2205370738舵机起货机锚机绞缆机.ppt

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1、舵机 起货机 锚机 绞缆机,集美大学轮机工程学院 杨爱民,第九章 舵 机91 舵的作用原理和对舵机的要求一、舵设备的组成和舵的类型 舵叶：大多数船舶都采用由钢板焊接而成的空心舵，称为复板舵，其水平截面呈对称机翼形，又称流线型舵。舵叶的偏转由操舵装置（通常称舵机）来控制。舵的分类：不平衡舵：舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵。平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵。半平衡舵：仅于下半部做成平衡型式的舵。后图所示。,二、舵的作用原理和转舵扭矩1.舵的水作用力及其对船舶运动的影响：舵叶上作用力分析：当舵叶偏转角后，舵叶两侧所受水压力的合力为FN；水流对舵叶产生的摩擦力为FT；在舵叶的压力中心O 上，就会

2、产生一个大小等于FN与FT合力的水作用力F。,舵上的水作用力F 可分解为与水流方向垂直的升力FL和与水流方向平行的阻力FD。升力FL FL=1/2 CL A v2 阻力FD FD=1/2 CD A v2 舵压力中心至舵导边的距离X X=CX b CL-升力系数；CD-阻力系数；CX 压力中心系数。三个系数大小随舵角而变，由模型试验测定。（见后表）V-舵叶处水流速度，一般取航速的1.15-1.2倍；b-舵叶的平均宽度；A-舵叶的单侧浸水面积,图8-3为某型舵叶的流体动力特性系数曲线。,舵上的水作用力 F 对船舶的影响：1.产生转船力矩MS；2.产生纵向分力R（R=F2 sin）增加船舶前进的阻力

3、；3.产生横向分力T（T=F2 cos）使船舶向偏舵的相反方向漂移；4.水作用力F与船舶重心不在同一水平面使船舶产生横倾和纵倾。,转船力矩：MS=FL（l+XC cos）+FD XDsinFL l=1/2 CLA v2 l XC 舵压力中心至舵杆轴线的距离；XC=X-Z=CX b Z；Z舵杆轴线至舵叶导边的距离；l 舵杆轴线至船舶重心的距离。转船力矩变化分析：转船力矩MS 随舵角的增大而增大，并在达到某一舵角时出现极大值MS max。（见上图，CL 变化引起 MS 变化并产生极大值）转船力矩出现极大值时的舵角数值，与舵叶的几何形状有关，并主要取决于舵叶的展弦比（=舵叶高度h/舵叶平均宽度b）。

4、展弦比越小，达到最大转船力矩时的舵角就越大。海船舵叶的一般为2-2.5，max为32-35；内河船舶一般为1.0-2.0，max为35-45。,2.舵的水动力矩和转舵扭矩 舵的水动力矩:舵压力FN对舵杆轴线所产生的力矩称为舵的水动力矩，用Ma表示：Ma=FN XC=（FLcos+FDsin）XC=1/2CNAv2XC 式中：CN=CL cos+CD sin 转舵扭矩:操舵装置施加在舵杆上的扭矩称为转舵扭矩M，等于水动力矩Ma和舵各支承处的总摩擦扭矩Mf的代数和，即 M=Ma+Mf 普通平衡舵Mf=（0.150.20）Ma。公称转舵扭矩:指其在规定的最大舵角时所能输出的最大扭矩。它是根据船舶在最

5、深航海吃水和以最大营运航速前进时，将舵转到最大舵角所需要的扭矩来决定的。,平衡系数K:舵杆轴线之前的舵叶面积A和整个舵叶面积A之比，称为平衡系数，用K表示。平衡系数K影响:平衡系数越大，舵叶的最大水动力矩越小，即舵机所需的公称扭矩越小。但K不宜过大，否则在常用舵角（1020）范围内回舵时需克服的公称转舵扭矩就可能较大，使舵机功耗增加。一般舵的平衡系数约在0.150.35之间。船舶倒航时，舵叶后缘成为导边，压力中心离开舵杆轴线的距离XC增大，但倒航船速只有正航正常航速的1/2，故倒航时的水动力矩约为正航最大值的60%，所以舵机不会过载。图8-4为转船力矩和舵的水动力曲线。,转船力矩和舵的水动力曲

6、线,三、对舵机的基本技术要求 我国钢质海船入级与建造规范（1996）根据国际海上人命安全公约（SOLAS公约）的规定，要求舵机必须具有足够的转舵扭矩和转舵速度，并且在某一部分万一发生故障时，应能迅速采取替代措施，以确保操舵能力。具体的基本技术要求：1）必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置；或主操舵装置有两套以上的动力设备，当其中之一失效时，另一套应能迅速投入工作。主操舵装置应具有足够的强度并能在船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时将舵自任何一舷35转至另一舷的35，并且于相同的条件自一舷的35转至另一舷的30所需的时间不超过28秒。此外在船以最大速度后退时应不致损坏。,辅操舵装置应具有

7、足够的强度，且能在船舶处于最深航海吃水，并以最大营运航速的一半但不小于7kn前进时，能在不超过 60s内将舵自任一舷的 15 转至另一舷的 15。在主操舵装置备有两台以上相同的动力设备符合下列条件时，也可不设辅操舵装置（1万 Gt以上油船、化学品船、液化气体船和7万Gt以上其它船必须如此）：即当管系或一台动力设备发生单项故障时应能将缺陷隔离，以使操舵能力能够保持或迅速恢复；对于客船，当任一台动力设备不工作时，或对于货船，当所有动力设备都工作时，应能满足对主操舵装置的要求。,（2）主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器；当主操舵装置设置两台动力设备时，应设有两套独立的控制系统，且均能在驾驶室控

8、制。但如果采用液压遥控系统，除1万Gt以上的油轮（包括化学品船、液化气船，下同）外，不必设置第二套独立的控制系统。（3）对舵柄处舵杆直径大于230 mm（不包括航行冰区加强）的船应设有能在45s内向操舵装置提供的替代动力源。这种动力源应为应急电源位于舵机室内的独立动力源，其容量至少应能向符合辅操舵装置要求的一台动力设备及其控制系统和舵角指示器提供足够的能源。此独立动力源只准专用于上述目的。对1万Gt以上的船舶，它应至少可供工作30min，对其它船舶为10min。（4）操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置，应装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。,（5）对1万Gt以

9、上的油船、化学品船、液化气体运输船尚有如下一些附加要求：当发生单项故障（舵柄、舵扇损坏或转舵机构卡住除外）而丧失操舵能力时，应能在45s内重新获得操舵能力。为此，舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组成；或至少有两个相同的动力转舵系统，在正常运行时同时能满足主操舵装置要求，其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现，有缺陷的系统应能自动隔离，使其余动力转舵系统安全运行。有的转舵机构（如后面介绍的单缸体转叶式油缸）虽不能分隔成两部分，但如经过严格的应力分析（包括疲劳和断裂分析）、密封设计、材料选用和试验，则也可允许用于1万Gt以上、10万Gt以下的油船、化学品船、液化气体运输船。在

10、这种情况下，只对管系或动力设备而不对转舵机构提出下列要求：即当发生单一故障时应能在45s内恢复操舵能力。,（6）能被隔断的、由于动力源或外力作用能产生压力的液压系统任何部分均应设置安全阀。安全阀开启压力应不小于1.25倍最大工作压力；安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的110，在此情况下，压力的升高不应超过开启压力的10，且不应超过设计压力值。,92 液压舵机的工作原理和基本组成液压舵机分类：按油路循环方式分为开式和闭式两类。按油路循环方式分为泵控型和阀控型两类。,闭式液压系统：油泵的排油经执行机构而直接返回油泵的进口的系统。,开式液压系统：油泵的排油经执行机构后返回油箱的系统。,阀控型液

11、压舵机特点：系统简单；初置费用低；主泵排量较小；但换向冲击大，阀工作可靠性比较差；无舵令时，泵的能耗较大，油液易发热；做成开式系统时，油液的冷却、净化较方便，但油箱容积较大；油液易遭受污染，所以大多用于中小功率场合的舵机。泵控型舵机的特点：换向冲击小，工作平稳；能量浪费小，油液不易发热；泵控型一般均采用闭式油路，油液不易遭受污染，不易氧化；油箱容积小。但系统复杂，初置费用高，需配备辅泵，在条件相同情况下，泵控型主泵的排量要大于阀控型系统中的主泵。,液压舵机的组成：转舵机构、液压系统和操纵系统三个主要组成。一、泵控型液压舵机 工作原理：见图,对尺寸既定的转舵机构来说，舵机油泵的工作油压主要取决于

12、推动撞杆所需要的力，即取决于转舵力矩。,油压与机构尺寸关系：舵机最大工作压力就是产生公称转舵扭矩时油泵出口处的油压。舵机油泵的额定排出压力不得低于舵机的最大工作压力。油泵的额定排出压力越大，转舵机构尺寸就越小，液压油量也越少，但生产和管理水平要求也越高,转舵速度与流量关系：对转舵机构尺寸既定的舵机来说，转舵速度主要取决于油泵的流量，而与舵杆上的扭矩负荷无关。船舶进出港和在窄航道航行时，用双泵并联，转舵速度几乎可提高一倍。,三点浮动杠杆式追随机构工作原理：简单型的三点浮动杠杆式追随机构，其中A点为操舵控制点（操纵点），B点为反馈点（追随点），C点为油泵变量控制点。如下图所示。C点的位移取决于舵令

13、信号大小，即油泵的供油量取决于舵令信号，所以操小舵角时，泵的供油量很小，使舵来的很慢，,而当操大舵角时，C点的位移需很大，而液压泵的变量机构的位移有限，以致造成操大舵角时不能连续进行。为此，常在简单型反馈杆上加付杠杆和在舵柄和反馈杆B点间设置可以双向压缩的储能弹簧。,付杠杆的作用：是使C点的位移得到放大，使操小舵角时，液压泵也有足够的供油量，加快转舵。如下图所示。,储能弹簧的作用：解决了不能连续操大舵角的不足；增加了泵在最大流量下的工作时间，有利于加快转舵；在防浪让舵时能起缓冲作用，以防反馈杠杆在让大舵角时受损。,对储能弹簧的要求：不管是受到拉力还是推力作用，弹簧均受压缩，储存能量。但受拉时，

14、弹簧两端点间距离增长，而受推压时，两端点间距离变短。储能弹簧的刚度必须适当。若弹簧太弱 可能使B点先于C点而移动，操舵也就无法进行；若弹簧太强 使反馈杆实际上相当于一刚性杆，因而使储能弹簧不起作用。,防浪阀（安全阀）的作用：当舵叶受到海浪或冰块等冲击以致使任何一侧管路的油压超过安全阀的整定压力时，则安全阀就会开启，使油泵的两侧管路旁通，于是，舵叶也就会偏离所在位置，同时带动浮动杆的B点，使C点离开中位，油泵因而排油。当舵上的负荷消失后，安全阀关闭，舵叶在油泵的作用下，又会返回，并将B点带回原位。所以，舵机能够很好地适应冲击负荷，防止舵杆上的负荷过大、系统油压过高和使电机过载。,图 防浪阀（安全

15、阀）的安装组成,另外一种泵控型闭式液压舵机,二、阀控型液压舵机 使用单向定量油泵，其吸排方向不变，油液进出转舵油缸的方向由驾驶台遥控的换向阀来控制，以达改变转舵方向的目的。,图 阀控型开式液压舵机,93 液压舵机的转舵机构 转舵机构作用：用来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。转舵机构分类：（根据动作方式的不同分）,一、往复式转舵机构 往复式转舵机构常见的有：滑式、滚轮式、摆缸式等。1.滑式转舵机构（十字头式和拨叉式）1）十字头式转舵机构 结构：主要由转舵油缸、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组成。,工作原理：见右图及后图,四缸转舵机构（也称四撞杆转舵机构

16、）如下所示：,十字头式转舵机构的受力分析：如图8-7所示。液压对舵柄产生作用力Q：Q=P/cos=D2p/4 cos产生的转舵力矩M：M=z Q Rm=z P/cosR0/cos m M=D2 z p R0 m/4 cos2,结论1：滑式转舵机构所能产生的转舵力矩M 随舵角的增大而增大，与舵的水动力矩的变化趋势相适应。,结论2：十字头式转舵机构的工作油压不会因的增大而急剧增加。因为：p=4 M cos2/D2 z R0 m M cos2,结论3：撞杆有侧推力。需要转舵扭矩很大的场合应有可靠地平衡撞杆所受的侧推力装置（导板）。,十字头式转舵机构的特点：1）扭矩特性良好，承载能力较大，能可靠地平衡

17、撞杆所受的侧推力，可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。密封圈工作油压越高撑开越大，从而更加贴紧密封面，故密封可靠，磨损后还具有自动补偿能力。此外，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，都不与拉杆接触，故可不经加工或仅作粗略加工。4）油缸为单作用，必须成对工作，故尺寸、重量较大。而且撞杯中心线通常都按垂直于船舶尾线方向布置，故舵机室也需要较大的宽度。,2）拨叉式转舵机构 图8-10 受力分析：与十字头式转舵机构相同。拨叉式转舵机构特点：侧推力可直接由撞杆本身承受而无需导板。撞杆轴线至舵杆轴间的距离R0可缩减26%，撞杆的最大行程因而

18、得以减小。在公称转舵扭矩和最大工作油压相同的情况下，拨叉式的占地面积可比十字头式减少1015%，重量亦相应减轻10%。但公称转舵扭矩较大时仍以采用十字头式为宜。,2.滚轮式转舵机构：图8-11所示 受力分析：液压对舵柄产生作用力：Q=Pcos=/4 D2pcos 转舵扭矩：M=z Q R0m=/4 D2 z p R0m cos,结论：滚轮式转舵机构所能产生的转舵扭矩随的增大而减小，只达到主要尺度和最大工作油压差p 相同的滑式机构的55%左右。在实际工作中，随着的增大，这种机构的工作油压比滑式机构增加得快。,滚轮式转舵机构的特点：（l）控杆与舵柄之间没有约束性的机械连接，工作时无侧推力，故整个机

19、构结构简单，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，故可根据实际需要，分别采用单列式、双列式或上下重迭式等不同的布置形式，从而大大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，不会象滑式机构那样因接头磨损、间隙增大而产生撞击。（4）扭矩特性差，要达到同样的转舵扭矩，必须采用比滑式更大的结构尺寸或工作油压，故而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，如果液压系统有明显泄漏；或者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。因此，在某些滚轮式机构中，在滚轮与拉杆的端部之间还增设了板簧拉紧机构。,3.摆缸式转舵机构：图8

20、-12所示 主要结构：采用了与支架相铰接的两摆动式油缸和双作用的活塞。转舵时，利用活塞在油压作用下所产生的往复运动，以及两油缸的相应摆动，即可通过与活塞杆铰接的舵柄，推动舵叶偏转。油缸两端的油管必须采用有挠性的高压软管。,摆缸式机构的转舵扭矩：转舵时，油缸摆角（即任意舵角时油缸中心线与中舵时舵柄的垂直线间的夹角）将随油缸的安装角（即中舵时的油缸摆角）和舵转角而变。一般常使中舵时为最大，而最大舵角时为零或接近于零。但不论舵角如何，角总是很小，如果将其忽略不计，则摆缸式与滚轮式的转舵扭矩基本相同。,摆缸式机构转舵的特点：（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，故在扭矩及工作油压相

21、同的情况下，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，故结构简单，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。（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。此外，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

22、），故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航机中，使用不如滑式普遍。,受力分析：转舵扭矩：M=z p A R0m 结论：转叶式机构所能产生的转舵扭矩与舵角无关，其扭矩特性在坐标图上是一条与横坐标平行的直线。,二、回转式转舵机构,图8-14示出AEG型转叶式油缸及密封装置。回转式转舵机构特点：（1）占地面积小，重量轻，安装方便；（2）无需外部润滑，管理简便，且转舵时舵杆不受侧推力，可减轻舵承磨损；（3）钮矩特性不如滑式，但比滚轮式和摆缸式好；（4）内泄露部位较多，密封不如往复式容易解决，容积效率较低，油压较高时更为突出。,9-4 液压舵机的遥控系统 现代船舶的舵机，一般都

23、同时装有可由驾驶台遥控的随动操舵系统和自动操舵系统。此外，一般还同时设有非随动操舵系统。遥控系统分类：按操舵控制方法分：随动操舵系统；自动操舵系统；非随动操舵系统。按传递操舵信号方法分：机械式、液压式、电气式和电液式。现代船舶大都采用电气式或电液式遥控系统。,随动操舵系统：是指在操舵者发出舵角指令后，不仅可使舵按指定方向转动，而且在舵转到指令舵角后还能自动停止操舵的系统。自动操舵系统：是在船舶长时间沿指定航向航行时使用，它能在船舶因风、流及螺旋桨的不对称作用等造成偏航时，靠罗经测知并自动发出信号，使操舵装置改变舵角，以使船舶能够自动地保持既定的航向。非随动操舵系统：只能控制舵机的起停和转舵方向

24、，当舵转至所需要的舵角时，操舵者必须再次发出停止转舵的信号，才能使舵停转。通常既可设在驾驶台，也可在舵机室操纵，以备应急操舵或检修、调试舵机之用。,随动舵、自动舵和非随动（单动）舵控制框图如下所示：,电气、电液遥控系统：安修斯式、HSH式、AEG式 一.伺服油缸式舵机遥控系统（安修斯式，属电液式，下图）,二、伺服电机式舵机遥控系统 1.交流伺服电机式舵机遥控系统（HSH式，属电液式）2.直流伺服电机式舵机遥控系统（AEG式，属电气式，见动画）HSH式舵机遥控系统的控制电路采用了无触点控制，并取消了浮动杆追随结构。（见下两图）,95 舵机液压系统实例,一、泵控型舵机 液压系统 图8-17示出典型

25、的国产泵控型舵机液压系统原理图。该舵机用斜盘式轴向柱塞变量泵作为主油泵，并采用直流伺服电机式电气遥控系统和浮动杆追随机构，液压系统是闭式系统。,1.工况的选择：单泵四缸工况；双泵四缸工况；单泵双缸工况。2.主油路的锁闭：采用双联液控单向阀作为主油路的锁闭阀。锁闭阀作用：1）锁闭备用泵；2）工作泵回中时，将油路锁闭，以防跑舵。,安全阀的作用：1）在转舵时防止油泵排油侧压力超过最大工作压力过多，以免油泵过载；2）在停止转舵时，当海浪或其它外力冲击舵叶而导致油路油压过高时开启，以保护管路、设备的安全。液压系统可以被隔断的各部分都需要分别设安全阀。,3.补油、放气和压力保护：系统设有辅泵，经减压阀以及

26、单向阀向低压侧油路补油。在各油缸顶部和油管高处设有放气阀。,4.辅油泵的作用：1）为主油路补油；2）为主油泵伺服变量机构提供控制油；3）冷却主泵。有的舵机还为伺服油缸式遥控系统或电液换向阀提供控制油；用油压开启主油路锁闭阀。,二、阀控型舵机液压系统 图8-18为哈特拉帕R4V型舵机液压系统 结构：采用定量油泵作为主油泵，一般都使用电气遥控系统操纵电磁阀或电液换向阀，控制油液流向和转舵方向。油路可以采用闭式、半闭式或开式。,工况选择：正常工作时，U1、U2常闭，其余阀常开。当用No.2泵带1、2 缸工作时，应关闭P1、P2、U1，而使其余阀全开；而当用No.1泵带3、4 缸工作时，则应关闭P3、

27、P4、U2，而使其余阀全开。,自动安全切换装置：在两组油缸之间装有自动安全切换装置。必要时能自动地使一对油缸与主油路隔断，并彼此旁通，而舵机仍能继续工作，以满足IMO（国际海协）1983年提出的对1万Gt以上油轮舵机的要求。IMO部分规定见P184最后一段。,96 液压舵机的管理一、舵机的充油和调试 1.系统的清洗和充油：2.舵机的试验和调整：3.安全阀的整定：二、舵机管理注意事项 1.油位 2.油温 3.油压 4.滤器 5.润滑 6.泄漏 7.噪音 8.机械过热 9.联轴节 10.阀和固定螺帽,三、舵机常见故障分析 1.舵不能转动：（1）遥控系统失灵；（2）主泵不能供油；（3）主油路旁通或严

28、重泄漏；（4）主油路不通或舵转动受阻。2.只能单向转舵：（1）遥控系统只能单向动作；（2）变量泵只能单向排油；（3）主油路单方向不通或旁通。3.转舵时间达不到规定要求：（1）主泵流量太小；（2）遥控系统动作太慢；（3）主油路有旁通或泄漏。,4.滞舵舵叶的转动滞后于操舵动作：（1）主油路中混有较多气体；（2）遥控系统动作迟滞；（3）泵控型系统主油路泄漏或旁通严重。5.冲舵舵转到指令舵角后冲转过头：（1）泵变量机构不能及时回中；（2）遥控伺服油缸的换向阀或阀控型系统主油路的换向阀不能回中；（3）遥控伺服油路锁闭不严（油路泄漏或旁通）；以上几种情况舵将一直冲到顶住机械舵角限位器为止。（4）控制系统的

29、反馈部分有故障；（5）主油路锁闭不严。,6.跑舵稳舵期间舵偏离所停舵角：这多半是因为主油路锁闭不严或遥控系统不稳定所致；此外，两台泵共用一套浮动杆控制的变量泵中位调节不一致或调好后松动，在双泵同时工作时也会产生舵停不稳的现象。7.舵机有异常噪声和振动：（1）液体噪声；（2）油泵机组异常噪声；（3）管路或其它部件固定不牢；（4）转舵油缸柱塞填料过紧；（5）某些型式的主油路锁闭阀在舵受负扭矩作用而转动较快时，也易产生敲击；（6）舵杆轴承磨损或润滑不良。8.舵不准转舵停止时实际舵角与指令舵角误差超过1：调整方法同前。,第十章 起货机101 概 述一、船用起货机的主要类型 按动力能源分为两大类：电动起

30、货机和液压起货机。按具体结构和作业方式分为两大类：吊杆式起货机和回转式起货机（克令吊）。1.吊杆式起货机：按吊杆的承载能力分为：轻型（吊重10t以下）和重型（吊重10t以上）。按作业使用的吊杆数分为：双吊杆式（如图9-1所示）和单吊杆式（如图9-2所示）。,2.回转式起货机（克令吊）：,结构：在回转式起货机中，起货绞车、变幅绞车、回转绞车以及吊杆和索具等已被组装在一个共同的回转座台上，作业时，各组成部分随座台一起回转。液压克令吊三个基本液压系统：起货系统、变幅系统和回转系统,二、对船舶起货机的基本技术要求 1）能以额定的起货速度吊起额定负荷；2）能依操作者的要求方便灵敏地起、落货物；3）能依据

31、起吊货轻重、空钩或货物着地等不同情况，在较广的范围内调节运行速度；4）不论在起货和落货的过程中，都能根据需要随时停止，并握持货重，即能可靠地制动。以上总结为：任何起货机都必须具有足够的功率；必须具有反转或换向的能力；必须能够调速和限速；并需相应设置常闭式制动设备和某种机械性的固锁装置，以便有效制动和锁紧，从而确保安全。此外，还应具备结构简单、操纵容易、工作可靠、便于维修以及防水、防冻和易于取得备件等优点。,102 起货机的液压系统起货机的液压系统分类：按额定工作油压的高低分：高压（20MPa以上）；中压（中压6.310MPa）；中高压（10 20MPa）和低压系统（6.3MPa以下）。按油液循

32、环方式的不同分：开式系统和闭式系统。开式系统：是指油油泵从油箱中吸油，经换向阀输入油马达，而油马达的排油则经换向阀返回油箱。闭式系统：是指油马达的排油不返回油箱，而是直接返回油泵的吸入口，故油液将在油泵与油马达之间形成封闭的循环。按具体功能分：起升机构液压系统、回转机构液压系统以及变幅机构液压系统。（对某些可移动的甲板吊车，还有走行机构、支撑机构等辅助液压系统）,一、起升机构的液压系统 起升系统负载的主要特点：无论起升、下降或停止始终存在由货物重力所产生的单方向静负荷。液压系统中始终有一部分管路承受高压，以产生与货物重力相平衡的液压力。对起升机构要求：能控制落货速度，以防因重力作用而过快坠落，

33、而且制动后能握持货重，使其不会自行下滑。起货机变幅机构的工作要求基本上与此类似。起升液压系统应具有的功能：换向、调速、限速、制动、限压保护、失压保护、系统的补油和散热。,1）换向和调速：利用手动换向阀进行换向和节流调速。节流调速法：通过改变系统中某一部分的通流面积，造成不同的流动阻力，以调节进入执行机构的流量，从而达到调速的目的。节流调速可分为：串联节流、并联节流和溢流节流调速。,1.阀控型开式起升系统：图所示为采用定量泵的阀控型开式起升系统的原理图。,（1）串联节流调速：换向阀采用闭式过渡结构（一离开中位，P与T即关断）时，即是串联节流调速。如设油泵的排出压力为p1，流量为Q1，换向阀通向执

34、行机构的油压力为p2,流量为Q2，那么，油泵的输出功率即为p1Q1，执行机构的输入功率则为p2Q2，调速损失包括通过溢流阀回油箱那部分油液的损失p1(Q1-Q2)和流入执行机构的油液经换向阀时的节流损失(p1-p2)Q2，因此，调速效率为：=p2Q2/p1Q1 即使在轻载（p2较小）和低速（Q2较小）时，p1仍保持不变所以串联节流的调速效率低，功率损失大，油液发热比较厉害，且速度不稳定，受负荷影响较大，起动和制动时也易产生液压冲击。,（2）并联节流调速：如将图9-3中的换向阀改为图9-4所示的过渡结构型式，则系统就可实现并联节流调速。当换向阀从中位右移时，由于在油路PA打开时PT并不立即隔断，

35、而是随着PA的开大而逐渐关小。并联节流因轻载和低速时回流口开得较大，使p1的数值较小（一般小于溢流阀的整定压力），所以调速效率稍好，油液发热较轻；轻载时换向阀前后的压降（p1-p2）比串联时小。Q2随滑阀移动的变化比较平缓，调速性能有所改善。,（3）溢流节流调速：将图9-3中的换向阀改成图9-5的溢流节流式换向阀，系统就可实现溢流节流调速。在溢流式换向阀中，由于定差溢流阀两端的油腔分别同换向阀前后油路相连通，即右端通入油泵的排压，而左端则经双联单向阀承受油马达的进油压力p2。这样使得流经换向阀的流量，基本上取决于换向阀的阀芯位置，而不受油马达载荷轻重的影响。,2）限速和制动：常见的限速措施单向

36、节流阀限速和平衡阀限速。,用单向节流阀限速：在图9-3中的执行元件下降时的回油管路上所设的单向节流阀可在落货时起到限速作用。回油必须经过可调节流阀才能回油箱，因而在油马达出口造成一定的背压和阻转矩。显然，油马达转速越快，则其排量越大，节流阀所造成的油马达出口背压和阻转矩就越高，直至与重力产生的转矩相平衡，下降速度才稳定下来。因此，只要节流阀的开度调节合适，就可达到限制货物下降的目的。,采用单向节流阀限速特点：货物越轻，重力越小，达到平衡时的油马达出口背压和阻力就越小，重力所能产生的下降速度也就越小，需在油泵供入油马达的进油口建立足够大的油压pa，以帮助货物下降。轻载和空钩下降时油泵的负荷反而比

37、重载下降时高，效率较低。在油温降低、粘度增加以及下降速度较大时，油泵的功耗也随之增加，油液因限速节流还会进一步发热，故仅适用于功率不大，工作不太频繁及负载变动较小的开式系统，如液压舱盖开关系统。,用平衡阀限速：在开式液压系统中，控制落货速度的另一方案是在靠近执行机构的下降回油管上装设平衡阀。平衡阀：由一只单向阀和一只直动式顺序阀构成的，并可依控制油来路的不同而分为直控式和远控式平衡阀两种。,直控式平衡阀工作：通常，主阀5的开启油压都被调定在比最大负荷产生的静压还大的数值上。油马达只有在一定的进油压力pa帮助下，才能顶开主阀5，使油马达反转，而其转速则由油泵实际输入油马达的排量来控制。用直控平衡

38、阀限速的特点：系统简单可靠，且不需串接液控单向阀，在油温、粘度以及下降速度改变时，油马达的进油压力变化不大；但载荷越轻，要达到同样的下降速度所需的pa越大，故轻载时系统的效率仍然较低。,远控式平衡阀工作：平衡阀的开度是受低压管路中的 pa所控制，货物的下降速度也就受到限制。用远控平衡阀限速的特点：因平衡阀的控制油压较低，而且油液粘度、下降速度和载荷变化时都保持不变，作为开式系统的限速方案，经济性比前两种好。,机械制动器：油马达难免有漏泄，要保证货物在空中而不慢慢下滑，还必须在起货机中装设机械制动器。工作性制动器：不延迟抱闸的制动器。见下图 非工作性制动器：延迟抱闸的制动器。见下图,3）限压保护

39、：起货机在吊货时，油泵的排油压力主要取决于油马达的负荷，为防止起货机超负荷导致原动机过载或装置损坏，在油泵的出口处设有安全阀。为防止油压因液压制动而过分升高，在高低压管路之间设置制动溢流阀。其整定压力可与安全阀相同，也可比安全阀提高510%。阀控型开式液压系统的特点：设备简单，油液在油箱中也能较好地散热和沉淀杂质，但必须采用节流调速和能耗限速，工作时能量损失大，油液容易发热，空气易渗入导致油液变质，故多用于压力较低、功率不大或不经常工作的场合。,2.泵控型闭式起升系统：1）换向和调速：换向:只需改变油泵的吸排方向即可使油马达换向。调速:泵控型起升系统采用容积调速法。当油泵变量时，起货机的转速也

40、随之改变，可实现无级调速。容积调速不产生额外的节流损失，故经济性比节流调速好，油液发热亦少。,2）限速和制动：限速:闭式系统能在重物下降时回收利用其位能的限速方式称为再生限速。制动:中位阀11:用于解决油泵的回中误差；电磁阀6:可在装置意外失电时，使制动器因控制油的迅速泄出而抱闸，防止货物的坠落，在泵回中时中位阀处于旁通状态；,单向节流阀10:防止起动松闸后因中位阀失灵不能隔断或停车时因制动器失灵不能抱闸而发生坠货事故；单向节流阀7:起到即时抱闸延时松闸的作用，以让中位阀先行割断，待管路建立起油压后再松闸，从而避免重物瞬间下坠。,3）限压保护：安全溢流阀12:防止起货机因超载而导致系统油压过高

41、，对系统限压。（可兼作制动溢流阀）4）失压保护：失压保护阀5:起失压保护作用。5）系统的补油和散热：低压选择阀13:由辅泵从低压侧进行补油。油液的散热和冷却，常借更换部分油液的方法来实现。为此，在系统中装设低压选择阀13。,泵控型闭式起升系统的特点：采用容积调速，不产生额外的节流损失，而且在落货时进行能量反馈，故经济性大大提高；同时也减少油液发热，更适应高压。油液污染和进入空气的可能性也大大减小。系统采用变量油泵，设备复杂，初置费高。,二、回转机构的液压系统起货机回转机构和走行机构的负荷特点：1）静力负荷（左右回转或来回走行时的阻力）双向存在，但一般数值不大；2）动力负荷（回转或走行起始与制动

42、时的惯性力）则相对较大。回转机构与起升机构比较有以下特点：1）由于是双向承受负荷，其两侧主油路都可能出现高压。因此，凡与高压有关的元件都是按双向工作考虑的。2）制动时产生的较大惯性能量靠制动时制动溢流阀（泵控型由安全阀兼）的节流来消耗，同时也配有机械制动器。,10-3 液压起货机的操纵机构 液压起货机的操纵机构应能轻便灵敏地操纵控制阀或油泵的变量机构，以实现起货机的换向和调速。根据传动方式的不同可分为：机械式、液压式和电液式等几种。一、机械式操纵机构：由操纵手柄和一系列机械传动件组成，完全用人力操纵。操纵费力，各接头磨损后油泵和手柄对中难于保证，已较少使用。二、液压式操纵机构：手动式和辅泵供油

43、式两种。1.手动式液压操纵机构：如下图所示。,2.辅泵供油式液压操纵机构：图9-10为由辅泵供油并利用双联手动比例减压阀控制的液压操纵机构。自出油口A输出的油压pA与平衡弹簧的张力ps存在如下关系：pA=ps/a 由于ps与手柄的转角和推力大致成正比，所以在a既定的情况下，pA近似地与手柄的转角和推力成正比。,图9-10(b)为应用手控比例减压阀的液压式操纵机构。图9-10(c)为电液比例换向阀。,三、电气式操纵机构 电气式操纵机构是借电力传递控制信号，操作轻便，且不受距离远近的影响，特别适用于远距离操纵，并可通过便携式操纵器进行遥控。,1）应用比例电磁（液）换向阀的电气式操纵机构：对阀控型系

44、统，换向阀位移的方向和大小，由控制比例电磁（液）换向阀的电流方向和大小决定。如图9-10所示,（2）电磁（液）比例泵的电气式操纵机构：对泵控型系统，改变电液比例泵的控制电流方向与大小即可改变泵的排油方向和流量，直接实现换向和容积调速。如图9-13所示。,10-4 回转式起货机的液压系统实例一、利布赫尔(LIEBHERR)B5/14-16型回转式起货机的液压系统1.起升机构液压系统：如图9-11所示,利布赫尔系统加设压力记忆继电器作用：（图9-12）为了在停车后重新起动时，保证制动器只有当高压管路中恰好建立起停车前的油压方能松闸，以防止过早松闸导致货物瞬间下坠，产生液压冲击。,2.回转机构的液压

45、系统：如图9-14所示,3.变幅机构液压系统：如图9-15所示,4.安全保护装置：1）机械限位保护：吊钩高位保护；吊货索滚筒终端保护。2）设备连锁保护：通风门连锁保护；油冷却器连锁保护；电机的自动加热和除潮。3）液压油工作状况保护：补油低压保护；控制油低压保护；起升高油压保护；高油温保护；低油位保护。4）电气工作状况保护：主电机过电流保护；主电机高温保护；电子放大器（比例电磁线圈用）高温保护；控制电流过高保护。,图 为利布赫尔B5/14-16型回转式起货机的液压系统图。,二、赫格隆（HAGGLUNDS）G4024型起货机的液压系统 自习,第十一章 锚 机 和 绞 缆 机 11-1 锚 机,锚设

46、备组成：由锚、锚链、止链器和锚机所组成。利用锚机收放锚和锚链，即可起锚或抛锚。如图10-1所示。,锚机的结构形式,锚机的结构形式,锚机应满足以下基本要求：（1）必须由独立的原动机或电动机驱动。对于液压锚机，其液压管路如果和其它甲板机械的管路连接时，应保证锚机的正常工作不受影响。（2）在船上试验时，锚及应能以平均速度不小于9m/min将一只锚从水深82.5m处拉起至27.5m。（3）在满足以上规定的平均速度和工作负载时，应能连续工作30min；应能在过载拉力（不小于工作负载1.5倍）作用下连续工作2min，此时不要求速度。（4）链轮与驱动轴之间应装有离合器，离合器应有可靠的锁紧装置；链轮或卷筒应

47、装有可靠的制动器，制动器刹紧后应能承受锚链断裂负荷45%的静拉力；锚链必须装设有效的止链器。止链器应能承受相当于锚链的试验负荷。,一、锚机液压系统的组成 由油泵P、控制阀V、油马达M、高置油箱T和磁性滤器F等所组成。1.油泵：采用双作用叶片式油泵。2.油马达：采用双作用叶片式油马达。3.控制阀：控制阀具有两个阀腔：一个是换向阀腔，内装换向阀10和单向阀12，用以控制油马达的正转、反转或停转；同时，它又是一个开式过渡滑阀，可通过并联节流，对油马达进行无级调速。一个是换档阀腔，内装换档阀11，通过换档阀11即可控制油马达的低速或高速工况。见下图,二、液压系统的工作原理1.停止：图(a)所示。2.起

48、锚 图(b)所示。3.抛锚：图(c)所示。,11-2 绞 缆 机一、绞缆机的作用及基本要求 船舶为停靠码头、系带浮筒、旁靠它船和进出船坞等所使用的机械设备，总称为系泊设备或系缆设备。系缆设备主要组成：系缆索、带缆桩、导缆孔、绞缆机以及绳车、碰垫等。对绞缆机的基本要求：应能保证船舶在受到6级风以下作用时仍能系住船舶。其拉力大小应该根据船舶的尺寸，按钢质海船入级与建造规范所推荐的数字选取。绞缆速度一般为1530m/min，最大可达50m/min，达到额定拉力时速度取下限值。绞缆机按所用动力不同分类：电动绞缆机和液压绞缆机。绞缆机按是否自动系缆分类：普通绞缆机和自动绞缆机。,二、自动绞缆机1.液压自动绞缆机的工作原理：1）阀控型系统：工作原理：如图10-4所示。,2）泵控型系统：工作原理：如图10-5所示。,2.液压自动绞缆机实例：如图10-6所示。,图10-7为奈尔-三菱重工自动绞缆机的特性曲线。,