船用舵机课件

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资料表明
当pmax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pmax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%
C点恰使变量机构居于中位,油泵空转,舵 保持中位不动
B
8-2-1 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
8-2-1 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 A 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
C
当舵叶和驾驶台上的舵轮处于中位时
浮动杆即处在用点划线ACB所表示的位置
8-2-1 泵控型舵机 - 工作油压与尺寸
油泵工作油压取决于推动撞杆所需的力(转舵扭矩)
舵压机最大工作压力(pmax)是产生公称转舵扭矩时油泵出口油 舵机油泵的额定排出压力不得低于舵机的pmax pmax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减小,装置的尺寸和重量就会变小
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(2)
8-2-1 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
(3)对舵柄处舵杆直径大于230mm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(独立动力源),其容量至少应能向 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
舵水作用力及其对船的影响
F可分解为与水流方向垂直的升力FL和与水流方向平行的阻力FD,
FL=1/2·CLρAυ2 FD=1/2·CDρAυ2
x = Cxb
式中几:何C形L,状CD有,关Cx,—由升模力型、试阻验力测、定压力中心系数,其大小随舵角而变,与舵叶
ρ——水的密度,
A——舵叶的单侧浸水面积,
进一步提高pmax ,对液压设备生产和管理要求更高
8-2-1 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。
动隔离,使其余动力转舵系统安全运行
8-1-3 对舵机的基本技术要求
(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
二、舵的作用原理和转舵扭矩
正舵位置,即α=0时
舵叶两侧所受的水作用力相等,对船的运动方向不产生影响
舵叶偏转任一角度α ,两侧水流如图所示
水流绕流舵叶时的流程在背水面就要比迎水面长,背水面的流速也就较迎水面大, 而其上的静压力也就较迎水面要小
舵心O叶,两并侧指所向受舵水叶压的力背的水合面力(称为舵压力)FN就将垂直于舵叶,作用于舵叶的压力中 除FN外,水流对舵叶还会产生与舵叶中线方向一致的摩擦力Fr 当的舵 水叶 作偏 用F转。舵角α后,在舵叶的压力中心O上,就会产生一个大小等于FN与Fr合力
8-1-2-2 综上可见
(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),而回舵时则变为负(指与舵叶转向 相同)
平衡舵因Xc=X—Z,小舵角时由于压力中心。处于舵杆轴线 的前方,故Ma为负,只有当舵角增大到某一数值之后, Ma 才会因O点移到轴线之后而变为正值
舵叶的偏转由操舵装置(通常称舵机)来控制 舵机经舵柄1将扭矩传递到舵杆3上 舵杆3由舵承支承,它带动舵叶7偏转 舵承固定在船体上,由承及密封填料组成 舵叶还可通过舵销5支承在舵柱8的舵托9或舵钮6上
几种舵
不平衡舵图8-1(a) 舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵 平衡舵图8—1(b) 舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵 半平衡舵图8—1(c) 仅于下半部做成平衡型式的舵 后两种舵在舵杆轴线之前有一定的舵叶面积,转舵时水流作用在它上面 产生的扭矩可以抵消一部分轴线后舵叶面积上的扭矩,从而减轻舵机的 负荷
(3)船舶倒航时 舵叶后缘变成了导边,压力中心离开 舵杆轴线距离增大(力臂增加) 同一舵角下倒航时的水动力矩会超过 正却时的水动力矩 但实际上倒航时的最大航速将比正航 时要小得多,故倒航时的最大水动力 矩不会超过正航时的水动力矩
8-1-3 对舵机的基本技术要求
是保持或改变船舶航向,保证安全的重要设备 一旦失灵,船会失去控制,甚至事故
辅操舵装置应具有足够的强度
能在最深航海吃水,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 º转至另一舷的15 º
在主操舵装置有两台以上相同动力设备符合下列条件时,也可不设辅 操舵装置
当管系或一台动力设备发生单项故障时应能将缺陷隔离,以使操舵能力能 够保持或迅速恢复
M= Ma + Mf
普通平衡舵 Mf=(0.15~0.20) Ma Mα可用经验公式或舵的模型试验资料计算
公称转舵扭矩
指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确定的
公称转舵扭矩是确定舵机结构尺寸和工作参数的基本依据
极大值Mmax Ms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A/舵叶平 均宽度b)
λ越小, 绕流的影响就越大,即在同样舵角上所产生的舵压力 越小,而达到最大转船力矩时的舵角就越大。
舵叶的λ值受到船舶吃水及船尾形状等条件限制
海船 (λ=2~2.5), Mmax的舵角多介于30º~35 º之间,规定35 º 河船 (λ 1.0~2.0), Mmax出现在35 º~45 º舵角之间
8-1-2-2 水动力矩和转舵扭矩
舵示压。力FN对舵杆轴线所产生的力矩称为舵的水动力矩,用Mα表
Ma
FN X C
(FL cona FD cona) X c

1 2
C
N
Av2
X
c
式中:CN,称为压力系数,其余符号同式(8—1)
转舵扭矩M
操舵装置施加在舵杆上的扭矩

舵匀速转动时,转舵扭矩M即应等于水动力矩Ma和舵各支承处的 总摩擦扭矩Mf 的代数和,即
第八章
舵机
第一节
舵的作用原理和对舵机的要求
8-1-1舵设备的组成和舵的类型
舵用作为保持或改变航向 舵垂直安装在螺旋桨的后方
早期船舶采用平板舵 为了提高舵效和推进效率,目前多用由钢板焊接而成的空心
舵,称为复板舵
这种舵由于水平截面呈对称机翼形,故又称流线型舵
舵的型式很多,图8—1示出三种
因此,我国《钢质海船人级与建造规)根据《国 际海上人命安全公约》(SOLAS公约)的规定,对 舵机提出了明确的要求
基本精神要求舵机必须具有足够的转舵扭距和转舵速 度
并且在某一部分万一发生故障时,应能迅速采取替代 措施,以确保操舵能力
基本技术要求如下;
8-1-3 对舵机的基本技术要求
水作用力F与船舶的重心G并不在同一水平面上
船在转向的同时,还存在着横倾与纵倾力矩
8-1-2-2 转船力矩与最大舵角
转船力矩 (Ms)
Ms

FL (l
X ccon ) FD X c sin

FL l

1 2
Cl
A
v
2
l
式中;l——舵杆轴线至船舶重心的距离
Xc——舵压力中心至舵杆轴线的距离 Ms随舵角α的增大而增大,并在达到某一舵角时出现
10min。
8-1-3 对舵机的基本技术Hale Waihona Puke Baidu求
(4)操舵装置应设有有效的舵角限位器
应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、LPG船尚有如下 附加要求:
当发生单项故障而丧失操舵能力时,应能在45s内重新获得 操舵能力
为此
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 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
客船,当任一台动力设备不工作时 货船,当所有动力设备都工作时,应能满足对主操舵装置的要求
8-1-3 对舵机的基本技术要求
(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
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
8-1-2-2 综上可见
平衡系数 舵杆轴线之前的舵叶面积A,与整 个舵叶面积A之比,用X表示 X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 但X也不宜过大,否则在常用舵角 (10º-20º)范围内回舵时需克服的转 舵扭矩就可能较大,从而使舵机功 耗增加 一般舵的X在0.15—0.35之间
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。
v——舵叶处的水流速度
J——舵压力中心至舵导边距离, b——舵叶平均宽度
舵水作用力F对船舶运动的影响
假设在船舶重心G处加上一对方向相反而数值均等于F 的力F1、F2
那么水作用力F对船体的作用
可用水作用力对船舶重心所产生的力矩Ms和F2的作用来代替。 由为转F和船F力1形矩成:的力矩Ms迫使船舶绕其重心向偏舵方向回转,称 F2则又可分解为R和T两个分力 纵向分力R=F2sinα,增加了船舶前进的阻力 横向分力T=F2cos α ,使船向偏舵的相反方向漂移
(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。
主操舵装置应具有足够的强度
能在最深吃水并以最大营运航速前进时将舵自一舷35º转至另一舷的35 º 自一舷的35 º转至另一舷的30‘所需的时间不超过28s 在船以最大速度后退时应不致损坏
图8-5
8-2-1 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
的10%,且不应超过设计压力值
第二节
液压舵机工作原理和组成
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:
泵控型 阀控型
泵控型液压舵机原理图(1)
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