船舶液压舵机
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。
液压舵机原理
液压舵机原理
液压舵机是一种利用液压原理来控制舵面运动的装置，它在航空、航海、汽车等领域都有着广泛的应用。
液压舵机的工作原理主要是利用液压系统的压力来控制舵面的运动，从而实现飞行器或者船舶的姿态控制。
下面我们将详细介绍液压舵机的工作原理。
首先，液压舵机的工作原理基于液压传动。
液压传动是利用液体传递能量的一种传动方式，它通过液体在密闭管路中传递压力来实现机械运动。
在液压舵机中，液压系统通过液压泵将液体压力传递到液压缸中，从而驱动舵面的运动。
液压传动具有传递力矩大、传动距离远、传动速度可调等优点，因此在舵机中得到了广泛的应用。
其次，液压舵机的工作原理还涉及到液压控制。
液压控制是通过改变液压系统中的压力、流量和方向来实现对机械运动的控制。
在液压舵机中，通过控制液压缸内的液压阀门来改变液体的流向和压力，从而控制舵面的运动。
液压控制具有响应速度快、控制精度高等优点，能够满足对舵面运动的精确控制要求。
最后，液压舵机的工作原理还涉及到液压系统的辅助装置。
液
压系统通常包括液压油箱、液压泵、液压缸、液压阀门等组件，它
们共同构成了一个完整的液压传动系统。
在液压舵机中，这些辅助
装置起着至关重要的作用，它们保证了液压系统的正常运行，从而
保障了舵机的正常工作。
总的来说，液压舵机的工作原理是基于液压传动和液压控制的，通过液压系统的压力传递和控制来实现舵面的运动。
液压舵机具有
传动力矩大、控制精度高、响应速度快等优点，因此在航空、航海
等领域得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，读者能够对液压
舵机的工作原理有一个更加深入的了解。
船舶液压舵机的若干方面论述
船舶液压舵机的若干方面论述1、舵设备一套完整的舵设备是由舵、舵机、舵角指示器、舵机传动装置和舵角控制装置等设备构成。
在船舶航海及作业过程中，这套设备主要负责把控、调转、保持航向。
在以上设备组成成分当中，最易发生故障的部分便是舵机，因此，船舶设备管理人员、电机员、轮机员等人员要针对该部分的日常保养引起重视。
2、舵机和转舵装置常规的舵机分为两类，一种是电动舵，一种是液压舵机，本文主要分析液压舵机，这是因为现代船舶大体上多使用液压舵机。
液压舵机的原理，顾名思义，是利用液体压力作为舵转动的动力，结构由二个或四个带活塞的液压缸组成，在各液压管与电动泵连接时必须保证液压管系和液缸中盛满液体，也就是使整个液压腔中保持真空，只有液压油介质。
舵机开起时，电动泵转动，电动泵则开始吸排液体，给液压缸提供动力储备，操舵时，通过控制液压油的走向，使得活塞前后移动，从而带动舵柄相接的活塞杆一前一后运动，从而实现转舵。
这类转舵系统最突出的优点便是省力、简易、准确度高、效能高，这也是现代船舶大量使用该类装置的原因。
3、液压舵机的基本要求作为保证操纵性以确保航行安全的重要设备的舵机。
IMO的《国际海上人命安全公约》（SOLAS）和我国《海船规范》均对其提出明确规范与要求，其基本精神是要求舵机必须具有足够的转舵扭矩和转舵速度。
4、操舵器及操舵传动装置操舵传动装置有电动和液压两种。
1.液压操舵传动装置以安装在舵机舱的受动器、安装在驾驶室的液压机以及连接此两者的管系组成。
因为油压的不可缩性以及流向、油压和流量的可控性，所以可将动能转化为液压能，然后进一步转化为机械能，完成转舵。
2.电动操舵传动装置中的手柄操舵与随从操舵并称为该装置的两套独立的操舵系统，其功能在于其中一套系统产生故障之后，即刻可以更换至另一套系统，确保航海安全与航向不偏离。
5、液压舵机的常见故障与分析对于舵机发生故障时原因或部位不明时，首先应该查看舵机油泵的运转状况，事先准备好用于试验的备用泵，并且通过应急操舵来搜寻故障出现的大致范围，最后进行全面罗列分析，找出问题的根源所在并及时排除。
船舶液压舵机
交流伺服电机式舵机遥控系统
1
17
a
o
2
16
同右
14
15
3
a
＇
o
＇
13 12 4
11
7
5 8 9 接浮动杆控制点A 6
10
图8-14 直流伺服电机式遥控系统原理图 1-舵轮；2-操舵电位计；3-反馈电位计；4-齿轮齿条； 5-锥齿轮副；6-丝杆；7-导杆；8-滑块螺母；9-蜗轮；10行星齿轮；11-蜗杆；12-直流伺服电动机；13-直流电动机激磁绕组；14-交流电动机；15-直流发电机；16-直流发 电机激磁绕组；17-放大器
二、回转式转舵机构
1-舵杆 2-缸体 3-转毂 4-转叶 5-定叶 6-油管
1. 结构与动作原理
2、 转舵扭矩：M=zpAR0ηm
式中：z——转叶数目； p——转叶两侧油压差，Pa； A——每个转叶的单侧面积，m2； R0—— 转叶压力中心至舵杆轴线的距离， m ； ηm——机械效率，一般0、75~0、85
4. 转舵扭矩M：
舵机施加于舵杆上的扭矩。舵匀速转动时， M=Ma＋Mf
Mf—— 舵各支承处的总摩擦扭矩，平衡舵一般 Mf=（ 0.15~0.20）Ma
舵机的公称转舵扭矩：在最大舵角输出的最大扭 矩
综述：
1 ） 转船力矩 Ms 比水动力矩Ma 大得多，它们 都与A及v2成正比 2） 正航偏舵时Ma和Ms随舵角α变化的规律
§8-3 液压舵机的转舵机构
作用：将油泵供给的液压能转变为转动 舵杆的机械能，以推动舵叶偏转 分类：按动作方式不同：
1. 往复式：滑式、滚轮式、摆缸式 2. 回转式：转叶式
1-油缸； 2-底座； 3-撞杆； 4-舵杆； 5-机械式舵角指示器； 6-十字头轴承； 7-十字头耳轴； 8-舵柄； 9-滑块； 10-导板； 11-撞杆行程限制器； 12-放气阀
船舶舵机的类型
随着工业革命的到来，蒸汽动力登上了历史舞台。蒸汽舵机就是利用蒸汽产生的力量来驱动舵的转动。它比人力舵机可强多了，有了蒸汽舵机，大船也能比较轻松地控制方向。蒸汽舵机的工作原理就是把蒸汽的能量转化为机械能，然后带动舵轴转动。不过呢，蒸汽舵机也有它的缺点，它需要有蒸汽锅炉等一系列设备来提供蒸汽，这些设备占的空间可不小，而且维护起来也比较麻烦。
4.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压舵机
液压舵机也是船舶上常用的一种舵机类型。它是利用液压油来传递动力，驱动舵的转动。液压舵机的力量很大，能够轻松地控制大型船舶的舵。它的工作原理就是通过液压泵将液压油加压，然后把压力油送到液压油缸中，推动活塞运动，从而带动舵轴转动。液压舵机的可靠性比较高，而且在运行过程中比较平稳。但是呢，液压系统如果出现泄漏，那就比较麻烦了，不仅会影响舵机的正常工作，还可能对环境造成污染呢。
船舶舵机的类型
一、船舶舵机的类型可真是个超有趣的话题呢！
1.人力舵机
这可是很古老的一种舵机类型啦。以前的船，没有那么多高科技设备，就靠船员们自己的力气来操纵舵。就像在那些古老的帆船时代，船员们得在船舵旁边，根据船长的指令，用力转动舵柄，来控制船的方向。想象一下，在波涛汹涌的大海上，船员们满头大汗地用力扳着舵柄，那画面是不是很有画面感呢？这种舵机虽然很原始，但是在当时可是非常重要的呢，没有它，船就只能随波逐流啦。
3.电动舵机
现在电动舵机可算是很常见啦。电动舵机就是靠电机来驱动舵的转动。它的优点可太多了。首先，它的控制精度比较高，可以很精准地控制船的航向。其次，电动舵机的响应速度很快，船长发出指令后，它能迅速做出反应。而且，电动舵机的结构相对简单，不需要像蒸汽舵机那样复杂的蒸汽产生和传输设备，所以安装和维护都比较方便。不过呢，电动舵机也得依赖船上的电力系统，如果电力系统出了问题，那电动舵机可就罢工喽。
船用舵机原理
船用舵机原理船用舵机是船舶操纵系统中的重要部件，其原理和工作机制对船舶的操纵和安全具有重要影响。
船用舵机是一种能够控制船舶舵角的装置，通过对舵机的控制，船舶可以实现转向、转弯、保持航向等操作。
船用舵机的原理涉及到液压、电气和机械等多个方面的知识，下面将对船用舵机的原理进行详细介绍。
首先，船用舵机的原理涉及到液压传动系统。
液压传动系统是舵机实现舵角控制的关键。
当船舶需要改变航向时，船长或操纵员通过操纵舵机控制系统，向舵机传递指令。
舵机控制系统通过控制液压系统中的液压阀，调节液压系统中的液压油的流动方向和流量，从而控制舵机的运动。
液压传动系统具有传动效率高、动力密度大、动作平稳等优点，能够满足船舶在不同工况下的舵角控制需求。
其次，船用舵机的原理涉及到电气控制系统。
电气控制系统是舵机控制系统的重要组成部分，通过电气控制系统可以实现对舵机的远程控制。
舵机的电气控制系统包括控制器、传感器、执行机构等部件，控制器接收船长或操纵员的指令，并将指令转化为电气信号，传输给舵机的执行机构，从而控制舵机的运动。
传感器用于检测舵机的位置和舵角，将检测到的信息反馈给控制器，控制器根据反馈信息对舵机进行闭环控制，实现舵角的精确控制。
最后，船用舵机的原理涉及到机械传动系统。
机械传动系统是舵机的动力输出部分，通过机械传动系统可以将液压系统和电气系统提供的动力传递给舵机执行机构，实现舵机的运动。
机械传动系统包括液压缸、传动杆、舵轴等部件，液压缸接收液压系统提供的动力，通过传动杆将动力传递给舵轴，舵轴带动舵叶的转动，从而改变船舶的航向。
机械传动系统具有传动效率高、结构简单、可靠性高等优点，能够满足舵机在恶劣海况下的工作要求。
综上所述，船用舵机的原理涉及到液压、电气和机械等多个方面的知识，通过液压传动系统、电气控制系统和机械传动系统的协同作用，舵机可以实现舵角的精确控制，满足船舶在不同工况下的舵向要求。
舵机的原理和工作机制对船舶的操纵和安全具有重要影响，对船舶操纵系统的设计和优化具有重要意义。
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。
船用舵机原理
船用舵机原理
船用舵机是船舶操纵系统中的重要部件，它通过控制舵的转向来实现船舶的操
纵和转向。
船用舵机原理是基于液压传动和控制技术，通过对液压系统的控制来实现舵的转动，从而改变船舶的航向。
下面我们将详细介绍船用舵机的原理和工作过程。
船用舵机的原理主要包括液压系统、舵机控制系统和舵机执行机构。
液压系统
是舵机的动力来源，它通过液压泵将液压油输送到舵机执行机构，从而实现舵的转动。
舵机控制系统负责控制液压系统的工作，包括舵机的启停、转向和速度控制。
舵机执行机构是舵机的核心部件，它通过液压力将舵转动到指定的角度，从而改变船舶的航向。
船用舵机的工作过程可以简单描述为，当船舶需要改变航向时，船长或操纵员
通过舵机控制系统发出指令，舵机控制系统接收指令后通过控制液压系统启动液压泵，液压泵将液压油输送到舵机执行机构，舵机执行机构受到液压力的作用将舵转动到指定的角度，从而改变船舶的航向。
当船舶达到指定航向后，船长或操纵员可以通过舵机控制系统停止液压泵的工作，舵机执行机构停止工作，舵保持在指定的角度，船舶保持当前航向。
船用舵机的原理和工作过程是船舶操纵系统中的关键环节，它直接影响船舶的
操纵性能和安全性能。
因此，船用舵机的设计和制造需要严格符合相关的标准和规范，确保舵机在各种工况下都能可靠地工作。
同时，船用舵机的维护和保养也至关重要，只有定期检查和保养舵机，才能确保舵机的正常工作和长期可靠性。
总之，船用舵机原理是船舶操纵系统中的重要内容，了解船用舵机的原理和工
作过程对于船舶操纵人员和船舶工程师都至关重要。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢！。
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3. 水动力矩Ma：
舵压力FN对舵杆轴线产生的力矩 Ma=FN Xc=1/2 CNρA v2Xc Nm
式中：Xc——舵压力中心至舵杆轴线距离，m；
CN——舵叶压力系数。
作用：防止海浪等冲击舵叶时舵杆负荷过 大，系统油压过高和电机过载，使液压 舵机能够很好地适应冲击负荷
二、阀控型液压舵机
使用单向定量泵，油液进出转舵油缸的方向由驾驶台 遥控的换向阀控制，以改变转舵方向
换向阀处于中位时，油泵排油经换向阀旁通返回油泵 进口（闭式系统）或油箱（开式系统），转舵油缸 的油路锁闭而稳舵
B-----反馈点Hunting point（与舵柄
相连)
C
C1
C-----控泵点Pump control point （与变量泵的控制杆相均处于中位， 舵角处于零位；油泵变量机构回中， 不排油；舵也处于零舵角。 A1C1B表示控制点拉到一定舵角， 舵还未转动，但泵的控制杆已偏离
中点，即已开始排油。
ACB：表示浮动杆的三点均处于中
B1
B
位，舵角处于零位，泵停止供油，
舵也回到零舵角。
3、储能弹簧6（可双向压缩）：
作用：使控制点A一次达到所要求的较大操 舵角，以使油泵在较长时间保持最大流 量，从而加快转舵速度
储能弹簧刚度须适当：太软，操舵无法进 行；太硬，储能弹簧不起作用
4 、 安 全 阀 （ 防 浪 阀 ） 13 ： storm valve
油泵额定排出压力≮舵机的最大工作压力。舵机最大 工作压力越高，装置的尺寸和重量会变小，但受限。 目前液压舵机的最大工作压力≯20MPa
转舵速度取决于油泵的流量。进出港及窄水道航行时 双泵并联，转舵速度几乎提高一倍
2、泵控型液压舵机多采用浮动杆式追随机构
控制点A（发指令）：由驾驶台通过遥控系统控制或 在舵机室由手轮控制
α↑→Ms↑，并在某一舵角出现最大值，海船300~350， 河船350~450。
3） 现代船舶多用平衡舵。Xc↓→Ma↓，但Ms几 乎不受影响
4）倒航时Xc↑→Ma↑，但倒航航速≯正航最大航 速的1/2。平衡舵倒航时最大Ma一般为正航最 大值的60%
三、对舵机的基本技术要求
1.每艘船舶均应设置一套主操舵装置和一套辅操舵装置。 2. 舵自任一舷35°转至另一舷的35°，并且于相同条件下自一舷35°转至另 一舷30°所需时间不超过28s； 3.辅操舵装置能在最大营运前进航速的一半但不小于7 kn时进行操舵，从一舷 15°转至另一舷15°，所需时间不超过60s； 4.主、辅操舵装置动力设备的布置应能在动力源发生故障失效后又恢复输送时 ，能自动再起动 5. 主操舵装置当其管系或一台动力设备发生单项故障时，此缺陷能被隔离， 使操舵能力能够保持或迅速恢复， 6.操舵装置应设有有效的舵角限位器。舵装置应有保持舵位不动的制动装置。 7. 安全阀开启压力应凋整为不小于1.25倍最大工作压力；安全阀能够排出的量 ，应不小于所有液压泵总流量的110％。压力升高应不超过开启压力的10％。 8.对于舵柄处舵杆直径大于230 mm的所有船舶，应设有能在45s内向操舵装置 自动提供的替代动力源，1万Gt及以上船舶连续工作30 min，其他船舶10 min。
舵机 Steering Gear
§8-1 舵的作用原理和对舵机的要求 一、舵设备的组成和舵的类型 类型：
1. 平板舵：早期 2. 复板舵（流线型舵）：目前多用
1） 不平衡舵：舵杆轴线紧靠舵叶前缘 2） 平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置 3） 半平衡舵：仅下半部做成平衡型式
二、舵的作用原理和转舵扭矩
4. 转舵扭矩M：
舵机施加于舵杆上的扭矩。舵匀速转动时，M=Ma ＋Mf
M（f—0—.15舵~0各.2支0）承M处a 的 总 摩 擦 扭 矩 ， 平 衡 舵 一 般 Mf=
舵机的公称转舵扭矩：在最大舵角输出的最大扭矩
综述：
1） 转船力矩Ms比水动力矩Ma大得多，它们都 与A及v2成正比
2） 正航偏舵时Ma和Ms随舵角α变化的规律
控泵点C：与变量泵控制杆相连，以改变泵的流量和 方向
反馈点B：经反馈杆8与舵柄相连，反映实际舵角大 小和方向
动作过程：
浮动杆式(三点式)追随机构
The Floating Lever
舵从处于零舵角到转到一定舵角的过程
A
A1
A-----操纵指令控制点Control point
（驾驶台遥控或在舵机室手轮控制）
与泵控型液压舵机相比，阀控型舵机的特点：
油泵和系统较简单，造价相对较低 用换向阀换向，液压冲击较大 停止转舵时主泵仍以最大流量排油，油液发热较多，经济
性较差 适用的功率范围比泵控型小
§8-3 液压舵机的转舵机构
作用：将油泵供给的液压能转变为转动舵 杆的机械能，以推动舵叶偏转
1、几个名词：
迎水面、背水面、导边、随边 舵叶展舷比λ=舵叶高度h / 舵叶平均宽度b。
海船＞河船 平衡系数K=舵杆中心线前的舵叶面积A` /
整个舵叶面积A。一般K=0.15~0.35
2. 转船力矩Ms：
舵的水作用力F对船舶重心G形成的转矩 Ms=FL （ L ＋ Xccosα ） ＋
FDXcsinα≈FLL=1/2 CLρA v2L Nm
§8-2 液压舵机工作原理和基本组成
组成：转舵机构、液压系统、操作系统 分类：1、电动舵机：小型船舶
2、液压舵机：多采用
①泵控型液压舵机 ②阀控型液压舵机
一、泵控型液压 舵机
1、双向变量泵2：由控制杆4控制其流量大小及 吸排方向，以改变撞杆和舵叶的运动方向
油泵的工作油压主要取决于推动撞杆所需的力即转舵 扭矩。
中点，泵已开始排油。
A1CB1表示舵已转到并稳定在所要 求的角度；泵的控制杆回中，泵停
止供油。
浮动杆式(三点式)追随机构
The Floating Lever
舵从处于一定舵角到回中的过程
A
A1
C1 C
A1CB1表示舵已转到并稳定在所要 求的角度；泵的控制杆回中，泵停
止供油。
AC1B1：表示控制点A1已拉回中位， 舵还未转动，但泵的控制杆已偏离