船舶液压舵如何实现自动精准转向？-中国船舶网

这个术语通常指的是船舶的自动舵系统，它利用液压动力来驱动舵机，从而实现船舶航向的自动控制，这是一个集成了机械、液压、电气和电子技术的复杂系统,是现代船舶自动化和智能化的核心组成部分。

下面我将从几个方面为您详细拆解：

（图片来源网络，侵删）

核心概念：什么是自动舵？

自动舵就是船舶的“自动驾驶仪”，它代替了舵工的体力劳动，根据预设的航向，自动控制舵机转动舵叶,使船舶始终保持在正确的航线上航行。

一个完整的自动舵系统通常包括：

控制单元: 系统的“大脑”，它接收来自各种传感器的信息（如陀螺罗经的航向、GPS的位置、风速仪的风向等），与设定的航向进行比较，然后计算出需要转多少舵角,并向舵机发出指令。
舵机: 系统的“肌肉”，它接收控制单元的指令，产生强大的动力来转动舵叶，在液压舵系统中，舵机就是液压舵机。
执行机构: 连接“大脑”和“肌肉”的“神经”，主要包括舵角反馈装置（如同步机、旋转变压器或编码器），它实时测量舵叶的实际转角，并将信号反馈给控制单元,形成闭环控制。
传感器: 系统的“感官”。
- 航向传感器： 通常是陀螺罗经,提供船舶的实时航向。
- 位置传感器： GPS或北斗，提供船舶的精确位置,用于航线跟踪。
- 速度传感器： 计程仪,提供船舶对地或对水的速度。
- 外界传感器： 风速风向仪、横摇/纵摇传感器等,用于补偿风浪对船舶的影响。
人机界面: 船员操作的“界面”，通常是驾驶台上的控制面板，用于设置航向、选择自动舵模式、调整参数等。

既然是“液压舵”，那么液压舵机就是实现自动转舵的动力核心,它的工作原理如下：

动力源： 由船舶主发动机驱动的液压泵，将液压油加压到很高的压力（通常可达150-250 bar）。
控制阀： 这是液压系统的“神经中枢”，自动舵的控制单元发出的电信号，会驱动一个电液伺服阀或比例阀，这个阀极其精密，它像一个水龙头,通过微小的移动来精确控制高压液压油的流向和流量。
动力执行： 高压液压油通过控制阀进入舵机油缸或液压马达。
- 油缸式： 液压油推动活塞，活塞杆通过机械连杆直接拉动舵柄，转动舵叶,常见于大型船舶。
- 转叶式： 高压液压油进入一个带有叶片的转子，在油压作用下，转子转动，直接通过输出轴带动舵柄,结构更紧凑。
反馈与安全：
- 舵角反馈： 在舵柄或舵轴上安装有舵角发送器，它将舵叶的实际转角（如左35°，右35°）转换成电信号,持续不断地反馈给自动舵控制单元。
- 安全系统： 设有应急操舵系统（如手摇泵、蓄能器），在主液压系统失效时,仍能进行操舵。

让我们用一个简化的流程来描述一次自动转舵的全过程：

（图片来源网络，侵删）

设定目标： 船员在自动舵面板上设定一个航向（090°）。
感知偏差： 陀螺罗经实时监测船舶航向，并将信号传给自动舵控制单元，假设船因风浪偏离了航向，航向变成了095°。
计算决策： 控制单元的计算机程序（通常是PID算法）计算出航向偏差（+5°），它会根据船舶的当前速度、载重、外界风浪等情况，计算出最佳的舵角（右舵10°）。
发出指令： 控制单元向电液伺服阀发出一个电信号。
液压驱动： 伺服阀接收到信号后，精确打开，让高压液压油流向液压舵机的一侧油缸（右侧），推动活塞或转子,开始转动舵叶。
实时反馈： 随着舵角反馈装置将舵叶正在转动的信号（从0°转到+5°）传回控制单元。
达到目标并回正：
- 当船舶在舵的作用下开始向左偏转，航向从095°向090°靠近时，控制单元会减小伺服阀的开度，减小液压油的流量，使舵的转动速度减慢，避免“过冲”。
- 当航向接近090°时，控制单元会发出反向指令，让液压油流向另一侧，使舵叶开始回正，最终停在0°位置。
- 整个过程是一个连续的、动态的闭环控制,确保船舶稳定在设定航向附近。