液壓系統(tǒng)在船舶上的應(yīng)用
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    舵機(jī)液壓系統(tǒng)
    舵機(jī)是按指令操縱舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)以改變船舶航向的設(shè)備，除采用直翼推進(jìn)器或主傳動(dòng)導(dǎo)流管的船舶外，每一條船都少不了舵機(jī)。液壓舵機(jī)按驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力可分為手動(dòng)液壓舵機(jī)和電動(dòng)液壓舵機(jī)兩大類。常用的電動(dòng)液壓舵機(jī)按執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為柱塞式（雙柱塞和四柱塞）、活塞式和轉(zhuǎn)葉式三種。
    開(kāi)式舵液壓系統(tǒng)組成：見(jiàn)圖1。
    (1)液壓系統(tǒng)工作原理
    液壓系統(tǒng)左右兩套油路對(duì)稱，如單獨(dú)用左側(cè)油路工作，當(dāng)換向閥2在右位時(shí)，泵a1排出的油經(jīng)換向閥2后分兩路。一路經(jīng)K1限速閥組3內(nèi)的平衡閥①移至a位；由于這時(shí)限速閥組10內(nèi)的平衡閥處于中位，能防止泵a1的油進(jìn)入泵a2，故另一路徑閥①后只能進(jìn)入液壓缸5。液壓缸4回油經(jīng)閥①、換向閥2回油箱，故舵機(jī)左舷偏轉(zhuǎn)（舵左偏）。當(dāng)舵角指示器指示舵已左偏到位時(shí)，則再使閥換向閥2回到中位，從而閥①也回到中位，舵被平衡閥鎖住。泵a1排出的油經(jīng)換向閥2回到油箱卸荷。
    圈1舵機(jī)開(kāi)武液壓系統(tǒng)原理圖
1、12-溢流閥2、11-電液換向閥3、10-限速閥組4、5-液壓缸6、7、8、9一截止閥  a1、a2一泵、cl、c2控制油源
     在舵左偏位置時(shí)，若使換向閥2換向至左位，泵a1排出的油經(jīng)換向閥2后也分為兩路。一路經(jīng)K2使閥①移至d位；另一路經(jīng)閥①進(jìn)入液壓缸4。液壓缸5同油經(jīng)聞①、換向閥2回油箱。舵在水動(dòng)力等推動(dòng)下由左偏位置向中位回舵。當(dāng)回舵速度超過(guò)泵a1排量所決定的速度時(shí)，則K2油路的油壓下降，閥①移至c位，使液壓缸5回油經(jīng)閥①節(jié)流，防止超速回舵（能耗限速）。若不用閥④而用雙向液壓鎖，則系統(tǒng)在此工況下要產(chǎn)生沖擊及噪聲。但閥①的鎖緊性能不如雙向液壓鎖。
     左右兩套泊路同時(shí)工作時(shí)，使閥2、11同時(shí)換向至左位或右位，泵a1、a2并聯(lián)合流供油，使舵更快的向左或向右偏轉(zhuǎn)。
    (2)系統(tǒng)特點(diǎn)
    當(dāng)舵受到波浪、海流及漂浮物等特大外負(fù)載作用時(shí)，雙向溢流閥③開(kāi)啟，以防系統(tǒng)過(guò)載，故限速閥組內(nèi)的雙向溢流閥起雙向安全閥的作用。
    而其中的平衡閥起“液壓鎖”的作用：
    1)鎖住舵，并在此時(shí)防止舵由于受海浪等沖擊而產(chǎn)生的沖擊壓力傳入泵；
    2)阻止工作泵排出的油進(jìn)入非工作泵（防止兩泵干涉），保證舵的正常偏轉(zhuǎn)。并能防止“超速回舵”。
小型船舶的液壓舵機(jī)宦用開(kāi)式系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但電磁換向閥易損壞。換向閥換向時(shí)的壓力沖擊大，若改為H型的，則情況可改善。開(kāi)式系統(tǒng)在負(fù)力矩工況時(shí)，能量不能回收，使系統(tǒng)油溫稍有增加。
       閉式舵機(jī)液壓系統(tǒng)
(1)四柱塞電動(dòng)液壓舵機(jī)的液壓系統(tǒng)圖2為心柱塞液壓舵機(jī)的液壓系統(tǒng)。
    圖2  四柱塞液壓舵機(jī)液壓系統(tǒng)原理圈
l、2、3、4-帶動(dòng)舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的四個(gè)液壓缸5、6-自動(dòng)隔離閥7、8-完全相同舶兩個(gè)閥組9、10-兩個(gè)完全相同的泵和油箱液位繼電器組9 .1-雙向變量泵9.5-100目濾油器-報(bào)警液位繼電器9.3一較低液位繼電器9.4-極低液位繼電器
    正常工作時(shí)，四個(gè)開(kāi)關(guān)8.5、8.4、7.4、7.5均處于開(kāi)的位置。泵9.1排出的油經(jīng)閥7.1進(jìn)入液壓缸l，使舵機(jī)軸沿反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；液壓缸2排出的油經(jīng)閥7 1回到泵9.1的吸油腔構(gòu)成封閉油路。閥7，2、7.3為安全閥。同理，泵10.1排出的油經(jīng)閥8.1進(jìn)入液壓缸4，使舵機(jī)軸沿反時(shí)針?lè)较?/span>轉(zhuǎn)動(dòng)；液壓缸3排出的油經(jīng)閥8.1回到泵10.1的吸油腔也構(gòu)成封閉油路。閥8.2、8.3為安全閥。靠隔離閥5和6使閥8.4和閥7.4連通。這樣，完全相同的兩套并聯(lián)液壓系統(tǒng)同時(shí)工作。各自發(fā)出50%的轉(zhuǎn)舵力矩。
    在操舵過(guò)程中，管系發(fā)生單一損壞，就會(huì)造成油液泄漏。假定泵9.1所在的油箱下降到報(bào)警液位時(shí)，繼電器9.2使控制泵11啟動(dòng)。當(dāng)液面繼續(xù)下降至較低液位時(shí)，繼電器9.3使閥5處于斷路，隔離閥6仍處于通路。此時(shí)因液壓缸4和液壓缸3之油路互通而使液壓缸3和液壓缸4浮動(dòng)，同時(shí)使泵停車。若此時(shí)油箱的液面不再下降則說(shuō)明隔離正確，泵9.1和液壓缸1、液壓缸2工作，發(fā)出50%的轉(zhuǎn)舵力矩。若油箱的液而下降到極低液位時(shí)，這說(shuō)明損傷發(fā)生在泵9.1的系統(tǒng)內(nèi)，此時(shí)繼電器9.4發(fā)出信號(hào)使泵9.1停車，泵10.1啟動(dòng)，隔離閥5處于通位，隔離閥6處于斷位，液壓缸l、2浮動(dòng)。泵10.1、液壓缸4、液壓缸3工作，提供50%的轉(zhuǎn)舵力矩。
    (2)電動(dòng)液壓舵機(jī)的控制方式
電動(dòng)液壓舵機(jī)的控制方式可以分為閥控、泵控兩類。  一般操舵力矩小于400kN*m時(shí)采用泵控。
    1)閥控方式液壓系統(tǒng)采用定量泵（低壓系統(tǒng)多采用葉片泵，高壓系統(tǒng)采用軸向柱塞泵）控制閥采用電磁換向閥或伺服閥。電磁換向閥具有繼電器特性，在操舵開(kāi)始和終了時(shí)具有液壓沖擊。應(yīng)采用液壓沖擊較小的換向閥。
    2)泵控方式此種系統(tǒng)多采用軸向柱塞式變量泵。其工作原理是：力矩馬達(dá)接到來(lái)自橋樓的信號(hào)后，通過(guò)隨動(dòng)杠桿拉動(dòng)液壓放大器的滑閥，使變量泵工作。力矩馬達(dá)轉(zhuǎn)角的大小與橋樓信號(hào)成正比。和舵桿連接的舵角指示器將檢測(cè)到的舵角信號(hào)反饋到放大器控制單元，若反饋信號(hào)正好與橋樓來(lái)的輸入信號(hào)相抵消，則舵葉維持在所需的角度上。
    (3)液壓舵機(jī)與自動(dòng)操舵儀的連接
大噸位船舶幾乎都配有自動(dòng)操舵儀。根據(jù)衛(wèi)星或無(wú)線電導(dǎo)航的信息，自動(dòng)操舵儀可自動(dòng)地操縱船舶舵機(jī)使船舶按給定的航向航行。
       雙并回轉(zhuǎn)起貨機(jī)液壓系統(tǒng)
(1)主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求
能在適宜的速度下提升貨物；能將貨物維持在空間而不下落；能將松弛的吊索收緊而不產(chǎn)生過(guò)高的應(yīng)力；能根據(jù)操作者的指令及時(shí)地將貨物下放到要求的地方；要求絞車有良好的加速、減速性能；要求各臺(tái)起貨機(jī)既能繞各自塔身的垂直線同轉(zhuǎn)，而它們的公共底座也能圍繞底座的軸線回轉(zhuǎn)；當(dāng)主副兩臺(tái)起貨機(jī)按雙機(jī)聯(lián)吊時(shí)，臂架的變幅與回轉(zhuǎn)，吊鉤的起升和下降均應(yīng)同步；兩機(jī)同時(shí)工作，但有不同的起吊對(duì)象時(shí)，兩機(jī)在回轉(zhuǎn)時(shí)不應(yīng)干涉，在電路應(yīng)有防止互相干擾的聯(lián)鎖機(jī)能。
    (2)升降、回轉(zhuǎn)、變幅系統(tǒng)

    圖3是德國(guó)利布赫爾雙并回轉(zhuǎn)起貨機(jī)的液壓系統(tǒng)。圖中1是主回轉(zhuǎn)起貨機(jī)升降系統(tǒng)；2是主回轉(zhuǎn)起貨機(jī)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)；3是主叫轉(zhuǎn)起貨機(jī)的變幅系統(tǒng)；4、5、6是副回轉(zhuǎn)起貨機(jī)的升降、回轉(zhuǎn)和變幅系統(tǒng)，它們的油路分別和1、2、3完全相同。7是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的減速器，它同時(shí)帶動(dòng)1.1、1.2、1.3、2.1、3_l五臺(tái)泵轉(zhuǎn)動(dòng)。升降系統(tǒng)中的泵1.1和液壓馬達(dá)1.4構(gòu)成一個(gè)閉式油路。由液壓馬達(dá)1.4帶動(dòng)起升卷筒使貨物起升或下降。用比例電磁鐵1.5、 1.6通過(guò)比例閥1.7控制泵1.1的變量機(jī)構(gòu)1.8，改變貨物升降速度。1.9是恒功率控制機(jī)構(gòu)。1 10為壓力記憶閥，其作用如下：重物懸吊在空中后，剎車液壓缸使閘塊抱緊。吊空的重物若再運(yùn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)主回路的壓力必須達(dá)到前一次的壓力值，剎車缸才使閘塊松開(kāi)。這樣，可使重物在第二次運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)下沉。記憶閥通過(guò)機(jī)械、電氣、液壓元件組成的一個(gè)系統(tǒng)可完成此種職能，即記憶閥可記憶前一次主回路達(dá)到的壓力值。泵1.2.液壓馬達(dá)1.11構(gòu)成的閉式油路和泵1.1.液壓馬達(dá)1.4形成的閉式油路全同，控制方式也相同。輔助泵1.3用來(lái)冷卻油液。輔助泵1 12是各控制油路（包括剎車油路）的油源。液壓泵21和液壓馬達(dá)2.2、2.3形成的閉式油路可使單臺(tái)回轉(zhuǎn)起貨機(jī)回轉(zhuǎn)。泵3.1排出的油經(jīng)過(guò)電磁比例流量方向閥3.2控制伸縮臂變幅缸3.3的方向和速度。它們構(gòu)成開(kāi)式油路。閥3.2中的壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)可使溢流閥3.4的開(kāi)啟壓力始終比負(fù)載壓力大0.6MPa或1.2MPa。液壓馬達(dá)8、9、10、11可驅(qū)動(dòng)雙回轉(zhuǎn)起貨機(jī)的工作底座回轉(zhuǎn)。通過(guò)閥12可使這4個(gè)液壓馬達(dá)或者和系統(tǒng)2相接，或者和系統(tǒng)5相接。閥18的功能是將系統(tǒng)1和系統(tǒng)4并聯(lián)或斷開(kāi)。13、14、15、16使制動(dòng)液壓缸通過(guò)閥17控制它們使閘塊放松或抱緊。

圖3雙并回轉(zhuǎn)起貨機(jī)的液壓系統(tǒng)

(3)雙并回轉(zhuǎn)起貨機(jī)的同步系統(tǒng)

當(dāng)主副兩臺(tái)回轉(zhuǎn)起貨機(jī)共吊一個(gè)重物時(shí)，在主副兩臺(tái)回轉(zhuǎn)起貨機(jī)的起升卷筒上各安裝一臺(tái)角度檢測(cè)器。若不同步時(shí)則出現(xiàn)角度差。利用此誤差信號(hào)分別輸入驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)和卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服閥和伺服泵，消除誤差信號(hào)而達(dá)到同步目的。分立的兩臺(tái)回轉(zhuǎn)起貨機(jī)進(jìn)行共吊時(shí)，只有起升或下降速度的同步是不夠的，它要求兩臺(tái)起貨機(jī)的回轉(zhuǎn)和臂架變幅要互相協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)重物起升、下降和平移等運(yùn)動(dòng)。這種控制系統(tǒng)極為復(fù)雜需要計(jì)算機(jī)控制。
    船舶調(diào)距槳液壓系統(tǒng)
    調(diào)距槳（螺旋槳）是將主機(jī)的能量轉(zhuǎn)換為船舶運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的一種推進(jìn)器。當(dāng)主機(jī)拖動(dòng)螺旋槳以角速度御旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槳將水向左（或右）斜方拋，因而得到使船舶向右（或左）運(yùn)動(dòng)的推力po通過(guò)液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)葉機(jī)構(gòu)，改變槳葉的螺距，以保持各種狀態(tài)，則船舶相應(yīng)為前進(jìn)、減速、停止及后退等狀態(tài)。
    (1)液壓系統(tǒng)工作原理

    圖4.19-4為調(diào)距槳開(kāi)式液壓系統(tǒng)，由調(diào)距液壓缸10操縱的實(shí)際螺旋角θ2經(jīng)反饋后與所需的主指令螺旋角θ1比較，并轉(zhuǎn)換成反映螺旋角誤差（θ1-θ2）的電壓信號(hào)uθ，uθ經(jīng)相敏整流、放大后就能控制比例換向閥6的換向及開(kāi)口的大小，以控制調(diào)距槳螺旋角的正負(fù)及調(diào)距速度。閥9用于閥6中位時(shí)，鎖住缸10以穩(wěn)距。

 

圖4船舶調(diào)距槳液壓系統(tǒng)原理圖

    (2)特點(diǎn)
    1)調(diào)距槳液壓系統(tǒng)是船舶上功率較大的系統(tǒng)，而且外負(fù)載變化較大、調(diào)距時(shí)需要泵的排量較大，而穩(wěn)距時(shí)只需補(bǔ)充系統(tǒng)泄漏即可。因此采用變量泵流量適應(yīng)系統(tǒng)，能量損失較小。
    2)該系統(tǒng)采用多裕度設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的可靠性高。雙泵1、2中即使有一泵損壞，系統(tǒng)仍能正常工作，并用閥3、4防止兩泵干擾，若閥6損壞，閥7、8關(guān)閉，可改由閥5控制。
3)該系統(tǒng)主要閥采用插裝式，其他閥為板式連接也裝在插裝閥塊表面，系統(tǒng)集成化程度高。

本文標(biāo)題：液壓系統(tǒng)在船舶上的應(yīng)用

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