摘 要

船舶舵机是用来保持或改变船舶在水中航行方向的重要设备。开展船舶舵机模拟装置及其电液控制系统的设计与分析对提高船舶舵机的可靠性、易操性、稳定性以及减少研究费用具有重要作用。

本 文 采 用 的 液 压 系 统 为 电 液 控 制 系 统 ， 电 液 控 制 系 统 综 合了 电 气 和 液 压 两 方 面 的 特 长 ， 具 有 控 制 精 度 高 、 响 应 速 度 快 、 输 出 功 率 大 、 信 号 处 理 灵 活 、 易 于 实 现 各 种 参 量 的 反 馈 等 多 种 优 点 。 因 此 ， 电 液 伺 服 系 统 在 负 载 质 量 大 又 要 求 响 应 速 度 快 的 场 合 使 用 最 为 合 适 ， 其 应 用 已 遍 及 国 民 经 济 和 军 事 工 业 的 各 个 技 术 领 域 。

本文的主要工作内容是按照液压伺服系统的设计步骤来进行船舶舵机模拟装置电液控制系统的设计。首先，本文明确了船舶舵机模拟装置电液控制系统的设计要求并根据设计要求进行了工况分析，按照分析所获结果结合各液压回路的作用进行液压回路的设计最终得出船舶舵机模拟装置电液控制系统的液压原理图。然后对船舶舵机模拟装置电液控制系统进行静态设计，包括供油压力的确定、液压缸及其他液压元件的选型计算。接下来对液压泵站的结构以及集成块进行设计。最后对所设计的船舶舵机模拟装置电液控制系统进行动态分析，包括建立系统传递函数、绘制系统方块图以及分析系统响应特性。当船舶舵机模拟装置电液控制系统设计与分析完成后，对全文进行了总计归纳并对船舶舵机模拟装置电液控制系统的发展进行了展望。

关键词：船舶舵机；电液控制系统；动态分析

Abstract

The marine steering gear is an important equipment used to maintain or change the direction of navigation of the ship in the water. The design and analysis of the ship servo simulator and its electro-hydraulic control system play an important role in improving the reliability, operability, stability, and research cost of the marine servo.

The hydraulic system used in this article is an electro-hydraulic control system. The electro-hydraulic control system combines the advantages of both electrical and hydraulic components. It has high control accuracy, fast response, large output power, flexible signal processing, and easy feedback of various parameters. A variety of advantages. Therefore, the electro-hydraulic servo system is most suitable for applications where the load quality is large and the response speed is fast, and its application has spread throughout various technical fields of the national economy and the military industry.

The main work content of this article is to design the electro-hydraulic control system of the marine steering gear simulation device according to the design steps of the hydraulic servo system. First of all, this paper clarifies the design requirements of the electro-hydraulic control system of the marine steering gear simulation device and analyzes the working conditions according to the design requirements. According to the results obtained from the analysis and the functions of the hydraulic circuits, the design of the hydraulic circuit finally results in the simulation of the servo of the ship. Hydraulic schematic diagram of the electrohydraulic control system. Then, the static design of the electro-hydraulic control system of the marine steering gear simulator is carried out, including the determination of the fuel supply pressure, the selection of hydraulic cylinders and other hydraulic components. Next, the structure of the hydraulic pump station and the integrated block are designed. Finally, the dynamical analysis of the designed electro-hydraulic control system of the servo device of the ship is carried out, including establishing the system transfer function, drawing the system block diagram and analyzing the response characteristics of the system. After the design and analysis of the electro-hydraulic control system of the marine steering gear simulator was completed, the full text was summarized and the development of the electro-hydraulic control system of the servo steering simulator was prospected.

Keywords: marine servo; electro-hydraulic control system; dynamic analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1设计目的与意义 1

1.2国内外发展现状 2

1.3本文主要工作内容 3

第2章 船舶舵机模拟装置电液控制系统原理设计 4

2.1设计要求 4

2.2各液压回路的设计 4

2.2.1选择系统类型 4

2.2.2选择调压回路 5

2.2.3选择方向控制回路 5

2.3电液控制系统液压原理图的拟定 5

第3章 船舶舵机模拟装置电液控制系统静态设计 7

3.1供油压力的确定 7

3.2液压缸的设计计算 7

3.3伺服阀的选型计算 8

3.4液压泵的选型计算 9

3.5电动机的选型计算 10

3.6其他液压元件的选型计算 11

3.6.1确定油箱容量 11

3.6.2加热器的选型 11

3.6.3过滤器与蓄能器的选型 12

第4章 船舶舵机模拟装置电液控制系统结构设计 14

4.1液压泵站结构形式的设计 14

4.2液压泵站总体结构的设计 14

4.3集成块的设计 16

第5章 船舶舵机模拟装置电液控制系统动态分析 18

5.1系统传递函数的建立 18

5.2系统方块图 19

5.3系统响应特性分析 20

第6章 经济性与环保性分析 23

第7章 总结与展望 24

7.1总结 24

7.2展望 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1设计目的与意义

船舶舵机是用来保持以及改变船舶在水中航行方向的重要设备，它由机械机构和电液控制系统两部分组成，而电液控制系统又分为液压系统和电路控制系统两部分，目前舵机类型多数为电液式，即由液压设备驱动电动设备控制的一种方式。电液控制系统中反馈信号的检测、放大、校正都是在电路控制系统中完成的。机械机构的作用是将液压能转换成机械能从而推动舵面偏转以及保持一定的偏转角度。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能，并设置所需的保护与控制装置。控制系统则是电路部分，它的作用是传递舵的转向指令以及控制舵的转向精度。这其中电液控制系统起着决定性的作用，它的性能的好坏直接决定了船舶舵机性能的优劣，进而直接影响各类船舶性能的高低。