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文檔簡介
1、<p><b> 1 引言2</b></p><p> 1.1 液壓舵機發(fā)展概況2</p><p> 1.1.1 國內(nèi)發(fā)展概況2</p><p> 1.1.2國外液壓舵機發(fā)展趨勢2</p><p> 1.2 本課題的研究意義3</p><p> 2 撥叉式液
2、壓舵機總體方案分析4</p><p> 2.1 撥叉式液壓舵機系統(tǒng)組成4</p><p> 2.1.1 撥叉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)組4</p><p> 2.1.2 電控舵機動力柜5</p><p> 2.1.3 膨脹補給油箱5</p><p> 2.1.4 電控舵機操縱臺5</p>
3、<p> 2.2 撥叉式液壓舵機的設計分析5</p><p> 2.2.1 撥叉式液壓舵機主要技術(shù)性能參數(shù)5</p><p> 2.2.2 電動液壓舵機結(jié)構(gòu)、原理5</p><p> 2.2.3 舵機分類11</p><p> 2.2.4 總體方案擬定11</p><p> 3
4、 撥叉式液壓舵機結(jié)構(gòu)設計13</p><p> 3.1 轉(zhuǎn)舵機構(gòu)13</p><p> 3.2 操舵裝置動力設備13</p><p> 3.3 液壓管路閥件與附件13</p><p> 3.4 隨動機構(gòu)14</p><p> 3.5 報警、潤滑及其它14</p><p>
5、;<b> 3.6 材料14</b></p><p><b> 3.7 強度14</b></p><p> 4 撥叉式液壓舵機參數(shù)設計15</p><p> 4.1 受力分析15</p><p> 4.2 柱塞行程和油缸容量17</p><p> 4
6、.3強度計算17</p><p> 5 實驗論證32</p><p> 5.1 主要閥件的作用32</p><p> 5.2 安裝與調(diào)試33</p><p> 5.3管理與維護36</p><p><b> 1 引言</b></p><p> 目
7、前絕大多數(shù)船舶都以舵作為保持或者改變航向的設備,稍大一些的船舶,幾乎部采用液壓舵機。液壓舵機是利用液體的不可壓縮性及流量 、流向的可控性來達到操舵目的。分析其性能為其他船舶液壓舵機系統(tǒng)的仿真及優(yōu)化提供了參考。</p><p> 1.1 液壓舵機發(fā)展概況</p><p> 1.1.1 國內(nèi)發(fā)展概況</p><p> 近年來,我國液壓件行業(yè)堅持技術(shù)進步,加快新
8、產(chǎn)品開發(fā),取得良好成效,涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術(shù)產(chǎn)品。它的發(fā)展決定了機電產(chǎn)品性能的提高。它不僅能最大限度滿足機電產(chǎn)品實現(xiàn)功能多樣化的必要條件,也是完成重大工程項目、重大技術(shù)裝備的基本保證,更是機電產(chǎn)品和重大工程項目和裝備可靠性的保證。所以說液壓傳動產(chǎn)品的發(fā)展是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化,尤其是工業(yè)自動化不可缺少的重要手段[1]。</p><p> 新一代的液壓舵機的性能和可靠性更趨完善,普遍設置了油箱液位報警開關,
9、并設置了兩套液壓系統(tǒng)的人工和自動隔離裝置;閥控型舵機的應用功率范圍在擴大,性能也在改善;半閉式系統(tǒng)有所增加;隨著液壓計數(shù)迅速進步能根據(jù)電氣信號的變化對液壓油流向及壓力、流量進行連續(xù)的按比例的遠程控制的比例迅速發(fā)展,邏輯閥元件在工程船液壓傳動裝置中出現(xiàn),也開始用于零壓舵機[2]。</p><p> 1.1.2國外液壓舵機發(fā)展趨勢</p><p> 八十年代是舵機更新?lián)Q代的十年。引起這種更
10、新的原因主要有二方面。最直接的原因是;1978年裝有22萬噸輕厥油的美國油輪阿莫戈·卡迪茲 號在途經(jīng)法國西北海面對 因舵機失靈而觸礁,造成嚴重污染和重大經(jīng)濟損失。為此,舵機在緊急情況下的可靠性引起 了國際上的普遍關注。經(jīng)煞一段時間醞釀,l981年國際海事會議正式通過了對l974年SOLAS公約的修正案,其中對舵機的要求提出了重要的新條款。</p><p> 修正案明確規(guī)定:1萬總噸及以上的油輪(包括化
11、學品船、液化氣運輸船)的舵機動力執(zhí)行系統(tǒng)應符合“單項 故障原則,即除了舵柄(或舵扇)或舵執(zhí)行器卡住外,任何其它部分發(fā)生單項故障,應能在45秒內(nèi)恢復操舵能力。這就要求舵機有二個獨立的液壓系統(tǒng),或者能各自單獨工作滿足要求,或者平時共同工作,而任一系統(tǒng)液體流失時能自動檢鍘和自動黯離,使另一系統(tǒng)仍能保持工作, 以保持50的扭矩。而1萬總噸以上、十萬載重噸以下的油輪采用單一的舵執(zhí)行器時(倒如一般單缸體的轉(zhuǎn) 葉式 油缸),如設計、材料和密封。試驗檢
12、查等符合嚴格的專門規(guī)定,可不對舵執(zhí)行囂提出單項故障的要求[3]。</p><p> 海工液壓舵機廠推出產(chǎn)品——電液聯(lián)控同步舵機和同異步舵機。同異步舵機專門用于拖船或其他港口作業(yè)船,是一種代替價格昂貴的全回轉(zhuǎn)裝置的新型舵機[4]。</p><p> 1.2 本課題的研究意義</p><p> 液壓舵機是近代船舶工業(yè)的科技進步的體現(xiàn),液壓傳動技術(shù)從七十年代以來一
13、直在迅速發(fā)展,產(chǎn)品的高壓化和集成化不斷取得進展,邏輯閥、比例閥等新型液壓元件開始應用于舵機裝置中。液壓傳動產(chǎn)品的發(fā)展是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化,尤其是工業(yè)自動化不可缺少的重要手段。</p><p> 撥叉式推舵機構(gòu)工作可靠,密封性好,易于加工,便于維護,適應的轉(zhuǎn)舵力矩范圍廣,可從5 至2000 以上,因此得到廣泛使用[5]。</p><p> 2 撥叉式液壓舵機總體方案分析</p&g
14、t;<p> 2.1 撥叉式液壓舵機系統(tǒng)組成</p><p> 撥叉式液壓舵機主要是由一個撥叉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)組,兩個動力柜和一個電控操縱臺(或隨動操舵儀)組成。如圖2.1</p><p> 圖2.1 船舶舵機組成圖</p><p> 2.1.1 撥叉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)組</p><p> 撥叉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)組成撥叉式推舵裝置、手
15、動隔離閥、舵角發(fā)訊器等組成。</p><p> 撥叉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)組有單舵、雙舵和三舵三種型式的傳動系統(tǒng),單舵?zhèn)鲃酉到y(tǒng)只包括推舵裝置本身。雙舵?zhèn)鲃酉到y(tǒng)包括假舵柄、假舵柱連桿及邊舵柄。三舵?zhèn)鲃酉到y(tǒng)包括中邊舵柄和拉桿。轉(zhuǎn)舵機構(gòu)組按推舵裝置上隔離閥的不同,分為A、C型。A型為無隔離閥;C型為手動隔離閥。按船舶設計要求決定選用何種形式。</p><p> 推舵裝置是將液壓能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動舵桿傳動的機械
16、能裝置。本撥叉式推舵裝置是把柱塞在油缸中的往復運動,通過撥叉式舵柄輸出轉(zhuǎn)舵扭矩。柱塞表面鍍鉻,油缸采用V型夾織物橡膠密封圈密封。推舵裝置本身能保證±36.5°的限位角。推舵裝置上設有放氣壓力表閥,并附有機械舵角指示刻度板。本推舵裝置的特點結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠,且扭矩輸出特性好。(即在相同的油壓下,隨著舵角的增加,輸出扭矩也增大)。</p><p> 2.1.2 電控舵機動力柜</p&g
17、t;<p> 動力柜是舵機液壓能的供給和控制裝置。在油箱的上方布置一臺交流電機泵組及一組壓力表。油泵的吸口不設濾器,集成塊和回油濾器均用螺栓直接聯(lián)在油箱一側(cè),溢流閥和液壓系統(tǒng)的回油可直接流回油箱。油箱上設有壓力繼電器,當壓力低于調(diào)定壓力時報警。液位繼電器作低油位報警。此外,油箱上還設有透氣加油裝置、連通管等法蘭接口。動力柜在油箱內(nèi)設有冷卻裝置。</p><p> 本機型動力柜配用的為Y-H系列交
18、流電機。</p><p> 2.1.3 膨脹補給油箱</p><p> 用于改善油泵的吸油,安裝高度應高于油泵的中心線。</p><p> 2.1.4 電控舵機操縱臺</p><p> 舵機操縱臺是在駕駛室控制動力柜實現(xiàn)操舵的控制設備。本操縱臺只能進行簡單方式操舵,操縱臺上布置有操舵手柄,舵角指示器以及電動機泵組啟動、運轉(zhuǎn)指示燈,
19、開關和報警等。操縱臺內(nèi)布置有電器安裝板。</p><p> 2.2 撥叉式液壓舵機的設計分析</p><p> 2.2.1 撥叉式液壓舵機主要技術(shù)性能參數(shù)</p><p> 海洋船舶舵機的技術(shù)參數(shù)是說明其規(guī)格和性能的具體指標。主要技術(shù)參數(shù)有如下:</p><p> 轉(zhuǎn)舵扭矩:160KN.m;</p><p>
20、; 轉(zhuǎn)舵角度:±35°;</p><p> 轉(zhuǎn)舵速度:從一側(cè)35度到另一側(cè)30度不大于28秒 。</p><p> 舵柄半徑:450mm</p><p> 柱塞直徑:175mm</p><p><b> 工作要求:</b></p><p> ?。?)撰寫畢業(yè)設計說明書
21、</p><p> ?。?)撥叉式液壓舵機主要零部件工程圖紙</p><p> ?。?)撥叉式液壓舵機的液壓原理圖及主要液壓元件的清單</p><p> 2.2.2 電動液壓舵機結(jié)構(gòu)、原理</p><p> 液壓操作機裝置乃是利用液體的不可壓縮性及流量、流向和壓力的可控性的操舵機構(gòu)。其主要部分為:油泵、推舵機構(gòu)級控制閥件等。通過控制系統(tǒng)
22、把舵機操縱臺發(fā)出的操舵信號傳遞給舵機,以使其按照駕駛?cè)藛T的意圖及時準確地轉(zhuǎn)舵,并在舵葉轉(zhuǎn)到給定舵角時自動停止。從而保證實際舵角與指令舵角的一致性[6]。</p><p> 電動液壓舵機是目前使用最為廣泛的動力操縱的操舵裝置,通常設置專用的油泵電動機組(或稱動力矩)作為動力源,如圖2.2所示。此時還應配有儲備油箱,用以補充動力矩的油箱。</p><p> 圖2.2帶有油箱的油泵電動機組&
23、lt;/p><p> 電動液壓舵機的推舵機構(gòu)按其動作方式基本上分為兩類,一類為往復式,目前常用的有采用柱塞式油缸的撥叉式推舵機構(gòu)和采用活塞式油缸的擺缸式推舵機構(gòu)。另一類為回轉(zhuǎn)式,可分為轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)和圓弧形撐桿式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)。</p><p> 柱塞式電動液壓舵機按泵的型式可分為變量式和定向泵式。變量泵式的控制系統(tǒng)普遍采用輔助泵驅(qū)動的伺服機構(gòu)(浮動式杠桿追隨機構(gòu))控制主油泵的流向與流量,也有采
24、用力矩馬達控制油泵改變流向和流量,因此又稱為泵控式液壓舵機,一般用于轉(zhuǎn)舵力矩較大,也即所需功率較大的液壓舵機。定向泵式則用換向閥(電磁閥、電液閥、液控閥等)改變油流方向,故而又稱閥控式液壓舵機,適用于中小功率的液壓舵機[7]。</p><p> 柱塞式電動液壓舵機通常采用叉形舵柄(見圖2.3),柱塞在兩個油缸之間滑動,柱塞中間設有柱塞銷即滑塊同叉形舵柄連接,隨著柱塞的移動,滑塊在叉口內(nèi)滑動,帶動叉形舵柄轉(zhuǎn)動。圖
25、 2.4及圖2.5所示為典型的兩油缸撥叉式推舵機構(gòu)。圖2.6所示為四油缸雙柱塞推舵機構(gòu),使舵柄兩側(cè)受力形成力偶,可大大減小舵桿及舵承的磨損,適用于大中型轉(zhuǎn)矩的舵機。</p><p><b> 圖2.3叉形舵柄</b></p><p> 圖2.4撥叉式單舵推舵機構(gòu)</p><p> 圖2.5撥叉式雙舵轉(zhuǎn)舵機構(gòu)</p><
26、p><b> ?。╝)杠桿機構(gòu)控制</b></p><p><b> ?。╞)力矩馬達控制</b></p><p> 圖2.6四油缸雙柱塞撥叉式推舵機構(gòu)</p><p> 擺缸式電動液壓舵機通常設置雙作用活塞式油缸,按照缸體轉(zhuǎn)動軸的位置可分為端鉸式(見圖2.7)和中鉸式(見圖2.8)。</p>&l
27、t;p> ?。╝)單舵 (b)雙舵</p><p> 圖2.7端鉸擺缸式推舵機構(gòu)</p><p> ?。╝)單舵 (b)雙舵</p><p><b> ?。╟)三舵</b></p><p> 圖2.8中鉸擺缸式
28、推舵機構(gòu)</p><p> 擺缸式推舵機構(gòu)的主要優(yōu)點是重要輕,布置靈活,但轉(zhuǎn)矩特性不夠理想,其轉(zhuǎn)舵力矩隨著舵角的增大而減小。工藝上對油缸和活塞桿加工精度及密封要求均較高,而且為適應缸體的擺動必須采用口徑較大的高壓軟管。此外鉸接點的磨損也較大,機構(gòu)工作時會出現(xiàn)撞擊現(xiàn)象。因此擺缸式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)一般用于功率不大的液壓舵機。國產(chǎn)的擺缸式電動液壓舵機規(guī)格為6.3 至160 。</p><p> 撥叉
29、式和擺缸式電動液壓舵機除了采用電控換向閥或變量泵控制外,對于較小轉(zhuǎn)矩的舵機(30 一下)還可采用直控式操舵,也即其油泵用電動機驅(qū)動,油泵及推舵機構(gòu)的進出油管均通到駕駛室同舵機操縱臺的手動換向閥連接,操舵時由操舵臺控制換向閥改變油流方向,從而改變轉(zhuǎn)舵方向。此外,所有撥叉式及擺缸式液壓舵機均可配置應急操舵裝置,通常該裝置設在舵機艙內(nèi)進行操作。</p><p> 轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)按其構(gòu)造上的不同特點可分為端蓋式和翻邊式
30、,端蓋式安裝較方便,如圖2.9所示為端蓋式轉(zhuǎn)葉舵機。圖2.10所示為圓弧形撞桿式轉(zhuǎn)舵機構(gòu),這種轉(zhuǎn)舵機構(gòu)密封性好,適用于高壓軸。</p><p> 圖2.9單舵雙動力矩的端蓋式轉(zhuǎn)葉舵機</p><p> 圖2.10圓弧形撐桿式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)</p><p> 2.2.3 舵機分類</p><p> 舵機按結(jié)構(gòu)特征一般分為如下型式[8]:&l
31、t;/p><p><b> A型——往復柱塞式</b></p><p><b> B型——往復活塞式</b></p><p><b> C型——轉(zhuǎn)葉式</b></p><p><b> D型——回轉(zhuǎn)柱塞缸</b></p><p>
32、;<b> E型——回轉(zhuǎn)活塞缸</b></p><p> ?。╝)往復柱塞式 (b)往復活塞式</p><p> (c)轉(zhuǎn)葉式 (d)回轉(zhuǎn)柱塞式</p><p><b> (e)回轉(zhuǎn)活塞式<
33、;/b></p><p><b> 圖2.11舵機型式</b></p><p> 2.2.4 總體方案擬定</p><p><b> ?。?)輔操舵裝置</b></p><p> 在主操舵裝置失效時,為駕駛船舶所必需的設備。</p><p> ?。?)操舵裝置動
34、力設備</p><p> 由泵和驅(qū)動泵的原動力機及輔助的電氣設備組成。</p><p><b> ?。?)動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)</b></p><p> 由一個或幾個動力設備、輔助管路、附件及轉(zhuǎn)舵機構(gòu)所組成,用以提供動力轉(zhuǎn)動舵桿的液壓設備。</p><p><b> (4)轉(zhuǎn)舵機構(gòu)</b></p
35、><p> 將液力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械動作,用以轉(zhuǎn)動舵的機構(gòu)。</p><p> ?。?)操舵裝置控制系統(tǒng)</p><p> 用以將舵令由駕駛室傳至動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)之間的一系列設備的總稱。</p><p><b> ?。?)最大工作壓力</b></p><p> 按規(guī)定的轉(zhuǎn)舵扭矩操舵時,動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)可能出現(xiàn)的
36、最大壓力。</p><p><b> (7)設計壓力</b></p><p> 用作強度計算的壓力取最大工作壓力的1.25倍的安全閥的調(diào)整壓力的兩者較大值。</p><p> ?。?)安全閥整定壓力</p><p> 在設計壓力允許范圍內(nèi),安全閥通過最大工作流量時的壓力。</p><p>
37、 3 撥叉式液壓舵機結(jié)構(gòu)設計</p><p><b> 3.1 轉(zhuǎn)舵機構(gòu)</b></p><p> 轉(zhuǎn)舵機構(gòu)應滿足一下要求:</p><p> ?。?)應采用可靠的密封裝置而且便于裝拆,密封件的型式和材料應符合有關標準的規(guī)定,密封裝置的設置應符合ZC規(guī)范要求。</p><p> ?。?)可以在液壓缸內(nèi)部也可在外部
38、設置擋環(huán)以限制轉(zhuǎn)舵角度不超過±36.5,當采用外部擋塊限位時,液壓缸內(nèi)部的空隙應不小于10mm。</p><p> ?。?)應能在舵桿上、下竄動5mm的情況下正常工作。</p><p> (4)應設有機械舵角指示器,指示器面板的分度值應不大于1°,每5°應由數(shù)字表示,滿舵刻線及數(shù)字應涂紅色。</p><p> ?。?)應有放氣、放液的
39、設施。</p><p> 3.2 操舵裝置動力設備</p><p> (1)每臺動力設備可單獨工作也可同時工作。在任何情況下都應能迅速方便地進行轉(zhuǎn)換。當兩臺動力設備同時工作時,并不要求轉(zhuǎn)舵速度較原來快一倍[9]。 </p><p> (2)泵控型舵機的泵處在零排量工況時,泵殼溫度不得超過液壓泵說明書規(guī)定的允許值,液壓泵變量機構(gòu)的零位漂移,應控制在舵機正常工作范
40、圍內(nèi)。</p><p> (3)泵控型舵機應有補液設施,當采用補液泵補液時,補液泵流量應不低于主泵額定流量的20%,補液泵可以與主泵同一電動機驅(qū)動。也可用電動機單獨驅(qū)動。單獨驅(qū)動時,電控設備應設聯(lián)鎖,在補液泵未啟動前不能啟動主泵。</p><p> (4)當液壓泵為電動機驅(qū)動時,電動機允許適當過載,當安全閥開啟時,電動機的過電流或過力矩不超過電動機技術(shù)條件的規(guī)定,其他性能應滿足GB 7
41、060的要求。</p><p> (5)旋轉(zhuǎn)部分應由防護罩。</p><p> 3.3 液壓管路閥件與附件</p><p> (1)高壓管路推薦采用凹凸槽內(nèi)放O型密封圈或其他金屬密封圈的法蘭連接。除與液壓件配用的管接頭,一般不得采用錐形管接頭。</p><p> (2)隔離閥一般應裝在油缸與管路的連接處,而且固定在油缸上。</p
42、><p> (3)液壓系統(tǒng)中可以被隔離的部分應設置安全閥,設計或訊用安全閥時,安全閥開啟壓力應不小于1.25倍最大壓力。當安全閥通過主泵最大工作流量110%的流浪時,其壓力不得超過安全閥整定值的10%。</p><p> (4)舵機應設儲備油箱其容量至少可對一個動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)再充液一次。</p><p> (5)管路布置應避免空氣積存,并有放氣設施。</p&g
43、t;<p> (6)系統(tǒng)若采用軟管時,軟管組件應符合ZC規(guī)范的規(guī)定。</p><p><b> 3.4 隨動機構(gòu)</b></p><p> (1)當舵機采用機械反饋型的隨動機構(gòu)時隨動機構(gòu)應有足夠的強度和剛度,在操舵或風浪沖擊時不應損壞或降低操舵性能。</p><p> (2)隨動機構(gòu)應有機旁控制裝置,機旁控制裝置應設有機械
44、舵角指示器。機旁控制裝置應與操舵控制系統(tǒng)聯(lián)鎖。</p><p> (3)隨動機構(gòu)上應有舵角限位器</p><p> 3.5 報警、潤滑及其它</p><p> (1)除電氣規(guī)定的報警外,根據(jù)需要舵機應設低液位報警。濾器阻塞報警,單舵機僅僅提供報警信號的發(fā)訊裝置。低液位報警時的油位必須保證舵機還能正常工作。</p><p> (2)緊固
45、件、接頭、調(diào)整件應有相應的防松措施。</p><p> (3)運動部位應有充分的潤滑或采用自潤滑軸承。</p><p><b> 3.6 材料</b></p><p> (1)舵機所采用的材料應符合ZC規(guī)范及現(xiàn)行標準的規(guī)定。</p><p> (2)材料一般不采用灰鑄鐵,但高強度灰鑄鐵制成的低應力零件液壓元件外殼
46、長期使用證明可靠,并得到ZC認證后可以繼續(xù)采用。</p><p> (3)延伸率大于12%,抗拉強度不大于650N/mm2的球墨鑄鐵可用于制造舵機的任何零件。</p><p><b> 3.7 強度</b></p><p> 液壓缸和舵柄及其它受力件應按ZC規(guī)范的規(guī)定以設計壓力作為計算負載進行校核。</p><p>
47、; 4 撥叉式液壓舵機參數(shù)設計</p><p> ——強度極限 </p><p> ——屈服極限 </p><p><b> ——彎曲屈服極限</b></p><p> ——拉伸應
48、力 </p><p> ——擠壓應力 </p><p><b> ——彎曲應力</b></p><p><b> ——壓縮應力</b></p><p><
49、b> ——接觸應力</b></p><p> 本文設計計算滿足“鋼制海船入級規(guī)范[10]”要求,在沒“鋼制海船入級規(guī)范”的情況下滿足“內(nèi)河船舶入級與建造規(guī)范[11]”要求。</p><p> 表4.1各條件下彎曲系數(shù)表</p><p> 摘自“機械制造業(yè)中黑色金屬許用應力計算”。</p><p> 最大扭矩M N&
50、#183;m 160000 NM</p><p> 舵柄半徑R 0.45 m</p><p> 柱塞直徑D 0.175 m</p><p><b> 4.1 受力分析</b></p><p> 油缸最大工作壓力差ΔP(按轉(zhuǎn)舵角為35°計之)</p><p>
51、;<b> 圖4.1壓差示意圖</b></p><p> ΔP= MPa=12.4MPa 式(4-1)</p><p><b> α——轉(zhuǎn)角35°</b></p><p> ——機械效率0.8</p><p> 油缸進口最大工作壓
52、力: (取液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力)</p><p> =ΔP+ =12.4+1.5=13.9MPa(取14MPa)</p><p> =系統(tǒng)壓力損失1~2MPa</p><p> 推舵油缸設計壓力: (公稱壓力)</p><p> =1.25 =14×1.25=17.5MPa</p><p>&l
53、t;b> 柱塞設計推力:P</b></p><p> P=1.25( ) × × =420924.3N</p><p> 舵柄滾輪間設計作用力</p><p> T= ≈ =364067.5N 式(4-2) </p><p
54、><b> ΔP= ·ΔP</b></p><p> 圖4.2舵柄滾輪間作用力分析圖</p><p><b> 柱塞設計推力:N</b></p><p> N=ΔP· =T =208820.5N 式(4-3)</p><p>
55、 以α=35°時計算。</p><p> a=71 ——連桿剖面積(前面求得)</p><p> 0.12 =47<a</p><p><b> 式(4-23)</b></p><p> L=480cm——連桿長度</p><p> ——剖面慣性矩(前面求得)</
56、p><p><b> =598.6 < </b></p><p><b> 邊舵柄銷軸</b></p><p> 材料40Cr =550MPa</p><p> =1.2×0.4 =264MPa</p><p> 受力分析:銷軸在P1(P2)的拉(壓)
57、力 承受彎曲和剪力,按第四強度理論考慮</p><p> 圖4.11邊舵柄銷軸彎矩圖</p><p> 已知: =244154.9N(前面求得)</p><p> 支反力: =122077.5N</p><p> 彎矩:M=RA· =10986.975 </p><p><b> =0.0
58、90m</b></p><p><b> =60.29× </b></p><p> =0.085m——銷軸直徑</p><p> 彎曲應力σ=M/W=182.26MPa</p><p> 剪切: =21.52MPa</p><p> =186.03< MPa
59、</p><p><b> 銷軸襯套</b></p><p><b> 材料ZQA19-4</b></p><p><b> =40MPa</b></p><p><b> 比壓: </b></p><p> d=0.08
60、5m——銷軸直徑</p><p> l=0.049×2m——襯套工作長度</p><p> =244154.9N——前面求得</p><p><b> 5 實驗論證</b></p><p> 5.1 主要閥件的作用</p><p><b> ?。?)舵機專用閥組&l
61、t;/b></p><p> 該閥組包括主閥和雙聯(lián)安全閥。</p><p> 主閥有鎖舵和改善負扭矩工況的作用。當操縱操舵手柄后,主閥芯移動,舵機專用閥處處于工作位置。高壓油通過主閥芯的單向閥進入液動(或手動)隔離閥和推舵油缸其回油是通過主閥芯與閥體組成的環(huán)形通道流出主閥的。由于主閥芯移動的位置受彈簧力和進油壓力的控制,故當進油壓力過低時主閥芯的移動位置不能到達極位,而是隨進油壓
62、力的大小處于某一浮動位置上。由于浮動位置不同,所形成的回油環(huán)形通孔的大小也不同,即產(chǎn)生一個可變的節(jié)流口,限制和阻止回油速度。當舵葉在水動力矩作用下,推舵裝置的柱塞移動速度超過油泵供油速度時,主閥進油壓力很低,甚至產(chǎn)生負壓,此時在彈簧力的作用下主閥芯向復位方向移動將回油口關小,從而限制了水動力矩作用下推舵裝置中柱塞的移動速度。當水動力矩變化時主閥芯會自動調(diào)整節(jié)流口,這樣即使舵葉在水動力作用下,也不會出現(xiàn)快速移動和爬行現(xiàn)象。</p&g
63、t;<p> 雙聯(lián)安全閥為兩組彈簧閥芯,可獨立地調(diào)節(jié)推舵裝置兩側(cè)的壓力,起到保護舵和推舵裝置及管路的作用。</p><p><b> ?。?)手動隔離閥</b></p><p> 手動隔離閥是靠手操縱的一個二位三通閥。每套舵機系統(tǒng)中有兩個手動隔離閥各貼在兩個推舵油缸上。它是將兩套交流電機動力矩隔開,從而提高工作的獨立性和可靠性[12]。</p&
64、gt;<p> 背壓溢流閥是用來保證電液換向閥所必須的最低控制壓力。</p><p> 回油濾器用作液壓油回油過濾,以保證系統(tǒng)工作油的清潔度。當濾器背壓過高時,駕駛室操縱臺會發(fā)出報警信號。</p><p> 兩臺動力柜之間用連通管連接,以保證油位高度基本一致。</p><p> 每臺動力柜都配有壓力控制器,當背壓低于調(diào)定的電液換向閥動作所需壓力
65、時,駕駛室操縱臺就會發(fā)出報警信號。</p><p> 每臺動力柜都配有液壓繼電器,當液位低于調(diào)定油位時,駕駛室操縱臺就會發(fā)出報警信號。</p><p> 兩臺交流電機動力柜互為備用,交替使用[13]。</p><p> 5.2 安裝與調(diào)試</p><p><b> 1)車間安裝與調(diào)試</b></p>
66、<p><b> A 動力柜:</b></p><p> (1) 在進行管路和閥件安裝之前,一定要仔細檢查油箱的各個焊縫,徹底清除各部分焊渣和雜質(zhì),油箱與管路一定要酸洗,在集成塊、濾器等與油箱的貼合面上一定要保證良好的密封。</p><p> ?。?) 閥件油路板集成塊在組裝前液壓閥件應用煤油洗干凈,并浸入液壓油進行裝配,油路板各孔應該用壓縮空氣將
67、其鐵末污物吹盡,并用煤油仔細清洗。</p><p> (3) 動力柜上所用的液位繼電器已經(jīng)過調(diào)整,液位繼電器的調(diào)整應保證當油面高度為1/2最高油位時能發(fā)出報警。</p><p> (4) 本舵機系統(tǒng)的液壓油應采用舵機壓油(YC-8,SY1182-65S),也可以用20°機械油代之,加油時應經(jīng)過200目/吋以上濾器。在系統(tǒng)充滿工作油后,動力柜工作油面應維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。<
68、;/p><p> ?。?) 在啟動電動機泵組之前,應先拆開泵的泄油口向泵內(nèi)灌滿清潔的工作油。另外,用手盤動一下電動機與油泵之間的聯(lián)軸器,檢查兩聯(lián)軸節(jié)之間是否有正常的間隙和良好的同軸度。</p><p> ?。?) 在啟動電動機時應注意保證電動機的轉(zhuǎn)向與泵要求的轉(zhuǎn)向一致。</p><p> ?。?) 鎖緊安全閥,將溢流閥調(diào)節(jié)在26.4MPa,將油泵的排量按匹配的電機功率適
69、當調(diào)小,進行5分鐘耐壓試驗,要求無外泄漏,系統(tǒng)工作正常。</p><p> ?。?) 將泵的流量按轉(zhuǎn)舵時間進行調(diào)節(jié),然后調(diào)節(jié)背壓溢流閥的壓力為0.5~0.8MPa,高壓溢流閥的壓力為17.5MPa,安全閥壓力為17.5MPa,并檢查閥件的調(diào)壓性能,連續(xù)操縱電液換向閥(調(diào)節(jié)阻尼器,使換向沖擊最?。^察工作可靠性,檢查泵的調(diào)節(jié)排量性能。</p><p> B 操縱臺:(需單獨訂貨)<
70、;/p><p> 操縱臺應按CB/T3130-1998有關規(guī)定進行試驗或檢查。以保證各種聲光信號,舵角指示器,電氣開關等工作正常。并檢查面板布置型式是否符合機型。在條件的地方,最好能將操縱臺與轉(zhuǎn)舵機構(gòu)組及動力柜按CB/T313-1998的規(guī)定進行整機成套試驗。如有困難,成套整機試驗允許上船進行[14]。</p><p> 2)、上船安裝與調(diào)試</p><p><
71、;b> A 安裝</b></p><p> 由于產(chǎn)品出廠后要經(jīng)過包裝,運輸和倉庫保管等環(huán)節(jié),因此上船安裝之前必須對部件,各聯(lián)接處尤其是密封件進行檢查,必要時應將液壓元件解體檢查清洗,以保證各部件本身的可靠性。</p><p><b> 轉(zhuǎn)舵機構(gòu)組的安裝</b></p><p> 轉(zhuǎn)舵機構(gòu)組的安裝主要是推舵裝置(包括邊
72、舵柄拉桿等)的安裝。</p><p> (1) 兩個缸柱塞之中心線至舵桿中心線垂直距離與舵柄半徑的公稱尺寸不大于2mm。</p><p> ?。?) 舵葉為零時,舵柄中心線應與兩個油缸中心線垂直,且柱塞左、右行程相等,并保證限位角為36.5°(誤差不大于±0.5°)。</p><p> ?。?) 安裝時推舵裝置兩個油缸應有良好的同心度
73、,以保證柱塞在整個行程中無卡住現(xiàn)象。</p><p> ?。?) 柱塞中心線與舵葉中心線垂直,當舵柄舵角為零時,上、下滾輪圓周表面與舵柄叉口開檔平面的同向間隙差不得大于0.05mm。</p><p> (5) 推舵裝置油缸的安裝高度應保證舵柄與柱塞上撥叉間隙略大于舵柄與柱塞下?lián)懿骈g隙(主要為補償舵桿軸承磨損而使舵桿可能下墜)。</p><p> (6) 推舵裝置
74、按正確位置定位后,應與底座一起絞制螺栓孔,并擰緊全部螺栓。</p><p> ?。?) 雙舵、三舵的連桿,邊舵柄的安裝應保證機構(gòu)轉(zhuǎn)動靈活,無卡住現(xiàn)象。</p><p> ?。?) 安裝舵角發(fā)訊裝置和電行程開關。</p><p><b> B 動力柜</b></p><p> ?。?) 動力柜的布置應考慮日常管理,維修
75、拆裝的方便。最好一面靠壁,三面敞開。動力柜的船體底高度不低于100mm。以保證回油濾器的拆裝方便。動力柜與船體底座應用螺栓牢固聯(lián)接。動力柜設置高度必須相等,并用聯(lián)通管連接,連接管應向下布設,以保證動力柜油液的溝通。</p><p> ?。?) 在動力柜的上部設有透氣加油裝置,當拿掉透氣裝置時,便可通過濾網(wǎng)對油箱進行加油,為動力柜提供的冷卻水量應足夠。</p><p> ?。?) 動力柜上應
76、接出如下報警點:</p><p> ?、僖何焕^電器(UQK-02)的低油位報警。</p><p> ?、趬毫刂破鳎╕WK-50-C)的油壓失壓報警。</p><p> ?、蹫V油器(XU-A100-30BS)的堵塞報警。</p><p> C 膨脹補給油箱:為了改善液壓泵的吸入,膨脹補給油箱盡可能置于高處,最低位于液壓泵吸口之上。<
77、/p><p><b> D 管系的安裝:</b></p><p> 管路的安裝按原理圖。所有上船安裝的液壓管路都必須酸洗,以保證油的清潔。并按規(guī)定在船上對管路進行耐壓試驗(P試=1.56P,即P試為1.25倍設計壓力)。</p><p> 管路安裝力求整齊,盡可能短,管子的聯(lián)接應采用高壓法蘭。必要處可采用焊接式管接頭。</p>
78、<p><b> E 操縱臺</b></p><p> 檢查操縱臺面板是否與本舵機機型相一致,操縱臺應按照規(guī)定的電氣外接線圖安裝。并注意操舵手柄與操舵方向的一致性。操縱臺本體應與底座牢固地聯(lián)接。</p><p> 采用隨動操舵儀時,按其說明書要求進行安裝。</p><p><b> F 調(diào)試</b>
79、</p><p> 1)檢查管路聯(lián)接的正確性和各種儀表安裝的完整性和正確性。</p><p> 2)參照“動力柜車間安裝與調(diào)試”的步驟,在舵機房用簡易操舵盒進行操舵調(diào)試,將推舵裝置置于左(右)極限角位置將一個動力柜的泵流量調(diào)至約30S的轉(zhuǎn)舵時間,調(diào)節(jié)舵機專用閥上的安全閥位22.0MPa(此時溢流閥暫時將壓力調(diào)至大于22.0MPa),保壓5分鐘,檢查管路有無泄漏,限位舵角是否正確,仔細檢
80、查有無不正常情況,然后將溢流閥調(diào)至P溢(MPa),另一套動力柜重復上述調(diào)試,并注意液動隔離閥(當安裝時)是否換向正確。</p><p> 3)檢查駕駛室操舵臺(儀)的操縱手柄(輪)轉(zhuǎn)向與船舶回轉(zhuǎn)方向的一致性。</p><p> 4)將泵的流量按轉(zhuǎn)舵時間≤20秒進行調(diào)節(jié)。(見表一)</p><p> 5)在電液閥不動作時,調(diào)節(jié)背壓溢流閥,使該閥前壓力約0.5~0
81、.8MPa(壓力調(diào)節(jié)原則是在保證電液閥能可靠工作的前提下適當?shù)氐停?lt;/p><p> 6)調(diào)節(jié)舵角、發(fā)訊器,使之與推舵裝置上舵角指示器誤差不大于1°(舵角為零時應無誤差)。</p><p> 7)調(diào)節(jié)電行程開關,使舵機電限位角為35.5°~36°。</p><p> 8)駕駛室操縱臺(或操舵儀)應進行操舵試驗,每套動力柜進行不少
82、于30min滿舵角操舵試驗,觀察和測量以下項目:</p><p> ?。?)測量轉(zhuǎn)舵時間、油壓、油溫、觀察沖舵和滯舵現(xiàn)象。</p><p> ?。?)舵角指示器工作的可靠性。</p><p> ?。?)操縱臺上各種儀表指示燈開關、報警裝置、轉(zhuǎn)換或聯(lián)鎖裝置的可靠性(在失電時,動力柜油位過低,背壓閥壓力低于調(diào)定值及濾器進出口壓差大于0.35MPa時均應及時報警)。<
83、;/p><p> ?。?)測量電動機啟動電流、電壓、轉(zhuǎn)速、溫升、測量控制系統(tǒng)及饋電線熱態(tài)絕緣電阻,其值不小于1MΩ。</p><p><b> 5.3管理與維護</b></p><p> 1) 舵機采用舵機液壓油(YC-8,SY1182-65S)(也可用20#機械油代之)。新舵機視油液的干凈度半年或一年更換新油。以后視油污染和變質(zhì)程度1-3年
84、更換一次新油。加油應經(jīng)過200目以上的濾網(wǎng),加入的油不得含有水分。</p><p> 2) 船舶每次開航之前,應檢查動力柜油位高度和聯(lián)接件可靠性,并進行15分鐘試運轉(zhuǎn)。如有異常情況(泄油、失壓振動和舵角指示器、聲光信號、開關轉(zhuǎn)換等失靈)應及時消除。</p><p> 3) 船舶在航運中,每個工班應去舵機房檢查一次動力柜油位高度,電動機油泵閥組工作是否正常,系統(tǒng)有無泄漏和不正常振動等。當
85、背壓閥低于規(guī)定值0.5~0.8(MPa)時應予及時調(diào)節(jié)。</p><p> 4) 兩套交流電機泵組動力柜應經(jīng)常輪流使用。</p><p> 5) 定期檢查轉(zhuǎn)舵時間及溢流閥、安全閥的調(diào)壓值,定期清洗濾器,定期給推舵裝置及傳動機構(gòu)的油杯加注潤滑脂。定期檢查各受力件、運動件聯(lián)接的可靠性。</p><p> 6) 若船舶長期停航,應對舵機系統(tǒng)進行全面檢查。在清洗、試運
86、轉(zhuǎn)后方可是是使用[15]。</p><p><b> 結(jié)論</b></p><p> 撥叉式液壓舵機作為一種操舵裝置,具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積較小、安裝檢修方便、密封性能可靠等優(yōu)點,是所有船舶首選的舵機。本設計詳盡的闡釋了撥叉式液壓舵機的結(jié)構(gòu)、原理及設計理念。</p><p> 本文的主要工作和結(jié)論如下:</p><p&
87、gt; ?。?)查閱了許多船舶舵機相關的資料,了解了撥叉式液壓舵機的工作原理。</p><p> ?。?)根據(jù)操舵裝置的基本理論對其進行了設計,并根據(jù)技術(shù)要求確定了撥叉式液壓舵機的總體方案。</p><p> ?。?)運用繪圖軟件詳細的表達了撥叉式液壓舵機的機械結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)。</p><p> ?。?)最后對整體的設計進行了實驗論證。</p><
88、;p><b> 致謝</b></p><p> 在此,我首先要感謝我的畢業(yè)設計指導老師潘凱老師以及王力老師,兩位老師都是學識淵博的人,為人嚴肅但又不失和藹可親,老師的敬業(yè)精神和寬厚的人品都讓我受益匪淺,感謝老師在這一個學期來持續(xù)不斷的諄諄教誨,對我們的嚴格要求保證了我們的進度能按時完成,從而能夠順利完成畢業(yè)設計。還要感謝大學四年里所有教過我的老師以及這次在畢業(yè)設計中幫助過我的實驗室
89、老師、資料室老師等。</p><p> 另外,還要感謝組里其他同學,每當我有問題,他們一定會及時的給予我?guī)椭?。感謝他們與我的通力合作,其中的歡樂與汗水我們一起體會,在即將畢業(yè)的最后時刻仍能感受到團體合作的愉快。</p><p> 最后,感謝各位評審老師在百忙之中審閱我的畢業(yè)設計論文,并提出許多寶貴的意見,感謝你們的指導!</p><p><b> 參
90、考文獻</b></p><p> [1] 2009-2013年中國液壓舵機行業(yè)市場發(fā)展趨勢與投資預測分析報告[R]. 2009-2013年中國液壓舵機行業(yè)市場發(fā)展趨勢與投資預測分析報告130419.北京.2009.</p><p> [2] 環(huán)球資訊.中國液壓舵機行業(yè)發(fā)展概述[N].2009.</p><p> [3] 費千. 國外液壓舵機發(fā)展近況
91、述評[J].維普資訊,1990.</p><p> [4] 海工.船舶工程[J],2005,27(5).</p><p> [5] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設計實用手冊[S].</p><p> [6] 董浩然,林少芬,蔡應強,劉少輝. 撥叉式船舶液壓舵機系統(tǒng)的仿真研究[J]. 機床與液壓,2009,37(11).</p><p>
92、[7] 鄧向宏. 對船舶小型液壓舵機的探討[J].珠江水運,2002,(3):36.</p><p> [8] 中華人民共和國船舶行業(yè)標準[S].</p><p> [9] 宋汝濤.舵裝置的管理[J].航海技術(shù),2001,(5):47.</p><p> [10] 鋼制海船入級規(guī)范[S].</p><p> [11] 內(nèi)河船舶入級與建
93、造規(guī)范[S].</p><p> [12] 王建華,蘇恩軍.船用液壓舵機的調(diào)試[J].大連船研,1999,(4).</p><p> [13] 崔若松. 雙舵電液同步液壓舵機系列[J].機電設備,1990,(2):9.</p><p> [14] 張?zhí)K平. 淺析電動液壓舵機電氣部分維護管理[J].珠江水運,1997,(7).</p><p&
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