Рулевые машины

Рулевые машины по виду используемой энергии делятся на ручные, паровые, электрические и гидравлические. Часто применяют различные комбинации этих основных типов: пароручные, парогидравлические, ручные гидравлические и электрогидравлические.

Ручные рулевые машины устанавливают только на небольших самоходных судах. Как правило, их комбинируют со штуртросовой проводкой или валиковой передачей. Конструкция этих машин довольно проста и включает в себя штурвальную тумбу, внутри которой располагается зубчатая передача (ведущая и ведомая шестерни), тяговый барабан (при штуртросовой проводке) или звездочки (при цепном штуртросе). Вся система приводится в движение от штурвального колеса, поворачиваемого руками штурвального. Процесс управления судном в этом случае становится довольно утомительным и требует от штурвального большой внимательности. Для облегчения его работы ранее применялись пароручные рулевые машины, которые, как правило, изготовлялись двухцилиндровыми в вертикальном или горизонтальном исполнении. На современных судах паровые рулевые машины полностью вытеснены ручными гидравлическими плунжерными рулевыми машинами, облегчающими и упрощающими управление судном.

Схема ручной гидравлической рулевой машины приведена на рис. 112. Внутри штурвальной тумбы 8 смонтирован ручной масляный нагнетательный насос 7, приводимый в действие вращением штурвала 9. При помощи труб 1 насос соединяется с двумя гидравлическими цилиндрами 2 рулевой машины. В цилиндрах перемещается плунжер 10, связанный с баллером 5 руля 6 посредством регистра 3 и румпеля 4. В зависимости от направления вращения штурвала масло подается насосом в один из цилиндров, и руль соответственно перекладывается на тот или иной борт. Обводной трубопровод 1 снабжается предохранительным клапаном 11, предназначенным для перепуска масла при повышении давления в системе выше номинального.

Рис. 112. Схема ручной гидравлической румпельной рулевой машины.

Ручные гидравлические машины создают небольшие крутящие моменты на баллере руля (2500—10 000 н · м) и очень редко снабжаются следящей системой контроля за перекладкой руля, поэтому они применяются в основном для судов малого водоизмещения. На средне- и крупнотоннажных судах находят широкое применение электрические, гидравлические и электрогидравлические рулевые машины большой мощности, снабженные следящими системами контроля и позволяющие автоматизировать управление ими.

Электрические рулевые машины, широко распространенные на судах транспортного флота, имеют в качестве исполнительного рулевого двигателя реверсивный электродвигатель с большой частотой вращения (до 3000 об/мин). Поэтому исполнительный электродвигатель спаривают с червячной передачей, передающей крутящий момент на зубчатый сектор баллера руля и позволяющей значительно уменьшить частоту вращения рулевого привода. Кроме того, самотормозящая червячная пара (червяк и червячное колесо) при остановке электродвигателя обеспечивает остановку руля.

Исполнительный электродвигатель управляется из рулевой рубки нажатием кнопки или вращением штурвала. При кнопочном управлении электродвигатель запускается нажатием кнопки соответствующего борта и вращается в определенном направлении до тех пор, пока кнопка не будет отпущена. Управление штурвалом обеспечивает курсозависимое дистанционное управление, т. е. управление, при котором угол отклонения руля соответствует отклонениям указателя положения руля при штурвальной тумбе.

Электрические рулевые машины изготовляют для работы как rfa постоянном, так и на переменном токе. Обычно их используют при диапазоне крутящих моментов на баллере от 6300 до 16 000 н-м, т. е. в основном для судов среднего водоизмещения.

Электрогидравлические рулевые машины, устанавливаемые на современных крупных морских судах и быстроходных судах среднего водоизмещения, имеют гидравлический привод баллера руля (рис. 113). Такой привод располагается в румпельном помещении судна и передает от рулевой машины непосредственно на баллер руля усилие, необходимое для его поворота. Для этой цели служат четыре (или два) гидравлических цилиндра 3, соединенных посредством двух поперечных 2 и двух продольных 4 балок в один общий блок. Крепление блока к судовому фундаменту производится лампами 1 цилиндра 3.

Рис. 113. Гидравлический привод баллера руля.

В цилиндрах располагаются плунжеры 6, перемещающиеся вдоль оси цилиндров под давлением масла, шарнирно соединенные при помощи цапф 7 с поперечным румпелем 8. Румпель, при помощи шпонок жестко соединяется с баллером 9 руля. Для
уменьшения нагрузки от боковых усилий, возникающих при повороте румпеля, плунжеры 6 имеют ползуны 5, скользящие по направляющим плоскостям продольных балок. При повороте румпеля его цапфы 7 перемещаются в шарнирах 11 (см. узел А), цапфы 10 которых при этом могут вращаться в отверстиях вилок плунжеров вокруг оси I—I. Таким образом обеспечивается свободный поворот румпеля, а вместе с ним и руля при продольном перемещении плунжеров в гидравлических цилиндрах привода.

В состав электрогидравлической рулевой машины (рис. 114), кроме гидравлического привода А, входят следующие основные узлы: масляные электронасосы переменной производительности Б; механизм В управления насосами переменной производительности; масляный трубопровод Д с главной клапанной коробкой; телемоторы Г, предназначенные для гидравлического управления рулевой машиной с дистанционных постов управления № 1 я № 2; ручной (аварийный) масляный насос и система указателей положения руля (на схеме не показаны).

Рис. 114. Схема электрогидравлической рулевой машины.

Устройство и принцип действия электронасосов Б переменной производительности были рассмотрены ранее в § 29 (см. рис. 94).

Эти насосы подают масло под Давлением до 15 000 кн/м 2 (150 кгс/см 2 ) в гидравлические цилиндры привода А в зависимости от расположения направляющего кольца насоса. В указанном положении (рис. 114) рабочее масло по трубам 5 и 6 нагнетается насосом переменной производительности Б в главную коробку 7, а из нее по трубам 4 и 8 направляется в два гидравлических цилиндра 2, расположенных по диагонали. В это время из другой пары цилиндров масло отсасывается вторым насосом переменной производительности. Под давлением масла плунжеры 1 перемещаются вдоль осей цилиндров, передавая усилия на цапфы 9 поперечного румпеля 10 и поворачивая баллер 11 руля. Поворот руля (в данном случае на правый борт) будет происходить до тех пор, пока тяга 3 не возвратит направляющее кольцо насоса переменной производительности в среднее положение. При этом подача масла в гидравлические цилиндры прекратится и руль будет зафиксирован в заданном положении.

Гидравлический телемотор Г состоит из двух цилиндров с поршнями. Один из цилиндров (передаточный) установлен на ходовом мостике, другой (приемный) — у рулевой машины. Полости цилиндров соединены трубопроводом, вся система заполнена жидкостью— обычной водой с глицерином. Вращение штурвала передается поршню передаточного цилиндра, вызывая его перемещение и увеличение давления жидкости на поршень приемного цилиндра. В результате этого поршень приемного цилиндра перемещается, воздействуя при помощи системы тяг на насосы переменной производительности, связанные трубопроводом рабочего масла с гидравлическим приводом баллера. Таким образом, все основные узлы электрогидравлической рулевой машины соединяются между собой трубопроводом, который состоит из труб рабочего масла, труб управления телемотором, труб смазочного масла и арматуры. По трубам смазочного масла подается смазка к трущимся частям рулевой машины.

Наиболее важной арматурой является главная распределительная коробка, в которой размещены четырнадцать клапанов: восемь разобщительных — по четыре клапана для насосов переменной производительности и для гидравлических цилиндров привода, четыре перепускных и два предохранительных. Все эти клапаны служат для регулирования подачи рабочего масла к механизмам рулевой машины и предохранения всей системы от повышенного давления масла.

Электрогидравлические плунжерные рулевые машины находят в настоящее время преимущественное применение по сравнению с другими типами рулевых машин. Это объясняется тем, что они имеют более гибкое регулирование скоростей в широком диапазоне и точный контроль положения руля. Отечественные рулевые машины такого типа выполняются в двух вариантах: двухцилиндровые— с вращающим моментом на баллере до 100 кн-м (10 тс-м) и четырехцилиндровые — с вращающим моментом от 160 до 2000 кн-м (от 16 до 200 тс-м). Рабочее давление масла у таких машин колеблется от 7000 до 15 000 кн/м 2 (от 70 до 150 кгс/см 2 ).

В последнее время на малых промысловых и транспортных судах (дедвейтом 25 000—29 000 т) стали применять лопастные, или крыльчатые, электрогидравлические рулевые машины. По сравнению с плунжерными такие машины значительно компактнее, проще и легче, у них отсутствуют массивные гидравлические приводы, отпадает необходимость в румпеле и т. д.

В состав лопастной электрогидравлической рулевой машины (рис. 115, а) входят: рулевая тумба 1 со штурвалом и телемотором, трубопровод 2, клапан остановки 3, насос переменной производительности 4 с электродвигателем 5, контактор 6 для пуска электродвигателя, лопастной гидромотор 7 и главная распределительная коробка 8. Ротор гидромотора (рис. 115, б), снабженный лопастями, непосредственно соединяется с баллером руля, а его лопасти располагаются между неподвижными сегментами. В эти полости от насоса 4 через каналы 10 и кольцевой зазор 9 подается рабочая жидкость под давлением 4500— 5000 кн/м 2 (45—50 кгс/см 2 ), которая давит на лопасти, создавая необходимый вращающий момент на баллере. Поворот руля на правый или левый борт зависит от направления подачи рабочей жидкости (масла) к гидромотору. Гидромотор крепится к судовому фундаменту основанием 11.

Рис. 115. Схема лопастной электрогидравлической рулевой машины.

Большой интерес представляет применение в качестве привода баллера гидравлического шарнира, представляющего собой винтовое соединение вала баллера с подвижной гайкой, помещенной в гидравлическом цилиндре. Гайка специальными выступами соединяется с цилиндрической стальной рубашкой, закрепленной при помощи шпонок на валу баллера. При подаче рабочей жидкости в одну из полостей между корпусом цилиндра и гайкой жидкость давит на кольцевой фланец гайки, заставляя ее совершать вращательно-поступательное движение вдоль внутренней стенки цилиндра, имеющей винтовую нарезку. Вращательное движение гайки через рубашку передается на баллер. Совмещение гидравлического шарнира с баллером делает привод компактным и позволяет практически отказаться от румпельного отделения.

При использовании электрогидравлических рулевых машин на современных судах стало возможным применение системы автоматического удержания судна на заданном курсе с помощью авторулевого. Этот прибор, компонуемый в виде штурвальной тумбы, автоматически воздействует на рулевой привод при получении сигнала от датчика курса (обычно гирокомпаса).

Гидравлическая рулевая машина, конструкция и принцип действия

Гидравлические рулевые машины бывают с ручным и электрическим приводами. В качестве рабочей жидкости в них используют минеральные масла (трансформаторное, турбинное Тп-30), а также специальные гидросмеси.

Исполнительные механизмы гидравлических рулевых машин применяют трех видов:

1. с соосно расположенными плунжерами;

2. с качающимися цилиндрами двойного действия и румпелем в виде двуплечего рычага-коромысла;

3. с поворотным устройством, размещенным на голове баллера руля.

Наиболее распространены плунжерные рулевые машины. В рулевых гидравлических машинах применяют как аксиально-поршневые, так и радиально-поршневые насосы.

На рис. 49 показана схема ручной гидравлической рулевой машины с плунжерным исполнительным механизмом. В ходовой рубке судна установлена колонка 3, внутри которой помещен аксиально-плунжерный насос 4, приводимый от штурвала 5 через зубчатый мультипликатор. Вблизи баллера руля в румпельном отделении находятся 2 соосных цилиндра 8 с плунжерами 12, которые шарниром 11 соединены с румпелем 10, насаженным с помощью шпонки на баллер руля.

Рисунок 49 – Ручная гидравлическая рулевая машина

При вращении штурвала насос нагнетает рабочую жидкость через трубопровод 1 или 2, клапанную коробку 14 и трубу 7 или 13 в один из цилиндров 8, перемещая плунжеры 12. При изменении направления вращения штурвала изменяются направления подачи рабочей жидкости и перемещения плунжера.

Для указания положения руля предусмотрен электрический аксиометр 6 с датчиком 9. В клапанной коробке 14 имеются 2 предохранительных клапана, которые служат для перепуска жидкости из одного цилиндра в другой, помимо насоса в случае, если давление в цилиндре превысит допустимое, например, при касании руля о грунт.

Рисунок 50 – Ручная гидравлическая рулевая машина с качающимися цилиндрами

На судах с подводными крыльями и на воздушной подушке применяются ручные гидравлические машины с качающимися цилиндрами (рис. 50).

Машина состоит из поста управления 4, в который входит штурвальное колесо, вращающее насос 1, последний подает рабочую жидкость в силовые цилиндры 3. Расходный бак 2 служит для пополнения гидравлической системы рабочей жидкостью через невозвратные клапаны коробок 5 и 6. В гидравлическую систему включены измерительные приборы, электрический указатель положения руля, манометры и датчики.

Привод к баллеру состоит из двух силовых цилиндров двустороннего действия, штоки поршней которых шарнирно связаны с румпелем. При перекладке руля шарниры перемещаются по дуге окружности, поэтому во избежание заклинивания штоков цилиндры также имеют шарнирное закрепление.

Обе полости каждого цилиндра связаны с масляными магистралями. При перекладке руля рабочее масло подается в полости под поршнем обоих цилиндров. Датчик указателя положения руля с помощью тяги соединен с румпелем.

Электрогидравлические рулевые машины. Современные электрогидравлические рулевые машины по массе, габаритным размерам и экономичности значительно лучше электрических, что обусловило их широкое применение на морских, речных судах. Их разделяют на плунжерные, лопастные и плунжерно-реечные. Каждую гидравлическую рулевую машину снабжают насосом, подающим под необходимым давлением рабочую жидкость (минеральное масло) в ее исполнительную часть, осуществляющую перекладку рулевого органа. Применяются насосы переменной и постоянной подачи, причем последние используются при моменте на баллере рулевого органа не более 40кН·м.

Принцип действия и устройство электрогидравлической плунжерной рулевой машины можно понять из рис. 51. В цилиндры 10, установленные на фундаменте и связанные направляющей (на схеме не показана), входят плунжеры 14. Они подвижно связаны с румпелем 13 посредством каретки и траверсы, обеспечивающих поворот румпеля относительно плунжеров и необходимые возвратно-поступательные перемещения, возникающие при его повороте. Радиально-поршневой насос 2 переменной подачи попеременно нагнетает жидкость в левый или правый цилиндр по трубопроводам 5, перемещая плунжеры и поворачивая баллер на требуемый угол перекладки руля. Насосом управляют с поста управления посредством тяги 4. Она соединена с рычагом 8, в свою очередь соединенным тягой 3 с направляющей статора, служащей для изменения хода плунжеров радиально-плунжерного насоса. Другим концом рычаг 8 связан тягой 12 с румпелем. Эта система тяг и рычагов выполняет функции серводвигателя, обеспечивающего автоматическое прекращение перекладки руля после того, как штурвальный перестанет смещать тягу 4.

Допустим, что штурвальный переместил тягу 4 вправо от нейтрального положения и насос начал подавать жидкость в правый цилиндр. При этом плунжер начнет перемещаться влево и потянет за собой тягу 12 что при неподвижной тяге 4 приведет к смещению направляющей статора влево и к возврату ее в исходное положение, соответствующее нулевой подаче.

Рисунок 51 – Схема электрогидравлической рулевой машины

В машине предусмотрен предохранительный клапан 15, обеспечивающий перепуск жидкости по трубопроводам 9 и 11 из одного цилиндра в другой. При недопустимом для прочности машины и трубопроводов повышении давления вследствие ударов руля о грунт или другие предметы клапан срабатывает и рулевой орган отклоняется от заданного положения. При этом происходит перемещение рычага 8 и тяг 12 и 3 серводвигателя, насос автоматически начнет подавать жидкость в соответствующий цилиндр, и рулевой орган возвращается в исходное положение. Бак 1 служит для восполнения внешних утечек рабочей жидкости, для него предусмотрены невозвратные клапаны 6, соединенные с баком трубами 7.

Дата добавления: 2015-05-30 ; просмотров: 5940 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ