液压舵机工作原理和组成

第二节液压舵机工作原理和组成8-2液压舵机工作原理和组成大型船舶几乎全部采用液压舵机电动舵机仅用于一些小型船舶上液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、流向的可控性来达到操舵目的的根据液压油流向变换方法的不同,有两类：泵控型阀控型泵控型液压舵机原理图（1）图8-58-2-1泵控型液压舵机图8—5示出泵控型液压舵机的原理图。1—电动机，2—双向变量泵；3—放气阀，4—变量泵控制杆，5—浮动杆，6—储能弹簧，7—舵柄，8—反馈杆，9—撞杆，10—舵杆，11—舵角指示器的发送器，12—旁通阀，13—安全阀，14—转舵油缸，15—调节螺母，16—液压遥控受动器，17—电气遥控伺服油缸双向变量油泵设于舵机室，由电动机1驱动作单向回转油泵的流量和吸排方向，则通过与浮动杆5的C相连接的控制杆4控制即依靠油泵控制C偏离中位的方向和距离，来决定泵的吸排方向和流量。泵控型液压舵机原理图（2）原理演示8-2-1泵控型液压舵机原理图示舵机采用往复式转舵机构由油缸14(固定在机座上)和撞杆9(可在缸中往复运动)等组成当油泵按图示吸排方向工作时泵就会通过油管从右侧油缸吸油排向左侧油缸撞杆9在油压作用下向右运动(油液可压缩性极小)撞杆通过中央的滑动接头与舵柄7联接舵柄7的一端又用键固定在舵杆10的上端撞杆9的往复运动就可转变为舵叶的偏转改变油泵的吸排方向，则撞杆和舵叶的运动方向也就随之而变。8-2-1泵控型舵机-工作油压与尺寸油泵工作油压取决于推动撞杆所需的力(转舵扭矩)舵机最大工作压力(pmax)是产生公称转舵扭矩时油泵出口油压舵机油泵的额定排出压力不得低于舵机的pmaxpmax选得越高，转舵机构的主要尺寸就越小油泵额定流量和管路直径减小，装置的尺寸和重量就会变小资料表明当pmax由10MPa提高到20MPa时往复式舵机长度大约缩短5％一10％重量约可减轻20％并使工作油液的使用量减少1／2左右当pmax从20MPa提高到30MPa时往复式舵机的长度几乎不变重量只减轻6％～9％而工作油液的使用量也仅减少16％～18％进一步提高pmax，对液压设备生产和管理要求更高故目前液压舵机的最大工作油压，多不超过20MPa8-2-1泵控型舵机-转舵速度转舵速度:主要取决于油泵的流量而与舵杆上的扭矩负荷基本无关因为舵机油泵都采用容积式泵当转舵扭矩变化时，虽然工作油压也随之变化，但泵的流量基本不变，对转舵速度影响不明显进出港和窄水道航行时，用双泵并联，转舵速度几乎可提高一倍。8-2-1泵控型舵机-追随机构多采用浮动杆式追随机构浮动杆的控制点A系由驾驶台通过遥控系统控制如把X孔的插销转插到Y孔之中，也可在舵机室用手轮来控制浮动杆上控泵点C与变量泵的控制杆4相连反馈点B经反馈杆8与舵柄相连当舵叶和驾驶台上的舵轮处于中位时浮动杆即处在用点划线ACB所表示的位置C点恰使变量机构居于中位，油泵空转，舵保持中位不动ABC8-2-1泵控型舵机-用舵驾驶台给出某一舵角指令通过遥控系统，会使A点移至A1由于B点在舵叶转动以前并不移动所以C点将移到C1于是，油泵按图示方向吸排，舵叶开始偏转，通过反馈杆带动B点向B1方向移动当舵叶转到与A1给出指令舵角相符时，B移到B1，C点重回中位油泵停止排油，舵就停止在所要求的舵角上浮动杆的位置如图中的实线A1CB1所示。实际上，浮动杆动作并不分步进行(C点偏离中位后，泵就排油）B1A1C18-2-1泵控型舵机-回舵当驾驶台发出回舵指令时A点又会从A1移回中位AC点偏离中位向左，油泵反向吸排舵叶也就向中位偏转，使B点从B1位置向中位移动直到舵叶转到由A点位置所确定的指令舵角时，C点重新回中，油泵停止排油，舵叶也就停转B1A1C1A8-2-1泵控型舵机-防浪阀追随机构使油泵在开始和停止排油时流量逐渐增大和减小可减轻液压系统的冲击为防海浪等冲击舵叶时，造成舵杆负荷过大、系统油压过高和使电机过载在油路系统中装设了安全阀(亦称防浪阀)当舵叶受到冲击以致任一侧管路的油压超过安全阀的整定压力时安全阀开启，油泵两侧管路旁通舵叶会偏离所在位置，带动B点，使C点离开中位，油泵因而排油当冲击负荷消失后安全阀关闭舵叶在油泵的作用下，返回，B点回位8-2-1泵控型舵机-储能弹簧C点偏离中位的距离受泵变量机构最大位移限制只有在舵叶带动B点使C点回移后，A点才能继续操舵这样，大舵角操舵动作不能一次完成使泵流量总在零与最大值间变动使操舵者感到不便，同时降低油泵效率和转舵速度为解决这问题，在反馈杆上装了储能弹簧(可双向压缩)当A点将C点带到最大偏移位置后浮动杆就会以C点为支点而继续偏转，压缩弹簧A点得以一次到达所要求的大操舵角随着舵叶偏转，储能弹簧首先放松，并在其恢复原状后，才会将B点拉到与A点相应的位置，以停止转舵在储能弹簧完全放松以前，B点不动，C点停留在最大偏移位置(使泵在较长时间内保持Qmax),加快转舵速度储能弹簧的刚度必须适当若弹簧太软，则可能使B点先于C点而移动，操舵就无法进行如弹簧太强，则大舵角操舵所需操舵力太大，甚至使储能弹簧不起作用Cmax8-2-2阀控制液压舵机用单向定量油泵其吸排方向不变油液进出转舵油缸的方向由驾驶台遥控的换向阀来控制当换向阀处于中位油泵的排油经换向阀旁通，转舵油缸油路锁闭而稳舵油泵和系统比较简单，造价相对较低缺点:换向阀换向，液压冲击较大，可靠性也相对较差阀控型舵机在停止转舵时，泵以最大流量排油，油液发热较多，经济性差阀控型舵机适用功率范围比泵控型小泵控型和阀控型舵机尽管工作原理不尽相同都是由转舵机构、液压系统和操纵系统等组成下面就转舵机构和操纵系统依次加以讨论