Электропривод рулевого устройства

Электроприводы насосов, вентиляторов и компрессоров обеспечивают работу силовой установки и различных систем судна, выполняя таким образом, самые разнообразные функции:

сохранение остойчивости;

Сохранение плавучести;

пожаробезопасность судна;

создание нормальных бытовых условий;

сохранность груза;

поддержание необходимой температуры в специальных, служебных и бытовых помещениях;

охлаждение отдельных механизмов и устройств и т.д.

Наиболее ответственным и важным является электропривод рулевого устройства. От его надежности непосредственно зависит живучесть судна и безаварийность плавания в сложных метеорологических и навигационных условиях, при прохождении каналов, узкостей и на швартовках.

На современных судах транспортного флота применяются два типа передач: секторные и гидравлические передачи с насосами переменной производительности. Принципиальная разница между ними с точки зрения электропривода состоит в том, что при селекторных передачах электродвигатель жестко связан с баллером руля и передаточное число от вала двигателя к баллеру руля – величина постоянная для данного привода. При гидравлической же передаче электродвигатель вращает гидравлический насос всегда с постоянной частотой, а перекладка руля происходит в зависимости от воздействия на гидравлическую систему.

Эти особенности непосредственно влияют на выбор типа электропривода рулевого устройства.

Электроприводы рулевого устройства также отличаются системой управления. А именно:

простого действия;

следящего действия;

автоматического действия.

В системе простого управления положение поста управления не связано с положением пера руля. Пост управления удерживается во включенном состоянии только до тех пор, пока перо руля займет необходимое положение, определяемое по указателю (аксиометру).

В системе следящего управления перо руля всегда стремится занять положение, соответствующее положению поста управления (штурвала).

Система автоматического управления является системой автоматического удержания судна на заданном курсе. Рулевой привод приходит в действие в случае отклонения судна от заданного курса. На современных судах практически всегда наряду с ручным электроприводом руля предусматривается и система автоматического управления.

К современным рулевым электроприводам предъявляются следующие требования:

Мощность основного рулевого электропривода должна быть достаточной для перекладки пера руля от 35º с одного борта до 30º на другой борт за 28 с при максимальной скорости переднего хода судна;

Мощность запасного рулевого электропривода или мощность каждого агрегата сдвоенного основного электропривода непассажирских судов должна быть достаточной для перекладки руля от 20º с одного борта до 20º на другой борт за 60 с при скорости переднего хода, равной половине максимальной скорости судна, но не менее семи узлов.

Электродвигатели должны допускать перегрузку их по моменту не менее 1, 5 расчетного момента в течении 1 мин с нагретого состояния.

Электроприводы должны обеспечивать непрерывную перекладку руля с борта на борт каждым агрегатом в течении 30 мин при наибольшей эксплуатационной скорости судна, и 350 перекладок в час на угол, необходимый для удержания судна на курсе.

Электроприводы рулевых устройств должны получать питания по двум отдельным линиям, разнесенным как можно дальше друг от друга на всем протяжении, причем одна из питающих линий должна подключаться через аварийный щит.

В электроприводе рулевых устройств должна отсутствовать нулевая защита – это значит, что повторный пуск двигателя должен происходить автоматически при восстановлении напряжения после перерыва в подаче питания.

Рулевое устройство должно быть оборудовано тормозом или иным приспособлением, обеспечивающим удержание руля на месте в любом положении при действии со стороны руля расчетного вращающего момента;

В секторных приводах это условие обычно выполняется применением самотормозящей передачи, благодаря которой вращение может передаваться только от двигателя к баллеру и исключается передача движения от баллера к двигателю.

Обратный КПД самотормозящих передач равен нулю, и поэтому работа двигателя при перекладке руля с борта к диаметральной плоскости затрачивается только на преодоление потерь в передаче, т.е. двигатель работает на холостом ходу до угла α 1 (рис.1). Далее приближенно можно принять прямую зависимость момента сопротивления на валу двигателя от угла перекладки (рис.2).

рис. 1 Зависимость момента рис.2 Зависимость момента на валу

на баллере руля от угла пере- двигателя от угла перекладки

кладки

Сложность управления рулевым приводом во многом зависит от типа передачи. При секторной передаче система управления должна обеспечивать частые пуски, реверсирование и регулирование частоты вращения электродвигателя. В этом случае двигатель должен выдерживать режим стоянки под током в течении 1 мин. Такая ситуация может возникнуть например при работе судна во льдах. При гидравлической передаче с насосами переменной производительности, двигатель вращающий насосы, работает непрерывно с постоянной скоростью вращения и не реверсируется. Система управления обеспечивает пуск и остановку двигателя. Перекладка руля осуществляется изменением производительности насоса и направления подачи жидкости (масла) самим насосом.

Электрические рулевые машины обычно разделяются по конструкции передачи от баллера к электродвигателю на винтовые, секторные, винтозубчатые.

Наибольшее распространение на морских судах получили секторные рулевые машины с главным электрическим и вспомогательным ручным приводами, имеющими отдельные редукторы. Рассмотрим секторную рулевую машину типа РЭР7, 5-II, установленную на многих отечественных БМРТ.

Рулевая машина (рис. 3) смонтирована на фундаменте 2, а крутящий момент вала электродвигателя 1 через одноступенчатый цилиндрический редуктор 3 и червячный редуктор 5 передается цилиндрической шестерне 6, сидящей на его выходном валу. Валы редукторов и электродвигателя соединены между собой эластичными пальцевыми муфтами. Шестерня 6 поворачивает зубчатый венец сектора 8, бронзовой втулкой посаженного свободно на голову баллера 14 руля. Ниже сектора на баллер на шпонках насажен продольный румпель 12, связанный с сектором двумя пружинными амортизаторами 9 одностороннего действия, которые предохраняют зубья передач от поломки при ударах волн о перо руля. Составная ступица румпеля имеет тормозной шкив с клиновым ручьем, который зажимается тормозными колодками с помощью винта 13 с рукояткой 10.

Рис. 3 рулевая машина.

Сектор 8 поддерживается опорными роликами 11, по которым он перекатывается при перекладке руля. Поворот сектора ограничивается электрическим конечным выключателем 4 с приводом от вала шестерни 6 и буферными ограничителями. Положение пера руля передается на пост управления электрическим датчиком 19 с приводом 20 от баллера руля.

Сектор 15 запасного ручного привода закреплен на баллере. Его зубчатый венец поворачивается шестерней выходного вала червячного редуктора 18, червяк которого вращают штурвалом с помощью валиковой передачи 16. Основной и запасной приводы отключаются кулачковыми муфтами, соединяющими червячные шестерни редукторов 5 и 18 с их валами. Муфты передвигаются рычажными приводами, которые управляются маховиками 7 и 17. Баллер затормаживают при переходе с механического управления на ручное и обратно.