舵机详解学习

2、整流帽舵- 在普通舵（一般是流型舵）的适当位置加装一个外型为 对称机翼剖面的回转体或近似于椭圆形的整流帽，由于整流帽填充了通 常是涡流低压区的空间，使得螺旋桨后部的乱流得到改善。这样不仅提 高推进效率，还能降低船尾的震动，据称在一般舵上加装整流帽后，可 以增加航速0．3- 0．5。
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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；
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2.五点式（带副杠杆式）
B
B
B
E
E
D
D
C
C
E
D
C'
C
有位移放大作用， 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。
C'
A
A
A'
A
A'
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第三节 液压舵机的转舵机构
分类： 1.往复式转舵机构 2.回转式转舵机构
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1.往复式转舵机构
１）滑式转舵机构
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滑式转舵机构特点 1）扭矩特性良好，承载能力较大； 2）撞杆与油缸的密封采用Ｖ字型，密封可靠，具有
自动补偿能力； 3）油缸精加工面少； 4）尺寸、重量大； 5）安装、检修比较麻烦
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舵是舵手（驾驶人员）用来保持或改变船舶在水中运动 方向的专用设备。 舵有两大功能：
一是保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性； 二是改变船舶运动方向的能力，称回转性。 通常把二者统称为船舶的操纵性。
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船舵主要由舵叶和舵杆组成，舵叶是产生水压力的部分， 舵杆的作用是转动舵叶和保证舵叶具有足够的强度）舵的 作用原理是当水流以某冲角冲至舵叶上时，便产生了流体 动力，此作用力通过舵杆传递并船体上，从而迫使船舶转 向，也就达到了调整航向的目的。
定的距离。一般在舵叶前缘后的1／3处。
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（三）按舵剖面形状来分 1）平板舵- 仅用一块平板做成
的最简单的舵； 2）改良形平板舵- 在平板舵上
以木质板，其外形与流线型舵相似的 舵；
3）流线型舵- 舵的翼剖面是机 翼型的舵，如果带有固定舵柱的就称 为固定舵柱型流线型舵；
4）反应舵- 是将流线型平衡舵 以螺旋轴为界，按一定流程进行上下 扭曲后的舵，据说这种舵可以提高推 进效率4- 6％左右。
5.转舵力矩 M=Ma+Mf
6.公称转舵扭矩 在规定的最大舵角时所能输出的的最大扭矩。
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(1)水动力矩与舵叶的面积A和舵叶处水流速度的平
方成正比，并随舵角α的增大而增大。
(2)不平衡舵因X＝Xc，故当船舶正航并向一舷转 舵时，水动力矩将始终为正(指与舵叶转向相反)， 转 而回舵时则变为负(指与舵叶转向相同)。平衡舵因 船 Xc＝X-Z，小舵角时由于压力中心O处于舵杆轴线 力 的前方，故Ma为负；只有当舵角增大到某一数值之 矩
FLl
1 2
C
L
ρAv
2
l
横向推力 T F2 cosα
阻力
R F1 sin α
转舵效应；
（1）偏转
（2）横移
（3）减速
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MS
FL l
XC
cosα
FD X C
sin α
FLl
1 2
CL ρAv 2l
1.转船力矩随舵角而变化；
2.转船力矩有最大值Mmax
3.海船的转船力矩最大值出 现在30°～35 °之间；
一、舵的作用：
船舶的操纵性，是船舶的主要 航行性能之一。舵是船舶操纵装 置的一个重要部件。
舵是一块平板或具有流线型截 面的板，称为舵叶。装在船尾中 纵剖面或对称于中纵剖面的位置 上。它垂直地浸没在水中，并能 绕舵轴转动。
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舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的专用舾 装设备。可以想象，如果船没有舵，或舵失灵， 就象汽车没有方向盘一样，将无法行驶）在大 海里任凭风浪摆布。无主动航向的船不仅不能 保证航行的安全，而且是不能到达目的港的。
3、襟翼舵- 将舵叶做成主舵和子舵两部分，子舵即是襟翼舵。当主舵 转动一个角度时，子舵相对主舵再转动另一个角度。这样一来，就明显 地提高了舵效，改善了操纵性能。此种舵的缺点是结构和制造较为复杂。
4、转子舵- 是在普通舵的前缘装一高速旋转的圆柱，由于圆柱的高 速旋转，产生了一股侧向流，此流即提高舵的升力，同时增加了绕舵的 环流，又增加了升力，从而明显地提高了船的回转性能，此种舵多被回 转性能要求高的船所采用。
水 动 力 矩
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对舵机的要求
舵机是保持或改变船舶航向，保证安全航行的重要设备，一旦失 灵，船即会失去控制，甚至事故。因此，我国《钢质海船人级与建造 规范》(1996)根据《国际海上人命安全公约)(SOLAS公约)的规定，对 舵机的基本技术要求是： (1)必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置；或主操舵装置有两 套以上的动力设备。当其中之一失效时，另一套应能迅速投入工作。
舵的分类： （一）按舵的支承情况来分
1．多支承舵：船体尾柱连有三个以上的舵钮。 2．半悬式舵：下支承的位置在舵的半高处。 3．悬式舵：挂在舵杆上的。 4．双支承舵：除了上支承儿还有一个安在舵根的 下支承。
（二）按舵杆轴线位置来分 1．不平衡舵 ：舵叶位于舵杆轴线之后。 2．半平衡舵：一般就是半悬式舵。 3．平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后一
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• 资料表明，当往复式舵机最大工作油压由10MPa提高 到20MPa时，往复式舵机的长度大约缩短5％～10％， 重量约可减轻20％，并使工作油液的使用量减少l／2左右。 • 但是，上述各项指标并非随油压的进一步提高按线性关 系减小，当油压从20MPa提高到30MPa时，往复式舵机 的长度几乎不变，重量只减轻6％～9％，而工作油液的使 用量也仅减少16％，～18％。 • 此外，进一步提高工作油压，还将对液压设备的生产和 管理水平提出更高的要求，故目前液压舵机的最大工作油 压，多不超过20MPa。
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(2)主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器；当主操舵装置设置 两台动力设备时，应设有两套独立的控制系统，且均能在驾驶室控制。 但如果采用液压遥控系统，除1万Gt以上的油轮(包括化学品船、液化 气船，下同)外，不必设置第二套独立的控制系统。 (3)对舵柄处舵杆直径大于230mm(不包括航行冰区加强)的船应设 有能在45s内向操舵装置提供的替代动力源。这种动力源应为应急电源 位于舵机室内的独立动力源，其容量至少应能向符合辅操舵装置要求的 一台动力设备及其控制系统和舵角指示器提供足够的能源。此独立动力 源只准专用于上述目的。对1万Gt以上的船舶，它应至少可供工作 30min，对其它船舶为10min。
后，Ma才会因O点移到轴线之后而变为正值。舵杆
轴线之前的舵叶面积A‘与整个舵叶面积A之比，称
为平衡系数，用K表示。图示出了舵叶具有不同平衡
系数时的水动力矩曲线。由图可见，平衡系数越大，
舵叶的最大水动力矩越小，即舵机所需的公称转舵
扭矩较小。 (3)船舶倒航时，由于舵叶后缘变成了导边，压力中 心离开舵杆轴线的距离因而增大，致使舵压力的力 臂大大增加，故在其它条件相同时，同一舵角下倒 航时的水动力矩就会超过正航时的水动力矩。
FL 升力 FD 阻力
Cx 压力中心系数
v 水流速度
FL 1 2 CL ρAv 2 FD 1 2 CD ρAv 2
x Cxb
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水作用力 F 对船舶运动的影响
在船舶重心上加一对大小等于F，方向相反的力F1、F2
1.转船力矩
MS
FL l XC cosα FD XC sin α
A1
A 1 A'
A 1 A'
A'
A
C
C
C'
C
C'
B
B
B' 2 B
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B B'
三点式杠杆特点：
ＡＡ‘一次性位移不能太大，受ＣＣ’ 最大可位移量确定，否则会损坏控制 处的机件。（用储能弹簧克服该缺点）
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A 1 A'
C
C'
B' 2 B A' 1 A
C'
C
B 2 B'
储能弹簧的功能
分类： 变向变量泵式（变向泵式） 定向定量泵式（换向阀式）
组成： 1.操纵系统－转递操舵信号 2.控制元件－控制油液的流向、流量和压力 3.转舵机构－将油液的压力能转变为机械能 4.动力源－提供一定压力和流量的油液
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液压舵机组成框图
发
受
变 向
送
动
变
变向泵式 器 器
量 泵
远操机构
转 舵
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特种舵 为了提高船舶的推进效率和改善操纵性能，特别是提高船在低速航行
时的操纵性，而对普通舵进行开发，或者普通舵与别的设备组合的具有 特种型式的舵叫做特种舵。如主动舵、整流帽舵、襟翼舵、转子舵等。
1、主动舵- 在普通流线型舵的中部后缘处加装一个带有导流管的小螺 旋桨，此桨由装在舵体内的潜水电机或液压马达驱动，依靠舵、桨产生 的力改变船的航向。该种舵最大的特点是在低速或倒航时仍具有良好的 操纵性，而且能提高船的回转性能。还具有低速推进装置的功能。
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基本组成：1.远操机构 （转递操舵信号）
2.舵机
（提供转舵动力）
3.转舵机构 （对舵柱产生转舵力矩）
4.舵叶
（产生转船力矩）
分类：1.按远操机构分 2.按舵机能源分 3.按转舵机构分
机械、电力、液压 人力、气动、电动、液压 往复、转叶
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第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
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舵从帆船时代的简单平板舵发展到今天的流线型舵，不断 得到改进，现普通舵和特种舵已有十几种类型。近个时期， 随着科学技术的发展，还出现了一些推进设备也兼有舵设 备的功能。
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舵的种类很多，分类的方法也很多，有按支承情况、舵杆位置、剖 面形状分类的，也有按结构形式和使用功能分的。
内河船的转船力矩最大值 出现在35°～45 °之间。
ＣL升力系数 ＣD阻力系数 ＣX压力中心系数
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各项力矩的定义
1.转船力矩MS 水作用力 F 对船舶重心所产生的力矩。 2.舵的水动力矩Ma 舵压力FN对舵柱轴线所产生的力矩。 3.转舵力矩M 操舵装置对舵杆施加的力矩。 4.磨擦力矩Mf 舵柱支承处总摩擦力矩。
舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组成； 或至少有两个相同的动力转舵系统，在正常运行时同时能满足主操舵 装置要求，其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现，有缺陷的系 统应能自动隔离，使其余动力转舵系统安全运行。
有的转舵机构虽不能分隔成两部分，但如经过严格的应力分析(包 括疲劳和断裂分析)、密封设计、材料选用和试验，则也可允许用于1 万Gt以上、10万Gt以下的油船、化学品船、液化气体运输船。在这 种情况下，只对管系或动力设备而不对转舵机构提出下列要求：即当 发生单一故障时应能在45s内恢复操舵能力。
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(4)操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置，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。 (5)对1万Gt以上的油船、化学品船、液化气体运输船尚有如下一些 附加要求：当发生单项故障(舵柄、舵扇损坏或转舵机构卡住除外)而 丧失操舵能力时，应能在45s内重新获得操舵能力。
主操舵装置应具有足够的强度并能在船舶处于最深航海吃水并以 最大营运航速前进时将舵自任何一舷35°转至另一舷的35 ° ，并且 于相同的条件下，自一舷的35 °转至另一舷的30 °所需的时间不超 过28s。此外，在船以最大速度后退时应不致损坏。
辅操舵装置应具有足够的强度，且能在船舶处于最深航海吃水， 并以最大营运航速的一半但不小于7kn前进时，能在不超过60s内将 舵自任一舷的15 °转至另一舷的15 ° 。
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舵的作用原理和转舵扭矩
FN
F
FL
FD FT
｝ FN 舵叶两侧水压力（舵压力）
FT 摩擦力
F 水作用力
｛ F 水作用力
FL 升力 FD 阻力
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α
v
舵的作用原理
｝ FN 舵叶两侧水压力（舵压力） F 水作用力
FT 摩擦力
｛ F 水作用力
FL 升力 FD 阻力
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6)能被隔断的、由于动力源或外力作用能产生压力的液压系统任何 部分均应设置安全阀。安全阀开启压力应不小于1.25倍最大工作压 力；安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的110％，在此情 况下，压力的升高不应超过开启压力的10％，且不应超过设计压力 值。
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第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
舵
机 构
叶
反馈机构
操
换向阀式
纵 阀
三 位 四 通 阀
控 制 油 缸
副油泵
手式 、换 液向 动阀
转 2页
一、泵控型液压舵机
受动器
反馈机构
防浪阀
变向泵
舵柱
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转舵机构 储能弹簧
追随机构 机械杠杆：三点式、五点式（带副杠杆式） 电子反馈式
1.三点式追随机构 A 操纵点，Ｂ追随点，Ｃ控制点