液壓舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)

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1、w第三節(jié)w液壓舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu) 8-3 液壓舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w將油泵供給的液壓能變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)舵桿的機(jī)械能，以推動(dòng)舵葉偏轉(zhuǎn)w根據(jù)動(dòng)作方式不同，可分兩大類(lèi)： n往復(fù)式n回轉(zhuǎn)式 8-3-1 滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w是應(yīng)用最廣的一種傳統(tǒng)型式w它又有十字頭式和撥叉式之分w十字頭式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)n由轉(zhuǎn)舵油缸、插入油缸中的撞桿以及與舵柄相連接的十字形滑動(dòng)接頭等所組成 n當(dāng)轉(zhuǎn)舵扭矩較小時(shí)l常用如圖85所示的雙向雙缸單撞桿的型式n而當(dāng)轉(zhuǎn)舵扭矩較大時(shí)l多采用四缸、雙撞桿的結(jié)構(gòu)l如圖86(a)所示 十字頭式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w十字形滑動(dòng)接頭n將撞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎娴臄[動(dòng)n兩撞桿用螺栓連接，形成兩軸承n兩軸承環(huán)抱著十字頭兩耳軸n舵柄橫插在十字頭軸承中

2、w當(dāng)撞桿在油壓下偏移離中位時(shí) n十字頭一面隨撞桿移動(dòng)n一面帶動(dòng)舵柄偏轉(zhuǎn)（舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)）w隨舵角增加，十字頭在舵柄上向外端滑移n舵柄有效工作長(zhǎng)度，隨增大而增大w撞桿極限行程由行程限制器1l限制n在舵角超過(guò)最大舵角1.5時(shí)限止撞桿n在導(dǎo)板一側(cè)還設(shè)有機(jī)械式舵角指示器 5 n用以指示撞桿對(duì)應(yīng)舵角w每個(gè)油缸上部設(shè)有放氣閥12n以便驅(qū)放油缸中空氣 滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的受力分析w當(dāng)舵轉(zhuǎn)至任意舵角時(shí)w為克服水動(dòng)力矩所造成的力Q，(與舵柄方向垂直)w在十字頭上將受到撞桿兩端油壓差的作用力Pw力P與Q作用方向不在同一直線(xiàn)上，導(dǎo)板必將產(chǎn)生反作用力Nw以使P和N的合力Q恰與力Q方向相反w從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)舵扭矩以克服水動(dòng)力矩和摩擦扭矩

3、 8-3-1 滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)受力分析w轉(zhuǎn)舵力矩w 上式表明n在撞桿直徑D、舵柄最小工作長(zhǎng)度R。和撞桿兩側(cè)油壓差P既定的情況下 n轉(zhuǎn)舵扭矩M隨舵角的增大而增大，如圖所示w這種扭矩特性與舵的水動(dòng)力矩的變化趨勢(shì)相適應(yīng)n當(dāng)公稱(chēng)轉(zhuǎn)舵扭矩既定時(shí)，滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)尺寸或最大工作油壓較其它轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)要小w 實(shí)際工作油壓隨實(shí)際需要的轉(zhuǎn)舵扭矩而變w由式可知，舵機(jī)在實(shí)際工作中撞桿兩端的油壓差w可見(jiàn)，隨著舵角增大，盡管轉(zhuǎn)舵扭矩也在增大，但COS2卻相應(yīng)減小，所以滑式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的工作油壓也不會(huì)因的增大而急劇增加 224conDzpRconRconPzzQRM mmm mzRDMconP 2 24 圖8-9 撞桿油缸的密封 8-3

4、-1-1 十字頭式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)特點(diǎn)w (1)扭矩特性良好n 承載能力較大n能平衡撞桿所受的側(cè)推力，用于轉(zhuǎn) 舵扭矩很大的場(chǎng)合 w (2)撞桿和油缸間的密封大都采用V型 密封圈 n密封圈由夾有織物的橡膠制成n安裝時(shí)開(kāi)口應(yīng)面向壓力油腔 (P越高，密封圈撐開(kāi)越大)n密封可靠，磨損后具有自動(dòng)補(bǔ)償能力n密封泄漏時(shí)較易發(fā)現(xiàn)，更換也較方便w (3)油缸內(nèi)壁除靠近密封端的一小段外，不與撞桿接觸，故可不經(jīng)加工或僅作粗略加工。w (4)油缸為單作用w (5)安裝、檢修比較麻煩。 n必須成對(duì)工作，故尺寸、重量較大n撞桿中心線(xiàn)垂直于船舶首尾線(xiàn)方向，舵機(jī)室需要較大的寬度 8-3-1-1 撥叉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w 整根撞桿，撞桿中部有

5、圓柱銷(xiāo)，銷(xiāo)外套有方形滑塊 n撞桿移動(dòng)時(shí)，滑塊一面繞圓柱銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，一面在舵柄的叉形端部中滑動(dòng)w撥叉式與十字頭式轉(zhuǎn)矩特性相同w側(cè)推力由撞桿承受而無(wú)導(dǎo)板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工及拆裝方便w以撥叉代替十字頭，撞桿軸線(xiàn)至舵桿軸間的距離R?？煽s減26%，撞桿的最大行程也因而得以減小w占地面積比十字頭式減少10 %15，重量減輕10左右w但當(dāng)公稱(chēng)扭矩較大時(shí)，則仍以采用十字頭式為宜 8-3-1-2 滾輪式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w結(jié)構(gòu)特點(diǎn) n在舵柄端部的滾輪代替滑式機(jī)構(gòu)中的十字頭或撥叉n受油壓推動(dòng)的撞桿，以頂部頂動(dòng)滾輪，使舵柄轉(zhuǎn)動(dòng)w這種機(jī)構(gòu)不論舵角如何變化n通過(guò)撞桿端面與滾輪表面的接觸線(xiàn)作用到舵柄上的推力P，始終垂直于撞桿端面，而不會(huì)

6、產(chǎn)生側(cè)推力 8-3-1-2 滾輪式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w推力P在垂直于舵柄軸線(xiàn)方向的分力可寫(xiě)為w式中：R。滾輪中心到舵桿軸線(xiàn)的距離w上式表明 n在D、R。和Pmax既定時(shí)，滾輪式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)舵扭矩將隨。的增大而減小n扭矩特性在坐標(biāo)圖上是一條向下彎的曲線(xiàn)n在最大舵角時(shí)，水動(dòng)力矩較大，而滾輪式這時(shí)所產(chǎn)生的扭矩反而最小，只達(dá)到滑式機(jī)構(gòu)的55%左右n在實(shí)際中，隨著的增大，該機(jī)構(gòu)P比滑式增加快 pconDPconQ 24 mm RzpoDzQRM 02 cos4 8-3-1-2 滾輪式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)w (1)撞桿與舵柄之間沒(méi)有約束，無(wú)側(cè)推力n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，安裝、拆修都較方便w (2)每個(gè)油缸均與其撞桿

7、自成一組n可根據(jù)實(shí)際需要，分別采用單列式、雙列式或上下重迭式等不同的布置形式，提高了布置上的靈活性w (3)滾輪與撞桿間的磨損可自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償w (4)扭矩特性差 n要達(dá)到同樣的M，須用比滑式更大的結(jié)構(gòu)尺寸或Pn限制了它在大扭矩舵機(jī)中的應(yīng)用w (5)當(dāng)舵葉在負(fù)扭矩作用下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)n如果系統(tǒng)有泄漏；或在穩(wěn)舵時(shí)油路鎖閉不嚴(yán)，則滾輪就有可能與某側(cè)撞桿脫開(kāi)而導(dǎo)致敲擊n在某些機(jī)構(gòu)中，滾輪與撞桿之間增設(shè)板簧拉緊機(jī)構(gòu) 8-3-1-3 擺缸式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w結(jié)構(gòu)特點(diǎn):w采用兩個(gè)擺動(dòng)式油缸1和雙作用的活塞2 (也可單作用)w轉(zhuǎn)舵時(shí) n活塞在油壓下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，兩油缸相應(yīng)擺動(dòng)n通過(guò)與活塞桿鉸接的舵柄，推動(dòng)舵葉偏轉(zhuǎn)w由于轉(zhuǎn)舵時(shí)缸體

8、必須作相應(yīng)擺動(dòng)n必須采用有撓性的高壓軟管 8-3-1-3 擺缸式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w擺缸式機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)舵時(shí)n油缸擺角將隨油缸的安裝角(中舵時(shí)油缸擺角)和舵轉(zhuǎn)角而變n一般使中舵時(shí)最大 n最大舵角時(shí)為零或接近于零n但不論舵角如何， 角總是很小n如果忽略，擺缸式與滾輪式扭矩特性相同 8-3-1-3 擺缸式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)特點(diǎn)（1）w (1)用雙作用活塞代替了單作用的撞桿n提高了油缸的利用率n其外形尺寸和重量可大大減小w (2)各油缸與其活塞均自成一組 n而且油缸與支架、活塞桿與舵柄均采用鉸接n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝也較方便w (3)由于采用了雙作用活塞n對(duì)油缸內(nèi)表面的加工精度、活塞桿與油缸的同軸度、以及活塞與油缸間的密封等都有較高

9、的要求 8-3-1-3 擺缸式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)特點(diǎn)（2）w (4)當(dāng)活塞的密封性因使用日久而變差時(shí)n轉(zhuǎn)舵速度就會(huì)變慢，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性也將降低n而檢查和更換密封件又不如撞桿式方便n當(dāng)鉸接處磨損較大時(shí)，工作中也會(huì)出現(xiàn)撞擊w (5)系統(tǒng)工作時(shí)n理論排油量和進(jìn)油量嚴(yán)格說(shuō)來(lái)并不完全相等 n如果使用奇數(shù)的雙作用活塞式油缸(在應(yīng)急情況下)則相差更為明顯，所以在油路中必須采取容積補(bǔ)償措施w (6)扭矩特性不佳(與滾輪式類(lèi)同)n除個(gè)別采用四缸結(jié)構(gòu)者公稱(chēng)扭矩較大外，一般大多見(jiàn)諸于功率不大的舵機(jī)中 8-3-2 回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w圖示為三轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)w油缸內(nèi)部裝有三個(gè)定葉n通過(guò)橡皮緩沖器安裝在船體上w三個(gè)轉(zhuǎn)葉與舵桿相固接n由于

10、轉(zhuǎn)葉與缸體內(nèi)壁和上、下端蓋之間 n及定葉與轉(zhuǎn)轂外緣和上、下端蓋之間，均設(shè)法保持密封n故借轉(zhuǎn)葉和定葉將油缸內(nèi)部分隔成為六個(gè)小室w當(dāng)經(jīng)油管6從三個(gè)小室吸油，并排油人另外三個(gè)小室n轉(zhuǎn)葉就會(huì)在液壓作用下通過(guò)輪轂帶動(dòng)舵桿和舵葉偏轉(zhuǎn) 8-3-2 轉(zhuǎn)葉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)舵扭矩w可用下式表示:式中：z 轉(zhuǎn)葉數(shù)目 P轉(zhuǎn)葉兩側(cè)油壓差，Pa； A每個(gè)轉(zhuǎn)葉的單側(cè)面積，m； Ro轉(zhuǎn)葉壓力中心至舵桿軸線(xiàn)間的距離，m； m機(jī)械效率，一般為0.750.85。 w上式表明n轉(zhuǎn)葉式機(jī)構(gòu)所能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)舵扭矩與舵角無(wú)關(guān)n扭矩特性在坐標(biāo)圖上是一條與橫坐標(biāo)平行的直線(xiàn)mzPRM 8-3-2 轉(zhuǎn)葉式轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)w (1)占地面積小，重量輕，安裝方便

11、。w (2)無(wú)須外部潤(rùn)滑n管理簡(jiǎn)便；舵桿不受側(cè)推力，可減輕舵承磨損w (3)扭矩特性不如滑式，比滾輪式和擺缸式好w (4)內(nèi)泄漏部位較多 n密封不如往復(fù)式容易解決n容積效率低，油壓較高時(shí)更為突出w (5)內(nèi)部密封問(wèn)題是其薄弱環(huán)節(jié)n工作油壓不超過(guò)4MPa左右，限制了它在大功率舵機(jī)中的應(yīng)用n隨著密封材料和密封形式的不斷改進(jìn)，Pmax已可達(dá)1015MPa，轉(zhuǎn)舵扭矩也提高到3000 kNm 左右 AEG型轉(zhuǎn)葉式油缸 8-3-2 AEG型轉(zhuǎn)葉油缸特點(diǎn)w翻邊端蓋與空心的輪轂3制成一體，然后用V形密封圈9和壓蓋8防止油外漏w這種結(jié)構(gòu)的端蓋能夠承受較高的油壓而不易變形，同時(shí)又可避免轉(zhuǎn)葉和端蓋間的泄漏。而用球墨鑄鐵制造的轉(zhuǎn)葉4和定葉5，則用由高強(qiáng)度鋼制成的定位銷(xiāo)和內(nèi)六角螺釘分別固定在鑄鋼的轉(zhuǎn)子3和缸體2上，并用在背后裝有O形橡膠條的鋼制密封條7來(lái)保證各工作腔室間的密封w該型結(jié)構(gòu)的耐壓能力較強(qiáng)，工作油壓一般可用到10MPa或更高，同時(shí)可保持9698的容積效率w整個(gè)轉(zhuǎn)子的重量完全由舵桿軸承來(lái)承擔(dān)，而油缸本體2則通過(guò)螺栓12和橡皮緩沖器13支撐于兩緩沖架10上，同時(shí)在上、下主油路，缸體凸緣的內(nèi)側(cè)與固定支架的頂部與底部之間預(yù)留一定的間隙，以便吸收油缸在工作中可 能產(chǎn)生的微量竄動(dòng)和橫向振動(dòng)。