船舶舵机的电力拖动与控制1323

第10章

船舶舵机的电力拖动不控制

教学目的：掌握舵机电力拖动的特点；操舵方式及原理、性能；自动舵的类型及特点。 教学重点：各种操舵的性能，自动舵的特点。 教学难点：各种操舵的原理。 §10-1 舵机电力拖动与控制的基本要求 §10-2 操舵方式及基本工作原理 §10-3 自动舵的基本类型及其调节规律

§10-4 自动操舵系统基本要求和工作原理

概 述 舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的丏用舾装设备。如果船没有舵或舵失灵，在大海里任凭风浪摆布。无主动航向的船不仅不能保证航行的 安全，而丐是不能到达目的港的。

舵是驾驶人员用来保持或改变船舶在水中运动方向的与用设备。 船舵功能：I. 保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性； II. 改变船舶运动方向的能力，称回转性。

通常把二者统称为船舶的操纵性。

§10-1 舵机电力拖动不控制的基本要求1. 舵机装置 舵机装置由操舵装置、舵机、传动机构和舵叶四部分组成。

1)电动—机械舵机装置(小船) 电动机通过齿轮转动带动舵叶 2)电动—液压舵机装置(远洋船) 电动机(普通长期工作制)通过液压系统转动带动舵叶。

2)舵机电力拖动控制的基本要求(1)工作可靠 供电：分左、右舷两路馈电线供电，其中之一应该不应急配电板相连。

拖动：要求舵机的驱动电动机采用连续工作制，特性软，过载能力强，

能堵转1min以上。 操舵：最快航速前进时，能满足最大舵角的要求，丏有足够的转舵速度 (从一舷最大舵角转至另一舷最大舵角的时间丌超过30秒)。

(2) 生命力强 至少有两个控制站(驾驶室和舵机房),控制站之间装有转换开关(防 止同时操作),现场控制站具有操作优先级。故障时可进行人力操舵。

舵机操纵系统应装有自动操纵系统、随动操纵系统和应急操纵系统三种 操纵装置。

2)舵机电力拖动控制的基本要求(3)操作灵便 要求在任何舵角下均能投入工作，并及时准确地把舵转至给定舵角， 具有舵角指示。可实现自动、随动和单动三种操舵方式，能方便地 选择切换。

(4)舵叶偏转限位保护和失压报警装置 当舵叶转至极限位置时，舵机自动停止转舵； 当舵机总电源断电时，失压报警； 舵机电机只有过载报警而无过载保护装置；

当采用自动操舵装置时，应设有航向超过允许偏差的偏航自动报警装置。

§10-2 操舵方式及基本工作原理操舵方式一般有三种：在自动操舵和随动操舵失效情况下应用

单动操舵(应急操舵) 随动操舵

船舶进出港等备车航行时应用

船舶定速航行时应用

自动操舵

航向控

制 航迹(航线)控制

1.单动操舵工作原理 单动操舵是在自动操舵和随动操舵 都丌能使用的应急情况下提供的一

种操舵方式。这种操舵方式仅适

用于内河小型船舶和作为海船的 应急操舵方式。 G-M系统电动舵机的单动操舵原理 (图a) G—差复励直流发电机， M—执行电动机， J—发电机G的励磁机，控制励磁机 的励磁，即可控制舵叶的偏转。 K1和K2为操舵手柄或按钮控制的触 点,ZD1和ZD2为舵机限位开关。

单动舵原理图

G-M系统电动舵机的单动操舵原理1

当船舶向左偏离航向时，可 将操舵手柄右扳，使K1闭合， 励磁机J得到某一极性的励磁， G将发出某一极性电压，执行 电动机M向某一方向转动，舵 叶向右偏转。 通过舵角指示器观察舵角大 小。当接近所要求的的右偏舵 角时，松开手柄，触点K1断开 ，电机M停转。

系统特点： 手扳舵转，复零舵停 G-M系统电动舵机的单动操舵原理 点动控制 人看分罗经compass和舵角指示器操舵。

单动操舵特点：

手扳舵转，手放舵停； 左舵左扳，回舵右扳； 右舵右扳，回舵左板。

2.随动操舵的工作原理随动操舵是按偏差原则进行调节的操舵自动跟 踪系统，被调对象是舵，被调节量是舵角。它具有 使舵叶角度与操舵手轮位置自动同步的特点。 图10-3是一种电桥平衡式随动操舵原理图。

随动操舵原理图(电桥式)

2.随动操舵的工作原理随动操舵的基本工作原理框图如图所示。它是一个 闭环跟踪系统，以实现舵角的自动追随。图中的比较环节种类很多，如电桥式、电阻式、运算放大器 等。执行机构也因舵机形式而异。

人操舵手轮 放大器 执行机构

舵叶

船舶

反馈装置

3.自动操舵的工作原理

自动操舵的基本工作原理如图所示。M为执行电动机；操舵 开关为两半圆环2和3,它们被一绝缘块4分离。两半圆环与舵角 反馈装置机械相连，滚动触头(滚轮)1与航向接收器机械相连。 航向接收器与陀螺罗经发讯器是同步传递的。

3.自动操舵的工作原理当船舶偏离预定航向时，通过 陀螺罗经发讯器使航向接收器也转 动同一角度，滚轮1与左或右半圆

铜环接触，使接触器J1(或J2)动作，电动机正转或反转，拖动舵叶 偏转，由于采用舵角反馈，故当舵

叶偏转时，半圆环也朝滚轮滚动方向进行跟踪，在船舶偏离航向最大 角时，半圆环追上滚轮，使滚轮处 在绝缘块上，接触器断电，电动机 停转，因而最大偏舵角发生在船舶 偏航角最大的时候。 船舶在舵的作用下回航时，电动机反转。舵叶向 当船舶回到预定航向时，半圆环追上滚轮，使滚轮处

首尾线方向回转，半圆环又开

始向滚轮运动方向跟踪。

在绝缘块上，电动机停转。

舵机 自动舵校正航向的工作过程

罗经

Ⅰ:船舶沿正航向K航行，滚轮1恰好与绝缘 块4接触，电动机不转动，舵叶在艏艉线上， 艏艉线与正航向重合， φ=0,β=0

φ—偏航角 β—偏舵角

偏航

转舵

Ⅱ:船右偏→滚轮左偏→J1有电→舵 左转→导电环左转β很小(转船力矩 小),偏航φ↑,同时舵角β↑

最大舵角

Ⅲ:β↑使(φ=φmax),船停止偏转(dφ/ dt = 0)。导电环追上滚轮，使绝缘块 与滚轮接触，电动机停，舵叶停转 β=βmax。

回转

Ⅳ:在左舵的作用下，船开始回转(φ↓), 使滚轮右转，与导电环接3触，使J2有电， 电动机反转，回舵(β↓)。导电环右转追随 滚轮运动。

回航

Ⅴ:船舶回到给定航向K,φ=0, β=0。

船舶的航迹曲线

自动操舵系统原理框图

电罗经是检测元件，也是比较环节。 比较(元件):由两个导电半圆环和滚轮所构成。 放大器：直流发电机 执行机构：他励直流电动机M。 反馈机构：航向接受器和舵角反馈机构。

小结：

(1)自动操舵系统是按船舶对航向的偏离程度来控制船舶的航迹，其操舵系统实际上是在随动操舵的基 础上省去手轮，加上航向反馈而形成的。 (2)系统的调节对象是船舶，被调节量是航向。 (3)自动操舵系统为典型的双闭环控制系统：

内环是舵角反馈，实现舵角的自动跟随。 外环是航向反馈，实现对船舶偏航的自动调整。

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