第十章船舶舵機的電力拖動與控制本章概述舵機設備主要由下列幾個部分組成：1．主操舵裝置2．輔助操舵裝置3．舵機裝置動力設備4．動力轉舵系統：5．轉舵機構6．操舵裝置控制系統目前，遠洋船舶上裝備的都是遠距離控制自動操舵儀，簡稱自動舵，幾乎全部是電動液壓舵機。第一頁，共四十四頁。第十章船舶舵機的電力拖動與控制本章主要講解內容第一節舵機電力拖動與控制的基本要求第二節單動舵第三節隨動舵第四節自動舵第五節船舶艏側推裝置第二頁，共四十四頁。第一節舵機電力拖動與控制的基本要求

我國《鋼質海船入級與建造規范》根據《國際海上人命安全公約》（SOLAS公約）的規定，對于從事于國際航行的大于500總噸的貨船或僅從事于非國際沿海航行的大于1600總噸的貨船的舵機提出了明確的要求，基本技術要求如下：

1．每艘船舶均應設置1套主操舵裝置和1套輔助操舵裝置。主操舵裝置和輔助操舵裝置的布置，應滿足當其中一套發生故障時不致引起另一套也失效；如主操舵裝置具有2臺或2臺以上相同的動力設備則在下列條件下可不設置輔助操舵裝置：返回第三頁，共四十四頁。①對于客船，當任一臺動力設備不工作時，主操舵裝置仍能按本規定進行操舵；

②對于貨船，當所有動力設備都工作時，主操舵裝置能按本規定進行操舵；

③主操舵裝置應布置成當其管系或一臺動力設備發生單項故障時此缺陷能被隔離，使操舵能力能夠保持或迅速恢復。第四頁，共四十四頁。2．主操舵裝置和舵桿：具有足夠的強度并能在船舶最大航海吃水和最大營運前進航速時進行操舵，使舵自任一舷的35°，轉至另一舷的35°，且于相同條件下自一舷的35°轉至另一舷的300所需時間不超過28s。第五頁，共四十四頁。3．輔助操舵裝置：

①具有足夠的強度和足以在可駕駛的航速下操縱船舶，并能在應急情況下迅速投入工作；

②應能在船舶最大航海吃水和以最大營運前進航速的一半但不小于7kn時進行操舵，使舵自一舷15°，轉至另一舷的15°，且所需時間不超過60s。第六頁，共四十四頁。4．主、輔操舵裝置動力設備：①當動力源發生故障失效后又恢復輸送時能自動再起動；②能從駕駛室控制使其投入工作；③任一臺操舵裝置動力設備的動力源發生故障時，應在駕駛室發出聲、光警報；④駕駛室與舵機室之間，應設有通信設施；⑤操舵裝置應設有有效的舵角限位器。以動力轉舵的操舵裝置，應裝設限位開關或類似設備，使舵在到達舵角限位器前停住。裝設的限位開關或類似設備，應該與轉舵機構本身同步而不應與舵機的控制相同步；⑥舵裝置應有保持舵位不動的制動裝置。

第七頁，共四十四頁。第二節單動舵

單動舵也叫應急舵或非隨動舵。它是在自動舵及隨動操舵都不能用的情況下，作為應急操舵。單動舵控制線路比較簡單。圖10-1為DS1型應急舵裝置簡圖。單動操舵控制可用圖10-2所示的方框圖來表示。在操舵控制信號較弱時，不足以直接推動執行機構工作，或即使能推動工作，但其靈敏度太低，故必須加放大環節。返回第八頁，共四十四頁。返回圖10-1DSI型應急操舵裝置簡圖第九頁，共四十四頁。圖10-2單動操舵方框圖返回第十頁，共四十四頁。第三節隨動舵

隨動舵控制系統只要操作人員給出某一操舵指令，系統就能自動地按指令把舵葉轉到所要求的舵角上，并且自動使舵葉停轉。

圖10-3為隨動舵系統方框圖。它是按偏差原則進行調節的。圖10-4為DD2型電子式隨動操舵儀系統簡圖。返回第十一頁，共四十四頁。回舵ΦK?ì舵輪人力放大器執行機構傳動機構舵葉舵角反饋Φa分羅經(指示航向)舵角指示器(指示偏舵角)電源U0U1-+n返回圖10-3隨動操舵系統方框圖第十二頁，共四十四頁。返回第十三頁，共四十四頁。第四節自動舵

自動舵是根據電羅經送來的船舶實際航向與給定航向信號的偏差進行控制的。在舵機投入自動工作時，如果船舶偏離了航向，不用人的干預，自動舵就能自動投入運行，轉動舵葉，使船舶回到給定航向上來。返回第十四頁，共四十四頁。一、自動舵的基本類型

船舶應用的自動舵類型眾多，究其調節規律，有三種基本類型：以船舶偏航角的大小和方向進行調節的比例舵，以船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向調節的比例一微分舵和以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角積分的大小和方向來調節的比例一微分一積分舵。第十五頁，共四十四頁。1．比例舵比例舵調節中偏舵角B與偏航角Φ成比例關系變化，即

B=-K1Ψ式中，K1為比例系數；負號“－”表示偏舵的方向是消除偏航。船舶因風浪等影響引起偏航時，采用比例舵操舵有糾正偏航的能力。但是它使船舶周而復始地圍繞正航向左右搖擺，船舶的航跡呈“S”形振蕩，衰減很慢。第十六頁，共四十四頁。2．比例一微分舵按比例操舵的偏舵角僅考慮了偏航角的大小，沒有考慮偏航角速度。其實，偏航速度高時，應當加大偏舵角，以有效地抑制船舶繼續偏航；另外，該船舶回到正航向后，雖然偏航角等于零，但由于慣性，船舶仍然有一個偏航角速度，使船舶又繼續朝另一側偏航。因此比例操舵會造成船舶沿航向作S形航行。比例一微分舵就是為解決這個問題而產生的。它的調節規律符合關系式：第十七頁，共四十四頁。3．比例一微分一積分舵為提此以提高航向調節的精度，減少、甚至消除靜態誤差，在比例一微分舵的基礎上，設置積分調節，亦即比例一微分一積分舵。它滿足下面的關系式。第十八頁，共四十四頁。二、自動操舵系統基本要求1．自動操舵性能良好2．具有必要的調節裝置（l）靈敏度調節（俗稱天氣調節）（2）舵角比例調節（3）反舵角調節（4）壓舵調節（5）航向調節3．應設有隨動、單動等操舵設備此外，自動舵還應設有雙電源，雙機組等換轉裝置。第十九頁，共四十四頁。三、自動舵的工作原理1．電動—機械自動舵

圖10-5為電動—機械自動操舵系統的原理簡圖。下面分5個階段（其實是連續的）說明船舶因外界干擾而偏轉離正航向K后是如何通過自動舵的作用又重返正航向的。第二十頁，共四十四頁。返回圖10-5G-M系統自動操舵的原理圖第二十一頁，共四十四頁。第一階段（Ⅰ）：船舶沿正航向K航行，滾輪1恰好與絕緣塊4接觸，電動機不轉動，舵葉在艏艉線上，艏艉線與正航向重合，偏航角φ、偏舵角β都為零。第二階段（Ⅱ）：假設由于受到風、流等外界影響，船舶向右偏航，首先航向發送器使自動操舵儀上的航向接受器（即羅經復示器）同步轉動某一角度，并帶動滾輪1向左偏轉，與左邊導電半圓環2接觸，電動機轉動，舵葉向左弦偏轉，通過舵角反饋同步傳遞結構，使兩個導電環以相同的方向向左作追隨滾輪的運動。這一階段由于外界干擾的持續存在，開始偏舵時偏舵角很小，舵效不明顯，所以船舶繼續向右偏航（φ增加），導電環繼續作追隨滾輪的運動。第二十二頁，共四十四頁。第三階段（Ⅲ）：由于較強的舵效，使船舶偏航到某一最大偏航角而停止偏航，導電環追上滾輪，絕緣塊與滾輪接觸，電動機停轉，偏舵角也達到最大值。

第四階段（Ⅳ）：船舶在左舵作用下，向正航向K回轉，偏航角從逐漸減小，又通過航向發送器作用，使滾輪開始與右邊導電環3接觸，電動機向右轉，舵葉朝著艏艉方向偏轉（β減小），導電環向右作追隨滾輪的運動。

第五階段（Ⅴ）：船舶回到正航向K上，導電環正好追上滾輪，使滾輪處于絕緣塊上，電動機停轉，舵葉位于艏艉線上。

第二十三頁，共四十四頁。上述連續的5個階段船舶偏離正航向又重返正航向的航跡如圖10-6所示。可見采用這一系統進行操舵，能夠使船舶在偏航后有自動恢復正航向的能力。這就是電動—機械自動操舵系統的基本原理。第二十四頁，共四十四頁。返回圖10-6自動舵校正航向的工作過程第二十五頁，共四十四頁。2．電動—液壓式自動舵

國產“HD—5L型自動舵應用半導體無觸點控制的比例-微分-積分控制系統。駕駛室具有自動、隨動及應急操作三種操舵方式。兩套參數相同的放大器互為備用，通過轉換開關選擇其中一套為自動、隨動操舵時使用。應急操舵為隨動控制方式，單獨使用一套放大器。該型自動舵有A、B、C、D四種型式。A型為電液伺服閥變量泵系統；B型為電磁換向閥、伺服油缸、變量泵系統；C型為伺服馬達變量系統；D型為地磁功率閥定量泵系統，它們的電氣系統基本上是一致的。第二十六頁，共四十四頁。HD-5LBD型自動舵系統的組成見圖10-7。主要包括：（1）信號的檢測與發送，包括航向受訊器、偏航信號發送器、舵角反饋信號發送器、隨動信號發送器（2）相敏整流電路（3）運算放大器和比例微分、積分調節裝置（4）積分裝置（5）左、右舵控制繼電器（6）執行裝置（7）天氣調節裝置第二十七頁，共四十四頁。返回圖10-7HD-5LBD型自動舵系統方框圖第二十八頁，共四十四頁。HD-5LBD型自動舵原理見圖10-8。將操縱部位選擇開關K9放在“操縱臺位置”，機組選擇開關K8置于選定的工作機組位置，再將操縱方式選擇開關K1放在“自動”位置，系統便進入自動工作狀態。第二十九頁，共四十四頁。返回第三十頁，共四十四頁。3．PR-4系列自動舵1）PR-4系列自動舵簡介2）PR-4系列自動舵的工作原理見圖10-9PR-4系列自動舵原理框圖。3）PR-4系列自動舵的操作

（1）速率調節器調節方法

（2）舵角調節器調節方法

（3）天氣調節器調節方法

（4）舵機偏差警報調節器

（5）舵角限位調節器

第三十一頁，共四十四頁。返回第三十二頁，共四十四頁。（1）速率調節器調節方法：安裝時的設定值是由廠方的隨船工程師根據船舶的裝載情況（滿載、半載或空載）而設定的。速率調節：設定值為4天氣調節：設定值為0以此為參考，根據下述的程序可以獲得一個最好的設定：在下述每一種情況下船舶直線航行30分鐘，比較航線記錄儀的記錄并選擇最好的設定作為新的設定值。①根據當時的貨載情況設定調節值（該調節值是由廠方的隨船工程師推薦的）。②在上述的基礎上增加這個值。③在上述的基礎上減小這個值。第三十三頁，共四十四頁。（2）舵角調節器調節方法：在大多數情況下，舵角調節器可以設定在4的位置，如果反映良好則不需要再作進一步的調整，即：舵角調節器：設定值為4天氣調節器：設定值為0在下述每一種情況下船舶直線航行30分鐘，比較航線記錄儀的記錄可以選擇最好的設定作為新的設定值。①設定值：4②設定值：3③設定值：2如果變化不大，應設定為4。第三十四頁，共四十四頁。（3）天氣調節器調節方法：

①手動天氣調節器在良好天氣條件下，設定為0位置，高設定的目的是希望獲得最少的不必要的動舵；低設定的目的是希望保持航向的精確。對特殊的海況最好的設定是：指針的設定值是等于自然偏航角的數值。

②自動天氣調節器轉動天氣調節器旋鈕到自動位置.第三十五頁，共四十四頁。（4）舵機偏差警報調節器舵機偏差警報調節器控制旋鈕設定的目的是為了設定一個偏航角的極限報警，當由于故障使自動羅盤或自動舵的讀數大于設定航向的方位角度時（角度可以任意的設定為），偏航警報報警。一般情況下，偏航角度設定為。（5）舵角限位調節器舵角限位調節器設定的目的是為了設定一個在自動舵操作時舵角移動位置的極限，對于航向的保持和正常的改變航向是完全可以滿足需要的，但如果有大角度的航向改變就必須設定為。第三十六頁，共四十四頁。第五節船舶艏側推裝置 船舶艏側推（有些特種船還安裝艉惻推器）是一種橫向推進裝置，被安裝在船艏的側面，利用推進裝置推動水產生的作用力使船舶獲得一個側向力的作用，這樣有助于船舶離開或橫靠碼頭，也有助于改善船舶在低速或高速在狹水道行使時的機動性。目前，新造船舶大多安艏側推器。

艏側推裝置由驅動部分（包括驅動電動機）、通用接頭、推進器和推進器螺距控制裝置組成。

艏側推裝置的主電動機軟起動電路的系統原理簡圖見圖10-10所示。返回第三十七頁，共四十四頁。返回第三十八頁，共四十四頁。船舶靠離碼頭時，G-M系統單獨向艏側推裝置的主電動機供電，兩塊AVR板（RT01Y與RT02）共同投入工作來控制發電機的輸出電壓及輸出電流。其起動過程如下：1.G-M機組與船舶電力系統工作母線脫離，起動原動機，發電機自勵起壓，輸出端電壓380V。在滿足側推翼角在零位、液壓系統油壓已建立、主開關與船舶電站工作母線分離等相關起動條件后，才允許進行側推系統的起動。第三十九頁，共四十四頁。2.當按下艏側推起動按鈕后，消磁接觸器的觸點E01閉合（此時Q02常閉觸點是接通的），使發電機的勵磁電流被短路掉，這時發電機的端電壓降為剩磁所能產生的電壓。延時5秒鐘后，開關Q02閉合，將發電機與電動機相連接，同時E05閉合將兩塊AVR板的輸出管T1并聯在一起，另外E06打開使得電流互感器TIO5的二次側電流經TP01的變換后在R04上產生的電壓降加到了RT02的8、9號端子上；同時Q02的常閉輔助觸點打開，解除了發電機勵磁線圈短路閉鎖，發電機開始進入起壓過程。第四十頁，共四十四頁。3.發電機在剩磁電壓的作用下，開始自勵發電，電動機進入起動過程。隨著發電機端電壓的逐漸升高，電動機開始轉動，并且電流在不斷增大，但由于在起動過程中發電機端電壓始終低于380V，所以RTO1板上的T1管是處于截止狀態。在起動