舵机转舵机构和遥控系统讲解

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。
力矩马达式：舵机遥控系统的控制电路采用了无触点控制， 并取消了浮动杆追随结构。（见下图）
二、伺服油缸式舵机遥控系统 （属电液式）
伺服油缸式舵机遥控系统：（动画）
泵控型舵机液压系统
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，才能使舵停转。通常既可设在驾驶台，也可在舵 机室操纵，以备应急操舵或检修、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
1.直流伺服电机式舵机遥控系统（ 属电气式，见动画 ） 2.交流伺服电机式舵机遥控系统（力矩马达式，属电液式）
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。
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
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。
§9-4 液压舵机的遥控系统
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。
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。
转舵装置
发
受
信 遥控系统 动
器
器
液压舵机
转
舵 油
转舵机构
舵 叶
缸
§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
滚轮式
转
摆缸式
舵
机
构
回转式
一、 十字头式转舵机构（动画）
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。
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。
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）
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： 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）。
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。
三、 滚轮式转舵机构 （动画）
受力分析： 液压对舵柄产生作用力：
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。
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）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。
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。
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。
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。