1、 29液压舵机设计计算1. 目的通过对液压舵机各组成部分的设计、计算和验算确保本设计设计的液压舵机能满足船舶航行时转舵及安全的需要。2. 适用范围本设计计算中的有关设计数据和内容，只适用于本设计中的液压舵机。3. 引用标准本设计计算应用：a)GB718587内河船液压舵机b)GB1163689柱塞式液压舵机安装技术条件c) 液压传动设计手册d)船舶材料手册e) 机械零件设计手册f)钢质海船入级与建造规范之第三、十三章操舵装置与锚机装置g)JB218377液压缸内径系列和柱塞杆外径系列 标准h)GB300485船用往复式液压缸基本参数标准i)液压舵机与液压起重机相关内容4. 液压舵机的组成4.1
2、 转舵（推舵）机构；即液压能转化为转舵机械能的执行机构。4.2 操舵系统：即对液压流向和液体压力控制并能控制舵叶转向的系统。5.设计计算5.1 推舵机构的设计、计算和验算。5.1.1 根据 GB718587内河船液压舵机标准，本设计采用：四缸两柱塞拨叉式液压舵机。结构简图如图所示。5.1.2 根据 GB718587内河船液压舵机标准。a)公称扭转为 72tm 30b)工作舵角 。35c)转舵时间（一弦 至另一弦 ） ，正常航段 28（s） 。305.1.3 根据 GB718587内河船液压舵机标准。a)设计压力为 1.25 倍最大工作压力。b)受压零部件 1.5 倍设计压力试验。5.1.4 选
3、择油缸5.1.4.1 根据 JB218377 液压缸内径系列和柱塞杆外径系列选择液压缸缸孔直径为 250mm。则柱塞杆直径为 250mm。当转舵角为 时柱塞受力分析如图：0轴力图轴应力 = 21AFn= Nn= = =631.6 KNFlM257.0柱塞面积 A = =0.049 142d2m0.25 0.15=0.0375 2=54.9 MP 31 =1.25=68.7MP 设 计 = 1.5 =103.0 MP零 件 设 计 =598 MP 符合钢45式中： 舵柄对柱塞的作用力 液压对柱塞的作用力NFnF当转舵角为 时柱塞受力分析如图：32 7205.NF=631.6 KN= =517.4
4、 KNNx3cos= =326.3 KNyF5in轴力图M= M = mm=90.6 MPxFnymax50nyF弯矩图 32剪力图 = + =max21AFnx125.0643dM 125.0645.0937.49.13=45.0+93.3=138.3 MP =1.25 =259.3 MP598 MP 符合max零 件 5.1max= = =15.8 MP21AFny037.49.8 =1.25 =29.6 MP零 件 5推舵机构示意图1、2油缸 3舵柄 4舵轴 335舵柄柱销 6油缸柱销 舵柄半径 R5.1.4.2 油缸工作压力计算：M=2 cos1RpAI720=4 35cs8.057.
5、049.IP工作压力 =18511.6 =18.5 MPI 2mkN设计压力 P=1.25 =23.1 MPIp式中： 缸孔面积1A2P工作压力R舵柄半径 0.26m推舵机构效率 0.85转舵角355.1.4.3 油缸所需流量 Q 的确定。a)油缸柱塞杆从+35 至 时升出长度 L 的计算。0R舵柄半径；L舵柄从+35 至-30 时油缸柱塞杆升出长度L 30tan5ta0.57 7. 340.728m=0.73mb)油腔容积： =0.049LAV1 3058.7.m油缸从一舷 35 至另一舷 总容积：V=2 =0.0716 =71.6 升301V3c)油缸所需的流量 =628秒流Q4.628.
6、分升5.1.4.4 油缸壁厚的计算。若 16 选中等壁厚，2.3D则缸体壁厚： （液压传动设计手册 ）Cp).( 452P式中：p油缸内工作压力 ；MP强度系数（取 =1） ；C计入管壁公差及腐蚀的附加厚度（取 C=0） ；D油缸内径mm。许用应力 =MPnb5.1498式中： 材料抗拉强度45 号钢 =598MP；b bN安全系数，取 n=4。则 = =18.0mm1.235.49.0则 = =13.9 符合中等壁厚条件D85.1.4.5 主要参数柱塞直径：250mm柱塞行程：800mm油缸壁厚：18mm额定压力：23.5MP5.1.5 舵柄柱销剪切强度的核算。a)油缸柱塞销孔 。故舵柄柱销
7、直径 。材料为 钢其剪切模m150m150#45G=8.1 。2ckgf 35b)切断 柱销所需切断力m150。kgfAGF 525 103.7143.8销切c)柱塞杆推力 F=1.5PA =231 .698.0故 柱销剪切强度是足够的。m1505.1.6 舵柄强度的验算5.1.6.1 舵柄结构示意图如下：5.1.6.2 从图中可以看出舵柄的危险截面在舵柄柱销处。按抗拉强度验算。考虑到舵柄需焊接，采用 甲类普通碳素钢（GB79） ，其抗拉强度为3A24mkgfb最大弯矩 M= =16978.5 1273387.5lF75mkgf危险截面处应力 max23.128M24kgfb单边强度足够。5.
8、1.7 舵轴键的强度计算和尺寸确定 36舵轴扭矩 采用双键连接。mkNM720舵轴直径取 300。选取键 GB109679。3许用剪应力 2102ckgfpa剪力 F= Nl45.07剪应力 =208.3 bF12cmkf式中：l键的长度。b键的宽度。键的强度是足够的。5.2 操舵系统的设计计算和验算5.2.1 操舵系统液压原理图，见附图5.2.2 液压原理图设计说明。本设计的液压舵机的操舵系统由主操舵舵装置和应急操舵装置两套机构组成。5.2.2.1 主操舵装置液压系统的组成，由两台齿轮泵组成（一台正常工作，另一台备用） ，压力控制的液流阀，二位四通电磁或手动换向阀，转向器，一只液控双向锁，装
9、在推舵装置附近的双向安全自锁阀和推舵装置组成。5.2.2.2 应急操舵装置液压系统由与主操舵装置合用的供油和压力控制装置，二位四通电磁或手动换向阀，三位四通电磁或手动换向阀，双向安全自锁组合阀和推舵装置组成。5.2.2.3 液压系统中各元件的作用a)齿轮泵组供油，一套正常使用，另一套备用。两台泵的动力可以用电动机传动，也可用船用动力主机或辅机传动。b)液流阀：控制系统的压力。c)二位四通电磁或手动换向阀：控制主操舵装置液压系统与应急操舵装置液压系统油路的液压流向。d)三位四通电磁或手动换向阀在应急舵时控制舵的转向。e)转向器是主操舵系统中控制舵的转向和速度。f)液压双向锁：主操舵时，当舵任意停
10、止时避免外力作用下窜动，同时应急操舵时将主操舵和应急操舵的油路隔开。 37g)双向安全自锁组合阀：主要是稳舵和过载保护的作用，即有风浪或其他外力作用在舵叶上，致使油缸某腔压力超载（背压高于工作压力）时，回油路的液控单向阀关阀，回油液通过缓冲阀进行缓冲。起到稳舵和过载保护舵叶。外力消除后，系统正常工作。5.2.3 液压系统中各元件的选择5.2.3.1 油泵的选择a)根据 5.1.4.2、5.1.4.3 的计算知油缸所需的压力： =23.1 MP=231缸P2cmkgf油缸所需的流量： =153.4流QinL油缸的总容积：V=71.6L则：液压泵的排量： 泵流排 V系统的容积效率： 取 0.9V油
11、泵的容积效率： 取 0.9泵 泵= =189.4排Q）（ 9.04.153minLb)选取 1JMD80 曲轴连杆式径向油泵。 （液压传动设计手册 ）381P主要参数：额定转速：150rpm理论排量：1.608 rl额定压力：240 2cmkgf容积效率：0.9c)油泵实际排量：Q=1.608 217.19.015inl此时实际的操舵时间：t= )(6QV= 1.279.07=22.0（秒）d)油泵的额定压力 24MP，通过溢流阀的压力调节能满足油缸的工作压力。溢流阀的调定压力为 23.1MP（公称压力） 。5.2.3.2 油泵电机功率的确定 38a)按船舶设计手册动力手册公式 4127电机功
12、率 泵hPQ60式中：Q泵的额定排量 minlP系统的设计压力 MP泵的容积效率 0.9泵过载系数 =1.4-1.6 取 1.5按 1JMD80 曲轴连杆式径向油泵计算：P= =18.41kW)5.1906()5.27(b)电机功率应大于 18.41kW，如用三角皮带传动变速。电机功率 kWP6.28.4皮 带电 5.2.3.3 液压件的选择根据油缸流量 153.4 ，设计压力 23.1MP 选取元件列表如下：minL序号元件名称 排量流量 型号 压力 数量接口尺寸备注1 曲轴连杆式径向油泵1.608 rl1JMD-80 24MP 2 50mm（内径）2 单向阀 250 minlDF-L32K1 35MP 2 32mm 板式连接3 溢流阀 250 YF-H32B 35MP 1 32mm最小调定压力4 二位四通（手动电磁换向阀）250 inl24E(S)I1-H32B-T(W)35MP 1 32mm5 三位四通（手动电磁换向阀）250 minl34E(S)M-H32B-T35MP 1 32mm6 转向器 250 inlBZZ-750A 30MP 1 60mm
