輪機全部課件船舶輔機08-09舵機

1、1第三篇 甲板機械 deck machinery第八章 液壓元件-液壓控制閥第九章 舵機第十章 起貨機第十一章 錨機和絞纜機21.動力元件液壓泵。2.執(zhí)行元件液壓缸或液壓馬達。3.控制元件如各種方向、流量和壓力控制閥。4.輔助元件如油箱、濾油器、蓄能器、壓力表、熱交換器、油管和管接頭等。液壓元件圖形符號表示的原理圖液壓元件結構式表示的原理圖液壓機械的液壓系統(tǒng)原理圖和系統(tǒng)組成原理圖 系統(tǒng)組成第八章 液壓元件-液壓控制閥3一 單向閥 功能：只允許油液單向流動。 要求: 靈敏可靠，開啟阻力小，止逆密封性好，無噪音。 符號： 分類：單向閥，換向閥單向閥 液控單向閥第一節(jié) 方向控制閥4二 換向閥 功能：

2、利用閥芯和閥體間相對位置的不同來變換不同管路間的通斷關系，實現(xiàn)接通、切斷，或改變液流方向。5P、O口相通，A與B口均封閉，活塞閉鎖不動，泵卸荷，也可用多個M型換向閥并聯(lián)工作M型P、A、O口相通，B 口封閉，活塞處于單向閉鎖狀態(tài)，泵卸荷K型P封閉，A、B、O口相通，活塞浮動，在外力作用下可移動，泵不卸荷Y型P、A，B、O口全通，活塞浮動，在外力作用下可移動，泵卸荷H型P、A，B、O四口全封閉，液壓缸閉鎖，可用于多個換向閥并聯(lián)工作O型中位油口狀況，特點及應用符 號型式三位四通閥常用滑閥機能6三 換向閥的操縱方式手動換向閥 機動換向閥 電磁換向閥7四 簡單應用簡單換向回路 簡單換向回路，只需在泵與執(zhí)

3、行元件之間采用標準的普通換向閥即可。 鎖緊回路 采用液控單向閥有良好的密封性能，即使在外力作用下，也能使執(zhí)行元件長期鎖緊。8 壓力控制閥是用于控制液壓系統(tǒng)中油液的壓力，或利用壓力變化作為信號來控制其它元件動作的閥。第二節(jié) 壓力控制閥1 溢流閥 功能：保持閥前的油壓恒定，將多余的油液回流到油箱。 錐閥式直動型溢流閥(a)結構圖；(b)圖形符號直動型溢流閥9先導型溢流閥 先導型溢流閥有多種結構。圖所示是一種典型的三節(jié)同心結構先導型溢流閥，它由先導閥和主閥兩部分組成。 YF型三節(jié)同心先導型溢流閥結構圖(管式)1-錐閥(先導閥);2-錐閥座;3-閥蓋;4-閥體;5-阻尼孔;6-主閥芯; 7-主閥座;8

4、-主閥彈簧;9-調壓(先導閥)彈簧;10-調節(jié)手柄溢流開啟狀態(tài)關閉狀態(tài)102 減壓閥 功能：保持閥后的油壓恒定。 x其結構如圖所示。它主要由閥芯、閥殼、彈簧、調壓手輪組成。進口壓力稱為一次壓力p1，出口壓力稱為二次壓力p2。11直動式順序閥通常為滑閥結構，其工作原理與直動式溢流閥相似. 出口不是溢流口，因此出口p2不接回油箱，而是與某一執(zhí)行元件相連，彈簧腔泄漏油口L必須單獨接回油箱； 順序閥不是穩(wěn)壓閥，而是開關閥，它是一種利用壓力的高低控制油路通斷的“壓控開關” 。 直動型順序閥 3 順序閥 功能：利用油液信號，控制執(zhí)行機構的動作順序。 12第三節(jié) 流量控制閥1 節(jié)流閥 功能：改變相關閥口的通

5、流面積，控制流量。132 調速閥 功能：改變相關閥口的通流面積，控制流量。（負荷變化，閥前后壓差不變化） 14第九章 舵機 steering gear第一節(jié) 舵的作用原理和對舵機的要求第二節(jié) 液壓舵機的工作原理和基本組成第三節(jié) 液壓舵機的轉舵機構第四節(jié) 液壓舵機的遙控系統(tǒng)第五節(jié) 舵機液壓系統(tǒng)實例第六節(jié) 液壓舵機的管理15 船舶的操縱性，是船舶的主要航行性能之一。舵是船舶操縱裝置的一個重要部件。第一節(jié) 舵的作用原理和對舵機的要求 舵是舵手（駕駛人員）用來保持或改變船舶在水中運動方向的專用設備。舵有兩大功能： 一是保持船舶預定航向的能力，稱為航向穩(wěn)定性. 二是改變船舶運動方向的能力，稱回轉性。 通

6、常把二者統(tǒng)稱為船舶的操縱性。 16（一）按舵的支承情況來分 1多支承舵：船體尾柱連有三個以上的舵鈕。 2半懸式舵：下支承的位置在舵的半高處。 3懸式舵：掛在舵桿上的。 4雙支承舵：除了上支承兒還有一個安在舵根的下支承。一 舵的分類17（二）按舵桿軸線位置來分 1不平衡舵 ：舵葉位于舵桿軸線之后。 2半平衡舵：一般就是半懸式舵。 3平衡舵：舵桿軸線位于舵葉前緣后一定的距離。一般在舵葉前緣后的13處。18（三）按舵剖面形狀來分 1）平板舵- 僅用一塊平板做成的最簡單的舵； 2）改良形平板舵- 在平板舵上以木質板，其外形與流線型舵相似的舵； 3）流線型舵- 舵的翼剖面是機翼型的舵，如果帶有固定舵柱的

7、就稱為固定舵柱型流線型舵； 4）反應舵- 是將流線型平衡舵以螺旋軸為界，按一定流程進行上下扭曲后的舵，據說這種舵可以提高推進效率4- 6左右。 19 特種舵 1、主動舵- 在普通流線型舵的中部后緣處加裝一個帶有導流管的小螺旋槳，該種舵最大的特點是在低速或倒航時仍具有良好的操縱性。 2、整流帽舵- 在普通舵（一般是流型舵）的適當位置加裝一個外型為對稱機翼剖面的回轉體或近似于橢圓形的整流帽，使得螺旋槳后部的亂流得到改善。 3、襟翼舵- 將舵葉做成主舵和子舵兩部分，子舵即是襟翼舵。 2021 二、舵的作用原理和轉舵扭矩1.舵的水作用力及其對船舶運動的影響： 舵葉上作用力分析: 水壓力為FN ； 水流

8、摩擦力為FT ；FN與FT合力F 。XC 舵壓力中心至舵桿軸線的距離； Z舵桿軸線至舵葉導邊的距離； L 舵桿軸線至船舶重心的距離。22 舵上的水作用力 F 對船舶的影響： 1.產生轉船力矩MS ； 2.產生縱向分力R（R=F2 sin）增加船舶前進的阻力； 3.產生橫向分力T（T= F2 cos）使船舶向偏舵的相反方向漂移； 4.水作用力F與船舶重心不在同一水平面使船舶產生橫傾和縱傾。23 舵上的水作用力F 可分解為與水流方向垂直的升力FL和與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 舵壓力中心至舵導邊的距離X X

9、 = CX b XC = X - Z = CX b Z CL-升力系數(shù)； CD-阻力系數(shù)； CX 壓力中心系數(shù)。 三個系數(shù)大小隨舵角而變，由模型試驗測定。（見后表） V-舵葉處水流速度，一般取航速的1.15-1.2倍； b - 舵葉的平均寬度； A-舵葉的單側浸水面積25 某型舵葉的流體動力特性系數(shù)曲線。26 轉船力矩： MS = FL（l+XC cos）+ FD XDsinFL l = 1/2 CLA v2 l XC 舵壓力中心至舵桿軸線的距離； XC = X - Z = CX b Z； Z舵桿軸線至舵葉導邊的距離； l 舵桿軸線至船舶重心的距離。轉船力矩變化分析： 轉船力矩MS 隨舵角的增

10、大而增大，并在達到某一舵角時出現(xiàn)極大值MS max 。（見上圖， CL 變化引起 MS 變化并產生極大值） 轉船力矩出現(xiàn)極大值時的舵角數(shù)值，與舵葉的幾何形狀有關，并主要取決于舵葉的展弦比（= 舵葉高度h/舵葉平均寬度b）。展弦比越小，達到最大轉船力矩時的舵角就越大。 海船舵葉的一般為2-2.5，max為32- 35； 內河船舶一般為1.0-2.0，max為35- 45。272.舵的水動力矩和轉舵扭矩 舵的水動力矩: 舵壓力FN對舵桿軸線所產生的力矩稱為舵的水動力矩，用Ma表示： Ma = FN XC =（FLcos+FDsin）XC 轉舵扭矩: 操舵裝置施加在舵桿上的扭矩稱為轉舵扭矩M，等于水

11、動力矩Ma和舵各支承處的總摩擦扭矩Mf的代數(shù)和，即 M = Ma + Mf 普通平衡舵Mf =（0.150.20） Ma。 公稱轉舵扭矩: 指其在規(guī)定的最大舵角時所能輸出的最大扭矩。它是根據船舶在最深航海吃水和以最大營運航速前進時，將舵轉到最大舵角所需要的扭矩來決定的。28 平衡系數(shù)K: 舵桿軸線之前的舵葉面積A和整個舵葉面積A之比，稱為平衡系數(shù)，用K表示。 平衡系數(shù)K影響: 平衡系數(shù)越大，舵葉的最大水動力矩越小，即舵機所需的公稱扭矩越小。但K不宜過大，否則在常用舵角（1020）范圍內回舵時需克服的公稱轉舵扭矩就可能較大，使舵機功耗增加。一般舵的平衡系數(shù)約在0.150.35之間。 船舶倒航時，

12、舵葉后緣成為導邊，壓力中心離開舵桿軸線的距離XC增大，但倒航船速只有正航正常航速的1/2，故倒航時的水動力矩約為正航最大值的60%，所以舵機不會過載。轉船力矩和舵的水動力曲線29三 對舵機的要求我國鋼質海船入級與建造規(guī)范對舵機的基本技術要求是：(1)必須具有一套主操舵裝置和一套輔操舵裝置；或主操舵裝置有兩套以上的動力設備。當其中之一失效時，另一套應能迅速投入工作。 主操舵裝置應具有足夠的強度并能在船舶處于最深航海吃水并以最大營運航速前進時將舵自任何一舷35轉至另一舷的35 并且于相同的條件下，自一舷的35 轉至另一舷的30 所需的時間不超過28s。此外，在船以最大速度后退時應不致?lián)p壞。 30(

13、2)主操舵裝置應在駕駛臺和舵機室都設有控制器；當主操舵裝置設置兩臺動力設備時，應設有兩套獨立的控制系統(tǒng)，且均能在駕駛室控制。(3)對舵柄處舵桿直徑大于230mm(不包括航行冰區(qū)加強)的船應設有能在45s內向操舵裝置提供的替代動力源。(4)操舵裝置應設有有效的舵角限位器。以動力轉舵的操舵裝置，應裝設限位開關或類似設備，使舵在到達舵角限位器前停住。31第二節(jié) 液壓舵機的工作原理和基本組成32第二節(jié) 液壓舵機的工作原理和基本組成分類： 變向變量泵式（變向泵式） 定向定量泵式（換向閥式）組成： 1.操縱系統(tǒng)轉遞操舵信號 2.控制元件控制油液的流向、流量和壓力 3.轉舵機構將油液的壓力能轉變?yōu)闄C械能 4

14、.動力源提供一定壓力和流量的油液33一、泵控型液壓舵機3435363738追隨機構 機械杠桿：三點式、五點式（帶副杠桿式）1.三點式追隨機構ABCBCCAAAABBA 操縱點，追隨點，控制點11CCAABB21二、追隨機構原理39三點式杠桿特點：一次性位移不能太大，受最大可位移量確定，否則會損壞控制處的機件。（用儲能彈簧克服該缺點）1.完成一次性操大舵，使在最大位置時間長，加快轉舵速度；2.避免控制點機件損壞；儲能彈簧的功能402.五點式（帶副杠桿式）ABCDEBCDEAAAABCDECC有位移放大作用，操小舵角時使控制點有較大的位移，使變量泵有較大的排量，使得轉舵速度快。4142第三節(jié) 液壓

15、舵機的轉舵機構撥叉式往復式回轉式滑式滾輪式擺缸式十字頭式轉舵機構43一 往復式轉舵機構1. 滑式推舵機構：滑式推舵機構是目前在船舶舵機中應用最廣的一種傳統(tǒng)型結構。它又可分成十字頭式與撥叉式二種。 為了將撞桿的往復運動轉變?yōu)槎嫒~的擺動，在撞桿與舵柄的聯(lián)接處，設有如圖所示的十字形框架滑動接頭。44兩撞桿3形成上下兩軸承。兩軸承環(huán)抱著十字頭的兩個耳軸2；而舵柄5則與耳軸垂直，并橫插在十字頭的中央軸承中。45 十字頭式轉舵機構的受力分析：液壓對舵柄產生作用力Q ： Q = P/cos=D2p/4 cos產生的轉舵力矩M： M = z Q Rm = z P / cosR0 / cos m M =D2 z

16、 p R0 m / 4 cos2 結論1：滑式轉舵機構所能產生的轉舵力矩M 隨舵角的增大而增大，與舵的水動力矩的變化趨勢相適應。46 結論2：十字頭式轉舵機構的工作油壓不會因的增大而急劇增加。 因為： p = 4 M cos2/ D2 z R0 m M cos2 結論3：撞桿有側推力。需要轉舵扭矩很大的場合應有可靠地平衡撞桿所受的側推力裝置。47 十字頭式轉舵機構的特點： 1）扭矩特性良好，承載能力較大，能可靠地平衡撞桿所受的側推力，可用于轉舵扭矩很大的場合。 2）密封可靠，磨損后還具有自動補償能力。此外，密封泄漏時較易發(fā)現(xiàn)，更換也較方便。 3）油缸內壁除靠近密封端的一小段外，都不與拉桿接觸，

17、故可不經加工或僅作粗略加工。 4）油缸為單作用，必須成對工作，故尺寸、重量較大。482）撥叉式轉舵機構 受力分析：與十字頭式轉舵機構相同。 撥叉式轉舵機構特點：撞桿軸線至舵桿軸間的距離R0可縮減26%，撞桿的最大行程因而得以減小。在公稱轉舵扭矩和最大工作油壓相同的情況下，撥叉式的占地面積可比十字頭式減少1015%，重量亦相應減輕10%。但公稱轉舵扭矩較大時仍以采用十字頭式為宜。492. 滾輪式轉舵機構： 受力分析： 液壓對舵柄產生作用力： Q = Pcos=/4 D2pcos 轉舵扭矩： M= z Q R0m= /4 D2 z p R0m cos 結論：滾輪式轉舵機構所能產生的轉舵扭矩隨的增大

18、而減小。 只達到主要尺度和最大工作油壓差p 相同的滑式機構的55%左右。50 滾輪式轉舵機構的特點： （l）控桿與舵柄之間沒有約束性的機械連接，工作時無側推力，故整個機構結構簡單。 （2）每個油缸均與其撞桿自成一組，故可根據實際需要布置。 （3）滾輪與撞桿間的磨損可自動進行補償，不會象滑式機構那樣因接頭磨損、間隙增大而產生撞擊。 （4）扭矩特性差，故而限制了它在大扭矩舵機中的應用。 （5）當舵葉在負扭矩作用下轉動時，如果液壓系統(tǒng)有明顯泄漏；或者在穩(wěn)舵時油路鎖閉不嚴，則滾輪就有可能與某側撞桿脫開而導致敲擊。因此，在某些滾輪式機構中，在滾輪與拉桿的端部之間還增設了板簧拉緊機構。 51 3. 擺缸式

19、轉舵機構 主要結構：采用了與支架相鉸接的兩擺動式油缸和雙作用的活塞。轉舵時，利用活塞在油壓作用下所產生的往復運動，以及兩油缸的相應擺動，即可通過與活塞桿鉸接的舵柄，推動舵葉偏轉。油缸兩端的油管必須采用有撓性的高壓軟管。 52 擺缸式機構轉舵的特點： （1）用雙作用活塞代替了單作用的撞桿，提高了油缸的利用率，其外形尺寸和重量可大大減小。 （2）各油缸與其活塞均自成一組，故結構簡單，安裝也較方便。 （3）對油缸內表面的加工精度等都有較高的要求。 （4）檢查和更換密封件又不如撞桿式方便。 （5）系統(tǒng)工作時，理論排油量和進油量嚴格說來并不完全相等，須采取容積補償措施。 （6）扭矩特性不佳（與滾輪式類同

20、），使用不如滑式普遍。 53受力分析：轉舵扭矩： M= z p A R0m 結論：轉葉式機構所能產生的轉舵扭矩與舵角無關，其扭矩特性在坐標圖上是一條與橫坐標平行的直線。二、回轉式轉舵機構54 圖示為三轉葉式推舵機構的原理圖。該機構內部裝有三個定葉3的液壓缸2。而用鍵與舵柱上端相固接的轉轂5，則鑲裝著三個轉葉4。由轉葉和定葉將液壓缸內部分隔成六個工作腔。 經油管6分別從三個工作腔吸油，并把油液排出另外三個工作腔，則轉葉就會在液壓能作用下通過輪轂帶動舵柱和舵葉偏轉。55回轉式轉舵機構特點： （1）占地面積小，重量輕，安裝方便；（2）無需外部潤滑，管理簡便，且轉舵時舵桿不受側推力，可減輕舵承磨損；（

21、3）扭矩特性不如滑式，但比滾輪式和擺缸式好；（4）內泄露部位較多，密封不如往復式容易解決，容積效率較低，油壓較高時更為突出。5657第四節(jié) 液壓舵機的遙控系統(tǒng)一 伺服油缸式舵機遙控系統(tǒng)二 伺服電機式舵機遙控系統(tǒng)三 液壓式舵機遙控系統(tǒng)58一 伺服油缸式舵機遙控系統(tǒng)59油泵啟動前的浮動狀態(tài)追隨機構左移狀態(tài)60轉舵狀態(tài)回舵狀態(tài)61二伺服電機式舵機遙控系統(tǒng)62三 液壓式舵機遙控系統(tǒng)6364第五節(jié) 舵機液壓系統(tǒng)實例6566其中1#、4#和2#、3#缸各成一對。系統(tǒng)中設有專門工況選擇閥箱。與液壓缸相接的C1C4缸稱缸閥，平時常開；0104稱旁通閥，平時常閉。如果某液壓缸因故不能工作，可將它與另一只液壓缸一

22、起停用。這時應將停用的一對缸的缸閥關閉，相應的旁通閥要開啟。P1P4稱泵閥，平時常開，以便隨時能在駕駛臺啟用任何一臺泵。只有當主泵損壞需要修理時才將其一對泵閥關閉。67在液壓舵機主泵的油路上，通常裝有雙聯(lián)液控單向閥13a、13b。其可調節(jié)流閥14a、14b用來調節(jié)液控單向閥中控制油的流速，既能使主油路上的單向閥及時開啟回油，又使它能在舵葉受負扭矩作用時關閉的速度盡可能減緩。主油路鎖閉閥（鎖舵閥）的作用：1. 鎖閉備用泵油路，防止工作泵排油經備用泵倒流旁通，妨礙轉舵。2. 工作泵回到中位時，將油路鎖閉，以防跑舵。因為當舵停在某一舵角時，在水壓力作用下，兩組轉舵液壓缸仍存在油壓差。此時泵雖處于中位，但泵內難免有漏泄，如果主油路不鎖閉，舵停久了就可能因漏油而跑舵。油路閉鎖68因為主泵排出油難免有外漏，所用需要解決補油問題。本系統(tǒng)設輔泵3，經減壓閥7以及單向閥8a、8b向低壓側油路補油。若舵機主泵吸入性能好，允許有較低的吸