第十章船舶舵机的电力拖动与控制

第十章船舶舵机的电力拖动与控制本章概述舵机设备主要由以下几个部分组成：1．主操舵安装2．辅助操舵安装3．舵机安装动力设备4．动力转舵系统：5．转舵机构6．操舵安装控制系统目前，远洋船舶上配备的都是远间隔控制自动操舵仪，简称自动舵，几乎全部是电动液压舵机。第十章船舶舵机的电力拖动与控制本章主要讲解内容第一节舵机电力拖动与控制的根本要求第二节单动舵第三节随动舵第四节自动舵第五节船舶艏侧推安装第一节舵机电力拖动与控制的根本要求我国<钢质海船入级与建造规范>根据<国际海上人命平安公约>〔SOLAS公约〕的规定，对于从事于国际航行的大于500总吨的货船或仅从事于非国际沿海航行的大于1600总吨的货船的舵机提出了明确的要求，根本技术要求如下：

1．每艘船舶均应设置1套主操舵安装和1套辅助操舵安装。主操舵安装和辅助操舵安装的布置，应满足当其中一套发生缺点时不致引起另一套也失效；如主操舵安装具有2台或2台以上一样的动力设备那么在下列条件下可不设置辅助操舵安装：前往①对于客船，当任一台动力设备不任务时，主操舵安装仍能按本规定进展操舵；

②对于货船，当一切动力设备都任务时，主操舵安装能按本规定进展操舵；

③主操舵安装应布置成当其管系或一台动力设备发生单项缺点时此缺陷能被隔离，使操舵才干可以坚持或迅速恢复。2．主操舵安装和舵杆：具有足够的强度并能在船舶最大航海吃水和最大营运前进航速时进展操舵，使舵自任一舷的35°，转至另一舷的35°，且于一样条件下自一舷的35°转至另一舷的300所需时间不超越28s。3．辅助操舵安装：

①具有足够的强度和足以在可驾驶的航速下支配船舶，并能在应急情况下迅速投入任务；

②应能在船舶最大航海吃水和以最大营运前进航速的一半但不小于7kn时进展操舵，使舵自一舷15°，转至另一舷的15°，且所需时间不超越60s。4．主、辅操舵安装动力设备：①当动力源发生缺点失效后又恢复保送时能自动再起动；②能从驾驶室控制使其投入任务；③任一台操舵安装动力设备的动力源发生缺点时，应在驾驶室发出声、光警报；④驾驶室与舵机室之间，应设有通讯设备；⑤操舵安装应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵安装，应装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。装设的限位开关或类似设备，应该与转舵机构本身同步而不应与舵机的控制一样步；⑥舵安装应有坚持舵位不动的制动安装。

第二节单动舵单动舵也叫应急舵或非随动舵。它是在自动舵及随动操舵都不能用的情况下，作为应急操舵。单动舵控制线路比较简单。图10-1为DS1型应急舵安装简图。单动操舵控制可用图10-2所示的方框图来表示。在操舵控制信号较弱时，缺乏以直接推进执行机构任务，或即使能推开任务，但其灵敏度太低，故必需加放大环节。前往前往图10-1DSI型应急操舵安装简图图10-2单动操舵方框图前往第三节随动舵随动舵控制系统只需操作人员给出某一操舵指令，系统就能自动地按指令把舵叶转到所要求的舵角上，并且自动使舵叶停转。

图10-3为随动舵系统方框图。它是按偏向原那么进展调理的。图10-4为DD2型电子式随动操舵仪系统简图。前往回舵ΦK¡ì舵轮人力放大器执行机构传动机构舵叶舵角反响Φâ分罗经(指示航向)舵角指示器(指示偏舵角)电源U0U1-+n前往图10-3随动操舵系统方框图前往第四节自动舵自动舵是根据电罗经送来的船舶实践航向与给定航向信号的偏向进展控制的。在舵机投入自开任务时，假设船舶偏离了航向，不用人的干涉，自动舵就能自动投入运行，转动舵叶，使船舶回到给定航向上来。前往一、自动舵的根本类型

船舶运用的自动舵类型众多，究其调理规律，有三种根本类型：以船舶偏航角的大小和方向进展调理的比例舵，以船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向调理的比例一微分舵和以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角积分的大小和方向来调理的比例一微分一积分舵。1．比例舵比例舵调理中偏舵角B与偏航角Φ成比例关系变化，即

B=-K1Ψ式中，K1为比例系数；负号“－〞表示偏舵的方向是消除偏航。船舶因风浪等影响引起偏航时，采用比例舵操舵有纠正偏航的才干。但是它使船舶周而复始地围绕正航向左右摇摆，船舶的航迹呈“S〞形振荡，衰减很慢。2．比例一微分舵按比例操舵的偏舵角仅思索了偏航角的大小，没有思索偏航角速度。其实，偏航速度高时，该当加大偏舵角，以有效地抑制船舶继续偏航；另外，该船舶回到正航向后，虽然偏航角等于零，但由于惯性，船舶依然有一个偏航角速度，使船舶又继续朝另一侧偏航。因此比例操舵会呵斥船舶沿航向作S形航行。比例一微分舵就是为处理这个问题而产生的。它的调理规律符合关系式：3．比例一微分一积分舵为提此以提高航向调理的精度，减少、甚至消除静态误差，在比例一微分舵的根底上，设置积分调理，亦即比例一微分一积分舵。它满足下面的关系式。二、自动操舵系统根本要求1．自动操舵性能良好2．具有必要的调理安装〔l〕灵敏度调理〔俗称天气调理〕〔2〕舵角比例调理〔3〕反舵角调理〔4〕压舵调理〔5〕航向调理3．应设有随动、单动等操舵设备此外，自动舵还应设有双电源，双机组等换转安装。三、自动舵的任务原理1．电动—机械自动舵

图10-5为电动—机械自动操舵系统的原理简图。下面分5个阶段〔其实是延续的〕阐明船舶因外界干扰而偏转离正航向K后是如何经过自动舵的作用又重返正航向的。前往图10-5G-M系统自动操舵的原理图第一阶段〔Ⅰ〕：船舶沿正航向K航行，滚轮1恰好与绝缘块4接触，电动机不转动，舵叶在艏艉线上，艏艉线与正航向重合，偏航角φ、偏舵角β都为零。第二阶段〔Ⅱ〕：假设由于遭到风、流等外界影响，船舶向右偏航，首先航向发送器使自动操舵仪上的航向接受器〔即罗经复示器〕同步转动某一角度，并带动滚轮1向左偏转，与左边导电半圆环2接触，电动机转动，舵叶向左弦偏转，经过舵角反响同步传送构造，使两个导电环以一样的方向向左作跟随滚轮的运动。这一阶段由于外界干扰的继续存在，开场偏舵时偏舵角很小，舵效不明显，所以船舶继续向右偏航〔φ添加〕，导电环继续作跟随滚轮的运动。第三阶段〔Ⅲ〕：由于较强的舵效，使船舶偏航到某一最大偏航角而停顿偏航，导电环追上滚轮，绝缘块与滚轮接触，电动机停转，偏舵角也到达最大值。

第四阶段〔Ⅳ〕：船舶在左舵作用下，向正航向K回转，偏航角从逐渐减小，又经过航向发送器作用，使滚轮开场与右边导电环3接触，电动机向右转，舵叶朝着艏艉方向偏转〔β减小〕，导电环向右作跟随滚轮的运动。

第五阶段〔Ⅴ〕：船舶回到正航向K上，导电环正好追上滚轮，使滚轮处于绝缘块上，电动机停转，舵叶位于艏艉线上。

上述延续的5个阶段船舶偏离正航向又重返正航向的航迹如图10-6所示。可见采用这一系统进展操舵，可以使船舶在偏航后有自动恢复正航向的才干。这就是电动—机械自动操舵系统的根本原理。前往图10-6自动舵校正航向的任务过程2．电动—液压式自动舵

国产“HD—5L型自动舵运用半导体无触点控制的比例-微分-积分控制系统。驾驶室具有自动、随动及应急操作三种操舵方式。两套参数一样的放大器互为备用，经过转换开关选择其中一套为自动、随动操舵时运用。应急操舵为随动控制方式，单独运用一套放大器。该型自动舵有A、B、C、D四种型式。A型为电液伺服阀变量泵系统；B型为电磁换向阀、伺服油缸、变量泵系统；C型为伺服马达变量系统；D型为地磁功率阀定量泵系统，它们的电气系统根本上是一致的。HD-5LBD型自动舵系统的组成见图10-7。主要包括：〔1〕信号的检测与发送，包括航向受讯器、偏航信号发送器、舵角反响信号发送器、随动信号发送器〔2〕相敏整流电路〔3〕运算放大器和比例微分、积分调理安装〔4〕积分安装〔5〕左、右舵控制继电器〔6〕执行安装〔7〕天气调理安装前往图10-7HD-5LBD型自动舵系统方框图HD-5LBD型自动舵原理见图10-8。将支配部位选择开关K9放在“支配台位置〞，机组选择开关K8置于选定的任务机组位置，再将支配方式选择开关K1放在“自动〞位置，系统便进入自开任务形状。前往3．PR-4系列自动舵1〕PR-4系列自动舵简介2〕PR-4系列自动舵的任务原理见图10-9PR-4系列自动舵原理框图。3〕PR-4系列自动舵的操作〔1〕速率调理器调理方法〔2〕舵角调理器调理方法〔3〕天气调理器调理方法〔4〕舵机偏向警报调理器〔5〕舵角限位调理器

前往〔1〕速率调理器调理方法：安装时的设定值是由厂方的随船工程师根据船舶的装载情况〔满载、半载或空载〕而设定的。速率调理：设定值为4天气调理：设定值为0以此为参考，根据下述的程序可以获得一个最好的设定：在下述每一种情况下船舶直线航行30分钟，比较航线记录仪的记录并选择最好的设定作为新的设定值。①根据当时的货载情况设定调理值〔该调理值是由厂方的随船工程师引荐的〕。②在上述的根底上添加这个值。③在上述的根底上减小这个值。〔2〕舵角调理器调理方法：在大多数情况下，舵角调理器可以设定在4的位置，如果反映良好那么不需求再作进一步的调整，即：舵角调理器：设定值为4天气调理器：设定值为0在下述每一种情况下船舶直线航行30分钟，比较航线记录仪的记录可以选择最好的设定作为新的设定值。①设定值：4②设定值：3③设定值：2假设变化不大，应设定为4。〔3〕天气调理器调理方法：

①手动天气调理器在良好天气条件下，设定为0位置，高设定的目的是希望获得最少的不用要的动舵；低设定的目的是希望坚持航向的准确。对特殊的海况最好的设定是：指针的设定值是等于自然偏航角的数值。

②自动天气调理器转动天气调理器旋钮到自动位置.〔4〕舵机偏向警报调理器舵机偏向警报调理器控制旋钮设定的目的是为了设定一个偏航角的极限报警，当由于缺点使自动罗盘或自动舵的读数大于设定航向的方位角度时〔角度可以恣意的设定为〕，偏航警报报警。普通情况下，偏航角度设定为。〔5〕舵角限位调理器舵角限位调理器设定的目的是为了设定一个在自动舵操作时舵角挪动位置的极限，对于航向的坚持和正常的改动航向是完全可以满足需求的，但假设有大角度的航向改动就必需设定为。第五节船舶艏侧推安装 船舶艏侧推〔有些特种船还安装艉恻推器〕是一种横向推进安装，被安装在船艏的侧面，利用推进安装推进水产生的作用力使船舶获得一个侧向力的作用，这样有助于船舶分开或横靠码头，也有助于改善船舶在低速或高速在狭水道行使时的机动性。目前，新造船舶大多安艏侧推器。

艏侧推安装由驱动部分〔包括驱动电动机〕、通用接头、推进器和推进器螺距控制安装组成。艏侧推安装的主电动机软起动电路的系统原理简图见图10-10所示。前往前往船舶靠离码头时，G-M系统单独向艏侧推安装的主电动机供电，两块AVR板〔RT01Y与RT02〕共同投入任务来控制发电机的输出电压及输出电流。其起动过程如下：1.G-M机组与船舶电力系统任务母线脱离，起动原动机，发电机自励起压，输出端电压380V。在满足侧推翼角在零位、液压系统油压已建立、主开关与船舶电站任务母线分别等相关起动条件后，才允许进展侧推系统的起动。2.当按下艏侧推起动按钮后，消磁接触器的触点E01闭合〔此时Q02常闭触点是接通的〕，使发电机的励磁电流被短路掉，这时发电机的端电压降为剩磁所能产生的电压。延时5秒钟后，开关Q02闭合，将发电机与电动机相衔接