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《船舶结构与设备》课程是航海技术专业学生实践性极强的一门专业必修课。为使学生进一步加深理解本课程的理论知识、解决抽象问题及增强实际动手能力,本课程的实验及训练(实操)按课程实验大纲的要求,拟完成以下内容:液压舵机、自动舵、操舵、起重设备及船体结构与甲板设备模型等。
实验一液压舵机
液压操舵装置主要是指液压舵机,液压舵机也称电动液压舵机或电液舵机。它是利用电动机带动一主油泵运转,当有操舵信号时,主油泵开始排吸油,产生的高压油通过管路系统进入转舵油缸,推动油缸中的柱塞或叶片运动,从而带动舵杆、舵叶转动。当舵转至所要求的角度后通过反馈系统使油泵停止排吸油,舵就停止在所需的舵角上。
液压舵机具有噪声小、体积小、重量轻、转矩大、传动平稳、能实现无级调速、易于遥控和容易管理、操作方便,在操舵次数频繁时仍有较高可靠性等优点,为现代船舶广泛采用。
常见的液压舵机有柱塞式和转叶式两大类。
一、实验用设备与目的
1.实验用设备:本实验的实物为柱塞式液压舵机仿真模型。
2.实验目的:了解液压舵机的组成和工作原理。
二、实验方法与内容
1.实验方法:每班分2组(即每组15~18人)通过讲解与演示相结合的方法进行实验。
2.实验内容
1)柱塞式液压舵机概述
柱塞式液压舵机也称往复式液压舵机。目前,船上常用的有二缸柱塞式液压舵机和四缸柱塞式液压舵机。
柱塞式液压舵机一般由转舵机构、动力源和操纵追随机构三大部分组成。
动力源由电动机、主油泵、辅油泵和控制阀箱等组成。电动机带动主、辅油泵供给工作需要的各种压力油,安全控制阀是起保护作用和对压力油的分配。
转舵机构由油缸、柱塞和舵柄等组成。当操舵装置控制系统启动电机带动变量泵时,变量泵从一对(或一个)油缸中抽油,同时向另一对(或一个)油缸输油,从而推动柱塞作直线运动并使舵柄绕舵杆作旋转运动,产生舵角。当油泵改变输油方向时,舵就反向转动。
操纵追随机构由减速器、螺杆、滑块、操纵杆、浮动杆、反馈杆(又称追随杆)等一系列拉杆组成,其主要作用是控制主油泵的工作状态。在通常采用的液压三点杠杆式追随机构中,当转动舵柄舵叶给出舵角的同时经反馈追随杆拉动操纵杆复位,使油泵停止排吸油,控制舵叶停止在所需的舵角上。
2)柱塞式液压舵机仿真模型
(1)柱塞式液压舵机仿真模型的组成(参见图1、2)
第1部分动力源由电动机(为110V/50瓦、1370转/分的交流电机)、主油泵、倾斜盘、辅油泵等组成。
第2部分转舵机构由高(低)压油路、四个油缸、四个柱塞、十字头(滑式)、舵柄等组成。
图1柱塞式液压舵机仿真模型
第3部分操纵追随机构由直流电机(为伺服电机,380V/0.4千瓦、1500转/分)、差动减速箱、螺杆、滑块、浮动杆、操纵杆(一端与倾斜盘相连,另一端与浮动杆C点相连)、连杆(一端与滑块相连,另一端与浮动杆A点相连)、反馈杆(一端与舵柄相连,另一端与浮动杆B点相连,B点)等组成。
图2柱塞式液压舵机仿真模型
(2)柱塞式液压舵机仿真模型各组成部分的作用与特点
①动力源部分
主油泵为一带倾斜盘的油泵,由电动机带动产生高压油,是转舵的动力。由倾斜盘控制主油泵高压油的排出方向(产生左舵和右舵)和时间(形成大舵角和小舵角),所以,主油泵又称变向变量泵。
电动机为110V/50瓦的交流电动机,通过连轴器带动主油泵转动,转速为1370转/分,实现电能转换为液压能。
辅油泵为—齿轮泵,能通过液控单向阀给管系补油,使油管保持8KG/CM2的油压。
②转舵机构部分
除油缸、柱塞、油路及舵柄外,十字头滑块的作用是将柱塞的直线运动转换为舵柄绕舵杆作圆周运动,此外,转舵机构中油路分配阀箱的作用是:当某一油缸或油管(包括接头)漏油时,即可通过关闭进入该油缸或油管(包括接头)的油路阀门,并打开相应的旁通油路阀门排除液压油,以便对该部分进行修理。
③操纵追随机构部分
当操舵台的舵轮转出一舵角信号并停止在θ角后,该舵角电信号经放大处理后驱动执行机构伺服电机运转,通过差动减速箱带动螺杆转动,并使滑块在螺杆上移动而拉动连杆,浮动杆A点同时移动、驱使与浮动杆C点相连的操纵杆(控制杆)拉动倾斜盘并使之发生倾斜,主油泵排出相应方向的高压油,转舵机构转舵。在转舵机构转舵的同时,由舵柄拉动反馈杆使浮动杆的B点向与A点相反的方向移动,C点亦向使倾斜盘回复到平衡位置的方向移动,直到倾斜盘完全回复到原平衡位置止。主油泵停止排出高压油,转舵机构停止转舵,最终控制舵叶停在所需的舵角上。本部分重点是熟悉三点(浮动杆A、B、C)杠杆式追随机构的工作原理。
④舵角反馈发送器
舵角反馈发送器的作用是产生与操舵电信号极性相反的反馈电信号,以便控制伺服电机的运转时间。即当伺服电机运转,通过差动减速箱带动螺
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