項目五船舶舵機系統的電力拖動控制主講人：李婷云船舶電氣設備

MarineElectricalEquipment項目五知識樹1船舶舵機系統的電力拖動控制任務一船舶舵機系統認識任務二操舵方式及其基本工作原理任務七舵機系統的調試任務三自動舵的基本類型及其調節規律分析任務四舵角指示器的調整任務六舵機電力拖動控制系統實例任務五液壓舵機操縱系統分析圖片2項目五船舶舵機系統的電力拖動控制圖片3項目五船舶舵機系統的電力拖動控制目標4教學目標知識目標能力目標情感目標1.能安裝與調試船舶舵機系統的控制線路；2.對照船舶舵機系統電氣原理圖排除電路常見故障；3.能撰寫舵機電氣控制系統檢修維護報告書。1.了解船舶舵機系統的作用、結構；2.掌握船舶舵機系統操舵方式及工作原理；3.了解液壓舵機操縱系統；4.學會識讀船舶電氣系統圖、原理圖、接線圖及規范；5.會分析船舶舵機系統的控制線路；6.會船舶舵機系統的調試及故障排查。1.具備良好的職業道德；2.具備嚴謹的工作態度；3.具備良好團隊的核心價值；4.具備高度責任感。項目五船舶舵機系統的電力拖動控制任務一5任務一船舶舵機系統認識舵及其拖動裝置稱之為舵機系統（thesteeringgearsystem），簡稱舵機。舵機是船舶上的一種大甲板機械。舵機的大小由外舾裝按照船級社的規范決定，選型時主要考慮扭矩大小。作用：舵機是船舶用以改變其航向或維持其預定航向航行的重要設備。分類：人力舵、電舵、自動舵。任務一6任務一船舶舵機系統認識如圖5-1所示，舵機裝置主要由操舵裝置、舵機、傳動機構和舵葉四部分組成。圖5-1舵機裝置主要組成示意圖1-主操舵臺；2-電羅經；3-簡易操舵臺；4-反饋裝置；5-液壓舵機；6-電磁閥；7-電源箱；8-舵一、舵機裝置的組成一、舵機裝置的組成任務一7任務一船舶舵機系統認識依據：IMO《國際海上人命安全公約》（SOLAS公約）我國《鋼質海船入級與建造規范》（2006）基本精神要求舵機必須具有足夠的轉舵扭距和轉舵速度，并且在某一部分萬一發生故障時，應能迅速采取替代措施，以確保操舵能力。二、對舵機的基本要求二、對舵機的基本要求任務一8任務一船舶舵機系統認識供電方面要可靠，兩條饋電線供電，其中之一與應急配電相連；在拖動方面，足夠的過載、堵轉能力；在操舵方面，有足夠的轉舵速度；輔操舵裝置應具有足夠的強度。

主操舵裝置至少在駕駛室和舵機房均設有舵機控制器，控制器之間裝有轉換開關，舵機房控制器具有操作優先級。在自動舵和隨動舵出現故障不能運行時，能迅速轉到應急操舵。當主操舵裝置設置兩臺動力設備時，應設有兩套獨立的控制系統，且均能在駕駛室控制。

液壓系統中能被隔斷的任何部分，以及由于動力源或外力作用能產生壓力的液壓系統任何部分均應設置安全閥。1.備有兩套操舵裝置2.主操舵控制系統3.安全閥任務一9任務一船舶舵機系統認識

應設有保持液壓流體清潔的設備；

每一液壓系統的循環油箱應設低液位報警器；

應設一個固定貯油箱，其容量至少足以使一個動力轉舵系統包括循環油箱進行再充液；

應設有液位計；

非雙套設置的液壓舵機的液壓缸體上與各管路連接處應設隔離閥。

液壓系統必要時應設有放氣裝置。發生以下故障時，在主機處所、集控室內、駕駛室，給出聲光報警：動力設備或控制系統的動力故障、自動舵裝置故障、電路或電動機斷相及過載、液壓油柜油位低、液壓油溫度高、液壓油濾油器壓差大、液壓阻塞。

當舵機總電源斷電時，失壓報警裝置工作，蜂鳴器發出報警信號。舵機電機只有過載報警而無過載保護裝置。應設有航向超過允許偏差的偏航自動報警裝置。

4.液壓系統5.監測和報警任務一10任務一船舶舵機系統認識

6.舵角指示和限制應能在舵機室內看到舵角的指示，并能在駕駛室顯示舵角。舵角顯示裝置應獨立于操舵裝置的控制系統。

8.附加要求對1萬Gt以上的油船、化學品船、LPG（液化石油氣Liquefiedpetroleumgas，簡稱LPG）船尚有如下附加要求。

7.應急動力

對舵柄處舵桿直徑大于230mm的船，應設有能在45s內向操舵裝置提供的替代動力源，這種動力源應為應急電源或位于舵機室的獨立動力源。任務一任務一船舶舵機系統認識10.電動機的運行要可靠

普通長期工作制的鼠籠式電動機。根據《規范》規定，舵機電力拖動裝置應能在船舶處于最深航海吃水并以最大營運航速前進時將舵自任一舷的35°轉至另一舷的35°，且能在不大于28s的時間內將舵自任何一舷的35°轉至另一舷的30°。

按《規范》要求，電動機堵轉時間應能持續1分鐘以上，仍不致將電動機燒壞。

為此，要求電動機具有軟的機械特性和足夠大的過載能力。

9.操作靈便

要求在任何舵角下均能投入工作，并及時準確地把舵轉至給定舵角，備有舵角指示器指示。現代船舶在駕駛室普遍裝有自動操舵儀，它包括自動、隨動（手輪）和單動（香蕉柄或按鈕）三種操舵方式，能方便地選擇切換。

11任務一任務一船舶舵機系統認識三、舵機裝置的分類圖5-4扇形齒輪傳動的電動舵機1.電動-機械舵機裝置1-電動機；2-聯軸節；3-蝸桿；4-蝸輪；5-主動齒輪；6-扇形齒輪；7-緩沖彈簧；8-舵柄；9-舵柱12任務一任務一船舶舵機系統認識2.電動-液壓舵裝置圖5-5液壓舵機傳動機構1-油缸；2-撞桿；3-舵柄；4-舵柱13任務二任務二操舵方式及其基本工作原理一、單動操舵的工作原理14單動操舵的操作方法：手扳舵轉，復零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。圖5-6G-M系統單動操舵的原理圖一、單動操舵的工作原理單動操舵的工作原理任務二任務二操舵方式及其基本工作原理15圖5-7單動操舵方框圖任務二16圖5-8

G-M系統隨動操舵原理圖隨動操舵的方法是，船舶左偏航操右舵，舵輪操右舵某一角度，舵葉右偏，并自動停在舵某一角度上。為了減小Ｓ形航跡的振幅，船舶在返回正航向過程中，必須操回舵。二、隨動操舵工作原理二、隨動操舵工作原理任務二操舵方式及其基本工作原理隨動操舵的工作原理任務二17圖5-9隨動操舵原理方框圖任務二操舵方式及其基本工作原理任務二18圖5-10G-M系統自動操舵原理圖三、自動操舵工作原理任務二操舵方式及其基本工作原理自動操舵的工作原理任務二19圖5-11自動校正航向的工作過程圖

圖5-12船舶的航跡任務二操舵方式及其基本工作原理任務二20圖5-13自動舵方框圖任務二操舵方式及其基本工作原理任務三自動舵的基本類型及其調節規律21任務三自動舵的類型很多，其調節規律有下列三種：糾偏舵、穩舵角或反舵角等均指微分舵的作用自動“壓舵”調節指積分環節22任務四舵角指示器的調整用以檢測和傳遞舵葉轉向、轉角能夠把舵葉所轉動的角度準確地完全地輸送到船舶所需要的部位舵角發送器舵角接收器電氣聯接作用舵葉的轉角機械的聯動帶動復示舵角同步傳遞任務四23一、自整角機做成的交流同步器的原理

圖5-15交流同步器的原理

一、自整角機做成的交流同步器的原理

任務四任務四舵角指示器的調整24

當收、發訊機的激磁線圈接通交流電源后，磁極便產生了交變磁通，該磁通穿過三相線圈，各相線圈分別產生感應電壓，感應電壓的大小和方向，取決于每相線圈與磁極的相對位置。任務四任務四舵角指示器的調整25任務四舵角指示器的調整任務四26任務四舵角指示器的調整二、舵角指示器的調整接收器指示與舵葉位置偏差均小于1°舵葉右滿刻度啟動舵機舵葉置于0°舵葉左滿刻度調整舵角指示器指示零調整舵角指示器指示左滿渡調整舵角指示器指示右滿度舵葉左、右滿刻度之間調整舵角指示器指示左右滿度之間二、舵角指示器的調整二、舵角指示器的調整任務四27任務四任務四舵角指示器的調整三、交流型舵角指示器常見故障和排除方法故障現象故障分析故障處理（1）發送器和接收器轉向相反兩只自整角機的三相整步繞組相序接錯把任一只自整角機中的三相接線互換任意二根（2）接收器和發送器同步失調，力矩小三相整步繞組電路中有一相斷路或開路a.首先應檢查三相接線中過載保護是否已斷，排除電路開路b.故障若不能解決，則可更換繞組斷路的自整角機（3）發送器和接收器定子三相繞組過熱，且接收器指示誤差大有一只自整角機勵磁繞組不工作應檢查勵磁繞組是否開路或電源斷路（4）接收器不轉動兩自整角機勵磁繞組斷電檢查電源保險絲是否已燒斷（5）交流噪聲過大兩者失調角較大檢查接收器轉子轉動是否靈活，排除轉動不靈活的因素三、交流型舵角指示器常見故障和排除方法28任務五液壓舵機操縱系統分析一、液壓舵機

液壓舵機有閥控式和泵控式兩種基本形式，也就是為實現控制液流通斷和換向，基本采用控制換向閥和控制雙向變量泵變量機構兩種方法。

舵機的操縱是在駕駛臺上進行的，所以舵機操縱系統必須是一個遠距離操縱系統，但通常在舵機間也設有現場操縱機構用于應急。一、液壓舵機任務五29任務五任務五液壓舵機操縱系統分析二、力矩馬達式舵機遙控系統圖5-18示出了川崎舵機所采用的力矩馬達式舵機電氣遙控系統的原理圖。二、力矩馬達式舵機遙控系統力矩馬達舵機遙控系統30

圖5-19為某萬噸級撥叉式舵機結構示意圖,本舵機采用力矩馬達式舵機遙控系統。圖5-19液壓舵機結構示意圖任務六舵機系統電力拖動控制任務六31

概括說明了舵機起動器的工作環境，電源電壓、相序的鑒別等基本情況。舵機啟動器的概括說明表表5-1一、舵機啟動器概括說明一、舵機啟動器概括說明任務六任務六舵機系統電力拖動控制32圖5-20舵機電器配置圖二、舵機電器配置圖圖5-20為舵機電器配置圖，從圖中可以了解到整個舵機電器配置情況，在舵機艙舵機旁有1#和2#舵機起動器，在駕駛（W/H）和集控室（ECC）分別設有報警控制面板。

二、舵機電器配置圖任務六任務六舵機系統電力拖動控制33EUR

圖5-21為舵機電器電纜圖，明確了電纜規格及走向、電纜編號、電纜的芯線數量、芯線的截面積。三、舵機電器電纜圖圖5-21

舵機電器電纜圖三、舵機電器電纜圖任務六任務六舵機系統電力拖動控制34四、舵機起動器原理(1)1#舵機主泵電動機的起動控制合上QF1【圖5-22a）】合上QF2【圖5-22a）】控制地點選擇開關SA1選擇（LOCAL）K18線圈得電K19線圈得電K19常開觸點閉合（208-209）【圖5-22b）】主用備用泵選擇開關S4選擇（MAIN）按下S1【圖5-22b）】4Q工作線圈得電KM1線圈得電伺服泵電動機啟動H4燈亮指示伺服泵運行KT1得電3S后KT8得電KM3得電KM2得電主泵動10S后KM3斷電KM4得電Y啟動主泵△運行K1得電K2得電H2燈亮指示主泵運行送信號至舵機檢測系統、VDR、駕駛室報警板、集控室報警板任務六任務六舵機系統電力拖動控制35(2)1#舵機主泵電動機的停止控制按下S2【圖5-22b）】4Q工作線圈斷電K3線圈得電伺服泵電動機停止H4燈滅KM2、KM4斷電KM1斷電H2燈滅主泵停止4T線圈得電任務六任務六舵機系統電力拖動控制36圖5-22a)1#舵機起動器原理圖（一）任務六任務六舵機系統電力拖動控制37圖5-22b)

1#舵機起動器原理圖（二）任務六任務六舵機系統電力拖動控制38圖5-22c)1#舵機起動器原理圖（三）任務六任務六舵機系統電力拖動控制39圖5-22d)1#舵機起動器原理圖（四）任務六任務六舵機系統電力拖動控制40圖5-22e)1#舵機起動器原理圖（五）任務六任務六舵機系統電力拖動控制41圖5-22f)1#舵機起動器原理圖（六）任務六任務六舵機系統電力拖動控制42合上QF1【圖5-23a）】合上QF2【圖5-23a）】控制地點選擇開關SA1選擇（LOCAL）K18線圈得電K19線圈得電K19常開觸點閉合（208-209）【5-23b）】主用備用泵選擇開關S4選擇（MAIN）按下S1【圖5-23b）】4Q工作線圈得電KM1線圈得電伺服泵電動機啟動運行

H4燈亮指示伺服泵運行KT1得電3S后KM2得電K1得電K2得電

H2燈亮指示主泵運行送信號至舵機檢測系統、VDR、駕駛室報警板、集控室報警板主泵啟動運行2.2#舵機主泵電動機的起動停止控制(1)2#舵機主泵電動機的起動控制任務六任務六舵機系統電力拖動控制43

2.2#舵機主泵電動機的起動停止控制

(2)2#舵機主泵電動機的停止控制按下S2【圖5-23b）】4Q工作線圈斷電K3線圈得電伺服泵電動機停止H4燈滅KM2斷電KM1斷電H2燈滅主泵停止4T線圈得電任務六任務六舵機系統電力拖動控制圖5-23a)2#舵機起動器原理圖（一）44任務六任務六舵機系統電力拖動控制圖5-23b)1#舵機起動器原理圖（二）45任務六任務六舵機系統電力拖動控制46任務六任務六舵機系統電力拖動控制47圖5-23d)1#舵機起動器原理圖（四）任務六任務六舵機系統電力拖動控制圖5-22e)2#舵機起動器原理圖（五）48任務六任務六舵機系統電力拖動控制圖5-23f)2#舵機起動器原理圖(六)49任務六任務六舵機系統電力拖動控制50合上QF1【圖5-22a）】合上QF2【圖5-22a）】控制地點選擇開關SA1選擇（LOCAL）K18線圈得電K19線圈得電K19常開觸點閉合（208-209）【圖5-22b）】主用備用泵選擇開關S4選擇（ST-BY）2#舵機停止，2#K1斷電合上QF1【圖5-23a）】合上QF2【圖5-23a）】控制地點選擇開關SA1選擇（LOCAL）K18線圈得電K19線圈得電K19常開觸點閉合（208-209）【圖5-23b）】主用備用泵選擇開關S4選擇（MAIN）按下S1【圖5-23b）】2#伺服泵電動機啟動運行1#K5得電，H5燈亮指示待機狀態2#主泵啟動運行1#K4得電1#4Q得電1#主泵運行3.主用、備用泵的自動切換控制任務六任務六舵機系統電力拖動控制51合上QF1【圖5-22a)】空間加熱器KSH給控制箱除潮去濕電機加熱器MSH給電機繞組除潮去濕接觸器KM1得電當4Q線圈得電，在圖5-22f)中的4Q的常閉觸點斷開，加熱器停止加熱加熱指示燈H5亮合上S3【圖5-22f)】伺服泵電動機啟動

KM1的常開輔助觸點閉合【圖5-22f)】計時器HM1計時伺服泵電動機的運行時間接觸器KM2得電主泵電動機啟動

KM2的常開輔助觸點閉合【圖5-22f)】計時器HM2計時主泵電動機的運行時間4.加熱與計時任務六任務六舵機系統電力拖動控制525.報警功能電路兩個舵機的報警功能電路是相似的，以NO.1舵機為例介紹舵機的報警電路原理。（1）電源失壓報警當電源失壓時繼電器K18、K19釋放【圖5-22a)】失壓繼電器K6失電【圖5-22c)】熱繼電器FR2的常開觸點閉合【圖5-22a)】（3）電機過載報警當伺服電動機過載時過載繼電器K8線圈得電【圖5-22c)】當主泵電動機過載時熱繼電器FR1的常開觸點閉合【圖5-22a)】蜂鳴器FM發出聲音報警【圖5-22d)】

在【圖5-22e)】的監控系統、船載航行數據記錄儀VDR駕駛室報警板、集控室報警板發出報警信號（2）電源斷相報警當電源斷相時斷相保護器47X1或47X2的常開觸點閉合【圖5-22a)】斷相繼電器K7線圈得電【圖5-22c)】任務六任務六舵機系統電力拖動控制53（4）主油箱低油位報警主油箱出現低油位時主油箱液位開關1LS的常開觸點閉合【圖5-22d)】繼電器K9線圈得電【圖5-22c)】繼電器K11失電【圖5-22c)】（6）主電源失效報警當主電源失效時當控制電源失效時繼電器K18失電【圖5-22a)】蜂鳴器FM發出聲音報警【圖5-22d)】

在【圖5-22e)】的監控系統、船載航行數據記錄儀VDR駕駛室報警板、集控室報警板發出報警信號（5）濾器壓差報警當濾器前后的壓差過高時濾器壓差開關1PS閉合【圖5-22d)】時間繼電器KT6線圈得電【圖5-22d)】時間繼電器KT3線圈得電【圖5-22d)】10秒后繼電器K10線圈得電【圖5-22c)】10秒后（7）控制電源失效報警任務六任務六舵機系統電力拖動控制54

6.應急電源的切入控制2#舵機的應急電源的切入控制電路工作原理與1#舵機相同。鎖扣繼電器4Q線圈得電【圖5-22b)】使NO.2舵機的鎖扣繼電器4T得電，使4Q的觸點復位，為NO.2舵機的自動起動做準備【圖5-23b)】繼電器K17線圈得電當主電源出現故障時合上中應急電站的開關【圖5-22d)】10秒后時間繼電器KT9的線圈得電伺服泵和主泵電動機先后啟動運行任務六任務六舵機系統電力拖動控制55任務七舵機系統的調試1.自動舵又稱自動操舵儀。2.操舵裝置目前有簡單操舵系統、隨動操舵系統、自動操舵系統和應急操舵系統。3.自動舵必須具有下列基本調節裝置：（1）靈敏度調節；（2）舵角比例調節；（3）穩舵角調節；（4）積分調整；（5）速率調整；（6）偏航報警；（7）舵限設定；（8）速度選擇一、在系統通電調試前，應掌握以下一些概念及常識任務七561.自動舵調試前提條件（1）液壓舵機裝置調試交驗完（2）舵角指示系統調整好2.舵機通電前的必要工作（3.在經過上述的工作之后，便可進行通電調試（1）清潔（2）安裝接線檢查（3）絕緣檢查（4）準備好所需要的測試儀表（5）讓舵葉處于機械零位

1）力矩馬達和差動變壓器調試方法2）限位調整3）舵角指示器的調整4）報警系統的調試5）單動操舵的調試6）隨動操舵的調試7）自動操舵的調試8）越動操舵的調試9）調試注意事項10）舵機系統的報驗程序二、系泊試驗任務七任務七舵機系統的調試20三、航海試驗57三、航海試驗任務七2．航海試驗交驗內容，要求在全速航行時進行（2）航海穩定性試驗（3）檢查偏航報警功能（需實際做出）（1）起動1號泵（主配電盤供電）用隨動操舵，在此過程中，舵自一舷35°轉至另一舷30°所需時間不大于28秒。（2）轉換2號泵（應急電源供電），重復上述過程（3）兩泵同時工作，重復上述過程（4）應急操舵，起動2號泵，關掉自動舵控制電源，根據舵機臺上應急操舵說明進行操舵，要求：（5）主機倒車時的操舵試驗（6）自動操舵檢查。可參照“自動操舵調試”正舵--右滿舵35°，保持10秒鐘。右滿舵35°--左滿舵35°，保持10秒鐘。左滿舵35°--右滿舵35°，保持10秒鐘。右滿舵35°--正舵，保持10秒鐘。正舵--左滿舵35°，保持10秒鐘。左滿舵35°--正舵。

正舵--左舵15°，保持10秒鐘。左舵15°--右舵15°，保持10秒鐘。右舵15°--左舵15°保持10秒鐘。左舵15°--正舵。在航速小于7節時，使舵自一舷15°轉至另一舷15°所需時間不超過60秒。2．航海試驗交驗內容，要求在全速航行時進行（2）航海穩定性試驗（3）檢查偏航報警功能（需實際做出）（1）起動1號泵（主配電盤供電）用隨動操舵，在此過程中，舵自一舷35°轉至另一舷30°所需時間不大于28秒。（2）轉換2號泵（應急電源供電），重復上述過程（3）兩泵同時工作，重復上述過程（4）應急操舵，起動2號泵，關掉自動舵控制電源，根據舵機臺上應急操舵