液压舵机的转舵机构

w第三节w液压舵机的转舵机构 8-3 液压舵机的转舵机构w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w根据动作方式不同，可分两大类： n往复式n回转式 8-3-1 滑式转舵机构w是应用最广的一种传统型式w它又有十字头式和拨叉式之分w十字头式转舵机构n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 n当转舵扭矩较小时l常用如图85所示的双向双缸单撞杆的型式n而当转舵扭矩较大时l多采用四缸、双撞杆的结构l如图86(a)所示 十字头式转舵机构w十字形滑动接头n将撞杆往复运动转变为舵的摆动n两撞杆用螺栓连接，形成两轴承n两轴承环抱着十字头两耳轴n舵柄横插在十字头轴承中w当撞杆在油压下偏移离中位时 n十字头一面随撞杆移动n一面带动舵柄偏转（舵杆转动）w随舵角增加，十字头在舵柄上向外端滑移n舵柄有效工作长度，随增大而增大w撞杆极限行程由行程限制器1l限制n在舵角超过最大舵角1.5时限止撞杆n在导板一侧还设有机械式舵角指示器 5 n用以指示撞杆对应舵角w每个油缸上部设有放气阀12n以便驱放油缸中空气 滑式转舵机构的受力分析w当舵转至任意舵角时w为克服水动力矩所造成的力Q，(与舵柄方向垂直)w在十字头上将受到撞杆两端油压差的作用力Pw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Nw以使P和N的合力Q恰与力Q方向相反w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w转舵力矩w 上式表明n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 n转舵扭矩M随舵角的增大而增大，如图所示w这种扭矩特性与舵的水动力矩的变化趋势相适应n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w 实际工作油压随实际需要的转舵扭矩而变w由式可知，舵机在实际工作中撞杆两端的油压差w可见，随着舵角增大，尽管转舵扭矩也在增大，但COS2却相应减小，所以滑式转舵机构的工作油压也不会因的增大而急剧增加 224conDzpRconRconPzzQRM mmm mzRDMconP 2 24 图8-9 撞杆油缸的密封 8-3-1-1 十字头式转舵机构特点w (1)扭矩特性良好n 承载能力较大n能平衡撞杆所受的侧推力，用于转 舵扭矩很大的场合 w (2)撞杆和油缸间的密封大都采用V型 密封圈 n密封圈由夹有织物的橡胶制成n安装时开口应面向压力油腔 (P越高，密封圈撑开越大)n密封可靠，磨损后具有自动补偿能力n密封泄漏时较易发现，更换也较方便w (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。w (4)油缸为单作用w (5)安装、检修比较麻烦。 n必须成对工作，故尺寸、重量较大n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w 整根撞杆，撞杆中部有圆柱销，销外套有方形滑块 n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w拨叉式与十字头式转矩特性相同w侧推力由撞杆承受而无导板，结构简单，加工及拆装方便w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w占地面积比十字头式减少10 %15，重量减轻10左右w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w结构特点 n在舵柄端部的滚轮代替滑式机构中的十字头或拨叉n受油压推动的撞杆，以顶部顶动滚轮，使舵柄转动w这种机构不论舵角如何变化n通过撞杆端面与滚轮表面的接触线作用到舵柄上的推力P，始终垂直于撞杆端面，而不会产生侧推力 8-3-1-2 滚轮式转舵机构w推力P在垂直于舵柄轴线方向的分力可写为w式中：R。滚轮中心到舵杆轴线的距离w上式表明 n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。的增大而减小n扭矩特性在坐标图上是一条向下弯的曲线n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n在实际中，随着的增大，该机构P比滑式增加快 pconDPconQ 24 mm RzpoDzQRM 02 cos4 8-3-1-2 滚轮式转舵机构的特点w (1)撞杆与舵柄之间没有约束，无侧推力n结构简单，加工容易，安装、拆修都较方便w (2)每个油缸均与其撞杆自成一组n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w (3)滚轮与撞杆间的磨损可自动进行补偿w (4)扭矩特性差 n要达到同样的M，须用比滑式更大的结构尺寸或Pn限制了它在大扭矩舵机中的应用w (5)当舵叶在负扭矩作用下转动时n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n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w结构特点:w采用两个摆动式油缸1和双作用的活塞2 (也可单作用)w转舵时 n活塞在油压下往复运动，两油缸相应摆动n通过与活塞杆铰接的舵柄，推动舵叶偏转w由于转舵时缸体必须作相应摆动n必须采用有挠性的高压软管 8-3-1-3 摆缸式转舵机构w摆缸式机构转舵时n油缸摆角将随油缸的安装角(中舵时油缸摆角)和舵转角而变n一般使中舵时最大 n最大舵角时为零或接近于零n但不论舵角如何， 角总是很小n如果忽略，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）w (1)用双作用活塞代替了单作用的撞杆n提高了油缸的利用率n其外形尺寸和重量可大大减小w (2)各油缸与其活塞均自成一组 n而且油缸与支架、活塞杆与舵柄均采用铰接n结构简单，安装也较方便w (3)由于采用了双作用活塞n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）w (4)当活塞的密封性因使用日久而变差时n转舵速度就会变慢，运行的经济性也将降低n而检查和更换密封件又不如撞杆式方便n当铰接处磨损较大时，工作中也会出现撞击w (5)系统工作时n理论排油量和进油量严格说来并不完全相等 n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w (6)扭矩特性不佳(与滚轮式类同)n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w图示为三转叶式转舵机构w油缸内部装有三个定叶n通过橡皮缓冲器安装在船体上w三个转叶与舵杆相固接n由于转叶与缸体内壁和上、下端盖之间 n及定叶与转毂外缘和上、下端盖之间，均设法保持密封n故借转叶和定叶将油缸内部分隔成为六个小室w当经油管6从三个小室吸油，并排油人另外三个小室n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w可用下式表示: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； m机械效率，一般为0.750.85。 w上式表明n转叶式机构所能产生的转舵扭矩与舵角无关n扭矩特性在坐标图上是一条与横坐标平行的直线mzPRM 8-3-2 转叶式转舵机构的特点w (1)占地面积小，重量轻，安装方便。w (2)无须外部润滑n管理简便；舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损w (3)扭矩特性不如滑式，比滚轮式和摆缸式好w (4)内泄漏部位较多 n密封不如往复式容易解决n容积效率低，油压较高时更为突出w (5)内部密封问题是其薄弱环节n工作油压不超过4MPa左右，限制了它在大功率舵机中的应用n随着密封材料和密封形式的不断改进，Pmax已可达1015MPa，转舵扭矩也提高到3000 kNm 左右 AEG型转叶式油缸 8-3-2 AEG型转叶油缸特点w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w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w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9698的容积效率w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。