8.3 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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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224conDzpRconRconPzzQRMmmmmzRDMconP224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推力P在垂直于舵柄轴线方向的分力可写为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pconDPconQ24mmRzpoDzQRM02cos4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: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mzPRM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，但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近年来，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3000kN·m左右AEG型转叶式油缸8-3-2AEG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。所以，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(一般上下共约38mm左右)，以便吸收油缸在工作中可能产生的微量窜动和横向振动。