船舶辅机0809船舶舵机.ppt

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,2,1.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：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5,三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-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,10,2 减压阀 功能：保持阀后的油压恒定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p211,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：改变相关阀口的通流面积，控制流量13,2 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1／3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20,21,二、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 sinα）增加船舶前进的阻力； 3.产生横向分力T（T= F2 cosα）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FD24,升力FL FL = 1/2 CL ρ A v2 阻力FD FD = 1/2 CD ρ A v2 舵压力中心至舵导边的距离X X = 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α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 cosα）+ FD XDsinα≈FL l = 1/2 CLρA 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： ① 转船力矩MS 随舵角的增大而增大，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） ② 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λ（λ= 舵叶高度h/舵叶平均宽度b）展弦比λ越小，达到最大转船力矩时的舵角就越大 ③ 海船舵叶的λ一般为2-2.5，αmax为32°- 35°； 内河船舶λ一般为1.0-2.0，αmax为35°- 45°27,2.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 =（FLcosα+FDsinα）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 =（0.15~0.20） 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（10～20°）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0.15～0.35之间 船舶倒航时，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,(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.动力源－提供一定压力和流量的油液,33,一、泵控型液压舵机,34,35,36,37,38,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,A,B,C,B,C,C',A 操纵点，Ｂ追随点，Ｃ控制点,1,1,二、追随机构原理,39,三点式杠杆特点：,ＡＡ‘一次性位移不能太大，受ＣＣ’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ＣＣ‘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,40,2.五点式（带副杠杆式）,有位移放大作用，操小舵角时使控制点Ｃ有较大的位移，使变量泵有较大的排量，使得转舵速度快41,42,第三节 液压舵机的转舵机构,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/cosα=πD2p/4 cosα 产生的转舵力矩M： M = z Q Rηm = z · P / cosα·R0 / cosα· ηm M =πD2 z p R0 ηm / 4 cos2α,结论1：滑式转舵机构所能产生的转舵力矩M 随舵角α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α的增大而急剧增加。

因为： p = 4 M cos2α/ πD2 z R0 ηm M↑→ cos2α↓,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，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48,2）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10~15%，。