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本科毕业设计说明书（论文） 第40页 共40页目 录1 引言21.1 液压舵机发展概况21.1.1 国内发展概况21.1.2国外液压舵机发展趋势21.2 本课题的研究意义32 拨叉式液压舵机总体方案分析421 拨叉式液压舵机系统组成42.1.1 拨叉式转舵机构组42.1.2 电控舵机动力柜52.1.3 膨胀补给油箱52.1.4 电控舵机操纵台52.2 拨叉式液压舵机的设计分析52.2.1 拨叉式液压舵机主要技术性能参数52.2.2 电动液压舵机结构、原理52.2.3 舵机分类112.2.4 总体方案拟定113 拨叉式液压舵机结构设计133.1 转舵机构133.2 操舵装置动力设备133.3 液压管路阀件与附件133.4 随动机构143.5 报警、润滑及其它143.6 材料143.7 强度144 拨叉式液压舵机参数设计154.1 受力分析154.2 柱塞行程和油缸容量1743强度计算175 实验论证325.1 主要阀件的作用325.2 安装与调试335.3管理与维护361 引言目前绝大多数船舶都以舵作为保持或者改变航向的设备，稍大一些的船舶，几乎部采用液压舵机。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。分析其性能为其他船舶液压舵机系统的仿真及优化提供了参考。1.1 液压舵机发展概况1.1.1 国内发展概况近年来，我国液压件行业坚持技术进步，加快新产品开发，取得良好成效，涌现出一批各具特色的高新技术产品。它的发展决定了机电产品性能的提高。它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件，也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证，更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。所以说液压传动产品的发展是实现生产过程自动化，尤其是工业自动化不可缺少的重要手段1。新一代的液压舵机的性能和可靠性更趋完善，普遍设置了油箱液位报警开关，并设置了两套液压系统的人工和自动隔离装置；阀控型舵机的应用功率范围在扩大，性能也在改善；半闭式系统有所增加；随着液压计数迅速进步能根据电气信号的变化对液压油流向及压力、流量进行连续的按比例的远程控制的比例迅速发展，逻辑阀元件在工程船液压传动装置中出现，也开始用于零压舵机2。1.1.2国外液压舵机发展趋势八十年代是舵机更新换代的十年。引起这种更新的原因主要有二方面。最直接的原因是；1978年装有22万吨轻厥油的美国油轮阿莫戈卡迪兹 号在途经法国西北海面对 因舵机失灵而触礁，造成严重污染和重大经济损失。为此，舵机在紧急情况下的可靠性引起 了国际上的普遍关注。经煞一段时间酝酿，l981年国际海事会议正式通过了对l974年SOLAS公约的修正案，其中对舵机的要求提出了重要的新条款。修正案明确规定：1万总吨及以上的油轮(包括化学品船、液化气运输船)的舵机动力执行系统应符合“单项 故障原则，即除了舵柄(或舵扇)或舵执行器卡住外，任何其它部分发生单项故障，应能在45秒内恢复操舵能力。这就要求舵机有二个独立的液压系统，或者能各自单独工作满足要求，或者平时共同工作，而任一系统液体流失时能自动检铡和自动黯离，使另一系统仍能保持工作， 以保持50的扭矩。而1万总吨以上、十万载重吨以下的油轮采用单一的舵执行器时(倒如一般单缸体的转 叶式 油缸)，如设计、材料和密封。试验检查等符合严格的专门规定，可不对舵执行嚣提出单项故障的要求3。海工液压舵机厂推出产品电液联控同步舵机和同异步舵机。同异步舵机专门用于拖船或其他港口作业船，是一种代替价格昂贵的全回转装置的新型舵机4。1.2 本课题的研究意义液压舵机是近代船舶工业的科技进步的体现，液压传动技术从七十年代以来一直在迅速发展，产品的高压化和集成化不断取得进展，逻辑阀、比例阀等新型液压元件开始应用于舵机装置中。液压传动产品的发展是实现生产过程自动化，尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。拨叉式推舵机构工作可靠，密封性好，易于加工，便于维护，适应的转舵力矩范围广，可从5kNm至2000kNm以上，因此得到广泛使用5。2 拨叉式液压舵机总体方案分析21 拨叉式液压舵机系统组成拨叉式液压舵机主要是由一个拨叉式转舵机构组，两个动力柜和一个电控操纵台（或随动操舵仪）组成。如图2.1图2.1 船舶舵机组成图2.1.1 拨叉式转舵机构组拨叉式转舵机构组成拨叉式推舵装置、手动隔离阀、舵角发讯器等组成。拨叉式转舵机构组有单舵、双舵和三舵三种型式的传动系统，单舵传动系统只包括推舵装置本身。双舵传动系统包括假舵柄、假舵柱连杆及边舵柄。三舵传动系统包括中边舵柄和拉杆。转舵机构组按推舵装置上隔离阀的不同，分为A、C型。A型为无隔离阀;C型为手动隔离阀。按船舶设计要求决定选用何种形式。推舵装置是将液压能转换成驱动舵杆传动的机械能装置。本拨叉式推舵装置是把柱塞在油缸中的往复运动，通过拨叉式舵柄输出转舵扭矩。柱塞表面镀铬，油缸采用V型夹织物橡胶密封圈密封。推舵装置本身能保证36.5的限位角。推舵装置上设有放气压力表阀，并附有机械舵角指示刻度板。本推舵装置的特点结构简单、工作可靠，且扭矩输出特性好。（即在相同的油压下，随着舵角的增加，输出扭矩也增大）。2.1.2 电控舵机动力柜动力柜是舵机液压能的供给和控制装置。在油箱的上方布置一台交流电机泵组及一组压力表。油泵的吸口不设滤器，集成块和回油滤器均用螺栓直接联在油箱一侧，溢流阀和液压系统的回油可直接流回油箱。油箱上设有压力继电器，当压力低于调定压力时报警。液位继电器作低油位报警。此外，油箱上还设有透气加油装置、连通管等法兰接口。动力柜在油箱内设有冷却装置。本机型动力柜配用的为Y-H系列交流电机。2.1.3 膨胀补给油箱用于改善油泵的吸油，安装高度应高于油泵的中心线。2.1.4 电控舵机操纵台舵机操纵台是在驾驶室控制动力柜实现操舵的控制设备。本操纵台只能进行简单方式操舵，操纵台上布置有操舵手柄，舵角指示器以及电动机泵组启动、运转指示灯，开关和报警等。操纵台内布置有电器安装板。2.2 拨叉式液压舵机的设计分析2.2.1 拨叉式液压舵机主要技术性能参数海洋船舶舵机的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。主要技术参数有如下：（1） 转舵扭矩：160KN.m；（2） 转舵角度：35；（3） 转舵速度：从一侧35度到另一侧30度不大于28秒 。（4） 舵柄半径：450mm（5） 柱塞直径：175mm工作要求：（1）撰写毕业设计说明书（2）拨叉式液压舵机主要零部件工程图纸（3）拨叉式液压舵机的液压原理图及主要液压元件的清单2.2.2 电动液压舵机结构、原理液压操作机装置乃是利用液体的不可压缩性及流量、流向和压力的可控性的操舵机构。其主要部分为：油泵、推舵机构级控制阀件等。通过控制系统把舵机操纵台发出的操舵信号传递给舵机，以使其按照驾驶人员的意图及时准确地转舵，并在舵叶转到给定舵角时自动停止。从而保证实际舵角与指令舵角的一致性6。电动液压舵机是目前使用最为广泛的动力操纵的操舵装置，通常设置专用的油泵电动机组（或称动力矩）作为动力源，如图2.2所示。此时还应配有储备油箱，用以补充动力矩的油箱。图2.2带有油箱的油泵电动机组电动液压舵机的推舵机构按其动作方式基本上分为两类，一类为往复式，目前常用的有采用柱塞式油缸的拨叉式推舵机构和采用活塞式油缸的摆缸式推舵机构。另一类为回转式，可分为转叶式转舵机构和圆弧形撑杆式转舵机构。柱塞式电动液压舵机按泵的型式可分为变量式和定向泵式。变量泵式的控制系统普遍采用辅助泵驱动的伺服机构（浮动式杠杆追随机构）控制主油泵的流向与流量，也有采用力矩马达控制油泵改变流向和流量，因此又称为泵控式液压舵机，一般用于转舵力矩较大，也即所需功率较大的液压舵机。定向泵式则用换向阀（电磁阀、电液阀、液控阀等）改变油流方向，故而又称阀控式液压舵机，适用于中小功率的液压舵机7。柱塞式电动液压舵机通常采用叉形舵柄（见图2.3），柱塞在两个油缸之间滑动，柱塞中间设有柱塞销即滑块同叉形舵柄连接，随着柱塞的移动，滑块在叉口内滑动，带动叉形舵柄转动。图 2.4及图2.5所示为典型的两油缸拨叉式推舵机构。图2.6所示为四油缸双柱塞推舵机构，使舵柄两侧受力形成力偶，可大大减小舵杆及舵承的磨损，适用于大中型转矩的舵机。图2.3叉形舵柄图2.4拨叉式单舵推舵机构图2.5拨叉式双舵转舵机构（a）杠杆机构控制（b）力矩马达控制图2.6四油缸双柱塞拨叉式推舵机构摆缸式电动液压舵机通常设置双作用活塞式油缸，按照缸体转动轴的位置可分为端铰式（见图2.7）和中铰式（见图2.8）。（a）单舵 （b）双舵图2.7端铰摆缸式推舵机构（a）单舵 （b）双舵（c）三舵图2.8中铰摆缸式推舵机构摆缸式推舵机构的主要优点是重要轻，布置灵活，但转矩特性不够理想，其转舵力矩随着舵角的增大而减小。工艺上对油缸和活塞杆加工精度及密封要求均较高，而且为适应缸体的摆动必须采用口径较大的高压软管。此外铰接点的磨损也较大，机构工作时会出现撞击现象。因此摆缸式转舵机构一般用于功率不大的液压舵机。国产的摆缸式电动液压舵机规格为6.3kNm至160kNm。拨叉式和摆缸式电动液压舵机除了采用电控换向阀或变量泵控制外，对于较小转矩的舵机（30kNm一下）还可采用直控式操舵，也即其油泵用电动机驱动，油泵及推舵机构的进出油管均通到驾驶室同舵机操纵台的手动换向阀连接，操舵时由操舵台控制换向阀改变油流方向，从而改变转舵方向。此外，所有拨叉式及摆缸式液压舵机均可配置应急操舵装置，通常该装置设在舵机舱内进行操作。转叶式转舵机构按其构造上的不同特点可分为端盖式和翻边式，端盖式安装较方便，如图2.9所示为端盖式转叶舵机。图2.10所示为圆弧形撞杆式转舵机构，这种转舵机构密封性好，适用于高压轴。图2.9单舵双动力矩的端盖式转叶舵机图2.10圆弧形撑杆式转舵机构2.2.3 舵机分类舵机按结构特征一般分为如下型式8：A型往复柱塞式B型往复活塞式C型转叶式D型回转柱塞缸E型回转活塞缸 （a）往复柱塞式 （b）往复活塞式 (c)转叶式 （d）回转柱塞式(e)回转活塞式图2.11舵机型式2.2.4 总体方案拟定（1）辅操舵装置在主操舵装置失效时，为驾驶船舶所必需的设备。（2）操舵装置动力设备由泵和驱动泵的原动力机及辅助的电气设备组成。（3）动力转舵系统由一个或几个动力设备、辅助管路、附件及转舵机构所组成，用以提供动力转动舵杆的液压设备。（4）转舵机构将液力转变为机械动作，用以转动舵的机构。（5）操舵装置控制系统用以将舵令由驾驶室传至动力转舵系统之间的一系列设备的总称。（6）最大工作压力按规定的转舵扭矩操舵时，动力转舵系统可能出现的最大压力。（7）设计压力用作强度计算的压力取最大工作压力的1.25倍的安全阀的调整压力的两者较大值。（8）安全阀整定压力在设计压力允许范围内，安全阀通过最大工作流量时的压力。3 拨叉式液压舵机结构设计3.1 转舵机构转舵机构应满足一下要求：（1）应采用可靠的密封装置而且便于装拆，密封件的型式和材料应符合有关标准的规定，密封装置的设置应符合ZC规范要求。（2）可以在液压缸内部也可在外部设置挡环以限制转舵角度不超过36.5，当采用外部挡块限位时，液压缸内部的空隙应不小于10mm。（3）应能在舵杆上、下窜动5mm的情况下正常工作。（4）应设有机械舵角指示器，指示器面板的分度值应不大于1，每5应由数字表示，满舵刻线及数字应涂红色。（5）应有放气、放液的设施。3.2 操舵装置动力设备(1)每台动力设备可单独工作也可同时工作。在任何情况下都应能迅速方便地进行转换。当两台动力设备同时工作时，并不要求转舵速度较原来快一倍9。 (2)泵控型舵机的泵处在零排量工况时，泵壳温度不得超过液压泵说明书规定的允许值，液压泵变量机构的零位漂移，应控制在舵机正常工作范围内。(3)泵控型舵机应有补液设施，当采用补液泵补液时，补液泵流量应不低于主泵额定流量的20%，补液泵可以与主泵同一电动机驱动。也可用电动机单独驱动。单独驱动时，电控设备应设联锁，在补液泵未启动前不能启动主泵。 (4)当液压泵为电动机驱动时，电动机允许适当过载，当安全阀开启时，电动机的过电流或过力矩不超过电动机技术条件的规定，其他性能应满足GB 7060的要求。 (5)旋转部分应由防护罩。3.3 液压管路阀件与附件 (1)高压管路推荐采用凹凸槽内放O型密封圈或其他金属密封圈的法兰连接。除与液压件配用的管接头，一般不得采用锥形管接头。 (2)隔离阀一般应装在油缸与管路的连接处，而且固定在油缸上。 (3)液压系统中可以被隔离的部分应设置安全阀，设计或讯用安全阀时，安全阀开启压力应不小于1.25倍最大压力。当安全阀通过主泵最大工作流量110%的流浪时，其压力不得超过安全阀整定值的10%。 (4)舵机应设储备油箱其容量至少可对一个动力转舵系统再充液一次。 (5)管路布置应避免空气积存，并有放气设施。 (6)系统若采用软管时，软管组件应符合ZC规范的规定。3.4 随动机构 (1)当舵机采用机械反馈型的随动机构时随动机构应有足够的强度和刚度，在操舵或风浪冲击时不应损坏或降低操舵性能。 (2)随动机构应有机旁控制装置，机旁控制装置应设有机械舵角指示器。机旁控制装置应与操舵控制系统联锁。 (3)随动机构上应有舵角限位器3.5 报警、润滑及其它 (1)除电气规定的报警外，根据需要舵机应设低液位报警。滤器阻塞报警，单舵机仅仅提供报警信号的发讯装置。低液位报警时的油位必须保证舵机还能正常工作。 (2)紧固件、接头、调整件应有相应的防松措施。 (3)运动部位应有充分的润滑或采用自润滑轴承。3.6 材料 (1)舵机所采用的材料应符合ZC规范及现行标准的规定。 (2)材料一般不采用灰铸铁，但高强度灰铸铁制成的低应力零件液压元件外壳长期使用证明可靠，并得到ZC认证后可以继续采用。 (3)延伸率大于12%，抗拉强度不大于650N/mm2的球墨铸铁可用于制造舵机的任何零件。3.7 强度液压缸和舵柄及其它受力件应按ZC规范的规定以设计压力作为计算负载进行校核。 4 拨叉式液压舵机参数设计B强度极限 =0.4SSP屈服极限 P=1.6Sb弯曲屈服极限拉伸应力 b=KP挤压应力 =0.6b弯曲应力c压缩应力H接触应力本文设计计算满足“钢制海船入级规范10”要求，在没“钢制海船入级规范”的情况下满足“内河船舶入级与建造规范11”要求。表4.1各条件下弯曲系数表SPkg/cm2弯曲系数K=SbSP矩形圆形菱形401.371.491.62501.331.441.53601.311.401.48701.301.371.44摘自“机械制造业中黑色金属许用应力计算”。最大扭矩M Nm 160000 NM舵柄半径R 0.45 m柱塞直径D 0.175 m4.1 受力分析油缸最大工作压力差P（按转舵角为35计之）图4.1压差示意图P=Mcos2RD24M10-6 MPa=12.4MPa 式（4-1）转角35M机械效率0.8油缸进口最大工作压力：P1（取液压系统可能出现的最高压力）P1=P+P2=12.4+1.5=13.9MPa（取14MPa） P2=系统压力损失12MPa推舵油缸设计压力：P1（公称压力）P1=1.25P1=141.25=17.5MPa柱塞设计推力：PP=1.25(P1) D2410-6=420924.3N舵柄滚轮间设计作用力T=PMcos1.25McosR=364067.5N 式（4-2） P=D24P图4.2舵柄滚轮间作用力分析图柱塞设计推力:NN=PtanM=Tsin=208820.5N 式（4-3）以=35时计算。4.2 柱塞行程和油缸容量035时，S1=R tan35（满舵半行程）=0.315m036.5时，Smax=R tan36.5（限位角半行程）=0.333m从左（右）35右（左）30柱塞单行程S2=R（tan35+ tan30）=0.575m单行程（S2）油缸容积V=D24S2L=13.83L43强度计算油缸：材料：不低于20号钢s=245MPa壁厚：根据钢制海船入级规范3篇6章=P1D02-P1+0.75 式（4-4）其中D0油缸受压部分内径焊缝系数，钢管取1油缸壁厚许用应力=s1.8=136MPa=P1D0+-0.752（-0.75）=75.5MPa 式(4-5)封头：根据钢制海船入级规范第3篇6章=CD0P1+0.75=35.2 式(4-6)其中：C系数，圆形封头C=0.52许用应力=s1.8=136MPa平封头最小厚度，取=40mm=P1（-0.75CD0）2=105.13 式(4-7)油缸衬套：材料：ZQSn6-6-3图4.3油缸衬套压应力示意图P=7.84P=N10.85DL10-6其中：D柱塞直径l衬套工作长度N1=N(2S1+a)b=153135.0NN（前面求得）=208820.5NS135时行程 S1=0.315ma=b/2-S1=0.36mb两支点之距离 b=1.35mP比压 P=5.4P销轴：材料：40Cr，s=650MPab=1.370.4s=356.2MPa静配合，销轴上下部分可看成两个互相独立的悬臂梁危险断面在A或BT=364067.5Nd=0.07m销轴直径L=0.0375m弯矩M=T2L=6826.27Nm弯曲应力：b=MW=Md33210-6MPa=202.72MPab 式(4-8)图4.4销轴弯矩示意图滚轮衬套：材料ZQA19-4P=40MPa比压：P=RdL10-6=34.67MPaP其中：R=182033.8N作用在销轴上的径向载荷L=0.075m衬套工作长度d=0.07m轴径滚轮滚轮材料40Cr，HRC=50贴片材料：45号钢淬火HRC=4050H=(2530)Rc=10001350MPa滚轮与贴片的接触形成为圆柱也平面H=0.418RELr10-6 式(4-9)R=182033.8N（前面求得）L=0.075m滚轮工作长度r=0.065m滚轮半径E=2.1105弹性模量H=1170.5MPaH缸体法兰螺栓，性能等级8.8级 s=640MPa=0.4s=256MPa=1.3KPFd124Z10-6 式(4-10)其中K拧紧系数取1d1=0.017294螺纹内径Z=6螺栓数量PF法兰受力PF=4D12-D2P1106=49480.1ND1=0.185m油缸内径D=0.175m柱塞直径P1=17.5m（前面求得）=45.6MPa油缸底脚螺栓，性能等级8.8级=0.4sMPa8.8级：s=640MPa=0.4s=256MPa受力分析：由于柱塞推力P的作用，产生一绕AB旋转的倾覆力矩及通过解封平面的力。图4.5油缸底座螺栓分布图倾覆力矩M=Ph=84184.9NmP=420924.3N（前面求得）设计推力（见P4）h柱塞中心到底脚螺钉之间距离0.2m Q1l1=Q2l2=Q8l1因为M=2Q1l1+2Q2l2+2Q4l4Q预加锁紧力l螺钉绕轴AB之距离l1=0.685ml2=0.485ml3=0.285ml4=0.085m所以 Q1=Ml12（l12+l22+l32+l42）=36364.3m 由于通过接缝平面中心力P的作用;使螺钉承受一横载荷，每个螺钉承受：F1=P/Z=52615.5NZ=8螺钉数同理：由于油缸所受侧向力N1的作用，产生一绕BC旋转的倾覆力矩及通过接缝平面的力，因为M=N1h=30627.01 Nm Q1l1=Q2l2=Q8l1M=4Q4L1+4Q5L1所以Q1=Q4=ML14(L12+L22)=21009.4NL螺钉绕轴BC的距离L1=0.36mL2=0.04m又由于通过接缝平面力N1的作用，使螺钉承受一横向载荷F1=N1/Z=19141.9NP=Q1+Q1=57679.3NF=F12+F22=564051N拉伸强度：=1.3KPAS10-6=138.9MPa 式(4-11)K预紧系数取1AS螺栓横截面积（M30螺栓，As=0.0005396m2）剪切强度：=Fd12410-6=70.1MPa 式(4-12)d1=0.032m绞制螺杆直径根据第四强度理论n=2+32=184.6MPa 式(4-13)舵柄材料：ZG35s=275MPab=1.370.4s=150.7MPa受力分析：舵柄受力相当于悬臂梁传递正压力图4.6舵柄危险截面示意图剪力：Q=T/2=182033.8N弯矩：M=QL1=23664.4 NmL1=0.13m舵柄转角35时滚轮与舵柄的接触点与舵柄危险断面的距离s=MW10-6剖面模数：W=ab2/6=24.510-5m2 式(4-14)a=0.07m舵柄厚b=0.145m舵柄宽弯曲应力b=96.6MPaWa11.5D处舵柄宽为27cmb21.5D处舵柄厚为16cm柱塞材料：35号圆钢 s=315MPa圆钢=1.490.4s=187.8MPa （由P2表可知，对于圆形截面，）SP400MPa, =1.49SP受力分析：柱塞受弯压，相当于弯曲与压缩的组合。求A断面（柱塞实体侧c处）的弯矩图4.7柱塞A、B截面受力图MA=N1(a-c)=35221.1 NmMB=N1a=55128.7 NmN1=153135.0N(前面求得)a=0.36mb=0.13mb=MW10-6MPa 式(4-16)（A截面）为67.0MPa（B截面）为161.7MPaA处抗弯截面系数 WA=32D3=52610-6m3 式（4-17）B处抗弯截面系数 WB=32D3-16b2h=34110-6m3D=0.175m柱塞外径d=0.114m柱塞内径b=0.082m销轴孔平均直径h=0.165m销轴孔平均高求A断面处轴向压应力A截面，CA=PFA10-6MPa=17.5MPa 式（4-18）B截面，CB=D24P2FB10-6=3.24MPa P21.5MPa 式（4-19）柱塞横断面面积：A截面，FA=D24=0.02405m2B截面，Fs=D24-bn=0.0105m2弯压合应力=b+cA截面为84.66MPaB截面为164.93MPa圆舵柄螺钉：根据钢制内河船舶入级与建造规范规定：a0.2D3b 式（4-20）a全部螺钉截面积（M42四个a1=48.76cm2，M48四个a2=62.98cm2）a=4F（均采用4个螺钉）F每个螺钉的横截面积F=d024M42时，F=12.19cm2M48时，F=16.19cm2d0螺纹内径M42时，d0=3.94cmM48时，d0=4.54cmD舵柄处舵杆直径M42时，D=23cmM48时，D=27cmb两螺钉的距离M42时，b=53cmM48时，b=63cm0.2D13b=45.9cm2，M42时；0.2D13b=62.48cm2，M48时。舵柱：材料：35号调质s=290MPab=1.20.4s=139.2MPa受力分析：假定中舵柄鱼艉处为一个绞支点，舵柱受力如图所示：图4.8舵柱受力示意图图4.9舵柄A-A断面图在合力Tn的作用下承受弯曲T=Rcos=T1R1R=0.45m舵柄半径R1=0.50m边舵柄半径T1=TRcosR1=400000NT=364067.6N（前面求得）舵柄与滚轮之间的作用力Tn=T+T1=764067.6N求A-A断面弯矩M=TnH=131801.7NmH=0.1725mW=32d3=13.5710-4m3d=0.24m假舵杆直径b=MW10-6=97.13MPab拉（压）杆：按双舵考虑材料：20号钢管 s=250MPa=0.4s=100MPa受力分析：两根连杆，一边受拉，一边受压具体受力如图所示：图4.10拉（压）杆受力图 P1=P2（P1+P2）=1.25MR1cos=488309.8NR1=0.50m边舵柄半径M=160000 Nm舵扭矩转角35P1=P2=244154.9N强度计算=Pa10-6MPa连杆剖面积a=（d22-d12）4=7.1103m2d2=0.133m连杆外径d1=0.093m连杆内径=36.54MPa拉（压）应力 稳性计算临界应力：ej=2EIL2aE=2.1105弹性模量 转动惯量：I=64（d24-d14）=116.8710-7m4连杆长 Lmax=4.8m临界应力ej=148.1MPa稳定安全系数nW=1.53nW=ej=4.05 式（4-21）根据钢制内河船舶入级与建造规范舵柄（或舵扇）与舵柄之间的连杆剖面面积a和剖面惯性矩I均应不小于按下式计算所得的值a0.12D13R1 式（4-22）D1=27cm被动舵舵柄（边舵柄）处的舵杆直径R1=50cm被动舵舵柄（边舵柄）长度a=71cm2连杆剖面积（前面求得）0.12D13R1=47a I6.6D12L2R110-6 式（4-23）L=480cm连杆长度I=1168.7cm4剖面惯性矩（前面求得）6.6D12L2R110-6=598.6cm4 I边舵柄销轴材料40Cr s=550MPab=1.20.4s=264MPa受力分析：销轴在P1(P2)的拉（压）力F1承受弯曲和剪力，按第四强度理论考虑图4.11边舵柄销轴弯矩图已知：P1=P2=244154.9N（前面求得）支反力：RA=RB=P1/2=122077.5N弯矩：M=RAL1=10986.975NmL1=0.090mW=d1332=60.2910-6md1=0.085m销轴直径弯曲应力=M/W=182.26MPa剪切：=P12d124=21.52MPas=2+32=186.03bMPa销轴衬套材料ZQA19-4P=40MPa比压： P=P1dl=29.31MPad=0.085m销轴直径l=0.0492m衬套工作长度P1=244154.9N前面求得5 实验论证5.1 主要阀件的作用（1）舵机专用阀组该阀组包括主阀和双联安全阀。主阀有锁舵和改善负扭矩工况的作用。当操纵操舵手柄后，主阀芯移动，舵机专用阀处处于工作位置。高压油通过主阀芯的单向阀进入液动（或手动）隔离阀和推舵油缸其回油是通过主阀芯与阀体组成的环形通道流出主阀的。由于主阀芯移动的位置受弹簧力和进油压力的控制，故当进油压力过低时主阀芯的移动位置不能到达极位，而是随进油压力的大小处于某一浮动位置上。由于浮动位置不同，所形成的回油环形通孔的大小也不同，即产生一个可变的节流口，限制和阻止回油速度。当舵叶在水动力矩作用下，推舵装置的柱塞移动速度超过油泵供油速度时，主阀进油压力很低，甚至产生负压，此时在弹簧力的作用下主阀芯向复位方向移动将回油口关小，从而限制了水动力矩作用下推舵装置中柱塞的移动速度。当水动力矩变化时主阀芯会自动调整节流口，这样即使舵叶在水动力作用下，也不会出现快速移动和爬行现象。双联安全阀为两组弹簧阀芯，可独立地调节推舵装置两侧的压力，起到保护舵和推舵装置及管路的作用。（2）手动隔离阀手动隔离阀是靠手操纵的一个二位三通阀。每套舵机系统中有两个手动隔离阀各贴在两个推舵油缸上。它是将两套交流电机动力矩隔开，从而提高工作的独立性和可靠性12。背压溢流阀是用来保证电液换向阀所必须的最低控制压力。回油滤器用作液压油回油过滤，以保证系统工作油的清洁度。当滤器背压过高时，驾驶室操纵台会发出报警信号。两台动力柜之间用连通管连接，以保证油位高度基本一致。每台动力柜都配有压力控制器，当背压低于调定的电液换向阀动作所需压力时，驾驶室操纵台就会发出报警信号。每台动力柜都配有液压继电器，当液位低于调定油位时，驾驶室操纵台就会发出报警信号。两台交流电机动力柜互为备用，交替使用13。5.2 安装与调试1）车间安装与调试A 动力柜：（1） 在进行管路和阀件安装之前，一定要仔细检查油箱的各个焊缝，彻底清除各部分焊渣和杂质，油箱与管路一定要酸洗，在集成块、滤器等与油箱的贴合面上一定要保证良好的密封。（2） 阀件油路板集成块在组装前液压阀件应用煤油洗干净，并浸入液压油进行装配，油路板各孔应该用压缩空气将其铁末污物吹尽，并用煤油仔细清洗。（3） 动力柜上所用的液位继电器已经过调整，液位继电器的调整应保证当油面高度为1/2最高油位时能发出报警。（4） 本舵机系统的液压油应采用舵机压油（YC-8,SY1182-65S）,也可以用20机械油代之，加油时应经过200目/吋以上滤器。在系统充满工作油后，动力柜工作油面应维持在规定的范围内。（5） 在启动电动机泵组之前，应先拆开泵的泄油口向泵内灌满清洁的工作油。另外，用手盘动一下电动机与油泵之间的联轴器，检查两联轴节之间是否有正常的间隙和良好的同轴度。（6） 在启动电动机时应注意保证电动机的转向与泵要求的转向一致。（7） 锁紧安全阀，将溢流阀调节在26.4MPa，将油泵的排量按匹配的电机功率适当调小，进行5分钟耐压试验，要求无外泄漏，系统工作正常。（8） 将泵的流量按转舵时间进行调节，然后调节背压溢流阀的压力为0.50.8MPa，高压溢流阀的压力为17.5MPa，安全阀压力为17.5MPa，并检查阀件的调压性能，连续操纵电液换向阀（调节阻尼器，使换向冲击最小），观察工作可靠性，检查泵的调节排量性能。B 操纵台：（需单独订货）操纵台应按CB/T3130-1998有关规定进行试验或检查。以保证各种声光信号，舵角指示器，电气开关等工作正常。并检查面板布置型式是否符合机型。在条件的地方，最好能将操纵台与转舵机构组及动力柜按CB/T313-1998的规定进行整机成套试验。如有困难，成套整机试验允许上船进行14。2）、上船安装与调试A 安装由于产品出厂后要经过包装，运输和仓库保管等环节，因此上船安装之前必须对部件，各联接处尤其是密封件进行检查，必要时应将液压元件解体检查清洗，以保证各部件本身的可靠性。转舵机构组的安装转舵机构组的安装主要是推舵装置（包括边舵柄拉杆等）的安装。（1） 两个缸柱塞之中心线至舵杆中心线垂直距离与舵柄半径的公称尺寸不大于2mm。（2） 舵叶为零时，舵柄中心线应与两个油缸中心线垂直，且柱塞左、右行程相等，并保证限位角为36.5（误差不大于0.5）。（3） 安装时推舵装置两个油缸应有良好的同心度，以保证柱塞在整个行程中无卡住现象。（4） 柱塞中心线与舵叶中心线垂直，当舵柄舵角为零时，上、下滚轮圆周表面与舵柄叉口开档平面的同向间隙差不得大于0.05mm。（5） 推舵装置油缸的安装高度应保证舵柄与柱塞上拨叉间隙略大于舵柄与柱塞下拨叉间隙（主要为补偿舵杆轴承磨损而使舵杆可能下坠）。（6） 推舵装置按正确位置定位后，应与底座一起绞制螺栓孔，并拧紧全部螺栓。（7） 双舵、三舵的连杆，边舵柄的安装应保证机构转动灵活，无卡住现象。（8） 安装舵角发讯装置和电行程开关。B 动力柜（1） 动力柜的布置应考虑日常管理，维修拆装的方便。最好一面靠壁，三面敞开。动力柜的船体底高度不低于100mm。以保证回油滤器的拆装方便。动力柜与船体底座应用螺栓牢固联接。动力柜设置高度必须相等，并用联通管连接，连接管应向下布设，以保证动力柜油液的沟通。（2） 在动力柜的上部设有透气加油装置，当拿掉透气装置时，便可通过滤网对油箱进行加油，为动力柜提供的冷却水量应足够。（3） 动力柜上应接出如下报警点：液位继电器（UQK-02）的低油位报警。压力控制器（YWK-50-C）的油压失压报警。滤油器（XU-A100-30BS）的堵塞报警。C 膨胀补给油箱：为了改善液压泵的吸入，膨胀补给油箱尽可能置于高处，最低位于液压泵吸口之上。D 管系的安装：管路的安装按原理图。所有上船安装的液压管路都必须酸洗，以保证油的清洁。并按规定在船上对管路进行耐压试验（P试=1.56P，即P试为1.25倍设计压力）。管路安装力求整齐，尽可能短，管子的联接应采用高压法兰。必要处可采用焊接式管接头。E 操纵台检查操纵台面板是否与本舵机机型相一致，操纵台应按照规定的电气外接线图安装。并注意操舵手柄与操舵方向的一致性。操纵台本体应与底座牢固地联接。采用随动操舵仪时，按其说明书要求进行安装。F 调试1）检查管路联接的正确性和各种仪表安装的完整性和正确性。2）参照“动力柜车间安装与调试”的步骤，在舵机房用简易操舵盒进行操舵调试，将推舵装置置于左（右）极限角位置将一个动力柜的泵流量调至约30S的转舵时间，调节舵机专用阀上的安全阀位22.0MPa（此时溢流阀暂时将压力调至大于22.0MPa），保压5分钟，检查管路有无泄漏，限位舵角是否正确，仔细检查有无不正常情况，然后将溢流阀调至P溢（MPa），另一套动力柜重复上述调试，并注意液动隔离阀（当安装时）是否换向正确。3）检查驾驶室操舵台（仪）的操纵手柄（轮）转向与船舶回转方向的一致性。4）将泵的流量按转舵时间20秒进行调节。（见表一）5）在电液阀不动作时，调节背压溢流阀，使该阀前压力约0.50.8MPa（压力调节原则是在保证电液阀能可靠工作的前提下适当地低）。6）调节舵角、发讯器，使之与推舵装置上舵角指示器误差不大于1（舵角为零时应无误差）。7)调节电行程开关，使舵机电限位角为35.536。8）驾驶室操纵台（或操舵仪）应进行操舵试验，每套动力柜进行不少于30min满舵角操舵试验，观察和测量以下项目：（1）测量转舵时间、油压、油温、观察冲舵和滞舵现象。（2）舵角指示器工作的可靠性。（3）操纵台上各种仪表指示灯开关、报警装置、转换或联锁装置的可靠性（在失电时，动力柜油位过低，背压阀压力低于调定值及滤器进出口压差大于0.35MPa时均应及时报