舵机原理及液压系统
摘要：本文主要介绍“育鲲”轮转叶式舵机的转舵机构及液压系统原理，并对随动控制系统进行了分析。对舵杆和转子机构的液压安装步骤进行讲述。通过与往复式舵机的结构及液压系统的比较，总结出“育鲲”轮转叶式舵机的特点。针对“育鲲”轮舵机使用过程中所发生的故障现象，本文简要分析其故障原因。归纳总结出舵机维护保养中的基本要求，力图能够为轮机员工作提供较好参考。
关键词：转叶式舵机液压系统随动控制系统液压联接器
Abstract: this paper describes basic construction and hydraulic system principle of the votary vane steering gear in “YUKUN” training ship, and particularly analyzes the system of follow-up control. Mounting procedure of hydraulic coupling between rudder actuator and rudderstock are showed clearly. Compared with construction and hydraulic system of the reciprocating steering gear, there are a lot of characteristic in the rotary vane steering gear. And based on the phenomenon of the trouble in the steering gear, the paper makes a brief analysis. Basic recommendations are included in the maintenance process of the steering gear. The aim of this paper is to provide a better reference for engineer office in work course.
Keywords: rotary vane steering gear hydraulic system follow-up control system hydraulic coupling
目录
1绪论 (1)
1.1舵机的作用和组成部分 (1)
1.2舵机的类型 (1)
2“育鲲”轮转叶式舵机转舵机构和液压系统 (2)
2.1“育鲲”轮舵机概况及主要参数 (2)
2.2球形转舵机构结构特点 (2)
2.3液压系统工作原理 (3)
2.4舵杆和转子安装方法 (4)
2. 4. 1安装前的准备 (4)
2. 4. 2安装步骤 (4)
2. 4. 3安装中的注意事项 (5)
3“育鲲”轮舵机随动控制系统 (6)
3.1“育鲲”轮驾驶台操舵指令 (7)
3.2控制信号比较放大 (7)
3.3驱动和反馈单元 (8)
3.4变频电机和双向油泵 (8)
4“育鲲”轮转叶式舵机的主要特点 (8)
5“育鲲”轮舵机故障简析 (9)
6“育鲲”轮舵机的维护保养 (9)
6.1液压油的选择 (9)
6.2换油和除气 (9)
6.3日常管理注意事项 (10)
总结 (10)
【参考文献】 (10)
1绪论
1.1舵机的作用和组成部分
船舶在航行过程中，不可能完全按照驾驶员的意图进行航行，经常会受到外界的干扰（如风、浪等的影响），使船舶偏离原来的航线。此时应该有一操作装置能够控制船舶方向保证船舶安全行驶，此机构就是舵。舵是船舶用以改变其航向或维持其预定航向的重要设备，对于船舶安全航行起着关键作用。
现代化船舶广泛应用电动液压舵机。电动液压舵机由三部分组成：转舵机构、液压系统与操舵控制系统。转舵机构的作用是将液压能转换成机械能，推动舵叶转动。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能，并设置所需的保护和控制装置。操舵控制系统的作用：一是传递舵令；二是控制操舵精度。
1.2舵机的类型
船舶所使用的电动液压舵机按机构类型可分为往复式和转叶式两种。
所谓往复式舵机的转舵机构为往复式转舵油缸，它将液压油的压力能转化为柱塞的机械能，推动舵柄左右转动，舵柄带动舵杆转动实现舵叶的转动，达到改变船方向的目的。
转叶式舵机是依靠作用在舵机转叶上的高压液压油的压力使舵机转叶片转动，从而带动与舵机锥形相连的舵杆转动，而舵杆转动相应带动与之相连的舵叶转动，从而达到船舶操舵的目的。
如图1所示，描述一往复式舵机的工作原理
图1 往复式舵机
1—交流伺服电动机；2—联轴器；3—双向定量泵；4—梭阀；5—锁阀；6—旁通阀；7—油罐；8—安全阀；9—液压油缸
由图1可见，液压泵和液压油缸构成闭路系统。交流伺服电动机1驱动液压定量泵3产生液压动力，通过一对液压缸推动舵杆转动。从油泵出来的液压油经过锁阀进入液压缸使柱塞来回移动,油缸的回油同样经过锁阀进入油泵吸口。
并联在闭式回路中的由两个单向阀组成的梭阀主要起到补油阀的作用，当这个闭式回路中出现因漏泄等原因造成流量不足时，梭阀补油到回路中。串联在主回路中的由两个液控单向阀组成的锁阀，当舵叶达到指定位置时，锁阀锁住主油路防止液压缸在波浪拍击舵叶时发生返流现象。并联在闭式回路中的溢流阀起安全阀的作用，同时起放浪阀作用。当舵叶停止转动时，由于受大浪或者其他外力作用的冲击产生超负载时可以允许短时间的开阀卸荷。另外在整个操舵系统出现超负荷的时候，也可以通过交流伺服电动机的限转矩保护功能动作而停机，达到安全防护作用。舵机的启动和停止、变向和变速都是由交流伺服电动机按照控制指令来实现的。
对转叶式舵机的分析本文将以“育鲲”轮舵机为例进行详细的讲述。
2“育鲲”轮转叶式舵机转舵机构和液压系统
2.1“育鲲”轮舵机概况及主要参数
“育鲲”轮舵机型号是Rolls-Royce Tenfjord SR723-FCF(SR: Spherical Rotary; FCP:Frequency Controlled Pumps)，采用球型转子的转叶式舵机。为满足造船规范要求，本舵机分别有两套独立的动力单元和控制单元，实现互为备用，也可以同时工作。可保证一台泵组出现故障后，迅速自动隔离，另一台泵组能正常工作。
“育鲲”轮转叶式舵机参数
转舵机构参数
舵机型号： SR723—FCP
最大工作压力： 125bar
设计压力： 156bar
最大扭矩： 412KNm
试验压力： 234bar
舵杆直径： 320mm
最大机械舵角： 2×44°
电气限制舵角： 2×43°
运行时间1台泵/2台泵： 28s/14s（30°— 0°—35°）
安全阀设定压力： 156bar
液压油泵参数
型号： FCP—75
安全阀设定压力： 125bar
试验压力： 188bar
变频电机参数
型号： NORM IEC 160LB—4
速度： 1450rmp
额定压力： 17，5KW(SI)
电压： 3×380V，50HZ
保护等级： IP55
2.2球形转舵机构结构特点
如图2所示，“育鲲”轮舵机的转舵机构设计成球形,转子和转叶做成一体，转子上的密封件由做成一体的合成材料构成，这样的结构使转舵机构能够承受或吸收较大的震动和冲击。三个转叶在环形油缸内带动舵杆以恒扭矩转舵。球形转子使内摩擦力降低到最小，同时消除了舵杆可能弯曲而引起对转舵机构的附加作用力。
舵杆1安装于转舵机构中央位置。轴套3与舵杆接触的内表面是圆柱形，外表面是锥形，它与转子内孔的锥形面相配合。转子与舵杆之间的转舵力矩是靠轴套的静摩擦力传递的。转舵机构与变频电机由螺栓紧固在一起，结合面安装密封环保证液压油不会泄露。转子安装在壳体内部，在转子和壳体上下部结合面处安装有轴承。下轴承承担转子、舵杆及舵叶的重量以及转舵时所产生的力，轴承由液压油进行润滑。转子和壳体中部形成液压油环形空间，三个定子和三个转叶将其分隔成六个空间。另外，转子和壳体之间安装密封装置，对液压油空间密封，允许少量油泄露润滑轴承。转子伸出壳体处有上下密封装置，防止液压油向外漏泄。
图2 球形转舵机构结构图
1—舵杆；2—转子；3—轴套；4—电机上壳体；5—电机下壳体；6—下轴承；7—上轴承和舵杆上部密封；8—下部密封；9—转子壳体密封；10—安装轴套注油孔；11—吊环；12—安装活塞；13—阀块；14—过滤单元
2.3液压系统工作原理
图3 Tenfjord SR723泵控型舵机液压系统原理图
1—转舵机构；2—双向泵；3—变频电机；4—单向阀；5—溢流阀；6二位三通电磁阀；7—逻辑阀（插装阀）；9—安全阀；10—储油柜；11—手摇泵；12—高置油柜；13—供液三通阀；14—控制单向阀
（1）液压回路
如图3所示。当驾驶台发出转舵信号时，通过变频器控制双向泵的转向和排量。同时，二位三通电磁阀有电，阀工作于左位，逻辑阀内的控制油卸荷，阀门打开。油泵输出的压力油经过单向阀、逻辑阀进入转舵油缸。而对应的转舵油缸的回油通过逻辑阀、溢流阀、回油滤器和单向阀到达油泵吸口。实际舵角与转舵指令相符后，油泵停止运转，二位三通电磁阀失电，工作于左位，逻辑阀关闭，锁闭油路，舵叶停留在所要求的舵角。
（2）液压系统中各装置和阀件的功能分析
逻辑阀7实现油路的锁闭功能。当实际舵角达到转舵指令舵角以后，电磁阀失电，工作在左位，液压油经过控制单向阀、电磁阀到达逻辑阀芯加压使阀芯锁闭，基本功能相当于液控单向阀。
在舵叶停止转动后，若有大浪或其他外力冲击，安全阀9会因管路中油压高于调定值（“育鲲”轮此阀设定值是156bar）时开启，使高压油腔与低压油腔旁通，以避免管路和液压元件承受过高压力，允许舵叶暂时偏让而“跑舵”；当冲击舵叶的外力消失后，由于实际舵角偏离指令舵角，电机重新启动，直至舵转回到与指令舵角相符为止。安全阀9亦称防浪阀。
溢流阀5在此系统中两个为一组，在工作的时候，油泵出口的溢流阀作安全阀使用，当出口压力超过调定值（“育鲲”轮此阀设定值是125bar）时阀开启，防止液压元件受到冲击。油泵吸口处溢流阀作单向阀使用。
高置油箱有油位计显示油箱油位。油箱中间有一隔板将油箱分为两部分，另外两边分别安装传感器监视两边油位。当一套动力单元漏油将不会干扰另一台动力单元的正常工作。高置油箱出来的液压油左右两路作用是：一是向闭路液压系统中补油；二是当逻辑阀卸荷打开时控制油回到高置油箱。同时中间一路进入转舵机构的低压腔。正常情况下油位过低会表明系统中有泄漏的发生，应及时查清故障并排除。当高置油柜缺油时，可用手摇泵及时从储油柜中向油柜补油。
2.4舵杆和转子安装方法
“育鲲”轮舵机舵杆与转子的安装采用了SKF机理（Hydraulic Shrink Fit principle），基于SKF机理的液压联接器将舵杆和转子紧固在一起，他们之间无键连接，提供了一种安全可靠的安装方法，且安装和拆卸方便，无需使用大型工具。此种安装机理还常用于螺旋桨和轴系之间的无键连接，以达到过盈配合。
2. 4. 1安装前的准备
在安装之前，首先查看转子机构、轴套和安装活塞等是否拥有相同序列号。轴套、安装活塞、转子内面和舵杆需经过彻底的清洗、去脂和检查。小的沟槽可能会导致液压油泄露，接触表面无法建立有效的油膜，产生拉痕达不到舵机正常的工作要求。经过仔细检查以后，打磨、清洗和润滑轴套外表面。
2. 4. 2安装步骤
首先，舵杆应处于一正确的高度，保证其对中，用链条机构将其固定并锁住。把安装活塞安装（其内有螺纹）在锥形轴套上，并用安装活塞上的吊环吊起该组件。再次检查舵杆和轴套接触面保证其表面没有任何润滑剂。然后，使轴套进入舵杆并慢慢向下安装直至距离基座下端150mm,用钢板将轴套进行支撑，停止安装，并卸下安装活塞。（如图4所示）然后，用润滑油涂于转子内孔上，并把转子悬挂于舵杆上部，使二者的中心线尽可能对中。再慢慢往下放，在转子内孔和锥形轴套稍有接触时停止下放，此时绝对不允许转子的所有重量坐落在锥形轴套上面。用MoS2（钼合金，一种良好的固体润滑剂）润滑轴套和安装活塞上的螺纹，并安装O-ring圈到轴套上部的槽内，保证下一操作的密封效果。再把安装
活塞安装到锥形轴套上，且上紧至规定值。同时确保O-ring圈良好的状态防止在安装过程中的扭曲。然后，取消支撑锥形轴套的钢板。此时，转子仍然处于悬挂状态。
图4 舵杆和轴套安装图
最后安装注油泵和安装泵，尽可能提供说明书指定的液压油，并按顺序提高油压，使轴套和转子相对运动，直至规定的安装尺寸。作业过程中，注油泵和转子上的A口用高压油管相连接，这样就会在转子和锥形轴套之间形成一层薄的油膜，在油压的作用下使转子的内径增加。安装泵通过安装活塞上的B口和环形槽相连接，液压油通入环形槽中在油压的作用下能够拉伸转子内的锥形轴套。当操作安装泵和注油泵时尽可能同时缓慢的进行。慢慢的将转子放下，直至轴套达到说明书所要求的拉长长度。（如图5所示）
释放转子和锥形轴套之间的液压油，此时转子将会收缩产生压力，由此在转子、轴套和舵杆之间产生的摩擦力用于传递转舵扭矩。保持半小时环形槽内的油压，再次检查其轴套的拉长长度。如符合说明书要求，释放槽内油压并再次重新检查轴套的拉长长度。
图5 转子和轴套的安装图
1—安装活塞； 2—O-ring； 3—转子； 4—锥形轴套； 5—舵杆；A—注油泵连接口；B—安装泵连接口
2. 4. 3安装中的注意事项
为了控制安装过程中转子和锥形轴套之间的运动可控，以免损坏接触面，必须在注油泵
动作之前建立环形槽内的油压。同时，通过控制环形槽内的液压油的释放速度来控制轴套的移动速度。一定要仔细缓慢操作，避免转子内径的永久变形。另外，在锥形轴套和转子之间要保留足够的油膜，以便在拆卸时两部件的分离。
安装时，如果转子和轴套之间的运动出现跳动，则表明两者之间的油膜不够，这样会拉伤表面。因此，需要加大注油泵的流量，以重新建立油膜。两者间的运动应该是平滑均匀的。液压联接器安装完成以后，在24小时之内不准转动，不准在上面加载任何力矩和转矩。24小时之内保持油孔A、B处于打开状态，为了消除表面油膜保证接触面之间的摩擦力；24小时以后把油孔A、B用专业旋塞封闭。
在舵杆和转子的安装和拆卸过程中液压油黏度是一重要参数。安装泵和注油泵应选择同样的液压油，其黏度值大约为20℃ 300cst；如工作在一温度较低环境下时其黏度值大约为50℃ 100cst。低粘度的液压油可以使转子和轴套的延伸相对简单。
3“育鲲”轮舵机随动控制系统
图6 随动控制系统结构图
图7 随动控制系统框图
3.1“育鲲”轮驾驶台操舵指令
“育鲲”轮舵机在驾驶台有三种操舵方式：一是自动舵航行。大海航行时，航向定向，转自动位置，自行操舵，保持航向，驾驶人员对舵机整个系统是否运行正常进行监视；二是随动舵航行。舵令下达后，人工操纵舵轮或操作手柄控制舵叶转动。当舵叶舵角达到指令舵角自动停转；三是非随动舵航行（应急航行），此种操舵信号直接输入泵卡进行信号放大，控制变频电机的运转，实现转舵的目的。但当舵叶舵角达到指令舵角时舵机不会自动停转，需要人工的持续控制。在三种操舵方式中非随动舵最为安全可靠。当前两种操舵方式出现故障，应立即转为非随动舵，保持航向的连续可控。正常工作时，舵机舱内的舵机控制位置转换开关在遥控位，当驾驶台三种操舵方式均失灵，应将控制位置转换开关转换到本地控制，由操舵人员操作控制箱上的操舵按钮来控制舵机。驾驶台和舵机舱的非随动舵（应急舵）需要定期试验，确保功能正常。
3.2控制信号比较放大
如图6、7所示。驾驶台操舵指令与来自反馈单元的反馈信号的比较放大在辅助操舵单元中进行。辅助操舵单元主要由电源单元、选择单元、反馈信号处理单元和放大单元四部分组成。
电源单元主要将接收的220VAC转换为24VDC、10VDC和5VDC，供辅助操舵单元各电子元件电源；
选择单元作用有三个：一是操舵地点的确定。驾驶台左、中、右和远程遥控都可以对舵机进行操作。当某一位置发出操舵信号，选择单元将自动的屏蔽其他位置所发出的信号，以免信号相互干扰出现误操作；二是操舵模式的选择。驾驶台舵机控制面板是有自动舵、随动舵和非随动舵转换开关，当驾驶员选定一操舵模式以后，选择单元将根据选择的模式接通相应的功能元件，切断其他模式功能元件；三是动力单元的选择。“育鲲“轮有两套相互独立的动力单元，选择单元可以选定一套动力单元运转，也可以选择两套单元的同时运转。
反馈信号处理单元接收来自于反馈单元的反馈舵角信号。同时一旦检测不到来自于反馈单元的舵角信号，反馈卡将显示和输出一报警信号，冻结舵机的运转。
放大单元接收来自于选择单元的操舵信号，与反馈舵角信号进行比较放大，输出一电压信号到泵卡。当操舵模式选择为非随动舵，驾驶台输出的操舵电压信号将直接输入至泵卡。放大单元并被辅助操舵系统自动隔离，无法与反馈电压信号进行比较放大并输出一电压信号送至泵卡。
以下是对随动控制系统比较放大电路图展开详细的分析。（如图8所示）
（1）操作方式选为随动舵，隔离非随动舵，会使14AC输入一高电平，使线圈-K2得电以后动作，其常开触点闭合而常闭触点打开。并且此高电平通电一个与非门和一与门，触发D/A转换器工作。
（2）给定随动命令信号（左舵），使8AC输入一高电平信号加在2区比较器负输入端，并输出一低电平，后经过A/D、D/A转换器转换以后加在6区比较器正输入端并输出一高电平信号，经过一功能器（-JP60）后与反馈电压信号进行叠加并加在7区比较器负输入端，输出一命令电压信号。
（3）随着舵叶的向左转动，反馈舵角信号使12C输入一低电平信号加在比较器正输入端，并输出一低电平。此电平信号与并一路电压信号叠加形成一低电平，加在一比较器负输入端输出一正电平信号，与输入的命令信号相叠加，形成一负反馈控制。负反馈控制说明实际舵角接近指令舵角时，电机的转速变慢，输出的转舵力矩逐渐缩小，这样可以实现舵机的平稳起停。
图8 随动控制系统比较放大单元电路图
3.3驱动和反馈单元
驱动功能的实现是在泵卡中完成。泵卡的作用有三个：一是为整个操舵单元提供220VAC；二是控制变频器的起停；三是对操舵电压信号进行再一次的放大并传送至变频器。
反馈单元包括舵角显示变送器、舵机限位旋钮和控制系统传送器。反馈单元安装在转舵机构上部，通过链条和舵杆相连接。当舵杆发生转动时，链条相应的进行转动，通过电位器将转动角度转变为电压信号，此信号一路传送至辅助控制单元与操舵信号进行比较放大；另一路送入显示屏进行转换后对舵角进行显示。
3.4变频电机和双向油泵
Tenfjord SR723泵控型舵机采用了由变频电机驱动的双向泵。当有转舵信号时，电机和泵开始工作，电机的转速和方向由变频器控制。变频器送出的电压取决于辅助操舵单元（随动舵）或驾驶台（非随动舵）输入的电压信号并经过放大。随动模式下当舵角偏差较大时，变频器控制电机快速运转令双向泵大排量工作；随着舵角偏差的逐渐减小，电机的转速降低导致泵的排量减小，转舵速度降低；当实际舵角等于指令舵角时，泵和电机处于停止状态，逻辑阀关闭将舵锁在停止位置。
4“育鲲”轮转叶式舵机的主要特点
（1）“育鲲”轮转叶式舵机结构设计紧凑，占用空间较小，质量较轻，外形设计比往复式舵机小得多，不需要特别大的外围空间。另外转叶式舵机完整供货简单，上船之前不需要接任何管系，省却了往复式舵机安装之前对舵机专业油管的保护、表面及内部的清洁处理，也省却了设计工时和安装工时。
（2）“育鲲”轮转叶式舵机振动和噪音较小。因噪音主要是液压油产生的油压高低及管路长短决定，而此转叶式舵机与往复式舵机相比，有油管少短的特点，且油压较低，因此振动和噪音也相应较小。
（3）“育鲲”轮转叶式舵机舵杆和转子的连接采用的是液压联接器，实现其无键连接使两者过盈配合。此连接方式安全可靠。安装和拆卸过程简单，而且无需使用大型工具。
（4）由于“育鲲”轮转叶式舵机的高度集成化，内部结构较为复杂，转舵机构内部的密封部位较多，一旦有液压油泄露将不易被发现，船舶的转舵性能将大大降低，转舵所产生的力减小，转舵时间变长。内部泄露也是转叶式舵机产生故障的主要原因之一。
（5）“育鲲”轮转叶式舵机旋转舵叶所用的力不会随着转动角度的增大而增大，基本保持不变。而往复式舵机，随着转动角度的增大，舵机旋转所需的力也跟着增大，因此，在转叶式舵机和往复式舵机在旋转相同角度的情况下，转叶式舵机所损耗的功率较小，效率较高。
（6）“育鲲”轮转叶式舵机采用变频电机，电机和泵处于间断工作，极大的缩减工作时间。而在常规舵机液压系统中，电机和泵一直处于转动状态。相比之下，此舵机的工作寿命更为长久，同时舵机的启动和停止平稳，可实现准确的逻辑控制。
5“育鲲”轮舵机故障简析
故障现象一：在船舶起航时，驾驶台的操作位置是随动舵，打出一舵角（大舵角和小舵角出现了相同情况），实际舵角与指令舵角一致时变频电机依然运转，直至舵角达到20°—30°才停止。由于船舶正在港内航行情况紧急，转为非随动舵（应急舵）控制船舶方向，随动舵在非随动舵使用不久自动恢复正常，此航次舵机将不会再出现相同问题。此故障出现在“育鲲”轮上出现了三次，此为偶发故障，没有经过任何修理舵机自动恢复正常。
故障原因：反馈单元出现短暂的电气断路，此时送出的反馈信号无法正常显示实际舵角。而控制单元是根据舵角偏差在PID调节后决定电机转速，因此电机会一直处于高转速工作状态，不会在指令舵角和实际舵角一致时而停止。当舵角达到大舵角位置，舵机可能因为反馈单元的舵叶偏转限位保护或者控制单元的工作自检作用而停止转舵，防止了操舵设备受损。
故障现象二：当舵机进行随动舵模式和自动舵模式相互转换时，两模式无法正常及时发生转换。而随动舵或自动舵向非随动舵（应急舵）转换可以正常的实现。
故障原因：操舵失误。根据说明书要求，当随动舵模式和自动舵模式相互转换时，操舵指令舵角必须和反馈舵角显示处于一致，否则无法进行转换操作。由于非随动舵具有优先权利，操舵指令直接传送给泵卡，所以当其他操舵模式转换为非随动模式可正常实现。正确操作：当随动舵和自动舵实行转换时，首先将转舵手柄调制此时的舵叶角度位置，实行转换；或者在舵角显示为0°时进行模式转换。
6“育鲲”轮舵机的维护保养
6.1液压油的选择
舵机使用的液压油黏度必须适当，不随温度变化而有较大变化。液压油黏度过低导致泄漏量增大，影响舵机的工作性能；黏度过高则油液流动阻力大，降低油泵的容积效率，从而降低舵机灵敏度，增加耗能。
因此舵机的工作性能很大程度上决定与液压油的选择。选择油的类型时应充分考虑船舶所航行的区域范围和液压元件的温度。最好选择说明书所提供的液压油品种。
6.2换油和除气
换油。系统换油的间隔时间取决于舵机工作小时数和液压油质量。在下列情况下应该更换液压油：（1）在转子的活塞密封更换时液压油也应该同时更换；（2）系统中的任何液压元件发生损坏，液压油可能会被污染应更换。另外，轮机员应该每年对舵机液压油抽样一次到两次，并且及时进行检测。换油方法：将干净的液压油倒入油箱或油泵内，打开高置油箱通
气阀和截止阀以及油泵上的除气塞。
除气。如果系统中处在空气，油泵在工作时将发出异常的声响，转舵速度也会降低，这将对舵机造成一定的损害。另外在检修或更换液压油以后没有除气的情况下，绝对不允许将舵叶达到最大角度。除气方式：（1）启动一台油泵，旋开左边除气塞2-3圈，在机旁用应急操舵的方法向右边短暂打舵，当看见持续的油流停止并扭紧除气塞。（2）旋开右边除气塞2-3圈，向左边短暂打舵，重复上面的步骤。
6.3日常管理注意事项
（1）舵机的工作环境。舵机间应该保持清洁、干燥和适合的温度，以防止机械、电器元件过热腐蚀、过热等造成损坏，保证设备的工作性能，并为管理人员提供有力的工作环境。冬季注意供热保温，夏季和潮湿季节应注意适当通风。
（2）油箱油位。高置油箱和补油箱的油位应保持在油位计的三分之二高度左右。油位增高表明油中混入过多气泡或油冷却器漏水，油位降低则表明系统漏油，都应及时查明修复。
（3）设备和液压油工作温度。泵和电机等机电设备不应有过热现象，否则应立即查明原因，予以消除。泵轴承部位的温度比油温高10—20℃为正常。最适合的工作油温是30—50℃，高于50℃时应使用油冷却器。工作油温一般应不超过60℃，超过70℃时一般应停止工作，查明原因，加以解决。
（4）振动与噪声。舵机应运行平稳、安静。如有异常应及时查明原因，设法处理。
（5）电气设备。定期检查电气设备的绝缘，检查和清洁触头，检查和防止各接头松动，及时更换损坏的按钮、开关等元件，保持电气设备、仪表、指示灯和照明完好。
总结
船舶舵机是船舶正常安全航行的重要设备。本文对“育鲲”轮转叶式舵机的转舵机构、液压系统原理和随动控制系统有一详细的介绍，并归纳了舵机使用过程中出现的故障及相应的解决办法。希望本文能为轮机员以后工作提供参考。感谢“育鲲”轮轮机长李世臣、大管轮仉大志、电机员邸德辉在本文的定题和写作过程中提供的指导和帮助。
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[5 ] 陈海泉.船舶液压设备原理及维修技术.大连：大连海事大学出版社，2009
详细的舵机控制原理资料
目录 一．舵机PWM信号介绍 (1) 1．PWM信号的定义 (1) 2．PWM信号控制精度制定 (2) 二．单舵机拖动及调速算法 (3) 1．舵机为随动机构 (3) （1）HG14-M舵机的位置控制方法 (3) （2）HG14-M舵机的运动协议 (4) 2．目标规划系统的特征 (5) （1）舵机的追随特性 (5) （2）舵机ω值测定 (6) （3）舵机ω值计算 (6) （4）采用双摆试验验证 (6) 3．DA V的定义 (7) 4．DIV的定义 (7) 5．单舵机调速算法 (8) （1）舵机转动时的极限下降沿PWM脉宽 (8) 三．8舵机联动单周期PWM指令算法 (10) 1．控制要求 (10) 2．注意事项 (10) 3．8路PWM信号发生算法解析 (11) 4．N排序子程序RAM的制定 (12) 5．N差子程序解析 (13) 6．关于扫尾问题 (14) （1）提出扫尾的概念 (14) （2）扫尾值的计算 (14)
一．舵机PWM 信号介绍 1．PWM 信号的定义 PWM 信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。具体的时间宽窄协议参考下列讲述。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够应用于传统的模型上面了。 目前，北京汉库的HG14-M 舵机可能是这个过渡时期的产物，它采用传统的PWM 协议，优缺点一目了然。优点是已经产业化，成本低，旋转角度大（目前所生产的都可达到185度）；缺点是控制比较复杂，毕竟采用PWM 格式。 但是它是一款数字型的舵机，其对PWM 信号的要求较低： （1） 不用随时接收指令，减少CPU 的疲劳程度； （2） 可以位置自锁、位置跟踪，这方面超越了普通的步进电机； 其PWM 格式注意的几个要点： （1 ） 上升沿最少为0.5mS ，为0.5mS---2.5mS 之间； （2） HG14-M 数字舵机下降沿时间没要求，目前采用0.5Ms 就行；也就是说PWM 波形 可以是一个周期1mS 的标准方波； （3） HG0680为塑料齿轮模拟舵机，其要求连续供给PWM 信号；它也可以输入一个周 期为1mS 的标准方波，这时表现出来的跟随性能很好、很紧密。
舵机原理
1、概述 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制： 1) 发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推力）； 2) 副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞机的横 滚运动； 3) 水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角； 4) 垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角； 不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操 作性动作时都可以用舵机来实现。 2、结构和控制 一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。
工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。 舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是4.8V，一是6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba的一般为白色，JR的一般为桔黄色。另外要注意一点，SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而
挖掘机节能液压控制系统分析与应用解读
挖掘机节能液压控制系统分析与应用? 李艳杰 1,2于安才 2姜继海 2 (1. 沈阳理工大学机械工程学院沈阳 110159; 2. 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨 150001 摘要 :深入分析了现代液压挖掘机中三种主流的节能液压系统——负流量控制、正流量控制和负载敏感系统的基本工作原理, 重点分析了它们在不同系列挖掘机中的应用;介绍了两种新型挖掘机液压系统的基本原理;分析表明三种典型挖掘节能液压系统都具有一定的节能效果,但工作原理各有不同;新型的挖掘机液压系统虽然还在研发阶段,但具有更好的节能效果及应 用前景。 关键词:液压挖掘机负流量控制正流量控制负载敏感系统 中图分类号 TU621 Analyses and Application of Energy-Saving Hydraulic Control System of Excavator LI Yan-jie1,2YU an-cai2JIANG Ji-hai2 (1. School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159; 2. School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001 Abstract : Negative flow control, positive flow control and load sensing are the general energy-saving hydraulic systems of modern hydraulic excavator. The basic principles of the three typical hydraulic control systems were analyzed deeply. Their application in different kind of excavators is mainly analyzed. The principles of two new
舵机液压系统产生故障原因分析
舵机液压系统产生故障原因分析 摘要：舵机是船舶上的一种大甲板机械。舵机的大小由外舾装按照船级社的规范决定，选型时主要考虑扭矩大小。船用舵机目前多用电液式，即液压设备由电动设备进行遥控操作。本文中就针对相对常见的泵控型液压舵机为例，对液压系统失效原因，进行分析并对可能出现的故障点进行故障排除。 关键词：舵机；大甲板机械；故障排除 引言 舵机是船舶上的一种大甲板机械。舵机的大小由外舾装按照船级社的规范决定，选型时主要考虑扭矩大小。船用舵机目前多用电液式，即液压设备由电动设备进行遥控操作。有两种类型：一种是往复柱塞式舵机，其原理是通过高低压油的转换而做功产生直线运动，并通过舵柄转换成旋转运动。另一种是转叶式舵机，其原理是高低压油直接作用于转子，体积小而高效，但成本较高。 1.舵机液压系统产生故障原因分析 1.1液压系统常见故障类型 根据液压油流向变换方法的不同，液压舵机分为泵控型液压舵机和阀控型液压舵机。其液压系统都是由动力元件液压泵、控制元件、执行元件、辅助元件、工作介质液压油等五部分组成。液压舵机是在海上进行使用，由于受到使用环境的限制，舵机液压系统故障不容易进行检测，也比较难以发现，同时出现故障的类型又呈现多样化。因此要对舵机在使用过程中液压系统容易出现的故障进行统计和分析，找出产生各种故障之间内在的共同因素，总结出容易出现以下比较常见的几种故障类型。 1.1.1异常振动和响声当液压系统出现故障时，往往表现为产生异常的振动和响声。当舵机运行过程中出现异常的振动和响声，很大可能是液压系统中某一个环节出现了故障。 图1 舵机液压系统示意图 1.1.2液压系统液压油压力不足或压力波动较大液压系统中液压油的压力决定了执行元件液压缸输出的推力的大小。液压油压力不足或没有压力都将难以驱动舵叶转动，从而不足以产生足够的转船 图2 舵机液压系统压力不足或压力波动较大系统原因示意图 1.1.3液压油流量不稳定液压系统中液压油的流量决定了执行元件液压缸移动的速度。流量不足或流量波动较大都会对舵叶转动的时间及转动稳定性产生影
舵机的工作原理
基于AT89C2051单片机的多路舵机控制器设计 摘要舵机是机器人、机电系统和航模的重要执行机构。舵机控制器为舵机提供必要的能源和控制信号。本文提出一种以外部中断计数为基础的PWM波形实现方法。该方法具有简单方便，成本低，可实现多路独立PWM输出的优点。 关键词A T89C205l 舵机控制器外部中断PWM 舵机是一种位置伺服的驱动器。它接收一定的控制信号，输出一定的角度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在微机电系统和航模中，它是一个基本的输出执行机构。 1 舵机的工作原理 以日本FUTABA-S3003型舵机为例，图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。 舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA66881。的12脚进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送人电机驱动集成电路BA6686，以驱动电机正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器R。，旋转，直到电压差为O，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。 2 舵机的控制方法 标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图2所示。 电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。 3 舵机控制器的设计 (1)舵机控制器硬件电路设计 从上述舵机转角的控制方法可看出，舵机的控制信号实质是一个可嗣宽度的方波信号(PWM)。该方波信号可由FPGA、模拟电路或单片机来产生。采用FPGA成本较高，用模拟电路来实现则电路较复杂，不适合作多路输出。一般采用单片机作舵机的控制器。目前采用单片机做舵机控制器的方案比较多，可以利用单片机的定时器中断实现PWM。该方案将20ms的周期信号分为两次定时中断来完成：一次定时实现高电平定时Th；一次定时实现低电平定时T1。Th、T1的时间值随脉冲宽度的变换而变化，但，Th+T1=20ms。该方法的优点是，PWM信号完全由单片机内部定时器的中断来实现，不需要添加外围硬件。缺点是一个周期中的PWM信号要分两次中断来完成，两次中断的定时值计算较麻烦；为了满足20ms 的周期，单片机晶振的频率要降低；不能实现多路输出。也可以采用单片机+8253计数器的实现方案。该方案由单片机产生计数脉冲(或外部电路产生计数脉冲)提供给8253进行计数，由单片机给出8253的计数比较值来改变输出脉宽。该方案的优点是可以实现多路输出，软件设计较简单；缺点是要添加l片8253计数器，增加了硬件成本。本文在综合上述两个单片机舵机控制方案基础上，提出了一个新的设计方案，如图4所示。 该方案的舵机控制器以A T89C2051单片机为核心，555构成的振荡器作为定时基准，单片机通过对555振荡器产生的脉冲信号进行计数来产生PWM信号。该控制器中单片机可以产生8个通道的PWM信号，分别由AT89C2051的P1．0～Pl.7(12～19引脚)端口输出。输出的8路PWM信号通过光耦隔离传送到下一级电路中。因为信号通过光耦传送过程中进行了反相，因此从光耦出来的信号必须再经过反相器进行反相。方波信号经过光耦传输后，前沿和后沿会发生畸变，因此反相器采用CD40106施密特反相器对光耦传输过来的信号进行整形，产生标准的PWM方波信号。笔者在实验过程中发现，舵机在运行过程中要从电源
挖掘机力士乐液压系统分析
挖掘机力士乐液压系统分析 [主要内容] 介绍了力士乐闭中心负载敏感压力补偿挖掘机液压系统组成及其工作原理、特性。重点分析了多路阀 液压系统、液压泵控制系统、各主要液压作用元件液压回路及多路阀先导操纵系统等。 目前液压挖掘机有两种油路:开中心直通回油六通阀系统和闭中心负载敏感压力补偿系统,我国国产液压挖掘机大多采用“开中心”系统,而国外著名的挖掘机厂家基本上都采用“闭中心”系统。闭中心具有明显的优点,但价格较贵。国内厂家对开中心系统比较熟悉,而对闭中心系统不太了解,因此有必要来介绍一下闭中心系统,本文重点分析力士乐闭中心负载敏感压力补偿(LUDV)挖掘机油路。 LUDV意为与负载无关的分配阀。 LUDV系统 力士乐挖掘机液压系统可以看作由以下4部分组成: ①多路阀液压系统(主油路); ②液压泵控制液压系统(包括与发动机综合控制); ③各液压作用元件液压子系统,包括动臂、斗杆、铲斗、回转和行走液压系统,还包括附属装置液压系统; ④多路阀操纵和控制液压系统。
1多路阀液压系统 多路阀液压系统是液压挖掘机的主油路,它确定了液压泵如何向各液压作用元件的供油方式,决定了液压挖掘机的工作特性。力士乐采用的闭中位负载敏感压力补偿多路阀液压系统的工作原理见图1(因换向阀不影响原理分析,故未画出)。 图1挖掘机力士乐主油路简图 挖掘机力士乐主油路由工装油路和回转油路二个负载敏感压力补偿系统组成。 1.1工装油路 工作装置和行走油路(除回转外)简称工装油路,用阀后补偿分流比负载敏感压力补偿(LUDV)系统,具有抗饱和功能。在每个操纵阀阀杆节流口后,设压力补偿阀,然后通过方向阀向各液压作用元件供油。LUDV多路阀原理符号见图2。
电动液压舵机的工作原理及使用管理
毕业专题论文 电动液压舵机的工作原理及运行管理 The working principle and management of the electro-hydraulic steering gear 学生姓名张学印 所在专业轮机工程 所在班级轮机1062 申请学位学士学位 指导教师陈波职称讲师副指导教师职称
目录 摘要 ......................................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................................... II 引言 .. (1) 1 舵机的工作要求及工作原理 (1) 1.1对舵机的工作要求 (1) 1.2阀控型液压舵机工作原理 (2) 1.2.1 工作原理 (2) 1.2.2 压力控制 (3) 1.2.3 补油、放气和舵角指示 (4) 1.3泵控型液压舵机工作原理 (5) 1.3.1 工作原理 (5) 1.3.2 主油路的锁闭 (6) 1.3.3 工况选择 (6) 1.3.4 压力保护、补油、放气和舵角指示 (7) 2 潜在故障分析 (7) 2.1液压系统故障 (8) 2.1.1 可能引起的故障及分析 (8) 2.1.2 预防措施 (8) 2.2电子系统故障 (9) 2.2.1 通信故障 (9) 2.2.2 遥控故障 (9) 2.2.3 预防措施 (9) 2.3电力系统故障 (9) 2.3.1 主要故障及危害 (9) 2.3.2 预防措施 (10) 3 舵机的工作要求及日常管理 (10) 3.1舵机的日常管理 (10) 3.1.1 系统的清洗和充油 (10) 3.1.2 舵机的试验和调整 (10) 3.2舵机日常管理注意事项 (11) 结束语 (11) 鸣谢 (12) 参考文献 (13)
航模舵机控制原理详解
在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。 其工作原理是： 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。 3. 舵机的控制： 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms 范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的： 0.5ms--------------0度； 1.0ms------------45度； 1.5ms------------90度； 2.0ms-----------135度； 2.5ms-----------180度； 这只是一种参考数值，具体的参数，请参见舵机的技术参数。 小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V，转速也不是很快，一般为0.22/60度或0.18/60度，所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时，舵机可能反应不过来。如果需要更快速的反应，就需要更高的转速了。 要精确的控制舵机，其实没有那么容易，很多舵机的位置等级有1024个，那么，如果舵机的有效角度范围为180度的话，其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了，从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。如果你拿了个舵机，连控制精度为1度都达不到的话，而且还看到舵机在发抖。在这种情况下，只要舵机的电压没有抖动，那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢？当然和你选用的脉冲发生器有
挖掘机基本构造工作原理
第一部分：挖掘机 第一章挖掘机的基本构造及工作原理 第一节概述 一、单斗液压挖掘机的总体结构 单斗液压挖掘机的总体结构包括①动力装置、②工作装置、③回转机构、④操纵机构、⑤传动系统、⑥行走机构和⑦辅助设备等，如图所示。
常用的全回转式液压挖掘机的动力装置、传动系统的主要部分、回转机构、辅助设备和 驾驶室等都安装在可回转的平台上，通常称为上部转台。因此又可将单斗液压挖掘机概括成 工作装置、上部转台和行走机构等三部分。 工作装置——①动臂、②斗杆、③铲斗、④液 压油缸、⑤连杆、⑥销轴、⑦管路 上部转台——①发动机、② 减震器主泵、③主阀、④驾 驶室、⑤回转机构、⑥回转 支承、⑦回转接头、⑧转台、 ⑨液压油箱、⑩燃油箱、○11 控制油路、○12电器部件、○13 配重 行走机构——①履带架、② 履带、③引导轮、④支重轮、 ⑤托轮、⑥终传动、⑦张紧 装置 挖掘机是通过柴油机把柴油的化学能转化为机械能，由液压柱塞泵把机械能转换成液 压能，通过液压系统把液压能分配到各执行元件（液压油缸、回转马达+减速机、行走马达 +减速机），由各执行元件再把液压能转化为机械能，实现工作装置的运动、回转平台的回 转运动、整机的行走运动。 二、挖掘机动力系统 1、挖掘机动力传输路线如下 １）行走动力传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——中央回转接头——行走马达（液压能转化为机械能）——减速箱——驱动轮——轨链履 带——实现行走 ２）回转运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——回转马达（液压能转化为机械能）——减速箱——回转支承——实现回转 ３）动臂运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——动臂油缸（液压能转化为机械能）——实现动臂运动 ４）斗杆运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——斗杆油缸（液压能转化为机械能）——实现斗杆运动 ５）铲斗运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——铲斗油缸（液压能转化为机械能）——实现铲斗运动
液压舵机
第六节液压舵机 1056 平衡舵是指舵叶相对于舵杆轴线。 A．实现了静平衡 B．实现了动平衡 C．前后面积相等 D．前面有一小部分面积 1057 平衡舵有利于。 A．减小舵叶面积 B．减少舵机负荷 C．增大转船力矩 D．增快转舵速度1058 舵叶上的水作用力大小与无关。 A．舵角 B．舵叶浸水面积 C．舵叶处流速 D．舵杆位置 1059 舵机转舵扭矩的大小与有关。 A．水动力矩 B．转船力矩C．舵杆摩擦扭矩 D．A与C 1060 舵叶的平衡系数过大会造成。 A．回舵扭矩增大 B．转舵速度变慢 C．船速下降 D．转舵扭矩增大 1061 船舶倒航时的水动力矩不会超过正航时的水动力矩，因为倒航时。 A．最大航速低 B．水压力中心距舵杆距离近 C．倒航使用舵角小 D．A＋ B 1062 采用平衡系数恰当的平衡舵主要好处是。 A．舵杆轴承径向负荷降低 B．转舵速度提高 C．常用舵角和最大航角时转航为拒皆降低 D．常用舵角时转舵扭矩不降低，最大舵角时降低 1063 舵的转船力矩。 A．与航速无关 B．与舵叶浸水面积成正比 C．只要舵角向90度接近，则随之不断增大 D．与舵叶处水的流速成正比 1064 关于舵的下列说法错的是。 A．船主机停车，顺水漂流前进，转航不会产生舵效。 B．转舵会增加船前进阻力。 C．转舵可能使船横倾和纵倾。 D．舵效与船途无关 1065 船正航时下列情况中舵的水动力矩帮助舵叶离开中位。 A. 平衡舵小舵角时 B．平衡舵大舵角时 C．不平衡舵小舵角时 D．不平衡舵大舵角时 1066 正航船舶平衡舵的转舵力矩会出现较大负扭矩的是。 A．小舵角回中 B．小舵角转离中位 C．大舵角回中 D．大舵角转离中位1067 限定最大舵角的原因主要是。 A．避免舵机过载 B．避免工作油压太高 C．避免舵机尺度太大 D．转船力矩随着舵角变化存在最大值 1068 某船若吃水和航速相同，在最大舵角范围内操舵，正航与倒航所需转舵力矩。 A．相同 B．前者大 C．后者大 D．因船而异 1069 舵机公称转舵扭矩是按正航时确定，因为。 A．大多数情况船正航 B．正航最大舵角比倒航大 C．同样情况下正航转舵扭矩比倒航大D．正航最大航速比倒航大得多 1070 舵机在正航时的转舵扭矩一般比倒航大，因为。 A．倒航舵上水压力的力臂较短 B．同样航速倒航时舵上水压力较小 C．A十B D．倒航最大航速比正航小得多 1071 下列关于舵的水动力矩和转船力矩的说法对的是。 A．与船速成正比 B．与船速平方成正比 C．与舵叶处水流速度成正比 D．与舵叶处水流速度平方成正比 1072 舵机公称转舵扭矩是指转舵扭矩。 A．平均 B．工作油压达到安全阀开启时 C. 船最深航海吃水、最大营运航速前进，最大舵角时的 D．船最深航海吃水、经济航速前进，最大舵角时的
掘进机液压系统的故障分析与排除
三一重型装备有限公司产品汇报资料 1E B Z 掘进机液压系统的故障分析与排除 2010年2月 掘 进机液压系统的故障分析与排除 三一重装生产的ＥＢＺ系列掘进机，是目前国内掘进机中最先进的煤机设备．它在设计生产和设计过程中全部使用了先进的生产工艺和世界尖端设备技术．由其是液压系统，它的生产供应都是国际技术最先进的液压厂商，其产品的先进性及可靠、准确性都是世界液压产品中屈指可数的．但精密的液压产品对工作介质的要求要高于国内产品．这就对我们的服务工程师在维护方面提出了更高的要求．在液压
系统的故障中，由于液压油质量不好及变质／污染和在维修中杂质的侵入，是造成系统的主要故障，它占液压系统的故障率的８０％．而人为故障与设备故障只站故障率的２０％． １.液压系统工作介质（液压油）对系统的影响及常见故障 液压工作的介质有两个主要的功用，一是传递能量和信号，二是起润滑＼防锈\冲洗污染物质及带走热量等重要作用．所以我们在对掘进机的维护中就必须注意液压油的质量．液压油的质量不好及污染可以造成多方面系统故障． 一：液压系统温度过高对液压系统的影响．由于油质的质量问题在使用过程中会造成系统的温度升高，如果一但温度升高，就会使油液的黏度下降．造成润滑油膜变薄，破坏了油液的润滑链．使液动元件磨损，内泄增加．会造成油泵容积和效率下降，油泵的磨损增加，使用寿命缩短：对液压元件来说，温度升高产生的热膨胀会使配合间隙减小，造成元件的失灵或卡死，同样会造成密封元件变形和老化使系统漏油． 二：水分对液压系统的影响 液压系统中水含量超过０５％后，一般会出现混浊，加速油品的老化，产生锈蚀或腐蚀金属，油中带水后会使油品乳化，润滑性明显下降． 三：空气对液压系统的影响 液压系统中溶入空气后．当压力经减压阀降低时，空气会从油中以极高的速度释放出来，造成气塞／气穴／气蚀，产生强烈的振动和
舵机原理及其使用详解
舵机的原理，以及数码舵机VS模拟舵机 一、舵机的原理 标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图2所示。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例，图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。 3003舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686，以驱动电机正反转。当电机转动时，通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转，直到电压差为O，电机停止转动。 舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化，改变舵机的位置。 有个很有趣的技术话题可以稍微提一下，就是BA6688是有EMF控制的，主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的:
收到1个脉冲以后，BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲，2个脉冲比较以后展宽，输出给驱动使用。当输出足够时候，马达就开始加速，马达就能产生EMF，这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压，所以正常不能检测到的，但是运行以后就电平发生倾斜，就能检测出来。超过EMF 判断电压时候就减小展宽，甚至关闭，让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近) 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片，就没有EMF控制，马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象，产生抖舵 电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20ms(即频率为50Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。
液压挖掘机液压系统介绍
液压挖掘机液压系统介绍 newmaker 按照挖掘机工作装置和各个机构的传动 要求，把各种液压元件用管路有机地连 接起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。其功能是，以油液为工作介质，利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等将液压能转返为机械能，实现挖掘机的各种动作。 基本要求 液压挖掘机的动作复杂，凡要机构经常启动、制动、换向、负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外作业，温度和地理位置变化大，因此根据挖掘机的工作特点和环境特点，液压系统应满足如下要求： 1）要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以互相配合实现复合动作。2）工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，以提高挖掘机的生产率。3）履带式挖掘机的左、右履带分别驱动，使挖掘机行走方便、转向灵活，并且可就地转向，以提高挖掘机的灵活性。 4）保证挖掘机的一切动作可逆，且无级变速。 5）保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护；回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快带下降和整机超速溜坡。 为此，液压系统应做到： 1）有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。 2）液压系统和液压元件在负载变化大、急剧的振动冲击作用下，具有足够的可靠性。 3）调协轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时液压油温不超过80度，或温升不超过45度。 4）由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要好，液压元件对油液污染的敏感性低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。 5）采用液压或电液伺服操纵装置，以便挖掘机设置自动控制系统，进而提高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。
液压舵机操作实验
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 D D1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：Y D100－ 1.6／ 2 8 公称力矩： 1.6 t m（15.6 KN.M） 转舵时间：28 sec 最大转角正负35度 工作压力：100 kg／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：0.8 kW 电动机转速: 1500 r.p.m． 电动机电压。380 V 油泵型号；10 SCYI4一1 油泵排量；10 m L／r 最大工作压力：320 kg／cm2(31.4MPa) 电磁阀型号: 34 E 1M－B10H－T
电磁阀流量：40L／min 电磁阀最大工作压力：210 kg／cm2（20.59 MPa） 溢流阀型号：Y E－B10 C 电磁阀流量：40 L／min 溢流阀最大工作压力：140 kg／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= Z η 4 cos2a 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
舵机工作原理要点
舵机工作原理 标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图2所示。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例，图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
3003舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686，以驱动电机正反转。当电机转动时，通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转，直到电压差为O，电机停止转动。 舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化，改变舵机的位置。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下，就是BA6688是有EMF控制的，主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的: 收到1个脉冲以后，BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲，2个脉冲比较以后展宽，输出给驱动使用。当输出足够时候，马达就开始加速，马达就能产生EMF，这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压，所以正常不能检测到的，但是运行以后就电平发生倾斜，就能检测出来。超过EMF判断电压时候就减小展宽，甚至关闭，让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近) 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片，就没有EMF控制，马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象，产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。注意，给舵机供电电源应能
提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用图3来表示。 可变脉宽输出试验(舵机控制) 原创：xidongs 整理：armok / 2004-12-05 / https://www.360docs.net/doc/d06080225.html,
挖掘机工作原理
挖掘机的工作原理 液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。 液压挖掘机一般由工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成。根据其构造和用途可以区分为：履带式、轮胎式、步履式、全液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸缩臂式等多种类型。 工作装置是直接完成挖掘任务的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具。 回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和传动系统。发动机是液压挖掘机的动力源，大多采用柴油要在方便的场地，也可改用电动机。 液压传动系统通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装置动作，从而完成各种作业。 挖掘机液压系统是怎么工作的? 挖掘机有三个部分的液压缸分别是动臂，斗杆，铲斗。有三个液压马达，左右行走和一个回转。这些都由换向阀控制供油。油液从液压泵出来经换向阀分配到以上各执行元件。挖掘机的换向阀大多是液控的就是用一股压力较小的油推动换向阀的阀芯。一般中型挖掘机用的是三联泵，两个大泵提供工作所需要的压力，一个小齿轮泵给控制油路供油。控制油通过手柄下边的控制阀调节主油路换向阀阀芯的位置从而实现动臂斗杆和铲斗油缸的伸缩。以及液压马达的转与停以及转动方向。主油路设溢流阀，压力超过限定值就会打开，油液直接回油箱。所以系统压力始终保持在一定范围内。同样道理在各油缸的支路也设溢流阀，实现二次调定压力。不光是挖掘机，任何液压系统工作原理都是油箱中油液-泵-控制元件-执行元件-油箱。液控比例阀换向阀的作用和液控比例阀换向阀串联的先导阀是什么作用 传统换向阀的进出油口控制通过一根阀芯来进行，两油口听开口对应关系早在阀芯设计加工时已确定，在使用过程中不可能修改，从而使得通过两油口的流量或压力不能进行独立控制，互不影响。 随着微处理控制器、传感器元件成本的下降，控制技术的不断完善，使得双阀芯控制技术在工程机械领域得以应用。英国Utronics公司利用自己的技术及专利优势研制出双阀芯多路换向阀，已广泛应用于JCB、Deere、DAWOO、CASE等公司的挖掘机、*车、装载机及挖掘装载机等产品上。为适应中国工程机械产品对液压系统功能要求。稳定性以及自动化控制程度的不断提高，Utronics公司产品适时进入中国市场，现已初步完成厦工（5t）装载机、詹阳（8t）挖掘机样机调试并进入试验阶段。 1、传统单阀芯换向阀的缺陷 传统的单阀芯换向阀所组成的液压系统难以合理解决好以下功能和控制之间存在的矛盾：（1）液压系统设计时为提高系统稳定性，减少负载变化对速度的影响，要么牺牲部分我们想实现的功能，要么增加额外的液压元件，如调速阀、压力控制阀等，通过增加阻尼，提高系统速度刚度来提高系统的稳定性。但是这样元件的增加又会降低效率，浪费能源；还会使得整个系统的可*性降低、增加成本。 （2）由于换向结构的特殊性，使得用户在实现某一功能时必须购买相应的液压元件，再加上工程机械厂家会根据不同最终用户要求设计出相应的功能，这样会造成生产厂家采购同类、多规格的液压控制元件来满足不同功能要求的需要，不利于产品通用化及产品管理，同时会大大提高产品成本。
舵机工作原理
转叶式液压舵机产品介绍 上海海事大学摘编2010-01-18 关键字：液压舵机浏览量：627 大型船舶几乎全部采用液压舵机。电动舵机仅仅用于一些小型船舶上。液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、流向的可控性达到操舵的目的。转叶式液压舵机是一种新型的液压舵机。它与其他类型的舵机相比，具有体积小、重量轻、结构简单、制造容易、维护保养方便等一系列优点。 一、国内外研究现状： 转叶式液压舵机至今已有近60年的历史，但这种新舵机并非所有从事船舶制造的国家都能生产，目前只有少数几个国家掌握了这门设计和生产技术。例如：德国、挪威、俄罗斯和日本等他们从二次世界大战后50年代初开始先后研究和生产这种新舵机。 德国AEG通用电气公司生产转叶式液压舵机已闻名世界并占垄断地位，产品较多，是目前远洋船舶上所经常选用的设备之一。该公司生产四种不同系列，分为RD型；RDC型；RC型；RB型。最高压力12.5MPa；最大扭矩890吨米。由于采用翻边式结构，金属条密封形式，结构合理，翻边受力变形量小，可使用较高压力，容积效率也较高。但是安装工艺较复杂（与端盖式比较），不过RBZ（RB）系列组装化程度较高，安全阀，电动机，油泵机组均安装在转叶油缸两侧，可整体套入舵轴（与舵轴联接方式均为套装式）。大大简化了船上安装工作量。英国布朗公司、日本三井公司、三菱公司和美国等国家凭德国AEG公司专利进行成批生产各种系列的转叶式液压舵机。挪威FRYDENBO公司生产的转叶式液压舵机，工作压力2.5MPa，安全阀调节压力为5MPa，最大扭矩为600吨米。液压系统是以螺杆泵做主泵的定量泵系统。由手动和电动液压操纵组成一体。该公司产品的特点是采用端盖式带凹形橡胶密封，与舵轴联接形式为套装式，转叶舵机固定在船壳底座上，无缓冲装置，由于其使用压力较低，采用高粘度油液，故使用可靠，安装、维护保养简单。俄罗斯于1959年在目前的乌克兰境内试制了首台转叶式液压舵机，并在1962年装在船上考验其性能，而后进行了批量生产。这种舵机的结构形式为端盖式，金属条密封，工作压力小于6.5MPa。与舵轴联接方式为对接式。 我国自1969年在广州研制成功第一台转叶式舵机以来，由于这种舵机具有一系列优点，因此发展很快。现在这种舵机品种规格很多，结构不一。有翻边式结构(江南造船厂)；端盖
舵机的构造和原理
舵机的构造和原理 2008-06-20 08:50:29 来源: 作者: 【大中小】评论：0条 前言 舵机是遥控模型控制动作的动力来源，不同类型的遥控模型所需的舵机种类也随之不同。如何审慎地选择经济且合乎需求的舵机，也是一门不可轻忽的学问。 本文章主要探讨适合各等级直升机各工作部位所使用的舵机，至於其它种类的模型，如飞机、车、船，则不在本篇文章讨论范围之内。 舵机的构造 舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已到达定位。 位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会跟着改变，测量电阻值便可知转动的角度。 一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流过线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，於是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是无核心马达。
为了适合不同的工作环境，有防水及防尘设计的舵机。并且因应不同的负载需求，舵机的齿轮有塑胶及金属的区分。较高级的舵机会装置滚珠轴承，使得转动时能更轻快精准。滚珠轴承有一颗及二颗的区别，当然是二颗的比较好。 目前新推出FET舵机，主要是采用FET(Field Effect Transistor)场效电晶体。FET具有内阻低的优点，因此电流损耗比一般电晶体少。
挖掘机液压系统原理
一、主液压回路系统的构成 日立挖掘机主液压回路系统是由主液压系统和先导回路系统构成。主液压回路将泵的液压油供给各操作机能的促动器。 二、先导回路液压操作系统的组成 液压系统是由发动机、主泵、先导泵、控制阀各1台和四个液压缸、1台旋转马达及2台行走马达组合而成、泵通过输入轴由发动机所驱动。主泵的液压油通过控制阀流到各促动器。先导泵的液压油流入先导回路内。 三、主回路 1、主液压回路 主液压回路系由吸引回路、输出回路、回油路及牌友回路所构成。液压系统由主泵、控制阀、行走马达各一台及四个液压缸。 主泵是斜轴式排量可变型轴向活塞泵，是由发动机驱动的（发动机转速比为1.0） 2、吸引回路和输出回路 泵通过吸引滤油器吸引液压油箱的油，油从泵流入控制阀，然后由油箱口放出，主泵放出的油通过控制阀流至各促动器。 控制阀控制各种液压机能，从各促动器流出的回油通过控制阀和液压油冷却器流回液压油箱。 3、回油路 每个促动器放出的油全部通过控制阀流回液压油箱内。回油路内有旁道单向阀，其设定压力分别为9.8×10^4pa及4×9.8×10^4pa。通常回油通过液压油冷却器及左侧控制阀流回液压油箱， 油温低时，粘度变高，通过油冷却器时的阻力也随着增大。 油压超过9.8×10^4pa时，回油直接流回液压油箱，可在短时间内把油温提高到适当的高度。 油冷却器被阻塞时，回油通过旁道单向阀直接流回液压油箱。 旁道单向阀被阻塞时设在冷却器和液压油箱之间，其设定压力为4×9.8×10^4pa。 液压箱内设有直流式滤油器，从左右两侧的控制阀流出的油合流后经直流式滤油器过滤，直流式滤油器内有旁道安全阀。当滤芯阻塞使差压达9.8×10^4pa时，旁道安全阀就打开，油直接流回液压油箱。 4、排油回路 马达及刹车阀等内部漏的油以及润滑油回路内的油，全部都积蓄起来，经过排油回路流回操作油箱。 5、行走马达排油回路 左右两行走马达漏的油由各个马达壳的排油口排出，合流后通过中心接头，经过直流式滤油器流回液压油箱。 6、旋转马达排油回路 旋转马达漏的油排出后，与行走回路排出的油一起通过直流式滤油器流回液压油箱。 7、输出压控制 控制阀内的卸载安全阀控制泵的输出压力保持一定。全部操作均在330×9.8×10^4Pa设定压力操作。 在挖掘操作时，设定压力变为370×9.8×10^4Pa。 狼涌截止安全阀把高压油释放到液压油箱内，以免油压系统及发动机承受过负荷。 8、先导回路 先导回路是由吸引、出油回路构成的。先导系统有先导泵、换冲阀、保险阀、2个高速电