“育鯤”輪舵機液壓系統(tǒng)及隨動控制系統(tǒng)介紹

1、<p><b>　　大連海事大學(xué)</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p><b>　　二○一○年六月</b></p><p>　　“育鯤”輪舵機液壓系統(tǒng)及隨動控制系統(tǒng)介紹</p><p>　　專業(yè)班級：輪機工程06－3班</p

2、><p>　　姓 名： 黃 文 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 邸 德 輝</p><p><b>　　輪機工程學(xué)院</b></p><p>　　摘要：本文主要介紹“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機的轉(zhuǎn)舵機構(gòu)及液壓系統(tǒng)原理，并對隨動控制系統(tǒng)進行了分析。對舵桿和轉(zhuǎn)子機構(gòu)的液壓安裝步驟進行講述。通過與往

3、復(fù)式舵機的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的比較，總結(jié)出“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機的特點。針對“育鯤”輪舵機使用過程中所發(fā)生的故障現(xiàn)象，本文簡要分析其故障原因。歸納總結(jié)出舵機維護保養(yǎng)中的基本要求，力圖能夠為輪機員工作提供較好參考。</p><p>　　關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)葉式舵機 液壓系統(tǒng) 隨動控制系統(tǒng) 液壓聯(lián)接器</p><p>　　Abstract: this paper describes basi

4、c construction and hydraulic system principle of the votary vane steering gear in “YUKUN” training ship, and particularly analyzes the system of follow-up control. Mounting procedure of hydraulic coupling between rudder

5、actuator and rudderstock are showed clearly. Compared with construction and hydraulic system of the reciprocating steering gear, there are a lot of characteristic in the rotary vane steering gear. And based on the phenom

6、enon of the trouble in th</p><p>　　Keywords: rotary vane steering gear hydraulic system follow-up control system</p><p>　　hydraulic coupling</p><p>　　目 錄</p><

7、p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1舵機的作用和組成部分1</p><p>　　1.2舵機的類型1</p><p>　　2“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機轉(zhuǎn)舵機構(gòu)和液壓系統(tǒng)2</p><p>　　2.1“育鯤”輪舵機概況及主要參數(shù)2</p><p>　　2.2球形轉(zhuǎn)舵機

8、構(gòu)結(jié)構(gòu)特點2</p><p>　　2.3液壓系統(tǒng)工作原理3</p><p>　　2.4舵桿和轉(zhuǎn)子安裝方法4</p><p>　　2. 4. 1安裝前的準(zhǔn)備4</p><p>　　2. 4. 2安裝步驟4</p><p>　　2. 4. 3安裝中的注意事項5</p><p>　　3“育

9、鯤”輪舵機隨動控制系統(tǒng)6</p><p>　　3.1“育鯤”輪駕駛臺操舵指令7</p><p>　　3.2控制信號比較放大7</p><p>　　3.3驅(qū)動和反饋單元8</p><p>　　3.4變頻電機和雙向油泵8</p><p>　　4“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機的主要特點8</p><p&

10、gt;　　5“育鯤”輪舵機故障簡析9</p><p>　　6“育鯤”輪舵機的維護保養(yǎng)9</p><p>　　6.1液壓油的選擇9</p><p>　　6.2換油和除氣9</p><p>　　6.3日常管理注意事項10</p><p><b>　　總結(jié)10</b></p>

11、<p><b>　　【參考文獻】10</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1舵機的作用和組成部分</p><p>　　船舶在航行過程中，不可能完全按照駕駛員的意圖進行航行，經(jīng)常會受到外界的干擾（如風(fēng)、浪等的影響），使船舶偏離原來的航線。此時應(yīng)該有一操作裝置能夠控制船舶方向

12、保證船舶安全行駛，此機構(gòu)就是舵。舵是船舶用以改變其航向或維持其預(yù)定航向的重要設(shè)備，對于船舶安全航行起著關(guān)鍵作用。</p><p>　　現(xiàn)代化船舶廣泛應(yīng)用電動液壓舵機。電動液壓舵機由三部分組成：轉(zhuǎn)舵機構(gòu)、液壓系統(tǒng)與操舵控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的作用是將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能，推動舵葉轉(zhuǎn)動。液壓系統(tǒng)的作用是向舵機提供足夠的液壓能，并設(shè)置所需的保護和控制裝置。操舵控制系統(tǒng)的作用：一是傳遞舵令；二是控制操舵精度。</p>

13、;<p><b>　　1.2舵機的類型</b></p><p>　　船舶所使用的電動液壓舵機按機構(gòu)類型可分為往復(fù)式和轉(zhuǎn)葉式兩種。</p><p>　　所謂往復(fù)式舵機的轉(zhuǎn)舵機構(gòu)為往復(fù)式轉(zhuǎn)舵油缸，它將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)化為柱塞的機械能，推動舵柄左右轉(zhuǎn)動，舵柄帶動舵桿轉(zhuǎn)動實現(xiàn)舵葉的轉(zhuǎn)動，達到改變船方向的目的。</p><p>　　轉(zhuǎn)葉式舵

14、機是依靠作用在舵機轉(zhuǎn)葉上的高壓液壓油的壓力使舵機轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)動，從而帶動與舵機錐形相連的舵桿轉(zhuǎn)動，而舵桿轉(zhuǎn)動相應(yīng)帶動與之相連的舵葉轉(zhuǎn)動，從而達到船舶操舵的目的。</p><p>　　如圖1所示，描述一往復(fù)式舵機的工作原理</p><p><b>　　圖1 往復(fù)式舵機</b></p><p>　　1—交流伺服電動機；2—聯(lián)軸器；3—雙向定量泵；4—

15、梭閥；5—鎖閥；6—旁通閥；7—油罐；8—安全閥；9—液壓油缸</p><p>　　由圖1可見，液壓泵和液壓油缸構(gòu)成閉路系統(tǒng)。交流伺服電動機1驅(qū)動液壓定量泵3產(chǎn)生液壓動力，通過一對液壓缸推動舵桿轉(zhuǎn)動。從油泵出來的液壓油經(jīng)過鎖閥進入液壓缸使柱塞來回移動,油缸的回油同樣經(jīng)過鎖閥進入油泵吸口。</p><p>　　并聯(lián)在閉式回路中的由兩個單向閥組成的梭閥主要起到補油閥的作用，當(dāng)這個閉式回路中出現(xiàn)

16、因漏泄等原因造成流量不足時，梭閥補油到回路中。串聯(lián)在主回路中的由兩個液控單向閥組成的鎖閥，當(dāng)舵葉達到指定位置時，鎖閥鎖住主油路防止液壓缸在波浪拍擊舵葉時發(fā)生返流現(xiàn)象。并聯(lián)在閉式回路中的溢流閥起安全閥的作用，同時起放浪閥作用。當(dāng)舵葉停止轉(zhuǎn)動時，由于受大浪或者其他外力作用的沖擊產(chǎn)生超負(fù)載時可以允許短時間的開閥卸荷。另外在整個操舵系統(tǒng)出現(xiàn)超負(fù)荷的時候，也可以通過交流伺服電動機的限轉(zhuǎn)矩保護功能動作而停機，達到安全防護作用。舵機的啟動和停止、變向

17、和變速都是由交流伺服電動機按照控制指令來實現(xiàn)的。</p><p>　　對轉(zhuǎn)葉式舵機的分析本文將以“育鯤”輪舵機為例進行詳細(xì)的講述。</p><p>　　2“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機轉(zhuǎn)舵機構(gòu)和液壓系統(tǒng)</p><p>　　2.1“育鯤”輪舵機概況及主要參數(shù)</p><p>　　“育鯤”輪舵機型號是Rolls-Royce Tenfjord SR723-

18、FCF(SR: Spherical Rotary; FCP:Frequency Controlled Pumps)，采用球型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)葉式舵機。為滿足造船規(guī)范要求，本舵機分別有兩套獨立的動力單元和控制單元，實現(xiàn)互為備用，也可以同時工作?？杀ＷC一臺泵組出現(xiàn)故障后，迅速自動隔離，另一臺泵組能正常工作。</p><p>　　“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機參數(shù)</p><p><b>　　轉(zhuǎn)舵機構(gòu)參

19、數(shù)</b></p><p>　　舵機型號： SR723—FCP</p><p>　　最大工作壓力： 125bar</p><p>　　設(shè)計壓力： 156bar<

20、/p><p>　　最大扭矩： 412KNm</p><p>　　試驗壓力： 234bar</p><p>　　舵桿直徑： 320mm</p><p>

21、　　最大機械舵角： 2×44°</p><p>　　電氣限制舵角： 2×43°</p><p>　　運行時間1臺泵/2臺泵： 28s/14s（30°— 0°—35°）

22、</p><p>　　安全閥設(shè)定壓力： 156bar</p><p><b>　　液壓油泵參數(shù)</b></p><p>　　型號： FCP—75</p><p>　　安全閥設(shè)定壓力：

23、 125bar</p><p>　　試驗壓力： 188bar</p><p><b>　　變頻電機參數(shù)</b></p><p>　　型號： NORM IEC 160

24、LB—4</p><p>　　速度： 1450rmp</p><p>　　額定壓力： 17，5KW(SI)</p><p>　　電壓： 3×38

25、0V，50HZ</p><p>　　保護等級： IP55</p><p>　　2.2球形轉(zhuǎn)舵機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　如圖2所示，“育鯤”輪舵機的轉(zhuǎn)舵機構(gòu)設(shè)計成球形,轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)葉做成一體，轉(zhuǎn)子上的密封件由做成一體的合成材料構(gòu)成，這樣的結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)舵機構(gòu)能夠承受或吸收較大的震動和沖擊。三個轉(zhuǎn)葉在環(huán)形油

26、缸內(nèi)帶動舵桿以恒扭矩轉(zhuǎn)舵。球形轉(zhuǎn)子使內(nèi)摩擦力降低到最小，同時消除了舵桿可能彎曲而引起對轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的附加作用力。</p><p>　　舵桿1安裝于轉(zhuǎn)舵機構(gòu)中央位置。軸套3與舵桿接觸的內(nèi)表面是圓柱形，外表面是錐形，它與轉(zhuǎn)子內(nèi)孔的錐形面相配合。轉(zhuǎn)子與舵桿之間的轉(zhuǎn)舵力矩是靠軸套的靜摩擦力傳遞的。轉(zhuǎn)舵機構(gòu)與變頻電機由螺栓緊固在一起，結(jié)合面安裝密封環(huán)保證液壓油不會泄露。轉(zhuǎn)子安裝在殼體內(nèi)部，在轉(zhuǎn)子和殼體上下部結(jié)合面處安裝有軸承。

27、下軸承承擔(dān)轉(zhuǎn)子、舵桿及舵葉的重量以及轉(zhuǎn)舵時所產(chǎn)生的力，軸承由液壓油進行潤滑。轉(zhuǎn)子和殼體中部形成液壓油環(huán)形空間，三個定子和三個轉(zhuǎn)葉將其分隔成六個空間。另外，轉(zhuǎn)子和殼體之間安裝密封裝置，對液壓油空間密封，允許少量油泄露潤滑軸承。轉(zhuǎn)子伸出殼體處有上下密封裝置，防止液壓油向外漏泄。</p><p>　　圖2 球形轉(zhuǎn)舵機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1—舵桿；2—轉(zhuǎn)子；3—軸套；4—電機上殼體；5—

28、電機下殼體；6—下軸承；7—上軸承和舵桿上部密封；8—下部密封；9—轉(zhuǎn)子殼體密封；10—安裝軸套注油孔；11—吊環(huán)；12—安裝活塞；13—閥塊；14—過濾單元</p><p>　　2.3液壓系統(tǒng)工作原理</p><p>　　圖3 Tenfjord SR723泵控型舵機液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　轉(zhuǎn)舵機構(gòu)；2—雙向泵；3—變頻電機；4—單向閥；5—溢流閥；6

29、二位三通電磁閥；</p><p>　　7—邏輯閥（插裝閥）；9—安全閥；10—儲油柜；11—手搖泵；12—高置油柜；13—供液三通閥；14—控制單向閥</p><p><b>　?。?）液壓回路</b></p><p>　　如圖3所示。當(dāng)駕駛臺發(fā)出轉(zhuǎn)舵信號時，通過變頻器控制雙向泵的轉(zhuǎn)向和排量。同時，二位三通電磁閥有電，閥工作于左位，邏輯閥內(nèi)的控

30、制油卸荷，閥門打開。油泵輸出的壓力油經(jīng)過單向閥、邏輯閥進入轉(zhuǎn)舵油缸。而對應(yīng)的轉(zhuǎn)舵油缸的回油通過邏輯閥、溢流閥、回油濾器和單向閥到達油泵吸口。實際舵角與轉(zhuǎn)舵指令相符后，油泵停止運轉(zhuǎn)，二位三通電磁閥失電，工作于左位，邏輯閥關(guān)閉，鎖閉油路，舵葉停留在所要求的舵角。</p><p>　?。?）液壓系統(tǒng)中各裝置和閥件的功能分析</p><p>　　邏輯閥7實現(xiàn)油路的鎖閉功能。當(dāng)實際舵角達到轉(zhuǎn)舵指令舵

31、角以后，電磁閥失電，工作在左位，液壓油經(jīng)過控制單向閥、電磁閥到達邏輯閥芯加壓使閥芯鎖閉，基本功能相當(dāng)于液控單向閥。</p><p>　　在舵葉停止轉(zhuǎn)動后，若有大浪或其他外力沖擊，安全閥9會因管路中油壓高于調(diào)定值（“育鯤”輪此閥設(shè)定值是156bar）時開啟，使高壓油腔與低壓油腔旁通，以避免管路和液壓元件承受過高壓力，允許舵葉暫時偏讓而“跑舵”；當(dāng)沖擊舵葉的外力消失后，由于實際舵角偏離指令舵角，電機重新啟動，直至舵轉(zhuǎn)

32、回到與指令舵角相符為止。安全閥9亦稱防浪閥。</p><p>　　溢流閥5在此系統(tǒng)中兩個為一組，在工作的時候，油泵出口的溢流閥作安全閥使用，當(dāng)出口壓力超過調(diào)定值（“育鯤”輪此閥設(shè)定值是125bar）時閥開啟，防止液壓元件受到?jīng)_擊。油泵吸口處溢流閥作單向閥使用。</p><p>　　高置油箱有油位計顯示油箱油位。油箱中間有一隔板將油箱分為兩部分，另外兩邊分別安裝傳感器監(jiān)視兩邊油位。當(dāng)一套動力

33、單元漏油將不會干擾另一臺動力單元的正常工作。高置油箱出來的液壓油左右兩路作用是：一是向閉路液壓系統(tǒng)中補油；二是當(dāng)邏輯閥卸荷打開時控制油回到高置油箱。同時中間一路進入轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的低壓腔。正常情況下油位過低會表明系統(tǒng)中有泄漏的發(fā)生，應(yīng)及時查清故障并排除。當(dāng)高置油柜缺油時，可用手搖泵及時從儲油柜中向油柜補油。</p><p>　　2.4舵桿和轉(zhuǎn)子安裝方法</p><p>　　“育鯤”輪舵機舵桿與轉(zhuǎn)

34、子的安裝采用了SKF機理（Hydraulic Shrink Fit principle），基于SKF機理的液壓聯(lián)接器將舵桿和轉(zhuǎn)子緊固在一起，他們之間無鍵連接，提供了一種安全可靠的安裝方法，且安裝和拆卸方便，無需使用大型工具。此種安裝機理還常用于螺旋槳和軸系之間的無鍵連接，以達到過盈配合。</p><p>　　2. 4. 1安裝前的準(zhǔn)備</p><p>　　在安裝之前，首先查看轉(zhuǎn)子機構(gòu)、軸

35、套和安裝活塞等是否擁有相同序列號。軸套、安裝活塞、轉(zhuǎn)子內(nèi)面和舵桿需經(jīng)過徹底的清洗、去脂和檢查。小的溝槽可能會導(dǎo)致液壓油泄露，接觸表面無法建立有效的油膜，產(chǎn)生拉痕達不到舵機正常的工作要求。經(jīng)過仔細(xì)檢查以后，打磨、清洗和潤滑軸套外表面。</p><p>　　2. 4. 2安裝步驟</p><p>　　首先，舵桿應(yīng)處于一正確的高度，保證其對中，用鏈條機構(gòu)將其固定并鎖住。把安裝活塞安裝（其內(nèi)有螺紋

36、）在錐形軸套上，并用安裝活塞上的吊環(huán)吊起該組件。再次檢查舵桿和軸套接觸面保證其表面沒有任何潤滑劑。然后，使軸套進入舵桿并慢慢向下安裝直至距離基座下端150mm,用鋼板將軸套進行支撐，停止安裝，并卸下安裝活塞。（如圖4所示）</p><p>　　然后，用潤滑油涂于轉(zhuǎn)子內(nèi)孔上，并把轉(zhuǎn)子懸掛于舵桿上部，使二者的中心線盡可能對中。再慢慢往下放，在轉(zhuǎn)子內(nèi)孔和錐形軸套稍有接觸時停止下放，此時絕對不允許轉(zhuǎn)子的所有重量坐落在錐形

37、軸套上面。用MoS2（鉬合金，一種良好的固體潤滑劑）潤滑軸套和安裝活塞上的螺紋，并安裝O-ring圈到軸套上部的槽內(nèi)，保證下一操作的密封效果。再把安裝活塞安裝到錐形軸套上，且上緊至規(guī)定值。同時確保O-ring圈良好的狀態(tài)防止在安裝過程中的扭曲。然后，取消支撐錐形軸套的鋼板。此時，轉(zhuǎn)子仍然處于懸掛狀態(tài)。</p><p>　　圖4 舵桿和軸套安裝圖</p><p>　　最后安裝注油泵和安裝泵，

38、盡可能提供說明書指定的液壓油，并按順序提高油壓，使軸套和轉(zhuǎn)子相對運動，直至規(guī)定的安裝尺寸。作業(yè)過程中，注油泵和轉(zhuǎn)子上的A口用高壓油管相連接，這樣就會在轉(zhuǎn)子和錐形軸套之間形成一層薄的油膜，在油壓的作用下使轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑增加。安裝泵通過安裝活塞上的B口和環(huán)形槽相連接，液壓油通入環(huán)形槽中在油壓的作用下能夠拉伸轉(zhuǎn)子內(nèi)的錐形軸套。當(dāng)操作安裝泵和注油泵時盡可能同時緩慢的進行。慢慢的將轉(zhuǎn)子放下，直至軸套達到說明書所要求的拉長長度。（如圖5所示）</

39、p><p>　　釋放轉(zhuǎn)子和錐形軸套之間的液壓油，此時轉(zhuǎn)子將會收縮產(chǎn)生壓力，由此在轉(zhuǎn)子、軸套和舵桿之間產(chǎn)生的摩擦力用于傳遞轉(zhuǎn)舵扭矩。保持半小時環(huán)形槽內(nèi)的油壓，再次檢查其軸套的拉長長度。如符合說明書要求，釋放槽內(nèi)油壓并再次重新檢查軸套的拉長長度。</p><p>　　圖5 轉(zhuǎn)子和軸套的安裝圖</p><p>　　安裝活塞； 2—O-ring； 3—轉(zhuǎn)子； 4—錐形軸套； 5

40、—舵桿；A—注油泵連接口；</p><p><b>　　B—安裝泵連接口</b></p><p>　　2. 4. 3安裝中的注意事項</p><p>　　為了控制安裝過程中轉(zhuǎn)子和錐形軸套之間的運動可控，以免損壞接觸面，必須在注油泵動作之前建立環(huán)形槽內(nèi)的油壓。同時，通過控制環(huán)形槽內(nèi)的液壓油的釋放速度來控制軸套的移動速度。一定要仔細(xì)緩慢操作，避免轉(zhuǎn)

41、子內(nèi)徑的永久變形。另外，在錐形軸套和轉(zhuǎn)子之間要保留足夠的油膜，以便在拆卸時兩部件的分離。</p><p>　　安裝時，如果轉(zhuǎn)子和軸套之間的運動出現(xiàn)跳動，則表明兩者之間的油膜不夠，這樣會拉傷表面。因此，需要加大注油泵的流量，以重新建立油膜。兩者間的運動應(yīng)該是平滑均勻的。液壓聯(lián)接器安裝完成以后，在24小時之內(nèi)不準(zhǔn)轉(zhuǎn)動，不準(zhǔn)在上面加載任何力矩和轉(zhuǎn)矩。24小時之內(nèi)保持油孔A、B處于打開狀態(tài)，為了消除表面油膜保證接觸面之間

42、的摩擦力；24小時以后把油孔A、B用專業(yè)旋塞封閉。</p><p>　　在舵桿和轉(zhuǎn)子的安裝和拆卸過程中液壓油黏度是一重要參數(shù)。安裝泵和注油泵應(yīng)選擇同樣的液壓油，其黏度值大約為20℃ 300cst；如工作在一溫度較低環(huán)境下時其黏度值大約為50℃ 100cst。低粘度的液壓油可以使轉(zhuǎn)子和軸套的延伸相對簡單。</p><p>　　3“育鯤”輪舵機隨動控制系統(tǒng)</p><p&g

43、t;　　圖6 隨動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖7 隨動控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.1“育鯤”輪駕駛臺操舵指令</p><p>　　“育鯤”輪舵機在駕駛臺有三種操舵方式：一是自動舵航行。大海航行時，航向定向，轉(zhuǎn)自動位置，自行操舵，保持航向，駕駛?cè)藛T對舵機整個系統(tǒng)是否運行正常進行監(jiān)視；二是隨動舵航行。舵令下達后，人工操縱舵輪或操作手柄控制舵葉轉(zhuǎn)動。

44、當(dāng)舵葉舵角達到指令舵角自動停轉(zhuǎn)；三是非隨動舵航行（應(yīng)急航行），此種操舵信號直接輸入泵卡進行信號放大，控制變頻電機的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)舵的目的。但當(dāng)舵葉舵角達到指令舵角時舵機不會自動停轉(zhuǎn)，需要人工的持續(xù)控制。在三種操舵方式中非隨動舵最為安全可靠。當(dāng)前兩種操舵方式出現(xiàn)故障，應(yīng)立即轉(zhuǎn)為非隨動舵，保持航向的連續(xù)可控。正常工作時，舵機艙內(nèi)的舵機控制位置轉(zhuǎn)換開關(guān)在遙控位，當(dāng)駕駛臺三種操舵方式均失靈，應(yīng)將控制位置轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到本地控制，由操舵人員操作控制箱

45、上的操舵按鈕來控制舵機。駕駛臺和舵機艙的非隨動舵（應(yīng)急舵）需要定期試驗，確保功能正常。</p><p>　　3.2控制信號比較放大</p><p>　　如圖6、7所示。駕駛臺操舵指令與來自反饋單元的反饋信號的比較放大在輔助操舵單元中進行。輔助操舵單元主要由電源單元、選擇單元、反饋信號處理單元和放大單元四部分組成。</p><p>　　電源單元主要將接收的220VAC

46、轉(zhuǎn)換為24VDC、10VDC和5VDC，供輔助操舵單元各電子元件電源；</p><p>　　選擇單元作用有三個：一是操舵地點的確定。駕駛臺左、中、右和遠(yuǎn)程遙控都可以對舵機進行操作。當(dāng)某一位置發(fā)出操舵信號，選擇單元將自動的屏蔽其他位置所發(fā)出的信號，以免信號相互干擾出現(xiàn)誤操作；二是操舵模式的選擇。駕駛臺舵機控制面板是有自動舵、隨動舵和非隨動舵轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)駕駛員選定一操舵模式以后，選擇單元將根據(jù)選擇的模式接通相應(yīng)的功能

47、元件，切斷其他模式功能元件；三是動力單元的選擇?！坝H“輪有兩套相互獨立的動力單元，選擇單元可以選定一套動力單元運轉(zhuǎn)，也可以選擇兩套單元的同時運轉(zhuǎn)。</p><p>　　反饋信號處理單元接收來自于反饋單元的反饋舵角信號。同時一旦檢測不到來自于反饋單元的舵角信號，反饋卡將顯示和輸出一報警信號，凍結(jié)舵機的運轉(zhuǎn)。</p><p>　　放大單元接收來自于選擇單元的操舵信號，與反饋舵角信號進行比較放

48、大，輸出一電壓信號到泵卡。當(dāng)操舵模式選擇為非隨動舵，駕駛臺輸出的操舵電壓信號將直接輸入至泵卡。放大單元并被輔助操舵系統(tǒng)自動隔離，無法與反饋電壓信號進行比較放大并輸出一電壓信號送至泵卡。</p><p>　　以下是對隨動控制系統(tǒng)比較放大電路圖展開詳細(xì)的分析。（如圖8所示）</p><p>　?。?）操作方式選為隨動舵，隔離非隨動舵，會使14AC輸入一高電平，使線圈-K2得電以后動作，其常開觸

49、點閉合而常閉觸點打開。并且此高電平通電一個與非門和一與門， 觸發(fā)D/A轉(zhuǎn)換器工作。</p><p>　?。?）給定隨動命令信號（左舵），使8AC輸入一高電平信號加在2區(qū)比較器負(fù)輸入端，并輸出一低電平，后經(jīng)過A/D、D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換以后加在6區(qū)比較器正輸入端并輸出一高電平信號，經(jīng)過一功能器（-JP60）后與反饋電壓信號進行疊加并加在7區(qū)比較器負(fù)輸入端，輸出一命令電壓信號。</p><p>　

50、?。?）隨著舵葉的向左轉(zhuǎn)動，反饋舵角信號使12C輸入一低電平信號加在比較器正輸入端，并輸出一低電平。此電平信號與并一路電壓信號疊加形成一低電平，加在一比較器負(fù)輸入端輸出一正電平信號，與輸入的命令信號相疊加，形成一負(fù)反饋控制。負(fù)反饋控制說明實際舵角接近指令舵角時，電機的轉(zhuǎn)速變慢，輸出的轉(zhuǎn)舵力矩逐漸縮小，這樣可以實現(xiàn)舵機的平穩(wěn)起停。</p><p>　　圖8 隨動控制系統(tǒng)比較放大單元電路圖</p>&l

51、t;p>　　3.3驅(qū)動和反饋單元</p><p>　　驅(qū)動功能的實現(xiàn)是在泵卡中完成。泵卡的作用有三個：一是為整個操舵單元提供220VAC；二是控制變頻器的起停；三是對操舵電壓信號進行再一次的放大并傳送至變頻器。</p><p>　　反饋單元包括舵角顯示變送器、舵機限位旋鈕和控制系統(tǒng)傳送器。反饋單元安裝在轉(zhuǎn)舵機構(gòu)上部，通過鏈條和舵桿相連接。當(dāng)舵桿發(fā)生轉(zhuǎn)動時，鏈條相應(yīng)的進行轉(zhuǎn)動，通過電位

52、器將轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，此信號一路傳送至輔助控制單元與操舵信號進行比較放大；另一路送入顯示屏進行轉(zhuǎn)換后對舵角進行顯示。</p><p>　　3.4變頻電機和雙向油泵</p><p>　　Tenfjord SR723泵控型舵機采用了由變頻電機驅(qū)動的雙向泵。當(dāng)有轉(zhuǎn)舵信號時，電機和泵開始工作，電機的轉(zhuǎn)速和方向由變頻器控制。變頻器送出的電壓取決于輔助操舵單元（隨動舵）或駕駛臺（非隨動舵）輸入的

53、電壓信號并經(jīng)過放大。隨動模式下當(dāng)舵角偏差較大時，變頻器控制電機快速運轉(zhuǎn)令雙向泵大排量工作；隨著舵角偏差的逐漸減小，電機的轉(zhuǎn)速降低導(dǎo)致泵的排量減小，轉(zhuǎn)舵速度降低；當(dāng)實際舵角等于指令舵角時，泵和電機處于停止?fàn)顟B(tài)，邏輯閥關(guān)閉將舵鎖在停止位置。</p><p>　　4“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機的主要特點</p><p>　?。?）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，占用空間較小，質(zhì)量較輕，外形設(shè)計比往復(fù)式

54、舵機小得多，不需要特別大的外圍空間。另外轉(zhuǎn)葉式舵機完整供貨簡單，上船之前不需要接任何管系，省卻了往復(fù)式舵機安裝之前對舵機專業(yè)油管的保護、表面及內(nèi)部的清潔處理，也省卻了設(shè)計工時和安裝工時。</p><p>　?。?）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機振動和噪音較小。因噪音主要是液壓油產(chǎn)生的油壓高低及管路長短決定，而此轉(zhuǎn)葉式舵機與往復(fù)式舵機相比，有油管少短的特點，且油壓較低，因此振動和噪音也相應(yīng)較小。</p><

55、;p>　?。?）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機舵桿和轉(zhuǎn)子的連接采用的是液壓聯(lián)接器，實現(xiàn)其無鍵連接使兩者過盈配合。此連接方式安全可靠。安裝和拆卸過程簡單，而且無需使用大型工具。</p><p>　?。?）由于“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機的高度集成化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)舵機構(gòu)內(nèi)部的密封部位較多，一旦有液壓油泄露將不易被發(fā)現(xiàn)，船舶的轉(zhuǎn)舵性能將大大降低，轉(zhuǎn)舵所產(chǎn)生的力減小，轉(zhuǎn)舵時間變長。內(nèi)部泄露也是轉(zhuǎn)葉式舵機產(chǎn)生故障的主要原因之一

56、。</p><p>　?。?）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機旋轉(zhuǎn)舵葉所用的力不會隨著轉(zhuǎn)動角度的增大而增大，基本保持不變。而往復(fù)式舵機，隨著轉(zhuǎn)動角度的增大，舵機旋轉(zhuǎn)所需的力也跟著增大，因此，在轉(zhuǎn)葉式舵機和往復(fù)式舵機在旋轉(zhuǎn)相同角度的情況下，轉(zhuǎn)葉式舵機所損耗的功率較小，效率較高。</p><p>　?。?）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機采用變頻電機，電機和泵處于間斷工作，極大的縮減工作時間。而在常規(guī)舵機液壓系統(tǒng)中，

57、電機和泵一直處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)。相比之下，此舵機的工作壽命更為長久，同時舵機的啟動和停止平穩(wěn)，可實現(xiàn)準(zhǔn)確的邏輯控制。</p><p>　　5“育鯤”輪舵機故障簡析</p><p>　　故障現(xiàn)象一：在船舶起航時，駕駛臺的操作位置是隨動舵，打出一舵角（大舵角和小舵角出現(xiàn)了相同情況），實際舵角與指令舵角一致時變頻電機依然運轉(zhuǎn)，直至舵角達到20°—30°才停止。由于船舶正在港內(nèi)航行情

58、況緊急，轉(zhuǎn)為非隨動舵（應(yīng)急舵）控制船舶方向，隨動舵在非隨動舵使用不久自動恢復(fù)正常，此航次舵機將不會再出現(xiàn)相同問題。此故障出現(xiàn)在“育鯤”輪上出現(xiàn)了三次，此為偶發(fā)故障，沒有經(jīng)過任何修理舵機自動恢復(fù)正常。</p><p>　　故障原因：反饋單元出現(xiàn)短暫的電氣斷路，此時送出的反饋信號無法正常顯示實際舵角。而控制單元是根據(jù)舵角偏差在PID調(diào)節(jié)后決定電機轉(zhuǎn)速，因此電機會一直處于高轉(zhuǎn)速工作狀態(tài)，不會在指令舵角和實際舵角一致時而

59、停止。當(dāng)舵角達到大舵角位置，舵機可能因為反饋單元的舵葉偏轉(zhuǎn)限位保護或者控制單元的工作自檢作用而停止轉(zhuǎn)舵，防止了操舵設(shè)備受損。</p><p>　　故障現(xiàn)象二：當(dāng)舵機進行隨動舵模式和自動舵模式相互轉(zhuǎn)換時，兩模式無法正常及時發(fā)生轉(zhuǎn)換。而隨動舵或自動舵向非隨動舵（應(yīng)急舵）轉(zhuǎn)換可以正常的實現(xiàn)。</p><p>　　故障原因：操舵失誤。根據(jù)說明書要求，當(dāng)隨動舵模式和自動舵模式相互轉(zhuǎn)換時，操舵指令舵角

60、必須和反饋舵角顯示處于一致，否則無法進行轉(zhuǎn)換操作。由于非隨動舵具有優(yōu)先權(quán)利，操舵指令直接傳送給泵卡，所以當(dāng)其他操舵模式轉(zhuǎn)換為非隨動模式可正常實現(xiàn)。正確操作：當(dāng)隨動舵和自動舵實行轉(zhuǎn)換時，首先將轉(zhuǎn)舵手柄調(diào)制此時的舵葉角度位置，實行轉(zhuǎn)換；或者在舵角顯示為0°時進行模式轉(zhuǎn)換。</p><p>　　6“育鯤”輪舵機的維護保養(yǎng)</p><p><b>　　6.1液壓油的選擇<

61、/b></p><p>　　舵機使用的液壓油黏度必須適當(dāng)，不隨溫度變化而有較大變化。液壓油黏度過低導(dǎo)致泄漏量增大，影響舵機的工作性能；黏度過高則油液流動阻力大，降低油泵的容積效率，從而降低舵機靈敏度，增加耗能。</p><p>　　因此舵機的工作性能很大程度上決定與液壓油的選擇。選擇油的類型時應(yīng)充分考慮船舶所航行的區(qū)域范圍和液壓元件的溫度。最好選擇說明書所提供的液壓油品種。</

62、p><p><b>　　6.2換油和除氣</b></p><p>　　換油。系統(tǒng)換油的間隔時間取決于舵機工作小時數(shù)和液壓油質(zhì)量。在下列情況下應(yīng)該更換液壓油：（1）在轉(zhuǎn)子的活塞密封更換時液壓油也應(yīng)該同時更換；（2）系統(tǒng)中的任何液壓元件發(fā)生損壞，液壓油可能會被污染應(yīng)更換。另外，輪機員應(yīng)該每年對舵機液壓油抽樣一次到兩次，并且及時進行檢測。換油方法：將干凈的液壓油倒入油箱或油泵內(nèi)

63、，打開高置油箱通氣閥和截止閥以及油泵上的除氣塞。</p><p>　　除氣。如果系統(tǒng)中處在空氣，油泵在工作時將發(fā)出異常的聲響，轉(zhuǎn)舵速度也會降低，這將對舵機造成一定的損害。另外在檢修或更換液壓油以后沒有除氣的情況下，絕對不允許將舵葉達到最大角度。除氣方式：（1）啟動一臺油泵，旋開左邊除氣塞2-3圈，在機旁用應(yīng)急操舵的方法向右邊短暫打舵，當(dāng)看見持續(xù)的油流停止并扭緊除氣塞。（2）旋開右邊除氣塞2-3圈，向左邊短暫打舵，

64、重復(fù)上面的步驟。</p><p>　　6.3日常管理注意事項</p><p>　?。?）舵機的工作環(huán)境。舵機間應(yīng)該保持清潔、干燥和適合的溫度，以防止機械、電器元件過熱腐蝕、過熱等造成損壞，保證設(shè)備的工作性能，并為管理人員提供有力的工作環(huán)境。冬季注意供熱保溫，夏季和潮濕季節(jié)應(yīng)注意適當(dāng)通風(fēng)。</p><p>　?。?）油箱油位。高置油箱和補油箱的油位應(yīng)保持在油位計的三分

65、之二高度左右。油位增高表明油中混入過多氣泡或油冷卻器漏水，油位降低則表明系統(tǒng)漏油，都應(yīng)及時查明修復(fù)。</p><p>　?。?）設(shè)備和液壓油工作溫度。泵和電機等機電設(shè)備不應(yīng)有過熱現(xiàn)象，否則應(yīng)立即查明原因，予以消除。泵軸承部位的溫度比油溫高10—20℃為正常。最適合的工作油溫是30—50℃，高于50℃時應(yīng)使用油冷卻器。工作油溫一般應(yīng)不超過60℃，超過70℃時一般應(yīng)停止工作，查明原因，加以解決。</p>

66、<p>　?。?）振動與噪聲。舵機應(yīng)運行平穩(wěn)、安靜。如有異常應(yīng)及時查明原因，設(shè)法處理。</p><p>　?。?）電氣設(shè)備。定期檢查電氣設(shè)備的絕緣，檢查和清潔觸頭，檢查和防止各接頭松動，及時更換損壞的按鈕、開關(guān)等元件，保持電氣設(shè)備、儀表、指示燈和照明完好。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　船舶舵機是船舶

67、正常安全航行的重要設(shè)備。本文對“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機的轉(zhuǎn)舵機構(gòu)、液壓系統(tǒng)原理和隨動控制系統(tǒng)有一詳細(xì)的介紹，并歸納了舵機使用過程中出現(xiàn)的故障及相應(yīng)的解決辦法。希望本文能為輪機員以后工作提供參考。感謝“育鯤”輪輪機長李世臣、大管輪仉大志、電機員邸德輝在本文的定題和寫作過程中提供的指導(dǎo)和幫助。</p><p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　[1] 費

68、千.船舶輔機.大連：大連海事大學(xué)出版社， 2008，2 </p><p>　　[2] 黃雪梅.轉(zhuǎn)葉式舵機的特點和價值分析.廣船科技，2001，4</p><p>　　[3] 姜繼海，蘇文海等.直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)及其在船舶舵機上的應(yīng)用.</p><p>　　中國造船，2004，07，07</p><p>　　[4] Inst