舵机液压系统-六组解读
船舶液压装置知识点总结
船舶液压装置知识点总结一、液压系统概述1.液压系统的基本概念液压系统是一种能够将液体作为工作介质，通过液压传动来传递能量的机械系统。
液压系统主要包括液压液体、液压泵、液压阀、液压缸和液压管路等组成部分。
在船舶上，液压系统被广泛应用于起重、操纵、传动和辅助设备等功能。
2. 液压系统的应用领域船舶液压系统主要应用于船舶的主机推进系统、舵机控制系统、泊艇系统、起重设备系统、辅助设备系统等方面。
其中，船舶主机推进系统和舵机控制系统是船舶上最重要的液压系统之一，直接关系到船舶的操纵和驾驶安全性。
3. 液压系统的工作原理液压系统的工作原理是利用液体在封闭容器中的传递压力和能量。
当液压液体被泵送至液压缸时，液压缸内产生了压力，使得活塞受力从而推动执行元件完成工作。
通过液压阀的控制，液压系统可以实现各种复杂的功能。
二、液压系统的组成1. 液压泵液压泵主要用于液压系统中的液体输送功能，它可以将输入的机械能转换成液压能，并通过液压缸和执行元件推动工作。
2. 液压阀液压阀是用来控制液压系统中的液体流向和压力的元件，它起到了调节、控制和分配液压能的作用。
根据其功能，液压阀可以分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀等不同类型。
3. 液压缸液压缸是液压系统中的执行元件，它根据输入的液压能将机械能转换成直线运动或者旋转运动，并推动相应的机械装置工作。
4. 液压管路液压管路是液压系统中的输送通道，用来连接液压泵、液压阀、液压缸和执行元件等部件，保证液压液能够流通并传递能量。
5. 液压油箱液压油箱是用来储存液压液的容器，同时也起到了滤净和冷却液压液的作用。
6. 液压油液压油是液压系统中的工作介质，它要求具有一定的黏度、流动性、耐磨性和抗氧化性，以确保液压系统的正常运行。
三、液压系统常见故障及解决方案1. 液压系统漏油液压系统漏油一般是由于密封件损坏、油管磨损、接头松动等原因导致的。
解决方法一般是更换密封件、修理或更换油管、拧紧接头等。
第九章 液压舵机
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•复习思考题第一节舵的作用原理和对舵机的要求•一、舵的作用：•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。
舵是一块平板或具有流线型截面的板，称为舵叶。
装在船尾中纵剖面或对称于中纵剖面的位置上。
它垂直地浸没在水中，并能绕舵轴转动。
舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的专用舾装设备。
可以想象，如果船没有舵，或舵失灵，就象汽车没有方向盘一样，将无法行驶）在大海里任凭风浪摆布。
无主动航向的船不仅不能保证航行的安全，而且是不能到达目的港的。
•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。
船舵主要由舵叶和舵杆组成，舵叶是产生水压力的部分，舵杆的作用是转动舵叶和保证舵叶具有足够的强度）舵的作用原理是当水流以某冲角冲至舵叶上时，便产生了流体动力，此作用力通过舵杆传递并船体上，从而迫使船舶转向，也就达到了调整航向的目的。
•舵从帆船时代的简单平板舵发展到今天的流线型舵，不断得到改进，现普通舵和特种舵已有十几种类型。
近个时期，随着科学技术的发展，还出现了一些推进设备也兼有舵设备的功能。
舵的种类很多，分类的方法也很多，有按支承情况、舵杆位置、剖面形状分类的，也有按结构形式和使用功能分的。
•舵的分类：•（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。
•（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。
舵机液压原理
舵机液压原理舵机是一种常见的液压传动装置，它通过液压原理来实现对船舶、飞机等运载工具的操纵。
舵机的液压原理是指利用液体在封闭容器中传递压力的特性，通过控制液体的流动来实现对机械装置的运动控制。
液压系统是由液压泵、液压缸、液压阀等组成的，其中液压泵负责将液体压力转换为机械能，液压缸则通过液体的流动来实现对机械装置的控制，液压阀则起到控制液体流动方向和流量的作用。
舵机的液压原理主要是利用液压缸的工作原理来实现对船舶、飞机等运载工具的操纵。
在舵机液压原理中，液压缸起到了至关重要的作用。
液压缸是利用液体的压力来实现对机械装置的控制，它包括有活塞、活塞杆、缸体等部件。
当液压泵将液体压力传递到液压缸中时，液压缸内的活塞会受到液体的压力而产生运动，从而驱动机械装置的运动。
而通过控制液压阀来控制液体的流动方向和流量，就可以实现对液压缸的控制，从而实现对机械装置的精准操纵。
舵机的液压原理在实际应用中具有广泛的应用，特别是在船舶、飞机等运载工具的操纵系统中。
通过合理设计液压系统的结构和参数，可以实现对船舶、飞机等运载工具的灵活操纵，从而提高运载工具的安全性和稳定性。
同时，舵机的液压原理也为工程技术的发展提供了重要的技术支持，为各种机械装置的精准控制提供了重要的技术手段。
总的来说，舵机的液压原理是利用液体在封闭容器中传递压力的特性，通过控制液体的流动来实现对机械装置的运动控制。
液压缸作为液压系统的核心部件，起到了至关重要的作用。
舵机的液压原理在实际应用中具有广泛的应用，为船舶、飞机等运载工具的操纵系统提供了重要的技术支持，同时也为工程技术的发展提供了重要的技术手段。
通过对舵机液压原理的深入理解和研究，可以为液压技术的发展和应用提供重要的参考和支持。
液压舵机的工作原理和基本组成
船的转船力矩最大值出现在30～35 °之间。
船
2. 水动力矩与舵叶的面积A和舵叶处水流速度的平方成正 比，并随舵角α的增大而增大。
力 矩
3. 不平衡舵因X＝Xc，故当船舶正航并向一舷转舵时，水 动力矩将始终为正(指与舵叶转向相反)，而回舵时则
变为负(指与舵叶转向相同)。平衡舵因Xc＝X-Z，小舵
角时 由于压力中心O处于舵杆轴线的前方，故Ma为负；
展ห้องสมุดไป่ตู้比λ (λ =舵叶高度A／舵叶平均宽度b)
❖ 舵叶的λ值受到船舶吃水及船尾形状等条件限制
海船 (λ=2～2.5)， Mmax的舵角多介于30º～35 º之间，规定35 º 河船 (λ 1.0～2.0)， Mmax出现在35 º～45 º舵角之间
11
第一节 舵的作用原理和对舵机的要求
舵的水动力矩Ma
8
第一节 舵的作用原理和对舵机的要求
❖ 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FD，
FL=1／2·CLρAυ2 FD=1／2·CDρAυ2
x = Cxb
式中关：，C由L，模CD型，C试x验—测升定力、阻力、压力中心系数，其大小随舵角而变，与舵叶几何形状有
ρ——水的密度,
A——舵叶的单侧浸水面积，
A 1 A'
C
C'
B' 2 B
27
第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
❖五点式追随机构 B （带副杠杆式）:
第八章 舵机
1
第一节
舵的作用原理和对舵机的要求
2
第一节 舵的作用原理和对舵机的要求
❖ 一、舵的作用：
❖
船舶的操纵性，是船
舶的主要航行性能之一。舵
液压舵机
1 舵机概述 2 液压舵机的工作原理与基本组成, 3 液压舵机的基本要求 4 舵机液压系统图 5 液压系统实例
舵机实物图
一、舵机概述 • 舵机是船舶上的一种大甲板机械。舵机的大小由外舾 装按照船级社的规范决定，选型时主要考虑 二、船用舵机类型 • 船用舵机目前多用电液式，即液压设备由电动设备进 行遥控操作。有两种类型： 一种是往复柱塞式舵机，其 原理是通过高低压油的转换而作工产生直线运动，并通过 舵柄转换成旋转运动。另一种是转叶式舵机，其原理是高 低压油直接作用于转子，体积小而高效，但成本较高。 三、工作原理 • 控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再 讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传 动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的， 舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一 个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根 据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停 止。
单泵四缸工况——适用于开阔水面正常航行。其最 大扭矩等于公称转舵扭矩，转舵时间能满足规范 要求。 双泵四缸工况——适用于进出港、窄水道航行或其 他要求转舵速度较快的场合，转舵速度较单泵四 缸工况约提高一倍，而转舵扭矩与上述工况相同。 单泵双缸工况——在某缸有故障时采用，这时转舵 速度较单泵四缸工作时约提高一倍，转舵扭矩则 比四缸工作大约减小一半，故必须用限制舵角 （或降低速度）的方法来限制水动力矩，否则工 作油压就可能超过最大工作压力而使安全阀开启。
四、基本组成 液压舵机是电动液压舵机的一种简称，他基本上 由转舵机构、液压系统和操舵控制系统三部分组 成是根据液体的不可压缩性及其流量、压力和流 向的可控性来实现转舵的 • 1、泵控型液压舵机 • 双向变量油泵设于舵机室，由电动机驱动作单 向持续回转，而油泵的流量和吸排方向，则通过 与浮动杆的C相连接的控制杆控制，即依靠油泵 控制C偏离中位的方向和距离，来决定泵的吸排 方向和流量。
知识点1 液压舵系的结构认识.
一、舵设备的组成和舵的类型舵（rudder）作为保持或改变航向的设备，垂直安装在螺旋桨的后方。
为了提高舵效和推进效率，大多采用由钢板焊接而成的空心舵，称为复板舵。
这种舵由于水平截面呈对称机翼形，故又称流线型舵。
舵的类型很多，图7-1-1示出3种典型的海船用舵。
舵机经舵柄1将扭矩传递到舵杆3上。
舵杆3由舵承支承，它穿过船体上的舵杆套筒4带动舵叶7偏转。
舵承固定在船体上，由滑动或滚动轴承及密封填料等组成。
此外，舵叶7还可通过舵销5支承在舵柱8的舵托9或舵钮6上。
舵杆轴线一般就是舵叶的转动轴线。
舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵，称为不平衡舵（unbalanced rudder）［图7-1-1（a）］；舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵称为平衡舵（balanced rudder）［图7-1-1（b）］；而仅于下半部做成平衡式的舵即称为半平衡舵（semi-balanced rudder）［图7-1-1（c）］。
后两种舵在舵杆轴线之前有一定的舵叶面积，转舵时水流作用在它上面产生的扭矩可以抵消轴线后一部分舵叶面积上的扭矩，从而减轻舵机的负荷。
（a）不平衡舵（b）平衡舵（c）半平衡舵图7-1-1几种舵的示意图1—舵柄；2—上舵承；3—舵杆；4—舵杆套筒；5—舵销；6—舵扭；7—舵叶；8—舵柱；9—舵托；10—舵承二、舵的作用原理和转舵扭矩船舶航行时，如舵叶处于正舵位置，即舵角（rudder angle）（舵叶与船舶中线的夹角）a=0º时；则舵叶两侧所受的水作用力相等，对船的运动方向不产生影响。
但如将舵叶向某舷偏转任一角度a，则其两侧的水流就会如图7-1-2（a）所示那样，不再保持对称，水流绕流舵叶时的流程在背水面就要比迎水面长，背水面的流速也就较迎水面大，而其上的静压力也就较迎水面要小。
这样，舵叶两侧所受水压力的合力（称为舵压力）FN就将垂直于舵叶，作用于舵叶的压力中心O，并指向舵叶的背水面。
除FN外，水流对舵叶还会产生与舵叶中线方向一致的摩擦力FT，它比FN小得多。
8.3 液压舵机的转舵机构解析
8-3-1-3 摆缸式转舵机构特点（1）
(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 其外形尺寸和重量可大大减小 而且油缸与支架、活塞杆与舵柄均采用铰接 结构简单，安装也较方便
(2)各油缸与其活塞均自成一组
8-3-1-2 滚轮式转舵机构的特点
(1)撞杆与舵柄之间没有约束，无侧推力 结构简单，加工容易，安装、拆修都较方便
(2)每个油缸均与其撞杆自成一组
可根据实际需要，分别采用单列式、双列式或上下重迭式等 不同的布置形式，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 (4)扭矩特性差
常用如图8—5所示的双向双缸单撞杆的型式
而当转舵扭矩较大时
多采用四缸、双撞杆的结构 如图8—6(a)所示
十字头式转舵机构
十字形滑动接头
将撞杆往复运动转变为舵的摆动 两撞杆用螺栓连接，形成两轴承 两轴承环抱着十字头两耳轴 舵柄横插在十字头轴承中 十字头一面随撞杆移动 一面带动舵柄偏转（舵杆转动）
当撞杆在油压下偏移离中位时
随舵角α增加，十字头在舵柄上向外端 滑移
舵柄有效工作长度，随α增大而增大 撞杆极限行程由行程限制器1l限止撞杆 在导板一侧还设有机械式舵角指示器 5 用以指示撞杆对应舵角 以便驱放油缸中空气
每个油缸上部设有放气阀12
撞杆移动时，滑块一面绕圆柱销转动，一面在舵柄的叉形端部中滑动
拨叉式与十字头式转矩特性相同 侧推力由撞杆承受而无导板，结构简单，加工及拆装方便 以拨叉代替十字头，撞杆轴线至舵杆轴间的距离R。可缩减26%，撞杆的 最大行程也因而得以减小 占地面积比十字头式减少10 %～15％，重量减轻10％左右 但当公称扭矩较大时，则仍以采用十字头式为宜
液压舵机的工作原理和基本组成共21页
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
液压舵机的工作原理和基本组成
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
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– 浮动杆的控制点A系由驾驶台通过遥控系统控 制
• 如把X孔的插销转插到Y孔之中，也可在舵机室用手 轮来控制
– 浮动杆上的控泵点C与变量泵的控制杆4相连 – 反馈点B经反馈杆8与舵柄相连
• 当舵叶和驾驶台上的舵轮都处于中位时
– 浮动杆即处在用点划线ACB所表示的位置 – C点恰使变量机构居于中位，油泵空转，舵保 持中位不动
安全阀作用： 防止转舵力矩过大时，油压过大、电机过载。 为防海浪等冲击舵叶时，造成舵杆负荷过大、系统 油压过高而暂时的“跑舵”。这个过程叫防浪让舵。 当冲击负荷消失后，安全阀关闭，舵自动恢复到 原来的舵角。自动恢复的过程叫“补舵”。
9-2-1 泵控型液压舵机原理
防浪让舵阀
9-2-1 泵控型液压舵机原理补充
9-2-1 泵控型舵机 - 追随机构
1、追随机构
A
机械杠杆：(三点式)
A' A
1
A 操纵点，Ｂ追随点，Ｃ控制点 1 A A' A A'
C
C
C
C'
B
B
B'
2
B
B'
B
9-2-1 泵控型舵机 - 追随机构
2、五点式（带副杠杆式）
B B B
E D C
E D C C'
E D C
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。
– 若弹簧太软，则可能使B点先于C点而移动，操舵就无法进行 – 如弹簧太强，则大舵角操舵所需操舵力太大，甚至使储能弹簧 不起作用
Cma
x
•
9-2 液压舵机工作原理和组成
变向泵式
发 送 器 受 动 器 变 向 变 量 泵 转 舵 机 构 反馈机构 舵 叶
远操机构
换向阀式
操 纵 阀
三 位 四 通 阀 副油泵
A '
C
B
9-2-2 阀控制液压舵机
组成： 油泵；转舵油缸； 换向阀；油管路； 安全阀；；高置油 箱。
原理： 略
9-2-2 阀控制液压舵机
使用单向定量油泵，转舵靠驾驶台遥控换向 阀实现，油泵排油回泵的进口或回油箱。
特点：系统简单，造价低；冲击大，可靠性 差，油液发热量大，油泵一直工作经济性差。
9-2 液压舵机工作原理和组成
• 大Байду номын сангаас船舶几乎全部采 用液压舵机 • 电动舵机仅用于一些 小型船舶上 • 液压舵机是利用液体 的不可压缩性及流量、 流向的可控性来达到 操舵目的的 • 根据液压油流向变换 方法的不同, 有两类：
– 泵控型 – 阀控型
防浪阀(双联溢流阀)： 太软：无法转舵 防冲击，沟通高低压油路 储能弹簧 往复拨叉式液压舵机 太硬：不起作用
9-2-1 泵控型液压舵机原理
• 转舵速度:
– 主要取决于油泵的流量 – 而与舵杆上的扭矩负荷基本无关
• 因为舵机油泵都采用容积式泵 • 当转舵扭矩变化时，虽然工作油压也随之变化，但 泵的流量基本不变，对转舵速度影响不明显
– 进出港和窄水道航行时，用双泵并联，转舵速 度几乎可提高一倍。
9-2-1 泵控型舵机 - 追随机构
• 安全阀开启，油泵两侧管路旁通 • 舵叶会偏离所在位置，带动B点，使C点离 开中位，油泵因而排油
– 当冲击负荷消失后
• 安全阀关闭 • 舵叶在油泵的作用下，返回，B点回位
8-2-1 泵控型舵机 - 储能弹簧
• C点偏离中位的距离受泵变量机构最大位移限制
– – – – – – – – 只有在舵叶带动B点使C点回移后，A点才能继续操舵 这样，大舵角操舵动作不能一次完成 使泵流量总在零与最大值间变动 使操舵者感到不便，同时降低油泵效率和转舵速度
9-2-1 泵控型液压舵机原理
储存弹簧预紧度要适当； 过大：则似刚性连接，大舵角无法进 行操舵。 过小：则B点过早压缩，C点位移不够， 泵不能排量排油。操舵就无法进行。
A
C
B
9-2-1 泵控型液压舵机原理
9-2-1 泵控舵机-控制系统、安全阀、放气阀
受动元件的电气控制系统
控制系统
浮动杠杆追随机构
A '
C
B
B
9-2-1 泵控型舵机 - 储能弹簧
• 为解决上述题，在反馈杆 上装了储能(存)弹簧(可双 向压缩)
A
1
A
– 当A点将C点带到最大偏移位 置后 – 浮动杆就会以C点为支点而 储能(存)弹簧 继续偏转，压缩弹簧 C – A点得以一次到达所要求的 大操舵角 – 随着舵叶偏转，储能弹簧首 先放松，并在其恢复原状后， 才会将B点拉到与A点相应的 位置，以停止转舵 B – 在储能弹簧完全放松以前， B点不动，C点停留在最大偏 移位置(使泵在较长时间内保 持Qmax), 加快转舵速度
• 为解决这问题，在反馈杆上装了储能弹簧(可双向压缩)
当A点将C点带到最大偏移位置后 浮动杆就会以C点为支点而继续偏转，压缩弹簧 A点得以一次到达所要求的大操舵角 随着舵叶偏转，储能弹簧首先放松，并在其恢复原状后， 才会将B点拉到与A点相应的位置，以停止转舵 – 在储能弹簧完全放松以前，B点不动，C点停留在最大 偏移位置(使泵在较长时间内保持Qmax), 加快转舵速度 储能弹簧的刚度必须适当
C'
A
A
A'
A
A'
9-2-1 泵控型舵机 - 储能弹簧 • C点偏离中位的距离受泵 1 变量机构最大位移限制 A A
– 只有在舵叶带动B点使C点 回移后，A点才能继续操舵 – 这样，大舵角操舵动作不 C 能一次完成 – 使泵流量总在零与最大值 间变动 – 使操舵者感到不便，同时 降低油泵效率和转舵速度
应急操舵 Y处插入插销， 可实现舵机室应 急操作
9-2-1 泵控型液压舵机原理
大舵角操舵： 因C点的限制；还因 为B点开始时不动，而 不能实现A点一次性操 舵到位。 使A点断续移动，泵 油不能持续大油量进 行。 解决方法设储存弹簧。
加装储存弹簧后能实现①大舵角操舵一次性到 位；②油泵持续大排量供油。提高转舵速度。
液压遥控受动器
电器遥控伺服油缸
反馈机构
变向泵
转舵机构
防浪阀
舵柱
储能弹簧
9-2-1 泵控型液压舵机原理补充
如图所示:泵控型液压舵机的原理图。 • 1—电动机，2—双向变量泵；3—放气阀， 4—变量泵控制杆，5 —浮动杆，6 —储能 (存)弹簧，7—舵柄，8—反馈杆，9—撞杆， 10—舵杆，11—舵角指示器的发送器， 12—旁通阀，13—安全阀，14—转舵油缸， 15—调节螺母，16 —液压遥控受动器， 17—电气遥控伺服油缸
ACB：浮动杆追随机构[Float Hunting Gear]
8-2-1 泵控型舵机 - 防浪阀
• 追随机构使油泵在开始和停止排油时流 量逐渐增大和减小
– 可减轻液压系统的冲击
• 为防海浪等冲击舵叶时，造成舵杆负荷 过大、系统油压过高和使电机过载
– 在油路系统中装设了安全阀(亦称防浪阀) – 当舵叶受到冲击以致任一侧管路的油压超过 安全阀的整定压力时
总之，液压舵机主要由转舵机构、液压系统 和操纵系统构成。
9-2-2 阀控制液压舵机
开、
控 制 油 缸
手式 、换 液向 动阀 主油泵
转 舵 机 构
舵 叶
9-2-1 泵控型液压舵机原理
组成：双向变量 泵；转舵油缸； 柱塞；舵柄；浮 动杠杆追随机构； 储能(存)弹簧；油 路；安全阀；操 舵控制机构；
9-2-1 泵控型液压舵机原理
原理： 单泵工作； 双泵工作； 变量变向过程； 舵叶左右偏转； 反馈过程。