第二讲：舵机原理

第二节 液压舵机的工作原理和基本组成 液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、 液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、流向的 不可压缩性及流量 可控性来达到操舵目的 来达到操舵目的。 可控性来达到操舵目的。 液压舵机的组成（根据液压油流向变换方法的不 液压舵机的组成（ ）：由转舵机构、液压系统和操纵系统等所组成 等所组成。 同）：由转舵机构、液压系统和操纵系统等所组成。
泵控型舵机的特点：换向冲击小，工作平稳； 泵控型舵机的特点：换向冲击小，工作平稳；
能量浪费小，油液不易发热； 能量浪费小，油液不易发热；泵控型一般均采用 闭式油路，油液不易遭受污染，不易氧化； 闭式油路，油液不易遭受污染，不易氧化；油箱 容积小。但系统复杂，初置费用高，需配备辅泵， 容积小。但系统复杂，初置费用高，需配备辅泵， 在条件相同情况下， 在条件相同情况下，泵控型主泵的排量要大于阀 控型系统中的主泵。 控型系统中的主泵。 开式系统
三点式杠杆特点： 三点式杠杆特点： ＡＡ‘一次性位移不能太大， ＣＣ’ ＡＡ‘一次性位移不能太大，受ＣＣ’最大可位移量确 否则会损坏控制处的机件。（用储能弹簧克服该缺点） 。（用储能弹簧克服该缺点 定，否则会损坏控制处的机件。（用储能弹簧克服该缺点）
A 1 A& 2 B
储能弹簧的功能： 储能弹簧的功能：
1062 采用平衡系数恰当的平衡舵主要好处是 A．舵杆轴承径向负荷降低 ． B．转舵速度提高 ． C．常用舵角和最大航角时转航为拒皆降低 ．
。
D．常用舵角时转舵扭矩不降低，最大舵角时降低 ．常用舵角时转舵扭矩不降低，
课题三 船舶甲板机械
第二讲
第二节： 第二节：液压舵机的工作原理和基本组成
第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
类：1.按远操机构分 1.按远操机构分 2.按舵机能源分 2.按舵机能源分 3.按转舵机构分 3.按转舵机构分
机械、电力、 机械、电力、液压 人力、气动、电动、 人力、气动、电动、液压 往复、 往复、转叶
液压舵机分类：可分为泵控型和阀控型两类。 液压舵机分类：可分为泵控型和阀控型两类。 泵控型 两类
回顾： 回顾： 1、平衡舵在正舵与回舵时，在舵开始 、平衡舵在正舵与回舵时， 偏转时， 偏转时，小舵角舵叶水动力矩中心点 在舵轴之前， 为副 为副， 在舵轴之前，Ma为副，可以帮助舵叶 偏转； 平衡舵较不平衡舵 平衡舵较不平衡舵： 偏转；(平衡舵较不平衡舵：水动力矩 中心点距舵轴距离较短，水动力矩小) 中心点距舵轴距离较短，水动力矩小 2、但平衡系数不易太大，否则在回舵 、但平衡系数不易太大， 时所需的转舵扭矩就会太大; 时所需的转舵扭矩就会太大 3、倒航时，同等条件下，水动力矩比 、倒航时，同等条件下， 正航时要大，但受倒航航速限制。 正航时要大，但受倒航航速限制。
第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
基本组成：1.远操机构 转递操舵信号） 基本组成：1.远操机构 （转递操舵信号） 2.舵机 2.舵机 （提供转舵动力） 提供转舵动力）
3.转舵机构 对舵柱产生转舵力矩） 3.转舵机构 （对舵柱产生转舵力矩） 4.舵叶 4.舵叶 （产生转船力矩） 产生转船力矩）
分
制点Ｃ有较大的位移， 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。 的排量，使得转舵速度快。
B B B
E D C
E D C
E D C C'
C'
A
A
A'
A
A'
储能弹簧的特点： 储能弹簧的特点： 在结构上保证不管是受到拉力还是推力作用 不管是受到拉力还是推力作用， 在结构上保证不管是受到拉力还是推力作用，弹簧 均受压缩，储存能量，但受拉时，弹簧两端点间距离增长， 均受压缩，储存能量，但受拉时，弹簧两端点间距离增长， 而受推压时，两端点间距离变短。如图 30所示 如图2 所示。 而受推压时，两端点间距离变短 如图2-30所示。 储能弹簧的刚度必须适当，若弹簧太弱， 储能弹簧的刚度必须适当，若弹簧太弱，则可能使B 点而移动，操舵也就无法进行；但若弹簧太强， 点先于C点而移动，操舵也就无法进行；但若弹簧太强， 则大舵角操舵所需的操舵力又会太大， 则大舵角操舵所需的操舵力又会太大，甚至使反馈杆实际 上相当于一刚性杆，因而使储能弹簧不起作用。 上相当于一刚性杆，因而使储能弹簧不起作用。
三 操 位 制 纵 阀 阀 四 油 通 缸 动
阀
控
手 、 液
转
式
舵
换 向
舵 机 叶 构
换向阀式
油泵 油泵
闭式系统和开式系统： 闭式系统和开式系统：油泵的排油将经换向阀旁通而直接返回
油泵的进口（闭式系统）或回油箱（开式系统）；而转舵油缸的油 油泵的进口（闭式系统）或回油箱（开式系统）；而转舵油缸的油 ）； 路就会锁闭而稳舵。 路就会锁闭而稳舵。 阀控型液压舵机特点：系统简单；初置费用 阀控型液压舵机特点：系统简单； 主泵排量较小；但换向冲击大， 低；主泵排量较小；但换向冲击大，阀工作可靠 性比较差；无舵令时，泵的能耗较大， 性比较差；无舵令时，泵的能耗较大，油液易发 做成开式系统时，油液的冷却、净化较方便， 热；做成开式系统时，油液的冷却、净化较方便， 但油箱容积较大；油液易遭受污染，所以大多用 但油箱容积较大；油液易遭受污染， 于中小功率场合的舵机。 于中小功率场合的舵机。
1.完成一次性操 完成一次性操 大舵， ＣＣ‘ 大舵，使ＣＣ‘在最 大位置时间长， 大位置时间长，加快 转舵速度； 转舵速度； 2.避免控制点机 避免控制点机 件损坏。 件损坏。
一、泵控型液压舵机
2.五点式（带副杠杆式） 有位移放大作用，操小舵角时使控 五点式（带副杠杆式） 有位移放大作用，操小舵角时使控 五点式
A 1 A
1
A'
A
1
A'
A'
A
C
C
C'
C
C'
B
B
B'
2 B
B
B'
三点浮动杠杆式追随机构工作原理： 三点浮动杠杆式追随机构工作原理： 简单型的三点浮动杠杆式追随机构，其中A点为操 简单型的三点浮动杠杆式追随机构，其中 点为操 舵控制点（操纵点） 点为反馈点（ 舵控制点 （ 操纵点 ） ， B点为反馈点（ 追随点 ） ， C点 点为反馈点 追随点） 点 为油泵变量控制点。 为油泵变量控制点。 C点的位移取决于舵令信号大小， 即油泵的供油量 点的位移取决于舵令信号大小， 点的位移取决于舵令信号大小 取决于舵令信号，所以操小舵角时，泵的供油量很小， 取决于舵令信号，所以操小舵角时，泵的供油量很小， 使舵来的很慢，而当操大舵角时，C点的位移需很大， 使舵来的很慢， 而当操大舵角时， 点的位移需很大， 点的位移需很大 而液压泵的变量机构的位移有限， 而液压泵的变量机构的位移有限，以致造成操大舵角时 付杠杆和 不能连续进行。为此，常在简单型反馈杆上加付杠杆 不能连续进行。为此，常在简单型反馈杆上加付杠杆和 在舵柄和反馈杆B点间设置可以双向压缩的储能弹簧。 点间设置可以双向压缩的储能弹簧 在舵柄和反馈杆 点间设置可以双向压缩的储能弹簧。 付杠杆的作用：是使C点的位移得到放大 点的位移得到放大， 付杠杆的作用：是使 点的位移得到放大，使操小 舵角时，液压泵也有足够的供油量，加快转舵。 舵角时，液压泵也有足够的供油量，加快转舵。如图229所示。 所示。 所示
1103 舵机浮动杆追随机构设储能弹簧主要是为了 A．操纵浮动杆所需力可减小 ． B．舵叶受风浪袭击可暂时移位 ．
。
C．大舵角操舵可连续进行，主泵可较长时间保持全流量 ．大舵角操舵可连续进行， D．防止浮动杆受力过大而损坏 ． 1104 舵机浮动杆追随机构中储能弹簧张力过大将导致 A．浮动杆损坏 ． C．大舵角操舵不能连续进行 ． B．舵不转 ． D．安全阀开启 ． 。
泵控型液压舵机工作过程
变 发 送 受 向 舵 动 器 泵
远操机构
转 舵 机 叶 构 变 量
变向泵式
器
反馈机构
泵控型液压舵机
受动器 反馈机构
变向泵
转舵机构
防浪阀
舵柱
储能弹簧
泵控型液压舵机
追随机构：机械杠杆（三点式、五点式）、电子反馈式 追随机构：机械杠杆（三点式、五点式）、电子反馈式 ）、
1. 三点式追随机构： A 控制点，Ｂ反馈点，Ｃ控泵点 控制点，Ｂ反馈点，Ｃ ，Ｂ反馈点，Ｃ控泵点
防浪阀（安全阀）的作用： 防浪阀（安全阀）的作用： 当舵叶受到海浪或冰块等冲击以致使任何一侧管 路的油压超过安全阀的整定压力时， 路的油压超过安全阀的整定压力时，则安全阀就会开 使油泵的两侧管路旁通，于是， 启，使油泵的两侧管路旁通，于是，舵叶也就会偏离 所在位置， 点离开中位， 所在位置，同时带动浮动杆的B点，使C点离开中位， 油泵因而排油。当舵上的负荷消失后，安全阀关闭， 油泵因而排油。当舵上的负荷消失后，安全阀关闭， 舵叶在油泵的作用下，又会返回， 点带回原位。 舵叶在油泵的作用下，又会返回，并将B点带回原位。 所以，舵机能够很好地适应冲击负荷， 所以，舵机能够很好地适应冲击负荷，防止舵杆上的 负荷过大、系统油压过高和使电机过载。 负荷过大、系统油压过高和使电机过载。
一、泵控型液压舵机： 泵控型液压舵机：
对尺寸既定的转舵机构来说， 对尺寸既定的转舵机构来说，舵机油泵的工作油压主要 取决于推动撞杆所需要的力，即取决于转舵力矩。 取决于推动撞杆所需要的力，即取决于转舵力矩。舵机最大 工作压力就是产生公称转舵扭矩时油泵出口处的油压。 工作压力就是产生公称转舵扭矩时油泵出口处的油压。舵机 油泵的额定排出压力不得低于舵机的最大工作压力。 油泵的额定排出压力不得低于舵机的最大工作压力。油泵的 额定排出压力越大，转舵机构尺寸就越小，液压油量也越少， 额定排出压力越大，转舵机构尺寸就越小，液压油量也越少， 但生产和管理水平要求也越高。 但生产和管理水平要求也越高。 对转舵机构尺寸既定的舵机来说，转舵速度主要取决于 对转舵机构尺寸既定的舵机来说， 油泵的流量，而与舵杆上的扭矩负荷无关。 油泵的流量，而与舵杆上的扭矩负荷无关。船舶进出港和在 窄航道航行时，用双泵并联，转舵速度几乎可提高一倍。 窄航道航行时，用双泵并联，转舵速度几乎可提高一倍。