液压舵机的操作实验.docx
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液压舵机的操作实验
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
DD1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：
YD100－1.6／28
公称力矩：
1.6tm（15.6KN.M）
转舵时间：
28sec
最大转角正负35度
工作压力：
100kg／cm2（9.81MPa）
安全阀调整压力：
110kg／cm2（10.8MPa）
电动机型号：
JO2H－12－4（Y80L2一4）
电动机功率：
0.8kW
电动机转速:
1500r.p.m．
电动机电压。
380V
油泵型号；10SCYI4一1
油泵排量；10mL／r
最大工作压力：
320kg／cm2（31.4MPa）
电磁阀型号:
34E1M－B10H－T
电磁阀流量：
40L／min
电磁阀最大工作压力：
210kg／cm2（20.59MPa）
溢流阀型号：
YE－B10C
电磁阀流量：
40L／min
溢流阀最大工作压力：
140kg／cm2（13.73MPa）
注：
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3—1）。
πd2R△P
M=Zη
4cos2a
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=P1—P2）
η——推舵装置机械效率（η≈0.8）
a——舵的转角
舵机力矩特性M=f（a）如图3—2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3—3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。
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3—5）
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。
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
4．1舵机运转前的准备
（1）外观检查各零部件有无损坏，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。
（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。
4．2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。
4．3舵机的维护保养
（1）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30—50℃。
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，更换油缸内的密封圈。
4．4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105%，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。
调整
安全阀
使用泵号
舵轮
旋转方向
开放缸阀
关闭
指示
压力表
旁通阀
缸阀
G
H
I
J
1#
1#
2#
2#
右
左
右
左
B、C
B、C
A、D
A、D
1、1、 2
1、1、 2
1、1、 2
1、2
A、D
A、D
B、C
B、C
2#
1#
2#
1#
5．应急操舵装置
见图3—8，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YD100—1.6/28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）。
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、380V（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646Q45—22—00YL）。
现仅以1号系统为例进行说明。
（1）
（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。
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3LW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，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、135）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，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×sinα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。
α差——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3—11。
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1ZL3~6及相敏整流变压器11B6~9等组成。
为说明方便在图3—11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（如图3—11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，此电压是负方向，经1ZL5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1JT1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3—11中所示，则因是负角差，输入信号的极性和正角差相反，如图3—11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。
电流回路是139经负载至137，经1R5回到1R6另一边138。
根据以上分析在手轮向一边操舵时，相敏整流输出一个方向的直流电压，在手轮向另一边操舵时就输出极性相反的电流电压。
本电路采用了晶体三极管，还有放大作用，所以图3-11的电路称作为相敏整流放大器。
（4）触发环节
触发环节由对称的两组组成，分别在正信号和负信号时工作，其原理完全一样。
图3-12是其中一组，现以这一组为例来介绍触发环节的工作原理。
相敏整流放大器输出的直流电压U值送入本触发环节。
这是采用电阻分压的方法来使两组触发环节与相敏整流放大器连接的。
当相敏整流放大器输出139为正，137为负时，电流从139（+）经1R23至129，再经1R24至137
（一）。
此时触发环节第一级三极管1JT3基极为正信号，所以这半触发环节工作，另半边触发环节第一级三极管1JT4（见原理图）基极为负信号，所以另边触发环节不工作。
现从图3-12为例介绍这半边触发环节的工作原理。
触发环节由射极耦合双稳态触发器和他激间隙振荡电路组成。
其中1JT3和1JT5组成射极耦合双稳态触发器，1JT7组成振荡电路。
射极耦合双稳态触发器接自相敏整流放大器，它有两种状态，或1JT3截止，1JT5导通，或1JT3导通，1JT5截止。
当时相敏整流没有信号输入本触发环节时，此触发环节1JT3截止，1JT5导通，当有信号输入本触发环节时1JT3导通，1JT5截止。
信号又消失时，仍回复到1JT3截止，1JT5导通。
在没有信号输入本触发环节时11JT3截止，1JT5导通。
这时电压U138—129几乎全部降落在1R13上。
因1JT5处于导通状态，其导通后的电阻远比1R15和1R17小。
大部分电流从1JT5经过。
所以150和129之间的电压是很低的，1JT7因基极电压较低而不能振荡。
当自整角机有正角差时，交流信号相敏整流成直流送到（139、137），当此信号电压U139、137在电阻1R23上的分压，U139—129达到一定动作值时，1JT3开始工作，产生如下一个
连锁反应，1JT3导通→Ic（1JT3）→U141→U147→Ic（1JT5）→U146→U150（1JT7be）→1JT7振荡→12B输出→ICT1可空硅触发。
1JT7为一正反馈振荡器，利用耦合变压器12B作耦合，它振荡时输出一个频率约2千周的交流电压，这交流电压用二极管1ZL，滤去负半波送到可控硅1CT1的控制极，接通电液阀使舵转动。
（5）手动操舵环节
手动操舵（即用手柄操舵），在舵机舱用“操舵开关”7LW。
在驾驶台用“手动操舵”开关6LW来操作。
变压器线组11B5的24伏电源经1ZL1整流后直接经开关送到电液阀达到操舵的目的。
（6）报警系统
1LW4和2LW4为操舵台1号和2号油泵起动开关的触点。
当两台油泵机都不工作时报警电源自动断开。
只要有一台机组工作，报警电源自动接通。
本报警系统分为四个报警部分。
1① 失电报警（含断相）
当左、右电源均失电时，1XC和2XC的常闭触点闭合，中间继电器1J线圈通电，它的常开触点（300—309）动作即闭合，使操舵台失电报警灯（11XD）及舵机舱的报警箱的失电报警灯（12XD）同时燃亮。
2② 过载报警
利用舵机舱内油泵起动器的热继电器过载动作过载报警目的，1RJ和2RJ（300—308）为热继电器的触点，当过载时1RJ或2RJ常开触点闭合，中间继电器2J线圈通电，它的常开触点（300—307）闭合，使操舵舱台的过载灯（13XD）及舵机舱的过载报警灯（14XD0同时燃亮。
3③ 液位报警
二台油泵机组的油箱内的油如果过低，液位继电器动作，触点1JYF和2JYF（300—304）闭合，中间继电器3J线圈通电，它的常开触点（300—311）闭合，使操舵台的液位报警灯（15XD）及舵机舱报警箱的警灯（16XD）同时亮。
4④ 滤器报警
二台油泵机组的滤器如果有堵塞现象，滤器继电器动作（300—310）闭合，中间
继电器4J线圈通电它的常开触点（300—312）闭合，使操舵台的滤器报警灯（17XD）及舵机舱报警箱滤器报警灯（18XD）同时燃亮。
在以上四个中间继电器（1J、2J、3J、4J）任意一个线圈通电时，它们的另一对常开触点（300—313）同时动作闭合，使操舵台的警铃（1LD）及舵机舱报警箱的警铃（2LD）同时动作发声。
本系统报警特点是如有报警信号，就将在驾驶室和舵机舱都有声光报警，以便及时采取措施。
2．使用方法及注意事项
现以驾驶台操作为例介绍使用方法，见图3-13。
（1）将舵机舱电源转换箱CQ内的两个电源开关合上，然后把舵机舱内转换开关3LW放在驾驶室操舵位置（在船舶停航这三个开关不必回复“零”位）。
（2）这时若需单机工作，可将操舵台上1号（或2号）油泵转换开关放在启动位置，
操舵台上绿色转换指示灯9XD（或10XD）燃亮，则1号机组（或2号机组）工作。
此时若需手柄操舵，可将操舵台选择开关4LW放在手动位置扳动手柄，即可实行随动操舵。
此时若需在桥楼操舵，只要把4LW放在桥楼位置，人即可上桥楼用手柄进行操舵。
（3）在需要实行二套系统自动转换时，只需在1号（或2号）机组工作时，把2号（或1号）油泵转换开关放在“备用”位置，这时，当1号（或2号）机组因故障接触器释放，2号（或1号）机组会自行启动工作。
（4）要求双机工作时，只要把二套机组的启动开关1LW、2LW都放在“启动”位置，则信号灯9XD和10XE都燃亮，二套机组都进行工作，这时需手柄操舵或随动操舵，只需要把操舵台上选择开关4LW放在相应位置即可。
（5）需要在操舵进行操舵，需将舵机舱内转换内失压开关3LW放在舵机舱位置，扳动舵机舱内操舵手柄，即可实行手柄操舵。
（6）当左右舷电源均失电时，操舵台内机舱内失压警铃和失压指示灯通电（由24伏直流电源供电）以示报警，这时若要排除故障，消除警铃，只要把操舵台上的警铃开关放在断开位置，警铃即可消除。
（7）在航行时应把警铃开关放在接通位置，
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