轮机全部课件船舶辅机08-09舵机

1、1第三篇 甲板机械 deck machinery第八章 液压元件-液压控制阀第九章 舵机第十章 起货机第十一章 锚机和绞缆机21.动力元件液压泵。2.执行元件液压缸或液压马达。3.控制元件如各种方向、流量和压力控制阀。4.辅助元件如油箱、滤油器、蓄能器、压力表、热交换器、油管和管接头等。液压元件图形符号表示的原理图液压元件结构式表示的原理图液压机械的液压系统原理图和系统组成原理图 系统组成第八章 液压元件-液压控制阀3一 单向阀 功能：只允许油液单向流动。 要求: 灵敏可靠，开启阻力小，止逆密封性好，无噪音。 符号： 分类：单向阀，换向阀单向阀 液控单向阀第一节 方向控制阀4二 换向阀 功能：

2、利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路间的通断关系，实现接通、切断，或改变液流方向。5P、O口相通，A与B口均封闭，活塞闭锁不动，泵卸荷，也可用多个M型换向阀并联工作M型P、A、O口相通，B 口封闭，活塞处于单向闭锁状态，泵卸荷K型P封闭，A、B、O口相通，活塞浮动，在外力作用下可移动，泵不卸荷Y型P、A，B、O口全通，活塞浮动，在外力作用下可移动，泵卸荷H型P、A，B、O四口全封闭，液压缸闭锁，可用于多个换向阀并联工作O型中位油口状况，特点及应用符 号型式三位四通阀常用滑阀机能6三 换向阀的操纵方式手动换向阀 机动换向阀 电磁换向阀7四 简单应用简单换向回路 简单换向回路，只需在泵与执

3、行元件之间采用标准的普通换向阀即可。 锁紧回路 采用液控单向阀有良好的密封性能，即使在外力作用下，也能使执行元件长期锁紧。8 压力控制阀是用于控制液压系统中油液的压力，或利用压力变化作为信号来控制其它元件动作的阀。第二节 压力控制阀1 溢流阀 功能：保持阀前的油压恒定，将多余的油液回流到油箱。 锥阀式直动型溢流阀(a)结构图；(b)图形符号直动型溢流阀9先导型溢流阀 先导型溢流阀有多种结构。图所示是一种典型的三节同心结构先导型溢流阀，它由先导阀和主阀两部分组成。 YF型三节同心先导型溢流阀结构图(管式)1-锥阀(先导阀);2-锥阀座;3-阀盖;4-阀体;5-阻尼孔;6-主阀芯; 7-主阀座;8

4、-主阀弹簧;9-调压(先导阀)弹簧;10-调节手柄溢流开启状态关闭状态102 减压阀 功能：保持阀后的油压恒定。 x其结构如图所示。它主要由阀芯、阀壳、弹簧、调压手轮组成。进口压力称为一次压力p1，出口压力称为二次压力p2。11直动式顺序阀通常为滑阀结构，其工作原理与直动式溢流阀相似. 出口不是溢流口，因此出口p2不接回油箱，而是与某一执行元件相连，弹簧腔泄漏油口L必须单独接回油箱； 顺序阀不是稳压阀，而是开关阀，它是一种利用压力的高低控制油路通断的“压控开关” 。 直动型顺序阀 3 顺序阀 功能：利用油液信号，控制执行机构的动作顺序。 12第三节 流量控制阀1 节流阀 功能：改变相关阀口的通

5、流面积，控制流量。132 调速阀 功能：改变相关阀口的通流面积，控制流量。（负荷变化，阀前后压差不变化） 14第九章 舵机 steering gear第一节 舵的作用原理和对舵机的要求第二节 液压舵机的工作原理和基本组成第三节 液压舵机的转舵机构第四节 液压舵机的遥控系统第五节 舵机液压系统实例第六节 液压舵机的管理15 船舶的操纵性，是船舶的主要航行性能之一。舵是船舶操纵装置的一个重要部件。第一节 舵的作用原理和对舵机的要求 舵是舵手（驾驶人员）用来保持或改变船舶在水中运动方向的专用设备。舵有两大功能： 一是保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性. 二是改变船舶运动方向的能力，称回转性。 通

6、常把二者统称为船舶的操纵性。 16（一）按舵的支承情况来分 1多支承舵：船体尾柱连有三个以上的舵钮。 2半悬式舵：下支承的位置在舵的半高处。 3悬式舵：挂在舵杆上的。 4双支承舵：除了上支承儿还有一个安在舵根的下支承。一 舵的分类17（二）按舵杆轴线位置来分 1不平衡舵 ：舵叶位于舵杆轴线之后。 2半平衡舵：一般就是半悬式舵。 3平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后一定的距离。一般在舵叶前缘后的13处。18（三）按舵剖面形状来分 1）平板舵- 仅用一块平板做成的最简单的舵； 2）改良形平板舵- 在平板舵上以木质板，其外形与流线型舵相似的舵； 3）流线型舵- 舵的翼剖面是机翼型的舵，如果带有固定舵柱的

7、就称为固定舵柱型流线型舵； 4）反应舵- 是将流线型平衡舵以螺旋轴为界，按一定流程进行上下扭曲后的舵，据说这种舵可以提高推进效率4- 6左右。 19 特种舵 1、主动舵- 在普通流线型舵的中部后缘处加装一个带有导流管的小螺旋桨，该种舵最大的特点是在低速或倒航时仍具有良好的操纵性。 2、整流帽舵- 在普通舵（一般是流型舵）的适当位置加装一个外型为对称机翼剖面的回转体或近似于椭圆形的整流帽，使得螺旋桨后部的乱流得到改善。 3、襟翼舵- 将舵叶做成主舵和子舵两部分，子舵即是襟翼舵。 2021 二、舵的作用原理和转舵扭矩1.舵的水作用力及其对船舶运动的影响： 舵叶上作用力分析: 水压力为FN ； 水流

8、摩擦力为FT ；FN与FT合力F 。XC 舵压力中心至舵杆轴线的距离； Z舵杆轴线至舵叶导边的距离； L 舵杆轴线至船舶重心的距离。22 舵上的水作用力 F 对船舶的影响： 1.产生转船力矩MS ； 2.产生纵向分力R（R=F2 sin）增加船舶前进的阻力； 3.产生横向分力T（T= F2 cos）使船舶向偏舵的相反方向漂移； 4.水作用力F与船舶重心不在同一水平面使船舶产生横倾和纵倾。23 舵上的水作用力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。 24 升力FL FL = 1/2 CL A v2 阻力FD FD = 1/2 CD A v2 舵压力中心至舵导边的距离X X

9、 = CX b XC = X - Z = CX b Z CL-升力系数； CD-阻力系数； CX 压力中心系数。 三个系数大小随舵角而变，由模型试验测定。（见后表） V-舵叶处水流速度，一般取航速的1.15-1.2倍； b - 舵叶的平均宽度； A-舵叶的单侧浸水面积25 某型舵叶的流体动力特性系数曲线。26 转船力矩： MS = FL（l+XC cos）+ FD XDsinFL l = 1/2 CLA v2 l XC 舵压力中心至舵杆轴线的距离； XC = X - Z = CX b Z； Z舵杆轴线至舵叶导边的距离； l 舵杆轴线至船舶重心的距离。转船力矩变化分析： 转船力矩MS 随舵角的增

10、大而增大，并在达到某一舵角时出现极大值MS max 。（见上图， CL 变化引起 MS 变化并产生极大值） 转船力矩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（= 舵叶高度h/舵叶平均宽度b）。展弦比越小，达到最大转船力矩时的舵角就越大。 海船舵叶的一般为2-2.5，max为32- 35； 内河船舶一般为1.0-2.0，max为35- 45。272.舵的水动力矩和转舵扭矩 舵的水动力矩: 舵压力FN对舵杆轴线所产生的力矩称为舵的水动力矩，用Ma表示： Ma = FN XC =（FLcos+FDsin）XC 转舵扭矩: 操舵装置施加在舵杆上的扭矩称为转舵扭矩M，等于水

11、动力矩Ma和舵各支承处的总摩擦扭矩Mf的代数和，即 M = Ma + Mf 普通平衡舵Mf =（0.150.20） Ma。 公称转舵扭矩: 指其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决定的。28 平衡系数K: 舵杆轴线之前的舵叶面积A和整个舵叶面积A之比，称为平衡系数，用K表示。 平衡系数K影响: 平衡系数越大，舵叶的最大水动力矩越小，即舵机所需的公称扭矩越小。但K不宜过大，否则在常用舵角（1020）范围内回舵时需克服的公称转舵扭矩就可能较大，使舵机功耗增加。一般舵的平衡系数约在0.150.35之间。 船舶倒航时，

12、舵叶后缘成为导边，压力中心离开舵杆轴线的距离XC增大，但倒航船速只有正航正常航速的1/2，故倒航时的水动力矩约为正航最大值的60%，所以舵机不会过载。转船力矩和舵的水动力曲线29三 对舵机的要求我国钢质海船入级与建造规范对舵机的基本技术要求是：(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并能在船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时将舵自任何一舷35转至另一舷的35 并且于相同的条件下，自一舷的35 转至另一舷的30 所需的时间不超过28s。此外，在船以最大速度后退时应不致损坏。 30(

13、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。(3)对舵柄处舵杆直径大于230mm(不包括航行冰区加强)的船应设有能在45s内向操舵装置提供的替代动力源。(4)操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置，应装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。31第二节 液压舵机的工作原理和基本组成32第二节 液压舵机的工作原理和基本组成分类： 变向变量泵式（变向泵式） 定向定量泵式（换向阀式）组成： 1.操纵系统转递操舵信号 2.控制元件控制油液的流向、流量和压力 3.转舵机构将油液的压力能转变为机械能 4

14、.动力源提供一定压力和流量的油液33一、泵控型液压舵机3435363738追随机构 机械杠杆：三点式、五点式（带副杠杆式）1.三点式追随机构ABCBCCAAAABBA 操纵点，追随点，控制点11CCAABB21二、追随机构原理39三点式杠杆特点：一次性位移不能太大，受最大可位移量确定，否则会损坏控制处的机件。（用储能弹簧克服该缺点）1.完成一次性操大舵，使在最大位置时间长，加快转舵速度；2.避免控制点机件损坏；储能弹簧的功能402.五点式（带副杠杆式）ABCDEBCDEAAAABCDECC有位移放大作用，操小舵角时使控制点有较大的位移，使变量泵有较大的排量，使得转舵速度快。4142第三节 液压

15、舵机的转舵机构拨叉式往复式回转式滑式滚轮式摆缸式十字头式转舵机构43一 往复式转舵机构1. 滑式推舵机构：滑式推舵机构是目前在船舶舵机中应用最广的一种传统型结构。它又可分成十字头式与拨叉式二种。 为了将撞杆的往复运动转变为舵叶的摆动，在撞杆与舵柄的联接处，设有如图所示的十字形框架滑动接头。44两撞杆3形成上下两轴承。两轴承环抱着十字头的两个耳轴2；而舵柄5则与耳轴垂直，并横插在十字头的中央轴承中。45 十字头式转舵机构的受力分析：液压对舵柄产生作用力Q ： Q = P/cos=D2p/4 cos产生的转舵力矩M： M = z Q Rm = z P / cosR0 / cos m M =D2 z

16、 p R0 m / 4 cos2 结论1：滑式转舵机构所能产生的转舵力矩M 随舵角的增大而增大，与舵的水动力矩的变化趋势相适应。46 结论2：十字头式转舵机构的工作油压不会因的增大而急剧增加。 因为： p = 4 M cos2/ D2 z R0 m M cos2 结论3：撞杆有侧推力。需要转舵扭矩很大的场合应有可靠地平衡撞杆所受的侧推力装置。47 十字头式转舵机构的特点： 1）扭矩特性良好，承载能力较大，能可靠地平衡撞杆所受的侧推力，可用于转舵扭矩很大的场合。 2）密封可靠，磨损后还具有自动补偿能力。此外，密封泄漏时较易发现，更换也较方便。 3）油缸内壁除靠近密封端的一小段外，都不与拉杆接触，

17、故可不经加工或仅作粗略加工。 4）油缸为单作用，必须成对工作，故尺寸、重量较大。482）拨叉式转舵机构 受力分析：与十字头式转舵机构相同。 拨叉式转舵机构特点：撞杆轴线至舵杆轴间的距离R0可缩减26%，撞杆的最大行程因而得以减小。在公称转舵扭矩和最大工作油压相同的情况下，拨叉式的占地面积可比十字头式减少1015%，重量亦相应减轻10%。但公称转舵扭矩较大时仍以采用十字头式为宜。492. 滚轮式转舵机构： 受力分析： 液压对舵柄产生作用力： Q = Pcos=/4 D2pcos 转舵扭矩： M= z Q R0m= /4 D2 z p R0m cos 结论：滚轮式转舵机构所能产生的转舵扭矩随的增大

18、而减小。 只达到主要尺度和最大工作油压差p 相同的滑式机构的55%左右。50 滚轮式转舵机构的特点： （l）控杆与舵柄之间没有约束性的机械连接，工作时无侧推力，故整个机构结构简单。 （2）每个油缸均与其撞杆自成一组，故可根据实际需要布置。 （3）滚轮与撞杆间的磨损可自动进行补偿，不会象滑式机构那样因接头磨损、间隙增大而产生撞击。 （4）扭矩特性差，故而限制了它在大扭矩舵机中的应用。 （5）当舵叶在负扭矩作用下转动时，如果液压系统有明显泄漏；或者在稳舵时油路锁闭不严，则滚轮就有可能与某侧撞杆脱开而导致敲击。因此，在某些滚轮式机构中，在滚轮与拉杆的端部之间还增设了板簧拉紧机构。 51 3. 摆缸式

19、转舵机构 主要结构：采用了与支架相铰接的两摆动式油缸和双作用的活塞。转舵时，利用活塞在油压作用下所产生的往复运动，以及两油缸的相应摆动，即可通过与活塞杆铰接的舵柄，推动舵叶偏转。油缸两端的油管必须采用有挠性的高压软管。 52 摆缸式机构转舵的特点： （1）用双作用活塞代替了单作用的撞杆，提高了油缸的利用率，其外形尺寸和重量可大大减小。 （2）各油缸与其活塞均自成一组，故结构简单，安装也较方便。 （3）对油缸内表面的加工精度等都有较高的要求。 （4）检查和更换密封件又不如撞杆式方便。 （5）系统工作时，理论排油量和进油量严格说来并不完全相等，须采取容积补偿措施。 （6）扭矩特性不佳（与滚轮式类同

20、），使用不如滑式普遍。 53受力分析：转舵扭矩： M= z p A R0m 结论：转叶式机构所能产生的转舵扭矩与舵角无关，其扭矩特性在坐标图上是一条与横坐标平行的直线。二、回转式转舵机构54 图示为三转叶式推舵机构的原理图。该机构内部装有三个定叶3的液压缸2。而用键与舵柱上端相固接的转毂5，则镶装着三个转叶4。由转叶和定叶将液压缸内部分隔成六个工作腔。 经油管6分别从三个工作腔吸油，并把油液排出另外三个工作腔，则转叶就会在液压能作用下通过轮毂带动舵柱和舵叶偏转。55回转式转舵机构特点： （1）占地面积小，重量轻，安装方便；（2）无需外部润滑，管理简便，且转舵时舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损；（

21、3）扭矩特性不如滑式，但比滚轮式和摆缸式好；（4）内泄露部位较多，密封不如往复式容易解决，容积效率较低，油压较高时更为突出。5657第四节 液压舵机的遥控系统一 伺服油缸式舵机遥控系统二 伺服电机式舵机遥控系统三 液压式舵机遥控系统58一 伺服油缸式舵机遥控系统59油泵启动前的浮动状态追随机构左移状态60转舵状态回舵状态61二伺服电机式舵机遥控系统62三 液压式舵机遥控系统6364第五节 舵机液压系统实例6566其中1#、4#和2#、3#缸各成一对。系统中设有专门工况选择阀箱。与液压缸相接的C1C4缸称缸阀，平时常开；0104称旁通阀，平时常闭。如果某液压缸因故不能工作，可将它与另一只液压缸一

22、起停用。这时应将停用的一对缸的缸阀关闭，相应的旁通阀要开启。P1P4称泵阀，平时常开，以便随时能在驾驶台启用任何一台泵。只有当主泵损坏需要修理时才将其一对泵阀关闭。67在液压舵机主泵的油路上，通常装有双联液控单向阀13a、13b。其可调节流阀14a、14b用来调节液控单向阀中控制油的流速，既能使主油路上的单向阀及时开启回油，又使它能在舵叶受负扭矩作用时关闭的速度尽可能减缓。主油路锁闭阀（锁舵阀）的作用：1. 锁闭备用泵油路，防止工作泵排油经备用泵倒流旁通，妨碍转舵。2. 工作泵回到中位时，将油路锁闭，以防跑舵。因为当舵停在某一舵角时，在水压力作用下，两组转舵液压缸仍存在油压差。此时泵虽处于中位，但泵内难免有漏泄，如果主油路不锁闭，舵停久了就可能因漏油而跑舵。油路闭锁68因为主泵排出油难免有外漏，所用需要解决补油问题。本系统设辅泵3，经减压阀7以及单向阀8a、8b向低压侧油路补油。若舵机主泵吸入性能好，允许有较低的吸