《船舶结构与设备》 实验手册.docx
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《船舶结构与设备》实验手册
《船舶结构与设备》课程是航海技术专业学生实践性极强的一门专业必修课。
为使学生进一步加深理解本课程的理论知识、解决抽象问题及增强实际动手能力,本课程的实验及训练(实操)按课程实验大纲的要求,拟完成以下内容:
液压舵机、自动舵、操舵、起重设备及船体结构与甲板设备模型等。
实验一液压舵机
液压操舵装置主要是指液压舵机,液压舵机也称电动液压舵机或电液舵机。
它是利用电动机带动一主油泵运转,当有操舵信号时,主油泵开始排吸油,产生的高压油通过管路系统进入转舵油缸,推动油缸中的柱塞或叶片运动,从而带动舵杆、舵叶转动。
当舵转至所要求的角度后通过反馈系统使油泵停止排吸油,舵就停止在所需的舵角上。
液压舵机具有噪声小、体积小、重量轻、转矩大、传动平稳、能实现无级调速、易于遥控和容易管理、操作方便,在操舵次数频繁时仍有较高可靠性等优点,为现代船舶广泛采用。
常见的液压舵机有柱塞式和转叶式两大类。
一、实验用设备与目的
1.实验用设备:
本实验的实物为柱塞式液压舵机仿真模型。
2.实验目的:
了解液压舵机的组成和工作原理。
二、实验方法与内容
1.实验方法:
每班分2组(即每组15~18人)通过讲解与演示相结合的方法进行实验。
2.实验内容
1)柱塞式液压舵机概述
柱塞式液压舵机也称往复式液压舵机。
目前,船上常用的有二缸柱塞式液压舵机和四缸柱塞式液压舵机。
柱塞式液压舵机一般由转舵机构、动力源和操纵追随机构三大部分组成。
动力源由电动机、主油泵、辅油泵和控制阀箱等组成。
电动机带动主、辅油泵供给工作需要的各种压力油,安全控制阀是起保护作用和对压力油的分配。
转舵机构由油缸、柱塞和舵柄等组成。
当操舵装置控制系统启动电机带动变量泵时,变量泵从一对(或一个)油缸中抽油,同时向另一对(或一个)油缸输油,从而推动柱塞作直线运动并使舵柄绕舵杆作旋转运动,产生舵角。
当油泵改变输油方向时,舵就反向转动。
操纵追随机构由减速器、螺杆、滑块、操纵杆、浮动杆、反馈杆(又称追随杆)等一系列拉杆组成,其主要作用是控制主油泵的工作状态。
在通常采用的液压三点杠杆式追随机构中,当转动舵柄舵叶给出舵角的同时经反馈追随杆拉动操纵杆复位,使油泵停止排吸油,控制舵叶停止在所需的舵角上。
2)柱塞式液压舵机仿真模型
(1)柱塞式液压舵机仿真模型的组成(参见图1、2)
第1部分----动力源由电动机(为110V/50瓦、1370转/分的交流电机)、主油泵、倾斜盘、辅油泵等组成。
第2部分----转舵机构由高(低)压油路、四个油缸、四个柱塞、十字头(滑式)、舵柄等组成。
图1柱塞式液压舵机仿真模型
第3部分----操纵追随机构由直流电机(为伺服电机,380V/0.4千瓦、1500转/分)、差动减速箱、螺杆、滑块、浮动杆、操纵杆(一端与倾斜盘相连,另一端与浮动杆C点相连)、连杆(一端与滑块相连,另一端与浮动杆A点相连)、反馈杆(一端与舵柄相连,另一端与浮动杆B点相连,B点)等组成。
图2柱塞式液压舵机仿真模型
(2)柱塞式液压舵机仿真模型各组成部分的作用与特点
①动力源部分
主油泵为一带倾斜盘的油泵,由电动机带动产生高压油,是转舵的动力。
由倾斜盘控制主油泵高压油的排出方向(产生左舵和右舵)和时间(形成大舵角和小舵角),所以,主油泵又称变向变量泵。
电动机为110V/50瓦的交流电动机,通过连轴器带动主油泵转动,转速为1370转/分,实现电能转换为液压能。
辅油泵为—齿轮泵,能通过液控单向阀给管系补油,使油管保持8KG/CM2的油压。
②转舵机构部分
除油缸、柱塞、油路及舵柄外,十字头滑块的作用是将柱塞的直线运动转换为舵柄绕舵杆作圆周运动,此外,转舵机构中油路分配阀箱的作用是:
当某一油缸或油管(包括接头)漏油时,即可通过关闭进入该油缸或油管(包括接头)的油路阀门,并打开相应的旁通油路阀门排除液压油,以便对该部分进行修理。
③操纵追随机构部分
当操舵台的舵轮转出一舵角信号并停止在θ角后,该舵角电信号经放大处理后驱动执行机构----伺服电机运转,通过差动减速箱带动螺杆转动,并使滑块在螺杆上移动而拉动连杆,浮动杆A点同时移动、驱使与浮动杆C点相连的操纵杆(控制杆)拉动倾斜盘并使之发生倾斜,主油泵排出相应方向的高压油,转舵机构转舵。
在转舵机构转舵的同时,由舵柄拉动反馈杆使浮动杆的B点向与A点相反的方向移动,C点亦向使倾斜盘回复到平衡位置的方向移动,直到倾斜盘完全回复到原平衡位置止。
主油泵停止排出高压油,转舵机构停止转舵,最终控制舵叶停在所需的舵角上。
本部分重点是熟悉三点(浮动杆A、B、C)杠杆式追随机构的工作原理。
④舵角反馈发送器
舵角反馈发送器的作用是产生与操舵电信号极性相反的反馈电信号,以便控制伺服电机的运转时间。
即当伺服电机运转,通过差动减速箱带动螺杆转动,并使滑块在螺杆上移动而拉动连杆的同时,反馈电信号亦同时产生并逐渐增大,当反馈电信号增大到与操舵电信号大小完全相等时(即达到舵轮所操舵角时),输送至伺服电机的电信号为零,从而使伺服电机停止运转,浮动杆A点同时移动至所需位置并停止。
⑤舵角发送器
舵角发送器的作用是将转舵机构所转出的实际舵角及时发送至位于驾驶室的舵角指示器,以便让舵工及时了解实际舵角是否已达所操舵角。
⑥舵机间应急操舵手柄(参见图3)
三、实验报告要求
本实验以演示与学生实际动手相结合的方式完成,实验前学生首先应仔细阅读本实验指导书,以了
解其组成及各组成部分的作用。
实验时注意观察舵机图3舵机间应急操舵手柄
工作时各部分的动作及工作步骤。
报告要求:
在驾驶台发出舵令“左或右舵××”后,写出从舵轮转动至执行机构----伺服电机工作至转舵机构转舵至所需舵角的全部工作流程。
实验二自动舵
一、实验用设备与目的
1.实验用设备:
本实验的实物为多功能操舵模拟器与HQ—1型自动操舵仪仿真模型。
2.实验目的:
通过本实验,使学生基本掌握自动舵的正确操作使用方法。
二、实验方法与内容
1.实验方法:
每班分6组(即每组5~6人)通过讲解与演示相结合的方法进行实验。
2.实验内容
1)自动舵概述
(1)自动舵的操舵传动方式
自动舵一般均有三种不同的操舵方式,即随动操舵、自动操舵和应急操舵。
随动操舵:
随动操舵即通常所说的人工操舵,由舵工根据舵令操舵,转动舵轮,舵叶随之转动,当舵叶转至所操舵角时停止。
这种操舵方式用于进出港、靠离码头、航行于狭水道等航区复杂水域、雾航和避让等时机。
自动操舵:
自动操舵是自动仿效人工操舵,用于船舶航行在较长时间的直航向时,可减轻舵工劳动强度、提高操舵精度和船舶航速、缩短航程、节约燃料。
应急操舵:
当自动操舵和随动操舵系统发生故障时,应立即使用应急操舵。
先将操舵仪上的操舵方式开关转入“手柄(non-follow-up)”位置,然后操作手柄开关。
有的自动舵操舵台上没有单独专设手柄开关,在这种情况下,只要将手轮轴销拔出,旋转90°后置于凹槽内固定就可将舵轮当手柄进行操舵。
(2)自动舵调节旋钮(按钮)的使用
自动舵面板上的主要调节旋钮(按钮)有:
①转入自动开关:
自动操舵一般都是由随动操舵转换过来的。
从随动转换为自动时,应注意先把压舵旋钮和自动改向调节旋钮归零位,同时把船舶稳定在指定的航向上。
当处于正舵时,将选择开关从随动转至自动位置上,船舶就进入自动操舵状态。
然后,根据船舶载重情况和海况调节主操舵台面板上的有关旋钮。
②比例旋钮(rudderadjust):
比例旋钮也称舵角调节旋钮,用以调节纠正偏航的舵角大小。
刻度的档次越高,比例系数越大,比例大,偏舵角也较大,即可获得的转船力矩也大。
所以,船舶重载或空载舵叶露出水面或海况恶劣时一般应调大些。
反之,应调小些。
③微分旋钮(rateadjust):
微分旋钮也称反舵角调节旋钮或速率调节,是根据偏航惯性来调节的。
重载时船舶的转动惯量大,则其偏航惯性也大,应调大一些,轻载时应调小一些。
④灵敏度旋钮(weatheradjust):
灵敏度旋钮也称天气调节旋钮或航摆角(yawing)调节,是调节放大器的放大倍数。
在天气好时,为了船舶走得更直一些,即当出现较小偏航角时,就使舵机工作产生舵角,纠正偏航,可将灵敏度调高一些;风浪大时,航向偏摆频繁,为了防止舵机频繁启动,应将灵敏度调低些,这样在偏航较小时,舵机不启动工作,从而减少舵机工作过于频繁而受损。
⑤压舵旋钮:
用以调节压舵的舵角大小,当船舶受到风流等恒值外力干扰而向单侧方向偏转时,可用此旋钮向相反方向压一舵角,以抵消单恻偏航作用。
压舵的舵角大小可以根据船舶偏转情况来选定。
⑥自动改向旋钮(courseadjust):
使用该旋钮改向时,应把比例旋钮放在最小位置,而且每次只能进行小度数改向,若需大角度改向,则应分几次进行,一般每次不超过10°。
操作方法通常为:
先按下旋钮,然后转动指针至改向的度数,使船舶转到给定航向时指针自动回零,不必人工复位。
此外,还有用于修正自动舵分罗经与主罗经同步误差的零位修正调节旋钮等。
2)多功能操舵模拟器
(1)组成
多功能操舵模拟器由总控制台、可进行靠离泊与船舶操纵性能测试训练的主本船(如图4所示)及可进行船舶操纵性能测试训练的两条副本船(如图5所示)组成。
图4可进行靠离泊与船舶操纵性能测试训练的主本船
图5可进行船舶操纵性能测试训练的副本船
(2)自动舵
多功能操舵模拟器操舵控制台如图6所示,主要由舵轮、应急操舵手柄、自动舵功能键(autopilot)模块、操舵方式选择(rudder)模块、报警系统(alarmsystem)模块、航向设定(coursesetting)模块、罗经(compass)、舵轮操舵舵角指示、设定按键(set)、面板亮度调节(dim.)模块、车钟、小键盘及轨迹球等组成。
有关组成部分使用方法如下:
①操舵方式选择(rudder)模块(参见图7):
该模块用于设定操舵方式。
a.功能键“NORMAL(正常)”设定为在开机后操舵控制台即处于自或随动操舵方式下的默认键,故该键开机后即保持亮灯状态。
b.按下“MANUAL(手动)”键(该键指示灯亮),选择随动(人工)操舵方式,用舵轮操舵。
c.按下“AUTO(自动)”键(该图6操舵控制台
键指示灯亮,“MANUAL”键灯灭),选择自动操舵方式。
d.按下“TILLER(应急)”键(该键指示灯亮,其它三个功能键灯灭),选择应急操舵方式,此时用手柄操舵。
f.在“TILLER(应急)”模式下按“NORMAL(正常)”键,可将操舵方式转换为正常,此时可根据需要在手操舵和自动舵之间转换。
②自动舵功能键(autopilot)模块(参见图8)
在自动操舵方式下,自动舵功能键(autopilot)模块起作用。
图8中上部分别为压舵、灵敏度、微分、比例的指示窗,下部为各自的调节按键组(增加、减少)。
设定每个参数前先按“SET(设定)”键,设定后应再按“SET”键,所设定的参数将开始起作用。
各功能键的使用方法如下:
图7操舵方式选择与报警系统模块a.DEVIATIONADJUST(压舵调节):
可根据实
际需要按“绿色”或“红色”键,以增大或减小压舵舵角。
b.SENSITIVITYADJUST(灵敏度调节):
可根据需要按“绿色”键或“红色”键,以增大或减小灵敏度。
c.RATEADJUST(微分):
可根据实际需要按“绿色”键或“红色”键,以增大或减小所操反舵角的大小。
d.RUDDERADJUST(比例调节):
可根据实际需要按“绿色”键或“红色”键,以增大或减小所操纠正偏航的舵角大小。
③49键小键盘(参见图6):
用于初始罗航向数据的输入及VDU(视景显示器)的显示状态控制。
④罗经(参见图6):
为船用分罗经,其作用是实时指示航向。
⑤轨迹球(参见图6):
用于计算机初始状态设置及视景显示器的显示状态控制。
⑥COURSESETTING(航向设定):
当选择自动操舵方式时,该模块(参见图8)将转为显亮,此时,可按“SET(设定)”键,界面将弹出自动航向初始值“零”,再按模块两侧的按键,其中右侧为航向增加键左侧为航向减小键,中间的显示部分及时显示所设定的航向,设定完毕后再按“SET”键,自动航向值将输入并显示在该模块,计算机将按船舶模型自动计算,最终通过一系列操舵动作自动地将本船航向转到所需航向上。
图8自动舵功能键与航向设定模块
也可在自动操舵过程中利用该模块小角度改变航向,方法是按模块两侧的按键。
必须注意的是:
在自动操舵方式下只能进行小角度改向。
⑦舵轮操舵舵角指示(参见图6):
用于及时指示舵轮所操舵角。
⑧面板亮度调节(DIM)模块(参见图6):
用于调节面板各按键的显示亮度,“+”亮度增加、“-”亮度降低。
⑨报警系统(ALARMSYSTEM)模块(参见图7):
该模块主要由压舵、自动改向、电源、应急舵、罗经、报警确认、报警测试与风鸣器组成。
3)Q—1型自动操舵仪仿真模型
HQ—1型自动操舵仪仿真模型系采用半导体原件组成的无触点自动控制设备,它能与各种规格的电罗经配套,适用于变量泵系统的液压舵机。
具有自动、随动及手柄三种操舵方式。
(1)组成
HQ—1型自动操舵仪仿真模型主要由位于驾驶室内的主操舵台(图9)、主配电箱、应急电源配电箱、舵角指示器及位于舵机间内的简易操舵台、反馈系统、伺服电机等组成。
(2)三种操舵方式的操作步骤
①随动操舵:
第一步:
接通主配电箱(图10)电网电源,并将控制旋钮由“O”位旋至“1”或“2”的位置;第二步:
将主操舵台右侧的电源开关置于“自(随动)”位置,机组开关置于“1”或“2”位置(参见图11);第三步:
将主操舵台左侧的操舵方式选择开关(参见图12)置于“随动”位置。
完成上述三步后即可用舵轮操舵。
图9主操舵台图10主配电箱
图11主操舵台右侧的电源与机组开关图12主操舵台左侧的操舵方式选择开关
②自动操舵:
自动操舵一般都是由随动操舵转换过来的。
从随动转换为自动时,应注意按以下操作步骤进行:
先把压舵旋钮和自动改向调节旋钮归零位,同时把船舶操稳在指定的航向上,当处于正舵时,将主操舵台左侧的操舵方式选择开关从“随动”转至“自动”位置,船舶就进入自动操舵状态。
然后,根据设定的船舶载重情况和海况调节主操舵台面板上的有关旋钮(参见图13)。
③应急操舵:
在随动(手动)和自动操舵方式发生故障时,可将主操舵台右侧的电源开关转至“应急”位置,此时应急电源配电箱(参见图14)指示灯亮,然后在应急电源配电箱上选择操舵位置“驾驶室”或“舵机房”,即可在驾驶室或舵机间内进行应急操舵。
驾驶室内是将舵轮拔出再旋转90度后充当应急操舵手柄操舵,舵机间内则是直接用应急操舵手柄操舵。
(3)舵角指示器(参见图15):
指示实际舵角。
在舵角指示器与舵轮操舵舵角指示均无误差的情况下,该两指示器应完全一致。
因此,随动操舵时应通过观察舵角指示器来确认实际舵
图13主操舵台面板上的有关旋钮
角是否已达所操舵角;自动操舵时可通过观察舵角指示器来了解自动操舵情况;驾驶室应急操舵时必须通过观察舵图14应急电源配电箱
角指示器来确认何时松开应急操舵手柄;舵机间内应急操舵时可通过观察安装在舵机间内的舵角指示器或实际舵角来确认何时松开应急操舵手柄。
图15舵角指示器
三、实验报告要求
1.写出多功能操舵模拟器及HQ—1型自动操舵仪仿真模型在选择自动操舵方式时的操作步骤。
2.若此时有一载重吨为二万吨且满载的船舶模型处于风力六级、浪五级的海况下偏顶风航行,请写出在自动操舵时有关各功能键的正确调节方法。
实验三操舵训练
一、训练用设备与目的
1.训练用设备:
完成本训练项目的设备为多功能操舵模拟器。
2.训练目的:
通过本训练,使学生熟练掌握操舵的基本方法、各种操舵舵令及操舵工作要领。
二、训练方法与内容
1.训练方法:
每班分15~18组(即每组2人,轮流做指挥员及舵工),先讲解、演示,再由学生实际操作(这是重点过程)相结合的方法进行训练。
2.训练内容
能否熟练掌握操舵的基本方法、各种操舵舵令及操舵工作要领,是一个未来驾驶指挥人员必须具备的基本功,因此,有必要逐一介绍上述三项。
1)操舵的基本方法
操舵的基本方法主要有按舵角操舵、按航向(罗经)操舵及按导标操舵三种。
2)舵令
舵令是舵工执行操舵的命令。
正常情况下,船舶无论是在海上、狭水道、过运河、进出港航行及靠离泊的过程中,均需利用舵并按操舵的基本方法操舵,以便达到避让他船、保持或改变本船航向的目的,此外,测试船舶的有关操纵性能,也需要用舵来完成。
IMO《标准航海通信用语》推荐的标准舵令如下表所示。
常用的标准舵令
ORDER
舵令
意义
1.Midships
正舵
舵保持在船首尾线位置上。
2.Portfive
左舵五
操左舵5度。
3.Portten
左舵十
操左舵10度。
4.Portfifteen
左舵十五
操左舵15度。
5.Porttwenty
左舵二十
操左舵20度。
6.Porttwenty-five
左舵二十五
操左舵25度。
7.Hard-a-port
左满舵
操舵至最左位置。
8.Starboardfive
右舵五
操右舵5度。
9.Starboardten
右舵十
操右舵10度。
10.Starboardfifteen
右舵十五
操右舵15度。
11.Starboardtwenty
右舵二十
操右舵20度。
12.Starboardtwenty-five
右舵二十五
操右舵25度。
13.Hard-a-starboard
右满舵
操舵至最右位置。
14.Easetofive
回到五
把舵角回到5度并保持5度。
续上表
15.Easetoten
回到十
把舵角回到10度并保持10度。
16.Easetofifteen
回到十五
把舵角回到15度并保持15度。
17.Easetotwenty
回到二十
把舵角回到20度并保持20度。
18.Steady
把定
尽快减少船舶偏转。
19.Keepbuoy/mark/beacon/…onport/starboardside
把浮标/标志/立标/……放在左/右舷。
20.Steadyasshegoes
照直走
将舵把定在叫舵令时罗经所指的船首向,舵工须复诵舵令并报告受令时的罗经航向。
当船舶把定在该船首向时,舵工须报告“steadyon…(把定在……。
)”
21.Reportifshedoesnotanswerwheel.
如舵不灵,即刻报告。
22.Finishwithwheel.
完舵。
除上表标准舵令外,以下舵令用得也较多:
“Port/Starboardalittle”——————————————“左/右舵一点”
“Port/Starboardeasy”——————————————“左/右舵慢”
“Easethewheel”—————————————————“回舵”
“Nothingtoport/starboard”—————————————“不要偏左/右”
“Howanswer?
”—————————————————“舵灵吗?
”
“Howisthesteering?
”——————————————“舵灵吗?
”
“Answersallright”————————————————“舵很灵”
“Answerstooslow”————————————————“反应很慢”
“Nosteering/Steerage”———————————————“舵不灵”
“Whatrudder?
”—————————————————“舵角多少”
“Port/Starboardrudderabitsluggish”—————————“左/右舵有点迟缓”
“Meether(thewheel)”———————————————“压舵”
按航向(罗经)操舵舵令:
“Steer150°”———————————————————“走150度”
“Course275°”——————————————————“走275度”
“steeroneeighttwo”————————————————“操182度”
“Steadyononeeighttwo”——————————————“把定在182º”
“Courseagain”——————————————————“航向复原”
“Whatcourse?
”——————————————————“航向多少?
”
“Areyouonyourcourse?
”——————————————“你在航向上吗?
”
按导标操舵舵令:
“Headingtothebuoy”————————————————“对准浮标走”
“Keepstraighttothelighthouse”————————————“对准灯塔走”
“Keeptomiddleofchannel”—————————————“保持在航道中央走”
“Leavethebuoyonthestarboard/portside”———————“把浮筒放在右/左边”
“Middlethetwobuoys”———————————————“向两个浮筒中间走”
“Steeron…buoy/…mark/…beacon”————“对着……浮标/……物标/……立标行驶”
3)操舵工作要领
船舶在航行中,指挥人员根据航行的需要,对舵工下达舵令,由舵工根据舵令进行操舵,以控制船舶的航行方向。
指挥人员下达舵令时,应考虑到船舶在各种不同情况下的应舵性能和舵工的操舵水平。
所下达的舵令应确切、明了和清楚。
舵工在操舵时应有高度的责任感,思想集中、动作准确。
当听到指挥人员下达舵令后,应立即复诵(以防听错)并执行,如遇舵工复诵舵令错误或操作不当,指挥人员应立即加以纠正。
舵工在未听清舵令或不理解指挥人员下达的舵令时,可要求重复一遍。
所有发出的舵令应由舵工复诵,指挥人员应保证这些舵令被正确、准确地立即执行。
且所有舵令应一直保持到被撤消。
如果舵不灵,舵工应立即报告。
当发现舵工有疏忽时,应向其提出询问:
“Whatisyourcourse?
”“航向多少?
”
舵工应该答复:
“Mycourseis…degrees.”“我的航向是……度。
”
当指挥人员要求按罗经航向来操舵时,可先说出转舵的方向再说所操的航向×××。
随后,分别说出每个数字,包括零。
例如:
舵令操驶航向
“Port,steeroneeighttwo”“左舵,操182°”
“Starboard,steerzeroeighttwo”“右舵,操082°”
“Altercoursetothreezerofive”“该向走航向305”
接到操舵舵令后,舵工应立即复诵该舵令并操一适当舵角使船舶平稳地转到所命令的航向上,而后,舵工应报告:
“Steadyononeeighttwo”“把定在182°”或
“Courseononeeighttwo”“航向到182°”
指挥人员应对舵工的报告予以确认。
如果要求对着选定的参照物操舵(即按导标操舵),应命令舵工:
“Steeron…buoy/…mark/…beacon”“对着……浮标/……物标/……立标行驶”
接到操舵舵令后,舵工应立即复
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