Рулевое устройство
С помощью рулевого устройства можно изменять направление движения судна или удерживать его на заданном курсе. В последнем случае задачей рулевого устройства является противодействие внешним силам, таким как ветер или течение, которые могут привести к отклонению судна от заданного курса. Рулевые устройства известны с момента возникновения первых плавучих средств. В древности рулевые устройства представляли собой большие распашные весла, укрепленные на корме, на одном борту или на обоих бортах судна. Во времена средневековья их стали заменять шарнирным рулем, который помещался на ахтерштевне в диаметральной плоскости судна. В таком виде он и сохранился до наших дней.
Типы рулей
а — обыкновенный руль; b —балансирный руль; с — полубалансирный руль (полуподвесной); d — балансирный руль (подвесной); е — полубалансирный руль (полуподвесной); f — активный руль; g — носовое подруливающее устройство (гребные винты противоположного вращения); h — носовое подруливающее устройство (реверсивный гребной винт)
В зависимости от принципа действия различают пассивные и активные рули. Пассивными называются рулевые устройства, позволяющие производить поворот судна только во время хода, точнее сказать, во время движения воды относительно корпуса судна. В отличие от него активный руль позволяет осуществлять поворот судна независимо от того, движется оно или стоит. Пассивное рулевое устройство состоит из штурвальной колонки с передачей, рулевой машины и пера руля. В старых конструкциях использовались однослойные рули. В настоящее время главным образом применяют профильные фигурные рули (рис. а). Перо такого руля состоит из двух выпуклых наружных оболочек, имеющих с внутренней стороны ребра и вертикальные диафрагмы для повышения жесткости. В целом конструкция пера руля цельносварная и полая внутри. Существуют различные способы крепления руля. Его можно на шарнирах прикрепить к ахтерштевню (рис. а) или установить в подпятнике (рис. b). Другие способы закрепления показаны на рисунках с, е.
По положению пера руля относительно оси вращения баллера различают:
— обыкновенный руль — плоскость пера руля расположена за осью вращения;
— полубалансирный руль — только большая часть пера руля находится позади оси вращения, за счет чего возникает уменьшенный момент вращения при перекладке руля;
— балансирный руль — перо руля так расположено по обеим сторонам оси вращения, что при перекладке руля не возникают какие-либо значительные моменты.
Типы рулей
f — активный руль; g — носовое подруливающее устройство (гребные винты противоположного вращения); h — носовое подруливающее устройство (реверсивный гребной винт)
Пример рулевого устройства с активным рулем приведен на рисунке f. В перо руля встроен электродвигатель, приводящий во вращение гребной винт, который для защиты от повреждений помещен в насадку. За счет поворота пера руля вместе с гребным винтом на определенный угол возникает поперечный упор, обусловливающий поворот судна. Активный руль выполняет свои функции и тогда, когда судно стоит на якоре. Такой руль используется на специальных судах, таких как плавучие рыбозаводы, китобойные, ремонтные и вспомогательные. Кроме того, активный руль можно применять как аварийный двигатель. Рули, как правило, помещаются в корме судна. Только в особых случаях (например, на речных паромах или на судах для каналов) используют также носовые рули. Для повышения маневренности судна довольно часто применяют подруливающие устройства, относящиеся к группе активных рулей без пера. Носовые или кормовые подруливающие устройства устанавливают поперек судна в туннеле. В этом туннеле находятся также два гребных винта или ротор осевого насоса. При вращении одного гребного винта вода течет через туннель. За счет этого возникает упор, и корпус судна совершает движение. В подруливающих устройствах все чаще вместо двух гребных винтов или одного ротора осевого насоса используют гребные винты с переменным шагом. Как уже было указано, для того чтобы рулевая установка действовала, перо пассивного руля должно стоять под определенным углом. Баллер руля приводится во вращение рулевой машиной, установленной под палубой в корме судна. Существуют паровые, электрические и гидравлические рулевые машины.
Рулевое устройство с электрическим приводом
а — расположение рулевого устройства
1 — рулевая машина; 2 — рулевой штырь; 3 — полубалансирный руль; 4 — баллер руля
b — секторная рулевая передача с электрическим приводом
1 — ручной штурвальный привод (аварийный привод); 2 — румпель; 3 — редуктор; 4 — рулевой сектор; 5 — двигатель; 6 — пружина; 7 — баллер руля; 8 — профильный фигурный руль; 9 — сегмент червячного колеса и тормоза; 10 — червяк
На рис. b показана устаревшая конструкция электрической рулевой машины. Электродвигатель через редуктор приводит в движение рулевой сектор, который крепится на баллере руля. Две пружины, воспринимающие удары волн о перо руля, соединяют сектор руля с румпелем; последний в свою очередь через призматическую шпонку соединен с баллером руля, на котором помещен профильный руль. Если необходимо повернуть перо руля, нужно запустить мотор с определенной частотой вращения. При неисправности электрической рулевой машины руль приводится в движение с помощью управляемого вручную механизма, состоящего из штурвальной тумбы и штурвала. Путем поворота штурвала приводятся в движение червячное колесо и взаимодействующий с ним аварийный приводной сегмент, укрепленный непосредственно на баллере руля. Штурвальная тумба аварийной рулевой установки обычно монтируется в корме на верхней палубе судна. На современных судах, как правило, применяют гидравлические рулевые машины. При вращении рулевого колеса на мостике срабатывает датчик телемотора, Протекающее под давлением в трубопроводе масло вызывает перемещение приемника телемотора, за счет чего рулевой насос приводится в движение в соответствующем направлении.
Рулевое устройство с гидравлическим приводом
а — схема гидропривода рулевого устройства типа Атлас с телемоторами; b — поршень гидравлической рулевой машины
1 — подключение к бортовой сети; 2 — кабельные соединения; 3 — запасная канистра; 4 — рулевой насос; 5 — рулевая колонка с датчиком телемотора; 6 — индикаторный прибор; 7 — приемник телемоторов; 8 — двигатель; 9 — гидравлическая рулевая машина; 10 — баллер руля; 11 — датчик указателя положения руля
Источник
§5.6. Рулевое устройство
Рулевое устройство предназначено для обеспечения управляемости судном (устойчивости на курсе и поворотливости).
Общий вид рулевого устройства показан на рис.5.13.
Рис. 5.13. Рулевое устройство
1 — перо руля; 2 — рудерпис; 3 — баллер; 4 — нижний подшипник; 5 — рулевая машина; 6 — гельпортовая труба.
В состав рулевого устройства входят руль, привод руля, привод управления.
В руль входит перо руля и баллер. Основой пера руля является мощная вертикаль-
ная балка — рудерпис. С рудерписом соединены горизонтальные рёбра жесткости и петли.
По форме сечения рули делятся на пластинчатые ( плоские ) и обтекаемые. Обтекаемый руль — пустотелый в сечении имеет каплевидную форму, улучшает уп
равляемость, увеличивает КПД винта, обладая собственной плавучестью, уменьшает на-
Практически все морские суда имеют обтекаемые рули.
По положению оси вращения рули делятся на: небалансирные, полубалансирные и балансирные.
По методу крепления к корпусу судна — обыкновенные, подвесные и полуподвес-
Рис. 5.14. Основные типы рулей: а — обыкновенный небалансирный; б – балансир
ный; в – балансирный подвесной; г — полубалансирный полуподвесной
У балансирных и полубалансирных рулей часть площади руля (до 30%) расположе
на впереди оси вращения руля, что уменьшает момент и мощность, необходимую для по-
ворота руля. Это объясняется тем, что при повороте руля давление воды на переднюю кромку помогает выводить перо руля из диаметральной плоскости.
Баллер служит для передачи вращающего момента на перо руля и его поворота. Баллер — прямой или изогнутый стержень, который крепится одним концом к перу
руля с помощью фланцев, а другой конец входит через гельмпортовую трубу и сальник в корпус судна.
Баллер поддерживается подшипниками, на его верхний конец насажен румпель — одноплечий или двуплечий рычаг.
Рулевой привод связывает баллер руля с рулевой машиной и состоит из румпеля и соответствующей передачи к нему от рулевой машины.
На судах небольшого водоизмещения ( речные и смешанного класса – река-море )
применяют электромеханический зубчато-секторный привод ( рис. 5.15, а ) , на более крупных – электрогидравлический (рис.5.15, б ).
а – зубчато-секторный, 1 – перо руля; 2 – баллер; 5 – зубчатый сектор; 6 – аморти-
б — электрогидравлический: 1 – баллер; 2 – румпель; 3 – цилиндры ( 4 шт. );
На любом судне рулевая машина – одна.
Электромеханический ( зубчатосекторный ) привод – всегда один, с одним электро
Электрогидравлический привод имеет два одинаковых агрегата, каждый из кото-
рых состоит из электродвигателя и гидронасоса.
В ходовом режиме в работе находится один агрегат, при плавании в стесненных условиях ( проход узкостей, вход в порт и выход из него ) могут работать оба агрегата
( если это предусмотрено схемой управления РЭП ).
Зубчато-секторный привод приводится в движение электромотором через червяч-ный и зубчатый редукторы.
В этом приводе румпель жёстко посажен на баллер, а зубчатый сектор свободно вращается на баллере.
Сектором связан с баллером через пружинный амортизатором, что смягчает удары волн, передаваемые от пера руля на редуктор, и тем самым позволяет избежать поломки
При гидроприводе поворот руля происходит за счёт подачи масла высокого давле
ния в накрест расположенные гидроцилиндры. В то же время из противоположных гидроцилиндров масло свободно сливается в магистраль.
При этом плунжеры внутри каждого цилиндра перемещаются и передают усилие на румпель, который поворачивается сам и поворачивает перо руля.
От рулевого устройства зависит безопасность судна, поэтому, про Правилам Регист
ра, на морских судах, кроме основного привода должен быть был и запасной.
Основной привод должен обеспечивать поворот руля на полном ходу судна с 35° одного борта до 30° другого борта за 28 сек.
Запасной привод должен обеспечивать перекладку руля при половинной скорости (но не менее 7 узлов) с 20° на 20° другого борта за 60 с.
Механические ограничители поворота руля ( по одному с каждого борта ) останав-
ливают руль при повороте на 35°, а конечные выключатели ( тоже два ) – при 32-33°.
Аварийное управление зубчато-секторным приводом осуществляется при помощи сдвоенного штурвала, находящегося на палубе выше помещения румпельного отделения.
Аварийное управление гидравлическим приводом осуществляется при помощи от-
кидной рукоятки на корпусе коробки исполнительного механизма гидронасоса по коман-
дам с мостика ( см. раздел «Электроприводы» ).
Источник