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　　操舵系统是船舶的一个重要控制系统，其性能的好坏直接影响着船舶航行的操纵性、经济性和安全性。舵机和操舵装置控制系统有着操纵和被操纵的关系，他们的接口就像工作中的一种良好合作关系，也是整个航行线路高效、安全的保障。由于不同种类舵机的工作原理不同，它与自动舵的接口也会有差异，因而这个问题在系统设计和设备选型中给设计人员带来了困惑。

　　1 舵设备的组成及作用。

　　舵设备主要有舵角指示器、操舵装置、传动装置、舵机、转舵装置、舵组成。

　　（1） 操舵装置控制系统就是舵工或驾驶员操舵用的手柄或手轮，一般会配置专门的操舵台，可以和驾控台组合一起，也可以独立地放在驾驶室内。在主操舵台的视线需要左右各 60°视角。对于一人桥楼的船舶，在左、右两翼台需要配置 NFU 手柄。

　　（2） 舵角指示器是反馈舵叶实际转动角度的仪表，驾驶员在驾驶室能实时了解舵的实际位置。在船舶左、右两翼需要配置舵角指示器，这是巴拿马运河当局对过巴拿马运河船舶的要求。舵机舱内也必须配置舵角指示器。

　　（3） 传动装置是将操舵装置启动信息由驾驶室传至舵机舱，这部分就是舵机和操舵装置控制系统的接口。根据不同形式的舵机，控制信号会有所差异，而且越来越多的船级社倾向把 2 台舵机执行器到驾驶室自动舵系统的控制信号分不同的电缆通道走，确保系统的安全。

　　（4） 舵机是转舵的原动力，放在舵机舱。

　　（5） 转舵装置把舵机的动力传递给舵，是转舵传动机构。

　　（6） 舵是舵叶、舵杆的总称。

　　2 SOLAS 对舵设备的有关要求。

　　舵设备从动力到控制系统在整个船舶设备中属于重要设备，所以 SOLAS 对舵、舵机、操舵装置控制系统都有严格的要求。下面列出几点与系统设计工作相关的要求，有助于理解舵机与操舵装置控制系统的配置要求。

　　（1） 如果设置 1 个主操舵装置和 1 个辅助操舵装置，主辅操舵装置的布置应满足当它们中的 1 台故障时应不致使另 1 台失灵。较大船舶上的主操舵装置一般都有 2 套相同的动力互为备用，使用其中1 套动力就能满足操舵要求，所以在实际设备选型时可不设辅助操舵装置。

　　（2） 驾驶室与舵机室之间应设有通信设施。船上一般配置自动电话和声力电话。

　　（3） 操舵装置应设有效的舵角限位器，能使舵角不超过 35°。舵机一般的极限角度为 37°。

　　（4） 船舶上配置的随动 FU 手轮和非随动 NFU手柄能满足 2 套独立的控制系统的要求。

　　（5） 电动和电动液压操舵装置的电动机应设短路保护和过载报警，断相、液压油温高报警，压力低报警等。报警内容显示在驾驶室和集控室的舵机报警板上，同时送船舶的监测报警系统和 VDR 系统，用于记录和报警。

　　（6） 主操舵装置的动力设备在电源故障后恢复供电时能自动再起，且需要在驾驶室有报警。

　　（7） 由 1 台或几台动力设备组成的每一电动或电动液压操舵装置至少应由主配电板设 2 路独立馈电线直接供电，但其中的 1 路由应急配电板供电。

　　3 现代船舶舵机一般类型及分类。

　　对于一些小型船舶，考虑安装空间的原因，通常会选用电动舵机。中型船舶会选用电动液压舵机。

　　电动液压式舵机按转舵机构类型可分为柱塞式和转叶式。按液压油流向变换方法的不同分成泵控型和阀控型。泵控型和阀控型原理的本质区别，决定了自动舵和舵机间选配接口的差异。

　　4 接口实例分析。

　　4. 1 自动舵系统与舵机配置的控制框图。

　　自动舵在自动和手动控制模式下与舵机的信号连接如图 2 所示。舵机提供电源和运行信号给自动舵的控制单元是常规的。操舵信号如何具体操控舵机，就要具体看舵机泵组执行器的原理和舵机液压系统的工作原理，包括液压锁定报警的表现形式也有所不同。以船舶上运用的较为广泛的柱塞式电动液压舵机为例，通过液压原理的说明，分析阀控式舵机和泵控式舵机在控制方式上的区别以及表现在与自动舵系统连接时接口的不同。

　　4. 2 阀控舵机的工作原理。

　　自动舵系统给出操作指令，舵机执行机构在收到转舵指令后会先和舵角指示器传回的实际舵角进行比较，当产生偏离时，舵角偏差信号经放大，根据返回的偏差值方向不同使换向阀相对应侧的电磁阀线圈通电，阀芯从中位向一端偏移，向该侧的转舵油缸供油，另一侧油缸的油路由换向阀通回泵的吸口，油缸中的柱塞移动，从而推动舵柄和舵叶的转动。

　　当舵转到与实际指令舵角信号向符合时，换向电磁阀线圈断电，阀芯回中，泵的排油经换向阀卸荷，通向油缸的油路被封死，舵叶就停在指令舵相符合的舵角上，完成了操舵控制的过程[2].

　　典型的阀控舵机液压原理图。由于阀控型液压舵机采用定量泵，因而只能通过改变电磁阀的位置来改变管路中流体的流向，实现操左舵或操右舵。

　　自动舵系统连接时接口框图如图 4 所示。根据规范要求，舵机启动箱给自动舵提供电源和舵机的运行信号，从驾驶室的自动舵主单元发出在自动、随动和非随动控制模式下的左/右操舵信号作用于舵机的执行机构，通过改变电磁阀的位置来改变管路中流体的流向，实现操左舵或操右舵。

　　4. 3 泵控舵机的工作原理。

　　自动舵系统给出转舵指令，舵机系统收到此信号后通过连杆机构控制变量柱塞泵的喷油嘴转动，改变流体的流速和流向，实现转舵操作。另外一种方式就是操舵站在收到转舵指令后会先和舵角指示器传回的实际舵角进行比较，然后通过放大器对偏差值进行放大，再通过力矩马达控制变量柱塞泵，实现换向操作。

　　虽然连杆机构和力矩马达都可以控制变量泵实行换向操作，但他们实现的方式却是不同的。本文以舵角回到 0 位的操作为例来作比较[3].

　　4. 3. 1 采用连杆操作的转舵步骤。

　　连杆机构控制如图 5 所示。

　　（1） 操舵手轮回到 0 位。

　　（2） 0 位信号发送到自动舵系统。

　　（3） 浮子开关从"A"动作到"A1",同时以"B"为支点，从"C"动作到"C1".

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