舵机转舵机构和遥控系统

四、 摆缸式转舵机构
（动画）
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。油缸两端的油管必须采用有挠性的高压软管。
摆缸式机构的转舵扭矩：转舵时，油缸摆角β （即任意 舵角时油缸中心线与中舵时舵柄的垂直线间的夹角）将随油 缸的安装角（即中舵时的油缸摆角）和舵转角α 而变。一般 常使中舵时β 为最大，而最大舵角时β 为零或接近于零。但 不论舵角α 如何， β 角总是很小，如果将其忽略不计，则 摆缸式与滚轮式的转舵扭矩基本相同。
转舵装置
发 信 器 受 动 器 转 舵 油 缸
遥控系统
液压舵机
转舵机构
舵 叶
§ 9 —3
液压舵机的转舵机构
转舵机构作用：用来将油泵供给的液压能变为转动舵杆的机 械能，以推动舵叶偏转。 转舵机构分类：（根据动作方式的不同分） 十字头式 拨叉式 往复式
转 舵 机 构
滚轮式 摆缸式
回转式
一、 十字头式转舵机构（动画）
§9-4
液压舵机的遥控系统
现代船舶的舵机，一般都同时装有可由驾驶台遥控的随动操 舵系统和自动操舵系统。此外，一般还同时设有单动（非随动） 操舵系统。
遥控系统分类：
按操舵控制方法分： 随动操舵系统； 自动操舵系统； 单动（非随动）操舵系统。
按传递操舵信号方法分：机械式、液压式、电气式和电液式。 现代船舶大都采用电气式或电液式遥控系统。
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。
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（导板）。
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， 减小外形尺寸和重量。
2）结构简单，安装较方便。
3）由于采用了双作用活塞，对油缸内表面的加工精度、活塞 杆与油缸的同轴度、以及活塞与油缸间的密封等都有较高的要求。
4）活塞密封较差运行的经济性低；检查和更换密封件又不如 撞杆式方便；当铰接处磨损较大时，工作中也会出现撞击。
图示为AEG型转叶式油缸 及密封装置。 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； 3）钮矩特性不如滑式， 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。
5）理论排油量和进油量严格说来并不完全相等，如果使用奇 数的双作用活塞式油缸（在应急情况下）则相差更为明显，所以 在油路中必须采取容积补偿措施。 6）扭矩特性不佳（与滚轮式类同），应用于功率不大的舵机。
五、回转式转舵机构（动画）
受力分析： 转舵扭矩： M= z p A R0ηm
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。
三、 滚轮式转舵机构
受力分析： 液压对舵柄产生作用力：
（动画）
Q = P cosα=π D2p cosα/4
转舵扭矩：
M= z Q R0ηm = π D2 z p R0ηm cosα/4
结论：随着α 的增大，这种 机构的工作油压比滑式机构增 加得快。
滚轮式转舵机构的特点：
l）工作时无侧推力，故整个机构结构简单，加工容易，安装、 拆修都较方便。
随动操舵系统：是指在操舵者发出舵角指令后，不仅可使 舵按指定方向转动，而且在舵转到指令舵角后还能自动停止 操舵的系统。
自动操舵系统：是在船舶长时间沿指定航向航行时使用， 它能在船舶因风、流及螺旋桨的不对称作用等造成偏航时， 靠罗经测知并自动发出信号，使操舵装置改变舵角，以使船 舶能够自动地保持既定的航向。
2）提高了布置上的灵活性。 3）滚轮与撞杆间的磨损可自动进行补偿，不会因接头磨损、 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。
结构：主要由转舵油缸、插入油缸中的撞杆以及与舵柄相连接 的十字形滑动接头等组成。
工作原理：见右图及后图
四缸转舵机构（也称四撞杆转舵机构）如下所示：
十字头式转舵机构的受力分析：如图所示。
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）
单动（非随动）操舵系统：只能控制舵机的起停和转舵方 向，当舵转至所需要的舵角时，操舵者必须再次发出停止转 舵的信号，才能使舵或检修、调试舵机之用。
随动舵、自动舵和非随动（单动）舵控制框图如下所示：
一、伺服电机式舵机遥控系统
二、 拨叉式转舵机构（动画）
受力分析：与十字头式转舵机构相同。
拨叉式转舵机构特点：侧推力可直接由撞杆本身承受而无需导 板。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%，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。
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）撞杆和油缸间的密封大都采用V型密封圈。密封圈工 作油压越高撑开越大，从而更加贴紧密封面，故密封可靠， 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。 而且撞杯中心线通常都按垂直于船舶尾线方向布置，故舵 机室也需要较大的宽度。