武汉理工大学轮机工程系1.

武汉理工大学轮机工程系wangke第八章舵机steeringgear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武汉理工大学轮机工程系wangke第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke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。第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke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。第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke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。第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke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。第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke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。第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke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；4．双支承舵：除了上支承外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；3．平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后一定的距离，一般在舵叶前缘后的1／3处。第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke（三）按舵剖面形状来分1.平板舵-仅用一块平板做成的最简单的舵；2.改良形平板舵-在平板舵上以木质板，其外形与流线型舵相似的舵；3.流线型舵-舵的翼剖面是机翼型的舵，如果带有固定舵柱的就称为固定舵柱型流线型舵；4.反应舵-是将流线型平衡舵以螺旋轴为界，按一定流程进行上下扭曲后的舵，据说这种舵可以提高推进效率4-6％左右。第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangkevFNFTFFLFDαF水作用力FN舵叶两侧水压力（舵压力）FT摩擦力｝FL升力FD阻力F水作用力｛第一节舵的作用原理和对舵机的要求舵的作用原理武汉理工大学轮机工程系wangkeF水作用力FN舵叶两侧水压力（舵压力）FT摩擦力｝FL升力FD阻力F水作用力｛舵的作用原理第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke221AvCFLL221AvCFDDbCxxFL升力FD阻力Cx压力中心系数v水流速度第一节舵的作用原理和对舵机的要求舵的作用原理武汉理工大学轮机工程系wangke转船力矩横向推力阻力在船舶重心上加一对大小等于F，方向相反的力F1、F2lAvClFXFXlFMLLCDCLS221sincoscos2FTsin1FR转舵效应；（1）偏转（2）横移（3）减速第一节舵的作用原理和对舵机的要求舵的作用原理武汉理工大学轮机工程系wangke1.转船力矩随舵角而变化；2.转船力矩有最大值Mmax3.海船的转船力矩最大值出现在30～35°之间；内河船的转船力矩最大值出现在35～45°之间。ＣL升力系数ＣD阻力系数ＣX压力中心系数第一节舵的作用原理和对舵机的要求舵的作用原理武汉理工大学轮机工程系wangke1.转船力矩MS水作用力F对船舶重心所产生的力矩。2.舵的水动力矩Ma舵压力FN对舵柱轴线所产生的力矩。3.转舵力矩M操舵装置对舵杆施加的力矩。4.磨擦力矩Mf舵柱支承处总摩擦力矩。6.公称转舵扭矩在规定的最大舵角时所能输出的的最大扭矩。5.转舵力矩M=Ma+Mf各项力矩的定义第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke(1)水动力矩与舵叶的面积A和舵叶处水流速度的平方成正比，并随舵角α的增大而增大。(2)不平衡舵因X＝Xc，故当船舶正航并向一舷转舵时，水动力矩将始终为正(指与舵叶转向相反)，而回舵时则变为负(指与舵叶转向相同)。平衡舵因Xc＝X-Z，小舵角时由于压力中心O处于舵杆轴线的前方，故Ma为负；只有当舵角增大到某一数值之后，Ma才会因O点移到轴线之后而变为正值。舵杆轴线之前的舵叶面积A’与整个舵叶面积A之比，称为平衡系数，用K表示。图示出了舵叶具有不同平衡系数时的水动力矩曲线。由图可见，平衡系数越大，舵叶的最大水动力矩越小，即舵机所需的公称转舵扭矩较小。(3)船舶倒航时，由于舵叶后缘变成了导边，压力中心离开舵杆轴线的距离因而增大，致使舵压力的力臂大大增加，故在其它条件相同时，同一舵角下倒航时的水动力矩就会超过正航时的水动力矩。转船力矩水动力矩第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke对舵机的要求舵机是保持或改变船舶航向，保证安全航行的重要设备，一旦失灵，船即会失去控制，甚至事故。因此，我国《钢质海船入级与建造规范》(1996)根据《国际海上人命安全公约)(SOLAS公约)的规定，对舵机的基本技术要求是：(1)必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置；或主操舵装置有两套以上的动力设备。当其中之一失效时，另一套应能迅速投入工作。主操舵装置应具有足够的强度并能在船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时将舵自任何一舷35°转至另一舷的35°，并且于相同的条件下，自一舷的35°转至另一舷的30°所需的时间不超过28s。此外，在船以最大速度后退时应不致损坏。辅操舵装置应具有足够的强度，且能在船舶处于最深航海吃水，并以最大营运航速的一半但不小于7kn前进时，能在不超过60s内将舵自任一舷的15°转至另一舷的15°。第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke(2)主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器；当主操舵装置设置两台动力设备时，应设有两套独立的控制系统，且均能在驾驶室控制。但如果采用液压遥控系统，除1万Gt以上的油轮(包括化学品船、液化气船，下同)外，不必设置第二套独立的控制系统。(3)对舵柄处舵杆直径大于230mm(不包括航行冰区加强)的船应设有能在45s内向操舵装置提供的替代动力源。这种动力源应为应急电源位于舵机室内的独立动力源，其容量至少应能向符合辅操舵装置要求的一台动力设备及其控制系统和舵角指示器提供足够的能源。此独立动力源只准专用于上述目的。对1万Gt以上的船舶，它应至少可供工作30min，对其它船舶为10min。对舵机的要求第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke(4)操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置，应装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。(5)对1万Gt以上的油船、化学品船、液化气体运输船尚有如下一些附加要求：当发生单项故障(舵柄、舵扇损坏或转舵机构卡住除外)而丧失操舵能力时，应能在45s内重新获得操舵能力。舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组成；或至少有两个相同的动力转舵系统，在正常运行时同时能满足主操舵装置要求，其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现，有缺陷的系统应能自动隔离，使其余动力转舵系统安全运行。有的转舵机构虽不能分隔成两部分，但如经过严格的应力分析(包括疲劳和断裂分析)、密封设计、材料选用和试验，则也可允许用于1万Gt以上、10万Gt以下的油船、化学品船、液化气体运输船。在这种情况下，只对管系或动力设备而不对转舵机构提出下列要求：即当发生单一故障时应能在45s内恢复操舵能力。对舵机的要求第一节舵的作用原理和对舵机的要求武汉理工大学轮机工程系wangke6)能被隔断的、由于动力源或外力作用能产生压力的液压系统任何部分均应设置安全阀。安全阀开启压力应不小于1.25倍最大工作压力；安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的110％，在此情况下，压力的升高不应超过开启压力的10％，且不应超过设计压力值。对舵机的要求第一节舵的作用原理和对舵机的要求