電氣工程與自動化畢業(yè)論文船舶舵機控制系統(tǒng)改進設(shè)計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計</p><p>　　船舶舵機控制系統(tǒng)改進設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程與自動化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </

2、p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著我國科技水平的發(fā)展，自動化程度的不斷提高，各個領(lǐng)域中普遍應(yīng)用著很多不同類型的控制系統(tǒng)。船舶舵機控

3、制系統(tǒng)也不例外，船舶在水中依照交通的意圖,使駕駛改變方向或維護指定航向，都是要靠改變安裝好的船舶后方的舵機位置來實現(xiàn)。舵機控制系統(tǒng)的在船舶的導(dǎo)航顯示出無比強大的作用于功效。這表明了船舶舵機控制系統(tǒng)是一種重要控制系統(tǒng)，直接影響了船舶導(dǎo)航機動性、經(jīng)濟性和安全性等性能。</p><p>　　舵驅(qū)動可以接受指令，依照要改變的舵機的位置，靠電力驅(qū)動舵機帶動舵葉改變方向來實現(xiàn)，而控制系統(tǒng)對舵機方向控制的失敗是容易出現(xiàn)的，系統(tǒng)

4、的設(shè)計直接影響到船舶舵機控制系統(tǒng)操作的船舶能否提供較高的互操作性和安全性。</p><p>　　本次論文首先介紹了舵機轉(zhuǎn)向設(shè)備的組成和工作原理，再以液壓舵機為例，簡要介紹兩個液壓舵機的電液舵機控制系統(tǒng)。最終設(shè)計了一個船舶舵機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了一個安全可靠，操作簡便，易于管理維護的船舶舵機控制系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞:船舶舵機；液壓舵機；控制系統(tǒng)；電液伺服</p>&l

5、t;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With China's science and technology level of development, automation degree unceasing enhancement, each field of a widely used in many different types of con

6、trol system. Shipping steering gear control system is not exceptional also, ship in the water, in accordance with the intention of driving traffic change direction or maintenance designated heading is to rely on change i

7、nstalled in the rear of the ship to realize steering gear position. Steering gear control system of the ship navigation sho</p><p>　　Rudder driver can accept instructions, according to want to change the pos

8、ition of the steering gear, driven by electric drive steering gear change direction rudder blade, and control system to realize the direction of steering gear control failure is easy to appear, the design of the system d

9、irectly affect the ship steering gear control system can provide higher operating ship interoperability and safety!</p><p>　　This paper first introduces the steering gear steering equipment composition and w

10、orking principle, again with hydraulic steering gear as an example, this paper briefly introduces two hydraulic steering gear electro-hydraulic servo control system. The final design a ship steering gear control system,

11、realize a safe and reliable, simple operation, easy to manage maintenance vessel steering gear control system.</p><p>　　Keywords: Shipping steering gear; Hydraulic steering gear; Control system; Electro-hydr

12、aulic servo</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1船舶舵機控制系統(tǒng)的分類應(yīng)用1</p><p>　　1.2船舶液壓舵機控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　第2章 舵機的組

13、成和工作原理3</p><p>　　2.1 舵機設(shè)備的組成3</p><p>　　2.2 舵機電力推動方式4</p><p>　　2.3 舵機操控系統(tǒng)對電控制設(shè)備要求6</p><p>　　2.4 操舵方式6</p><p>　　第3章 液壓舵機的組成和工作原理11</p><p>

14、　　3.1 液壓舵機概述11</p><p>　　3.1.1 液壓舵機的特點11</p><p>　　3.1.2液壓舵機的種類11</p><p>　　3.2 泵控型液壓舵機12</p><p>　　3.3閥控型液壓舵機14</p><p>　　第4章 液壓舵機控制系統(tǒng)17</p><p

15、>　　4.1 伺服油缸式舵機控制系統(tǒng)17</p><p>　　4.2 直流伺服電機式舵機控制系統(tǒng)18</p><p>　　第5章 船舶舵機控制系統(tǒng)設(shè)計20</p><p>　　5.1舵機操舵電源的設(shè)計20</p><p>　　5.2舵機控制系統(tǒng)設(shè)計21</p><p><b>　　小 結(jié)

16、23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p>　　參 考 文 獻25</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1船舶舵機控制系統(tǒng)的分類應(yīng)用</p><p>　　在船舶前進時，當(dāng)舵葉處于船

17、舶首尾線上時，水流方向與舵面一致，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩。船舶保持直線航行時，當(dāng)舵葉離開首尾線，向某一舷偏轉(zhuǎn)一個角度時，因舵葉兩面水流流速不同，兩面壓力不平衡，會產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)船力矩，使船轉(zhuǎn)向，左舵船就向左偏，反之亦然。</p><p>　　船舶舵機按拖動方式目前主要分為電動機械傳動舵和電動液壓傳動舵機兩類。電動機械舵機系統(tǒng)的換向和調(diào)速是在電動機方面進行的，因此對電動機及其控制系統(tǒng)有一定的要求。另一類為電動液壓舵機的換向和調(diào)

18、速是在油泵或油路中進行的，對于拖動油泵的電動機沒有特殊要求，在交流船舶上一般采用鼠籠式異步電動機，在整個航行期間，油泵始終是以定速、定向運轉(zhuǎn)的。</p><p>　　國產(chǎn)中小型船舶交流電動舵機一直采用繼電一接觸器控制方式, 它是運用時間繼電器、中間繼電器和主接觸器來實現(xiàn)電動舵機正反轉(zhuǎn)的, 其中制動則采用能耗制動加機械制動的方式。在船舶航行時, 舵機的動作十分頻繁。如此頻繁的起動和反轉(zhuǎn), 使接觸器觸頭的燒損和機械剎

19、車的磨損都很嚴(yán)重, 從而引起制動失控, 威脅船舶營運的安全。一些船廠曾探索過電子電路的控制裝置, 但由于電子計時電路的可靠性和穩(wěn)定性都很低, 因此, 在制動時余舵甚至舵機振蕩時有發(fā)生。對這類陳舊的控制方式和制動方式的改革已刻不容緩。</p><p>　　1.2船舶液壓舵機控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)代電力電子器件及微機技術(shù)的發(fā)展，為電動舵機控制系統(tǒng)的改進提供了多種可能性。我們

20、率先為上海海運集團總公司油輪公司探索了用雙向晶閘管直接驅(qū)動電動舵機的方法，并由控制器對舵機實現(xiàn)反接制動控制及保護。</p><p>　　而液壓舵機是近代船舶工業(yè)的科技進步的體現(xiàn)，我們可以從八十年代開始追溯舵機以及液壓舵機更新?lián)Q代的十年發(fā)展過程。　　液壓傳動技術(shù)從七十年代以來一直在迅速發(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(yīng)用于舵機和其它船用液壓裝置中，另外，舵機電氣控制系統(tǒng)的技

21、術(shù)也更趨成熟，不僅淘汰了液壓控制系統(tǒng)，而且使傳統(tǒng)的浮動桿機械追隨機構(gòu)也顯得陳舊。</p><p>　　舵機液壓控制系統(tǒng)主要采用兩種基本控制方式, 即泵控型和閥控型, 以及由此派生的液壓復(fù)合控制, 即閥泵串聯(lián)控制、閥泵并聯(lián)控制、電液復(fù)合控制等。這幾種系統(tǒng)固有的靜、動態(tài)特性, 在系統(tǒng)精度、響應(yīng)速度、動態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)效率、總體布置、系統(tǒng)復(fù)雜程度等方面, 有著較大的局限性和差異性。</p><p>　

22、　新一代的液壓舵機的性能和可靠性更趨完善。歸納起來目前液壓舵機變化動向如下：　　1．普遍設(shè)置了油箱液位報警開關(guān)，并設(shè)置了兩套液壓系統(tǒng)的人工和自動隔離裝置?！　∵@種自動隔離裝置具有代表性的是采用電液換向閥的裝置。生產(chǎn)轉(zhuǎn)葉舵機相當(dāng)長歷史的挪威富利登渡公司認(rèn)為上述方案使設(shè)備復(fù)雜化，產(chǎn)品價格較貴，而且某些閥正常工作時長期不動，緊急情況能否正常動怍使難于保證，因而又提出了一種僅采用二個主油路自動鎖閉閣來隔離損壞的油路系統(tǒng)的方案。這種方案僅適臺

23、于轉(zhuǎn)葉式油缸，它在缸體內(nèi)部設(shè)有油路連通相應(yīng)油腔，但如果一對油腔密封損壞時，并不能使之與工作油路隔離。</p><p>　　2．閥控型舵機的應(yīng)用功率范圍在擴大，性能也在改善?！　￠y控型舵機因穩(wěn)舵時主油泵仍需全流量工作，雖然排出壓力小，但仍要消耗一定的功率，故經(jīng)濟性較差，而且換向時液壓沖擊大，故過去多用于功率較小的舵機。現(xiàn)在隨著閥控型舵機設(shè)計的改善，扭矩范圍也有了顯著提高。</p><p>

24、　　閥控型舵機液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨向是取消輔泵。這種舵機采用輔泵的主要用途是為電液換向閥提供控制油。取消輔泵，由主泵本身為電液換向閥提供控制油，可以減少設(shè)備，提高可靠性。但主泵在換向閥位于中位(穩(wěn)航)時需要卸荷，即排油直通油箱，為了保持換向閥所需要的最低控制油壓，不得不在主泵回油管上增設(shè)背壓閥，這就使穩(wěn)舵時主泵功率損失增加?！　?． 半閉式系統(tǒng)有所增加 半閉式系統(tǒng)多用于液壓起貨機。起貨機液壓系統(tǒng)采用閉式比開式經(jīng)濟性好得多，但由于起

25、貨機負(fù)荷大，筒式系統(tǒng)油液發(fā)熱嚴(yán)重，為此設(shè)置了低壓選擇闊，使系統(tǒng)工作時從低壓倒連續(xù)與油箱換油達總流量的三分之一左右，故稱半閉式系統(tǒng)。舵機因為大多數(shù)情況下輕載運行，發(fā)熱不嚴(yán)重，除少數(shù)小型閥控型舵機用開式系統(tǒng)外，大多數(shù)采用閉式系統(tǒng)?！　〗陙戆腴]式系統(tǒng)增多主要不是解決油液發(fā)熱的需要。一種情況是前述閥控型舵機穩(wěn)舵時采用了開式系統(tǒng)，轉(zhuǎn)舵時用閉式系統(tǒng)，可稱為半閉式，另一種情況是擺缸式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)也占領(lǐng)了一部分市場，它采用的雙作用活塞兩側(cè)油腔進排泊流量

26、不等，為此而采用了半閉式系統(tǒng)?！　』钊接透准词共捎秒p缸或四缸對稱布置，將工作油腔分為有效工作面積相等的二組，轉(zhuǎn)過任一舵角</p><p>　　第2章 舵機的組成和工作原理</p><p>　　2.1 舵機設(shè)備的組成</p><p>　　目前，絕大多數(shù)船舶都以舵作為保持或改變航向的設(shè)備。舵垂直安裝在螺旋槳的后方。早期船舶都采用平板舵。目前除一些內(nèi)河小船外，為了提高

27、舵效和推進效率，大都采用由鋼板焊接而成的空心舵，稱為復(fù)板舵。這種舵由于水平截面呈對稱機翼形，故又稱流線型舵。 </p><p>　?。╝） （b） （c）</p><p>　　圖2.1 幾種舵的示意圖</p><p>　　1—舵柄；2—上舵承；3—舵桿；4—舵桿套筒；5—舵銷；</p><

28、;p>　　6—舵鈕；7—舵葉；8—舵柱；9—舵托；10—舵承</p><p>　　舵的型式很多，圖2.1示出三種典型的海船用舵。舵葉的偏轉(zhuǎn)由操舵裝置（通常稱舵機）來控制。舵機經(jīng)舵柄1將扭矩傳遞到舵桿3上，舵桿3由舵承支承，它穿過船體上的舵桿套筒4帶動舵葉7偏轉(zhuǎn)。舵承固定在船體上，由滑動或滾動軸承及密封填料等組成。此外，舵葉7還可以通過舵銷5支承在舵柱8的舵托9或舵扭6上。舵桿軸線一般就是舵葉的轉(zhuǎn)動軸線。舵桿

29、軸線緊靠舵葉前緣的舵，稱為不平衡舵，如圖2.1（a）；舵桿軸線位于舵葉前緣后面一定位置的舵稱為平衡舵，如圖2.1（b）；而僅于下半部做成的平衡式的舵即稱為半平衡舵，如圖2.1（c）。后兩種舵的舵桿軸線之前有一定的舵葉面積，轉(zhuǎn)舵時的水流作用在它上面產(chǎn)生的扭矩可以抵消一部分軸線舵葉面積上的扭矩，從而減輕舵機的負(fù)荷。</p><p>　　隨著船舶航速和載重噸位的不斷提高，所需的轉(zhuǎn)舵力矩也越來越大。以前大多采用的蒸汽或電

30、動舵機，由于其體積龐大而且使用性能較差，因此現(xiàn)代化的大中型船舶上已廣泛采用液壓舵機作為轉(zhuǎn)舵的動力裝置。</p><p>　　2.2 舵機電力推動方式</p><p>　　舵機按拖動方式目前主要分為電動機械傳動舵機和電動液壓傳動舵機兩類。電動機械舵機系統(tǒng)（如圖2.2所示系統(tǒng)）的換向（左舵，右舵）和調(diào)速是在電動機方面進行的，因此對電動機及其控制系統(tǒng)有一定的要求。另一類為電動液壓舵機（如圖2.2

31、所示系統(tǒng)）的換向和調(diào)速是在油泵或油路中進行的，對于拖動油泵的電動機沒有特殊要求，在交流船舶上，一般采用鼠籠式異步電動機，在整個航行期間，油泵始終是以定速，定向運轉(zhuǎn)的。</p><p>　　目前海船上的電動舵機系統(tǒng)如圖2.2所示，采用發(fā)電機電動機系統(tǒng)的較多。電動機通過蝸輪蝸桿、扇形齒輪等機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)，再經(jīng)緩沖彈簧帶動舵柄和舵葉轉(zhuǎn)動。電動機電源由發(fā)電機供給。交流異步機作為發(fā)電機的拖動原動機。</p>&

32、lt;p>　　圖2.2電動機械舵機系統(tǒng)</p><p>　　1拖動電動機；2發(fā)電機；3舵機電動機；4蝸桿；5蝸輪；6扇形齒輪；7舵葉；8、9發(fā)電機正反向激磁線圈；10操舵開關(guān)；11電動機激磁繞組；12整流器VC</p><p>　　圖2.3為電動-液壓舵機系統(tǒng)原理示意圖，它由一臺單向恒速運動的交流電動機拖動一臺雙向變量泵（1），該油泵向活塞式液壓油缸（2）提供高壓油

33、，由液壓缸裝置驅(qū)動舵葉（3）偏轉(zhuǎn)，通過拉桿（6）移動變量泵（1）的偏心，可以改變液壓缸左右進油油路的方向。在圖2.3b上，控制左右電磁閥（8）接通、斷開，可以控制液壓伺服機構(gòu)（7）活塞桿（5）左右移動方向，就是該伺服機構(gòu)的拉桿可以去移動變量泵的偏心，從而改變了舵葉轉(zhuǎn)動的方向。圖2.3a、b圖，通過拉桿（5）是連成一體的。</p><p>　　在圖2.3上，電磁閥A、B只是原理表示圖，當(dāng)左電磁閥A通電時，油泵中油經(jīng)

34、箭頭所示油路，流入右側(cè)油路進入伺服機構(gòu)，使伺服機構(gòu)活塞左移。油缸中左側(cè)油壓向油槽中去，箭頭表示油路通向。當(dāng)右電磁閥B通電時，油路剛好相反。而拉桿反向拉動變量泵偏心，從而控制舵葉的左右偏轉(zhuǎn)。在圖2.3b中，泵（9）平時打出油又回到了油槽中，只有當(dāng)電磁閥A接通時，油路（11）中油路方向為右進、左出回油到槽中，油流動方向如A閥旁邊箭頭所示，當(dāng)B閥接通時，進出油路方向相反。</p><p>　　圖2.3電動-液壓舵機&l

35、t;/p><p>　　1雙向變量泵；2液壓缸；3舵柱；4拖動電動機；5拉桿；6三點式反饋桿；7伺服機構(gòu)油缸；8電磁閥；9油泵；10油槽；11油路</p><p>　　對于小型船舶因為功率小，所以省去了中間級。電磁閥直接控制油泵和液壓缸中油路流向。使舵葉偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)舵形式比較簡單，如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.4小型舵機轉(zhuǎn)動形式</p

36、><p>　　1舵柱；2　轉(zhuǎn)舵機構(gòu)；3、4液壓缸；5油路；</p><p>　　6油泵；7油槽；A、B-控制油路電磁閥</p><p>　　2.3 舵機操控系統(tǒng)對電控制設(shè)備要求</p><p>　　船舶舵機系統(tǒng)供電應(yīng)由主配電盤直接從左右兩舷兩路獨立饋電。其中一路還應(yīng)與應(yīng)急配電盤相連接。這樣保證了供電可靠性。</p><p&g

37、t;　　在拖動方面，要求有關(guān)電動機采用連續(xù)工作制，對于電動-機械舵機，電動機具有軟的機械特性，使有足夠的過載能力。</p><p>　　在操舵方面，要求船舶在最大航速前進時，不僅能將舵轉(zhuǎn)到最大角度，并且有足夠的轉(zhuǎn)動速度。對海船來說，要求從一舷最大舵角(35°)轉(zhuǎn)到另一側(cè)最大舵角，所需時間不超過30秒。</p><p>　　對舵的操縱至少有兩個控制站，分別設(shè)在駕駛室和舵機室內(nèi)，控制

38、站間要有轉(zhuǎn)換開關(guān)。</p><p><b>　　2.4 操舵方式</b></p><p><b>　　1)單動操舵.</b></p><p>　　單動操舵是手動操舵的裝置。在老式船上或小型船上，它恰是主要的操舵設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。操舵方式是把操舵手柄向左或向右扳動，或者按動左舵或右舵按鈕，由此來切換電路，使舵葉左

39、轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。在操舵時由舵工觀察舵角指示器的指示，以此來確定操舵動作。</p><p>　　在圖2.2電路圖上，單動操舵是通過轉(zhuǎn)換開關(guān)K進行操舵的，船舶交流電壓經(jīng)整流器VC向直流發(fā)電機G的激磁繞組W1、W2和直流電動機M的激流繞組W3供電。當(dāng)船舶向左偏航時，則操右舵，使船回航，即開關(guān)K擺向右側(cè)，W2通以激磁電流，發(fā)電機G發(fā)出電壓，輸出電流I，電動機M順時針方向轉(zhuǎn)動，經(jīng)過蝸輪蝸桿，扇形齒輪轉(zhuǎn)動，使舵葉右偏。當(dāng)右偏到符合

40、要求的角度(由舵角指示器觀測)時，開關(guān)K再復(fù)位到零位。發(fā)電機激磁消失，輸出電壓為0，舵葉就停在右舵某一角度上。當(dāng)船舶在右舵作用下逐漸回到正航向的過程中，必須回舵?；囟鏁r又將開關(guān)K扳到左側(cè)，W1繞組激磁(與前者相反，電動機反轉(zhuǎn))。當(dāng)偏舵角逐漸減小，舵葉逐漸接近艏艉線時，開關(guān)K也應(yīng)復(fù)零位。此時船舶也回到正航向上，當(dāng)船舶向右偏航需操左舵予以校正，與上述過程相反。</p><p>　　在電動液壓舵機系統(tǒng)中，單動操舵通過轉(zhuǎn)

41、換開關(guān)直接控制左右舵電磁閥來實現(xiàn)的，如圖2.5所示。當(dāng)控制開關(guān)L扳向左方，則A電磁閥接通，此電磁閥即是2.3b上的電磁閥A、B。控制伺服機構(gòu)拉桿左移，從而控制舵葉左偏。當(dāng)L開關(guān)扳向另一方，B電磁閥接通，舵葉右偏。操舵過程完全與上述相同。</p><p><b>　　圖2.5單動操舵</b></p><p><b>　　2)隨動操舵</b><

42、/p><p>　　隨動操舵又稱跟蹤操舵，也是用手輪操舵的一種方式，它的特點是舵工把操舵手輪轉(zhuǎn)到某一指令舵角，舵葉就跟隨手輪轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動同一大小的偏舵角。如手輪轉(zhuǎn)到左舵10°位置時，舵葉就向左跟轉(zhuǎn)到10°的舵角位置停下來。當(dāng)手輪又復(fù)轉(zhuǎn)到零位(中間位置)舵葉也跟隨轉(zhuǎn)到船舶艏艉線上停下來。所以隨動操舵時，舵葉偏轉(zhuǎn)角度與操舵手輪的指令角度位置是相一致的。</p><p>　　隨動操

43、舵原理：雖然隨動操舵的具體電路各不相同，但就發(fā)送，接收的元件上來說用的較多的基本可分成兩大類，一類為電位計型，另一類為無觸點自整角機類型。</p><p>　?、匐娢挥嬓汀２俣媸州嗇S和舵葉軸分別帶動兩個電位計的中心滑動點，組成電橋電路，如圖2.6所示。當(dāng)操舵手輪和舵葉都在中心位置時，電橋中電位計滑臂都在中間位置，電橋輸出為0，即V00′=0，如當(dāng)操舵手輪轉(zhuǎn)過某一角度，則電位計R1中心點移到某點a，而舵葉此時未轉(zhuǎn)。

44、故此時有電橋輸出，其電壓偏差為+ V00′，經(jīng)放大控制舵機轉(zhuǎn)向，使舵葉偏轉(zhuǎn)，在舵葉偏轉(zhuǎn)過程中通過舵角反饋電位計滑動中心點o′移動到a′，負(fù)反饋使電橋重新平衡，使放大器輸入電壓V00′=0，使執(zhí)行機構(gòu)停止工作，舵葉停止偏轉(zhuǎn)，指令舵角與實際舵角相一致。此時，若手輪返回到指令舵角為0時，由于V00′出現(xiàn)反向，使舵葉也回復(fù)至零停止偏轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2.6電位計型隨動操舵②無觸點自整角機類型。</p&g

45、t;<p>　　以自整角機作為發(fā)送和反饋元件的系統(tǒng)，其原理示意如圖2.7(a)所示。操舵手輪軸通過機械連接轉(zhuǎn)動發(fā)送的自整角機轉(zhuǎn)子，則在自整角機的三相繞組中輸出交流電壓，常利用其中二相繞組輸出正弦交流電壓V00′。假定起始位置設(shè)在O位，即自整角機輸出V00′=0。自整角機三相繞組，其中一相不用，自用兩個繞線組。</p><p>　　當(dāng)操舵手輪向左或向右轉(zhuǎn)動時，分別可以得到二個相位相反的V00′的交流電

46、壓。如圖2.7b所示，一個為實線所示，另一個為虛線所示，其大小隨轉(zhuǎn)角大小而變。根據(jù)不同轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)角大小，通過相敏整流電路，如圖2.8所示，轉(zhuǎn)換成具有一定極性(反應(yīng)自整角機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向)和大小(反應(yīng)自整角機轉(zhuǎn)角大小)的直流輸出電壓。在圖2.7上，假定在某一瞬間自整角機輸出電壓與參考電壓瞬時電壓極性如圖2.8中以+、-表示，且所示，則按二個電源電壓疊加得電流流向，如圖輸出VaO電壓而此Vab=0，因為無電流經(jīng)R2，故Vab=Va0，輸出應(yīng)為+Va

47、b電壓。而在交流另一半波時，各極性同時都改變，以、所表示，此時輸出電壓為Vab，而Va0=0其輸出Vab電壓仍為正的值。在自整角機±45°轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，其大小幾乎與操舵手輪轉(zhuǎn)動角度成線性關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)角增大時，相敏整流電壓也隨之增大。當(dāng)操舵手輪反向操作時，因為參考變壓器極性未變，而發(fā)送機輸出極性與上述剛好相反，所以在交流的正負(fù)半周內(nèi)，使輸出反極性電壓即為-Vab。</p><p>　　圖2.7自整角

48、機輸出電壓</p><p>　　圖2.8相敏整流電路</p><p>　　在舵角反饋電路上也有一個相同的相敏整流電路，它把舵角的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)極性的電壓。它與操舵手輪所控制的相敏整流電壓相比較，產(chǎn)生誤差電壓，經(jīng)放大去控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，如電磁閥，使舵葉轉(zhuǎn)動，構(gòu)成隨動系統(tǒng)。整體電路框圖如圖2.9所示。</p><p>　　圖2.9隨動操舵系統(tǒng)圖 </p&g

49、t;<p>　　圖2.10舵機電氣控制原理圖</p><p>　　在了解上述簡單操舵原理的基礎(chǔ)上，圖2.10所示為電動舵機的電氣控制原理圖，圖中舵機執(zhí)行電機為電動機M，利用電動機正反轉(zhuǎn)控制來達到船舶舵機正反轉(zhuǎn)動目的。圖中LJ為左右舵的單動動作的操作手柄。電動機的停止采用能耗制動環(huán)節(jié)。操作過程如下：首先操作轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動單動操作方式，即往下后，如左LJ合上，KM1動作，電動機正轉(zhuǎn)時間繼電器KT亦動作

50、，其延時觸頭瞬時閉合，為電機制動動作作準(zhǔn)備，當(dāng)操舵手柄LJ復(fù)位時，KM1斷電，KM3接通，進行能耗制動，過一會兒后，觸點KT延時斷開，能耗制動結(jié)束。KL1、KL2為舵角轉(zhuǎn)動的極限保護。在隨動控制時，電子控制部分經(jīng)相敏比較后進入第一級放大電路如圖2.12所示，然后連接靈敏度（死區(qū)）調(diào)節(jié)回路，當(dāng)?shù)谝患夁\放輸出電壓U1電壓超過vc(死區(qū)電壓)時，由運放開關(guān)電路形成的輸出電壓U01為正值飽和值，因此SCR1導(dǎo)通，繼電器K1吸合，此時U02為負(fù)飽

51、和，K2截止，過程如圖2.12電路圖所示，調(diào)節(jié)W的大小可以改變cd兩端+-電壓以獲得圖2.11所示特性，U01、U02在-12V時晶閘管SCR1、SCR2是截止的，U01、U02在+12V時晶閘管SCR1、SCR2導(dǎo)通，舵角</p><p>　　圖2.11　控制特性</p><p>　　圖2.12舵機電子控制原理</p><p>　　1、2環(huán)形相敏整流電源 3、

52、三個運算放大器 4、5手輪和舵葉帶動的自整角機勵磁電源</p><p>　　6、靈敏度(死區(qū))調(diào)節(jié)所用電源 7、晶閘管控制的繼電器K1，K2的控制電源VAO</p><p>　　第3章 液壓舵機的組成和工作原理</p><p>　　3.1 液壓舵機概述</p><p>　　液壓舵機是以油液作為傳遞能量的介質(zhì)，是利用油液的不可壓縮性以及流

53、量、壓力和流量的可控性來實現(xiàn)轉(zhuǎn)舵的。</p><p>　　液壓舵機是通過液壓油泵的工作，把機械能轉(zhuǎn)化為油液的壓力能，然后通過轉(zhuǎn)舵機構(gòu)把油液壓力又轉(zhuǎn)化為機械能，最終來實現(xiàn)船舶舵葉的左、右轉(zhuǎn)向。</p><p>　　3.1.1 液壓舵機的特點</p><p>　　液壓舵機具有結(jié)構(gòu)尺寸緊湊、重量較輕、壽命長、操舵的靈敏度高、工作平衡安全可靠，能緩和風(fēng)浪對舵葉的沖擊，運轉(zhuǎn)噪

54、音低，振動較小，并可實現(xiàn)無極變速，而且功率范圍較廣，扭矩小則幾十千牛米，大則幾百千牛米。另外，它便于遠距離操縱管理，具有較高的經(jīng)濟性和發(fā)展前途。</p><p>　　3.1.2液壓舵機的種類</p><p>　　液壓舵機一般式采用電動機驅(qū)動液壓油泵的，因而又稱為電動液壓舵機。</p><p>　　電動液壓舵機按其油液工作時流動方向不同，可分為泵控型液壓舵機和閥控型液

55、壓舵機兩種。油液流動方向的改變，前者是靠液壓油泵自身來實現(xiàn)的，而后者是靠設(shè)在液壓系統(tǒng)中的三位四通換向閥來完成的。</p><p>　　圖3.1液壓舵機控制原理</p><p>　　3.2 泵控型液壓舵機</p><p>　　泵控型液壓舵機使用變向變量泵，油液進出轉(zhuǎn)舵油缸的方向和流量由駕駛臺控制最終控制變向變量泵的吸排方向和流量變化，以達到改變轉(zhuǎn)舵方向和速度的目的。&

56、lt;/p><p>　　圖3.2示出典型的泵控型液壓舵機的原理圖</p><p>　　雙向變量泵2設(shè)于舵機室，由電動機1驅(qū)動作單向持續(xù)回轉(zhuǎn)，但油泵的流量和吸排方向，則通過與浮動桿5的C相連接的控制桿4控制，即依靠油泵控制C偏離中位的方向和距離，來決定泵的吸排方向和流量。</p><p>　　圖示舵機采用往復(fù)式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)。它由固定在機座上的油缸14和可在油缸中往復(fù)運動的撞桿

57、9等所組成。當(dāng)油泵按圖示吸排方向工作時，泵就會通過油管從右側(cè)油缸吸油，排向左側(cè)油缸。這樣，由于油液位的可壓縮性極?。▔毫υ黾?0MPa，體積僅相對減小1/130~1/200），撞桿9就會在油壓的作用下向右運動。撞桿通過中央的滑動接頭與舵柄7聯(lián)接，而舵柄7的一端用鍵固定在舵桿10的上端，因此，撞桿9的往復(fù)運動就可轉(zhuǎn)變?yōu)槎嫒~的偏轉(zhuǎn)。顯然，改變油泵的吸排方向，則撞桿和舵葉的運動方向也就隨之改變。</p><p>　　圖

58、3.2 泵控型液壓舵機原理圖</p><p>　　1—電動機；2—雙向變量泵；3—放氣閥；4—變量泵控制桿；5—浮動桿；</p><p>　　6—儲能彈簧；7—舵柄；8—反饋桿；9—撞桿；10—舵桿；11—舵角指示</p><p>　　器發(fā)送器；12—旁通閥；13—安全閥；14—轉(zhuǎn)舵油缸；15—調(diào)節(jié)螺母；</p><p>　　16—液壓控制

59、受動器；17—電氣控制伺服機構(gòu)</p><p>　　對尺寸既定的轉(zhuǎn)舵機構(gòu)來說，舵機油泵的工作油壓（除很小一部分用來克服管路阻力）主要取決于推動撞桿所需要的力，即取決于轉(zhuǎn)舵扭矩。舵機最大工作壓力就是產(chǎn)生公稱轉(zhuǎn)舵扭矩時油泵出口處的油壓。舵機油泵的額定排出壓力不得低于舵機的最大工作壓力。舵機的最大工作壓力選的越高，轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的主要尺寸（如撞桿直徑、撞桿和舵桿軸線的距離等）就越小，油泵的額定流量和管路直徑也就相應(yīng)減小，所以

60、，整個裝置的尺寸和重量就會變小。資料表明，當(dāng)舵機最大工作油壓由10 MPa提高到20 MPa時，往復(fù)式舵機的長度大約縮短5%~10%，重量約可減輕20%，并使工作油液的使用量減少50%左右。但是上述各項指標(biāo)并非隨油壓的進一步提高按線性關(guān)系減小，當(dāng)油壓從20MPa提高到30MPa時，往復(fù)式舵機的長度幾乎不變，重量只減輕6%~9%，而工作油液的使用量也僅減少16%~18%。此外，進一步提高工作油壓，還將對液壓設(shè)備的生產(chǎn)和管理水平提出更高的要

61、求，故目前液壓舵機的最大工作油壓，多不超過20MPa。</p><p>　　對轉(zhuǎn)舵機構(gòu)尺寸既定的舵機來說，轉(zhuǎn)舵速度主要取決于油泵的流量，而與舵桿上的扭矩負(fù)荷基本無關(guān)。因為舵機油泵都采用容積式泵，當(dāng)轉(zhuǎn)舵扭矩變化時，雖然工作油壓也隨之變化，但泵的流量基本不變（泄露量隨工作油壓的變化一般不大），故對轉(zhuǎn)舵速度變化的影響并不明顯。所以進出港和窄水航行時，用雙泵并聯(lián)，轉(zhuǎn)舵速度幾乎可提高一倍。</p><p

62、>　　泵控式液壓舵機較多采用浮動桿式追隨機構(gòu)。在圖3.3中，浮動桿的控制點A系由駕駛臺通過控制系統(tǒng)來控制，但如把X孔的插銷插到Y(jié)孔之中，則也可在舵機室用手輪來控制。浮動桿上的控泵點C與變量泵的控制桿4相連；反饋點B經(jīng)反饋桿8與舵柄相連。當(dāng)舵葉和駕駛臺上的舵輪都處于中位時，浮動桿即處在用點劃線ACB所表示的位置，C點恰使變量機構(gòu)居于中位，故油泵空轉(zhuǎn)，舵保持中位不動。如果駕駛臺給出某一舵角指令，那么，通過控制系統(tǒng)，就會使A點移至A1點

63、。由于B點在舵葉轉(zhuǎn)動以前并不移動，所以C點將移到C1，于是，油泵按圖示箭頭方向吸排，舵葉開始偏轉(zhuǎn)，通過反饋桿帶動B點向B1方向移動。當(dāng)舵葉轉(zhuǎn)到與A1位置與所給出指令相符時，B也移到B1，使C點重又回到中位，于是油泵停止排油，舵就停止在所要求的舵角上。這時，浮動桿的位置如圖中的實線A1B C1所示。實際上，浮動桿的工作并不是分步進行的，而是在A點帶動C點偏離中位后，由于油泵排油，推動舵葉，B點就要移動，只是A、C動作領(lǐng)先，舵葉和B點追隨其

64、后而已。</p><p>　　當(dāng)駕駛臺發(fā)出回舵指令時，A點又會從A1位置移回中位，于是C點偏離中位向左移動，使油泵返鄉(xiāng)吸排，因此，舵葉也就向中位偏轉(zhuǎn)，使B點從B1位置向中位移動。直到舵葉轉(zhuǎn)到由A點位置所確定的指令舵角時，C點重新回中，油泵停止排油，舵角也就停轉(zhuǎn)。</p><p>　　（a） (b)</p

65、><p>　　圖3.3三點浮動桿操縱追隨機構(gòu)原理</p><p>　　由于C點偏離中位的距離受到變量泵變量機構(gòu)最大位移的限制，故只有在舵機偏轉(zhuǎn)、帶動B點從而使C點向中位回移后，才能使A點繼續(xù)向最大舵角的方向操舵。這樣，大舵角的操舵動作就不能一次完成，并使油泵的流量總在零與最大值間變動，這不僅會使操舵者感到不便，同時也會降低油泵的效率和轉(zhuǎn)舵速度。為了解決這一問題，在反饋桿上裝設(shè)了可以雙向壓縮的儲

66、能彈簧6。其工作原理如圖3.2所示。這樣，當(dāng)A點將C點帶到最大偏移位置后，浮動桿就會以C點為支點而繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，壓縮彈簧，從而使A點得以一次到達所要求的較大操舵角。隨著舵葉的偏轉(zhuǎn)，被壓縮的儲能彈簧又會首先放松，并在其恢復(fù)原狀后，才會將B點拉到A點相應(yīng)的位置，以停止轉(zhuǎn)舵?？梢姡趦δ軓椈赏耆潘梢郧?，B點不會移動，C點也將一直停留在最大偏移位置，使油泵得以在較大時間內(nèi)保持最大流量，從而加快轉(zhuǎn)舵速度。顯然，儲能彈簧的剛度必須適當(dāng)，若彈簧太軟，則

67、可能使B點先于C點而移動，小舵機操舵也就無法進行；但如彈簧太硬，則大舵角操舵所需的操舵力又會太大，如無法達到，則反饋桿實際上相當(dāng)于一剛性桿，儲能彈簧不起作用，大舵角操舵則難以一次完成。</p><p>　　為了防止海浪或冰塊等沖擊舵葉時，造成舵桿上的負(fù)荷過大、系統(tǒng)油壓過高和使點擊過載，在油路系統(tǒng)中裝設(shè)了安全閥，則安全閥就會開啟，使油泵的兩側(cè)管路旁通，于是，舵葉也就會偏離所在位置，同時帶動浮動桿的B點，使C點離開中

68、位，油泵因而排油。當(dāng)舵上的沖擊負(fù)荷消失后，安全閥關(guān)閉，舵葉在油泵的作用下，又會返回，并將B點帶回原位。因此，液壓舵機能夠很好地適應(yīng)沖擊負(fù)荷，安全閥還能防止油泵因工作油壓過高而過載。</p><p>　　該系統(tǒng)中由于浮動桿式追隨機構(gòu)能使油泵在開始和停止排油時流量逐漸增大和減小，因而能很好地減輕液壓系統(tǒng)的沖擊，油液發(fā)熱較少，經(jīng)濟性能較好。</p><p>　　3.3閥控型液壓舵機</p&

69、gt;<p>　　閥控型液壓舵機使用單向定量油泵，其吸排方向不變，油液進出轉(zhuǎn)舵油缸的方向油駕駛臺控制的換向閥來控制，以達改變轉(zhuǎn)舵方向的目的。當(dāng)換向閥處于中位時，油泵的排油將經(jīng)換向閥旁通而直接返回油泵的進口（閉式系統(tǒng)）或回油箱（開式系統(tǒng)）；而轉(zhuǎn)舵油缸的油路就會閉鎖而穩(wěn)舵。</p><p>　　圖3.4換向閥液壓舵機原理圖</p><p>　　1—主油泵；2—電動機；3—輔油泵；

70、4—液動換向閥；5—電磁換向閥； 6—濾器；7—溢流閥；8—油箱；9，10—液控單項閥；11—撞桿；12，13—油缸； 14—放浪閥；15—手動旁通閥</p><p>　　圖3.4是一典型的閥控型液壓舵機的組成原理圖。兩臺定量泵機互為備用，各包括一臺主泵和一臺輔泵，可由駕駛臺和舵機間兩處起動。轉(zhuǎn)舵機構(gòu)為往復(fù)式油缸。兩主泵的吸排油管

71、各經(jīng)一液動換向閥4、油路閉鎖閥（雙液孔單向閥9，10）和兩油缸相通形成閉式主油路系統(tǒng)。兩油缸間的旁通管路上并聯(lián)裝有兩個雙向溢流的放浪閥14和手動旁通閥15。液動換向閥經(jīng)Y型機能的三位四通電磁閥（導(dǎo)閥）由輔泵提供控制油控制動作，輔泵排油還供主油路補油，并由溢流閥7調(diào)定其工作壓力，多余流量經(jīng)溢流閥流回油箱。因此，輔油路是一開式系統(tǒng)。</p><p>　　當(dāng)換向閥4處于圖示的正中位置時，油泵1排出的油液，經(jīng)換向閥4后直

72、接回到自己的吸入端，這樣形成無壓循環(huán)，舵葉保持原有位置，并不偏轉(zhuǎn)。如將換向閥4的閥芯推至級左位置時，則換向閥中的油路，就會變換為方框中箭頭所示那樣平行溝通，油泵1排出的高壓油液在換向閥4的引導(dǎo)下，進入轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的左舷油缸12，并以右舷油缸13中吸油，推動柱塞11向右運動并推動舵葉向相應(yīng)的方向偏轉(zhuǎn)。如將換向閥4的閥芯推至極右位置時，則換向閥中的油路變?yōu)樽筮叿娇蛑屑^所示交叉溝通，舵葉轉(zhuǎn)向就此相反。</p><p>　

73、　由上可見，只要遠距離操縱換向閥4，使其閥芯分別處于左、右的位置，即可相應(yīng)地控制油液的流向，便可達到操舵的目的。</p><p>　　該換向閥4的閥芯位置，可用電力或電液的方法實線遠距離操縱控制。</p><p>　　當(dāng)液壓舵機功率較小的，其液壓油路通徑較小時即換向閥的閥芯質(zhì)量較小，多采用電力直接操縱。只在換向閥4的兩端，各端一個電磁線圈，用電力遠距離操縱機構(gòu)來加以控制。當(dāng)扳動操舵手輪接通

74、右邊線圈的電路時，閥芯在線圈產(chǎn)生磁力的作用下，被推向左端位置；反之，如相反方向扳動操舵手輪，右邊電磁線圈失電，而左邊線圈通電，閥芯被推向右端位置。這樣換向閥閥芯的移動，從而實現(xiàn)舵葉的轉(zhuǎn)動換向。</p><p>　　當(dāng)液壓舵機功率較大時，其液壓油路需要較大時換向閥閥芯較大，上述的線圈說產(chǎn)生磁力不足以推動閥芯，應(yīng)當(dāng)采用電液間接操縱方法。如圖所示，利用電磁換向閥5（構(gòu)造同4）來控制由輔助油泵3提供的壓力油，來推動換向閥

75、4的閥芯實現(xiàn)左、右位置的移動，達到操縱舵機轉(zhuǎn)動換向的目的。當(dāng)扳動操舵手輪時，經(jīng)電力遠距離操縱機構(gòu)，使電磁換向閥5的右端電磁線圈通電，把閥芯推到左端，將控制油液引導(dǎo)入液壓換向閥4的右方，而其左方的油液則經(jīng)電磁換向閥5與油箱相溝通，閥4的閥芯在兩端油壓壓力差作用下，被推動左端，促使主油路轉(zhuǎn)換為圖示的平行溝通，推動舵葉作相應(yīng)方向轉(zhuǎn)動。</p><p>　　如操舵手輪扳動方向與上述相反時，則經(jīng)電力遠距離操縱使電磁換向閥5

76、的左端線圈通電，右端線圈失電，把閥芯推向右端位置，將控制油液引導(dǎo)入液壓換向閥4的左方，并使其右方的油液經(jīng)電磁換向閥5與油箱相溝通，這樣在兩端的壓力差作用將閥4推向右端，使主油路轉(zhuǎn)變?yōu)閳D示的交叉溝通，轉(zhuǎn)舵的方向也就相反。</p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)到給定的舵腳時，在電力追隨機構(gòu)的作用下，電磁換向閥5因其兩端均處于失電狀態(tài)而回到圖示的中間位置，使液壓換向閥4的兩端均與油箱相通，這樣閥4的閥芯在彈簧作用下，立即回復(fù)到中間

77、位置，從而停止舵葉的轉(zhuǎn)動。電液間接操縱，實質(zhì)上是把遠距離傳來的操縱信號，有電能轉(zhuǎn)變?yōu)橐耗懿⒓右苑糯蟆?lt;/p><p>　　液壓舵機裝置中的輔助油泵3由其電動機2所帶動工作。它自油箱8中吸油，除持續(xù)不斷地電磁換向閥5供給控制油液之外，還要給主油路補油（通過主油泵的吸入油管進入），以補充舵機液壓系統(tǒng)因滲漏損失的油液。而多余的油液經(jīng)溢流閥7流回至油箱8中去。通過調(diào)整溢流閥7的溢流壓力，便可使補油及控制油液的壓力保持在規(guī)

78、定的數(shù)值上。</p><p>　　為防止舵葉的自由偏轉(zhuǎn)（走舵），使其轉(zhuǎn)舵油缸的油路處于液壓鎖閉狀態(tài)，需要在圖示的油路上增添兩個液控單向閥9與10。當(dāng)停止轉(zhuǎn)舵時，由于高壓油流的消失，液控單向閥9與10，立即會雙雙自行關(guān)閉，從而使轉(zhuǎn)舵兩油缸12和13處于液壓鎖閉狀態(tài)，舵葉也就因而得以靜止在給定的舵腳位置上。</p><p>　　液壓系統(tǒng)中還設(shè)置放浪閥14和手動旁通閥15，以便在海浪沖擊舵葉時，

79、使油缸的油壓突變增高時，能及時的進行旁通，避免舵葉和轉(zhuǎn)舵?zhèn)鲃訖C構(gòu)受到損壞。</p><p>　　兩種形式液壓舵機之比較</p><p>　　泵控型液壓舵機和閥控型液壓舵機的原理基本相同，均有下列幾部分所組成</p><p>　　（1）轉(zhuǎn)舵機構(gòu)——是用來將油泵輸送的液壓轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)舵力矩的機械能的裝置。</p><p>　?。?）舵機油泵——是舵機

80、的動力源。</p><p>　?。?）控制閥件——是舵機液壓系統(tǒng)油液的流量、壓力及方向的控制元件，以保證液壓舵機的正常工作、管理和安全。</p><p>　?。?）操縱系統(tǒng)——是用傳遞操舵信號與動作，并以按照駕駛?cè)藛T的意圖，及時準(zhǔn)確地將舵葉轉(zhuǎn)動到穩(wěn)固在給定的舵腳位置上的專門控制系統(tǒng)。</p><p>　　閥控型液壓舵機與泵控型液壓舵機相比較，由于不需要采用結(jié)構(gòu)較復(fù)雜

81、的變向泵，而它自身重量較輕，外部尺寸較小，制造和管理較為簡單，其造價也較經(jīng)濟，尚有以下缺點：</p><p>　　（1）由于再起液壓系統(tǒng)中必須加設(shè)換向閥等閥件，所以該舵機工作地可靠性，在很大程度上取決于換向閥本身工作性能的優(yōu)劣。</p><p>　?。?）換向閥的閥芯位置因工作狀況的不同而突然改變，致使液壓系統(tǒng)在工作時存在液擊現(xiàn)象，舵機的工作也較粗暴。</p><p&g

82、t;　　（3）即使在停止轉(zhuǎn)舵時，其定向泵仍將繼續(xù)不斷的供油，所以運行的經(jīng)濟性較差。</p><p>　　由于以上原因，泵型液壓舵機一般多用于轉(zhuǎn)舵力矩較大、功率大的大中型船舶上；而閥控型液壓舵機則適用于轉(zhuǎn)舵力矩較小的中小型船舶上。但是，隨著設(shè)計的改進，閥控型液壓舵機的使用功率范圍也正在不斷增大。</p><p>　　第4章 液壓舵機控制系統(tǒng)</p><p>　　現(xiàn)在船

83、舶舵機一般都同時裝有可由駕駛臺控制的隨動操舵系統(tǒng)和自動操舵系統(tǒng)。所謂隨動操舵系統(tǒng)，是指在操舵者發(fā)出舵角指令后，不僅可使舵按指定方向轉(zhuǎn)動，而且在舵轉(zhuǎn)到指令舵角后還能自動停止的操舵系統(tǒng)，而自動操舵系統(tǒng)，則是在船舶長時間沿指定航向航行時使用，它能在船因風(fēng)、流及螺旋槳的不對稱作用等造成偏航時，靠羅經(jīng)測知并自動發(fā)出信號，使操舵裝置改變舵角，以使船舶能夠自動地保持既定的航向航行。此外，一般還同時設(shè)有非隨動操舵系統(tǒng)，它只能控制舵機的起停和轉(zhuǎn)舵方向，當(dāng)

84、舵轉(zhuǎn)至所需要的舵角時，操舵者必須再次發(fā)出停止轉(zhuǎn)舵的信號，才能使舵停轉(zhuǎn)。非隨動系統(tǒng)通常即可在駕駛臺，也可在舵機室操縱，以備應(yīng)急操舵或檢修，調(diào)試舵機之用。</p><p>　　根據(jù)從駕駛臺到舵機室傳遞操舵信號方法的不同，舵機控制可分為機械式、液壓式和電氣式等幾種?，F(xiàn)代船舶大多采用電氣控制系統(tǒng)。</p><p>　　4.1 伺服油缸式舵機控制系統(tǒng)</p><p>　　圖4

85、.1 伺服油缸式舵機控制系統(tǒng)</p><p>　　1—伺服油缸；2—油路鎖閉閥；3—電磁換向閥；4—旁通調(diào)速閥；5—安全閥；</p><p>　　6—單向閥；7—油泵；8—液控旁通閥；9—濾器；10—油箱；11—伺服活塞；</p><p>　　該系統(tǒng)由電氣控制和液壓伺服兩部分組成。前者將駕駛臺發(fā)出的操舵信號傳遞到舵機室；后者將信號轉(zhuǎn)換成伺服油缸活塞桿的位移，然后

86、再通過浮動桿式追隨機構(gòu)控制主油泵的變量機構(gòu)，以實現(xiàn)遠距離操舵。</p><p>　　圖4.1示出舵機控制系統(tǒng)的液壓伺服系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)是一種典型的伺服油缸式控制系統(tǒng)，它適用于帶浮動桿追隨機構(gòu)的泵控型舵機。</p><p>　　圖中，油泵7采用定量葉片泵，工作時以固定不變的流量將壓力油經(jīng)單向閥6，旁通型調(diào)速閥4供至三位四通電磁換向閥3。閥3的閥芯位置取決于由駕駛臺經(jīng)電氣控制系統(tǒng)控制的電磁線

87、圈S1和S2的通電情況。當(dāng)電磁線圈S1和S2均不通電時，換向閥處于中位，P、T相同，油泵卸載，A、B油路不通，油缸鎖閉，伺服活塞不動。當(dāng)駕駛臺的操舵手輪帶動操舵信號發(fā)送器，給出的指令舵角與伺服活塞11位置所反映的操舵角不同時，即會發(fā)出相應(yīng)的電信號，經(jīng)放大后使電磁換向閥3的一端電磁線圈通電，從而使換向閥閥芯移向相應(yīng)的一側(cè)，則壓力油經(jīng)PA或PB油路，頂開油路鎖閉閥2相應(yīng)一側(cè)單向閥，進入伺服油缸1的相應(yīng)空間；于此同時，壓力油還會將閥2回油一側(cè)

88、的單向閥頂開，以使伺服油缸回油側(cè)的油液能夠回油箱。這樣，伺服活塞桿的一端經(jīng)浮動桿及追隨機構(gòu)操縱舵機變量油泵?；钊麠U的另一端與電反饋裝置（自整角機）相連，隨時將活塞位置的信號反饋到駕駛臺的操舵設(shè)備。當(dāng)伺服活塞位移所給出的操舵角與指令舵角相等時，反饋信號與駕駛室發(fā)出的操舵信號抵消，換向閥的電磁線圈斷電，換向閥回中，伺服活塞即停在所要求的操舵角位置，此外，在活塞桿的相應(yīng)部位還設(shè)有最大操舵角的機械限位</p><p>　

89、　系統(tǒng)中的一些閥件作用如下：</p><p>　　油路鎖閉閥2（密封性比換向閥號）的作用是在換向閥回中時用以鎖閉油路，以防浮動桿傳來的反力使活塞產(chǎn)生位移。此外，在系統(tǒng)具有兩套互為備用的油路并共用一個伺服油缸時，還可用以將備用油路嚴(yán)密鎖閉，以免影響工作。</p><p>　　旁通型調(diào)速閥4用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的油量，以使伺服活塞能夠獲得合適的移動速度。</p><p>　　安

90、全閥5用于防止系統(tǒng)的油壓過高，其整定壓力決定了伺服活塞最大輸出力的大小、</p><p>　　液控旁通閥8則可在裝置起動后，借助油泵的排壓將其推至截斷位置，以保證系統(tǒng)的正常工作，故其最低控制油壓應(yīng)不小于0.4~0.8MPa，而當(dāng)改用不用伺服油缸的其他備用操縱機構(gòu)時，則閥8又會因泵7停止排油而回到圖示的旁通位置，以使伺服活塞的兩側(cè)旁通，從而不致妨礙其他操縱機構(gòu)的工作。</p><p>　　單

91、向閥6起背壓閥的作用，啟閥壓力位0.6~0.8，保證工作時即使換向閥在中位，單向閥前的油壓仍能使液控旁通閥處于截斷的位置MPa。</p><p>　　閥控型舵機的控制系統(tǒng)與此類似，只不過用電磁換向閥直接控制主油路轉(zhuǎn)舵油缸而已，電反饋信號發(fā)送器直接與舵柄相連反饋舵角信號。</p><p>　　4.2 直流伺服電機式舵機控制系統(tǒng)</p><p>　　圖4.2示出舵機控制

92、系統(tǒng)的原理圖。該系統(tǒng)是一種典型的用平衡電橋控制的直流伺服電機式控制系統(tǒng)，它適用于帶浮動桿追隨機構(gòu)的泵控型舵機。</p><p>　　舵機室設(shè)有變流機組：交流電動機14驅(qū)動直流發(fā)電機15，發(fā)出直流電，再去驅(qū)動直流伺服電動機12。伺服電動機12經(jīng)蝸桿11，渦輪9及行星齒輪10帶動絲桿6轉(zhuǎn)動。絲桿上所套滑塊螺母8因受導(dǎo)桿7的限制不能轉(zhuǎn)動。但可在絲桿上移動，從而拉動浮動桿的操縱點A控制變量泵，使其向相應(yīng)方向排油轉(zhuǎn)舵。與此

93、同時，絲桿6的轉(zhuǎn)動還經(jīng)錐齒輪副5的齒輪齒條機構(gòu)4使反饋電位計3的觸點移動，向控制系統(tǒng)送出電反饋信號。</p><p>　　當(dāng)操舵電位計2和反饋電位計3的觸點處于相應(yīng)的位置（例如中位o和o`），直流發(fā)電機的激磁繞組16沒有電流通過，輸出電壓為零，伺服電動機12不動。當(dāng)舵輪1轉(zhuǎn)動某一角度，給出相應(yīng)的指令舵角時，操舵電位計上滑動觸點從o點到a點，當(dāng)電橋失去平衡，a與o`之間出現(xiàn)電位差，此偏差信號經(jīng)放大器17放大，使發(fā)電

94、機激磁繞組16流過一定方向的電流，直流發(fā)到指令舵角相應(yīng)的位置時，反饋機構(gòu)帶動反饋電位計3的滑動觸點從o`移到a`。由于a`與a是等電位點，電橋重新平衡，偏差信號消除，電動機12因勵磁消失而停止轉(zhuǎn)動。浮動桿追隨機構(gòu)將使舵葉轉(zhuǎn)到與a點位置相應(yīng)的舵角上。</p><p>　　圖4.2 直流伺服電機式控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　1—舵輪；2—操舵電位計；3—反饋電位計；4—齒輪齒條；5—錐

95、齒輪輻；6—絲桿；</p><p>　　7—導(dǎo)桿；8—滑塊螺母；9—渦輪；10—行星齒輪；11—蝸桿；12—直流伺服電動機；</p><p>　　13—直流電動機激磁繞組；14—交流電動機；15—直流發(fā)電機；16—直流發(fā)電機激磁繞組；17—放大器</p><p>　　當(dāng)舵輪帶動操舵電位計向相反方向轉(zhuǎn)動時，操縱點A的移動方向也相反。操縱點A偏離中位的方向和大小，始終準(zhǔn)

96、確地與舵輪給出的方向和大小相對應(yīng)。這就是直流伺服電機控制系統(tǒng)的工作原理。</p><p>　　第5章 船舶舵機控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　船舶舵機是操縱船舶航向、保證船舶安全舶舵機航行的重要機械設(shè)備，一旦失靈，則船舶就會立即失去控制，甚至造成航海事故。因此，為保證船舶安全航行，對船舶舵機的設(shè)計、制造提出了一些基本要求：</p><p>　　（1）工作可靠，即在

97、任何航行條件下，都能保證舵機的正常工作，即使是在船舶最大航速時，也應(yīng)具有足夠的轉(zhuǎn)舵速度。同時，在船舶最大倒車速度時也不致?lián)p壞。</p><p>　?。?）操縱方便、靈活。能在兩處或兩處以上地方對舵機進行操縱，并能簡便迅速地互相換用（如駕駛臺與舵機艙），同時應(yīng)設(shè)有備用動力和安全設(shè)備。能在任何舵角下，均可將舵及時準(zhǔn)確地操縱至所需舵角，且舵角指示器能正確指示出舵角。為防止操舵設(shè)備損壞，對操縱的最大舵角應(yīng)給予必要的限制，

98、使其不超過規(guī)定的范圍，當(dāng)舵轉(zhuǎn)至最大舵角時，還應(yīng)能自動停止舵的轉(zhuǎn)動。</p><p>　?。?）舵機應(yīng)能滿足工作平穩(wěn)、輕巧耐用、經(jīng)濟性高和便于維護管理等。</p><p>　　對舵機的以上要求是保證船舶航行安全的基本條件，根據(jù)以上基本條件,以下是作者設(shè)計的舵機操縱系統(tǒng)。</p><p>　　5.1舵機操舵電源的設(shè)計</p><p>　　圖5.1

99、舵機操舵原理</p><p><b>　　應(yīng)急操舵電源</b></p><p>　　圖5.2 應(yīng)急操舵電源</p><p>　　操舵電源由舵機啟動主回路，通過相序繼電器送入AC380V電壓，經(jīng)過降壓、整流，將電壓值設(shè)定在DC24V左右，如圖5.1所示，送入舵機控制系統(tǒng)。應(yīng)急操舵電源來自低壓助航分電箱，電壓值為DC24V，如圖5.2所示。<

100、/p><p>　　5.2舵機控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　舵機控制系統(tǒng)由舵機選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)進行控制，并在控制線路中接入繼電器，在進行駕駛室操舵或舵房操舵或應(yīng)急操舵時，使其能在運行指示系統(tǒng)中反映出來。</p><p>　　以下是根據(jù)上述想法設(shè)計的舵機控制系統(tǒng)</p><p>　　圖5.3舵機控制原理圖</p><p>　　

101、圖4.7所示中小型船舶的舵機控制原理圖：Q1+、Q1-；Q2+、Q2-端口輸入操舵電源（圖5.1），Q301、Q302端口輸入應(yīng)急操舵電源（圖5.2）。操舵電源由舵機起動主回路提供，舵機啟動控制回路中控制轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1，可控制起動1號或2號舵機，1號或2號起動電路主回路中提供相應(yīng)的操舵電源，就可實現(xiàn)正常操舵舵機選擇的轉(zhuǎn)換。操舵方式的轉(zhuǎn)換由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2控制。一般所設(shè)的操舵方式有駕駛室操舵、舵房操舵、應(yīng)急操舵三種。改變轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2相應(yīng)位

102、置，可改變舵機的操舵方式。在控制每種操舵方式的電源中，分別并聯(lián)一個繼電器K3、K4、K5，在實現(xiàn)其中一種操舵方式時，相對應(yīng)的繼電器線圈得電，在運行指示電路中相對應(yīng)繼電器的常開觸點閉合，運行指示燈亮。表示正在實現(xiàn)哪種操舵方式，如圖5.3所示。</p><p><b>　　小 結(jié)</b></p><p>　　本文設(shè)計了一個船舶舵機的控制系統(tǒng)，設(shè)計中詳細(xì)介紹了船舶舵機

103、的作用原理、工作原理和電器控制系統(tǒng)，并設(shè)計出整套安全、可靠的船舶舵機控制系統(tǒng)。通過對本文的設(shè)計，基本上已掌握了船舶舵機的相關(guān)內(nèi)容及設(shè)計過程和技巧。</p><p>　　在做本設(shè)計時，用到了本人大學(xué)四年所學(xué)專業(yè)課程的一大部分內(nèi)容，包括：船舶電站及自動化、船舶電氣與通信、電工工藝與船舶電氣系統(tǒng)等等，還查閱了不少資料，使我了解了更多的知識，尤其是有關(guān)舵機控制方面的。此外還進一步提高我們的作圖能力，更深一步的了解了畫圖工

104、具AutoCAD。</p><p>　　通過這此設(shè)計，我感覺自己的獨立學(xué)習(xí)能力、分析思考能力都有了很大的提高，對我走向社會工作、生活必有很大幫助。由于時間創(chuàng)促以及本人現(xiàn)有的知識有限，導(dǎo)致了本次論文設(shè)計過程當(dāng)中，對部分知識的模糊和欠缺，比如控制系統(tǒng)這些方面的不足，這些都有待于日后在工作崗位上加以學(xué)習(xí)提高。</p><p>　　完成此設(shè)計是得到了劉國平教授的大力指導(dǎo)和幫助，當(dāng)我們遇到難題、沒頭

105、緒時，是他幫我們分析和解決了那些問題，使我們較順利的完成設(shè)計，在此我向劉國平表示最誠摯的謝意。</p><p><b>　　[參考文獻]</b></p><p>　　[1]劉國平.電工工藝與船舶電氣系統(tǒng)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2008.</p><p>　　[2]方顯進.船舶控制電器與線路[M].哈爾濱:哈爾濱船舶工程學(xué)院出版社,1988