液压舵机工作原理

8-2液压舵机工作原理和组成

大型船舶几乎全部采用液压舵机。电动舵机仅用于一些小型船舶上。液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、流向的可控性来达到操舵目的的。根据液压油流向变换方法的不同,有两类：1)泵控型2)阀控型

1.泵控型液压舵机

图8—5示出泵控型液压舵机的原理图。

1—电动机，2—双向变量泵；3—放气阀，4—变量泵控制杆，5—浮动杆，6—储能弹簧，7—舵柄，8—反馈杆，9—撞杆，10—舵杆，11—舵角指示器的发送器，12—旁通阀，13—安全阀，14—转舵油缸，15—调节螺母，16—液压遥控受动器，17—电气遥控伺服油缸

双向变量油泵设于舵机室，由电动机1驱动作单向回转。油泵的流量和吸排方向，则通过与浮动杆5的C相连接的控制杆4控制。即依靠油泵控制C 偏离中位的方向和距离，来决定泵的吸排方向和流量。

泵控型液压舵机原理

图示舵机采用往复式转舵机构。由油缸14(固定在机座上)和撞杆9(可在缸中往复运动)等组成。当油泵按图示吸排方向工作时，泵就会通过油管从右侧油缸吸油，排向左侧油缸，撞杆9在油压作用下向右运动(油液可压缩性极小)。撞杆通过中央的滑动接头与舵柄7联接，舵柄7的一端又用键固定在舵杆10的上端。撞杆9的往复运动就可转变为舵叶的偏转。改变油泵的吸排方向，则撞杆和舵叶的运动方向也就随之而变。

1、工作油压与尺寸

舵机油泵工作油压取决于推动撞杆所需的力(转舵扭矩)。舵机最大工作压力(P max)是产生公称转舵扭矩时油泵出口油压。舵机油泵的额定排出压力不得低于舵机的P max。P max选得越高，转舵机构的主要尺寸就越小。油泵额定流量和管路直径相应减小，装置的尺寸和重量就会变小。

资料表明：

当P max由10MPa提高到20MPa时，往复式舵机长度大约缩短5％一10％，重量约可减轻20％，并使工作油液的使用量减少1／2左右。当P max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％。进一步提高P max，对液压设备生产和管理要求更高，故目前液压舵机的最大工作油压，多不超过20MPa。

2、泵控型舵机-转舵速度

转舵速度：主要取决于油泵的流量，而与舵杆上的扭矩负荷基本无关。因为舵机油泵都采用容积式泵，当转舵扭矩变化时，虽然工作油压也随之变化，但泵的流量基本不变，对转舵速度影响不明显。进出港和窄水道航行时，用双泵并联，转舵速度几乎可提高一倍。

3、泵控型舵机-追随机构

多采用浮动杆式追随机构。浮动杆的控制点A系由驾驶台通过遥控系统控制。如把X孔的插销转插到Y孔之中，也可在舵机室用手轮来控制。浮动杆上

的控泵点C与变量泵的控制杆4相连，反馈点B经反馈杆8与舵柄相连。当舵叶和驾驶台上的舵轮都处于中位时，浮动杆即处在用点划线ACB所表示的位置。

C点恰使变量机构居于中位，油泵空转，舵保持中位不动。

4、泵控型舵机-用舵

驾驶台给出某一舵角指令，通过遥控系统，会使A点移至A1。

由于B点在舵叶转动以前并不移动，所以C点将移到C1。于是，

油泵按图示方向吸排，舵叶开始偏转，通过反馈杆带动B点向B1

方向移动。当舵叶转到与A1给出指令舵角相符时，B移到B1，C

点重回中位，油泵停止排油，舵就停止在所要求的舵角上。浮动杆的位置如图中的实线A1CB1所示。实际上，浮动杆动作并不分步进行(C点偏离中位后，泵就排油）。

5、泵控型舵机-回舵

当驾驶台发出回舵指令时，A点又会从A1移回中位A。C点偏离

中位向左，油泵反向吸排。舵叶也就向中位偏转，使B点从B1

位置向中位移动。直到舵叶转到由A点位置所确定的指令舵角时，

C点重新回中，油泵停止排油，舵叶也就停转。

6、泵控型舵机-储能弹簧

C点偏离中位的距离受泵变量机构最大位移限制。只有在舵叶带动B点使C点回移后，A点才能继续操舵。这样，大舵角操舵动作不能一次完成。使泵流量总在零与最大值间变动，使操舵者感到不便，同时降低油泵效率和转舵速度。为解决这问题，在反馈杆上装了储能弹簧(可双向压缩)，当A点将C点带到最大偏移位置后，浮动杆就会以C点为支点而继续偏转，压缩弹簧。A点得以一次到达所要求的大操舵角。随着舵叶偏转，储能弹簧首先放松，并在其恢复原状后，才会将B点拉到与A点相应的位置，以停止转舵。在储能弹簧完全放松以前，B点不动，C点停留在最大偏移位置(使泵在较长时间内保持Q max),加快转舵速度。

储能弹簧的刚度必须适当，若弹簧太软，则可能使B点先于C点而移动，操舵就无法进行。如弹簧太强，则大舵角操舵所需操舵力太大，甚至使储能弹簧不起作用。

7、泵控型舵机-防浪阀

追随机构使油泵在开始和停止排油时流量逐渐增大和减小，可减轻液压系统的冲击。为防海浪等冲击舵叶时，造成舵杆负荷过大、系统油压过高和使电机过载，在油路系统中装设了安全阀(亦称防浪阀)。当舵叶受到冲击以致任一侧管路的油压超过安全阀的整定压力时，安全阀开启，油泵两侧管路旁通。舵叶会偏离所在位置，带动B点，使C点离开中位，油泵因而排油。当冲击负荷消失后，安全阀关闭，舵叶在油泵的作用下，返回，B点回位

8-2-2阀控制液压舵机

用单向定量油泵。其吸排方向不变，油液进出转舵油缸的方向由驾驶台遥控的换向阀来控制。当换向阀处于中位，油泵的排油经换向阀旁通，转舵油缸油路锁闭而稳舵。油泵和系统比较简单，造价相对较低。

缺点:

1）换向阀换向，液压冲击较大，可靠性也相对较差

2）阀控型舵机在停止转舵时，泵以最大流量排油，油液发热较多，经济性差

3）阀控型舵机适用功率范围比泵控型小

泵控型和阀控型舵机，尽管工作原理不尽相同，都是由转舵机构、液压系统和操纵系统等组成。

下面就转舵机构和操纵系统依次加以讨论。