一、舵机系统设计

（一）确定舵机类型

• 电动舵机

• 电动舵机以电动机作为动力源。它具有结构简单、操作方便、易于控制等优点。在小型船舶或对舵机功率要求较低的船舶上应用广泛。设计电动舵机时，需要根据船舶的尺度、航速、舵面积等因素来确定电动机的功率。例如，对于一艘小型游艇，其电动舵机功率可能在数千瓦以内，而对于较大的沿海货船，电动舵机功率可能需要几十千瓦。

• 电动舵机的控制系统相对简单，通常采用电子控制单元（ECU）来实现舵角的精确控制。在设计过程中，要考虑 ECU 的可靠性和抗干扰能力，以确保舵机在复杂的电磁环境下能够正常工作。

• 液压舵机

• 液压舵机利用液压油的压力来驱动舵叶转动。它具有输出扭矩大、响应速度快等特点，适用于大型船舶和对操纵性要求较高的船舶。在设计液压舵机时，首先要确定液压系统的工作压力和流量。工作压力一般根据舵机所需的最大扭矩来确定，通常在 10 - 20MPa 之间。流量则与舵机的动作速度有关，通过计算舵从一舷最大舵角转到另一舷最大舵角所需的时间来确定流量。

• 液压舵机的关键部件包括液压泵、液压缸、液压控制阀等。液压泵的选型要考虑其流量和压力特性，以满足舵机系统的工作要求。液压缸的尺寸和结构要根据舵机的扭矩和行程来设计，确保能够稳定地推动舵叶转动。液压控制阀则用于控制液压油的流向和压力，实现舵机的精确控制。

（二）舵叶设计

• 舵叶的面积是影响船舶操纵性的关键因素之一。舵叶面积通常根据船舶的主尺度（船长、船宽、吃水）、航速、船舶类型等因素来确定。一般来说，对于低速、大型船舶，需要较大的舵叶面积来提供足够的转船力矩；而对于高速、小型船舶，相对较小的舵叶面积可能就足够了。例如，一艘大型油船的舵叶面积可能达到数十平方米，而一艘小型高速客船的舵叶面积可能只有几平方米。

• 舵叶的形状也会影响舵机的性能。常见的舵叶形状有平板舵和流线型舵。平板舵结构简单，制造方便，但水动力性能相对较差；流线型舵的水动力性能较好，能够在较小的舵角下产生较大的转船力矩，但制造工艺较为复杂。在设计舵叶形状时，要综合考虑船舶的操纵性能要求和制造成本。

• 舵叶的材料选择也很重要。舵叶需要具有足够的强度和耐腐蚀性。一般采用钢材制造舵叶，对于一些特殊要求的船舶（如化学品船），可能会在舵叶表面采用特殊的防腐涂层或者使用不锈钢等耐腐蚀材料。

（三）传动系统设计

• 传动系统的作用是将舵机的动力传递给舵叶，使其转动。在电动舵机系统中，传动系统通常采用齿轮、蜗杆等传动方式。齿轮传动具有传动效率高、精度高的优点，但需要注意齿轮的润滑和磨损问题。蜗杆传动则具有自锁性好的特点，能够保证舵叶在某一位置的稳定性。

• 在液压舵机系统中，传动系统主要是通过液压缸的活塞运动来驱动舵柄，进而带动舵叶转动。在设计传动系统时，要考虑传动比的合理确定。传动比过大，会导致舵机响应速度慢；传动比过小，则可能无法提供足够的扭矩来转动舵叶。同时，要确保传动系统的机械连接牢固，避免在舵机工作过程中出现松动或脱落的现象。

二、舵机系统调试

（一）安装检查

• 在调试舵机系统之前，首先要对舵机系统的各个部件进行安装检查。检查舵机、舵叶、传动系统等部件的安装位置是否正确，连接螺栓是否紧固。对于液压舵机，还要检查液压管路的连接是否紧密，有无泄漏现象。通过外观检查和手动盘动舵机等方式，确保各个部件安装牢固，没有卡滞现象。

（二）空载调试

• 电动舵机空载调试

• 接通电源，启动电动舵机控制系统。在空载状态下，测试舵机的转向是否正确，即舵机的控制信号与舵叶的实际转向是否一致。通过发送不同的舵角指令，检查舵机的响应速度。正常情况下，电动舵机应该能够在较短的时间内（一般几秒到十几秒）准确地转到指定的舵角位置。

• 检查舵机在空载状态下的运行电流和电压。运行电流应该在电机的额定电流范围内，电压波动应该符合电气系统的设计要求。如果发现电流过大或者电压波动异常，可能是电机故障或者控制系统存在问题。

• 液压舵机空载调试

• 启动液压泵，使液压系统建立压力。在空载状态下，检查液压泵的工作压力是否稳定，液压控制阀的动作是否灵活。通过操作舵机控制手柄，观察液压缸的活塞运动是否顺畅，舵柄和舵叶是否能够灵活转动。

• 检查液压系统的油温。在空载运行一段时间后，油温应该保持在正常范围内（一般在 40 - 60℃之间）。如果油温过高，可能是液压泵效率低、液压油散热不良等原因导致的。

（三）负载调试

• 模拟负载调试

• 在船舶停靠码头或在干船坞内，可以采用模拟负载的方式对舵机系统进行调试。对于电动舵机，可以使用专门的舵机测试设备，通过施加模拟的负载扭矩来测试舵机在负载情况下的性能。对于液压舵机，可以通过在液压缸上安装压力传感器，模拟船舶航行时舵机所承受的水压力。

• 在模拟负载调试过程中，检查舵机系统的最大输出扭矩是否满足设计要求。舵机应该能够在规定的最大舵角下，稳定地输出足够的扭矩来克服模拟负载。同时，要测试舵机在负载情况下的响应速度和控制精度，确保舵机系统能够准确地按照指令控制舵叶转动。

• 航行试验调试

• 在船舶试航阶段，进行舵机系统的航行试验调试。在不同的航速和海况下，测试舵机系统的实际操纵性能。例如，在低速航行时，检查舵机系统是否能够使船舶灵活地转向；在高速航行时，观察舵机系统对船舶航向的控制精度，以及舵机在大舵角转向时船舶的稳定性。

• 记录舵机系统在航行试验中的各项数据，如舵角变化、船舶转向半径、转向时间等。根据这些数据，对舵机系统进行进一步的调整和优化，以确保船舶的操纵灵活性和可靠性。同时，在航行试验过程中，要注意观察舵机系统是否有异常的振动、噪声或发热现象，如有问题及时进行检查和维修。