1、船舶辅机实验指导1实验三 液压舵机的操作实验一、实验内容1、液压舵机遥控系统操舵试验与调整。2. 电子式随动操舵系统操舵实验。二、实验要求通过实验，熟悉典型液压航机及遥控系统的组成和工作原理，掌握操舵方法。三、实验设备 YD100 1.6 / 28 型液压舵机 1 套D D1 型电子随动操舵仪 1 台（一）YD100 1.6 / 28 型液压舵机该舵机由广西梧州华南船舶机械厂制造。现装于辅机实验室内。其主要技术数据如下：型号： Y D100 1.6 2 8公称力矩： 1.6 t m（15.6 KN.M）转舵时间： 28 sec最大转角 正负 35 度工作压力： 100 kgcm 2 （9.81
2、MPa ）安全阀调整压力： 110kgcm 2 (10.8MPa)电动机型号： JO2H124（Y80L2 一 4）电动机功率： 0.8 kW电动机转速: 1500 r.p.m电动机电压。 380 V油泵型号； 10 SCYI4 一 1油泵排量； 10 m Lr最大工作压力： 320 kgcm 2 (31.4MPa)船舶辅机实验指导2电磁阀型号: 34 E 1M B10H T电磁阀流量： 40Lmin 电磁阀最大工作压力： 210 kgcm 2（20.59 MPa ）溢流阀型号： Y E B10 C电磁阀流量： 40 Lmin溢流阀最大工作压力： 140 kgcm 2（13.73MPa ）注：
3、转舵时间系指单机而言，双机组工作时，转舵速度可提高一倍。1转舵机构 舵机的转舵机构是采用柱塞式油缸，柱塞的往复运动通过拨叉机构转换为舵柄的转动。所以，舵机的输出力矩与工作油压的关系为（见图 31） 。d 2RP M= Z 4 cos2a式中：Z油缸对数（Z=1 ）d柱塞直径（d=10cm ）R舵杆中线到油缸中心线的垂直距离（R=18cm）P油缸压差（ P=P 1P2）推舵装置机械效率(0.8)a舵的转角舵机力矩特性 M=f（a ）如图 32 所示。舵机公称力矩系指舵机转动舵杆的最大力矩，即舵的转角为 35时舵机的输出力矩。.该舵机的转舵机构主要由油缸、柱塞、舵柄、边舵柄、拉杆等组成，如图33
4、所示。2轴向柱塞式油泵该舵机的油泵为手动变量轴向柱塞泵，其工作原理如图 3-4 所示。它由湖南邵阳液压件厂生产。船舶辅机实验指导3泵的传动轴（19）通过花键与缸体（16）连接，且带动缸体（16）旋转，使均匀分布在缸体中的 7 个柱塞（12）绕传动轴中心线转动。每一个柱塞端都有一滑靴（10） ，由定心弹簧（11）通过外套（17） 、定心球头（9） 、回程盘（15）将滑靴抵压在轴线成一定倾斜角的止推板（8）上，该止推板以销轴（6）为中心安装在变量头（14）上（当止推板摩损后，只需更换止推扳即可，变量头照样使用） 。如果变量头（14）处于倾斜位置，则当缸体旋转时，柱塞就会在油缸中往复运动，完成吸油和
5、压油。此外，定心弹簧通过外套将缸体抵压在配油盘上，起初始密封作用。滑靴和配油盘均采用静力平衡结构，不仅减少了泵的摩损，而且使泵具有很高的容积效率和机构效率。如果转动手轮，使调节螺杆（3）旋转，通过变量活塞，带动变量头旋转，从而改变了泵的排量，当刻度盘（5）上指示出所需要排量的百分比时，则停止转动。并用锁紧螺母（2）锁紧，防止手动转动。3舵机工作原理舵机主要由舵柄拉杆机构、推舵机构以及油泵机组等部件组成。如图 3-5所示。该舵机有两台泵机组，两台机组可以任意转换，交替使用，必要时也可以同时启动两台机组。为了说明问题，假定右机组工作，现从以下几个方面来说明：（1）舵机的起动启动右油泵机组，油泵从油
6、箱吸油，排出的液压油经 M 型电磁换向阀后流回油箱，油泵处于卸荷状态。（2）舵的转动（见图 35）舵向什么方向转动，取决于操舵仪来的信号。假定操舵仪来的信号使电磁换向阀右边的电磁铁通电，则油泵排出的油就经过电磁换向阀及专用阀组后进入推舵机构的左油缸，舵叶开始转动，直至电磁铁断电，电磁换向阀回复到中间位置为止。（3）专用阀组的原理该舵机专用阀组由专用阀以及双向安全阀组成。其工作原理如图 3-6 所示。船舶辅机实验指导4专用阀系三位四通液动滑阀。阀芯中又带有两只单向阀。为了表明该阀在过渡位置时有节流作用，所以在原理图中画出了过渡位置的符号。专用阀最主要的作用是克服舵的负力矩问题。所谓负力矩问题（假
7、设系统中无专用阀） ，是指当水流顺着操舵方向作用于舵板，负力矩引起左侧油缸中的压力升高，而右侧油缸产生抽空现象（油泵是定量泵，来不及供油） ，空气进入液压系统，舵机工作失调。当系统中有专用阀时，负力矩问题能获得解决。因为，在回油油路有“节流圈” ，所以专用阀阀芯右腔保持某一压力 P 2，当右侧油缸压力 P1 降低（P 1 也随着降低）时，专用阀阀芯在压力 P， 1、P ， 2、及弹簧力的作用下将向左移动，回油口 A 起节流作用，于是就限制了转舵速度，使右侧油缸不产生抽空现象。当然，负力矩问题能否彻底解决，还与专用设备阀的特性密切关系。专用阀的另一个作用是可以自动切断油泵机组与推舵机构的联系，对
8、舵机的生命力有所提高。譬如，万一正在工作机组的电磁换向阀在右或左位（即不在中位）卡死时，由于专用阀已切断油路，所以即使换到另一机组工作时，舵机不会失灵，仍能正常转舵。双向安全阀的用途是防止舵机过载，安全阀起跳压力调节为舵机设计压力加 5kg/cm2（ 0.049MPa） 。双向安全阀旁边还设有旁通阀，舵机加油时可以将旁通阀打开。舵机运行时旁通阀应关闭。（4）双联截止阀的用途在推舵机构中装有两只双联截止阀，在一般情况上，四只截止阀应全部打开。必要时关掉其中一部分或全部（例如，在海上航行时需要拆检某台油泵，这时可以关掉相应的两只截止阀） 。4、舵机的运转41 舵机运转前的准备（1）外观检查各零部件
9、有无损坏，松动及漏油现象。（2）检查双联截止阀及压力表开关阀是否已打开，放气阀是否已关闭。（3）检查油泵的排量指示器的位置是否正常（应满足转舵时间要求） 。（4）检查油箱油位是否正常。船舶辅机实验指导5（5）检查各活动部位润滑情况是否良好。（6）检查驾驶室中的舵角指示器的角度和实际角是否一致。42 舵机运转中的注意事项（1）舵机在动转期间不得有异常的噪音。（2）注意舵机各活动部位的润滑情况，防止发热。（3）注意油泵外壳的温度及液压油的温度、油压。（4）注意油箱油位，应经常保持在油位计的 2 / 3 左右。（5）注意各部件有无松动及漏油现象。（6）注意转舵速度是否正常。43 舵机的维护保养（1）
10、使用的工作油性质应符合规定，在加油时必须经过过滤。（2）油箱和滤油器应定期清洗，污油应及时更换，不可勉强使用。第一次换油时间应不超过 2000 使用小时，此后，至少每年换油一次。（3） 油温起动油温不低于 0。正常工作油温为 3050。最高工作油温不超过 70如果油温超过 75，应该停止运行，检查油泵和系统用油。（4）当油泵的容积效率太低时，应及时修理或更换油泵，不要勉强使用。（5）舵机在工作中发现漏油应及时消除。（6）舵机停用期间应定期用手转动电动机与泵间的联轴器，以确定泵是否处在自如的工作状态，如果发现某些不自然现象，应及时检查原因并排除之。（7）在中修时，将对整个系统进行彻底清洗，更换油
11、缸内的密封圈。44 安全阀的调整舵机安全阀的整定压力必须高于舵机的最大工作压力，但不超过最大工作压力的 110%。一般安全阀在出厂前即已调定。必要时，对整定压力也可进行验证，如不符要求，就应重新调整。用图 3-7 来说明（其中 G、H、I、J 为系统的船舶辅机实验指导6安全阀） 。现用 1 号泵工作时，说明安全阀 G 的调整步骤如下：（1）卸下或松开远操系统中的最大舵角限制，以使舵叶能超过最大舵角。（2）打开缸阀 B、C ，关闭旁通阀 1、2，关闭缸阀 A、D 。（3）起动 1 号泵，使撞杆右移至油缸底。（4）注视 2 号压力表，转动安全阀 G 的调整螺杆，使其达到调定值，一般为额定压力 10
12、5 %，注意该数值安全阀已全开而油压不再升高时之数值。其它安全阀的调整步骤如下表所示。至于安全阀 G、I、J 的调整试验，可用同样方法进行，参看下列表。关 闭调 整安全阀使用泵号 舵 轮旋转方向开放缸阀旁通阀 缸 阀指 示压力表GHIJ1#1#2#2#右左右左B、CB、CA、DA、D1、1、 21、1、 21、1、 21、2A、DA、DB、CB、C2#1#2#1#5应急操舵装置见图 38，本液压舵机所配套的 2 号应急操舵装置。它由手动油泵、三通接头及阀组（由手动换向阀、安装板、液压控制单向阀等组成）三部分组成。当舵机发生故障时，可使用该应急操舵装置。转舵时间15 度/分。2 号应急操舵装置的
13、使用压力 P 为 15kg/cm2(约 1.47MPa), 应急管路的密封试验压力为140kg/cm2 (约 13.73MPa), 而主管路的密封试验压力为 160kg/cm2 (约 15.7MPa)。（二）DDI 型电子式随动操舵系统本系统作为 YD1001.6/28 型液压舵机的操舵配套设备。它由广州航海仪器厂制造（见图 3-9） 。船舶辅机实验指导7该操舵台的使用环境和性能为：（1）该无触点随动操舵系统（以下简称操舵仪）与标准系列 10 吨米以下各型舵机和其它电磁阀控制的舵机配套，可以供各种中、小型民用船舶和军用辅助船舶使用。（2）符合船用技术条件。（3）该操舵仪采用交流 50Hz、38
14、0V（或 220V）电源。报警系统采用直流24V 电源、备有左右舷电源转换及两套系统自动转换装置、电机启动器及反馈机构。而且有声光过载报警系统。（4）该操舵仪可在驾驶台进行随动操舵和手动操舵，还可在舵机舱进行手动操舵，需要时右在桥楼或备用指挥台增设手动操舵装置。（5）该操舵仪在驾驶室控制两套油泵机组。操舵仪的两套独立的操舵系统采用晶体管和可控硅操纵电液阀，从而实现操舵的目的。（6）该操舵仪采取了措施，以减少对无线电的干扰。1电气原理的说明本操舵仪备有两套相同而互相独立的电气系统，这两套系统分别控制两套液压系统（电气原理图见 646Q452200YL） 。现仅以 1 号系统为例进行说明。（1）
15、（1） 电源部分左右舷 50 周 380 伏电源接至安装在舵机舱的电源转换箱 CQ，然后再由CQ 分别接至 1 号和 2 号启动器（1QA 和 2QA） ，在 CQ 内有两只电源开关（1DAKT 和 2DAK）供接通和关断电源用；另有两只接触器（1XC 和 2XC）供自动转换用，1XC 和 2XC 之间有机械联锁装置。另外利用自的辅触点进行电气联锁，以保证两只接触器只能有一只通电闭合，从而防止二舷电源同时接通。电源自动转换的原理是这样的：当系统使用右舷电源工作，2XC 闭合，此时虽左舷电源也有电，但因串在1XC 接触器线圈电路中的 2XC 常闭辅触点动作断开。所以 1XC 不动作。当右舷电源失
16、电时，2XC 同时断电释放。此时串在 1XC 线圈电路中的 2XC，常闭辅触点闭合，使 1XC 通电闭合，此时系统使用左舷电源工作。船舶辅机实验指导8按同样原理，当系统用左舷电源工作，当左舷失电时，同样转至右舷电源工作。二只启动器（1QA 和 2QA）可以在驾驶台或舵机舱控制，由安装在舵机舱的转换开关箱内“操舵地点选择”开关 3 LW 来选择由驾驶台控制还是舵机舱控制。当选择在舵机舱控制时，用启动器上的按钮 1Q，使 1TA 启动或停止 1 号系统油泵机组，按钮 2Q，使 2TA 启动或停止 2 号系统油泵机组。当选择在驾驶台控制时，用操舵台上“油泵转换开关”1LW 和 2LW 来控制启动器，
17、当 1LW 放在“ 进行”位置时，1 号系统油泵电动机 1D 启动运行。然后 2LW 放在“运行”位置时，2 号系统油泵电动机 2D 也启动运行。在 1 号电动机 1D 运行时，若发生故障能自动转换，只需把 2LW 放在“备用”位置即可，当 1 号启动器因发生故障接触器 3XC 释放时，其常闭辅触点3XC（ 202、204）闭合，使 2 号启动器的内接触器（ 4XC）线圈通电而闭合，2号油泵电动机 2D 自行启动替代 1D 工作，在相反情况下，若需自动转换只需把1LW 放在 “备用”位置。按同样原理，在 2 号系统发生故障时能自行转换至 1号系统工作。（2）自整角机原理的说明自整角机接成变压器
18、形成，由发送机 1BD 和接收机 1BS 组成，其联接方式见图 3-10。自整角发送机安装在操舵台内，由齿轮与操舵手轮联接。接收机则安装在反馈机构内，用齿轮通过联杆与舵杆联接。由此通过操舵台内的电气原件组成闭环系统。自整角机的作用是对手轮的操舵角度和舵杆的转舵角进行检测。如果二者有角差则自整角机就输出相应极性的交流信号。此交流信号经过相敏整流和放大后控制电液阀使舵转动，直到舵杆的角度和手轮指示角度一致后自整角机不输出信号，舵杆才停止转动。自整角机的原理是这样的：在图 3-10 中发送机 1BD 的激磁绕组（123、124）接至恒定的交流 110v 电源。接收机 1BS 的激磁绕组（ 133、1
19、35）接至输出。当 1BD 和 1BS 的转子都在“0”位时，因转子导磁体和磁力线方向垂直，绕组之间不能进行磁路耦合，船舶辅机实验指导9输出绕组无感应电压，输出电压为 0。当 1BD 和 1BS 有角差时，转子导体就有一部分磁力线通过，进行耦合，输出绕组开始输出交流电压，当转子之间角差90时，转子导磁体完全与磁力线方向一致，完全进行耦合，此时输出电压最大。在不同的角度时角差与输出的交流电压幅值关系为正弦函数。当角差相反时输出交流电压幅值不变，但相位相反。角差与输出电压的函数关系见下式：u 输出=u 最大值sin 值其中：u 输出 为不同角差时的输出电压幅值。U 最大值为输出电压的最大幅值。 差
20、为 1BD 与 1BS 之间的角度差。（3）相敏整流放大器相敏整流放大器的原理图见图 311。相敏整流放大器由晶体三极管 1JT1、1JT2；滤波电容 1C8、1C9；分压电阻 1R3、1R4；负载电阻 1R5、1R6 ；截止二极管 1ZL36 及相敏整流变压器 11 B69 等组成。为说明方便在图 311 中分 4 个回路加以说明。自整角接收机 1BS 的绕组接至相敏整流放大器进行整流和放大，然后变成相应极性的直流信号输出到后面的触发回路从而控制可控硅来操纵电液阀工作。相敏整流放大器的工作原理是这样的：当输入端（133、136）有交流信号时，若此时极性为 133 是负电位，136是正电位（如
21、图 311 所示） 。此时二个晶体三极管的基极上加着两个极性相反的电压，1JT1 是正方向控制信号，1JT2 是负方向的控制信号，所以只要 1JT1 的集电极有正向电压，1JT1 将导通，而 1TJ2 由于控制信号是反信号则无论怎样的集电极电压，都不会导通。在 1 号回路三极管 1JT2 的基极是正信号，集电极回路是 113 为+，114 为；正好是正方向，所以电流由 113，以 1ZL3，经 1R5 到 138，再经 1JT1 回到 114，在 1R5 上产生一个电压降，此电压降即为输出直流电压，137 为正，138 为负。在 2 号回路，集电极电压为 114 为正，115 为负，此电压是负
22、方向，经船舶辅机实验指导101ZL5 予以截止。所以在 2 号回路中没有电流经过。在 3 号和 4 号回路均因前面所讲，因 1JT2 的基极加的是负信号，所以不管集电极回路电压是正方向还是负方向，回路均无电流流过。当交流电源处于另一半周时，原为正电压的现为负电压，而原为负电压的现为正电压，此时所有极性均相反。自整角机 1BS 和 1BD 的电源来自同一电网，所以当电源处于另一半周时，相敏整流放大器的输入（133、136）的极性也和正半周时相反。按上面的原理，现二个晶体三极管是 1JT1 的基极加的负信号不予导通，1JT2 的基极加的是正信号，只要集电压为正方向，1JT2 即会导通。此时因 1J
23、T1 不导通，故1 号和 2 号回路没有电流流过。在 3 号和 4 号回路中，3 号回路（110、111）的集电极电压为正向，而 4 号回路中（111、112）集电极为负向，所以在电源负半周只要 3 号回路导通，在 1R5 上产生和正半周大小和方向一样的压降（137为正，138 为负） 。如此原理，当原理又回到正半周时 1 号回路又导通，再到负半周 2 号回路导通，由此在电阻 1R5 上产生一个脉动电压。此脉动电压经 1C8滤波压，成一直流电压。在手轮往相反方向操舵时，也就是自整角机的角差为负时，按前一节所讲自整角机输出电压大小不变，但相位相差 180，也就是说，正角差时电压为正的，现在负角差
24、时电压为负，正角差时电压为负的，现为正。在这种情况下，如果电源极性如图 311 中所示，则因是负角差，输入信号的极性和正角差相反，如图 311 中无括号所示 133 为正，136 为负。按上面原理分析，此时 1JT1 基极为负信号，则由 1JT1 构成的 1 号和 2 号回路不导通。1JT2 的基极为正信号，但因 3 号回路电压方向为反方向，所以 3号回路没有电流流过，而 4 号回路电压为正方向，所以有电流流过，在 1R6 上产生一个压降，139 为正，138 为负。在交流电源负周时，所有的电压极性均和正半周时相反，按上面原理只有2 号回路导通，在 1R6 上产生和正半周一样的脉动电压，139 为正，138 为负。对于输出端（137、139）来说，当 1R5（137、138）上产生脉动电压时，输出端电压为 137 为正，139 为负。电流回路为 137 经负载至 139，经 1R6 至 1R5的另一边 138。当 1R6（139、138）上产生脉电动时，则 139 为正，137 为负。
