船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制課件

1、舵機(jī)裝置及自動(dòng)操舵裝置的基本要求(8)2、舵機(jī)的操舵方式，自動(dòng)舵工作原理

(11)考證考點(diǎn)本節(jié)重點(diǎn)9.1-4、船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制1、識(shí)記：船舶舵機(jī)的組成和分類。2、領(lǐng)會(huì)：(1)船舶舵機(jī)的基本要求；

(2)舵機(jī)的操舵方式；

(3)各種操舵方式的特點(diǎn)3、應(yīng)用：舵機(jī)的基本工作原理1、舵機(jī)裝置及自動(dòng)操舵裝置的基本要求(8)考證考點(diǎn)本節(jié)重舵及其拖動(dòng)裝置是船舶用以改變其航向或維持其預(yù)定航向航行的重要設(shè)備。整個(gè)舵機(jī)裝置主要由操舵裝置、舵機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和舵葉四大部分組成。操舵裝置是由安裝在駕駛室的發(fā)送裝置和位于舵機(jī)房的接收裝置組成，遠(yuǎn)洋船舶上裝備的都是遠(yuǎn)距離控制自動(dòng)操舵儀，簡稱自動(dòng)舵；舵機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)舵的動(dòng)力，有人力的、汽動(dòng)的、電液的和電力驅(qū)動(dòng)，目前船舶上裝備的幾乎全部是電動(dòng)液壓舵機(jī)。舵及其拖動(dòng)裝置是船舶用以改變其航向或維持其預(yù)定航向航行的重要船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制課件舵機(jī)操舵裝置舵機(jī)操舵裝置9.1、舵機(jī)電力拖動(dòng)與控制的基本要求我國《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》根據(jù)《國際海上人命安全公約》（SOLAS公約）的規(guī)定，對(duì)于從事于國際航行的大于500總噸的貨船或僅從事于非國際沿海航行的大于1600總噸的貨船的舵機(jī)提出了明確的要求，其基本精神就是要求舵機(jī)必須具有足夠的轉(zhuǎn)舵扭矩和轉(zhuǎn)舵速度，并且在某一部分發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)能迅速采取替代措施，以確保操舵能力?；炯夹g(shù)要求如下：<1、主操舵裝置和舵桿：具有足夠的強(qiáng)度并能在船舶最大航海吃水和最大營運(yùn)前進(jìn)航速時(shí)進(jìn)行操舵，使舵自任一舷的35°，轉(zhuǎn)至另一舷的35°，并且于相同條件下自一舷的35°轉(zhuǎn)至另一舷的30°所需時(shí)間不超過28s。從一舷最大角到另一舷最大角的時(shí)間不超過30s。9.1、舵機(jī)電力拖動(dòng)與控制的基本要求我國《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》<2、從主配電板到舵機(jī)房應(yīng)當(dāng)用兩路分離較遠(yuǎn)(如分左、右舷兩路)的饋電線供電，其中之一應(yīng)與應(yīng)急配電板相連。<3、舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用連續(xù)工作制，具有軟的機(jī)械特性，有足夠的過載能力，保證拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)在堵轉(zhuǎn)1min情況下不致被燒壞。<4、至少有兩個(gè)控制站(駕駛臺(tái)和舵機(jī)房)，控制站之間裝有轉(zhuǎn)換開關(guān)，現(xiàn)場控制站具有操作優(yōu)先級(jí)。在電力拖動(dòng)或液壓拖動(dòng)不能進(jìn)行時(shí)，能迅速轉(zhuǎn)換到人力操舵。<5、任何舵角下能投入工作，并準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)至給定舵角。自動(dòng)操舵儀包括自動(dòng)、隨動(dòng)和單動(dòng)三種操舵方式，并能方便的選擇切換。<2、從主配電板到舵機(jī)房應(yīng)當(dāng)用兩路分離較遠(yuǎn)(如分左、右舷兩路<6、每艘船舶均應(yīng)設(shè)置1套主操舵裝置和1套輔助操舵裝置。主、輔操舵裝置動(dòng)力設(shè)備應(yīng)具備以下能力：①當(dāng)動(dòng)力源發(fā)生故障失效后又恢復(fù)輸送時(shí)能自動(dòng)再起動(dòng)；②任一臺(tái)操舵裝置動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)在駕駛臺(tái)發(fā)出聲、光警報(bào)；

③操舵裝置應(yīng)設(shè)有有效的舵角限位器。以動(dòng)力轉(zhuǎn)舵的操舵裝置，應(yīng)裝設(shè)限位開關(guān)或類似設(shè)備，使舵在到達(dá)舵角限位器前停住。裝設(shè)的限位開關(guān)或類似設(shè)備，應(yīng)該與轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)本身同步而不應(yīng)與舵機(jī)的控制相同步。④舵機(jī)只有過載報(bào)警而沒有過載保護(hù)裝置。<6、每艘船舶均應(yīng)設(shè)置1套主操舵裝置和1套輔助操舵裝置。舵的作用原理M=FLl舵的作用原理M=FLl視頻播放視頻播放舵機(jī)裝置分為：①.電動(dòng)-機(jī)械；②.電動(dòng)-液壓。工作過程：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)主動(dòng)齒輪和扇形齒輪，再經(jīng)緩沖彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)舵柄(在扇形齒輪下面，通過彈簧推動(dòng))，從而使舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。系統(tǒng)組成：一般采用G-M系統(tǒng)。作用：①蝸桿蝸輪傳動(dòng)，大變比減速，能夠鎖定舵柱和舵葉。②緩沖彈簧，減輕船舶在航行中波浪對(duì)舵葉的沖擊力，防止傳動(dòng)裝置受到損傷。舵機(jī)裝置分為：①.電動(dòng)-機(jī)械；②.電動(dòng)-液壓。工作過程：電系統(tǒng)組成：恒速電動(dòng)機(jī)（可用普通異步機(jī)）拖動(dòng)雙向變量油泵，提供雙向的高壓油驅(qū)動(dòng)液壓油缸。工作過程：當(dāng)一油缸注入高壓油而另一油缸排出低壓油時(shí)，推動(dòng)撞桿（活塞）移動(dòng)，從而帶動(dòng)舵柄，舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。系統(tǒng)組成：工作過程：當(dāng)一油缸注入高壓油而另一油缸排出低壓油時(shí)轉(zhuǎn)換開關(guān)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方向，從而使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。原理：手扳舵轉(zhuǎn)，手放舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左板。單動(dòng)操舵特點(diǎn)單動(dòng)操舵是在自動(dòng)操舵及隨動(dòng)操舵都不能使用的應(yīng)急情況下提供的一種操舵方式，也叫應(yīng)急操舵。1、單動(dòng)舵定義：轉(zhuǎn)換開關(guān)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方向，從而使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。原理：手扳舵轉(zhuǎn)2、隨動(dòng)舵的工作原理隨動(dòng)操舵是按設(shè)定值和實(shí)際值的偏差原則進(jìn)行調(diào)節(jié)的操舵自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，被調(diào)對(duì)象是舵，被調(diào)節(jié)量是舵角。舵葉角度與操舵手輪位置自動(dòng)同步操舵手輪轉(zhuǎn)至某一所需角度時(shí)，舵葉相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)到同一角度后自行停止。特點(diǎn)U=10V2A–+R1R4R2R32、隨動(dòng)舵的工作原理隨動(dòng)操舵是按設(shè)定值和實(shí)際值的偏差原則進(jìn)行操舵過程：舵輪向右轉(zhuǎn)

角度，電位器R1的滑動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)，電橋失去平衡，放大器輸入信號(hào)>0，發(fā)電機(jī)輸出電壓使電動(dòng)機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使舵葉向右偏轉(zhuǎn)。同時(shí)舵角反饋同步傳遞機(jī)構(gòu)帶動(dòng)反饋電位器R2的滑動(dòng)點(diǎn)不斷向a

點(diǎn)移動(dòng)。當(dāng)電橋重新處于新的平衡狀態(tài)時(shí)，放大器輸入=0，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，舵葉處于右舵與舵輪轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的角度上。操舵過程：舵輪向右轉(zhuǎn)角度，電位器R1的滑動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)，電橋失去隨動(dòng)操舵一般規(guī)律的方框原理圖如右所示，它是一個(gè)閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)舵角的自動(dòng)追隨。圖中的比較環(huán)節(jié)種類很多，如電橋式，電阻式，運(yùn)算放大器等等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)也因不同的舵機(jī)型式而異。例如在雙向變量泵拖動(dòng)的電液舵機(jī)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)則由伺服電動(dòng)機(jī)和雙向變量泵構(gòu)成。左偏航操右舵，舵輪操右?guī)锥?，舵葉右偏幾度，右偏航操左舵，舵輪操左幾度，舵葉左偏幾度?？偨Y(jié)隨動(dòng)操舵一般規(guī)律的方框原理圖如右所示，它是一個(gè)閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)，3、自動(dòng)舵的工作原理自動(dòng)操舵，實(shí)際上是自動(dòng)航向保持儀。組成原理：利用電羅經(jīng)檢測船舶實(shí)際航向α，然后與給定航向K°進(jìn)行比較，其差值作為操舵裝置的輸入信號(hào)，使操舵裝置動(dòng)作，改變偏舵角β。在舵角的作用下，船舶逐漸回到正航向上。船舶回到正航向后，舵葉不再偏轉(zhuǎn)。3、自動(dòng)舵的工作原理自動(dòng)操舵，實(shí)際上是自動(dòng)航向保持儀。組成原船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制課件第I階段：船沿預(yù)定航向航行，滾輪在絕緣塊上，電動(dòng)機(jī)不工作，舵葉在首尾線上。第II階段：船向右偏航，滾輪與左半環(huán)接觸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使舵向左偏轉(zhuǎn)。半圓環(huán)開始向滾輪運(yùn)動(dòng)方向跟蹤。第III階段：船的偏航角達(dá)最大值，半圓環(huán)追趕上滾輪，又使?jié)L輪位于絕緣塊上，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)偏舵角亦為最大值。第IV階段：船在舵的作用下向原航向回轉(zhuǎn)，逐漸接近于預(yù)定航向。滾輪與右半環(huán)接觸，電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉朝首尾線方向回轉(zhuǎn)，半圓環(huán)也開始向滾輪方向跟蹤。第V階段：船回到原航向上，半圓環(huán)追趕上滾輪，滾輪又處于絕緣塊上，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵葉回到首尾線上。第I階段：船沿預(yù)定航向航行，滾輪在絕緣塊上，電動(dòng)機(jī)不船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制課件船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制課件船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制課件船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制課件船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制課件船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制課件9.3、自動(dòng)舵的基本類型及其調(diào)節(jié)規(guī)律自動(dòng)舵是根據(jù)電羅經(jīng)送來的船舶實(shí)際航向與給定航向信號(hào)的偏差進(jìn)行控制的。在舵機(jī)投入自動(dòng)工作時(shí)，如果船舶偏離了航向，不用人的干預(yù)，自動(dòng)舵就能自動(dòng)投入運(yùn)行，轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉，使船舶回到給定航向上來。船舶應(yīng)用的自動(dòng)舵類型眾多，究其調(diào)節(jié)規(guī)律，有三種基本類型：以船舶偏航角的大小和方向進(jìn)行調(diào)節(jié)的比例舵，以船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向調(diào)節(jié)的比例-微分舵和以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角積分的大小和方向來調(diào)節(jié)的比例-微分-積分舵。9.3、自動(dòng)舵的基本類型及其調(diào)節(jié)規(guī)律自動(dòng)舵是根據(jù)電羅經(jīng)送來的比例舵調(diào)節(jié)中偏舵角β與偏航角φ成比例關(guān)系變化，即：β＝－K１φ式中：K1為比例系數(shù)；

負(fù)號(hào)“-”表示偏舵的方向是消除偏航。航向發(fā)生φ偏航，操舵儀就操縱舵機(jī)使舵葉偏轉(zhuǎn)β＝－K１φ角度。參數(shù)K1可以根據(jù)船舶載重量，天氣狀況進(jìn)行調(diào)整。船舶因風(fēng)浪等影響引起偏航時(shí)，采用比例舵操舵有糾正偏航的能力。但是它使船舶周而復(fù)始地圍繞正航向左右搖擺，船舶的航跡呈S形振蕩，衰減很慢。1、比例舵比例舵調(diào)節(jié)中偏舵角β與偏航角φ成比例關(guān)系變化，1、比例舵比例-微分舵調(diào)節(jié)規(guī)律的關(guān)系式

式中：K2為微分系數(shù)；

dφ/dt為偏航角速度，即偏航變化率。與比例舵的操舵系統(tǒng)相比較，舵角關(guān)系在時(shí)間上超前了。在船舶回到正航向前，它已產(chǎn)生了足夠大小的反舵角，對(duì)克服由于船舶慣性向另一側(cè)擺動(dòng)很有好處，使船舶比較快地穩(wěn)定在正航向上。通常所說的“糾偏舵、穩(wěn)舵角”效果或反舵角等均指微分舵的作用。2、比例-微分舵按比例操舵的偏舵角僅考慮了偏航角的大小，沒有考慮偏航角速度。其實(shí)，偏航速度高時(shí)，應(yīng)當(dāng)加大偏舵角，以有效地抑制船舶繼續(xù)偏航；另外，該船舶回到正航向后，雖然偏航角等于零，但由于慣性，船舶仍然有一個(gè)偏航角速度，使船舶又繼續(xù)朝另一側(cè)偏航。因此比例操舵會(huì)造成船舶沿航向作S形航行。比例-微分舵調(diào)節(jié)規(guī)律的關(guān)系式2、比例-微分舵按比例操舵的偏舵由于潮流、波浪、風(fēng)向、推進(jìn)器特性、船舶裝載的非對(duì)稱性等原因，使航行中的船舶朝一側(cè)持續(xù)小偏航。這一偏航角在不靈敏區(qū)內(nèi)。換言之，在此偏航角下，自動(dòng)操舵系統(tǒng)不會(huì)投入工作。經(jīng)過時(shí)間t后，船舶位置離開了給定正航向的距離約為ΔS=Δφvt。盡管平均偏航角Δφ很小，但累積時(shí)間久了船舶偏航會(huì)十分明顯。為了提高航向調(diào)節(jié)的精度，減少、甚至消除靜態(tài)誤差，因此在比例-微分舵的基礎(chǔ)上，設(shè)置積分調(diào)節(jié)，即比例-微分-積分舵。3、比例-微分-積分舵比例-微分-積分舵滿足關(guān)系式：式中：K3為積分系數(shù)；

∫φdt為偏航積分。偏航積分調(diào)節(jié)主要用以校正操舵系統(tǒng)死區(qū)以內(nèi)的小偏航角引起的平均航向偏離。由于潮流、波浪、風(fēng)向、推進(jìn)器特性、船舶裝載的非對(duì)稱性等原因，如果由于某種原因引起船舶的瞬時(shí)偏航，后來立即消失。因?yàn)樽饔脮r(shí)間短，不影響整個(gè)航向，所以對(duì)其平均航向沒有偏移，無需發(fā)出校正動(dòng)舵信號(hào)。只有當(dāng)船舶在偏航死區(qū)內(nèi)左右搖擺不均勻，平均航向偏離正航向一側(cè)，且又持續(xù)了很長一段時(shí)間，于是偏航積分環(huán)節(jié)發(fā)出信號(hào)，予以校正?！氨壤?微分-積分”調(diào)節(jié)系統(tǒng)是比較完善的自動(dòng)舵，但系統(tǒng)構(gòu)造較復(fù)雜。有的自動(dòng)舵以“壓舵”環(huán)節(jié)替代上述的積分環(huán)節(jié)，從而使控制系統(tǒng)得到簡化，所謂“壓舵”，指的是船舶航行受到持續(xù)的單側(cè)橫向力的干擾（如風(fēng)浪、推進(jìn)器、船舶裝載不對(duì)稱等），使船舶形成向某一側(cè)的小偏航，則在自動(dòng)舵放大環(huán)節(jié)的輸入端加入某一極性的固定信號(hào)，這樣產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的固定偏舵角，對(duì)船舶形成一個(gè)固定的轉(zhuǎn)船力矩，用以平衡單側(cè)橫向干擾力。這一固定大小的舵角稱之為壓舵角。如果由于某種原因引起船舶的瞬時(shí)偏航，后來立即消失。因?yàn)樽饔脮r(shí)9.4、自動(dòng)舵系統(tǒng)的基本要求1、自動(dòng)操舵性能良好當(dāng)船舶偏離給定航向一定角度(超過系統(tǒng)靈敏度所整定的角度)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)立即工作，使舵葉偏轉(zhuǎn)一定的角度，使船舶回到正航向2、具有必要的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)為了使同一型號(hào)的自動(dòng)舵裝置能夠適用于不同的排水量，裝載量，航速及舵機(jī)拖動(dòng)裝置的船舶，并能適應(yīng)各種天氣、海況，在自動(dòng)舵系統(tǒng)中應(yīng)有如下的基本調(diào)節(jié)裝置：<1、靈敏度調(diào)節(jié)(俗稱天氣調(diào)節(jié))：它視天氣、海況確定。在風(fēng)平浪靜時(shí)，靈敏度要調(diào)高一些；在大風(fēng)大浪下，應(yīng)適當(dāng)降低自動(dòng)舵的靈敏度，以減少動(dòng)舵次數(shù)（S航跡振幅減?。?。9.4、自動(dòng)舵系統(tǒng)的基本要求1、自動(dòng)操舵性能良好當(dāng)船舶偏離給<2、舵角比例調(diào)節(jié)：要根據(jù)船型、裝載，航速等情況調(diào)節(jié)舵角比例，以獲得一個(gè)合適的舵角比。<3、反舵角調(diào)節(jié)：偏航中的船舶在自動(dòng)舵的作用下回復(fù)到正航向時(shí)，舵葉應(yīng)先回到艏艉線上，然后再向另一舷偏過一個(gè)小角度，以防止船舶因慣性力而繼續(xù)向另一側(cè)偏航，這個(gè)預(yù)先的偏舵角稱之為反舵角（又稱制動(dòng)舵角、穩(wěn)舵角、糾偏舵角），應(yīng)根據(jù)船型、裝載、天氣等情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。反舵角可以由微分環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。<4、壓舵調(diào)節(jié)：為了糾正船舶由于受到單側(cè)風(fēng)浪、水流等因素影響而引起的不對(duì)稱偏航單側(cè)偏航，自動(dòng)舵中應(yīng)當(dāng)設(shè)有自動(dòng)壓舵/人工壓