)精品资料34二伺服电机式舵机(duòjī)遥控系统精品资料35三液压式舵机(duòjī)遥控系统精品资料36精品资料37第五节舵机液压系统(xìtǒng)实例精品资料38精品资料39其中1#、4#和2#、3#缸各成一对。系统中设有专门工况选择阀箱。与液压缸相接(xiānɡjiē)的C1~C4缸称缸阀，平时常开；01~04称旁通阀，平时常闭。如果某液压缸因故不能工作，可将它与另一只液压缸一起停用。这时应将停用的一对缸的缸阀关闭，相应的旁通阀要开启。P1~P4称泵阀，平时常开，以便随时能在驾驶台启用任何一台泵。只有当主泵损坏需要修理时才将其一对泵阀关闭。精品资料40在液压舵机主泵的油路上，通常装有双联液控单向阀13a、13b。其可调节流阀14a、14b用来调节液控单向阀中控制(kòngzhì)油的流速，既能使主油路上的单向阀及时开启回油，又使它能在舵叶受负扭矩作用时关闭的速度尽可能减缓。主油路锁闭阀（锁舵阀）的作用：1.锁闭备用泵油路，防止工作泵排油经备用泵倒流旁通，妨碍转舵。2.工作泵回到中位时，将油路锁闭，以防跑舵。因为当舵停在某一舵角时，在水压力作用下，两组转舵液压缸仍存在油压差。此时泵虽处于中位，但泵内难免有漏泄，如果主油路不锁闭，舵停久了就可能因漏油而跑舵。油路闭锁(bìsuǒ)精品资料41因为主泵排出油难免有外漏，所用需要解决补油问题。本系统设辅泵3，经减压阀7以及单向阀8a、8b向低压(dīyā)侧油路补油。若舵机主泵吸入性能好，允许有较低的吸入压力时，也可不用辅泵补油，而只设高位补油柜，在吸入侧压力降低时进行补油。系统还在各液压缸顶部和油管高处设放气阀，以便在初次充油或必要时放气，这对闭式系统是必不可少的。补油放气(fànɡqì)精品资料42泵控式舵机液压系统大多设有辅泵，其流量一般不低于主泵流量的20%。本系统所设辅泵3是齿轮泵，主要作用为：（1）为主油路补油。（2）为主液压泵伺服变量机构供油。（3）冷却、润滑(rùnhuá)与冲洗主泵。辅助(fǔzhù)泵精品资料43精品资料44精品资料451辅泵工作(gōngzuò)。2转舵，A点偏离，三位三通阀左位接通(jiētōnɡ)，准备启动主泵。精品资料463主泵启动供油，启动完成时带动三位三通阀外壳移动，使阀在中位。液压缸工作，开始转舵，C点准备(zhǔnbèi)跟随舵叶偏离至需要的转舵角度。4液压缸工作，带