船舶舵机液压参数设计

　　0 引言

　　船舶能够在水中按照驾驶者的意图航行， 使船舶改变航向或维持指定航向，是依靠改变船舵叶与船舶中纵线的角度来实现的。 现代化的大中型船舶上，广泛采用的是液压舵机。 液压舵机一般采用电动机带动油泵，用油液作为传递能量的介质，利用油液的不可压缩性及流量、 压力和流向的可控性来实现转舵，舵机通过油泵把机械能转化为油液的压力能，然后通过转舵机构把压力能又转化为机械能， 来实现舵的左、右转向。

　　舵机在操纵过程中， 由于舵角的变化， 舵叶的受力也会随之变化。 尤其是风浪天气或者急速转舵时，舵叶的受力会产生突变。 这种突变会传递到操舵系统当中，引起液压油缸的内油压的突变。 这种突变会对液压系统的密封性或者阀件造成损害。 本文建立舵角和舵机液压的关系，操舵人员参考这些数据，操纵过程中能尽力避免这些问题，从而保护舵机的液压系统少受损害。

　　1 舵机模型

　　(1)转舵机构：本文计算的是某7 万t 级大型船舶，舵叶扭矩较大，采用的是滑式转舵机构四缸、双撞杆结构，其具体结构如图1 所示。

　　(2)舵叶：图2 为该船舶舵机的舵叶示意图。 该舵为流线型平衡舵， 其中O 为舵在水流中的压力中心，r 为导边到压力中心的距离，b 为舵叶的宽度，m 为舵杆轴线，z 为导边到舵杆轴线的距离。

　　2 数学模型

　　2.1 舵机液压的计算

　　舵机实际工作中，工作油压是随转舵扭矩而变化的。 舵机在工作中撞杆两端的油压差为^[1]：

　　式中M———转舵力矩;

　　α———舵角;

　　D———液压缸内径;

　　n———液压缸对数;

　　R₀———舵柄长度;

　　η_m———滑式机构的机械效率，一般取0.75～0.85。

　　2.2 转舵力矩的计算

　　该船舶所采用的为流线型舵，它在转舵时所受到的总水压力p 与舵叶面积、船舶航速和舵角之间的关系，根据机翼升力理论如下式^[2]：

　　式中ζ———由实验测定的升力系数，随翼型与舵角变化;

　　ρ———水的密度;

　　V———舵叶处水流速度;

　　A———舵的作用面积;

　　g———重力加速度。

　　在实际应用中往往采用经验公式进行计算：

　　式中K———经验常数，在船舶前进时取K=1.15(量纲为kg·s²/m⁴)。