第二节
液压舵机工作原理和组成
8-2 液压舵机工作原理和组成
?大型船舶几乎全部采用液压舵机
?电动舵机仅用于一些小型船舶上
?液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、
流向的可控性来达到操舵目的的
?根据液压油流向变换方法的不同,有两类：
? 泵控型
? 阀控型
8-2-1 泵控型液压舵机
图 8— 5示出泵控型液压舵机的原理图。
? 1— 电动机,2— 双向变量泵； 3— 放气阀,4— 变量泵控制
杆,5 — 浮动杆,6 — 储能弹簧,7— 舵柄,8— 反馈杆，
9— 撞杆,10— 舵杆,11— 舵角指示器的发送器,12— 旁
通阀,13— 安全阀,14— 转舵油缸,15— 调节螺母，
16 — 液压遥控受动器,17— 电气遥控伺服油缸
? 双向变量油泵设于舵机室，由电动机 1驱动作单向回转
? 油泵的流量和吸排方向，则通过与浮动杆 5的 C相连接
的控制杆 4控制
? 即依靠油泵控制 C偏离中位的方向和距离，来决定泵的
吸排方向和流量。
泵控型液压舵机原理图（ 1）
图 8-5
泵控型液压舵机原理图（ 2）
8-2-1 泵控型液压舵机原理
? 图示舵机采用往复式转舵机构
? 由油缸 14(固定在机座上 )和撞杆 9(可在缸中往复运动 )
等组成
? 当油泵按图示吸排方向工作时
? 泵就会通过油管从右侧油缸吸油
? 排向左侧油缸
? 撞杆 9在油压作用下向右运动 (油液可压缩性极小 )
? 撞杆通过中央的滑动接头与舵柄 7联接
? 舵柄 7的一端又用键固定在舵杆 10的上端
? 撞杆 9的往复运动就可转变为舵叶的偏转
? 改变油泵的吸排方向，则撞杆和舵叶的运动方向也就
随之而变。
8-2-1 泵控型舵机 - 工作油压与尺寸
? 舵机油泵工作油压取决于推动撞杆所需的力 (转舵扭矩 )
? 舵机最大工作压力 (pmax)是产生公称转舵扭矩时油泵出口油压
? 舵机油泵的额定排出压力不得低于舵机的 pmax
? pmax选得越高，转舵机构的主要尺寸就越小
? 油泵额定流量和管路直径相应减小，装置的尺寸和重量就会变小
? 资料表明
? 当 pmax由 10MPa提高到 20MPa时
? 往复式舵机长度大约缩短 5％一 10％
? 重量约可减轻 20％
? 并使工作油液的使用量减少 1／ 2左右
? 当 pmax从 20MPa提高到 30MPa时
? 往复式舵机的长度几乎不变
? 重量只减轻 6％～ 9％
? 而工作油液的使用量也仅减少 16％～ 18％
? 进一步提高 pmax, 对液压设备生产和管理要求更高
? 故目前液压舵机的最大工作油压，多不超过 20MPa
8-2-1 泵控型舵机 - 转舵速度
?转舵速度,
? 主要取决于油泵的流量
? 而与舵杆上的扭矩负荷基本无关
? 因为舵机油泵都采用容积式泵
? 当转舵扭矩变化时，虽然工作油压也随之变化，但
泵的流量基本不变，对转舵速度影响不明显
? 进出港和窄水道航行时，用双泵并联，转舵速
度几乎可提高一倍。
8-2-1 泵控型舵机 - 追随机构
?多采用浮动杆式追随机构
? 浮动杆的控制点 A系由驾驶台通过遥控系统
控制
? 如把 X孔的插销转插到 Y孔之中，也可在舵机室用
手轮来控制
? 浮动杆上的控泵点 C与变量泵的控制杆 4相连
? 反馈点 B经反馈杆 8与舵柄相连
?当舵叶和驾驶台上的舵轮都处于中位时
? 浮动杆即处在用点划线 ACB所表示的位置
? C点恰使变量机构居于中位，油泵空转，舵
保持中位不动
A
B
C
8-2-1 泵控型舵机 - 用舵
? 驾驶台给出某一舵角指令
? 通过遥控系统，会使 A点移至 A1
? 由于 B点在舵叶转动以前并不移动
? 所以 C点将移到 C1
? 于是，油泵按图示方向吸排，舵叶开
始偏转，通过反馈杆带动 B点向 B1方向
移动
? 当舵叶转到与 A1给出指令舵角相符时,B
移到 B1,C点重回中位
? 油泵停止排油，舵就停止在所要求的舵角上
? 浮动杆的位置如图中的实线 A1CB1所示。
? 实际上，浮动杆动作并不分步进行 (C
点偏离中位后，泵就排油）
B1
A
1
C
1
8-2-1 泵控型舵机 - 回舵
? 当驾驶台发出回舵指令时
? A点又会从 A1移回中位 A
? C点偏离中位向左，油泵
反向吸排
? 舵叶也就向中位偏转，使
B点从 B1位置向中位移动
? 直到舵叶转到由 A点位置
所确定的指令舵角时,C
点重新回中，油泵停止排
油，舵叶也就停转 B1
A
1
C
1
A
8-2-1 泵控型舵机 - 防浪阀
? 追随机构使油泵在开始和停止排油时流
量逐渐增大和减小
? 可减轻液压系统的冲击
? 为防海浪等冲击舵叶时，造成舵杆负荷
过大、系统油压过高和使电机过载
? 在油路系统中装设了安全阀 (亦称防浪阀 )
? 当舵叶受到冲击以致任一侧管路的油压超过
安全阀的整定压力时
? 安全阀开启，油泵两侧管路旁通
? 舵叶会偏离所在位置，带动 B点，使 C点离开
中位，油泵因而排油
? 当冲击负荷消失后
? 安全阀关闭
? 舵叶在油泵的作用下，返回,B点回位
8-2-1 泵控型舵机 - 储能弹簧
? C点偏离中位的距离受泵变量机构最大位移限制
? 只有在舵叶带动 B点使 C点回移后,A点才能继续操舵
? 这样，大舵角操舵动作不能一次完成
? 使泵流量总在零与最大值间变动
? 使操舵者感到不便，同时降低油泵效率和转舵速度
? 为解决这问题，在反馈杆上装了储能弹簧 (可双向压缩 )
? 当 A点将 C点带到最大偏移位置后
? 浮动杆就会以 C点为支点而继续偏转，压缩弹簧
? A点得以一次到达所要求的大操舵角
? 随着舵叶偏转，储能弹簧首先放松，并在其恢复原状后，
才会将 B点拉到与 A点相应的位置，以停止转舵
? 在储能弹簧完全放松以前,B点不动,C点停留在最大
偏移位置 (使泵在较长时间内保持 Qmax),加快转舵速度
? 储能弹簧的刚度必须适当
? 若弹簧太软，则可能使 B点先于 C点而移动，操舵就无法进行
? 如弹簧太强，则大舵角操舵所需操舵力太大，甚至使储能弹簧
不起作用
Cma
x
8-2-2 阀控制液压舵机
? 用单向定量油泵
? 其吸排方向不变
? 油液进出转舵油缸的方向由驾驶台遥控的换向阀来控制
? 当换向阀处于中位
? 油泵的排油经换向阀旁通，转舵油缸油路锁闭而稳舵
? 油泵和系统比较简单，造价相对较低
? 缺点,
? 换向阀换向，液压冲击较大，可靠性也相对较差
? 阀控型舵机在停止转舵时，泵以最大流量排油，油液发热较 多，经济性差
? 阀控型舵机适用功率范围比泵控型小
? 泵控型和阀控型舵机
? 尽管工作原理不尽相同
? 都是由转舵机构、液压系统和操纵系统等组成
? 下面就转舵机构和操纵系统依次加以讨论
液压舵机工作原理和组成
8-2 液压舵机工作原理和组成
?大型船舶几乎全部采用液压舵机
?电动舵机仅用于一些小型船舶上
?液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、
流向的可控性来达到操舵目的的
?根据液压油流向变换方法的不同,有两类：
? 泵控型
? 阀控型
8-2-1 泵控型液压舵机
图 8— 5示出泵控型液压舵机的原理图。
? 1— 电动机,2— 双向变量泵； 3— 放气阀,4— 变量泵控制
杆,5 — 浮动杆,6 — 储能弹簧,7— 舵柄,8— 反馈杆，
9— 撞杆,10— 舵杆,11— 舵角指示器的发送器,12— 旁
通阀,13— 安全阀,14— 转舵油缸,15— 调节螺母，
16 — 液压遥控受动器,17— 电气遥控伺服油缸
? 双向变量油泵设于舵机室，由电动机 1驱动作单向回转
? 油泵的流量和吸排方向，则通过与浮动杆 5的 C相连接
的控制杆 4控制
? 即依靠油泵控制 C偏离中位的方向和距离，来决定泵的
吸排方向和流量。
泵控型液压舵机原理图（ 1）
图 8-5
泵控型液压舵机原理图（ 2）
8-2-1 泵控型液压舵机原理
? 图示舵机采用往复式转舵机构
? 由油缸 14(固定在机座上 )和撞杆 9(可在缸中往复运动 )
等组成
? 当油泵按图示吸排方向工作时
? 泵就会通过油管从右侧油缸吸油
? 排向左侧油缸
? 撞杆 9在油压作用下向右运动 (油液可压缩性极小 )
? 撞杆通过中央的滑动接头与舵柄 7联接
? 舵柄 7的一端又用键固定在舵杆 10的上端
? 撞杆 9的往复运动就可转变为舵叶的偏转
? 改变油泵的吸排方向，则撞杆和舵叶的运动方向也就
随之而变。
8-2-1 泵控型舵机 - 工作油压与尺寸
? 舵机油泵工作油压取决于推动撞杆所需的力 (转舵扭矩 )
? 舵机最大工作压力 (pmax)是产生公称转舵扭矩时油泵出口油压
? 舵机油泵的额定排出压力不得低于舵机的 pmax
? pmax选得越高，转舵机构的主要尺寸就越小
? 油泵额定流量和管路直径相应减小，装置的尺寸和重量就会变小
? 资料表明
? 当 pmax由 10MPa提高到 20MPa时
? 往复式舵机长度大约缩短 5％一 10％
? 重量约可减轻 20％
? 并使工作油液的使用量减少 1／ 2左右
? 当 pmax从 20MPa提高到 30MPa时
? 往复式舵机的长度几乎不变
? 重量只减轻 6％～ 9％
? 而工作油液的使用量也仅减少 16％～ 18％
? 进一步提高 pmax, 对液压设备生产和管理要求更高
? 故目前液压舵机的最大工作油压，多不超过 20MPa
8-2-1 泵控型舵机 - 转舵速度
?转舵速度,
? 主要取决于油泵的流量
? 而与舵杆上的扭矩负荷基本无关
? 因为舵机油泵都采用容积式泵
? 当转舵扭矩变化时，虽然工作油压也随之变化，但
泵的流量基本不变，对转舵速度影响不明显
? 进出港和窄水道航行时，用双泵并联，转舵速
度几乎可提高一倍。
8-2-1 泵控型舵机 - 追随机构
?多采用浮动杆式追随机构
? 浮动杆的控制点 A系由驾驶台通过遥控系统
控制
? 如把 X孔的插销转插到 Y孔之中，也可在舵机室用
手轮来控制
? 浮动杆上的控泵点 C与变量泵的控制杆 4相连
? 反馈点 B经反馈杆 8与舵柄相连
?当舵叶和驾驶台上的舵轮都处于中位时
? 浮动杆即处在用点划线 ACB所表示的位置
? C点恰使变量机构居于中位，油泵空转，舵
保持中位不动
A
B
C
8-2-1 泵控型舵机 - 用舵
? 驾驶台给出某一舵角指令
? 通过遥控系统，会使 A点移至 A1
? 由于 B点在舵叶转动以前并不移动
? 所以 C点将移到 C1
? 于是，油泵按图示方向吸排，舵叶开
始偏转，通过反馈杆带动 B点向 B1方向
移动
? 当舵叶转到与 A1给出指令舵角相符时,B
移到 B1,C点重回中位
? 油泵停止排油，舵就停止在所要求的舵角上
? 浮动杆的位置如图中的实线 A1CB1所示。
? 实际上，浮动杆动作并不分步进行 (C
点偏离中位后，泵就排油）
B1
A
1
C
1
8-2-1 泵控型舵机 - 回舵
? 当驾驶台发出回舵指令时
? A点又会从 A1移回中位 A
? C点偏离中位向左，油泵
反向吸排
? 舵叶也就向中位偏转，使
B点从 B1位置向中位移动
? 直到舵叶转到由 A点位置
所确定的指令舵角时,C
点重新回中，油泵停止排
油，舵叶也就停转 B1
A
1
C
1
A
8-2-1 泵控型舵机 - 防浪阀
? 追随机构使油泵在开始和停止排油时流
量逐渐增大和减小
? 可减轻液压系统的冲击
? 为防海浪等冲击舵叶时，造成舵杆负荷
过大、系统油压过高和使电机过载
? 在油路系统中装设了安全阀 (亦称防浪阀 )
? 当舵叶受到冲击以致任一侧管路的油压超过
安全阀的整定压力时
? 安全阀开启，油泵两侧管路旁通
? 舵叶会偏离所在位置，带动 B点，使 C点离开
中位，油泵因而排油
? 当冲击负荷消失后
? 安全阀关闭
? 舵叶在油泵的作用下，返回,B点回位
8-2-1 泵控型舵机 - 储能弹簧
? C点偏离中位的距离受泵变量机构最大位移限制
? 只有在舵叶带动 B点使 C点回移后,A点才能继续操舵
? 这样，大舵角操舵动作不能一次完成
? 使泵流量总在零与最大值间变动
? 使操舵者感到不便，同时降低油泵效率和转舵速度
? 为解决这问题，在反馈杆上装了储能弹簧 (可双向压缩 )
? 当 A点将 C点带到最大偏移位置后
? 浮动杆就会以 C点为支点而继续偏转，压缩弹簧
? A点得以一次到达所要求的大操舵角
? 随着舵叶偏转，储能弹簧首先放松，并在其恢复原状后，
才会将 B点拉到与 A点相应的位置，以停止转舵
? 在储能弹簧完全放松以前,B点不动,C点停留在最大
偏移位置 (使泵在较长时间内保持 Qmax),加快转舵速度
? 储能弹簧的刚度必须适当
? 若弹簧太软，则可能使 B点先于 C点而移动，操舵就无法进行
? 如弹簧太强，则大舵角操舵所需操舵力太大，甚至使储能弹簧
不起作用
Cma
x
8-2-2 阀控制液压舵机
? 用单向定量油泵
? 其吸排方向不变
? 油液进出转舵油缸的方向由驾驶台遥控的换向阀来控制
? 当换向阀处于中位
? 油泵的排油经换向阀旁通，转舵油缸油路锁闭而稳舵
? 油泵和系统比较简单，造价相对较低
? 缺点,
? 换向阀换向，液压冲击较大，可靠性也相对较差
? 阀控型舵机在停止转舵时，泵以最大流量排油，油液发热较 多，经济性差
? 阀控型舵机适用功率范围比泵控型小
? 泵控型和阀控型舵机
? 尽管工作原理不尽相同
? 都是由转舵机构、液压系统和操纵系统等组成
? 下面就转舵机构和操纵系统依次加以讨论
