船舶舵机装置的自动控制系统介绍.ppt

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1、第十三章船舶舵机装置的自动控制系统第一节舵与舵机装置第二节操舵方式及基本工作原理第三节自动舵的基本类型及其基本要求第四节舵机自动控制系统事例思考题与习题第十三章船舶舵机装置的自动控制系统第一节　　舵与舵机装置目前，绝大多数船舶都以舵作为保持或改变航向的设备。舵垂直安装在螺旋桨的后方。早期船舶都采用平板舵。目前除一些内河小船外，为了提高舵效和推进效率，大都采用钢板焊接而成的空心舵，称为复板舵。这种舵由于水平截面呈对称机翼形，故又称流线型舵。舵的型式很多，图13-1示出三种典型的海船用舵。舵叶的偏转由操舵装置（通常称舵机）

2、来控制。舵机经舵柄1将扭矩传递到舵杆3上，舵杆3由舵承支承，它穿过船体上的舵杆套筒4带动舵叶7偏转。舵承固定在船体上，由滑动或滚动轴承及密封填料等到组成此处，舵叶7还可以通过舵销5支承在舵柱8的舵托9舵钮6上。舵杆轴线一般就是舵叶的转动轴线。舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵，称为不平衡舵图13-1（a）；舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵称为平衡舵图13-1（b）而仅于下半部做成平衡型式的舵称为半平衡舵图13-1（c）。1-舵柄；2-上舵轴承；3-下舵轴承；4-舵杆套筒；5-舵销；6-舵钮；7-舵叶；8-舵柱；9-舵托；10

3、-舵轴承后两种舵在舵杆轴线之前有一定的舵叶面积，转舵时水流作用在它上面产生的扭矩可以抵消一部分轴线后舵叶面积上的扭矩，从而减轻舵机的负荷。一、舵的作用原理如图13-2所示，舵叶处于船舶首尾线上时，水流方向与舵面一致，不产生转船力矩，船舶保持直线航行。当舵叶离开首尾线，向某一航侧偏转一个β角时，因舵叶面现水流流速不同，两面的压力不平衡，在舵面上产生与其垂直的压力F。将F分解为相互垂直的两个分力F1和F2。其纵向分力F1对船舶航行起制动作用，使船速减低，而横向分力F2会产生一个使船舶转向的转船力矩M。假设在船舶的重心“0”

4、处加上一对大小相等而方向相反的力，即f1=f2=F2，并与F2平等。则F2与f1组成一个转船力矩M=F2×a，a为F2与f1之间的距离。而f2则引起船舶的横向漂移。转船力矩在一定的舵角上出现最大值，这个舵角称为最大舵角。在船舶上通常予以限定的角度（例如350）作为舵机的最大转舵角。图13-2舵叶偏转时作用于船舶上的力现代船舶广泛采用流线型舵叶。这种舵叶在转舵时所受到的水流压力F与舵叶面积，船舶速度和舵偏转的角度之间的关系，符合机翼升力理论，可用下式表示：F=9.8CRρ(V2/2)S式中：CR—对舵叶模型试验测得的升力

5、系数，与翼型及β角有关：V—船舶速度m/sρ—水的密度kg/m3s—舵叶有效作用面积m2舵角为β时产生的转船力矩M，可近似用下式表示：M=KSV2sin2β式中：K—常数。在自动操舵时，舵角β通常采取小舵角，因而sin2β≈2β，则M公式可写成M=2KSV2sin2β=CV2β式中C=2KS可见转船力矩M近似地与航速的平方成正比；航速越高舵效越好。当航速一定时，M与舵角β（小舵角情况下）成正比。二、舵机装置图13-3扇形齿轮传动机构舵机按拖动方式，目前主要分为电动机械传动舵机和电动液压传动舵机两类。舵机的转舵力矩不仅取

6、决于舵叶上的水流压力F，而且与舵的结构型式有关，采用平衡舵可减少舵机的负载。对于一定型式的舵，转舵力矩在最大舵角时达最大值，而此值在船舶倒车时更大些。随着航速和吨位的增加，转舵力矩也将增大。若采用电动舵机时，传动装置将出现体大笨重，因此现代大型远洋和近海船上电动液压舵机获得广泛地应用。图13-3扇形齿轮传动机构(一)、电动—机械舵机装置图13-3为扇形齿轮传动的电动舵机，它由电动机1通过连轴节2带动蜗杆3和蜗轮4转动，并通过主动齿轮5带动扇形齿轮6，再经过缓冲弹簧7转动舵柄8（在扇形齿轮的下部），从而使舵柱9和舵叶偏转

7、。缓冲弹簧的作用是减轻船舶在航行中波浪对舵叶的冲击力，防止传动装置受到损伤。不论是扇形齿轮传动机构还是蜗杆传动机构，它们共同的特点都是通过机械传动机构，以很高的减速比把电动机的高速转动直接传送到舵柱的低速偏转。这类舵机的电力拖动系统常采用直流G-M控制系统。图13-4液压舵机传动机构电动—液压舵机装置基本上与电动—液压起货机传动装置相类似，有双向变量油泵，由恒速电动机拖动，提供可逆流向的高压油。两者不同之处在于拖动起货机卷筒的是可连续旋转的油马达，而转舵机构则是左、右方向移动的液压油缸装置，如图13-4所示。与舵柄(二

8、)、电动—液压舵机装置铰链的撞杆两端置入左右高压油缸内，两油缸与油泵连接，当油缸注入高压油而油缸排出低压油时，推动撞杆（类似于活塞）向低压端移动，从而带动舵柄、舵柱和舵叶偏转。高压油泵的排量和流向则由操舵系统控制。三、对舵机拖动控制系统的技术要求（一）、从主配电板到舵机舱应采用双线供电制，并尽可能远离分开敷设（如左、右舷两路）。在