液壓舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)

1、w第三節(jié)第三節(jié) w液壓舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)液壓舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) 8-3 液壓舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 將油泵供給的液壓能變?yōu)檗D(zhuǎn)動舵桿的機(jī)械 能，以推動舵葉偏轉(zhuǎn) w 根據(jù)動作方式不同，可分兩大類： n往復(fù)式 n回轉(zhuǎn)式 8-3-1 滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 是應(yīng)用最廣的一種傳統(tǒng)型式 w 它又有十字頭式和撥叉式之分 w 十字頭式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) n由轉(zhuǎn)舵油缸、插入油缸中的撞桿以及與舵柄 相連接的十字形滑動接頭等所組成 n當(dāng)轉(zhuǎn)舵扭矩較小時(shí) l常用如圖85所示的雙向雙缸單撞桿的型式 n而當(dāng)轉(zhuǎn)舵扭矩較大時(shí) l多采用四缸、雙撞桿的結(jié)構(gòu) l如圖86(a)所示 十字頭式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 十字形滑動接頭 n將撞桿往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)槎娴臄[動 n兩撞桿用

2、螺栓連接，形成兩軸承 n兩軸承環(huán)抱著十字頭兩耳軸 n舵柄橫插在十字頭軸承中 w 當(dāng)撞桿在油壓下偏移離中位時(shí) n十字頭一面隨撞桿移動 n一面帶動舵柄偏轉(zhuǎn)（舵桿轉(zhuǎn)動） w 隨舵角增加，十字頭在舵柄上向外端 滑移 n舵柄有效工作長度，隨增大而增大 w撞桿極限行程由行程限制器1l限制 n在舵角超過最大舵角1.5時(shí)限止撞桿 n在導(dǎo)板一側(cè)還設(shè)有機(jī)械式舵角指示器 5 n用以指示撞桿對應(yīng)舵角 w每個(gè)油缸上部設(shè)有放氣閥12 n以便驅(qū)放油缸中空氣 滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的受力分析 w 當(dāng)舵轉(zhuǎn)至任意舵角時(shí) w 為克服水動力矩所造成的力 Q，(與舵柄方向垂直) w 在十字頭上將受到撞桿兩端 油壓差的作用力P w 力P與Q作用方

3、向不在同一直 線上，導(dǎo)板必將產(chǎn)生反作用 力N w 以使P和N的合力Q恰與力Q 方向相反 w 從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)舵扭矩以克服水 動力矩和摩擦扭矩 8-3-1 滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)受力分析 w轉(zhuǎn)舵力矩 w 上式表明 n在撞桿直徑D、舵柄最小工作長度R。和撞桿 兩側(cè)油壓差P既定的情況下 n轉(zhuǎn)舵扭矩M隨舵角的增大而增大，如圖所示 w這種扭矩特性與舵的水動力矩的變化趨勢相適應(yīng) n當(dāng)公稱轉(zhuǎn)舵扭矩既定時(shí)，滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)尺寸或 最大工作油壓較其它轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)要小 w 實(shí)際工作油壓隨實(shí)際需要的轉(zhuǎn)舵扭矩而變 w由式可知，舵機(jī)在實(shí)際工作中撞桿兩端的油壓差 w可見，隨著舵角增大，盡管轉(zhuǎn)舵扭矩也在增大， 但COS2卻相應(yīng)減小，所以滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)

4、構(gòu)的工作油 壓也不會因的增大而急劇增加 2 2 4con DzpR con R con P zzQRM m mm m zRD Mcon P 2 2 4 圖8-9 撞桿油缸的密封 8-3-1-1 十字頭式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)特點(diǎn) w (1)扭矩特性良好 n 承載能力較大 n能平衡撞桿所受的側(cè)推力，用于轉(zhuǎn) 舵扭矩很大的場合 w (2)撞桿和油缸間的密封大都采用V型 密封圈 n密封圈由夾有織物的橡膠制成 n安裝時(shí)開口應(yīng)面向壓力油腔 (P越高，密封圈撐開越大) n密封可靠，磨損后具有自動補(bǔ)償能力 n密封泄漏時(shí)較易發(fā)現(xiàn)，更換也較方便 w (3)油缸內(nèi)壁除靠近密封端的一小段外，不與撞桿接觸，故可不經(jīng)加 工或僅作粗略加

5、工。 w (4)油缸為單作用 w (5)安裝、檢修比較麻煩。 n必須成對工作，故尺寸、重量較大 n撞桿中心線垂直于船舶首尾線方向，舵機(jī)室需要較大的寬度 8-3-1-1 撥叉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 整根撞桿，撞桿中部有圓柱銷，銷外套有方形滑塊 n撞桿移動時(shí)，滑塊一面繞圓柱銷轉(zhuǎn)動，一面在舵柄的叉形端部中滑動 w 撥叉式與十字頭式轉(zhuǎn)矩特性相同 w 側(cè)推力由撞桿承受而無導(dǎo)板，結(jié)構(gòu)簡單，加工及拆裝方便 w 以撥叉代替十字頭，撞桿軸線至舵桿軸間的距離R?？煽s減26%，撞桿的 最大行程也因而得以減小 w 占地面積比十字頭式減少10 %15，重量減輕10左右 w 但當(dāng)公稱扭矩較大時(shí)，則仍以采用十字頭式為宜 8-3-1

6、-2 滾輪式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) n在舵柄端部的滾輪代替滑式機(jī)構(gòu)中的十字頭或撥 叉 n受油壓推動的撞桿，以頂部頂動滾輪，使舵柄轉(zhuǎn) 動 w 這種機(jī)構(gòu)不論舵角如何變化 n通過撞桿端面與滾輪表面的接觸線作用到舵柄上 的推力P，始終垂直于撞桿端面，而不會產(chǎn)生側(cè)推 力 8-3-1-2 滾輪式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 推力P在垂直于舵柄軸線方向的分力可寫為 w 式中：R。滾輪中心到舵桿軸線的距離 w 上式表明 n在D、R。和Pmax既定時(shí)，滾輪式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)舵扭 矩將隨。的增大而減小 n扭矩特性在坐標(biāo)圖上是一條向下彎的曲線 n在最大舵角時(shí)，水動力矩較大，而滾輪式這時(shí)所產(chǎn)生的扭矩 反而最小，只達(dá)到滑式機(jī)構(gòu)的5

7、5%左右 n在實(shí)際中，隨著的增大，該機(jī)構(gòu)P比滑式增加快 pconDPconQ 2 4 mm RzpoDzQRM 0 2 cos 4 8-3-1-2 滾輪式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) w (1)撞桿與舵柄之間沒有約束，無側(cè)推力 n結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，安裝、拆修都較方便 w (2)每個(gè)油缸均與其撞桿自成一組 n可根據(jù)實(shí)際需要，分別采用單列式、雙列式或上下重迭式等 不同的布置形式，提高了布置上的靈活性 w (3)滾輪與撞桿間的磨損可自動進(jìn)行補(bǔ)償 w (4)扭矩特性差 n要達(dá)到同樣的M，須用比滑式更大的結(jié)構(gòu)尺寸或P n限制了它在大扭矩舵機(jī)中的應(yīng)用 w (5)當(dāng)舵葉在負(fù)扭矩作用下轉(zhuǎn)動時(shí) n如果系統(tǒng)有泄漏；或在穩(wěn)舵時(shí)

8、油路鎖閉不嚴(yán)，則滾輪就有可 能與某側(cè)撞桿脫開而導(dǎo)致敲擊 n在某些機(jī)構(gòu)中，滾輪與撞桿之間增設(shè)板簧拉緊機(jī)構(gòu) 8-3-1-3 擺缸式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 結(jié)構(gòu)特點(diǎn): w 采用兩個(gè)擺動式油缸1和雙作用的活塞2 (也可單作用) w 轉(zhuǎn)舵時(shí) n活塞在油壓下往復(fù)運(yùn)動，兩油缸相應(yīng)擺動 n通過與活塞桿鉸接的舵柄，推動舵葉偏轉(zhuǎn) w 由于轉(zhuǎn)舵時(shí)缸體必須作相應(yīng)擺動 n必須采用有撓性的高壓軟管 8-3-1-3 擺缸式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 擺缸式機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)舵時(shí) n油缸擺角將隨油缸的安裝角(中舵時(shí)油缸擺角)和舵 轉(zhuǎn)角而變 n一般使中舵時(shí)最大 n最大舵角時(shí)為零或接近于零 n但不論舵角如何， 角總是很小 n如果忽略，擺缸式與滾輪式扭矩特性相同 8

9、-3-1-3 擺缸式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)特點(diǎn)（1） w (1)用雙作用活塞代替了單作用的撞桿 n提高了油缸的利用率 n其外形尺寸和重量可大大減小 w (2)各油缸與其活塞均自成一組 n而且油缸與支架、活塞桿與舵柄均采用鉸接 n結(jié)構(gòu)簡單，安裝也較方便 w (3)由于采用了雙作用活塞 n對油缸內(nèi)表面的加工精度、活塞桿與油缸的同軸度、以及 活塞與油缸間的密封等都有較高的要求 8-3-1-3 擺缸式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)特點(diǎn)（2） w (4)當(dāng)活塞的密封性因使用日久而變差時(shí) n轉(zhuǎn)舵速度就會變慢，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性也將降低 n而檢查和更換密封件又不如撞桿式方便 n當(dāng)鉸接處磨損較大時(shí)，工作中也會出現(xiàn)撞擊 w (5)系統(tǒng)工作時(shí) n理論排油

10、量和進(jìn)油量嚴(yán)格說來并不完全相等 n如果使用奇數(shù)的雙作用活塞式油缸(在應(yīng)急情況下) 則相差更為明顯，所以在油路中必須采取容積補(bǔ)償 措施 w (6)扭矩特性不佳(與滾輪式類同) n除個(gè)別采用四缸結(jié)構(gòu)者公稱扭矩較大外，一般大多 見諸于功率不大的舵機(jī)中 8-3-2 回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 圖示為三轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) w 油缸內(nèi)部裝有三個(gè)定葉 n通過橡皮緩沖器安裝在船體上 w 三個(gè)轉(zhuǎn)葉與舵桿相固接 n由于轉(zhuǎn)葉與缸體內(nèi)壁和上、下端 蓋之間 n及定葉與轉(zhuǎn)轂外緣和上、下端蓋 之間，均設(shè)法保持密封 n故借轉(zhuǎn)葉和定葉將油缸內(nèi)部分隔 成為六個(gè)小室 w 當(dāng)經(jīng)油管6從三個(gè)小室吸油， 并排油人另外三個(gè)小室 n轉(zhuǎn)葉就會在液壓作用下

11、通過輪轂 帶動舵桿和舵葉偏轉(zhuǎn) 8-3-2 轉(zhuǎn)葉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)舵扭矩 w 可用下式表示: 式中：z 轉(zhuǎn)葉數(shù)目 P轉(zhuǎn)葉兩側(cè)油壓差，Pa； A每個(gè)轉(zhuǎn)葉的單側(cè)面積，m； Ro轉(zhuǎn)葉壓力中心至舵桿軸線間的距離，m； m機(jī)械效率，一般為0.750.85。 w 上式表明 n轉(zhuǎn)葉式機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)舵扭矩與舵角無關(guān) n扭矩特性在坐標(biāo)圖上是一條與橫坐標(biāo)平行的直線 m zPRM 8-3-2 轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) w (1)占地面積小，重量輕，安裝方便。 w (2)無須外部潤滑 n管理簡便；舵桿不受側(cè)推力，可減輕舵承磨損 w (3)扭矩特性不如滑式，比滾輪式和擺缸式好 w (4)內(nèi)泄漏部位較多 n密封不如往復(fù)式容易解決 n容積效率低，油壓較高時(shí)更為突出 w (5)內(nèi)部密封問題是其薄弱環(huán)節(jié) n工作油壓不超過4MPa左右，限制了它在大功率舵 機(jī)中的應(yīng)用 n隨著密封材料和密封形式的不斷改進(jìn)，Pmax已可 達(dá)1015MPa，轉(zhuǎn)舵扭矩也提高到3000 kNm 左 右 AEG型轉(zhuǎn)葉式油缸 8-3-2 AEG型轉(zhuǎn)葉油缸特點(diǎn) w 翻邊端蓋與空心的輪轂3制成一體，然后用V形密封圈9 和壓蓋8防止油外漏 w 這種結(jié)構(gòu)的端蓋能夠承受較高的油壓而不易變形，同時(shí) 又可避免轉(zhuǎn)葉和端蓋間的泄漏。而用球墨鑄鐵制造的轉(zhuǎn) 葉4和定葉5，則用由高強(qiáng)度鋼制成的定位銷和內(nèi)六角螺 釘分別固定在鑄鋼的轉(zhuǎn)子3和缸體2上，并用在背后裝有 O形橡膠