小型船舶的操舵装置

小型船舶的操舵装置1.前言船舶的自动化、省力化也渗透到了小型船舶。

最近受劳动力不足的影响，甚至连只有数吨的渔船也装备起最新的电子仪器和省力的渔捞机械。

最近以来渔场逐步变得越来越远，到渔场去的驾驶已是相当繁重的劳动。

特别是在一个人的时候，连吃饭时也得掌舵，真是够呛。

自动操舵装置(自动驾驶仪)却为我们一举解决了这些苦恼。

只要用小的标度盘拨正了航向，说得过份一点就是睡着了船也会朝着那个方向驶去。

由于自动驾驶仪能使船沿直线驶向目的地，所以在缩短航行时间、延长渔捞作业时间的同时，其最大优点还可节约燃料。

最近船上增加了这种自动驾驶仪，对主机的操作也可实行遥控，小型船舶的省力化更向前推进了一步。

但是这些装置并不能防止碰撞的危险，所以了望工作绝对不能松懈。

现将最近装备于小型渔船上的操舵装置举例说明如下。

2.操舵装置的种类小型船的操舵方法有下列六种：(1)棒舵；(2)机械式；(3)手动油压式；(4)机动油压式；(6)电动式；(6)电气——油压式。

2—1棒舵这是一种最古老而简单的装置，仅仅是把舵柄装在舵轴上直接用人力操纵。

因为用的是人力，转舵扭矩有限，逢恶劣夭气等情况甚为不便。

2—2机械式设有舵轮，通过链条、齿轮、连杆或钢丝绳等带动舵。

图1是典型的钢丝绳式舵机。

当然，舵轮是装在离舵很远的“操舵室”中，即使遇到恶劣夭气也不会淋湿。

另外，使用减速器后可提高扭矩，使舵变轻。

2—3手动油压式舵轮上安装油泵，使它回转产生油压动力。

舵轴与油压执行器连接，油压执行器与油泵间配以管路，由油泵产生的油压动力推动油压执行器操舵。

因油泵的驱动源是人力，所以产生的动力是有限的，不过可把舵轮放大，以得到较大的转舵扭矩。

如图2.。

手动油泵内装有为防止油箱和舵产生逆压的阀件等。

2—4机动油压式手动油压式是依靠人力产生油压动力的，与此相反，机动油压式是由主机、辅机或电动机等驱动油泵产生油压动力的。

图3是机动油压式舵机。

转向器是一种定量分配阀，当被舵轮回转时，它能把机动油泵所产生的油压动力按照舵轮的回转方向并且还能把与舵轮的回转成正比的油量送到油缸。

假使机动油泵一旦发生故障，卸下V型皮带，停止其运转，那么转向器的机能便和2-3项所述的手动油泵完全相同。

机动油泵运转时，转向器的作用只是把机动油泵送来的油进行计量分配，所以舵轮的回转力小，非常轻。

但当机动油泵一停止，就变成人力操舵了，所以会稍稍重一点。

2一5电动式机械式或手动油压式的舵轮如不用人力去转动，而且用链条或皮带把直流电动机(执行器)和这个舵轮连结起来，那么控制这个电动机的转速和转向就可以象用手去转动舵轮时一样进行操舵。

因为电动机的控制比较方便，所以遥控毫无问题，甚至用自动控制器来进行自动操舵也是可能的。

图4是电动式舵机。

2—6电气一油压式最近的小型船多数用玻璃钢制造，不仅重量减轻，还可安装大马力主机，船速也加快了。

当然也必须具备大的转舵扭矩。

油压的优点是具有强大的操作力和可靠性，易于控制力的大小和速度，只要配上管路对任何地方都可较自由地传递动力。

这些优点在船舶那样受限制的狭小地方发挥了威力，致使目前渔船的渔捞机械盛行油压化。

这对没有安装大型发电机的小型船舶来说，利用主机余力来驱动油泵的“油压方式可以说比使用“电力”更受欢迎。

电气—油压式操舵装置是用主机或电动机等去驱动油泵使它产生高压。

舵与油压执行器连结，其间装入换向阀(电磁阀)，分别配上管路，用电操纵这个换向阀控制油压进行操舵。

当然可以进行自动操舵和远距离操舵，在应急时还可进行手动油压操舵等。

它是集中了上述各种方式之优点的操舵装置。

现将各种电气油压式操舵装置举例说明如下。

3.电气—油压式操舵装置若将小型船分成三类：(1)5吨以下；(2)10吨左右；(3)20吨左右。

则5吨以下的船因渔场近，航行时间少，故大多不需自动操舵；还因安装面积受到限制和必须安装价廉的机器等因素，多数采用只具有遥控性能的半自动操舵装置。

转舵扭矩有300公斤—米便够了。

10吨左右的船，因渔场较远，需航行好几个小时，所以多数需要自动操舵，但同样受到安装面积和价格的限制。

选择符合结构紧凑、性能好、可靠性高且价格便宜的设备等遇到困难条件最多的常常是这一等级的船舶。

转舵扭矩约需50。

公斤—米。

20吨左右的船，操舵装置的性能达到现有设备的同等程度即可，不过因为操舵室的面积稍宽，就有可能安装“操舵台”，不象过去那样采用壁式或台式的操舵装置了;又因航行时间也比过去更长，所以把重点放在操舵室的操舵上。

这个等级的转舵扭矩约需800公斤—米。

3-1半自动操舵装置(PR-195-V-003-SC)图5是转舵扭矩为300公斤—米的半自动操舵装置，图6是它的油压回路。

执行器由下列部件构成：(1)即使油泵的转速发生变化，仍能维持一定工作流量的流量控制阀；(2)带有限制最大压力的压力控制阀的小型叶片泵；(3)由超小型集成阀式的电磁阀等组成的阀件组。

根据安装位置的情况，叶片泵与阀件组也可分开安装。

油箱、过滤器同油泵组分开的原因，是因为泵组必须尽可能的小，而油箱和过滤器则应大一些，所以把它们分开就有可能装在任意的位置上。

这样油箱有了充分的容量，就可以防止因发热等引起的工作油的恶化;装在回油管路上的过滤器有孔眼很小的滤网和充分的通油量，可经常保持工作油的清洁。

舵机组由下列部件构成：(1)油缸及其固定支架；(2)连接舵轴与油缸的舵柄；(3)配管用的软管；(4)装入能反馈出舵机动作的电位计的追踪装置。

本操纵装置控制系统的方框图如图7所示。

为了操舵，若拨动远距离控制器的标度盘，里面的电位计(输入电位计)亦被转动;另一方面为了把油缸的机械动作变换成电信息的追踪电位计也进入追踪装置之中，这两个电位计“差”进入控制箱(放大器)，使对应于左舵或右舵的电磁阀的线圈工作。

由此，阀便形成了转向回路，油缸按所定方向移动。

用追踪电位计去测定油缸的这个动作，并和输入电位计进行比较，当它们的“差”为零时，因控制箱没有输入，故其输出也为零，电磁阀线圈的励磁解脱，油缸也就停止动作。

这样，舵就经常正确地追随标度盘的命令转动舵角。

控制箱成为一个大规模采用集成电路所组成的最新的电子回路，并附加了能经受住小型船上经常出现的电压大幅度变动的保护回路的电源装置等，被设计成可靠性非常高的一种设备。

表示舵角时，可在追踪装置中增加舵角发送电位计，把它和舵角指示器连接起来即可。

如果在磁罗经上增加自动控制器，并把控制箱改换成一个装入自动操舵回路的控制箱，则自动操舵也是可能的。

手动泵可当作上述的转向器使用，但若为单杆油缸，当主机驱动的油泵停止时，就不能作为应急的手动泵使用。

在这种情况下，就得把油缸从舵柄上脱开，变成棒舵。

图8是油压回路图。

图8 油压回路图与前述的半自动操舵装置相比，不同的是自动操舵和手动泵都已列入标准装置，其他方面基本相同。

舵机组方面，在没有安装两个油缸(TC型)的位置时，已为使用一个油缸(SC 型)准备了条件，转舵扭矩最大可达500公斤—米。

在有大容量交流发电机的情况下，若用电动机替代主机去驱动油泵，由于油泵的转速可以保持恒定，所以转舵速度完全不受主机转速的影响(严格地说，小型船上由于电压和频率的变化较大，多少要受到一些影响的)。

而且对油泵来说，因不直接受到主机的振动，在使用寿命方面也是电动机驱动为有利。

自动操舵系统的方框图如图9所示。

它是把图7的远距离控制器改为自动控制器，并由它定出航向，操舵原理与图7完全相同，只是用磁罗经去测定船的方向，使其和既定航向之“差”为零。

图9 自动操舵系统方框图图10及图11(图略)是转舵扭矩为800公斤—米的操舵装置，前者是主机驱动油泵的类型，后者是电动机驱动油泵的类型。

图10 主机驱动油泵的操舵装置因为转舵扭矩大，所以油缸也大。

由于油泵的流量增加了，不能使用上述的超小型集成阀，而必须使用普通的阀件，故阀件组变得很大。

因操舵室比较宽裕，可将控制箱和手动泵合为一体，作为操舵台来安装。

除了现有的自动操舵、远距离操舵外，还可在操舵台上设置固定的标度盘进行“度盘操舵”。

图12及图13(图略)分别为它们的油压回路图图12 油压回路图4.小型操舵装置的特点首先，小型船的操舵装置由于其安装环境的恶劣，除了必须十分坚固耐用外，并要在振动、高温、多湿等严酷条件下进行连续多天的耐久试验，而且还要保持它的一定寿命。

其次，要求具备符合小型船舶的操舵性能。

小型船舶易受风浪影响，在自动操舵航行时，一旦离开了给定的航向时，必须具备立刻修正的机能。

自动操舵时，为达到最佳操舵，需进行下列调整。

(1)气候调整：即所谓灵敏度调整。

当船离开目的航向时，决定偏离多少后才转舵，一般取决于海况。

若将灵敏度调高，只要稍微偏离一些目的航向舵就转动，使船回到原来航向。

因此在大风浪时转舵次数就增多，但转舵次数太多了也不好，所以应将灵敏度适当降低。

(2)舵角调整：当船离开目的航向时，由它把舵调整到最合适的角度。

现在设船偏离目的航向5度，若为使船回到原位而转5度舵，由于船本身的走动，便朝相反方向偏离航向了。

如果这样反复转舵，船就会象蛇那样曲折前进，浪费太大。

因此在偏离5度时，例如先转3度舵，适当调整其比例，以便尽快重返目的航向。

(3)稳舵调整：保持原来航向的稳舵性能及在变更航向时使其圆滑地转到新航向的变舵性能，都是它来调整的，借以防止船的“蛇行”。

另一特点是，因为它是装备于小型船上狭隘场所，所以必须具有结构紧凑，使用方便，保养容易，发生故障时便于修理等的结构。

5.结语如前所述，小型船自动化程度的提高，使船的航速加快，航行距离也更远了。

但牵涉到200海里的问题，迫使它改变作业的内容。

在受到许多限制中，还必须确保渔获量。

在这种情况下，操舵装置的作用变得非常重要，万一发生故障，就会受到相当大的损失。

因此如何制造优质廉价的装置乃是我们生产厂商的重要职责。

当前，既然缺乏一般故障少或不需保养管理的机械装置。

故我们衷心希望使用者克尽保养管理之义务，借以提高它的可靠性，延长它的使用年限。