操舵装置是转动舵的装置,包括转动舵的动力设备、转舵机构和向舵杆施加转矩的部件(如舵柄或舵扇)。严格地讲舵机是转舵的动力设备(例如电动液压舵机是指电动机及其所驱动的液压泵和辅助设备),但船上习惯笼统地将整个操舵装置简称为舵机。
简述
操舵装置是保证舰船水上(或水下)安全航行的重要设备之一。它由舵机、舵传动装置、操纵台和附属设备组成。
操舵装置一般可分为手动操舵装置、电动操舵装置和液压操舵装置。
为安全起见,水面舰艇上应设有两套独立的操舵装置,一套为主操舵装置,另一套为
应急操舵装置。如舰上无法设置应急操舵装置,则主操舵装置应设有两套相同的动力源。此两套动力源既能单独工作,又能彼此切换,互为备用。
水面舰船的主操舵装置应能在±35°范围内,具有高速快艇不低于4(°)/s、其他舰船不低于2.3(°)/s的转舵速度。
水面舰船的主操舵装置至少应设有两个操纵台,驾驶室内设主操纵台,预备驾驶室和舵机舱内设简易操纵台。各操纵台之间可相互转换,互为联锁。
主操纵台上配有工作状态显示器、工作参数显示器、故障报警信号装置等附属设备。主操纵台通常应具有自动和随动两种操舵方式。
组成
操舵装置包括操纵器、操纵机构、舵机、转舵机构等所组成。
操纵器——操纵舵的机构,设于驾驶室内,供驾驶人员用来操纵以控制舵的运动。操纵器分为操舵轮和操纵柄两种:对于液压舵机和部分电动舵机,常用操纵柄;对于人力舵机和部分电动舵机,通常用操舵轮,内河小船几乎全用操舵轮。
舵机——转舵的动力,舵机有人力舵机、电动舵机、气动舵机和液压舵机,老式船上还有蒸汽舵机。舵机通常设在艉部舵机舱内,内河船上人力舵机往往设在驾驶室内,与操舵轮连成一体。
传动装置——传递操舵动力,使舵转动的装置,包括传动链条或钢索、
导向轮,
舵柄或
舵扇等零部件。
舵角指示器——反映舵转动角度的设备。它有机械式
舵角指示器和电动舵角指示器两种,内河小船上多采用机械式舵角指示器。舵角指示器设在舵杆端头上或舵杆近旁,为使驾驶人员能直接知道舵的转动后位置,在驾驶室或舵机上也设有舵角指示器。
舵角限制器——限制舵最大转动角度的机构。
基本要求
(一)工作可靠
在规定的恶劣海况下应能可靠地工作,并能以一定的转舵速度达到最大舵角。《钢质海船建造规范》规定,从一舷最大
舵角转到另一弦最大舵角所需时间为:
海船:+35°~-35°所需时间 t<30 s ;+32°~-32°所需时间 t<28 s。
长江上游船舶:t<12 s;长江下游船舶 t<20 s。
(二)生命力强
在一定海损条件下或发生故障时仍能实现操舵。在正常航行条件下使用主操舵机构,当主操舵机构失灵时可迅速转换为应急操舵机构,并能在两处以上的位置进行操纵。一般应设有两套电源,能够分别对装置供电。
(三)操作灵敏、准确
能准确地将舵角转至指定舵角(误差不超过一定范围)。当舵叶转至极限位置时能自动停舵并进行报警。
此外,操舵装置还应当工作平稳,结构紧凑,噪声小,寿命长,便于维护管理,经济性好。
分类
根据操舵装置动力源的不同,可以将其分为以下四种类型。
(一)人力操舵装置
人力操舵装置依靠人力作为推舵机构的动力源。它结构简单但功率有限,输出力矩一般小于10kN·m,仅用于小型机动船、
驳船或某些
机动船的
应急操舵装置。
(二)蒸汽操舵装置
蒸汽操舵装置以蒸汽作为推舵机构的动力源。它的输出力矩一般为1.6~3×10kN·m。蒸汽操舵装置能长时间在满负荷下工作,便于管理,坚固耐用并且使用历史悠久,但由于蒸汽密封困难,装置体积大,管路复杂并且因在内燃动力装置船舶上蒸汽能源有限等原因,应用逐渐减少。仅用于少数
蒸汽动力装置船舶上。
(三)电动操舵装置
电动操舵装置以电动机作为推舵机构动力源。它的输出力矩一般为10~16×10kN·m。电动操舵装置具有控制容易,动作迅速准确的优点,但它重量重,尺寸大,部件加工困难,功率有限。仅应用于中小型船舶上,并逐渐被电液操舵装置所替代。
(四)电液操舵装置
电液操舵装置以
电动机带动
油泵,利用高压油液产生的推力推动推舵机构。它具有工作平稳,结构紧凑,重量轻,体积小,控制容易,易于实现自动化,零件寿命长,推舵力矩范围广等多种优点。它的输出力矩可达10000kN·m以上。
操舵方式
(一)自动舵
这是一种全自动操舵方式。对于远洋或近海船舶来说,常常要作长时间的定向直线航行,自动舵能自动维持既定航向。操舵人员在给出一定的航向信号后,全部操舵过程自动完成。这样不仅可以大大减轻操舵人员的劳动强度,而且可以及时纠正
航向,缩短航行时间,减少操舵装置的工作时间并延长其使用寿命。远洋和近海船舶主要采用自动操舵方式。
(二)随动舵
在随动操舵方式中,
舵角是自动调节的,航向是人工调节的。
其闭环调节系统的调节对象是
舵叶,被调节量是舵角。当操舵人员将手轮转向某一舵角时,舵叶按所要求方向偏转,舵角反馈装置则不断发出反馈信号。如反馈信号与控制信号有偏差,舵叶继续转动,当转到所需舵角时,舵叶停止转动。由于作为被调节量的舵角的给定值的变化情况事先不能确定,因而称为随动系统。随动操舵方式由此而来。
(三)应急操舵
应急操舵是在自动操舵和随动操舵发生故障时,应急情况下使用的一种操舵方式。应急操舵一般没有两套装置,一套设在驾驶台,一套设在舵机舱。由于这种操舵方式通常用手柄操纵,有时又称为手柄操舵。