舵机控制原理

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。