Условия размещения и площадки для размещения статей смотрите здесь
Глава IV. Рулевые устройства
20. Основные элементы. Классификация. Требования Регистра СССР
Рулевое устройство (рис. 56) состоит из руля 1 и ру левого привода.
Руль обеспечивает устойчивость судна на курсе и движение его по заданной
траектории. Рулевой привод осуществляет перекладку и удержание руля в
заданном положении. Он состоит из рулевой машины 6, создающей усилие для
перекладки, и румпеля 5, преобразующего это усилие в крутящий момент,
передаваемый на руль баллером 9. Балл ер представляет собой вертикальный
вал с опорами 3, установленными в палубах или платформах. Нижняя опора
имеет сальниковое уплотнение и располагается над гельмпортовой грубой
10. Верхняя опора воспринимает осевые усилия. К голове 4 баллера
крепится румпель 5, руль / крепится к баллеру фланцевым 2 или
конусно-шпоночным соединением. Система управления рулевой машиной
состоит из поста управления 7 и привода управления 8 насосами или
электродвигателями.
Рулевые приводы подразделяются на механические с штур-тросовой,
валиковой, винтовой и секторно-зубчатой передачей на румпель,
применяемые на малых судах; электромеханические с румпельно-секторным
приводом баллера (рис. 57, о) и электрогидравлические (рис. 57, б, в,
г).
Румпельно-секторныи привод применяется с электрическими рулевыми
машинами, развивающими крутящий момент до 150 кН-м. Он состоит из
зубчатого сектора 2, поворачиваемого шестерней 1 редуктора. Сектор
свободно сидит на баллере 5 и передает на него усилие через буферные
пружины 3, смягчающие ударные нагрузки, и через румпель 4.
Рис. 56. Рулевой привод
Рис. 57. Приводы рулевых машин
На транспортных судах преимущественное распространение получили
электрогидравлические приводы, достоинства которых заключаются в
возможности создания высоких крутящих моментов при относительно малой
массе и габаритных размерах, в высокой надежности и точности управления,
в удобстве автоматизации и способности выдерживать значительные
перегрузки без ухудшения эксплуатационных' характеристик. ?
Электрогидравлические приводы оснащаются плунжерными, поршневыми и
лопастными рулевыми машинами. Плунжерные рулевые машины с двумя
гидроцилиндрами имеют одноплечий продольно-румпельный привод баллера
(рис. 57, б). Румпель 7, ориентированный вдоль корпуса судна, жестко
закреплен на балле ре 6 и поворачивается штоком 9 плунжеров. Палец 10
штока воздействует на румпель 7 через сухарь 8, перемещающийся при
повороте в пазу баллера. В четырехцилиндровых рулевых машинах привод
баллера осуществляетси через двуплечий румпель.
Отечественная промышленность выпускает плунжерные рулевые машины
типизированного ряда Р различных типоразмеров и модификаций,
различающихся количеством гидроцилиндров и типом насосов. Крутящий
момент от 6,3 до 4000 кН-м, рабочее давление масла в системе
гидропривода 10 МПа.
Поршневые рулевые машины (рис. 57, в) имеют двуплечий
поперечно-румпельный привод баллера. Румпель, 16, ориентированный
поперек судна и жестко сидящий на баллере 15, поворачивается через
шатуны 14 при перемещении поршней 12 со штоками 11 в гидроцилиндрах 13.
В отличие от плунжерных поршневые электрогидравлические рулевые машины (ЭГРМ)
имеют гидроцилиндры двойного действия. Поворот баллера в них
осуществляется подачей масла в полости а или в полости б гидроцилиндров
13. Поршневые ЭГРМ имеют меньшую массу и габаритные размеры, чем
плунжерные, при одинаковых рабочих давлениях. Польской фирмой "Гидростер"
они выпускаются с крутящим моментом до 5 МН-м при рабочем давлении 12,5
МПа.
У лопастных ЭГРМ (рис. 57, г) корпус 20 крепится к фундаменту, а ротор с
лопастями 17- к головке баллера 19. Поворот баллера происходит при
подводе масла в полости А или Б, которые образованы подвижными лопастями
17 ротора и неподвижными лопастями 18 корпуса. Рабочие давления и
крутящие моменты лопастных ЭГРМ зависят от надежности уплотнений 21, 22
между подвижными и неподвижными деталями. На транспортных судах
устанавливаются лопастные ЭГРМ фирмы "Фриденбю" (Норвегия) и фирмы "АЕГ
Шиффбау" (ФРГ). В последних крутящий момент достигает 5 МН-м при рабочие
давлениях 6,5-9 МПа. В машинах используются 2-3 подвижных лопасти.
Достоинством лопастных ЭГРМ являются малые габаритные размеры и более
высокий КПД. Вместе с тем для замены уплотнений необходима полная
разборка машины.
Помимо описанных выше рулевых гидравлических двигателей, в состав
рулевой машины входят насосные агрегаты, состоящие из реверсивных
насосов с регулируемой подачей или нереверсивных насосов с
нерегулируемой подачей и золотниковым управлением. Насосы имеют
электрический привод. При реверсе потоков в гидролиниях, соединяющих
насосы с рулевыми гидравлическими двигателями, происходит изменение
направления перекладки руля.
Действие системы управления заключается в передаче управляющего сигнала
с поста управления рулевой машиной к органам управления насосом или
золотниковым распределителем. В зависимости от способа передачи сигнала
управления бывают гидравлические, электрические и электрогидравлические
системы управления. В гидравлической системе управления (рис. 58, а) при
вращении штурвала 4 в ту или другую сторону насос управления 3,
расположенный в колонке 2, нагнетает масло в соответствующую полость
управления золотникового распределителя 5, переключая его.
Рис. 58. Принципиальные схемы систем управления
Распределитель пропускает основной поток от насоса 1 к рулевому
двигателю 6 в направлении, соответствующем стороне перекладки руля. В
электрической системе управления (рис. 58, б) поворот штурвала 4
преобразуется в переменное напряжение сельсина С. Усилитель У усиливает
сигнал, который поступает на исполнительный двигатель ИД. Редуктор Р
понижает частоту вращения и передает выходной сигнал органу управления
насосом 7. Знак управляющего сигнала соответствует стороне вращения
штурвала 4, а абсолютное значение сигнала пропорционально углу поворота
штурвала. Если выходное усилие редуктора Р оказывается недостаточным для
воздействия на управляющий орган насоса 7, применяется
электрогидравлическая система управления (рис. 58, в), в . которой
выходной сигнал редуктора Р усиливается гидроусилителем ГУ, использующим
для этой цели энергию давления масла, подводимого к гидроусилителю от
насоса системы управления 11. Исполнительный двигатель ИД и редуктор Р
образуют узел, называемый исполни-^ тельным механизмом. Выходное звено
редуктора может иметь линейное или угловое перемещение. В первом случае
исполнительный 5 механизм называется "прибор ИМ-2", во втором "прибор
ИМ-Г'.
Система управления может действовать в режимах "простой">, "следящий"
или "автомат". В режиме "простой" (см. рис. 58, а) повороте штурвала 4
начинается перекладка руля. Как только рулевой по показанию аксиометра
установит, что руль достиг заданного угла перекладки, он возвращает
штурвал в исходное положение, прекращая работу насоса 3 и дальнейшую
перекладку руля.
В режиме "следящий" поворотом штурвала 4 (рис. 58, в) руль задает сигнал
на направление и значение угла перекладки, при движении которого
механизм обратной связи прекращает переключения руля без участия
рулевого. Поворот штурвала и связанное с ним изменение выхода тяги
управления 13 редуктора влево приведут к повороту дифференциального
рычага 8 вокруг точки 02, смещению точки О] в точку 0, а точки е - ве .
При этом гидроусилитель ГУ через тягу 12 воздействует на управляющий
орган насоса 7, подача которого вызовет поворот баллера Ю по часовой
стрелке. Тяга обратной связи 9 при повороте баллера будет перемещать
относительно центра О, верхний конец дифференциального рычага 8 из точки
02 вправо до тех пор, пока тяга 12 гидроусилителя не достигнет положения
е, соответствующего нулевой подаче насоса 7. Обратная связь баллера с
насосом в приведенном примере является механической. В большинстве ЭГРМ
используется электрическая обратная связь с помощью сельсинов.
В режиме "автомат" система управления, реагируя на сигналы гирокомпаса,
автоматически удерживает судно на заданном курсе.
При выходе из строя дистанционного поста управления, находящегося в
рулевой рубке, переходят на местный (резервный) пост управления в
румпельном отделении, с которого маховиком 14 (рис. 58, в)
непосредственно воздействуют на исполнительный механизм.
В соответствии с требованиями Регистра СССР рулевые устройства снабжают
главным и вспомогательным рулевыми приводами. Главный привод должен
обеспечивать перекладку полностью погруженного руля с 35' одного борта
на 30° другого борта при максимальной скорости переднего хода. Время
перекладки с 35° одного борта до 30' другого борта не должно превышать
28 с. Вспомогательный привод должен обеспечивать перекладку полностью
погруженного руля с 15° одного борта до 15' другого борта не более чем
за 60 с на переднем ходу. При этом скорость должна бьггь равна половине
максимальной, но не менее 7 уз. В большинстве случаев насосные агрегаты
главного и вспомогательного приводов работают на общий рулевой
двигатель. При выходе из строя главного привода переход на
вспомогательный должен происходить за время не более 2 мин.
Правила Регистра СССР предписывают установку двух или более главных
приводов на всех атомных судах, пассажирских, нефтеналивных и ряде
других судов водоизмещением более 10 тыс. т. В этом случае установка
вспомогательного привода не требуется. Практически два главных привода
устанавливаются на большинстве судов морского плавания. Если главный и
вспомогательный приводы находятся в помещении, расположенном ниже
ватерлинии, предусматривается аварийный привод, располагаемый выше
палубы переборок. Этот привод должен обеспечивать перекладку руля при
скорости переднего хода не менее 4 уз.
Рулевое устройство должно иметь ограничители поворота руля. Один из них
при достижении максимального угла, не превышающего угол а = 35°,
выключает рулевую машину; другой представляет собой упор, ограничивающий
перемещение румпеля на угол Р = а + 1,5°.
Управление главным рулевым двигателем должно быть предусмотрено с
ходового мостика и из румпельного отделения. Около каждого поста
управления устанавливают рулевые указатели. Разница между углами на
шкале аксиометра и фактическим должна быть не более: Г при положении
руля в диаметральной плоскости; 1,5° при углах перекладки до 5"; 2,5°
при углах перекладки от 5 до 35°. Двигатели рулевых приводов должны
допускать перегрузку не менее i,5 момента, соответствующего расчетному в
течение одной минуты.
