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第九章舵机steering gear•第一节舵的作用原理和对舵机的要求•第二节液压舵机的工作原理和基本组成•第三节液压舵机的转舵机构•第四节液压舵机的遥控系统•第五节舵机液压系统实例•第六节液压舵机的管理•复习思考题第一节舵的作用原理和对舵机的要求•一、舵的作用：•船舶的操纵性，是船舶的主要航行性能之一。
舵是船舶操纵装置的一个重要部件。
舵是一块平板或具有流线型截面的板，称为舵叶。
装在船尾中纵剖面或对称于中纵剖面的位置上。
它垂直地浸没在水中，并能绕舵轴转动。
舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的专用舾装设备。
可以想象，如果船没有舵，或舵失灵，就象汽车没有方向盘一样，将无法行驶）在大海里任凭风浪摆布。
无主动航向的船不仅不能保证航行的安全，而且是不能到达目的港的。
•舵是舵手（驾驶人员）用来保持或改变船舶在水中运动方向的专用设备。
•舵有两大功能：•一是保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性；•二是改变船舶运动方向的能力，称回转性。
•通常把二者统称为船舶的操纵性。
船舵主要由舵叶和舵杆组成，舵叶是产生水压力的部分，舵杆的作用是转动舵叶和保证舵叶具有足够的强度）舵的作用原理是当水流以某冲角冲至舵叶上时，便产生了流体动力，此作用力通过舵杆传递并船体上，从而迫使船舶转向，也就达到了调整航向的目的。
•舵从帆船时代的简单平板舵发展到今天的流线型舵，不断得到改进，现普通舵和特种舵已有十几种类型。
近个时期，随着科学技术的发展，还出现了一些推进设备也兼有舵设备的功能。
舵的种类很多，分类的方法也很多，有按支承情况、舵杆位置、剖面形状分类的，也有按结构形式和使用功能分的。
•舵的分类：•（一）按舵的支承情况来分1．多支承舵：船体尾柱连有三个以上的舵钮。
2．半悬式舵：下支承的位置在舵的半高处。
3．悬式舵：挂在舵杆上的。
4．双支承舵：除了上支承儿还有一个安在舵根的下支承。
•（二）按舵杆轴线位置来分1．不平衡舵：舵叶位于舵杆轴线之后。
2．半平衡舵：一般就是半悬式舵。
实验三液压舵机的操作实验一、实验内容1、液压舵机遥控系统操舵试验与调整。
2. 电子式随动操舵系统操舵实验。
二、实验要求通过实验，熟悉典型液压航机及遥控系统的组成和工作原理，掌握操舵方法。
三、实验设备YD100 －1.6 / 28型液压舵机1套D D1型电子随动操舵仪1台（一）YD100 － 1.6 / 28型液压舵机该舵机由广西梧州华南船舶机械厂制造。
现装于辅机实验室内。
其主要技术数据如下：型号：Y D100－ 1.6／ 2 8公称力矩： 1.6 t m（15.6 KN.M）转舵时间：28 sec最大转角正负35度工作压力：100 kg／cm2 （9.81MPa）安全阀调整压力：110kg／cm2 (10.8MPa)电动机型号：JO2H－12－4（Y80L2一4）电动机功率：0.8 kW电动机转速: 1500 r.p.m．电动机电压。
380 V油泵型号；10 SCYI4一1油泵排量；10 m L／r最大工作压力：320 kg／cm2(31.4MPa)电磁阀型号: 34 E 1M－B10H－T电磁阀流量：40L／min电磁阀最大工作压力：210 kg／cm2（20.59 MPa）溢流阀型号：Y E－B10 C电磁阀流量：40 L／min溢流阀最大工作压力：140 kg／cm2（13.73MPa）注：转舵时间系指单机而言，双机组工作时，转舵速度可提高一倍。
1．转舵机构舵机的转舵机构是采用柱塞式油缸，柱塞的往复运动通过拨叉机构转换为舵柄的转动。
所以，舵机的输出力矩与工作油压的关系为（见图3—1）。
πd2R△PM= Z η4 cos2a式中：Z——油缸对数（Z=1）d——柱塞直径（d=10cm）R——舵杆中线到油缸中心线的垂直距离（R=18cm）△P——油缸压差（△P=P1—P2）η——推舵装置机械效率(η≈0.8)a——舵的转角舵机力矩特性M=f（a）如图3—2所示。
舵机公称力矩系指舵机转动舵杆的最大力矩，即舵的转角为35°时舵机的输出力矩。
一、转舵机构的安装程序（steering mechanism of the installation program）1. 舵机的基座应在船台上焊接装配完毕。
基座的上平面要求水平，并保证焊接强度和控制焊接变形，支承刚度要高。
2.船下水前，舵杆、舵柄和舵叶必须按图纸要求安装完毕，并分别于舵承、舵柄上做好舵叶零位的精确记号，作为舵机安装找正的基准。
船下水时，应采用夹紧装置将舵叶固定于零位，防止下水时舵叶转动。
3.吊装转舵油缸时，应以舵杆轴心和舵叶零位为基准，采用对角线相等方法定出转舵油缸轴线位置，并调整对置油缸的水平度，使舵柄位于上下拨叉的中心位置。
4.利用塞尺测量柱塞在油缸端盖孔中的间隙及滚轮在上、下拨叉口间的间隙，均应符合制造厂提供的平台安装数据。
5.舵机找正后，按舵机底座与船体基座间的实际高度测量并加工垫片，逐个研配到位。
6.按转舵机构底座的孔位置，将垫片与船体基座一起钻孔，并用铰刀完成铰制孔的加工，按各孔径尺寸精确配制铰制孔螺栓。
最后，旋紧铰制孔螺栓及其他螺栓，并装好各螺栓的止退块等防松装置。
7.连接系统的所有管路布置时应尽量减少弯道，高位管应设置放气阀。
管法兰对接面应保持平行且密封。
8. 安装全过程应做到注意清洁，严防碰伤运动部件的表面，且各类阀件均不应踩踏或重敲，以免发生损坏。
二、舵机的充油和调试（steering gear oil filled and debugging）1.系统的清洗和充油舵机安装完毕正式充油前，必须对油箱和系统进行彻底的清洗。
清洗油粘度应足够低，对脏物有较强的冲洗能力。
如清洗油不易从系统中放尽则需在其中添加防锈剂和抗氧化剂，并注意它与液压油的相容性。
系统清洗时应使用临时的油泵,用热的清洗油对系统循环冲洗，并使清洗油通过一专门滤器，直至滤器不再滤出污染物为止。
清洗油箱时不得使用容易破碎的泡沫塑料和容易残留纤维的织物来擦洗，油箱的内壁也不得涂敷可能脱落的油漆。
系统的充油，应根据不同舵机的具体情况，按说明书的要求来进行。
第九章舵机steering gear•第一节舵的作用原理和对舵机的要求•第二节液压舵机的工作原理和基本组成•第三节液压舵机的转舵机构•第四节液压舵机的遥控系统•第五节舵机液压系统实例•第六节液压舵机的管理•复习思考题第一节舵的作用原理和对舵机的要求•一、舵的作用：•船舶的操纵性，是船舶的主要航行性能之一。
舵是船舶操纵装置的一个重要部件。
舵是一块平板或具有流线型截面的板，称为舵叶。
装在船尾中纵剖面或对称于中纵剖面的位置上。
它垂直地浸没在水中，并能绕舵轴转动。
舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的专用舾装设备。
可以想象，如果船没有舵，或舵失灵，就象汽车没有方向盘一样，将无法行驶）在大海里任凭风浪摆布。
无主动航向的船不仅不能保证航行的安全，而且是不能到达目的港的。
•舵是舵手（驾驶人员）用来保持或改变船舶在水中运动方向的专用设备。
•舵有两大功能：•一是保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性；•二是改变船舶运动方向的能力，称回转性。
•通常把二者统称为船舶的操纵性。
船舵主要由舵叶和舵杆组成，舵叶是产生水压力的部分，舵杆的作用是转动舵叶和保证舵叶具有足够的强度）舵的作用原理是当水流以某冲角冲至舵叶上时，便产生了流体动力，此作用力通过舵杆传递并船体上，从而迫使船舶转向，也就达到了调整航向的目的。
•舵从帆船时代的简单平板舵发展到今天的流线型舵，不断得到改进，现普通舵和特种舵已有十几种类型。
近个时期，随着科学技术的发展，还出现了一些推进设备也兼有舵设备的功能。
舵的种类很多，分类的方法也很多，有按支承情况、舵杆位置、剖面形状分类的，也有按结构形式和使用功能分的。
•舵的分类：•（一）按舵的支承情况来分1．多支承舵：船体尾柱连有三个以上的舵钮。
2．半悬式舵：下支承的位置在舵的半高处。
3．悬式舵：挂在舵杆上的。
4．双支承舵：除了上支承儿还有一个安在舵根的下支承。
•（二）按舵杆轴线位置来分1．不平衡舵：舵叶位于舵杆轴线之后。
2．半平衡舵：一般就是半悬式舵。
实验三液压舵机的操作实验一、实验内容1、液压舵机遥控系统操舵试验与调整。
2. 电子式随动操舵系统操舵实验。
二、实验要求通过实验，熟悉典型液压航机及遥控系统的组成和工作原理，掌握操舵方法。
三、实验设备YD100 －1.6 / 28型液压舵机1套D D1型电子随动操舵仪1台（一）YD100 － 1.6 / 28型液压舵机该舵机由广西梧州华南船舶机械厂制造。
现装于辅机实验室内。
其主要技术数据如下：型号：Y D100－ 1.6／ 2 8公称力矩： 1.6 t m（15.6 KN.M）转舵时间：28 sec最大转角正负35度工作压力：100 kg／cm2 （9.81MPa）安全阀调整压力：110kg／cm2 (10.8MPa)电动机型号：JO2H－12－4（Y80L2一4）电动机功率：0.8 kW电动机转速: 1500 r.p.m．电动机电压。
380 V油泵型号；10 SCYI4一1油泵排量；10 m L／r最大工作压力：320 kg／cm2(31.4MPa)电磁阀型号: 34 E 1M－B10H－T电磁阀流量：40L／min电磁阀最大工作压力：210 kg／cm2（20.59 MPa）溢流阀型号：Y E－B10 C电磁阀流量：40 L／min溢流阀最大工作压力：140 kg／cm2（13.73MPa）注：转舵时间系指单机而言，双机组工作时，转舵速度可提高一倍。
1．转舵机构舵机的转舵机构是采用柱塞式油缸，柱塞的往复运动通过拨叉机构转换为舵柄的转动。
所以，舵机的输出力矩与工作油压的关系为（见图3—1）。
πd2R△PM= Z η4 cos2a式中：Z——油缸对数（Z=1）d——柱塞直径（d=10cm）R——舵杆中线到油缸中心线的垂直距离（R=18cm）△P——油缸压差（△P=P1—P2）η——推舵装置机械效率(η≈0.8)a——舵的转角舵机力矩特性M=f（a）如图3—2所示。
舵机公称力矩系指舵机转动舵杆的最大力矩，即舵的转角为35°时舵机的输出力矩。
.该舵机的转舵机构主要由油缸、柱塞、舵柄、边舵柄、拉杆等组成，如图3—3所示。
2．轴向柱塞式油泵该舵机的油泵为手动变量轴向柱塞泵，其工作原理如图3-4所示。
它由湖南邵阳液压件厂生产。
泵的传动轴（19）通过花键与缸体（16）连接，且带动缸体（16）旋转，使均匀分布在缸体中的7个柱塞（12）绕传动轴中心线转动。
每一个柱塞端都有一滑靴（10），由定心弹簧（11）通过外套（17）、定心球头（9）、回程盘（15）将滑靴抵压在轴线成一定倾斜角的止推板（8）上，该止推板以销轴（6）为中心安装在变量头（14）上（当止推板摩损后，只需更换止推扳即可，变量头照样使用）。
如果变量头（14）处于倾斜位置，则当缸体旋转时，柱塞就会在油缸中往复运动，完成吸油和压油。
此外，定心弹簧通过外套将缸体抵压在配油盘上，起初始密封作用。
滑靴和配油盘均采用静力平衡结构，不仅减少了泵的摩损，而且使泵具有很高的容积效率和机构效率。
如果转动手轮，使调节螺杆（3）旋转，通过变量活塞，带动变量头旋转，从而改变了泵的排量，当刻度盘（5）上指示出所需要排量的百分比时，则停止转动。
并用锁紧螺母（2）锁紧，防止手动转动。
3．舵机工作原理舵机主要由舵柄拉杆机构、推舵机构以及油泵机组等部件组成。
如图3-5所示。
该舵机有两台泵机组，两台机组可以任意转换，交替使用，必要时也可以同时启动两台机组。
为了说明问题，假定右机组工作，现从以下几个方面来说明：（1）舵机的起动启动右油泵机组，油泵从油箱吸油，排出的液压油经M型电磁换向阀后流回油箱，油泵处于卸荷状态。
（2）舵的转动（见图3—5）舵向什么方向转动，取决于操舵仪来的信号。
假定操舵仪来的信号使电磁换向阀右边的电磁铁通电，则油泵排出的油就经过电磁换向阀及专用阀组后进入推舵机构的左油缸，舵叶开始转动，直至电磁铁断电，电磁换向阀回复到中间位置为止。
（3）专用阀组的原理该舵机专用阀组由专用阀以及双向安全阀组成。
其工作原理如图3-6所示。
专用阀系三位四通液动滑阀。
阀芯中又带有两只单向阀。
为了表明该阀在过渡位置时有节流作用，所以在原理图中画出了过渡位置的符号。
专用阀最主要的作用是克服舵的负力矩问题。
所谓负力矩问题（假设系统中无专用阀），是指当水流顺着操舵方向作用于舵板，负力矩引起左侧油缸中的压力升高，而右侧油缸产生抽空现象（油泵是定量泵，来不及供油），空气进入液压系统，舵机工作失调。
当系统中有专用阀时，负力矩问题能获得解决。
因为，在回油油路有“节流圈”，所以专用阀阀芯右腔保持某一压力P‘2，当右侧油缸压力P1降低（P‘1也随着降低）时，专用阀阀芯在压力P，1、P，2、及弹簧力的作用下将向左移动，回油口A起节流作用，于是就限制了转舵速度，使右侧油缸不产生抽空现象。
当然，负力矩问题能否彻底解决，还与专用设备阀的特性密切关系。
专用阀的另一个作用是可以自动切断油泵机组与推舵机构的联系，对舵机的生命力有所提高。
譬如，万一正在工作机组的电磁换向阀在右或左位（即不在中位）卡死时，由于专用阀已切断油路，所以即使换到另一机组工作时，舵机不会失灵，仍能正常转舵。
双向安全阀的用途是防止舵机过载，安全阀起跳压力调节为舵机设计压力加5kg/cm2（0.049MPa）。
双向安全阀旁边还设有旁通阀，舵机加油时可以将旁通阀打开。
舵机运行时旁通阀应关闭。
（4）双联截止阀的用途在推舵机构中装有两只双联截止阀，在一般情况上，四只截止阀应全部打开。
必要时关掉其中一部分或全部（例如，在海上航行时需要拆检某台油泵，这时可以关掉相应的两只截止阀）。
4、舵机的运转4．1舵机运转前的准备（1）外观检查各零部件有无损坏，松动及漏油现象。
（2）检查双联截止阀及压力表开关阀是否已打开，放气阀是否已关闭。
（3）检查油泵的排量指示器的位置是否正常（应满足转舵时间要求）。
（4）检查油箱油位是否正常。
（5）检查各活动部位润滑情况是否良好。
（6）检查驾驶室中的舵角指示器的角度和实际角是否一致。
4．2舵机运转中的注意事项（1）舵机在动转期间不得有异常的噪音。
（2）注意舵机各活动部位的润滑情况，防止发热。
（3）注意油泵外壳的温度及液压油的温度、油压。
（4）注意油箱油位，应经常保持在油位计的2 / 3左右。
（5）注意各部件有无松动及漏油现象。
（6）注意转舵速度是否正常。
4．3舵机的维护保养（1）使用的工作油性质应符合规定，在加油时必须经过过滤。
（2）油箱和滤油器应定期清洗，污油应及时更换，不可勉强使用。
第一次换油时间应不超过2000使用小时，此后，至少每年换油一次。
（3）油温起动油温不低于0℃。
正常工作油温为30—50℃。
最高工作油温不超过70℃如果油温超过75℃，应该停止运行，检查油泵和系统用油。
（4）当油泵的容积效率太低时，应及时修理或更换油泵，不要勉强使用。
（5）舵机在工作中发现漏油应及时消除。
（6）舵机停用期间应定期用手转动电动机与泵间的联轴器，以确定泵是否处在自如的工作状态，如果发现某些不自然现象，应及时检查原因并排除之。
（7）在中修时，将对整个系统进行彻底清洗，更换油缸内的密封圈。
4．4安全阀的调整舵机安全阀的整定压力必须高于舵机的最大工作压力，但不超过最大工作压力的110%。
一般安全阀在出厂前即已调定。
必要时，对整定压力也可进行验证，如不符要求，就应重新调整。
用图3-7来说明（其中G、H、I、J为系统的安全阀）。
现用1号泵工作时，说明安全阀G的调整步骤如下：（1）卸下或松开远操系统中的最大舵角限制，以使舵叶能超过最大舵角。
（2）打开缸阀B、C，关闭旁通阀1、2，关闭缸阀A、D。
（3）起动1号泵，使撞杆右移至油缸底。
（4）注视2号压力表，转动安全阀G的调整螺杆，使其达到调定值，一般为额定压力105 %，注意该数值安全阀已全开而油压不再升高时之数值。
其它安全阀的调整步骤如下表所示。
至于安全阀G、I、J的调整试验，可用同样方法进行，参看下列表。
5．应急操舵装置见图3—8，本液压舵机所配套的2号应急操舵装置。
它由手动油泵、三通接头及阀组（由手动换向阀、安装板、液压控制单向阀等组成）三部分组成。
当舵机发生故障时，可使用该应急操舵装置。
转舵时间±15度/分。
2号应急操舵装置的使用压力P为15kg/cm2(约 1.47MPa), 应急管路的密封试验压力为140kg/cm2 (约13.73MPa), 而主管路的密封试验压力为160kg/cm2 (约15.7MPa)。
（二）DDI型电子式随动操舵系统本系统作为YD100—1.6/28型液压舵机的操舵配套设备。
它由广州航海仪器厂制造（见图3-9）。
该操舵台的使用环境和性能为：（1）该无触点随动操舵系统（以下简称操舵仪）与标准系列10吨米以下各型舵机和其它电磁阀控制的舵机配套，可以供各种中、小型民用船舶和军用辅助船舶使用。
（2）符合船用技术条件。
（3）该操舵仪采用交流50Hz、380V（或220V）电源。
报警系统采用直流24V电源、备有左右舷电源转换及两套系统自动转换装置、电机启动器及反馈机构。
而且有声光过载报警系统。
（4）该操舵仪可在驾驶台进行随动操舵和手动操舵，还可在舵机舱进行手动操舵，需要时右在桥楼或备用指挥台增设手动操舵装置。
（5）该操舵仪在驾驶室控制两套油泵机组。
操舵仪的两套独立的操舵系统采用晶体管和可控硅操纵电液阀，从而实现操舵的目的。
（6）该操舵仪采取了措施，以减少对无线电的干扰。
1．电气原理的说明本操舵仪备有两套相同而互相独立的电气系统，这两套系统分别控制两套液压系统（电气原理图见646Q45—22—00YL）。
现仅以1号系统为例进行说明。
（1）（1）电源部分左右舷50周380伏电源接至安装在舵机舱的电源转换箱CQ，然后再由CQ 分别接至1号和2号启动器（1QA和2QA），在CQ内有两只电源开关（1DAKT 和2DAK）供接通和关断电源用；另有两只接触器（1XC和2XC）供自动转换用，1XC和2XC之间有机械联锁装置。
另外利用自的辅触点进行电气联锁，以保证两只接触器只能有一只通电闭合，从而防止二舷电源同时接通。
电源自动转换的原理是这样的：当系统使用右舷电源工作，2XC闭合，此时虽左舷电源也有电，但因串在1XC接触器线圈电路中的2XC常闭辅触点动作断开。
所以1XC不动作。
当右舷电源失电时，2XC同时断电释放。
此时串在1XC线圈电路中的2XC，常闭辅触点闭合，使1XC通电闭合，此时系统使用左舷电源工作。
按同样原理，当系统用左舷电源工作，当左舷失电时，同样转至右舷电源工作。
二只启动器（1QA和2QA）可以在驾驶台或舵机舱控制，由安装在舵机舱的转换开关箱内“操舵地点选择”开关3 LW来选择由驾驶台控制还是舵机舱控制。
当选择在舵机舱控制时，用启动器上的按钮1Q，使1TA启动或停止1号系统油泵机组，按钮2Q，使2TA启动或停止2号系统油泵机组。
