【摘 要】為了滿足教學(xué)和相關(guān)科研的需要，筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套液壓舵機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的液壓控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并介紹其工作原理。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)成本低，運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，無論是在教學(xué)上還是科研試驗(yàn)中都將起到積極的作用。

【關(guān)鍵詞】液壓舵機(jī)；教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)；液壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

【Abstract】The teaching team designed a set of hydraulic steering gear test-bed for teaching and scientific research.Hydraulic circuit is designed for the test-bed and its working principle is introduced .The hydraulic circuit has the advantages of simple structure， low cost， safe and reliable operation and so on.The design for teaching or for related research will play an active role.

【Key words】Hydraulic steering gear； Teaching test-bed； Hydraulic Circuit； Design

0 引言

筆者所在的院校是一所具有沿海特色的高職院校，該校開設(shè)了輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)，《船舶輔機(jī)》課程是該專業(yè)的核心專業(yè)技能課程。該門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)必不可少，購買成套舵機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)成本高且不利于改造，根據(jù)多年的教學(xué)與科研經(jīng)驗(yàn)，筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套液壓舵機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

液壓舵機(jī)是船舶最重要的輔機(jī)之一，根據(jù)推舵方式不同，分為撥叉式、轉(zhuǎn)葉式和擺缸式三種[1]。由于擺缸式液壓舵機(jī)無需設(shè)追隨機(jī)構(gòu)，體積小、結(jié)構(gòu)簡單、布置方便、轉(zhuǎn)船力矩大、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，在中小型船舶中得廣泛的使用[3]。因此，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用的是擺缸式液壓舵機(jī)設(shè)計(jì)，它是由電機(jī)帶動(dòng)定量泵工作，通過轉(zhuǎn)向器或電磁換向閥來控制壓力油進(jìn)出端鉸擺缸，推動(dòng)轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)操舵目的。針對(duì)本液壓舵機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，筆者本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)出該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)，以下是本液壓系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程與原理分析。

1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

液壓舵機(jī)的液壓控制系統(tǒng)一般分為泵控型和閥控型兩種[1]。泵控型液壓系統(tǒng)一般采用雙向變量泵作為主泵，配備一個(gè)小功率的齒輪泵作為輔泵，同時(shí)必須采用直流伺服電機(jī)式電氣遙控系統(tǒng)和浮動(dòng)桿追隨機(jī)構(gòu)，所以系統(tǒng)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，制造成本高。閥控型液壓系統(tǒng)使用定量泵供液，使用電氣遙控系統(tǒng)操縱電磁換向閥，來改變油液的流動(dòng)方向從而達(dá)到轉(zhuǎn)舵目的[1]。與前者相比，閥控型液壓系統(tǒng)比較簡單，制作費(fèi)用低廉，但是在穩(wěn)定性和可靠性上不夠前者。隨著液壓閥制造精度的提高，閥控型液壓系統(tǒng)也能達(dá)到很好的整體性能，在中小功率的場合使用更有競爭力。

本液壓舵機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)小型船舶液壓舵機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為16Mpa。從經(jīng)濟(jì)成本出發(fā)，并結(jié)合教學(xué)的實(shí)際需要，本設(shè)計(jì)采用閥控型液壓系統(tǒng)，整個(gè)液壓系統(tǒng)由油箱、齒輪泵、電動(dòng)機(jī)、溢流閥、電磁閥、轉(zhuǎn)向器、液控雙向鎖、橡膠管以及一些其他的輔助元件組成，液壓系統(tǒng)的組成如圖1所示。

2 液壓系統(tǒng)的原理分析

按照《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》中規(guī)定，每一套液壓舵機(jī)都有一套以上的控制系統(tǒng)，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)由電動(dòng)液壓為主兼顧手動(dòng)操縱組成一體[4]。

2.1 手動(dòng)操舵模式

根據(jù)圖1所示，（6）是一個(gè)全液壓轉(zhuǎn)向器，在液壓泵（2）正常工作的情況下，該轉(zhuǎn)向器起到計(jì)量馬達(dá)的作用，保證進(jìn)入兩個(gè)液壓缸（9、10）的液壓油量與舵輪轉(zhuǎn)角成相應(yīng)比例。亦即當(dāng)舵輪向某個(gè)方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度時(shí)，推桿平衡板也帶動(dòng)舵軸向同樣方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。當(dāng)關(guān)閉液壓泵，或者是遭遇斷電的情況時(shí)，通過人力轉(zhuǎn)動(dòng)舵輪來帶動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向器，這時(shí)相當(dāng)于一個(gè)手動(dòng)油泵，液壓油經(jīng)過換向閥（5）的左位，并輸送到油缸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)舵功能。

2.2 電液動(dòng)操舵模式

啟動(dòng)液壓泵，給電磁換向閥（5）上電，則進(jìn)入電液動(dòng)操舵模式。舵葉的運(yùn)動(dòng)一般有三種狀態(tài)，左轉(zhuǎn)舵、右轉(zhuǎn)舵和保持不動(dòng)。左轉(zhuǎn)舵：給電磁換向閥（7）的左側(cè)通電，液壓油流經(jīng)電磁換向閥（6）的右位進(jìn)入電磁換向閥（7）的左位，再流經(jīng)液壓鎖（8），最終液壓油進(jìn)入液壓缸（9）的無桿腔和液壓缸（10）的有桿腔。在液壓缸（9）活塞桿的推動(dòng)和液壓缸（10）活塞桿的拉動(dòng)下，推桿平衡板帶動(dòng)著舵軸做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了船向左轉(zhuǎn)舵。同理，保持換向閥（5）通電的前提下，給換向閥（7）的右側(cè)上電即可實(shí)現(xiàn)向右轉(zhuǎn)舵。當(dāng)沒有偏舵角時(shí)，只需要把電磁閥（7）斷電，讓換向閥處于中位，在液壓鎖（8）的作用下，即可保持當(dāng)前的航向角前進(jìn)。

3 總結(jié)

傳統(tǒng)的舵機(jī)液壓系統(tǒng)有一部分只采用O型的三位四通換向閥來控制油液的方向，由于換向閥多為滑閥，中位的機(jī)能就是通過閥芯與閥口的遮蓋來實(shí)現(xiàn)，滑閥不可避免的會(huì)產(chǎn)生泄漏，出現(xiàn)風(fēng)浪時(shí)泄漏會(huì)更加嚴(yán)重，導(dǎo)致舵角不能長時(shí)間保持。本設(shè)計(jì)采用O型的三位四通換向閥加液壓鎖構(gòu)成，使用起來更加安全可靠。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄭士君，孫永明.船舶輔機(jī)教程[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2003，07.

[2]孟延軍，陳敏.液壓傳動(dòng)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008，09

[3]徐本國.小型漁船擺缸式液壓舵機(jī)舵角限位器的設(shè)置[J].中國水產(chǎn)，2008（8）：72-73.

[4]盧運(yùn)嬌，麥冬玲.一種基于ARM的小型漁船液壓舵機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013（11）第35卷.上：141-144.

[5]盧運(yùn)嬌，王貴，麥冬玲.小型船舶液壓舵機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng)，2014（1）：93-102.

[責(zé)任編輯：謝慶云]