Рулевое управление судов. Рулевые машины

Конструкция рулевых устройств с пассивным рулем зависит от следующих факторов:

Конструктивных особенностей кормового подзора судна;

Типа рулей;

Типа соединения руля с баллером;

Типа рулевого привода.

Рули . Судно может иметь один (в ДП), два (за винтами на двухвинтовых судах), а также три и более рулей.

Современный судовой руль (рис.208) представляет собой вертикальное крыло с внутренними подкрепляющими ребрами, вращающееся вокруг вертикальной оси, площадь которого у морских судов составляет 1/40–1/60 площади погруженной части ДП (произведения длины судна на его осадку: LT).

На форму руля значительное влияние оказывает форма кормовой оконечности судна и расположение ГВ.

По форме профиля пера рули делятся на плоские и профильные обтекаемые . Профильный руль состоит из двух выпуклых наружных оболочек, имеющих с внутренней стороны ребра и вертикальные диафрагмы, сваренных друг с другом и обра­зующих каркас для повышения жесткости, который с обеих сторон покрыт приваренными к нему стальными листами.

Профильные рули имеют перед пластинчатыми ряд преимуществ: более высокое значение нормальной силы давления на руль; меньший момент, необходимый для поворота руля. Кроме того, обтекаемый руль позволяет улучшить пропульсивные качества судна. Поэтому они нашли наибольшее применение.

Внутреннюю полость пера руля заполняют пористым материалом, предотвра­щающим попадание воды внутрь. Перо руля крепится к рудерпису с помощью штырей (рис. 209, 210). Рудерпис отли­вают (или отковывают) заодно с петлями для навешивания руля на рудерпост (отливку иногда заменяют сварной конструкцией), являющийся неотъемлемой частью ахтерштевня.

По способу соединения с корпусом и количеству опор пера пассивные рули разделяют:

На простые (многоопорные) (рис. 211, а , б, в );

Полуподвесные (одноопорные – подвешенные на бал­лере и опертые на корпус в одной точке) (рис. 211, в );

Подвесные (безопорные, подвешенные на баллере) (рис. 211, г ).

По положению оси баллера относительно пера разли­чают рули небалансирные (обычные), у которых ось баллера проходит вблизи передней кромки пера, и балансирные, ось бал­лера у которых расположена на некотором расстоянии от передней кромки руля. Полуподвесные балансирные рули называют также полубалансирными (см. рис. 211).

Небалансирные рули уста­на­в­ливают на одновинтовых судах, полубалансирные и балан­сир­ные – на всех судах. Применение подвесных (балансирных) рулей позволя­ет снизить мощность рулевой машины за счет умень­шения крутящего момента, необходимого для пе­рекладки руля.

Наиболее важными геометрическими характеристиками руля являются:

Площадь S r ;

Относительное удлинение l r = S r /b 2 r = h 2 r /S r ;

- средняя ширина руля b r ;

Высота пера руля h r ;

Форма и относительная толщина профиля.

Величина площади пера руля зависит от типа судна и его назначения. Для ориентировочной оценки необходимой площади руля обычно используют отношение S r /LT ,которое для морских транспортных судов с одним рулем составляет 1,8–2,7, для танкеров – 1,8– 2,2; для буксиров – 3– 6; для судов прибрежного плавания – 2,3– 3,3.

Баллер руля (см. рис. 211, 213) – это массивный вал, при помощи которого поворачи­вается перо руля. Нижний конец баллера обычно имеет криволи­нейную форму и заканчивается лапой – фланцем, служащим для соединения баллера с пером руляболтами, что облегчает съем руля при ремонте (рис.212). Иногда вместо фланцевого (рис. 212, а ) применяют замковое (рис. 212, б ) или конусное соединение. Крепление пера руля к баллеру и корпусу на многих типах судов имеет много общего и отличается незначительно. Конструкции верхнего узла крепления приведены на рис. 209, а нижнего – на рис. 211, а, б ) Установка под штырь чечевицы из закаленной стали для уменьшения трения в точке опоры пера руля показана на рис. 210, а .

Баллер руля входит в кормовой подзор корпуса через гельмпортовую трубу, обеспечивающую непроницаемость корпуса, и имеет не менее двух опор (под­шипников) по высоте. Нижняя опора располага­ется над гельмпортовой трубой и, как правило, имеет сальниковое уплотнение, препятствующее попаданию воды в корпус судна; верх­няя опора размещается непосредственно у места закрепления сектора или румпеля. Обычно верхняя опора (опорно-упорный подшипник) воспринимает массу баллера и пера руля, для чего на баллере делают кольцевой выступ.

Рулевые приводы . На судах морского флота эксплуатируются разнообразные рулевые приводы, среди которых преимущественное распространение получили рулевые машины с электрическими и гидравлическими приводами отечественного и зарубежного производства.

Они обеспечивают передачу усилий рулевого дви­гателя к баллеру. Среди них широко известны два основных типа приводов:

- механический секторно-румпельный при­­вод от электромотора (рис.213, 214);

Силовой плунжерный привод от гидро­ци­линдров (рис.215).

Рулевые передачи, посредством которых осу­ществляется связь поста управления с испол­ни­тель­ным механизмом рулевого привода, имеют различное устройство. На современных судах применяют в основном электрические и гидрав­лические передачи.

Рулевое устройство с механическим секторно-рум­пель­ным приводомприменяется на судах малого и среднего водоизмещения. Кинематическая схема передачи усилия от рулевой машины к перу руля этого привода хорошо показана на рис.213.

В таком приводе румпель жестко скреплен с баллером руля. Сектор, свободно наса­женный на баллер, связан с румпелем при помощи пружинного амортизатора, а с рулевым двигателем - зубчатой передачей. Пе­рекладка руля осуществляется электромотором через сектор и румпель, а динамические нагрузки от ударов волн гасятся аморти­за­то­рами.

Схема управления секторно-рулевой ма­шиной с электрической передачей при­ведена на рис.214.

В составсхемы управления рулевым устройством входят:

Пост управления со следящей элек­трической системой;

Электрическая передача от поста упра­вления к электромотору;

Основной пост управления находится в рулевой рубке у путе­вого компаса и репи­тера гирокомпаса. Штурвал или пульт управ­ления рулем монтируют обычно на одной колонке с авторулевым агрегатом. Основным элементом электрической передачи являются система контроллеров, помещенных в штур­вальной колонке и связанных элек­тропроводкой электродвигателем основного привода в румпельном отделении. Крутящий момент от электродвигателя передается на зубчатый сектор, соединенный с румпелем и баллером, через червячно-редукторную передачу. Все механизмы смонтированы в виде самостоятельного агрегата. Румпель крепится на баллере на двух шпонках и связан с сектором двумя пружинными амортизаторами.

Рулевые устройства с гидравлическим приводом в упрощенном виде показаны на

рис.215; 216). В его состав входят два (или четыре) гидроцилиндра, маслонасос, телемотор и гидросистема.

Работа устройства осуществляется сле­дующим образом. При вращении шту­рвала, размещенного в рулевой рубке, те­лединамический датчик по­ста управления фор­ми­рует командный сигнал в виде давления масла, которое гидросистемой нагне­тается в цилиндр те­ле­мо­тора. Под действием это­го сигнала телемотор при­во­дит в действие ры­ча­ж­ную систему обратной связи, которая открывает доступ силового масла в один из гидроцилиндров. При этом масло под давлением насоса перепускается из одного цилиндра в другой, двигая поршень и поворачивая румпель, баллер и перо руля в нужную сторону. После этого регулировочная тяга возвращается в нулевое положение, а датчик и репитор фиксируют новое положения руля.

Чтобы давление масла в гидроцилиндрах не повышалось при ударах о перо руля сильной волны или большой льдины, гидросистема снабжена предохранительными клапанами и амортизационными пружинами.

В случае выхода из строя телемотора управление рулевой машиной можно осуществлять из румпельного отделения вручную.

При выходе из строя обоих масляных насосов переходят на ручную перекладку руля, для чего трубы гидросистемы напрямую соединяют с гидроцилиндрами, создавая в них давление вращением штурвала в посту управления.

Более подробная схема управления рулевым устройством с двухплунжерной рулевой машиной приведена на рис. 215, а ее компоновка – на рис.217.

Схема гидропривода четырех плун­жерной рулевой машины с аналогич­ным принципом действия показана на рис.216. Эти машины получили наибольшее распространение на современных судах, так как они обеспечивают наивысший коэффициент полезного действия всего рулевого устройства. В них давление рабочего масла в гидроцилиндрах непосредственно пре­образуется сначала в поступательное движение плунжера, а затем через механическую передачу - во вращательное движение баллера руля, который жестко связан с рум­пелем. Необходимое давление масла и мощность рулевой машины формируется радиально-поршневыми насосами переменной производительности, а раздачу его по цилиндрам осуществляет телемотор, который получает команду от штурвала с рулевой рубки.

Рулевое устройство является основным средством, обеспечивающим надежное управление судном при любых условиях плавания. Его конструкция должна удовлетворять требованиям Речного Регистра, предъявляемым к судну данного типа. Оно состоит из руля, рулевого привода, рулевой машинки, аксиометра, а иногда и рулевого указателя. В настоящее время на судах находят применение поворотные насадки, активные рули и подруливающие устройства.

Рули в зависимости от формы и расположения пера по отношению к оси вращения подразделяются на простые, балансирные и полубалансирные (рис. 33).

Простым называется руль, у которого перо расположено по одну сторону оси вращения (баллера). По форме профиля в плане простые рули могут быть плоскими (пластинчатыми) и обтекаемыми. Балансирным называется руль, у которого перо расположено по обе стороны баллера. Передняя по отношению к баллеру часть пера называется балансирной частью. В зависимости от конструкции кормовой части судна балансирные рули могут иметь нижнюю опору крепления или быть подвесными. Подвесной балансирный руль крепится на палубе или в корпусе судна (ахтерпике) на специальном фундаменте.

Полубалансирный отличается от балансирного руля тем, что его балансирная часть меньше по высоте, чем все перо руля, и расположена только в нижней части.

Для обеспечения управляемости на заднем ходу толкачи оборудуются рулями заднего хода (так называемыми фланкирующими), которые устанавливаются впереди гребных винтов с таким расчетом, чтобы поток воды, возникающий при работе винтов на задний ход, был направлен на эти рули.

Поворотная насадка (рис. 34) представляет собой металлический цилиндр, внутри которого находится гребной винт судна. Своей верхней частью цилиндр крепится к баллеру, при помощи которого его можно поворачивать относительно гребного винта.

У выходного отверстия насадки, для большей эффективности ее действия на управляемость судна, укреплен пластинчатый руль, который часто называют стабилизатором. С этой же целью в дополнение к стабилизатору иногда насадки оборудуются радиальными ребрами жесткости и шайбами.

Подруливающее устройство представляет собой трубу, установленную поперек корпуса судна, через которую с борта на борт прокачивается забортная вода с помощью центробежного насоса или винта. В первом случае подруливающее устройство называют насосным, а во втором-туннельным. Выходные отверстия в бортах имеют профилированную наделку и решетки для защиты трубы (туннеля) от попадания посторонних предметов. Принцип действия устройства заключается в том, что при перекачке (прогонке) воды с одного борта на другой вследствие реакции выбрасываемой струи создается упор, перпендикулярный диаметральной плоскости судна, что способствует перемещению судна вправо или влево. При изменении направления выброса струи будет изменяться и направление перемещения судна.

Рулевые приводы служат для передачи усилий от рулевой машины на баллер руля. Наибольшее распространение получили приводы секторного типа с гибкой или жесткой передачей.

Рис. 37. Схема электрогидравлического рулевого устройства

При гибкой передаче, которая получила название штуртросовой, усилие с рулевой машины на сектор передается при помощи цепи, стального гибкого троса или стального прутка. Цепь обычно ставят на участке, проходящем через звездочку рулевой машины, а на прямых участках — стальной трос или пруток. Для соединения отдельных участков штуртроса применяются замки, зажимы и талрепы. Чтобы изменить направление штуртроса, на криволинейных участках ставят направляющие блоки-роульсы, а для предохранения штуртроса от истирания о палубу — палубные катки.

В последнее время на судах находят все большее применение жесткие передачи — валиковые и шестеренчатые.

Валиковая передача (рис. 35) представляет собой систему жестких звеньев валиков, соединенных между собой универсальными шарнирами или коническими зубчатыми шестеренчатыми передачами.

Шестеренчатая передача представляет собой систему шестерен и валиков, при этом усилие рулевой машины передается на сектор руля с помощью червяка через шестерню.

На судах, имеющих два и более рулей, рулевой привод имеет более сложную конструкцию.

Рулевые машины по своей конструкции делятся на ручные, паровые, электрические и гидравлические.

Ручные рулевые машины просты по конструкции, поэтому их устанавливают на небольших судах (катерах) и на несамоходном флоте. Основными элементами ручных рулевых машин являются штурвальное колесо и связанный с ним барабан, на который наматывается цепь или трос (при штуртросной передаче). Если на судне применяется не штуртросная, а валиковая передача усилий от рулевой машины к рулю, то штурвальное колесо соединяется с шестеренчатым или червячным приводом, который механически связан с этой валиковой передачей.

Паровые рулевые машины ставятся на пароходах в качестве основных.

На большинстве современных теплоходов нашли применение электрические рулевые машины. Они устанавливаются в рулевой рубке или в румпельном отделении, находящемся в кормовом отсеке судна. Электродвигатель приводится в действие с пульта управления из рулевой рубки. Пульт управления имеет манипулятор. Поворотом рукоятки манипулятора вправо или влево включаются соответствующие контакты, и вал электродвигателя начинает вращаться в правую или в левую сторону, изменяя положение рулей судна. Если рули повернутся на тот или иной борт до своего крайнего положения, контакты размыкаются и электродвигатель автоматически выключается.

Рис. 38. Схема гидравлического рулевого устройства теплохода "Метеор":
1-цилиндр-исполнитель; 2-гидроусилитель; 3-штурвал; 4-цилиндр-датчик; 5-рулевая машина; 6-расходный бачок; 7-баллон с воздухом; 8-ручной аварийный насос; 9-гидронасос; 10-гидроаккумулятор

На заметку : Киевская Штурман проводит обучение вождению и повышение водительских навыков.

При установке электрических рулевых машин в обязательном порядке предусматривается резервный (запасной) ручной привод рулевого устройства. Чтобы не выполнять каких-либо переключений, при переходе на ручное управление применяют дифференциал Федорицкого.

Этот дифференциал (рис. 36) устроен и работает следующим образом. Червячные шестерни (колеса) 2 и 5 свободно вращаются на вертикальном валу 6. Внутренние торцовые поверхности этих червячных шестерен жестко связаны с коническими шестернями. На вертикальном валу при помощи шпоночного соединения закреплена крестовина 4, на конце которой свободно вращаются конические шестерни-сателлиты 3, связанные с коническими шестернями червячных колес 2 и 5. На верхний конец вала 6 посажена на шпонке цилиндрическая шестерня 7, входящая в зацепление с зубчатым сектором рулевого привода.

Червячный винт 9 вращается электродвигателем рулевого устройства. Червячный винт 8 связан с ручным запасным приводом и при работе электродвигателя неподвижен. Вследствие этого оказывается застопоренной червячная шестерня 5 с прикрепленной к ней снизу конической шестерней. Червячная шестерня 2 вращается винтом 9, а ее коническая верхняя шестерня заставляет вращаться шестерни-сателлиты 3. Но поскольку шестерня 5 застопорена, то шестерни 3 обегают по ее конической части, поворачивая крестовину 4, связанный с ней вал 6 и шестерню 7. Зубчатый сектор, соединенный шестерней 7, поворачивается.

При ручном управлении застопоренной оказывается червячная шестерня 2. Тогда при вращении червячного винта 9 шестерни-сателлиты обегают коническую шестерню червячного колеса 2, за счет чего происходит поворот вала 6.

Дифференциал Федорицкого является одновременно и регулятором, снижающим число оборотов вала 6 по сравнению с оборотами вала электродвигателя (т. е. червячного винта 9). Регулятор заключен в корпус 1.

Гидравлические рулевые машины, несмотря на целый ряд положительных качеств, получили на речном флоте меньшее распространение. Они устанавливаются главным образом на крупных и скоростных судах с подводными крыльями. Принцип их работы заключается в следующем (рис. 37): электродвигатель 1 приводит в действие насос 2, перекачивающий масло в правый 5 или левый 3 гидравлический цилиндр, в результате чего в цилиндрах перемещается поршень 6 и соединенный с ним румпель 4 рулевого привода, осуществляющий поворот рулей судна.

Гидравлический рулевой привод теплохода на подводных крыльях «Метеор» представлен на рис. 38. Он состоит из силовой системы и системы управления гидроусилителем.

В силовую (открытую) систему входят гидронасос с электроприводом, гидроусилитель, гидроаккумуляторы, расходный бак, фильтры, баллон с воздухом емкостью 8 л с давлением 150 кгс/см2, ручной аварийный насос, арматура и трубопроводы.

Система управления гидроусилителем (закрытая) состоит из цилиндров-датчиков, приводимых в действие от штурвала рулевой машины, цилиндров-исполнителей, заполнительного бачка, арматуры и трубопроводов.

В качестве рабочей жидкости в системе применяется авиационная смесь АМГ-10 (авиационное масло для гидравлики).

В рулевом приводе предусмотрено комбинирование ручного и гидравлического управления, что дает возможность в случае отказа гидравлического управления немедленно перейти на ручное.

Все крупные суда независимо от того, имеют ли они паровые, электрические или гидравлические машины, должны иметь запасное ручное управление. Время перехода с основного управления рулем на запасное не должно превышать 1 мин.

Усилие на рукоятке штурвала ручных рулевых приводов не должно превышать 12 кгс.

Продолжительность перекладки руля с борта на борт на самоходных судах с механическими или электрическими машинами не должна превышать 30 с, а с ручными — 1 мин. Аксиометр — механический или электрический прибор, служащий для указания угла отклонения пера руля. На новых судах аксиометр устанавливается на пульте управления.

Рулевые указатели конструктивно связаны только с головкой баллера руля, они показывают истинное положение руля независимо от работы рулевых приводов. Показание электрического рулевого указателя может быть выведено непосредственно в рулевую рубку судна.

Рулевое устройство — совокупность механизмов, агрегатов и узлов, обеспечивающих управление судном. Основными конструктивными элементами любого рулевого устройства являются:
— рабочий орган — перо руля (руль) или поворотная направляющая насадка;
— баллер, соединяющий рабочий орган с рулевым приводом;
— рулевой привод, передающий усилие от рулевой машины к рабочему органу;
— рулевая машина, создающая усилие для поворота рабочего органа;
— привод управления, связывающий рулевую машину с постом управления.
На современных судах устанавливают пустотелые обтекаемые рули, состоящие из горизонтальных ребер и вертикальных диафрагм, покрытых стальной обшивкой (рис. 4). Обшивку крепят к раме электрозаклепками. Внутреннее пространство руля заполняют смолистыми веществами или самовспенивающимся пенополиуретаном ППУ3С.
Рули бывают в зависимости от расположения оси вращения:
1) балансирные (рис. 4, 6), ось вращения проходит через перо руля;
2) небалансирные (рис. 5), ось вращения совпадает с передней кромкой пера;
3) полубалансирные рули.
Момент сопротивления повороту балансирного или полубалансирного руля меньше, чем небалансирного, и соответственно меньше требуемая мощность рулевой машины.
По способу крепления рули разделяют на:
1) Подвесные, которые крепят горизонтальным фланцевым соединением к баллеру и устанавливают только на малых и малых маломерных добывающих судах.
2) простые.
Простой одноопорный балансирный руль (см. рис. 4) штырем упирается в упорный стакан пятки ахтерштевня. Для уменьшения трения цилиндрическая часть штыря имеет бронзовую облицовку, а в пятку ахтерштевня вставлена бронзовая втулка. Соединение руля с баллером — горизонтальное фланцевое на шести болтах или конусное. При конусном соединении коническая концевая часть баллера вставляется в конусное отверстие верхней торцевой диафрагмы руля и плотно затягивается гайкой, доступ к которой обеспечивается через крышку, поставленную на винтах, входящих в обшивку руля. Изогнутый баллер дает возможность раздельного демонтажа руля и баллера (при их взаимном развороте).
Простой двухопорный небалансирный руль (рис. 5) сверху закрыт листовой диафрагмой и литой головкой, имеющей фланец для соединения руля с баллером и петлю под верхнюю штыревую опору. В петлю рудерпоста вставляют бакаутовые, бронзовые или другие втулки.
Недостаточная жесткость нижней опоры балансирных рулей часто становится причиной вибрации кормы судна и руля. Этот недостаток отсутствует у балансирного руля со съемным рудерпостом (рис. 6). В перо такого руля вмонтирована труба, через которую проходит съемный рудерпост. Нижний конец рудерпоста закрепляют конусом в пятке ахтерштевня, а верхний крепят фланцем к ахтерштевню. Внутри трубы устанавливают подшипники. Рудерпост в местах прохождения через подшипники имеет бронзовую облицовку. Крепление руля к баллеру — фланцевое.
В пере активного руля (рис. 7) помещен вспомогательный гребной винт. При перекладке руля направление упора вспомогательного винта изменяется и возникает дополнительный момент, поворачивающий судно.
Направление вращения вспомогательного винта противоположно направлению вращения основного. Электродвигатель размещается в пере руля или в румпельном отделении. В последнем случае электродвигатель непосредственно соединен с вертикальным валом, передающим вращение редуктору движителя. Винт активного руля может обеспечить судну ско-рость до 5 уз.
На многих судах промыслового флота вместо руля устанавливают поворотную направляющую насадку (рис. 8), которая создает такую же, как и руль, боковую силу при меньших углах перекладки. Причем момент на бал-лере насадки примерно в два раза меньше момента на баллере руля. Для обеспечения устойчивого положения насадки при перекладках и увеличения ее рулевого действия к хвостовой части насадки в плоскости оси баллера крепят стабилизатор. Конструкция и крепление насадки аналогичны конструкции и креплению балансирного руля.

Рис.4 Рабочие органы рулевых устройств: руль одноопорный балансирный.
1 - баллер; 2 - фланец; 3 - обшивка пера руля; 4 - наделка-обтекатель; 5 - вертикальная диафрагма; 6 - горизонтальное ребро; 7 - пятка ахтерштевня; 8 - гайка; 9 - шайба; 10 - рулевой штырь; 11 - бронзовая облицовка штыря; 12 - бронзовая втулка (подшипник); 13 - упорный стакан; 14 - канал для демонтажа упорного стакана.

Рис.5. Рабочие органы рулевых устройств: руль двухопорный небалансирный.
1 - баллер; 2 - фланец; 3 - обшивка пера руля; 7 - пятка ахтерштевня; 8 - гайка; 9 - шайба; 10 - рулевой штырь; 11 - бронзовая облицовка штыря; 12 - бронзовая втулка (подшипник); 15 - гельмпортовая труба; 17 - рудерпост; 18 - бакаут.

Рис.6 Руль балансирный со съемным рудерпостом.
1 - баллер; 3 - обшивка пера руля; 7 - пятка ахтерштевня; 11 - бронзовая облицовка штыря; 12 - бронзовая втулка (подшипник); 15 - гельмпортовая труба; 19 - фланец рудерпоста; 20 — съемный рудерпост; 21 — вертикальная труба.

Рис. 7 Активный руль.
3 - обшивка пера руля; 4 - наделка-обтекатель; 23 - редуктор с обтекателем; 24 - стабилизатор;

Баллер — изогнутый или прямой стальной цилиндрический брус, выведенный через гельмпортовую трубу в румпельное отделение. Соединение гельмпортовой трубы с наружной обшивкой и настилом палубы — водонепроницаемое. В верхней части трубы устанавливают уплотнительный сальник и подшипники баллера, которые могут быть опорными и упорными.
Рулевое устройство должно иметь приводы: главный и вспомогатель-ный, а при их расположении ниже грузовой ватерлинии дополнительный аварийный, размещенный выше палубы переборок. Вместо вспомогательного привода допускается установка сдвоенного главного, состоящего из двух автономных агрегатов. Все приводы должны действовать независимо друг от друга, но, как исключение, допускается наличие у них некоторых общих деталей. Главный привод должен работать от источников энергии, вспомогательный может быть ручным.
Конструкция привода руля зависит от типа рулевой машины. На судах промыслового флота устанавливают электрические и электрогидравлические рулевые машины. Первые выполняют в виде электродвигателя постоянного тока, вторые — в виде комплекса электродвигатель — насос в сочетании с плунжерным, лопастным или винтовым гидравлическим приводом. Ручные рулевые машины в сочетании с штуртросовым, валиковым или гидравлическим рулевым приводом встречаются только на малых и маломерных добывающих судах.
Дистанционное управление рулевой машиной из рулевой рубки обеспечивают телединамические передачи, называемые рулевыми телепередача-ми или рулевыми телемоторами. На современных промысловых судах нашли применение гидравлические и электрические рулевые телепередачи. Часто они дублируются или комбинируются в электрогидравлические.
Электрическая телепередача состоит из специального контроллера, расположенного в рулевой тумбе и связанного электрической системой с пусковым устройством рулевой машины. Управление контроллером осу-ществляется с помощью штурвала, рукоятки или кнопки.
Гидравлическая телепередача состоит из ручного насоса, приводимого в работу штурвалом, и системы трубок, связывающих насос с пусковым устройством рулевой машины. Рабочей жидкостью системы служат незамерзающая смесь воды с глицерином или минеральное масло.
Управление главным и вспомогательным рулевыми приводами независимо и производится с ходового мостика, а также из румпельного отделения. Время перехода с главного на вспомогательный привод не должно превышать 2 мин. При наличии постов управления главным рулевым приводом в рулевой и промысловой рубках выход из строя системы управления с одного поста не должен препятствовать управлению с другого поста.
Угол перекладки руля определяют по установленному у каждого поста управления аксиометру. Кроме того, на секторе рулевого привода или других деталях, жестко связанных с баллером, наносят шкалу для определения действительного положения руля. Автоматическую согласованность между скоростью, направлением вращения и положением штурвала и скоростью, стороной и углом перекладки руля обеспечивает сервомотор.
Тормоз (стопор) руля предназначен для удержания руля при аварийном ремонте или при переходе с одного привода на другой. Наиболее часто применяют ленточный стопор, зажимающий непосредственно баллер руля. Секторные приводы имеют колодочные стопоры, в которых тормозная колодка прижимается к специальной дуге на секторе. В гидравлических приводах роль стопора выполняют клапаны, перекрывающие доступ рабочей жидкости к приводам.
Удержание судна на заданном курсе при благоприятных погодных условиях без участия рулевого обеспечивает авторулевой, принцип работы кото-рого основан на применении гирокомпаса или магнитного компаса. Органы обычного управления связаны с авторулевым. Когда судно ложится на заданный курс, руль по аксиометру устанавливают в нулевое положение и включают авторулевой. Если под действием ветра, волнения или течения судно отклоняется от заданного курса, электродвигатель системы, получив импульс от датчика компаса, обеспечивает возвращение судна на заданный курс. При изменении курса или маневрировании авторулевой отключают и переходят на обычное рулевое управление.
Общие требования Регистра к рулевому устройству следующие:
— Каждое судно, за исключением судовых барж, должно иметь надежное устройство, обеспечивающее его поворотливость и устойчивость на курсе: рулевое устройство, устройство с поворотной насадкой и другие;
— С учетом назначения и особенной эксплуатации судна допускается использование указанных устройств совместно со средствами активного управления судном (САУС).
— Время перекладки полностью погруженного руля или поворотной насадки главным приводом (при наибольшей скорости переднего хода) с 35° одного борта на 30° другого не должно превышать 28 с, вспомогательным (при скорости, равной половине наибольшей скорости переднего хода или 7 узлов, в зависимости от того, какое значение больше) с 15° одного борта на 15° другого — 60 с, аварийным (при скорости не менее 4 узлов) не ограничивается.
В Регистре Части III Главы 2 изложены требования, предъявляемые ко всем элементам рулевого устройства, даны формулы для расчета эффектив-ности и рулей и поворотных насадок.

Рулевая машина обеспечивает поворот руля в соответствии с сигналом с мостика и является составной частью рулевого устройства.

Рулевое устройство состоит из четырех частей:

– системы управления,

– силового агрегата,

– рулевого привода,

Силовой агрегат и рулевой привод образуют собственно рулевую машину.

Система управления или телепередача передает с мостика сигнал на поворот руля и обеспечивает работу силового агрегата и рулевого привода до тех пор, пока не будет достигнут заданный угол поворота руля. Силовой агрегат создает усилие, необходимое для поворота руля на заданный угол. Рулевой привод – это устройство, посредством которого осуществляется движение непосредственно руля.

Рулевое устройство должно удовлетворять следующим требованиям:

– иметь два независимых средства перекладки руля (при наличии двух силовых агрегатов, вспомогательный или резервный силовой агрегат не требуется);

– мощность и вращающий момент агрегата должны быть такими, чтобы перекладка руля с 35 одного борта на 30 другого осуществлялась при максимальной скорости судна за время не превышающее 28 с;

– вспомогательный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с 15 одного борта на 15 другого не более чем за 60 с при скорости переднего хода, равной половине максимальной, но не менее 7 узлов;

– рулевая машина должна быть защищена от ударных нагрузок;

– должно быть предусмотрено аварийное управление рулевой машиной из румпельного отделения;

– танкеры, имеющие валовую вместимость более 10 000 р.т, должны иметь две независимые системы управления рулевой машиной с мостика.

Рулевые машины могут иметь паровой, электрический и гидравлический привод.

На современных морских судах используются рулевые машины с гидравлическим плунжерным либо лопастным приводом.

5.10.2. Электрогидравлические рулевые машины

Электрогидравлические рулевые машины состоят из следующих основных узлов:

– гидравлического рулевого привода – устройства, поворачивающего баллер руля;

– насосного агрегата (насос и двигатель), обеспечивающего питание гидравлических рулевых приводов рабочей жидкостью;

– органов распределения рабочей жидкости и системы управления насосами и распределением рабочей жидкости;

– системы трубопроводов питания, предохранительных клапанов, компенсаторов; динамических нагрузок, ограничителей мощности и других элементов в зависимости от конструкции рулевой машины.

Гидравлические рулевые приводы – это гидродвигатели, обеспечивающие ограниченные углы поворота исполнительного вала, которым является баллер руля. Наиболее широкое распространение получили плунжерные приводы. В зависимости от значения необходимого вращающего момента применяется двух– либо четырех плунжерный привод. Принципиальная схема такого привода показана на рис. 74.

Рис. 74. Принципиальная схема плунжерного привода:

1– электродвигатель насоса, 2– насос, 3– предохранительный клапан, 4– муфта, 5– румпель, 6– цилиндр, 7– цистерна

Плунжеры движутся в гидравлических цилиндрах, поворачивая румпель шарнирной крестовины, находящейся в развилке плунжеров. Привод обслуживается двумя насосами переменной подачи. Каждый из насосов сообщается трубопроводами со всеми гидравлическими цилиндрами рулевого привода для всасывания и нагнетания масла.

Рядом с цилиндрами находится масляная цистерна, которая снабжена невозвратными клапанами для автоматического пополнения утечек масла из системы. Байпасный клапан объединен с предохранительным клапаном и открывается для перепуска масла в случае сильных ударов волны в перо руля. В этом случае плунжера смещаются, что в свою очередь, вызывает изменение подачи насоса, который нагнетает масло в соответствующий цилиндр, и перо руля возвращается в прежнее положение. Для защиты от поломки рычагов управления при ударной нагрузке используется буферная пружина. При обычных условиях эксплуатации работает один из насосов. Если требуется обеспечить ускоренную перекладку руля, оба насоса могут использоваться одновременно.

На рис. 75 показано устройство 4-х плунжерной электрогидравлической рулевой машины.

Такая машина создает больший вращающий момент и имеет повышенную надежность в случае выхода из строя различных частей установки. Каждый насос может работать на все цилиндры или на два цилиндра правого или левого борта.

Наличие блока клапанов управления, объединяющего предохранительные клапаны, запорные клапаны насосов и цилиндров, байпасные клапаны, повышает живучесть рулевой машины.

При нормальных условиях один насос может обеспечить работу всех цилиндров. В аварийной ситуации могут быть использованы два насоса с ручным управлением для работы двух плунжеров правого борта, двух – левого борта, двух носовых или двух кормовых плунжеров.

Рис. 75. 4-х плунжерная электро-гидравлическая рулевая машина:

1 ,23,25 – насосы переменной подачи, 2,9,19,22 – запорные клапаны цилиндров, 3,10,18,21 – гидравлические цилиндры с плунжерами, 4,8,17,24 – воздушные и манометровые запорные клапаны, 5,7,40,47,48 – масляные трубопроводы цилиндров,6,16,20 – электродвигатели, 11,27 – байпасные клапаны, 12,37 – соединительные звенья, 13,26 – плавающие рычаги, 14 – тяга буферной пружины, 15 – румпель, 28 – маховик местного поста управления, 29,30,31,32,33,34 – невозвратные всасывающие пополнительные клапаны, 35 – приемник телемотора, 36– соединительная тяга насосов, 38,39,49,50,51,52 – запорные клапаны насосов, 41,42,43, 44,45,46,53,54 – масляные трубопроводы между клапанами, 55 – цистерна пополнения масла.

Для того, чтобы система была готова к работе, необходимо заполнить маслом каждый цилиндр рулевого привода, затем установить на место наполнительные пробки и закрыть воздушные краны. Байпасные клапаны при этом должны быть открыты, а цистерна для пополнения заполнена. Воздушные краны на насосах оставляют открытыми до тех пор, пока вытекающее масло содержит пузырьки воздуха. Используя механизм ручного управления, насосы ставят в положение минимальной подачи и проворачивают их вручную, удаляя воздух сначала из одной а затем из другой пар цилиндров. После этого включают электродвигатель насоса и приступают к проверке рулевой машины в действии. При этом еще раз удаляют воздух из цилиндров и насосов через соответствующие краны.

В электрогидравлических рулевых машинах с роторным лопастным приводом рис. 76 лопастной ротор прочно закреплен на баллере.

Рис. 76. Лопастной электро-гидравлический привод:

а – принципиальная схема, б – разрез, 1 – электродвигатель, 2 – насосы, 3 – предохранительный клапан, 4 – корпус, 5 – баллер, 6 – ротор, 7 – масляная полость, 8 – масляная цистерна, 9 – крышка

Ротор может поворачиваться в корпусе, который крепится к судовому набору. Пространство между лопастями ротора и перемычками корпуса образуют полости, объем которых изменяется при повороте ротора. Полости уплотнены специальной набивкой. С обеих сторон поворотных лопастей подведены трубопроводы, каждый из которых имеет кольцевой коллектор. При подаче масла во все полости с левой стороны поворотных лопастей и при всасывании масла из всех полостей с правой стороны обеспечивается поворот ротора по часовой стрелке. Для поворота в противоположном направлении всасывание и нагнетание меняются местами.

Привод обычно имеет три лопасти, благодаря чему обеспечивается перекладка руля на 70 0 .

Перемычки корпуса выполняют функцию стопоров, ограничивающих поворот руля.

Рулевое устройство обеспечивает управляемость судна, т. е. позволяет удерживать судно на заданном курсе и изменять направление его движения. Составными частями рулевого устройства являются: руль, рулевой двигатель, рулевой привод, пост управления и рулевая передача.

Руль служит непосредственно для сохранения или изменения направления движения судна. Он состоит из стальной плоской или обтекаемой пустотелой конструкции - пера руля и вертикального поворотного вала - баллера, жестко соединенного с пером. На верхний конец баллера (головку), выведенный на одну из палуб, насаживается сектор или рычаг - румпель.
К нему прилагается внешнее усилие, поворачивающее баллер. При установке пера руля в диаметральной плоскости движущегося судна оно будет сохранять направление движения.
Если перо руля отклонить от этого положения, то сила давления воды, действующая на перо, создаст вращающий момент, который повернет судно. Рулевой двигатель - паровая, электрическая, гидравлическая или электрогидравлическая машина, приводящая в действие руль.
Рулевой двигатель устанавливается у румпеля и соединяется с ним непосредственно, без промежуточных передач, или отдельно от румпеля.

Рулевой привод передает усилие от рулевого двигателя к баллеру. Пост управления устанавливается в рулевой рубке. Он служит для дистанционного управления рулевой машиной через штурвал, контроллер или кнопочный пульт управления.
Органы управления монтируют обычно на одной колонке с авторулевым агрегатом, рядом устанавливают путевой магнитный компас и репитер гирокомпаса. Для контроля за положением пера руля относительно диаметральной плоскости судна на колонке управления и на лобовой переборке рубки устанавливают рулевые указатели - аксиометры.

Рулевая передача служит для связи поста управления с пусковым механизмом рулевого двигателя. Наиболее простыми передачами являются механические, непосредственно соединяющие штурвал с пусковым устройством рулевого двигателя.
Но они имеют ряд существенных недостатков (низкий КПД, требуют постоянного ухода и др.) и на современных судах не применяются. Основными видами рулевых передач являются электрические и гидравлические.

рис. 61 Рули

а - обыкновенный плоский; б - обтекаемый; в - балансирный, г - полубалансирный

По конструкции пера рули могут быть плоскими и обтекаемыми.

Обыкновенный плоский руль имеет ось вращения у передней кромки руля (рис. 61, а). Перо руля 1, изготовленное из стального листа толщиной 20-30 мм, имеет ребра жесткости 2, которые идут попеременно с одной и другой стороны пера.
Они отлиты или откованы заодно с утолщенной вертикальной кромкой руля - рудерписом 3, имеющим ряд петель 4 с надежно закрепленными в них штырями 5. Этими штырями руль навешивается на петли 6 рудерпоста 9. Штыри имеют бронзовую облицовку, а петли рудер-поста - бакаутовые втулки. Нижний штырь рудерписа входит в углубление пятки ахтерштевня 10, в которое для уменьшения трения вставляется бронзовая или бакаутовая втулка с закаленной стальной чечевицей на дне. Пятка ахтерштевня через чечевицу воспринимает на себя весь вес руля.
Для предупреждения смещения руля вверх один из штырей, обычно верхний, на нижнем конце имеет головку. Верхняя часть рудерписа соединяется с баллером руля 8 при помощи специального фланца 7. Фланец несколько смещен от оси вращения, благодаря чему образуется плечо и облегчается поворот пера руля.
Смещенный фланец позволяет во время ремонта пера руля снять его с петель рудерпоста без подъема баллера, разобщив фланец и развернув перо и баллер в разные стороны.

Обыкновенные плоские рули просты по конструкции, отличаются прочностью, но создают большое сопротивление движению судна и требуют большого усилия для их перекладки. Поэтому на современных судах вместо плоских рулей применяются обтекаемые.

Перо обтекаемого руля (рис. 61, б) представляет собой сварной металлический каркас, обшитый листовой сталью (стальная оболочка водонепроницаемая). Перу придают обтекаемую форму. Для уменьшения сопротивления воды движению судна на пере руля устанавливают специальные наделки - обтекатели и придают обтекаемую форму рудерпосту.
В зависимости от положения пера руля относительно оси его вращения рули подразделяются на обыкновенные, или небалансирные, балансирные и полубалансирные.

У балансирного руля (рис. 61, в) часть пера расположена к носу судна от оси вращения. Площадь этой части, называемой балансирной, составляет от 20 до 30% всей площади пера. При перекладке руля давление встречных потоков воды на балансирную часть пера содействует повороту руля, уменьшая тем самым нагрузку на рулевую машину.
Балансирные рули, как правило, обтекаемые. Полубалансирный руль (рис. 61, г) отличается от балансирного тем, что его балансирная часть имеет меньшую высоту, чем основная.

Крепление балансирных и полубалансирных рулей осуществляется по-разному в зависимости от конструкции кормы и ахтерштевня судна. Кроме рассмотренных основных типов рулей, на некоторых судах применяются специальные рули и подруливающие устройства, позволяющие значительно улучшить маневренные качества судна. К ним относятся: активные рули, поворотные насадки, дополнительные носовые рули и подруливающие устройства.

Активные рули имеют обтекаемую форму. В каплевидной наделке на пере руля вмонтирован электродвигатель, который приводит во вращение небольшой гребной винт, установленный за задней кромкой пера. Питание на электродвигатель подается через пустотелый баллер.
Активный руль упором рулевого винта позволяет эффективно разворачивать судно, имеющее малую скорость движения или не имеющее хода, что очень важно при плавании в узкостях, при швартовке и в других случаях.

Поворотная насадка представляет собой массивное кольцо , закрепленное на баллере по типу балансирного руля. При повороте насадки струя воды, отбрасываемая гребным винтом, изменяет свое направление и этим обеспечивается поворот судна.
Такие насадки применяются на буксирах. Носовые рули балансирного типа устанавливаются в дополнение к основным для улучшения управляемости на заднем ходу. Они применяются на паромах и некоторых других судах.

Для улучшения маневренности судна используются также подруливающие устройства. Их гребные винты, насосы или крыльчатые движители создают упор в направлении, перпендикулярном ДП судна, чем способствуют эффективному развороту судна. Управляют подруливающими устройствами из рулевой рубки.