液压舵机系统的改造.docx

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1、液压与气动CHINESEHYDRAULICS&PNEUMATICS2000 No.1 P.16-18舵减摇技术应用中液压舵机系统的改造陈建平 朱越健摘 要:文章针对某艇舵减摇技术应用中液压舵机系统的改造,对其工作原理,改造内容及关键技术问题等作了详细分析。关键词:舵机;舵减摇;液压;自动驾驶仪分类号:TH137.9 文献标识码:B文章编号:1000-4858(2000)01-0016-02▲1 舵减摇工作原理  如图1所示,船舶在航行状态时,舵叶上的水动力作用中心和船体重心之间存在一高度差(Hr)。当操舵某一角度后,作用在舵上的水动力除

2、了能产生艏摇力矩改变航向外,同时产生横摇力矩。因此只要正确地控制转舵的方向、大小和相位,利用操舵产生的横摇力矩来抵消波浪扰动引起的横摇力矩,就可以达到舵减摇的目的。图1 舵减横摇原理图  由于船舶的横摇运动和艏摇运动对操舵的响应存在明显的差异,在频域上表现为高频操舵将对横摇产生明显影响而对艏摇影响很小,相反,低频操舵主要影响艏摇运动而对横摇影响较小。为了使舵在减摇的同时不对航向产生明显影响,必须将原操舵速度大大提高。2 液压舵机改造要求  由以上分析可知,转舵速度是影响舵减摇效果的关键因素之一,为保证舰艇应用舵减摇系统后的减摇效果,必须

3、对原液压舵机作相应的改造,使其转舵速度能从2.3°/s(转舵时间28s)提高到8°/s~10°/s(转舵时间7.1~6.4s),以满足系统的要求。  改造的指导思想是:既要提高转舵速度,以保证减摇效果,又要保持原设计应有的工作可靠性,以保证航行安全;非减摇工况时,能立即切换回原舵机工作状态,即保持原舵机及其自动控制的工作状态和性能指标不变。改造中对原机组不能有不可逆转的更换,这给系统改造带来很大困难。  改造后主要技术指标如下:  最大转舵速度:10°/s(转舵时间为6.4s)  系统工作压力/设计压力:10.6MPa/13.25MPa

4、  电机功率:4×4kW  舵减摇时舵角1/3有义值:≤10°  舵减摇时最大舵角:±25°3 液压舵机改造3.1 改造方案  图2是舵机液压系统原理图,根据船检规范要求,系统有2套机组互为备用,也可同时工作。另外有手动应急系统,以确保舵机能正常工作。图2 液压系统原理图  原单油源机组工作时,转舵速度为2.3°/s,双机组工作时,转舵速度为4.6°/s。为达到8~10°/s转舵速度要求,另增加2套油源机组。一般操舵时,采用原机组工作,原舵机及自动控制的工作状况及性能指标不变。舵减摇工况时,4套机组同时工作,使转舵速度达到总体要求,详见

5、图2。3.2 所需流量及功率计算  原舵机液压缸型号为HDYG-140/70-385EC,则单行程液压缸最大流量为:  Q=(π/4)×(142+142-72)×38.5/1000=10.37L  根据中华人民共和国船舶检验局《钢质海船建造规范》对舵机的各项要求,为保证舵机转舵时间,各种转舵速度下油源机组所需流量如表1所示。表1 各种转舵速度所需流量转舵时间(s)转舵速度(°/s)额定流量(L/min)28(原机组)2.2823.48881.876.410102.33  系统工作压力p1为10.6MPa。,按《钢质海船建造规范》要求,电

6、机功率必须满足工作压力及泵确保流量所需的功率,其过载系数不大于1.6。新增机组液压泵采用与原机组相同的25SCY-14-1B手动变量泵,电机功率计算结果见表2。表2 各种转舵速度所需电机功率转舵速度(°/s)所需流量(L/min)泵型号所需功率(kW)电机型号额定功率(kW)817.525SCY4-1B3.8Y-J112M-44922.725SCY4-1B4.9Y-J112M-44(K=1.23)1022.825SCY4-1B6Y-J112M-44(K=1.5)  计算结果表明,泵及电机可以满足要求。4.液压系统改造内容  改造后液压系

7、统各部分说明如下。4.1 新增机组系统  新增机组主要由泵、电机、电磁阀、单向阀及溢流阀等组成,其作用是增加流量和功率。吸油管从原机组人孔盖引出,泄油管和回油管从原机组人孔盖引入。原机组液压泵出油口增加单向阀,以防止回油。这样设计不破坏原机组设备,仅是更换2块人孔盖,满足设计要求。4.2 过滤系统  由于流量增加,原机组过滤器通过流量不够,需增加2个过滤器。在原过滤器回路串接另1个过滤器,型号为XU-A63×30S,回油口从另一边人孔盖接入,不破坏油箱。4.3 管路系统  由于流量增加,原机组管径偏小,主油路由22×3改为28×3,以尽

8、量减小压降和功耗。4.4 电磁换向阀  能否提高转舵速度,电磁换向阀也是一个关键。原机组采用10通径电磁阀,其流量可达80~100L/min,舵减摇工况时,系统总流量最大为102.33L/min,每个电磁阀

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