“育鯤”輪舵機(jī)液壓系統(tǒng)及隨動(dòng)控制系統(tǒng)介紹

1、<p><b>　　大連海事大學(xué)</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p><b>　　二○一○年六月</b></p><p>　　“育鯤”輪舵機(jī)液壓系統(tǒng)及隨動(dòng)控制系統(tǒng)介紹</p><p>　　專業(yè)班級(jí)：輪機(jī)工程06－3班</p

2、><p>　　姓 名： 黃 文 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 邸 德 輝</p><p><b>　　輪機(jī)工程學(xué)院</b></p><p>　　摘要：本文主要介紹“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)原理，并對(duì)隨動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。對(duì)舵桿和轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)的液壓安裝步驟進(jìn)行講述。通過與往

3、復(fù)式舵機(jī)的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的比較，總結(jié)出“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的特點(diǎn)。針對(duì)“育鯤”輪舵機(jī)使用過程中所發(fā)生的故障現(xiàn)象，本文簡要分析其故障原因。歸納總結(jié)出舵機(jī)維護(hù)保養(yǎng)中的基本要求，力圖能夠?yàn)檩啓C(jī)員工作提供較好參考。</p><p>　　關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)葉式舵機(jī) 液壓系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng) 液壓聯(lián)接器</p><p>　　Abstract: this paper describes basi

4、c 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

5、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 phenom

6、enon of the trouble in th</p><p>　　Keywords: rotary vane steering gear hydraulic system follow-up control system</p><p>　　hydraulic coupling</p><p>　　目 錄</p><

7、p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1舵機(jī)的作用和組成部分1</p><p>　　1.2舵機(jī)的類型1</p><p>　　2“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)2</p><p>　　2.1“育鯤”輪舵機(jī)概況及主要參數(shù)2</p><p>　　2.2球形轉(zhuǎn)舵機(jī)

8、構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2</p><p>　　2.3液壓系統(tǒng)工作原理3</p><p>　　2.4舵桿和轉(zhuǎn)子安裝方法4</p><p>　　2. 4. 1安裝前的準(zhǔn)備4</p><p>　　2. 4. 2安裝步驟4</p><p>　　2. 4. 3安裝中的注意事項(xiàng)5</p><p>　　3“育

9、鯤”輪舵機(jī)隨動(dòng)控制系統(tǒng)6</p><p>　　3.1“育鯤”輪駕駛臺(tái)操舵指令7</p><p>　　3.2控制信號(hào)比較放大7</p><p>　　3.3驅(qū)動(dòng)和反饋單元8</p><p>　　3.4變頻電機(jī)和雙向油泵8</p><p>　　4“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的主要特點(diǎn)8</p><p&

10、gt;　　5“育鯤”輪舵機(jī)故障簡析9</p><p>　　6“育鯤”輪舵機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)9</p><p>　　6.1液壓油的選擇9</p><p>　　6.2換油和除氣9</p><p>　　6.3日常管理注意事項(xiàng)10</p><p><b>　　總結(jié)10</b></p>

11、<p><b>　　【參考文獻(xiàn)】10</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1舵機(jī)的作用和組成部分</p><p>　　船舶在航行過程中，不可能完全按照駕駛員的意圖進(jìn)行航行，經(jīng)常會(huì)受到外界的干擾（如風(fēng)、浪等的影響），使船舶偏離原來的航線。此時(shí)應(yīng)該有一操作裝置能夠控制船舶方向

12、保證船舶安全行駛，此機(jī)構(gòu)就是舵。舵是船舶用以改變其航向或維持其預(yù)定航向的重要設(shè)備，對(duì)于船舶安全航行起著關(guān)鍵作用。</p><p>　　現(xiàn)代化船舶廣泛應(yīng)用電動(dòng)液壓舵機(jī)。電動(dòng)液壓舵機(jī)由三部分組成：轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)與操舵控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的作用是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，推動(dòng)舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)。液壓系統(tǒng)的作用是向舵機(jī)提供足夠的液壓能，并設(shè)置所需的保護(hù)和控制裝置。操舵控制系統(tǒng)的作用：一是傳遞舵令；二是控制操舵精度。</p>

13、;<p><b>　　1.2舵機(jī)的類型</b></p><p>　　船舶所使用的電動(dòng)液壓舵機(jī)按機(jī)構(gòu)類型可分為往復(fù)式和轉(zhuǎn)葉式兩種。</p><p>　　所謂往復(fù)式舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)為往復(fù)式轉(zhuǎn)舵油缸，它將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)化為柱塞的機(jī)械能，推動(dòng)舵柄左右轉(zhuǎn)動(dòng)，舵柄帶動(dòng)舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)舵葉的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到改變船方向的目的。</p><p>　　轉(zhuǎn)葉式舵

14、機(jī)是依靠作用在舵機(jī)轉(zhuǎn)葉上的高壓液壓油的壓力使舵機(jī)轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與舵機(jī)錐形相連的舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)，而舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)帶動(dòng)與之相連的舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到船舶操舵的目的。</p><p>　　如圖1所示，描述一往復(fù)式舵機(jī)的工作原理</p><p><b>　　圖1 往復(fù)式舵機(jī)</b></p><p>　　1—交流伺服電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—雙向定量泵；4—

15、梭閥；5—鎖閥；6—旁通閥；7—油罐；8—安全閥；9—液壓油缸</p><p>　　由圖1可見，液壓泵和液壓油缸構(gòu)成閉路系統(tǒng)。交流伺服電動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)液壓定量泵3產(chǎn)生液壓動(dòng)力，通過一對(duì)液壓缸推動(dòng)舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)。從油泵出來的液壓油經(jīng)過鎖閥進(jìn)入液壓缸使柱塞來回移動(dòng),油缸的回油同樣經(jīng)過鎖閥進(jìn)入油泵吸口。</p><p>　　并聯(lián)在閉式回路中的由兩個(gè)單向閥組成的梭閥主要起到補(bǔ)油閥的作用，當(dāng)這個(gè)閉式回路中出現(xiàn)

16、因漏泄等原因造成流量不足時(shí)，梭閥補(bǔ)油到回路中。串聯(lián)在主回路中的由兩個(gè)液控單向閥組成的鎖閥，當(dāng)舵葉達(dá)到指定位置時(shí)，鎖閥鎖住主油路防止液壓缸在波浪拍擊舵葉時(shí)發(fā)生返流現(xiàn)象。并聯(lián)在閉式回路中的溢流閥起安全閥的作用，同時(shí)起放浪閥作用。當(dāng)舵葉停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于受大浪或者其他外力作用的沖擊產(chǎn)生超負(fù)載時(shí)可以允許短時(shí)間的開閥卸荷。另外在整個(gè)操舵系統(tǒng)出現(xiàn)超負(fù)荷的時(shí)候，也可以通過交流伺服電動(dòng)機(jī)的限轉(zhuǎn)矩保護(hù)功能動(dòng)作而停機(jī)，達(dá)到安全防護(hù)作用。舵機(jī)的啟動(dòng)和停止、變向

17、和變速都是由交流伺服電動(dòng)機(jī)按照控制指令來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　對(duì)轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的分析本文將以“育鯤”輪舵機(jī)為例進(jìn)行詳細(xì)的講述。</p><p>　　2“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)</p><p>　　2.1“育鯤”輪舵機(jī)概況及主要參數(shù)</p><p>　　“育鯤”輪舵機(jī)型號(hào)是Rolls-Royce Tenfjord SR723-

18、FCF(SR: Spherical Rotary; FCP:Frequency Controlled Pumps)，采用球型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)。為滿足造船規(guī)范要求，本舵機(jī)分別有兩套獨(dú)立的動(dòng)力單元和控制單元，實(shí)現(xiàn)互為備用，也可以同時(shí)工作。可保證一臺(tái)泵組出現(xiàn)故障后，迅速自動(dòng)隔離，另一臺(tái)泵組能正常工作。</p><p>　　“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)參數(shù)</p><p><b>　　轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)參

19、數(shù)</b></p><p>　　舵機(jī)型號(hào)： SR723—FCP</p><p>　　最大工作壓力： 125bar</p><p>　　設(shè)計(jì)壓力： 156bar<

20、/p><p>　　最大扭矩： 412KNm</p><p>　　試驗(yàn)壓力： 234bar</p><p>　　舵桿直徑： 320mm</p><p>

21、　　最大機(jī)械舵角： 2×44°</p><p>　　電氣限制舵角： 2×43°</p><p>　　運(yùn)行時(shí)間1臺(tái)泵/2臺(tái)泵： 28s/14s（30°— 0°—35°）

22、</p><p>　　安全閥設(shè)定壓力： 156bar</p><p><b>　　液壓油泵參數(shù)</b></p><p>　　型號(hào)： FCP—75</p><p>　　安全閥設(shè)定壓力：

23、 125bar</p><p>　　試驗(yàn)壓力： 188bar</p><p><b>　　變頻電機(jī)參數(shù)</b></p><p>　　型號(hào)： NORM IEC 160

24、LB—4</p><p>　　速度： 1450rmp</p><p>　　額定壓力： 17，5KW(SI)</p><p>　　電壓： 3×38

25、0V，50HZ</p><p>　　保護(hù)等級(jí)： IP55</p><p>　　2.2球形轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　如圖2所示，“育鯤”輪舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成球形,轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)葉做成一體，轉(zhuǎn)子上的密封件由做成一體的合成材料構(gòu)成，這樣的結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)能夠承受或吸收較大的震動(dòng)和沖擊。三個(gè)轉(zhuǎn)葉在環(huán)形油

26、缸內(nèi)帶動(dòng)舵桿以恒扭矩轉(zhuǎn)舵。球形轉(zhuǎn)子使內(nèi)摩擦力降低到最小，同時(shí)消除了舵桿可能彎曲而引起對(duì)轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的附加作用力。</p><p>　　舵桿1安裝于轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)中央位置。軸套3與舵桿接觸的內(nèi)表面是圓柱形，外表面是錐形，它與轉(zhuǎn)子內(nèi)孔的錐形面相配合。轉(zhuǎn)子與舵桿之間的轉(zhuǎn)舵力矩是靠軸套的靜摩擦力傳遞的。轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)與變頻電機(jī)由螺栓緊固在一起，結(jié)合面安裝密封環(huán)保證液壓油不會(huì)泄露。轉(zhuǎn)子安裝在殼體內(nèi)部，在轉(zhuǎn)子和殼體上下部結(jié)合面處安裝有軸承。

27、下軸承承擔(dān)轉(zhuǎn)子、舵桿及舵葉的重量以及轉(zhuǎn)舵時(shí)所產(chǎn)生的力，軸承由液壓油進(jìn)行潤滑。轉(zhuǎn)子和殼體中部形成液壓油環(huán)形空間，三個(gè)定子和三個(gè)轉(zhuǎn)葉將其分隔成六個(gè)空間。另外，轉(zhuǎn)子和殼體之間安裝密封裝置，對(duì)液壓油空間密封，允許少量油泄露潤滑軸承。轉(zhuǎn)子伸出殼體處有上下密封裝置，防止液壓油向外漏泄。</p><p>　　圖2 球形轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1—舵桿；2—轉(zhuǎn)子；3—軸套；4—電機(jī)上殼體；5—

28、電機(jī)下殼體；6—下軸承；7—上軸承和舵桿上部密封；8—下部密封；9—轉(zhuǎn)子殼體密封；10—安裝軸套注油孔；11—吊環(huán)；12—安裝活塞；13—閥塊；14—過濾單元</p><p>　　2.3液壓系統(tǒng)工作原理</p><p>　　圖3 Tenfjord SR723泵控型舵機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)；2—雙向泵；3—變頻電機(jī)；4—單向閥；5—溢流閥；6

29、二位三通電磁閥；</p><p>　　7—邏輯閥（插裝閥）；9—安全閥；10—儲(chǔ)油柜；11—手搖泵；12—高置油柜；13—供液三通閥；14—控制單向閥</p><p><b>　?。?）液壓回路</b></p><p>　　如圖3所示。當(dāng)駕駛臺(tái)發(fā)出轉(zhuǎn)舵信號(hào)時(shí)，通過變頻器控制雙向泵的轉(zhuǎn)向和排量。同時(shí)，二位三通電磁閥有電，閥工作于左位，邏輯閥內(nèi)的控

30、制油卸荷，閥門打開。油泵輸出的壓力油經(jīng)過單向閥、邏輯閥進(jìn)入轉(zhuǎn)舵油缸。而對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)舵油缸的回油通過邏輯閥、溢流閥、回油濾器和單向閥到達(dá)油泵吸口。實(shí)際舵角與轉(zhuǎn)舵指令相符后，油泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，二位三通電磁閥失電，工作于左位，邏輯閥關(guān)閉，鎖閉油路，舵葉停留在所要求的舵角。</p><p>　?。?）液壓系統(tǒng)中各裝置和閥件的功能分析</p><p>　　邏輯閥7實(shí)現(xiàn)油路的鎖閉功能。當(dāng)實(shí)際舵角達(dá)到轉(zhuǎn)舵指令舵

31、角以后，電磁閥失電，工作在左位，液壓油經(jīng)過控制單向閥、電磁閥到達(dá)邏輯閥芯加壓使閥芯鎖閉，基本功能相當(dāng)于液控單向閥。</p><p>　　在舵葉停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，若有大浪或其他外力沖擊，安全閥9會(huì)因管路中油壓高于調(diào)定值（“育鯤”輪此閥設(shè)定值是156bar）時(shí)開啟，使高壓油腔與低壓油腔旁通，以避免管路和液壓元件承受過高壓力，允許舵葉暫時(shí)偏讓而“跑舵”；當(dāng)沖擊舵葉的外力消失后，由于實(shí)際舵角偏離指令舵角，電機(jī)重新啟動(dòng)，直至舵轉(zhuǎn)

32、回到與指令舵角相符為止。安全閥9亦稱防浪閥。</p><p>　　溢流閥5在此系統(tǒng)中兩個(gè)為一組，在工作的時(shí)候，油泵出口的溢流閥作安全閥使用，當(dāng)出口壓力超過調(diào)定值（“育鯤”輪此閥設(shè)定值是125bar）時(shí)閥開啟，防止液壓元件受到?jīng)_擊。油泵吸口處溢流閥作單向閥使用。</p><p>　　高置油箱有油位計(jì)顯示油箱油位。油箱中間有一隔板將油箱分為兩部分，另外兩邊分別安裝傳感器監(jiān)視兩邊油位。當(dāng)一套動(dòng)力

33、單元漏油將不會(huì)干擾另一臺(tái)動(dòng)力單元的正常工作。高置油箱出來的液壓油左右兩路作用是：一是向閉路液壓系統(tǒng)中補(bǔ)油；二是當(dāng)邏輯閥卸荷打開時(shí)控制油回到高置油箱。同時(shí)中間一路進(jìn)入轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的低壓腔。正常情況下油位過低會(huì)表明系統(tǒng)中有泄漏的發(fā)生，應(yīng)及時(shí)查清故障并排除。當(dāng)高置油柜缺油時(shí)，可用手搖泵及時(shí)從儲(chǔ)油柜中向油柜補(bǔ)油。</p><p>　　2.4舵桿和轉(zhuǎn)子安裝方法</p><p>　　“育鯤”輪舵機(jī)舵桿與轉(zhuǎn)

34、子的安裝采用了SKF機(jī)理（Hydraulic Shrink Fit principle），基于SKF機(jī)理的液壓聯(lián)接器將舵桿和轉(zhuǎn)子緊固在一起，他們之間無鍵連接，提供了一種安全可靠的安裝方法，且安裝和拆卸方便，無需使用大型工具。此種安裝機(jī)理還常用于螺旋槳和軸系之間的無鍵連接，以達(dá)到過盈配合。</p><p>　　2. 4. 1安裝前的準(zhǔn)備</p><p>　　在安裝之前，首先查看轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、軸

35、套和安裝活塞等是否擁有相同序列號(hào)。軸套、安裝活塞、轉(zhuǎn)子內(nèi)面和舵桿需經(jīng)過徹底的清洗、去脂和檢查。小的溝槽可能會(huì)導(dǎo)致液壓油泄露，接觸表面無法建立有效的油膜，產(chǎn)生拉痕達(dá)不到舵機(jī)正常的工作要求。經(jīng)過仔細(xì)檢查以后，打磨、清洗和潤滑軸套外表面。</p><p>　　2. 4. 2安裝步驟</p><p>　　首先，舵桿應(yīng)處于一正確的高度，保證其對(duì)中，用鏈條機(jī)構(gòu)將其固定并鎖住。把安裝活塞安裝（其內(nèi)有螺紋

36、）在錐形軸套上，并用安裝活塞上的吊環(huán)吊起該組件。再次檢查舵桿和軸套接觸面保證其表面沒有任何潤滑劑。然后，使軸套進(jìn)入舵桿并慢慢向下安裝直至距離基座下端150mm,用鋼板將軸套進(jìn)行支撐，停止安裝，并卸下安裝活塞。（如圖4所示）</p><p>　　然后，用潤滑油涂于轉(zhuǎn)子內(nèi)孔上，并把轉(zhuǎn)子懸掛于舵桿上部，使二者的中心線盡可能對(duì)中。再慢慢往下放，在轉(zhuǎn)子內(nèi)孔和錐形軸套稍有接觸時(shí)停止下放，此時(shí)絕對(duì)不允許轉(zhuǎn)子的所有重量坐落在錐形

37、軸套上面。用MoS2（鉬合金，一種良好的固體潤滑劑）潤滑軸套和安裝活塞上的螺紋，并安裝O-ring圈到軸套上部的槽內(nèi)，保證下一操作的密封效果。再把安裝活塞安裝到錐形軸套上，且上緊至規(guī)定值。同時(shí)確保O-ring圈良好的狀態(tài)防止在安裝過程中的扭曲。然后，取消支撐錐形軸套的鋼板。此時(shí)，轉(zhuǎn)子仍然處于懸掛狀態(tài)。</p><p>　　圖4 舵桿和軸套安裝圖</p><p>　　最后安裝注油泵和安裝泵，

38、盡可能提供說明書指定的液壓油，并按順序提高油壓，使軸套和轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng)，直至規(guī)定的安裝尺寸。作業(yè)過程中，注油泵和轉(zhuǎn)子上的A口用高壓油管相連接，這樣就會(huì)在轉(zhuǎn)子和錐形軸套之間形成一層薄的油膜，在油壓的作用下使轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑增加。安裝泵通過安裝活塞上的B口和環(huán)形槽相連接，液壓油通入環(huán)形槽中在油壓的作用下能夠拉伸轉(zhuǎn)子內(nèi)的錐形軸套。當(dāng)操作安裝泵和注油泵時(shí)盡可能同時(shí)緩慢的進(jìn)行。慢慢的將轉(zhuǎn)子放下，直至軸套達(dá)到說明書所要求的拉長長度。（如圖5所示）</

39、p><p>　　釋放轉(zhuǎn)子和錐形軸套之間的液壓油，此時(shí)轉(zhuǎn)子將會(huì)收縮產(chǎn)生壓力，由此在轉(zhuǎn)子、軸套和舵桿之間產(chǎn)生的摩擦力用于傳遞轉(zhuǎn)舵扭矩。保持半小時(shí)環(huán)形槽內(nèi)的油壓，再次檢查其軸套的拉長長度。如符合說明書要求，釋放槽內(nèi)油壓并再次重新檢查軸套的拉長長度。</p><p>　　圖5 轉(zhuǎn)子和軸套的安裝圖</p><p>　　安裝活塞； 2—O-ring； 3—轉(zhuǎn)子； 4—錐形軸套； 5

40、—舵桿；A—注油泵連接口；</p><p><b>　　B—安裝泵連接口</b></p><p>　　2. 4. 3安裝中的注意事項(xiàng)</p><p>　　為了控制安裝過程中轉(zhuǎn)子和錐形軸套之間的運(yùn)動(dòng)可控，以免損壞接觸面，必須在注油泵動(dòng)作之前建立環(huán)形槽內(nèi)的油壓。同時(shí)，通過控制環(huán)形槽內(nèi)的液壓油的釋放速度來控制軸套的移動(dòng)速度。一定要仔細(xì)緩慢操作，避免轉(zhuǎn)

41、子內(nèi)徑的永久變形。另外，在錐形軸套和轉(zhuǎn)子之間要保留足夠的油膜，以便在拆卸時(shí)兩部件的分離。</p><p>　　安裝時(shí)，如果轉(zhuǎn)子和軸套之間的運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)跳動(dòng)，則表明兩者之間的油膜不夠，這樣會(huì)拉傷表面。因此，需要加大注油泵的流量，以重新建立油膜。兩者間的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是平滑均勻的。液壓聯(lián)接器安裝完成以后，在24小時(shí)之內(nèi)不準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)，不準(zhǔn)在上面加載任何力矩和轉(zhuǎn)矩。24小時(shí)之內(nèi)保持油孔A、B處于打開狀態(tài)，為了消除表面油膜保證接觸面之間

42、的摩擦力；24小時(shí)以后把油孔A、B用專業(yè)旋塞封閉。</p><p>　　在舵桿和轉(zhuǎn)子的安裝和拆卸過程中液壓油黏度是一重要參數(shù)。安裝泵和注油泵應(yīng)選擇同樣的液壓油，其黏度值大約為20℃ 300cst；如工作在一溫度較低環(huán)境下時(shí)其黏度值大約為50℃ 100cst。低粘度的液壓油可以使轉(zhuǎn)子和軸套的延伸相對(duì)簡單。</p><p>　　3“育鯤”輪舵機(jī)隨動(dòng)控制系統(tǒng)</p><p&g

43、t;　　圖6 隨動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖7 隨動(dòng)控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.1“育鯤”輪駕駛臺(tái)操舵指令</p><p>　　“育鯤”輪舵機(jī)在駕駛臺(tái)有三種操舵方式：一是自動(dòng)舵航行。大海航行時(shí)，航向定向，轉(zhuǎn)自動(dòng)位置，自行操舵，保持航向，駕駛?cè)藛T對(duì)舵機(jī)整個(gè)系統(tǒng)是否運(yùn)行正常進(jìn)行監(jiān)視；二是隨動(dòng)舵航行。舵令下達(dá)后，人工操縱舵輪或操作手柄控制舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)。

44、當(dāng)舵葉舵角達(dá)到指令舵角自動(dòng)停轉(zhuǎn)；三是非隨動(dòng)舵航行（應(yīng)急航行），此種操舵信號(hào)直接輸入泵卡進(jìn)行信號(hào)放大，控制變頻電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)舵的目的。但當(dāng)舵葉舵角達(dá)到指令舵角時(shí)舵機(jī)不會(huì)自動(dòng)停轉(zhuǎn)，需要人工的持續(xù)控制。在三種操舵方式中非隨動(dòng)舵最為安全可靠。當(dāng)前兩種操舵方式出現(xiàn)故障，應(yīng)立即轉(zhuǎn)為非隨動(dòng)舵，保持航向的連續(xù)可控。正常工作時(shí)，舵機(jī)艙內(nèi)的舵機(jī)控制位置轉(zhuǎn)換開關(guān)在遙控位，當(dāng)駕駛臺(tái)三種操舵方式均失靈，應(yīng)將控制位置轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到本地控制，由操舵人員操作控制箱

45、上的操舵按鈕來控制舵機(jī)。駕駛臺(tái)和舵機(jī)艙的非隨動(dòng)舵（應(yīng)急舵）需要定期試驗(yàn)，確保功能正常。</p><p>　　3.2控制信號(hào)比較放大</p><p>　　如圖6、7所示。駕駛臺(tái)操舵指令與來自反饋單元的反饋信號(hào)的比較放大在輔助操舵單元中進(jìn)行。輔助操舵單元主要由電源單元、選擇單元、反饋信號(hào)處理單元和放大單元四部分組成。</p><p>　　電源單元主要將接收的220VAC

46、轉(zhuǎn)換為24VDC、10VDC和5VDC，供輔助操舵單元各電子元件電源；</p><p>　　選擇單元作用有三個(gè)：一是操舵地點(diǎn)的確定。駕駛臺(tái)左、中、右和遠(yuǎn)程遙控都可以對(duì)舵機(jī)進(jìn)行操作。當(dāng)某一位置發(fā)出操舵信號(hào)，選擇單元將自動(dòng)的屏蔽其他位置所發(fā)出的信號(hào)，以免信號(hào)相互干擾出現(xiàn)誤操作；二是操舵模式的選擇。駕駛臺(tái)舵機(jī)控制面板是有自動(dòng)舵、隨動(dòng)舵和非隨動(dòng)舵轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)駕駛員選定一操舵模式以后，選擇單元將根據(jù)選擇的模式接通相應(yīng)的功能

47、元件，切斷其他模式功能元件；三是動(dòng)力單元的選擇?！坝H“輪有兩套相互獨(dú)立的動(dòng)力單元，選擇單元可以選定一套動(dòng)力單元運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以選擇兩套單元的同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　反饋信號(hào)處理單元接收來自于反饋單元的反饋舵角信號(hào)。同時(shí)一旦檢測不到來自于反饋單元的舵角信號(hào)，反饋卡將顯示和輸出一報(bào)警信號(hào)，凍結(jié)舵機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　放大單元接收來自于選擇單元的操舵信號(hào)，與反饋舵角信號(hào)進(jìn)行比較放

48、大，輸出一電壓信號(hào)到泵卡。當(dāng)操舵模式選擇為非隨動(dòng)舵，駕駛臺(tái)輸出的操舵電壓信號(hào)將直接輸入至泵卡。放大單元并被輔助操舵系統(tǒng)自動(dòng)隔離，無法與反饋電壓信號(hào)進(jìn)行比較放大并輸出一電壓信號(hào)送至泵卡。</p><p>　　以下是對(duì)隨動(dòng)控制系統(tǒng)比較放大電路圖展開詳細(xì)的分析。（如圖8所示）</p><p>　?。?）操作方式選為隨動(dòng)舵，隔離非隨動(dòng)舵，會(huì)使14AC輸入一高電平，使線圈-K2得電以后動(dòng)作，其常開觸

49、點(diǎn)閉合而常閉觸點(diǎn)打開。并且此高電平通電一個(gè)與非門和一與門， 觸發(fā)D/A轉(zhuǎn)換器工作。</p><p>　?。?）給定隨動(dòng)命令信號(hào)（左舵），使8AC輸入一高電平信號(hào)加在2區(qū)比較器負(fù)輸入端，并輸出一低電平，后經(jīng)過A/D、D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換以后加在6區(qū)比較器正輸入端并輸出一高電平信號(hào)，經(jīng)過一功能器（-JP60）后與反饋電壓信號(hào)進(jìn)行疊加并加在7區(qū)比較器負(fù)輸入端，輸出一命令電壓信號(hào)。</p><p>　

50、?。?）隨著舵葉的向左轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋舵角信號(hào)使12C輸入一低電平信號(hào)加在比較器正輸入端，并輸出一低電平。此電平信號(hào)與并一路電壓信號(hào)疊加形成一低電平，加在一比較器負(fù)輸入端輸出一正電平信號(hào)，與輸入的命令信號(hào)相疊加，形成一負(fù)反饋控制。負(fù)反饋控制說明實(shí)際舵角接近指令舵角時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速變慢，輸出的轉(zhuǎn)舵力矩逐漸縮小，這樣可以實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的平穩(wěn)起停。</p><p>　　圖8 隨動(dòng)控制系統(tǒng)比較放大單元電路圖</p>&l

51、t;p>　　3.3驅(qū)動(dòng)和反饋單元</p><p>　　驅(qū)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)是在泵卡中完成。泵卡的作用有三個(gè)：一是為整個(gè)操舵單元提供220VAC；二是控制變頻器的起停；三是對(duì)操舵電壓信號(hào)進(jìn)行再一次的放大并傳送至變頻器。</p><p>　　反饋單元包括舵角顯示變送器、舵機(jī)限位旋鈕和控制系統(tǒng)傳送器。反饋單元安裝在轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)上部，通過鏈條和舵桿相連接。當(dāng)舵桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鏈條相應(yīng)的進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過電位

52、器將轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，此信號(hào)一路傳送至輔助控制單元與操舵信號(hào)進(jìn)行比較放大；另一路送入顯示屏進(jìn)行轉(zhuǎn)換后對(duì)舵角進(jìn)行顯示。</p><p>　　3.4變頻電機(jī)和雙向油泵</p><p>　　Tenfjord SR723泵控型舵機(jī)采用了由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙向泵。當(dāng)有轉(zhuǎn)舵信號(hào)時(shí)，電機(jī)和泵開始工作，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向由變頻器控制。變頻器送出的電壓取決于輔助操舵單元（隨動(dòng)舵）或駕駛臺(tái)（非隨動(dòng)舵）輸入的

53、電壓信號(hào)并經(jīng)過放大。隨動(dòng)模式下當(dāng)舵角偏差較大時(shí)，變頻器控制電機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)令雙向泵大排量工作；隨著舵角偏差的逐漸減小，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低導(dǎo)致泵的排量減小，轉(zhuǎn)舵速度降低；當(dāng)實(shí)際舵角等于指令舵角時(shí)，泵和電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，邏輯閥關(guān)閉將舵鎖在停止位置。</p><p>　　4“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的主要特點(diǎn)</p><p>　?。?）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，占用空間較小，質(zhì)量較輕，外形設(shè)計(jì)比往復(fù)式

54、舵機(jī)小得多，不需要特別大的外圍空間。另外轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)完整供貨簡單，上船之前不需要接任何管系，省卻了往復(fù)式舵機(jī)安裝之前對(duì)舵機(jī)專業(yè)油管的保護(hù)、表面及內(nèi)部的清潔處理，也省卻了設(shè)計(jì)工時(shí)和安裝工時(shí)。</p><p>　　（2）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)振動(dòng)和噪音較小。因噪音主要是液壓油產(chǎn)生的油壓高低及管路長短決定，而此轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)與往復(fù)式舵機(jī)相比，有油管少短的特點(diǎn)，且油壓較低，因此振動(dòng)和噪音也相應(yīng)較小。</p><

55、;p>　?。?）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)舵桿和轉(zhuǎn)子的連接采用的是液壓聯(lián)接器，實(shí)現(xiàn)其無鍵連接使兩者過盈配合。此連接方式安全可靠。安裝和拆卸過程簡單，而且無需使用大型工具。</p><p>　?。?）由于“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的高度集成化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)內(nèi)部的密封部位較多，一旦有液壓油泄露將不易被發(fā)現(xiàn)，船舶的轉(zhuǎn)舵性能將大大降低，轉(zhuǎn)舵所產(chǎn)生的力減小，轉(zhuǎn)舵時(shí)間變長。內(nèi)部泄露也是轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)產(chǎn)生故障的主要原因之一

56、。</p><p>　?。?）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)旋轉(zhuǎn)舵葉所用的力不會(huì)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大而增大，基本保持不變。而往復(fù)式舵機(jī)，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大，舵機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的力也跟著增大，因此，在轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)和往復(fù)式舵機(jī)在旋轉(zhuǎn)相同角度的情況下，轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)所損耗的功率較小，效率較高。</p><p>　　（6）“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)采用變頻電機(jī)，電機(jī)和泵處于間斷工作，極大的縮減工作時(shí)間。而在常規(guī)舵機(jī)液壓系統(tǒng)中，

57、電機(jī)和泵一直處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。相比之下，此舵機(jī)的工作壽命更為長久，同時(shí)舵機(jī)的啟動(dòng)和停止平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的邏輯控制。</p><p>　　5“育鯤”輪舵機(jī)故障簡析</p><p>　　故障現(xiàn)象一：在船舶起航時(shí)，駕駛臺(tái)的操作位置是隨動(dòng)舵，打出一舵角（大舵角和小舵角出現(xiàn)了相同情況），實(shí)際舵角與指令舵角一致時(shí)變頻電機(jī)依然運(yùn)轉(zhuǎn)，直至舵角達(dá)到20°—30°才停止。由于船舶正在港內(nèi)航行情

58、況緊急，轉(zhuǎn)為非隨動(dòng)舵（應(yīng)急舵）控制船舶方向，隨動(dòng)舵在非隨動(dòng)舵使用不久自動(dòng)恢復(fù)正常，此航次舵機(jī)將不會(huì)再出現(xiàn)相同問題。此故障出現(xiàn)在“育鯤”輪上出現(xiàn)了三次，此為偶發(fā)故障，沒有經(jīng)過任何修理舵機(jī)自動(dòng)恢復(fù)正常。</p><p>　　故障原因：反饋單元出現(xiàn)短暫的電氣斷路，此時(shí)送出的反饋信號(hào)無法正常顯示實(shí)際舵角。而控制單元是根據(jù)舵角偏差在PID調(diào)節(jié)后決定電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)會(huì)一直處于高轉(zhuǎn)速工作狀態(tài)，不會(huì)在指令舵角和實(shí)際舵角一致時(shí)而

59、停止。當(dāng)舵角達(dá)到大舵角位置，舵機(jī)可能因?yàn)榉答亞卧亩嫒~偏轉(zhuǎn)限位保護(hù)或者控制單元的工作自檢作用而停止轉(zhuǎn)舵，防止了操舵設(shè)備受損。</p><p>　　故障現(xiàn)象二：當(dāng)舵機(jī)進(jìn)行隨動(dòng)舵模式和自動(dòng)舵模式相互轉(zhuǎn)換時(shí)，兩模式無法正常及時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換。而隨動(dòng)舵或自動(dòng)舵向非隨動(dòng)舵（應(yīng)急舵）轉(zhuǎn)換可以正常的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　故障原因：操舵失誤。根據(jù)說明書要求，當(dāng)隨動(dòng)舵模式和自動(dòng)舵模式相互轉(zhuǎn)換時(shí)，操舵指令舵角

60、必須和反饋舵角顯示處于一致，否則無法進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。由于非隨動(dòng)舵具有優(yōu)先權(quán)利，操舵指令直接傳送給泵卡，所以當(dāng)其他操舵模式轉(zhuǎn)換為非隨動(dòng)模式可正常實(shí)現(xiàn)。正確操作：當(dāng)隨動(dòng)舵和自動(dòng)舵實(shí)行轉(zhuǎn)換時(shí)，首先將轉(zhuǎn)舵手柄調(diào)制此時(shí)的舵葉角度位置，實(shí)行轉(zhuǎn)換；或者在舵角顯示為0°時(shí)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換。</p><p>　　6“育鯤”輪舵機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)</p><p><b>　　6.1液壓油的選擇<

61、/b></p><p>　　舵機(jī)使用的液壓油黏度必須適當(dāng)，不隨溫度變化而有較大變化。液壓油黏度過低導(dǎo)致泄漏量增大，影響舵機(jī)的工作性能；黏度過高則油液流動(dòng)阻力大，降低油泵的容積效率，從而降低舵機(jī)靈敏度，增加耗能。</p><p>　　因此舵機(jī)的工作性能很大程度上決定與液壓油的選擇。選擇油的類型時(shí)應(yīng)充分考慮船舶所航行的區(qū)域范圍和液壓元件的溫度。最好選擇說明書所提供的液壓油品種。</

62、p><p><b>　　6.2換油和除氣</b></p><p>　　換油。系統(tǒng)換油的間隔時(shí)間取決于舵機(jī)工作小時(shí)數(shù)和液壓油質(zhì)量。在下列情況下應(yīng)該更換液壓油：（1）在轉(zhuǎn)子的活塞密封更換時(shí)液壓油也應(yīng)該同時(shí)更換；（2）系統(tǒng)中的任何液壓元件發(fā)生損壞，液壓油可能會(huì)被污染應(yīng)更換。另外，輪機(jī)員應(yīng)該每年對(duì)舵機(jī)液壓油抽樣一次到兩次，并且及時(shí)進(jìn)行檢測。換油方法：將干凈的液壓油倒入油箱或油泵內(nèi)

63、，打開高置油箱通氣閥和截止閥以及油泵上的除氣塞。</p><p>　　除氣。如果系統(tǒng)中處在空氣，油泵在工作時(shí)將發(fā)出異常的聲響，轉(zhuǎn)舵速度也會(huì)降低，這將對(duì)舵機(jī)造成一定的損害。另外在檢修或更換液壓油以后沒有除氣的情況下，絕對(duì)不允許將舵葉達(dá)到最大角度。除氣方式：（1）啟動(dòng)一臺(tái)油泵，旋開左邊除氣塞2-3圈，在機(jī)旁用應(yīng)急操舵的方法向右邊短暫打舵，當(dāng)看見持續(xù)的油流停止并扭緊除氣塞。（2）旋開右邊除氣塞2-3圈，向左邊短暫打舵，

64、重復(fù)上面的步驟。</p><p>　　6.3日常管理注意事項(xiàng)</p><p>　?。?）舵機(jī)的工作環(huán)境。舵機(jī)間應(yīng)該保持清潔、干燥和適合的溫度，以防止機(jī)械、電器元件過熱腐蝕、過熱等造成損壞，保證設(shè)備的工作性能，并為管理人員提供有力的工作環(huán)境。冬季注意供熱保溫，夏季和潮濕季節(jié)應(yīng)注意適當(dāng)通風(fēng)。</p><p>　?。?）油箱油位。高置油箱和補(bǔ)油箱的油位應(yīng)保持在油位計(jì)的三分

65、之二高度左右。油位增高表明油中混入過多氣泡或油冷卻器漏水，油位降低則表明系統(tǒng)漏油，都應(yīng)及時(shí)查明修復(fù)。</p><p>　?。?）設(shè)備和液壓油工作溫度。泵和電機(jī)等機(jī)電設(shè)備不應(yīng)有過熱現(xiàn)象，否則應(yīng)立即查明原因，予以消除。泵軸承部位的溫度比油溫高10—20℃為正常。最適合的工作油溫是30—50℃，高于50℃時(shí)應(yīng)使用油冷卻器。工作油溫一般應(yīng)不超過60℃，超過70℃時(shí)一般應(yīng)停止工作，查明原因，加以解決。</p>

66、<p>　?。?）振動(dòng)與噪聲。舵機(jī)應(yīng)運(yùn)行平穩(wěn)、安靜。如有異常應(yīng)及時(shí)查明原因，設(shè)法處理。</p><p>　?。?）電氣設(shè)備。定期檢查電氣設(shè)備的絕緣，檢查和清潔觸頭，檢查和防止各接頭松動(dòng)，及時(shí)更換損壞的按鈕、開關(guān)等元件，保持電氣設(shè)備、儀表、指示燈和照明完好。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　船舶舵機(jī)是船舶

67、正常安全航行的重要設(shè)備。本文對(duì)“育鯤”輪轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)原理和隨動(dòng)控制系統(tǒng)有一詳細(xì)的介紹，并歸納了舵機(jī)使用過程中出現(xiàn)的故障及相應(yīng)的解決辦法。希望本文能為輪機(jī)員以后工作提供參考。感謝“育鯤”輪輪機(jī)長李世臣、大管輪仉大志、電機(jī)員邸德輝在本文的定題和寫作過程中提供的指導(dǎo)和幫助。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1] 費(fèi)

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