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1 引言 2
1.1 液压舵机发展概况 2
1.1.1 国内发展概况 2
1.1.2国外液压舵机发展趋势 2
1.2 本课题的研究意义 3
2 拨叉式液压舵机总体方案分析 4
2．1 拨叉式液压舵机系统组成 4
2.1.1 拨叉式转舵机构组 4
2.1.2 电控舵机动力柜 5
2.1.3 膨胀补给油箱 5
2.1.4 电控舵机操纵台 5
2.2 拨叉式液压舵机的设计分析 5
2.2.1 拨叉式液压舵机主要技术性能参数 5
2.2.2 电动液压舵机结构、原理 5
2.2.3 舵机分类 11
2.2.4 总体方案拟定 11
3 拨叉式液压舵机结构设计 13
3.1 转舵机构 13
3.2 操舵装置动力设备 13
3.3 液压管路阀件与附件 13
3.4 随动机构 14
3.5 报警、润滑及其它 14
3.6 材料 14
3.7 强度 14
4 拨叉式液压舵机参数设计 15
4.1 受力分析 15
4.2 柱塞行程和油缸容量 17
4．3强度计算 17
5 实验论证 32
5.1 主要阀件的作用 32
5.2 安装与调试 33
5.3管理与维护 36
1 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5至2000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
2．1 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。
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