船舶液压舵机.pptx
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1、二、舵的作用原理和转舵扭矩第1页/共65页1、几个名词:迎水面、背水面、导边、随边舵叶展舷比=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=0.150.35第2页/共65页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(LXccos)FDXcsinFLL=1/2 CLA v2L Nml式中:CL升力系数l水的密度,kg/m3;lA舵叶单侧浸水面积,;lV舵叶处水流速度,m/s;lL舵杆轴线至船舶重心的距离。第3页/共65页3.水动力矩Ma:l舵压力FN对舵杆轴线产生的力矩lMa=FN Xc=1/2 CNA v2Xc Nml式
2、中:Xc舵压力中心至舵杆轴线距离,m;lCN舵叶压力系数。4.转舵扭矩M:l舵机施加于舵杆上的扭矩。舵匀速转动时,M=MaMflMf舵 各 支 承 处 的 总 摩 擦 扭 矩,平 衡 舵 一 般Mf=(0.150.20)Mal舵机的公称转舵扭矩:在最大舵角输出的最大扭矩第4页/共65页综述: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随舵角变化的规律lMs,并在某一舵角出现最大值,海船300350,河船350450。3)现代船舶多用平衡舵。XcMa,但Ms几乎不受影响4)倒航时XcMa,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
3、的60%第5页/共65页第6页/共65页三、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7kn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
4、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230mm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30min,其他船舶10min。第7页/共65页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:多采用泵控型液压舵机阀控型液压舵机第8页/共65页第9页/共65页一、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l油泵的工作油压主要取决于推动
5、撞杆所需的力即转舵扭矩。l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20MPal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第10页/共65页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:第11页/共65页浮动杆式(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AA1CC1B1B
6、A-操纵指令控制点Controlpoint(驾驶台遥控或在舵机室手轮控制)B-反馈点Huntingpoint(与舵柄相连)C-控泵点Pumpcontrolpoint(与变量泵的控制杆相连)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,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。ACB表示浮动杆的三点均处于中位,舵角处于零位;油泵变量机构回中,不排油;舵也处于零舵角。第12页/共65页浮动杆式(三点式)追随机构 The Floating Lever 舵从处于一定舵角到回中的过程A1ACC1BB1A1CB1表示舵已转到并稳定在所要求
7、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中点,即已开始排油。ACB:表示浮动杆的三点均处于中位,舵角处于零位,泵停止供油,舵也回到零舵角。第13页/共65页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,储能弹簧不起作用第14页/共65页4、安全阀(防浪阀)13:storm valve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第15页/共65页二、阀控型液压舵
8、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与泵控型液压舵机相比,阀控型舵机的特点:l油泵和系统较简单,造价相对较低l用换向阀换向,液压冲击较大l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l适用的功率范围比泵控型小第16页/共65页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:l1.往复式:滑式、滚轮式、摆缸式l2.回转式:转叶式第17页/共65页1-油缸;2-底座;3-撞杆;
9、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-放气阀第18页/共65页一、往复式转舵机构1.滑式转舵机构:十字头式、拨叉式1)十字头式转舵机构基本组成:l转舵油缸l插入油缸中的撞杆l十字形滑动接头:将撞杆的往复运动转变为舵的摆动l撞杆行程限制器(挡块)11:限制撞杆的极限行程第19页/共65页受力分析:第20页/共65页与 舵 杆 方 向 始 终 垂 直 的 力Q=P/cos=D2p/4cos Nl式中:舵角lD撞杆直径,m;lp撞杆两端的油压差,Pa第21页/共65页转舵力矩M=zQRm=D2 z p R0m/4c
10、os2l式中:R=R0/cos转舵力臂;lR0舵杆中心线到撞杆中心线的距离lm机 械 效 率,滑 式 机 构 一 般 取 0、750.85;lz油缸对数第22页/共65页当D、p、R0既定时,M,这种扭矩特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应。因此当公称转舵扭矩既定时,滑式转舵机构的尺寸或最大工作油压较其它转舵机构小滑式转舵机构的工作油压不会随的增大而急剧增加第23页/共65页滑式转舵机构特点:扭矩特性良好,承载能力较大,能可靠平衡撞杆所受的侧推力,可用于转舵扭矩很大的场合撞杆和油缸间的密封多采用V型密封圈。其开口面向压力油腔,磨损后有自动补偿能力。更换比较容易油缸内壁除靠近密封端的一小段外,都不
11、与撞杆接触撞杆为单作用,须成对工作,尺寸、重量较大。舵机室也需较大宽度安装、检修比较麻烦第24页/共65页第25页/共65页2)拨叉式转舵机构:第26页/共65页使用整根撞杆,撞杆中部有圆柱销,销外套有方形(或圆形)滑块。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滑动(或滚动)与十字头式相比,拨叉式的特点:结构简单(无需导板),加工和拆装方便公称扭矩较小时可用拨叉式,较大时仍以采用十字头式为宜第27页/共65页2.滚轮式转舵机构第28页/共65页滚轮代替滑式机构中的十字头或拨叉Q=Pcos=/4 D2pcos转 舵 扭 矩 M=zQR0m=/4 D2p zR0m cos第29页/共
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