1、.液壓舵機設計計算1. 目的通過對液壓舵機各組成部分的設計、計算和驗算確保本設計設計的液壓舵機能滿足船舶航行時轉舵及安全的需要。2. 適用范圍本設計計算中的有關設計數據和內容，只適用于本設計中的液壓舵機。3. 引用標準本設計計算應用：a)GB718587內河船液壓舵機b)GB1163689柱塞式液壓舵機安裝技術條件c)液壓傳動設計手冊d)船舶材料手冊e)機械零件設計手冊f)鋼質海船入級與建造規范之第三、十三章操舵裝置與錨機裝置g)JB218377液壓缸內徑系列和柱塞桿外徑系列標準h)GB300485船用往復式液壓缸基本參數標準i)液壓舵機與液壓起重機相關內容4. 液壓舵機的組成4.1轉舵（推舵

2、）機構；即液壓能轉化為轉舵機械能的執行機構。4.2操舵系統：即對液壓流向和液體壓力控制并能控制舵葉轉向的系統。5.設計計算5.1推舵機構的設計、計算和驗算。5.1.1根據GB718587內河船液壓舵機標準，本設計采用：四缸兩柱塞撥叉式液壓舵機。結構簡圖如圖所示。5.1.2根據GB718587內河船液壓舵機標準。a)公稱扭轉為72t·mb)工作舵角。c)轉舵時間（一弦至另一弦），正常航段28（s）。5.1.3根據GB718587內河船液壓舵機標準。a)設計壓力為1.25倍最大工作壓力。b)受壓零部件1.5倍設計壓力試驗。5.1.4選擇油缸5.1.4.1根據JB218377液壓缸內徑系列

3、和柱塞桿外徑系列選擇液壓缸缸孔直徑為250mm。則柱塞桿直徑為250mm。 當轉舵角為時柱塞受力分析如圖： 軸力圖 軸應力= = =631.6 KN 柱塞面積A=0.049 0.250.15=0.0375 =54.9 MP =1.25=68.7MP = 1.5=103.0 MP=598 MP 符合式中：舵柄對柱塞的作用力 液壓對柱塞的作用力當轉舵角為時柱塞受力分析如圖：2 =631.6 KN=517.4 KN=326.3 KN 軸力圖 M= M=mm=90.6 MP 彎矩圖 剪力圖=+=45.0+93.3=138.3 MP=1.25=259.3 MP598 MP 符合=15.8 MP=1.25

4、=29.6 MP 推舵機構示意圖1、2油缸 3舵柄 4舵軸 5舵柄柱銷 6油缸柱銷 舵柄半徑R5.1.4.2油缸工作壓力計算：M=2720=4工作壓力=18511.6=18.5 MP設計壓力P=1.25=23.1 MP式中：缸孔面積 P工作壓力 R舵柄半徑0.26m 推舵機構效率0.85 轉舵角5.1.4.3油缸所需流量Q的確定。 a)油缸柱塞桿從+35至時升出長度L的計算。 R舵柄半徑；L舵柄從+35至-30時油缸柱塞桿升出長度 L 0.57 0.728m=0.73m b)油腔容積：=0.049 油缸從一舷35至另一舷總容積：V=2=0.0716=71.6升 c)油缸所需的流量=5.1.4.

5、4油缸壁厚的計算。 若16>選中等壁厚，則缸體壁厚： （液壓傳動設計手冊）式中：p油缸內工作壓力； 強度系數（取=1）； C計入管壁公差及腐蝕的附加厚度（取C=0）； D油缸內徑mm。許用應力=式中：材料抗拉強度45號鋼=598MP； N安全系數，取n=4。則=18.0mm則=13.9 符合中等壁厚條件5.1.4.5主要參數 柱塞直徑：250mm 柱塞行程：800mm 油缸壁厚：18mm 額定壓力：23.5MP5.1.5舵柄柱銷剪切強度的核算。a)油缸柱塞銷孔。故舵柄柱銷直徑。材料為鋼其剪切模G=8.1。b)切斷柱銷所需切斷力 。c)柱塞桿推力F=1.5PA=231故柱銷剪切強度是足夠的

6、。5.1.6舵柄強度的驗算5.1.6.1舵柄結構示意圖如下：5.1.6.2從圖中可以看出舵柄的危險截面在舵柄柱銷處。按抗拉強度驗算。 考慮到舵柄需焊接，采用甲類普通碳素鋼（GB79），其抗拉強度為 最大彎矩M=16978.51273387.5 危險截面處應力< 單邊強度足夠。5.1.7舵軸鍵的強度計算和尺寸確定 舵軸扭矩采用雙鍵連接。 舵軸直徑取300。 選取鍵 GB109679。 許用剪應力 剪力F= 剪應力=208.3 式中：l鍵的長度。 b鍵的寬度。 鍵的強度是足夠的。5.2操舵系統的設計計算和驗算5.2.1操舵系統液壓原理圖，見附圖5.2.2液壓原理圖設計說明。 本設計的液壓舵機

7、的操舵系統由主操舵舵裝置和應急操舵裝置兩套機構組成。5.2.2.1主操舵裝置液壓系統的組成，由兩臺齒輪泵組成（一臺正常工作，另一臺備用），壓力控制的液流閥，二位四通電磁或手動換向閥，轉向器，一只液控雙向鎖，裝在推舵裝置附近的雙向安全自鎖閥和推舵裝置組成。5.2.2.2應急操舵裝置液壓系統由與主操舵裝置合用的供油和壓力控制裝置，二位四通電磁或手動換向閥，三位四通電磁或手動換向閥，雙向安全自鎖組合閥和推舵裝置組成。5.2.2.3液壓系統中各元件的作用a)齒輪泵組供油，一套正常使用，另一套備用。兩臺泵的動力可以用電動機傳動，也可用船用動力主機或輔機傳動。b)液流閥：控制系統的壓力。c)二位四通電磁或

8、手動換向閥：控制主操舵裝置液壓系統與應急操舵裝置液壓系統油路的液壓流向。d)三位四通電磁或手動換向閥在應急舵時控制舵的轉向。e)轉向器是主操舵系統中控制舵的轉向和速度。f)液壓雙向鎖：主操舵時，當舵任意停止時避免外力作用下竄動，同時應急操舵時將主操舵和應急操舵的油路隔開。g)雙向安全自鎖組合閥：主要是穩舵和過載保護的作用，即有風浪或其他外力作用在舵葉上，致使油缸某腔壓力超載（背壓高于工作壓力）時，回油路的液控單向閥關閥，回油液通過緩沖閥進行緩沖。起到穩舵和過載保護舵葉。外力消除后，系統正常工作。5.2.3液壓系統中各元件的選擇5.2.3.1油泵的選擇a)根據5.1.4.2、5.1.4.3的計算

9、知 油缸所需的壓力：=23.1 MP=231 油缸所需的流量：=153.4 油缸的總容積：V=71.6L 則：液壓泵的排量： 系統的容積效率：取0.9 油泵的容積效率：取0.9 =189.4b)選取1JMD80曲軸連桿式徑向油泵。（液壓傳動設計手冊） 主要參數：額定轉速：150rpm理論排量：1.608 額定壓力：240 容積效率：0.9c)油泵實際排量：Q=1.608217.1 此時實際的操舵時間：t= = =22.0（秒）d)油泵的額定壓力24MP，通過溢流閥的壓力調節能滿足油缸的工作壓力。 溢流閥的調定壓力為23.1MP（公稱壓力）。5.2.3.2油泵電機功率的確定a)按船舶設計手冊動力

10、手冊公式4127 電機功率 式中：Q泵的額定排量 P系統的設計壓力 MP 泵的容積效率 0.9 過載系數=1.4-1.6 取1.5 按1JMD80曲軸連桿式徑向油泵計算： P=18.41kWb)電機功率應大于18.41kW，如用三角皮帶傳動變速。 電機功率5.2.3.3液壓件的選擇根據油缸流量153.4，設計壓力23.1MP選取元件列表如下：序號元件名稱排量流量型號壓力數量接口尺寸備注1曲軸連桿式徑向油泵1.6081JMD-8024MP250mm（內徑）2單向閥250DF-L32K135MP232mm板式連接3溢流閥250YF-H32B35MP132mm最小調定壓力4二位四通（手動電磁換向閥）

11、25024E(S)I1-H32B-T(W)35MP132mm5三位四通（手動電磁換向閥）25034E(S)M-H32B-T35MP132mm6轉向器250BZZ-750A30MP160mm7液控雙向鎖250SO-H32B-FD35MP132mm8雙向安全自鎖組合閥250ZY/AY-E23.1/10L35MP132mm9壓力表060 MP1M145.3管件的選擇和計算5.3.1壓油管的選用a)液壓油在油管中的流速V按3計算： 泵的排量：Q=189.4=31.6 壓油管的內徑d1.127=1.127=3.7m=37mm 選擇管內徑d=40mm的無縫鋼管。b)管壁厚： P=23.1MP d=40mm

12、 管材抗拉強度=420MP n安全系數，取n=4 =8.8m=8.8mm 取。c)壓油管選用：冷拔無縫鋼管（YB231-64）5.3.2回油管的選用為方便統一起見選回油管與壓油管相同。5.4油箱容積的計算5.4.1根據機械零件設計手冊液壓傳動和氣壓傳動分冊第35章，油箱的有效容積V=3。根據前面計算1JMD-80實際排量=189.4油箱的有效容積V=3油箱的體積本設計的油箱尺寸為：長1000滿足要求。5.4.2油箱設有油溫測量計，濾油器采用過濾精度2550銅網濾油器。6.液壓油的選用 本設計的液壓舵機工作壓力為24MP，采用徑向柱塞泵，以及船舶航行于江河四季溫差大的特點，根據GB251281液壓油類產品的分組、命名和代號選用YNN32（原20號）低凝液壓油，其主要指標如下： 運