Transcript 第三节液压舵机的转舵机构

第三节
液压舵机的转舵机构
8-3 液压舵机的转舵机构
 将油泵供给的液压能变为转动舵杆的机械
能，以推动舵叶偏转
 根据动作方式不同，可分两大类：


往复式
回转式
8-3-1 滑式转舵机构
 是应用最广的一种传统型式
 它又有十字头式和拨叉式之分
 十字头式转舵机构


由转舵油缸、插入油缸中的撞杆以及与舵柄
相连接的十字形滑动接头等所组成
当转舵扭矩较小时


常用如图8—5所示的双向双缸单撞杆的型式
而当转舵扭矩较大时
多采用四缸、双撞杆的结构
 如图8—6(a)所示

十字头式转舵机构
 十字形滑动接头




将撞杆往复运动转变为舵的摆动
两撞杆用螺栓连接，形成两轴承
两轴承环抱着十字头两耳轴
舵柄横插在十字头轴承中
 当撞杆在油压下偏移离中位时


十字头一面随撞杆移动
一面带动舵柄偏转（舵杆转动）
 随舵角α增加，十字头在舵柄上向外端
滑移
舵柄有效工作长度，随α增大而增大
 撞杆极限行程由行程限制器1l限制




在舵角超过最大舵角1.5°时限止撞杆
在导板一侧还设有机械式舵角指示器 5
用以指示撞杆对应舵角
 每个油缸上部设有放气阀12

以便驱放油缸中空气
滑式转舵机构的受力分析
 当舵转至任意舵角α时
 为克服水动力矩所造成的力
Q，(与舵柄方向垂直)
 在十字头上将受到撞杆两端
油压差的作用力P
 力P与Q’作用方向不在同一直
线上，导板必将产生反作用
力N
 以使P和N的合力Q恰与力Q’
方向相反
 从而产生转舵扭矩以克服水
动力矩和摩擦扭矩
8-3-1 滑式转舵机构受力分析
 转舵力矩
 2 DzpR m
R
P
M  zQR m  z
m 
con con
4con2

上式表明

在撞杆直径D、舵柄最小工作长度R。和撞杆
两侧油压差P既定的情况下

转舵扭矩M随舵角α的增大而增大，如图所示
 这种扭矩特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应

当公称转舵扭矩既定时，滑式转舵机构尺寸或
最大工作油压较其它转舵机构要小
 实际工作油压随实际需要的转舵扭矩而变
 由式可知，舵机在实际工作中撞杆两端的油压差
4Mcon2
P
D 2 zRm
 可见，随着舵角α增大，尽管转舵扭矩也在增大，
但COS2α却相应减小，所以滑式转舵机构的工作油
压也不会因α的增大而急剧增加
图8-9 撞杆油缸的密封
8-3-1-1 十字头式转舵机构特点
 (1)扭矩特性良好


承载能力较大
能平衡撞杆所受的侧推力，用于转
舵扭矩很大的场合
 (2)撞杆和油缸间的密封大都采用V型
密封圈




密封圈由夹有织物的橡胶制成
安装时开口应面向压力油腔 (P越高，密封圈撑开越大)
密封可靠，磨损后具有自动补偿能力
密封泄漏时较易发现，更换也较方便
 (3)油缸内壁除靠近密封端的一小段外，不与撞杆接触，故可不经加
工或仅作粗略加工。
 (4)油缸为单作用
 (5)安装、检修比较麻烦。


必须成对工作，故尺寸、重量较大
撞杆中心线垂直于船舶首尾线方向，舵机室需要较大的宽度
8-3-1-1 拨叉式转舵机构

整根撞杆，撞杆中部有圆柱销，销外套有方形滑块

撞杆移动时，滑块一面绕圆柱销转动，一面在舵柄的叉形端部中滑动
 拨叉式与十字头式转矩特性相同
 侧推力由撞杆承受而无导板，结构简单，加工及拆装方便
 以拨叉代替十字头，撞杆轴线至舵杆轴间的距离R。可缩减26%，撞杆的
最大行程也因而得以减小
 占地面积比十字头式减少10 %～15％，重量减轻10％左右
 但当公称扭矩较大时，则仍以采用十字头式为宜
8-3-1-2 滚轮式转舵机构
 结构特点


在舵柄端部的滚轮代替滑式机构中的十字头或拨
叉
受油压推动的撞杆，以顶部顶动滚轮，使舵柄转
动
 这种机构不论舵角α如何变化

通过撞杆端面与滚轮表面的接触线作用到舵柄上
8-3-1-2 滚轮式转舵机构
 推力P在垂直于舵柄轴线方向的分力可写为
Q  Pcon  
M  zQR  m 

4

4
D 2 pcon 
D 2 zpo cos R0 m
 式中：R。——滚轮中心到舵杆轴线的距离
 上式表明




在D、R。和Pmax既定时，滚轮式转舵机构所能产生的转舵扭
矩将随α。的增大而减小
扭矩特性在坐标图上是一条向下弯的曲线
在最大舵角时，水动力矩较大，而滚轮式这时所产生的扭矩
反而最小，只达到滑式机构的55%左右
在实际中，随着α的增大，该机构P比滑式增加快
8-3-1-2 滚轮式转舵机构的特点
 (1)撞杆与舵柄之间没有约束，无侧推力
 结构简单，加工容易，安装、拆修都较方便
 (2)每个油缸均与其撞杆自成一组

可根据实际需要，分别采用单列式、双列式或上下重迭式等
不同的布置形式，提高了布置上的灵活性
 (3)滚轮与撞杆间的磨损可自动进行补偿
 (4)扭矩特性差


要达到同样的M，须用比滑式更大的结构尺寸或P
限制了它在大扭矩舵机中的应用
 (5)当舵叶在负扭矩作用下转动时


如果系统有泄漏；或在稳舵时油路锁闭不严，则滚轮就有可
能与某侧撞杆脱开而导致敲击
在某些机构中，滚轮与撞杆之间增设板簧拉紧机构
8-3-1-3 摆缸式转舵机构
 结构特点:
 采用两个摆动式油缸1和双作用的活塞2 (也可单作用)
 转舵时


活塞在油压下往复运动，两油缸相应摆动
通过与活塞杆铰接的舵柄，推动舵叶偏转
 由于转舵时缸体必须作相应摆动

必须采用有挠性的高压软管
8-3-1-3 摆缸式转舵机构
 摆缸式机构转舵时





油缸摆角β将随油缸的安装角(中舵时油缸摆角)和舵
转角α而变
一般使中舵时β最大
最大舵角时β为零或接近于零
但不论舵角α如何， β角总是很小
如果忽略β，摆缸式与滚轮式扭矩特性相同
8-3-1-3 摆缸式转舵机构特点（1）

(1)用双作用活塞代替了单作用的撞杆


提高了油缸的利用率
其外形尺寸和重量可大大减小
 (2)各油缸与其活塞均自成一组


而且油缸与支架、活塞杆与舵柄均采用铰接
结构简单，安装也较方便
 (3)由于采用了双作用活塞

对油缸内表面的加工精度、活塞杆与油缸的同轴度、以及
活塞与油缸间的密封等都有较高的要求
8-3-1-3 摆缸式转舵机构特点（2）
 (4)当活塞的密封性因使用日久而变差时



转舵速度就会变慢，运行的经济性也将降低
而检查和更换密封件又不如撞杆式方便
当铰接处磨损较大时，工作中也会出现撞击
 (5)系统工作时


理论排油量和进油量严格说来并不完全相等
如果使用奇数的双作用活塞式油缸(在应急情况下)
则相差更为明显，所以在油路中必须采取容积补偿
措施
 (6)扭矩特性不佳(与滚轮式类同)

除个别采用四缸结构者公称扭矩较大外，一般大多
见诸于功率不大的舵机中
8-3-2 回转式转舵机构
 图示为三转叶式转舵机构
 油缸内部装有三个定叶

通过橡皮缓冲器安装在船体上
 三个转叶与舵杆相固接



由于转叶与缸体内壁和上、下端
盖之间
及定叶与转毂外缘和上、下端盖
之间，均设法保持密封
故借转叶和定叶将油缸内部分隔
成为六个小室
 当经油管6从三个小室吸油，
并排油人另外三个小室

转叶就会在液压作用下通过轮毂
带动舵杆和舵叶偏转
8-3-2 转叶式机构的转舵扭矩
 可用下式表示:
M  zPRm
式中：z — 转叶数目
P——转叶两侧油压差，Pa；
A—每个转叶的单侧面积，m’；
Ro——转叶压力中心至舵杆轴线间的距离，m；
ηm——机械效率，一般为0.75～0.85。
 上式表明


转叶式机构所能产生的转舵扭矩与舵角无关
扭矩特性在坐标图上是一条与横坐标平行的直线
8-3-2 转叶式转舵机构的特点
 (1)占地面积小，重量轻，安装方便。
 (2)无须外部润滑

管理简便；舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损
 (3)扭矩特性不如滑式，比滚轮式和摆缸式好
 (4)内泄漏部位较多


密封不如往复式容易解决
容积效率低，油压较高时更为突出
 (5)内部密封问题是其薄弱环节


工作油压不超过4MPa左右，限制了它在大功率舵
机中的应用
随着密封材料和密封形式的不断改进，Pmax已可
达10～15MPa，转舵扭矩也提高到3000 kN·m 左
右
AEG型转叶式油缸
8-3-2 AEG型转叶油缸特点
 翻边端盖与空心的轮毂3制成一体，然后用V形密封圈9
和压盖8防止油外漏
 这种结构的端盖能够承受较高的油压而不易变形，同时
又可避免转叶和端盖间的泄漏。而用球墨铸铁制造的转
叶4和定叶5，则用由高强度钢制成的定位销和内六角螺
钉分别固定在铸钢的转子3和缸体2上，并用在背后装有
O形橡胶条的钢制密封条7来保证各工作腔室间的密封
 该型结构的耐压能力较强，工作油压一般可用到10MPa
或更高，同时可保持96％～98％的容积效率
 整个转子的重量完全由舵杆轴承来承担，而油缸本体2
则通过螺栓12和橡皮缓冲器13支撑于两缓冲架10上，同
时在上、下主油路，缸体凸缘的内侧与固定支架的顶部
与底部之间预留一定的间隙，以便吸收油缸在工作中可
能产生的微量窜动和横向振动。