舵機詳解PPT課件

1、steering gear第1頁/共52頁一、舵的作用： 船舶的操縱性，是船舶的主要航行性能之一。舵是船舶操縱裝置的一個重要部件。 舵是一塊平板或具有流線型截面的板，稱為舵葉。裝在船尾中縱剖面或?qū)ΨQ于中縱剖面的位置上。它垂直地浸沒在水中，并能繞舵軸轉(zhuǎn)動。 第2頁/共52頁舵是船舶的一種十分重要和不可缺少的專用舾裝設(shè)備?？梢韵胂?，如果船沒有舵，或舵失靈，就象汽車沒有方向盤一樣，將無法行駛）在大海里任憑風浪擺布。無主動航向的船不僅不能保證航行的安全，而且是不能到達目的港的。第3頁/共52頁舵是舵手（駕駛?cè)藛T）用來保持或改變船舶在水中運動方向的專用設(shè)備。舵有兩大功能： 一是保持船舶預(yù)定航向的能力，稱

2、為航向穩(wěn)定性； 二是改變船舶運動方向的能力，稱回轉(zhuǎn)性。 通常把二者統(tǒng)稱為船舶的操縱性。 第4頁/共52頁船舵主要由舵葉和舵桿組成，舵葉是產(chǎn)生水壓力的部分，舵桿的作用是轉(zhuǎn)動舵葉和保證舵葉具有足夠的強度）舵的作用原理是當水流以某沖角沖至舵葉上時，便產(chǎn)生了流體動力，此作用力通過舵桿傳遞并船體上，從而迫使船舶轉(zhuǎn)向，也就達到了調(diào)整航向的目的。 第5頁/共52頁舵從帆船時代的簡單平板舵發(fā)展到今天的流線型舵，不斷得到改進，現(xiàn)普通舵和特種舵已有十幾種類型。近個時期，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，還出現(xiàn)了一些推進設(shè)備也兼有舵設(shè)備的功能。 第6頁/共52頁 舵的分類：（一）按舵的支承情況來分 1多支承舵：船體尾柱連有三個以

3、上的舵鈕。 2半懸式舵：下支承的位置在舵的半高處。 3懸式舵：掛在舵桿上的。 4雙支承舵：除了上支承兒還有一個安在舵根的下支承。（二）按舵桿軸線位置來分 1不平衡舵 ：舵葉位于舵桿軸線之后。 2半平衡舵：一般就是半懸式舵。 3平衡舵：舵桿軸線位于舵葉前緣后一定的距離。一般在舵葉前緣后的13處。舵的種類很多，分類的方法也很多，有按支承情況、舵桿位置、剖面形狀分類的，也有按結(jié)構(gòu)形式和使用功能分的。 第7頁/共52頁（三）按舵剖面形狀來分 1）平板舵- 僅用一塊平板做成的最簡單的舵； 2）改良形平板舵- 在平板舵上以木質(zhì)板，其外形與流線型舵相似的舵； 3）流線型舵- 舵的翼剖面是機翼型的舵，如果帶有

4、固定舵柱的就稱為固定舵柱型流線型舵； 4）反應(yīng)舵- 是將流線型平衡舵以螺旋軸為界，按一定流程進行上下扭曲后的舵，據(jù)說這種舵可以提高推進效率4- 6左右。 第8頁/共52頁第9頁/共52頁特種舵 為了提高船舶的推進效率和改善操縱性能，特別是提高船在低速航行時的操縱性，而對普通舵進行開發(fā)，或者普通舵與別的設(shè)備組合的具有特種型式的舵叫做特種舵。如主動舵、整流帽舵、襟翼舵、轉(zhuǎn)子舵等。 1、主動舵- 在普通流線型舵的中部后緣處加裝一個帶有導(dǎo)流管的小螺旋槳，此槳由裝在舵體內(nèi)的潛水電機或液壓馬達驅(qū)動，依靠舵、槳產(chǎn)生的力改變船的航向。該種舵最大的特點是在低速或倒航時仍具有良好的操縱性，而且能提高船的回轉(zhuǎn)性能。

5、還具有低速推進裝置的功能。 2、整流帽舵- 在普通舵（一般是流型舵）的適當位置加裝一個外型為對稱機翼剖面的回轉(zhuǎn)體或近似于橢圓形的整流帽，由于整流帽填充了通常是渦流低壓區(qū)的空間，使得螺旋槳后部的亂流得到改善。這樣不僅提高推進效率，還能降低船尾的震動，據(jù)稱在一般舵上加裝整流帽后，可以增加航速03- 05。 第10頁/共52頁 3、襟翼舵- 將舵葉做成主舵和子舵兩部分，子舵即是襟翼舵。當主舵轉(zhuǎn)動一個角度時，子舵相對主舵再轉(zhuǎn)動另一個角度。這樣一來，就明顯地提高了舵效，改善了操縱性能。此種舵的缺點是結(jié)構(gòu)和制造較為復(fù)雜。 4、轉(zhuǎn)子舵- 是在普通舵的前緣裝一高速旋轉(zhuǎn)的圓柱，由于圓柱的高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了一股側(cè)向

6、流，此流即提高舵的升力，同時增加了繞舵的環(huán)流，又增加了升力，從而明顯地提高了船的回轉(zhuǎn)性能，此種舵多被回轉(zhuǎn)性能要求高的船所采用。第11頁/共52頁vFNFTFFLFDF 水作用力FN 舵葉兩側(cè)水壓力（舵壓力）FT 摩擦力FL 升力FD 阻力F 水作用力第12頁/共52頁F 水作用力FN 舵葉兩側(cè)水壓力（舵壓力）FT 摩擦力FL 升力FD 阻力F 水作用力第13頁/共52頁221AvCFLL221AvCFDDbCxxFL 升力FD 阻力Cx 壓力中心系數(shù)v 水流速度第14頁/共52頁水作用力 F 對船舶運動的影響1.轉(zhuǎn)船力矩橫向推力阻力在船舶重心上加一對大小等于F，方向相反的力F1、F2lAvCl

7、FXFXlFMLLCDCLS221sincoscos2FT sin1FR 轉(zhuǎn)舵效應(yīng)；（1）偏轉(zhuǎn)（2）橫移（3）減速第15頁/共52頁lAvClFXFXlFMLLCDCLS221sincos1.1.轉(zhuǎn)船力矩隨舵角而變化；2.2.轉(zhuǎn)船力矩有最大值M Mmaxmax3.3.海船的轉(zhuǎn)船力矩最大值出現(xiàn)在303035 35 之間；內(nèi)河船的轉(zhuǎn)船力矩最大值出現(xiàn)在353545 45 之間。L升力系數(shù)D阻力系數(shù)X壓力中心系數(shù)第16頁/共52頁1.轉(zhuǎn)船力矩MS 水作用力 F 對船舶重心所產(chǎn)生的力矩。2.舵的水動力矩Ma 舵壓力FN對舵柱軸線所產(chǎn)生的力矩。3.轉(zhuǎn)舵力矩M 操舵裝置對舵桿施加的力矩。4.磨擦力矩Mf 舵

8、柱支承處總摩擦力矩。6.公稱轉(zhuǎn)舵扭矩 在規(guī)定的最大舵角時所能輸出的的最大扭矩。5.轉(zhuǎn)舵力矩M=Ma+Mf各項力矩的定義第17頁/共52頁(1)水動力矩與舵葉的面積A和舵葉處水流速度的平方成正比，并隨舵角的增大而增大。(2)不平衡舵因XXc，故當船舶正航并向一舷轉(zhuǎn)舵時，水動力矩將始終為正(指與舵葉轉(zhuǎn)向相反)，而回舵時則變?yōu)樨?指與舵葉轉(zhuǎn)向相同)。平衡舵因XcX-Z，小舵角時由于壓力中心O處于舵桿軸線的前方，故Ma為負；只有當舵角增大到某一數(shù)值之后，Ma才會因O點移到軸線之后而變?yōu)檎怠６鏃U軸線之前的舵葉面積A與整個舵葉面積A之比，稱為平衡系數(shù)，用K表示。圖示出了舵葉具有不同平衡系數(shù)時的水動力矩曲

9、線。由圖可見，平衡系數(shù)越大，舵葉的最大水動力矩越小，即舵機所需的公稱轉(zhuǎn)舵扭矩較小。(3)船舶倒航時，由于舵葉后緣變成了導(dǎo)邊，壓力中心離開舵桿軸線的距離因而增大，致使舵壓力的力臂大大增加，故在其它條件相同時，同一舵角下倒航時的水動力矩就會超過正航時的水動力矩。轉(zhuǎn)船力矩水動力矩第18頁/共52頁 舵機是保持或改變船舶航向，保證安全航行的重要設(shè)備，一旦失靈，船即會失去控制，甚至事故。因此，我國鋼質(zhì)海船人級與建造規(guī)范(1996)(1996)根據(jù)國際海上人命安全公約)(SOLAS)(SOLAS公約) )的規(guī)定，對舵機的基本技術(shù)要求是：(1)必須具有一套主操舵裝置和一套輔操舵裝置；或主操舵裝置有兩套以上的

10、動力設(shè)備。當其中之一失效時，另一套應(yīng)能迅速投入工作。 主操舵裝置應(yīng)具有足夠的強度并能在船舶處于最深航海吃水并以最大營運航速前進時將舵自任何一舷35轉(zhuǎn)至另一舷的35 ，并且于相同的條件下，自一舷的35 轉(zhuǎn)至另一舷的30 所需的時間不超過28s。此外，在船以最大速度后退時應(yīng)不致?lián)p壞。 輔操舵裝置應(yīng)具有足夠的強度，且能在船舶處于最深航海吃水，并以最大營運航速的一半但不小于7kn前進時，能在不超過60s內(nèi)將舵自任一舷的15 轉(zhuǎn)至另一舷的15 。第19頁/共52頁(2)主操舵裝置應(yīng)在駕駛臺和舵機室都設(shè)有控制器；當主操舵裝置設(shè)置兩臺動力設(shè)備時，應(yīng)設(shè)有兩套獨立的控制系統(tǒng)，且均能在駕駛室控制。但如果采用液壓遙

11、控系統(tǒng)，除1萬Gt以上的油輪(包括化學品船、液化氣船，下同)外，不必設(shè)置第二套獨立的控制系統(tǒng)。(3)對舵柄處舵桿直徑大于230mm(不包括航行冰區(qū)加強)的船應(yīng)設(shè)有能在45s內(nèi)向操舵裝置提供的替代動力源。這種動力源應(yīng)為應(yīng)急電源位于舵機室內(nèi)的獨立動力源，其容量至少應(yīng)能向符合輔操舵裝置要求的一臺動力設(shè)備及其控制系統(tǒng)和舵角指示器提供足夠的能源。此獨立動力源只準專用于上述目的。對1萬Gt以上的船舶，它應(yīng)至少可供工作30min，對其它船舶為10min。第20頁/共52頁(4)操舵裝置應(yīng)設(shè)有有效的舵角限位器。以動力轉(zhuǎn)舵的操舵裝置，應(yīng)裝設(shè)限位開關(guān)或類似設(shè)備，使舵在到達舵角限位器前停住。(5)對1萬Gt以上的油

12、船、化學品船、液化氣體運輸船尚有如下一些附加要求：當發(fā)生單項故障(舵柄、舵扇損壞或轉(zhuǎn)舵機構(gòu)卡住除外)而喪失操舵能力時，應(yīng)能在45s內(nèi)重新獲得操舵能力。 舵機可由兩個均能滿足主操舵裝置要求的獨立的動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)組成；或至少有兩個相同的動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)，在正常運行時同時能滿足主操舵裝置要求，其中任一系統(tǒng)中液壓流體喪失時應(yīng)能被發(fā)現(xiàn)，有缺陷的系統(tǒng)應(yīng)能自動隔離，使其余動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)安全運行。 有的轉(zhuǎn)舵機構(gòu)雖不能分隔成兩部分，但如經(jīng)過嚴格的應(yīng)力分析(包括疲勞和斷裂分析)、密封設(shè)計、材料選用和試驗，則也可允許用于1萬Gt以上、10萬Gt以下的油船、化學品船、液化氣體運輸船。在這種情況下，只對管系或動力設(shè)備而不對轉(zhuǎn)舵

13、機構(gòu)提出下列要求：即當發(fā)生單一故障時應(yīng)能在45s內(nèi)恢復(fù)操舵能力。第21頁/共52頁6)能被隔斷的、由于動力源或外力作用能產(chǎn)生壓力的液壓系統(tǒng)任何部分均應(yīng)設(shè)置安全閥。安全閥開啟壓力應(yīng)不小于1.25倍最大工作壓力；安全閥能夠排出的量應(yīng)不小于液壓泵總流量的110，在此情況下，壓力的升高不應(yīng)超過開啟壓力的10，且不應(yīng)超過設(shè)計壓力值。第22頁/共52頁第23頁/共52頁基本組成：1.1.遠操機構(gòu) （轉(zhuǎn)遞操舵信號） 2.2.舵機 （提供轉(zhuǎn)舵動力） 3.3.轉(zhuǎn)舵機構(gòu) （對舵柱產(chǎn)生轉(zhuǎn)舵力矩） 4.4.舵葉 （產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩）分類：1.1.按遠操機構(gòu)分 機械、電力、液壓 2.2.按舵機能源分 人力、氣動、電動、液壓

14、 3.3.按轉(zhuǎn)舵機構(gòu)分 往復(fù)、轉(zhuǎn)葉第24頁/共52頁分類： 變向變量泵式（變向泵式） 定向定量泵式（換向閥式）組成： 1.操縱系統(tǒng)轉(zhuǎn)遞操舵信號 2.控制元件控制油液的流向、流量和壓力 3.轉(zhuǎn)舵機構(gòu)將油液的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能 4.動力源提供一定壓力和流量的油液第25頁/共52頁變向泵式變向泵式換向閥式換向閥式反饋機構(gòu)發(fā) 送 器受 動 器變向變量泵轉(zhuǎn)舵機構(gòu)舵 葉遠操機構(gòu)操 縱 閥三位四通閥控制油缸式換向閥手、液動轉(zhuǎn)舵機構(gòu)舵 葉副油泵主油泵第26頁/共52頁受動器反饋機構(gòu)變向泵轉(zhuǎn)舵機構(gòu)舵柱儲能彈簧防浪閥第27頁/共52頁追隨機構(gòu) 機械杠桿：三點式、五點式（帶副杠桿式） 電子反饋式1.三點式追隨機構(gòu)A

15、BCBCCAAAABBA 操縱點，追隨點，控制點1 11 1CCAABB2 21 1第28頁/共52頁CCAABB2 21 1CCAABB2 21 1三點式杠桿特點：一次性位移不能太大，受最大可位移量確定，否則會損壞控制處的機件。（用儲能彈簧克服該缺點）第29頁/共52頁1.完成一次性操大舵，使在最大位置時間長，加快轉(zhuǎn)舵速度；2.避免控制點機件損壞；儲能彈簧的功能第30頁/共52頁2.五點式（帶副杠桿式）ABCDEBCDEAAAABCDECC有位移放大作用，操小舵角時使控制點有較大的位移，使變量泵有較大的排量，使得轉(zhuǎn)舵速度快。第31頁/共52頁第32頁/共52頁分類：1.往復(fù)式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)2.回轉(zhuǎn)

16、式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)第33頁/共52頁1.往復(fù)式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)）滑式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)第34頁/共52頁滑式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)特點1）扭矩特性良好，承載能力較大；2）撞桿與油缸的密封采用字型，密封可靠，具有自動補償能力；3）油缸精加工面少；4）尺寸、重量大；5）安裝、檢修比較麻煩第35頁/共52頁資料表明，當往復(fù)式舵機最大工作油壓由10MPa提高到20MPa時，往復(fù)式舵機的長度大約縮短510，重量約可減輕20，并使工作油液的使用量減少l2左右。但是，上述各項指標并非隨油壓的進一步提高按線性關(guān)系減小，當油壓從20MPa提高到30MPa時，往復(fù)式舵機的長度幾乎不變，重量只減輕69，而工作油液的使用量也僅減少16，18。此外，進一步提

17、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求，故目前液壓舵機的最大工作油壓，多不超過20MPa。第36頁/共52頁采用字型密封第37頁/共52頁）滾輪式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)第38頁/共52頁）擺缸式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)第39頁/共52頁2.回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)舵機構(gòu)AEG型轉(zhuǎn)葉舵機油缸1.舵桿 2.缸體 3.轉(zhuǎn)轂 4.轉(zhuǎn)葉 5.定葉 6.油管第40頁/共52頁1.伺服油缸式舵機遙控系統(tǒng)2.交流伺服電機式舵機遙控系統(tǒng)第41頁/共52頁1.伺服油缸式舵機遙控系統(tǒng)由電氣遙控和液壓伺服兩部分組成：1）將駕駛臺發(fā)出的信號轉(zhuǎn)到舵機室；2）將信號轉(zhuǎn)換成伺服油缸活塞的位移（通過追隨機構(gòu)控制主油泵的變量機構(gòu)，實現(xiàn)遠距離操舵）。第42頁

18、/共52頁2.交流伺服電機式舵機遙控系統(tǒng)1.執(zhí)行電機 2.角桿 3.連桿 4.液壓放大器 5.伺服滑閥 6.差動活塞 7.徑向柱塞泵 8.止動螺釘 9.止擺裝置10.法蘭盤 11.回中彈簧第43頁/共52頁第44頁/共52頁一、泵控型舵機液壓系統(tǒng)第45頁/共52頁1.工況選擇工況選擇單泵四缸工況單泵四缸工況雙泵四缸工況雙泵四缸工況單泵兩缸工況單泵兩缸工況2.主油路的鎖閉主油路的鎖閉3.補油、放氣和壓補油、放氣和壓力保護力保護4.輔油泵的作用輔油泵的作用第46頁/共52頁一、閥控型舵機液壓系統(tǒng)第47頁/共52頁1.工況選擇工況選擇正常工作正常工作No.2泵帶泵帶1、2缸工作缸工作No.1泵帶泵帶3、4缸工作缸工作2.自動安全切換裝置自動安全切換裝置自動的使一對油缸與主油路隔斷，自動的轉(zhuǎn)換工作油泵和油缸。No.1系統(tǒng) No