液压舵机教学实验台液压系统的设计
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【摘 要】为了满足教学和相关科研的需要，笔者所在的教学团队设计了一套液压舵机教学实验台，针对实验台中的液压控制部分进行设计，并介绍其工作原理。该系统具有结构简单，造价成本低，运行安全可靠等优点，无论是在教学上还是科研试验中都将起到积极的作用。
【Abstract】The teaching team designed a set of hydraulic steering gear test-bed for teaching and scientific research.Hydraulic circuit is designed for the test-bed and its working principle is introduced .The hydraulic circuit has the advantages of simple structure， low cost， safe and reliable operation and so on.The design for teaching or for related research will play an active role.
【Key words】Hydraulic steering gear； Teaching test-bed； Hydraulic Circuit； Design
0 引言
笔者所在的院校是一所具有沿海特色的高职院校，该校开设了轮机工程技术专业，《船舶辅机》课程是该专业的核心专业技能课程。该门课程的实验教学必不可少，购买成套舵机实验台成本高且不利于改造，根据多年的教学与科研经验，笔者所在的教学团队设计了一套液压舵机教学实验台。
液压舵机是船舶最重要的辅机之一，根据推舵方式不同，分为拨叉式、转叶式和摆缸式三种[1]。由于摆缸式液压舵机无需设追随机构，体积小、结构简单、布置方便、转船力矩大、可靠性好等优点，在中小型船舶中得广泛的使用[3]。因此，本实验台采用的是摆缸式液压舵机设计，它是由电机带动定量泵工作，通过转向器或电磁换向阀来控制压力油进出端铰摆缸，推动转舵机构从而实现操舵目的。针对本液压舵机教学实验台，笔者本着经济、实用为出发点设计出该实验台的液压系统，以下是本液压系统的整个设计过程与原理分析。
1 液压系统的设计
液压舵机的液压控制系统一般分为泵控型和阀控型两种[1]。泵控型液压系统一般采用双向变量泵作为主泵，配备一个小功率的齿轮泵作为辅泵，同时必须采用直流伺服电机式电气遥控系统和浮动杆追随机构，所以系统构造相对复杂，制造成本高。阀控型液压系统使用定量泵供液，使用电气遥控系统操纵电磁换向阀，来改变油液的流动方向从而达到转舵目的[1]。与前者相比，阀控型液压系统比较简单，制作费用低廉，但是在稳定性和可靠性上不够前者。随着液压阀制造精度的提高，阀控型液压系统也能达到很好的整体性能，在中小功率的场合使用更有竞争力。
本液压舵机实验台是根据小型船舶液压舵机进行设计，液压系统的设计压力为16Mpa。从经济成本出发，并结合教学的实际需要，本设计采用阀控型液压系统，整个液压系统由油箱、齿轮泵、电动机、溢流阀、电磁阀、转向器、液控双向锁、橡胶管以及一些其他的辅助元件组成，液压系统的组成如图1所示。
2 液压系统的原理分析
按照《钢质海船入级与建造规范》中规定，每一套液压舵机都有一套以上的控制系统，本实验台由电动液压为主兼顾手动操纵组成一体[4]。
2.1 手动操舵模式
根据图1所示，（6）是一个全液压转向器，在液压泵（2）正常工作的情况下，该转向器起到计量马达的作用，保证进入两个液压缸（9、10）的液压油量与舵轮转角成相应比例。亦即当舵轮向某个方向旋转一个角度时，推杆平衡板也带动舵轴向同样方向转过一个角度。当关闭液压泵，或者是遭遇断电的情况时，通过人力转动舵轮来带动液压转向器，这时相当于一个手动油泵，液压油经过换向阀（5）的左位，并输送到油缸实现转舵功能。
2.2 电液动操舵模式
启动液压泵，给电磁换向阀（5）上电，则进入电液动操舵模式。舵叶的运动一般有三种状态，左转舵、右转舵和保持不动。左转舵：给电磁换向阀（7）的左侧通电，液压油流经电磁换向阀（6）的右位进入电磁换向阀（7）的左位，再流经液压锁（8），最终液压油进入液压缸（9）的无杆腔和液压缸（10）的有杆腔。在液压缸（9）活塞杆的推动和液压缸（10）活塞杆的拉动下，推杆平衡板带动着舵轴做逆时针转动，从而实现了船向左转舵。同理，保持换向阀（5）通电的前提下，给换向阀（7）的右侧上电即可实现向右转舵。当没有偏舵角时，只需要把电磁阀（7）断电，让换向阀处于中位，在液压锁（8）的作用下，即可保持当前的航向角前进。
3 总结
传统的舵机液压系统有一部分只采用O型的三位四通换向阀来控制油液的方向，由于换向阀多为滑阀，中位的机能就是通过阀芯与阀口的遮盖来实现，滑阀不可避免的会产生泄漏，出现风浪时泄漏会更加严重，导致舵角不能长时间保持。本设计采用O型的三位四通换向阀加液压锁构成，使用起来更加安全可靠。
【参考文献】
[1]郑士君，孙永明.船舶辅机教程[M].大连：大连海事大学出版社，2003，07.
[2]孟延军，陈敏.液压传动[M].北京：冶金工业出版社，2008，09
[3]徐本国.小型渔船摆缸式液压舵机舵角限位器的设置[J].中国水产，2008（8）：72-73.
[4]卢运娇，麦冬玲.一种基于ARM的小型渔船液压舵机控制系统的设计[J].制造业自动化，2013（11）第35卷.上：141-144.
[5]卢运娇，王贵，麦冬玲.小型船舶液压舵机教学实验台的设计[J].液压与气动，2014（1）：93-102.