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液压系统设计的实践与改进液压系统是一种将液体作为传动介质的动力传动系统。
液压系统广泛应用于机械设备中，它可以提供高功率、高可靠性、高适应性和精密控制。
然而，设计一套高质量的液压系统是一项极具挑战性的工作。
本文将介绍液压系统设计的实践与改进。
一、液压系统的设计实践1.设计要求在设计液压系统前，需要了解该系统所需满足的设计要求。
液压系统涉及到流体动力学、机械工程、自动控制等多个领域的知识。
例如，对于液压缸的设计，需要根据工作负载和速度来确定其所需的尺寸和形状，并确保该液压缸可以承受正常的操作条件。
对于液压系统的控制，需要选择合适的控制器和传感器，并确保它们能够与系统的操纵杆、面板和指示器协同工作。
2.设计步骤一般来说，液压系统的设计过程包括以下几个步骤：第一步，确定系统的用途和规格，规划系统的主要部件，确定液压油的类型、流速和流量，以及系统的溢流、保压和调节机构。
第二步，绘制系统的原理图，并选择适当的液压元件，如液压泵、液压缸、阀门和连接器等。
液压元件需要满足系统设计规范，并根据预测使用条件的数据选择。
第三步，布局主要系统元件，根据系统活塞的最大负载和移动位置，选择合适的位置。
第四步，测试和微调系统，以确保它能满足预期的要求。
二、液压系统改进的方法液压系统改进是提高设备性能、提高质量和提高效率的一种重要途径。
液压系统改进通常包括以下几个方面：1.优化设计通过对系统中的各个零部件的尺寸、形状进行优化，可以进一步提高系统的性能。
例如，合理设计液压缸的壁厚、内径和长度可以提高液压缸的强度、耐久性和可靠性。
2.更新零部件现代液压系统可以使用更多的智能化技术，以实现更好的自动化和控制。
为了达到这种效果，需要使用更先进的零部件，比如采用压控比例阀等高精度阀门协调液压系统的动作。
3.替代工作油优质工作油可以提高系统的耐用性、可靠性和效率。
很多液压系统都在使用矿物油或合成油，但这些工作油在使用过程中有时会产生不利影响，比如会污染环境，并且要花费高昂的清洗费用。
船舶液压系统原理及维修技术摘要：船舶关键的压强传送装置是液压系统，承担着向船舶每一个组成部分传输液压油的作用，从而驱动每一个零部件的正常运转与高效运行。
可是，因为船舶体系处于繁杂、恶劣的运行环境，不免受到外力的干扰与破坏，从而造成船舶液压系统发生故障问题。
由于液压设备的安全性和平稳性直接影响着船舶的正常行驶，因此必须掌握船舶液压系统原理对其常见故障实施分析和诊断具有非常关键的意义。
关键词：船舶；液压设备；故障随着船舶液压设备自动化和集成化程度的提高，液压传动技术已广泛应用于现代船舶，特别是远洋船舶。
如阀门的开关，舱口盖、水密门的启闭，液压舵机，液压起货机，起锚机以及自动系缆装置等。
这些液压设备大多数处于露天甲板，经常经受风吹、日晒、雨淋以及海洋气候、自然条件等的影响，一旦出现故障势必影响航行安全和经济性。
因此，要加强日常管理，对设备的运行状况了然予胸，防患于未然。
如果出现故障，则应根据情况，科学分析、及时排除。
笔者现结合自己在船舶工作的实践，谈几点粗浅的看法。
1液压系统的工作原理在液压系统中，液压泵担负把电动机（或其他原动机）的机械能转变为液体压力能，由管路传递的压力能经控制元件对其流量进行调节控制后，再通过液压缸（或液压马达）把液体的压力能转变为机械能推动负载运动。
具体工作原理如图1。
液压传动系统是由动力元件、执行元件、控制元件及辅助元件组成，其作用见表1：图1 液压系统工作原理2船舶液压系统的常见故障与处理技术2.1动作故障—执行原件速度过慢或不动作故障内容：某轮在开舱时，发现舱口盖装置开始工作时具有正常的速度，但是随着工作时间的延长速度逐渐降低，直到无法工作。
故障分析及排除：执行元件的供油量决定着执行元件的运动速度。
依据这一原理，我们首先对泵的进口滤网进行了拆检，发现有黑色胶质物糊满其上，洗掉之后试车，速度比之前快了一些，但是仍然达不到正常的要求。
同时，油温随着时间的延长而不断升高，系统压力也随着时间的延长而下降，在60~70℃时无法工作，也无法提高速度。
摘要舵机是舰船最重要的辅机之一，是操纵舰船航向、保障舰船安全和航行性能的关键设备。
其中转叶舵机由于具有结构紧凑、安装简便、机械效率高、噪音小等优点，在舰船上得到日益广泛的应用。
现有转叶舵机需要泵站系统为其提供动力，因而管路多，体积大，且控制系统复杂，容易发生故障，难以满足现代舰船对舵机越来越高的要求。
本文设计的新型转叶舵机原理样机——直驱式电液伺服转叶舵机是融合交流伺服技术控制灵活与液压系统大出力的特点，并结合转叶舵机的技术优势，摒弃了容易发生故障的电液伺服阀和变量泵，通过直接控制定量泵的转动方向、转速和运转时间来调整舵机的运转方向、速度和舵位。
直驱式电液伺服转叶舵机具有集成度高、结构紧凑、占地面积小、控制简单灵活等特点，有效地提高了舰船的操纵性。
直驱式电液伺服转叶舵机无节流损失和溢流损失，节能高效，是一种极具发展前景的舵机型式。
在查阅大量国内外有关文献的基础上，概述了舵机的发展历程，重点介绍了转叶舵机的特点和国内外研究概况；对泵控和阀控两种传统舵机驱动形式的特点和弊端进行了阐述，进而提出直驱式电液伺服转叶舵机的技术方案；综述了国内外对直驱式电液伺服技术的研究现状，指出了直驱式电液伺服转叶舵机的特点和关键技术。
关键词：直驱式、转叶舵机、舰船工程、直驱式容积控制、电液伺服系统、船舶舵机、动力机构AbstractSteering gear is one of the most important marine auxiliary machineries and it is the key equipment for controlling ship course,ensuring navigation security and maneuverability.The prototype of new highly reliable steering gear is designed by HIT to improve steering gear’s reliability,reduce its moss and occupied and enhance maneuverability of ships.In direct drive volume control(DDVC)electro-hydraulic servo rotary vane steering gear,variable displacement pump and proportional are replaced by converter motor and fixed pump.Changing the rotating direction,rotating speed and runtime of the converter motor can control the moving direction,velocity and position of the rudderpost.The DDVC electro-hydraulic servo steering gear is discarded pumping station and pipelines,it has fewer control components,energy saving,more compact structure,higher reliability and controllability than traditional rotary vane steering gear.It is capable both advantages of AC servo system’s flexibility and of hydraulic great force.so the DDVC electro-hydraulic servo steering gear has a great prospect in steering gear field.After synthesizing numerously relevant literatures and reference material at home and abroad,the steering gear development at home and abroad is summarized and rotary vane steering gear characteristics and research surveys are especially pared the advantage and disadvantage of the traditional bump control system and valve control system for steering gear,structure composition of direct drive electro-hydraulic serve rotary vane steering gear is put forward to solve the flaws of traditional steering gear. Current trend of research on direct drive volume control electro-hydraulic servo technology is reviewed and characteristics and key techniques of direct drive volume control electro-hydraulic servo rotary vane steering gear are point out.Key words：Brush seal；Ship engineering;Direct drive volume control;Electro hydraulic servo system;Marine steering gear;Actuating unit.目录第一章绪论 (1)1.1研究的目的及意义 (1)1.2国内外研究现状和发展 (1)1.2.1国内研究现状和发展 (1)1.2.2国外研究现状和发展 (2)1.3舵机的负载分析 (3)1.4舵机的主要技术要求 (5)本章小结 (5)第二章舵机的总体设计方案 (6)2.1舵机的机械传动方案 (6)2.1.1联轴器的设计 (6)2.1.2机械传动结构 (7)2.2舵机的液压传动总体设计方案 (10)2.2.1系统控制方案 (10)2.2.2系统的工作原理 (12)2.3舵机的电气控制系统 (12)2.3.1舵机电气控制系统技术要求 (12)2.3.2特殊继电器在舵机电气控制中的应用 (13)本章小结 (15)第三章舵机液压伺服系统的主要技术指标计算 (16)3.1舵机液压伺服系统的静态设计 (16)3.1.1液压缸的选择 (16)3.1.2传感器的选择 (16)3.1.3伺服电机的选择 (17)3.1.4伺服阀的选择 (17)3.2舵机液压伺服系统的动态设计 (17)3.2.1控制回路的传递函数 (17)3.2.2绘制波特图并分析 (19)3.3检验技术指标 (20)3.3.1静态品质检验 (20)3.3.2动态品质检验 (21)3.3.3系统的校正 (21)本章小结 (21)第四章材料试验机其他元件计算选择 (22)4.1液压泵的选择 (22)4.2油管的选择 (22)4.3油箱的选择 (24)本章小结 (24)第五章材料试验机泵站校核计算 (25)5.1液压系统压力损失计算 (25)5.2液压系统系统效率计算 (26)5.3液压系统的冲击压力计算 (26)5.4液压系统的发热与散热计算 (27)5.4.1液压系统的发热计算 (27)5.4.2液压系统的散热计算 (28)本章小结 (29)第六章结论 (30)致谢语 (31)参考文献： (31)第一章绪论1.1研究的目的及意义据了解，目前我国船舶自主配套率平均只有40%左右，与日本的98%、韩国的90%相比，差距相当大。
液压系统设计方法液压系统是液压机械的一个组成部分，液压系统的设计要同主机的总体设计同时进行。
着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。
液压系统的设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。
一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。
⑴确定液压执行元件的形式；⑵进行工况分析，确定系统的主要参数；⑶制定基本方案，拟定液压系统原理图；⑷选择液压元件；⑸液压系统的性能验算：⑹绘制工作图，编制技术文件。
1.明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。
在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。
⑴主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；⑵液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；⑶液压驱动机构的运动形式，运动速度；⑷各动作机构的载荷大小及其性质；⑸对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；⑹自动化程度、操作控制方式的要求；⑺对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；⑻对效率、成本等方面的要求。
2.进行工况分析、确定液压系统的主要参数通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。
液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。
压力决定于外载荷。
流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。
2.1载荷的组成和计算2.1.1液压缸的载荷组成与计算图1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。
各有关参数已标注在图上，其中F W是作用在活塞杆上的外部载荷。
F m是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。
作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷F g，导轨的摩擦力F f和由于速度变化而产生的惯性力F a。
舵机液压系统原理图设绘通则舵机液压系统原理图设绘通则1 主题内容与适⽤范围1.1本标准规定了“舵机液压系统原理图”的设绘依据、基本要求、内容要点、图⾯要求、注意事项、校审要点、质量要求以及附录。
1.2本标准适⽤于详细设计阶段“舵机液压系统原理图”的设绘。
1.3其他设备的液压系统原理图可参照实⾏。
其他设备如：艏侧推液压系统原理图、起锚机和系泊绞车液压系统原理图、救⽣（救助）艇绞车液压系统原理图、货舱盖液压系统原理图和某种设备的液压遥控系统原理图等。
2 引⽤标准及设绘依据图纸2.1 引⽤标准下列标准所包含的条⽂，通过在本标准中引⽤⽽构成为本标准的条⽂。
本标准出版时，所⽰版本均为有效。
所有标准都会被修订，使⽤本标准的各⽅应探讨使⽤下列标准最新版本的可能性。
a) GB786-76液压及⽓动图形符号；b）CB1102-85船⽤液压系统通⽤技术条件。
2.2 设绘依据图纸a) 设计任务书或技术规格书；b) 设备供应⼚商提供的⼯作图和技术⽂件等资料；c) 有关的电⽓控制设备技术资料。
3 基本要求3.1“液压系统原理图”是⽤图形符号来表⽰液压元件职能的，反映该执⾏机构、液压泵组、控制阀件、管路附件和储油箱等液压设备组成的⼯作原理的图样，并应能满⾜送审图纸要求以及作为⽣产设计的依据。
本图旨在从原理上表明设备液压传动的⼯作特性。
液压系统原理图应正确描述上述组成部分内容的⼯作原理。
3.2 应满⾜设计任务书或技术规格书的要求。
3.3应符合有关国家船级社和《国际海上⼈命安全公约》中有关条⽂的规定。
这些规定的主要内容是：a）液压系统（包括所有泵、阀、管路和附件的受压部件）装船前的试验压⼒应不低于1.5倍的设计压⼒；装船后的试验压⼒应不低于1.25倍的设计压⼒，但不必超过设计压⼒加7Mpa；设计压⼒：指舵机在最⼤营运前进航速时进⾏操舵，使舵⾃任⼀舷的35°转⾄另⼀舷的35°，并且于相同条件下⾃⼀舷的35°转⾄另⼀舷的30°所需时间不超过28s的运⾏状况下所预期的最⼤⼯作压⼒的1.25倍；或安全阀的调整压⼒。
摘要：本文主要介绍“育鲲”轮转叶式舵机的转舵机构及液压系统原理，并对随动控制系统进行了分析。
对舵杆和转子机构的液压安装步骤进行讲述。
通过与往复式舵机的结构及液压系统的比较，总结出“育鲲”轮转叶式舵机的特点。
针对“育鲲”轮舵机使用过程中所发生的故障现象，本文简要分析其故障原因。
归纳总结出舵机维护保养中的基本要求，力图能够为轮机员工作提供较好参考。
关键词：转叶式舵机液压系统随动控制系统液压联接器Abstract: this paper describes basic construction and hydraulic system principle of the votary vane steering gear in “YUKUN” training ship, and particularly analyzes the system of follow-up control. Mounting procedure of hydraulic coupling between rudder actuator and rudderstock are showed clearly. Compared with construction and hydraulic system of the reciprocating steering gear, there are a lot of characteristic in the rotary vane steering gear. And based on the phenomenon of the trouble in the steering gear, the paper makes a brief analysis. Basic recommendations are included in the maintenance process of the steering gear. The aim of this paper is to provide a better reference for engineer office in work course.Keywords: rotary vane steering gear hydraulic system follow-up control system hydraulic coupling目录1绪论 (1)1.1舵机的作用和组成部分 (1)1.2舵机的类型 (1)2“育鲲”轮转叶式舵机转舵机构和液压系统 (2)2.1“育鲲”轮舵机概况及主要参数 (2)2.2球形转舵机构结构特点 (2)2.3液压系统工作原理 (3)2.4舵杆和转子安装方法 (4)2. 4. 1安装前的准备 (4)2. 4. 2安装步骤 (4)2. 4. 3安装中的注意事项 (5)3“育鲲”轮舵机随动控制系统 (6)3.1“育鲲”轮驾驶台操舵指令 (7)3.2控制信号比较放大 (7)3.3驱动和反馈单元 (8)3.4变频电机和双向油泵 (8)4“育鲲”轮转叶式舵机的主要特点 (8)5“育鲲”轮舵机故障简析 (9)6“育鲲”轮舵机的维护保养 (9)6.1液压油的选择 (9)6.2换油和除气 (9)6.3日常管理注意事项 (10)总结 (10)【参考文献】 (10)1绪论1.1舵机的作用和组成部分船舶在航行过程中，不可能完全按照驾驶员的意图进行航行，经常会受到外界的干扰（如风、浪等的影响），使船舶偏离原来的航线。
探讨船舶液压系统调试中的关键问题与解决方案摘要:船舶液压系统在船舶运行中起着至关重要的作用，然而在调试过程中常常面临诸多挑战。
本文通过分析船舶液压系统调试中常见的关键问题，如系统复杂性、环境恶劣、元件老化等，提出了相应的解决方案和对策，包括技术人员培训、专业工具支持、系统参数监测与调整等措施，以提高液压系统的可靠性和稳定性。
此外，本文还讨论了船舶液压系统在不同载荷和工况下的适应性问题，为船舶液压系统调试提供了一定的参考与指导。
关键词:船舶液压系统、调试、关键问题、解决方案、可靠性、稳定性一、船舶液压系统概述1. 船舶液压系统的基本组成和工作原理船舶液压系统通常包括液压泵、液压缸、液压阀、液压油箱、液压管路等多种不同的组件。
液压泵的主要功能是将液压油从油箱中抽出，并通过管路输送到液压缸或液压马达，利用液压油的压力和流量来实现对船舶各种执行机构的控制。
液压阀则扮演着调节和控制液压系统压力、流量以及流向的重要作用，从而实现船舶的各项动作和功能。
2. 船舶液压系统在船舶中的重要性船舶液压系统在船舶中扮演着至关重要的角色，它不仅可以应用于船舶的舵机、起重机、货舱门、缆绳张紧器等各种机械设备的控制和操作，而且还广泛应用于船舶的船台系统、船舶停靠与系泊系统、船舶卸料与装载系统等重要部位。
船舶液压系统的稳定工作和高效性能，直接关系到船舶的安全、运行效率和船舶设备的使用寿命，因此船舶液压系统的可靠性和良好状态对于船舶的安全航行和运营是至关重要的。
二、船舶液压系统调试中的关键问题分析1. 常见的液压系统故障和调试难点常见的液压系统故障包括液压泄漏、油液污染、压力不稳、阀芯卡死等等，这些问题常常由于密封件老化、液压元件磨损、管路堵塞等原因引起。
在实际调试过程中，难点主要包括快速准确地确定故障点、确保液压系统的稳定性和可靠性、以及对复杂系统参数进行精确调节和优化等。
此外，液压系统调试还涉及对系统动态特性的理解和控制，需要技术人员具备全面的液压知识和丰富的实践经验，以有效应对液压系统故障和调试难点，确保船舶液压系统的正常运行。
２０１５年第６期 液压与气动 １１９ ｄｏｉ：１０．１ １８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—４８５８．２０１５．０６．０２５ ～ 船舶舵机液压维修训 练系统的设计 刘乔 ，侯珍秀 。姜继海 ，赵进宝 （１．广东海洋大学航海学院，广东湛江５２４０８８；２．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨１５００８０） 摘要：针对我国船舶舵机液压培训系统结构简单、功能单一、交互性差，不能培养船员实际动手能力的 问题，在综合分析舵机液压系统结构的基础上，采用虚拟仿真和组态技术，应用模块化方法，设计了一套软硬 结合的维修训练系统。实践表明，该系统结构合理、功能丰富、可扩展性强，有效地将舵机液压系统操作原 理、故障分析与实际动手维修结合起来，对于提高船员维修能力具有良好效果。 关键词：船舶舵机液压系统；虚拟仿真；组态技术 中图分类号：ＴＨ１３７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００－４８５８（２０１５）０６＿（）１ １９－０５
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍａｒｉｎｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｇｅａｒ
ＬＩＵ Ｑｉａｏ ，ＨＯＵ Ｚｈｅｎ—ｘｉｕ ，ＪＩＡＮＧ Ｊｉ．ｈａｉ ，ＺＨＡＯ Ｊｉｎ—ｂａｏ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｎｊｉａｎｇ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５２４０８８； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ １５００８０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｍａｒｉｎｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｇｅａｒ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｓｕｃｈ ａｓ ｓｔｒｕｃ— ｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｐｏｏｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ，ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙ－ ｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｇｅａｒ．Ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ，ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｅｒｆｅｃｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｃａｎ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｃｒｅｗ ｔｒａｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅｉｒ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｒｉｎｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｇｅａｒ，ｖｉｒｔｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
引言 舵机是控制船舶运行方向的重要设备，主要由舵 叶、舵柄、转舵机构、舵机液压系统及其控制设备组成。 船员通过控制相应操舵装置，启动液压舵机，实现舵叶 的正转、反转、停止等工况…。 随着世界航运业的飞速发展，船舶数量不断增多， 船舶日趋大型化、专业化、自动化、高速化，船舶舵机系 统也越来越精密，对船员的操作与维修技能要求也越 来越高。因此国际海事组织（ＩＭＯ）及船员培训机构在 船员职业资格考核的相关规定（如《ＳＴＣＷ７８公约》、 《海员培训、发证和值班标准国际公约》等）中，都强调 了对船员实际操舵技能的培养和评估，并规定船员必 须接受系统的航海专业教育和培训后才能上岗。随着
我国航运业的飞速发展，急需大量高素质的船员。舵 机系统结构复杂，需要船员具备一定的液压知识和维 修技能，而这些知识和技能船员较难掌握。老式的培 训方法是通过实际舵机装备进行现场教学，但培训周 期长，教学效率低，不能模拟舵机故障工况，效果不够 理想。２０世纪７０年代兴起的计算机虚拟仿真技术为 这个问题的解决带来契机，出现了专门用于船员培训 的船舶轮机仿真训练模拟器（Ｍａｒｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｓｉｍｕｌａ． ｔｏｒ），它是一种在实验室内利用计算机仿真技术模拟
收稿日期：２０１４．１０－１３ 作者简介：刘乔（１９８０一），男，湖北武汉人，讲师，博士研究 生，主要从事船舶辅助机械方面的科研和教学工作。 ｌ２０ 液压与气动 ２０１５年第６期 船舶机舱设备的操作与控制、声光报警、参数与状态显 示等功能的装置。受训人员可以通过轮机模拟器来进 行船舶机舱设备（含舵机液压系统）的操作技能训练 和熟练程度评估。它具有经济、安全、高效等诸多优 点。世界航海大国都投入了大量精力进行研发，比较 有名的有挪威ＮＯＲＣＯＮＴＲＯＬ公司的ＡＵＴＯＣＨＩＥＦ系 列、英国Ｔｒａｎｓａｓ公司的ＥＲＳ系列、德国ＳＴＮ Ａｔ ｌａｓ Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ公司的ＳＥＳ系列等。其软件系统主要基于 真实的船舶机舱类型，采用虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ， 简称ＶＲ）、网络拓扑、智能专家系统等技术，最大限度 地复现船舶的实际操作和工作状态，提高培训的临场 感和真实感。 我国轮机模拟器的研制工作开始于２Ｏ世纪９０年 代，经过引进、消化、创新，目前已达到国际先进水平。 国内具有代表性的研制单位有大连海事大学的ＤＭＳ 系列、武汉理工大学ＷＭＳ系列和上海海事大学的 ＳＭＳＣ系列。其中武汉理工大学１９９４年研制ＷＭＳ型 轮机模拟器是我国第一台具有自主知识产权的轮机模 拟器，目前已开发出多种型号。大连海事大学的ＤＭＳ 系列模拟器功能齐全，船型多样，应用广泛¨２ Ｉ４ｊ。 通过对全国航海类院校轮机专业的培训教学情 况调研后发现，船舶舵机在培训教学中存在如下 问题： （１）采用实装进行训练，投入成本很高，占地面积 大，一套舵机系统一次只能培训几名学员，教学效率 低，而且实际舵机形式多种多样，工作原理也不尽相 同。院校配套的舵机教学装备往往是老式装备，跟不 上当前发展需要，而且实装仅仅限于现场演示，难以进 行故障维修培训，既使勉强进行维修方面训练，系统也 难以有效检测实做效果。系统的可扩展性差； （２）目前的舵机虚拟仿真模拟训练一般集成于轮 机仿真训练器（Ｍａｒｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）中。功能丰 富，一般包含舵机的工作原理、虚拟操作、相关零部件 虚拟拆装等多种功能，而且软件接口丰富，利于后续升 级。在模拟培训教学中确实具有一定的优势，但由于 不是真实的设备，在实践与感观上还是无法代替实装 训练，不能培养船员的实际动手能力。 因此，如何将虚拟仿真模拟训练的经济、灵活、安 全、高效与实装训练的实感、实践、动手技能培养有效 结合起来是船舶舵机液压系统培训的一个重要问题。 针对这种情况，采用虚拟仿真和接口技术，应用模块化 设计方法，设计了一套新型船舶舵机液压维修训练系 统，弥补了传统培训的不足。 １系统总体设计 １．１ 功能需求分析 通过对《ＳＴＣＷ７８／９５公约》、《中华人民共和国海 船船员适任考试大纲》、《船用往复式液压舵机修理技 术要求》、《船用转叶式液压舵机修理技术要求》 等 。 相关船员操作及修理标准的研究，分析出船舶 舵机液压维修训练系统应具备以下几部分功能： （１）操舵原理培训 系统应能帮助受训船员了解 各型液压舵机工作原理，熟悉自动操舵、随动操舵、机 旁手操、应急操舵的操作步骤，并理解各状态下，液压 油路的运行机理。了解各油泵、控制阀件、油缸、管路 辅件等零部件结构原理； （２）故障分析培训 系统应能模拟舵机的多种故 障状态，如舵不动、冲舵、舵卡滞、跑舵等，并提供一定 故障信息和故障分析方法，指导受训船员进行故障分 析训练，同时提供虚拟拆装、虚拟维修功能； （３）故障实际排除系统应能够为受训船员提供 实际动手维修的平台，船员通过使用专用工具，对典型 故障元件进行修理，如更换密封圈、清洗阀芯、更换过 滤器等，通过亲身实做，确实提高实际动手能力； （４）维修水平检测评估系统应能够对培训船员 的维修效果进行性能检测与评估，并给出相应成绩 存档。 １．２系统结构设计 根据舵机液压维修训练系统的功能要求，结合 半实物仿真技术 ｊ，采用虚拟仿真（ＶＲ）和模块化 设计方法，设计了一套软硬结合的维修系统（图１ 所示）。
虚拟维修训练 接口控制 维修实训台 ｒ：二二二二二＿ ｒ－二二二二二二二－一一一：二二二二二 １ 二二二二二二二． ｉ Ｉ计算机ｆ鲁Ｉ Ｉ善ｌ Ｉ ｆ
图１船舶舵机液压维修系统结构原理图 ２０１５年第６期 液压与气动 ｌ２１ 该系统包含三部分： （１）由计算机为主的虚拟维修训练子系统； （２）由液压舵机维修实训台组成的维修实训子 系统； （３）由ＰＬＣ及驱动设备组成的接口控制。 虚拟维修训练子系统可以软件模拟各种类型液压 舵机（如川崎的ＲＡ型柱塞式泵控舵机，波士贡的Ｓ型 阀控转叶舵机）的操作与故障情况，完成操舵原理培 训和故障分析培训。维修实训台可以模拟舵机相关零 部件的故障状态，完成对船员的故障实际排除能力训 练。接口控制用以两个子系统间的数据交换及同步协 调，实现对维修后的状态进行检测评估考核。 图２为船舶舵机液压维修训练系统的工作流程 图，其中虚线框组成的Ｉ部分流程，主要由虚拟维修训 练子系统完成，而Ⅱ部分流程则由维修实训台完成。 培训船员首先登陆虚拟维修训练子系统，通过选择舵 机类型、操舵训练、维修考核等步骤，完成操舵原理、舵 机故障分析等方面的培训，在故障分析正确以后，通过 维修实训台完成舵机故障维修实做和维修效果测试， 最后维修训练的参数由ＰＬＣ及相应通信接口传送到 虚拟训练子系统，从而完成培训效果的评估。
图２船舶舵机液压维修系统的工作流程图 ２关键技术 ２．１ 虚拟维修训练子系统设计 图３为虚拟维修训练系统的结构图。 整个系统采用模块化设计的方法功能如下。 １）操舵原理训练模块 该模块主要完成操舵原理训练，包含虚拟操作和 监控面板、舵机液压油路两部分。该模块为基础模块， 采用组态软件 （如Ｉｎｔｏｕｃｈ、ＭＣＧＳ、组态王等）为开发 平台设计。 虚拟维修训练系统 国圉圉 圉国图 图３虚拟维修训练系统结构图 舵机的操作及监控面板以实际船舶操舵面板为蓝 本制作。主要为仪表、按钮及指示灯等组件，这些组件 按使用方式可分为两类：指示类和操作类，采用软件自 带的相关控件和虚拟仪表可以很方便搭建。面板各组 件的功能通过编写脚本程序来执行特定的命令和逻辑 运算，例如键被按下、窗口被打开，值发生变化等。通 过组态软件的Ｉ／，０ ｓｅ￣ｅｒ功能，可以设置按钮、开关等 组件与ＰＬＣ的输入输出点相关联，从而实现虚拟系统 与维修实训台的同步动作。 舵机的液压油路设计较为复杂，对于泵、阀、转舵 油缸等特殊元件，可以通过采用自制Ａｃｔｉｖｅ Ｘ控件的 方式，与软件中现有的流体元件控件组成舵机液压系 统油路，并根据操舵规程，设置控制组件（如舵启、停 按钮，转舵手柄，舵角指示器等）与舵机液压各组件的 逻辑控制关系，编写相应的脚本控制程序，实时显示液 压舵机在不同控制状态（如左舵、右舵、满舵、舵回零 等）下，各控制阀件、油泵、转舵机构的内部动作（如油 泵的启动、停止，电磁换向阀的换向）和油液在液压系 统中的流动状态。 ２）故障维修训练模块 该模块主要完成液压舵机的故障设置，和软件模 拟故障状态，如转舵速度慢、系统不能调压、压力表无 指示等故障。培训船员在软件的辅助下，根据界面提 供的故障状态，如系统压力低、油温过高、过滤器报警 等，对故障类型进行判断，通过对液压系统的逐步分 析，根据现象找原因，溯本求源，最终找出故障点和故 障元件。该部分的编程除了应用组态软件外，还采用
