Общие характеристики авторулевых.
Все суда морского транспортного флота в настоящее время оборудуются системами автоматического управления (САУ) курсом судна. Основным элементом САУ является прибор управления (авторулевой).
При правильной настройке авторулевой обеспечивает снижение потерь ходового времени до 3 % за счёт более точного удержания судна на заданном курсе и уменьшения тормозящего действия корпуса и руля. Углы перекладки руля при автоматическом управлении на 20 - 30 % меньше, чем при ручном.
В 80-х годах появился новый тип авторулевого - адаптивный, имеющий автоматическую настройку параметров схемы при изменении внешних условий плавания или скорости судна. Это обеспечивает оптимальный режим работы системы без участия человека-оператора.
Адаптивные авторулевые используются главным образом на крупнотоннажных судах для улучшения их управляемости, особенно при движении с малой скоростью, на мелководье и в стеснённых условиях плавания.
В настоящее время большинство транспортных судов оборудовано обычными бесконтактными авторулевыми отечественного производства типа АБР, АР, АТР и “Аист“, а также иностранного АЕГ (ФРГ), РФТ (ГДР), “Аркас” (Дания), “Декка” (Великобритания) и др.
В соответствии с международными требованиями системы автоматического управления курсом должна обеспечивать:
переход с ручного управления на автоматическое и наоборот, с помощью не более чем двух органов управления за время не более 3с при любом положении пера руля.
переход с автоматического на ручное управление при любых неисправностях в системе автоматического управления;
фильтрацию сигналов управления для уменьшения числа кладок руля от рысканья при волнении;
При переходе с ручного управления на автоматическое авторулевой должен автоматически вывести судно на заданный курс.
В соответствии с требованиями Конвенции “Солас - 74” необходимо не более чем за 12 ч до отхода судна в рейс производить проверку работы как основных, так и аварийных каналов управления рулём. При этом должны быть проверены основной и вспомогательный рулевые приводы, система дистанционного управления рулевым приводом, посты управления рулём на ходовом мостике, аварийное энергопитание, указатели положения руля, аварийная сигнализация, работа автоматических ограничителей угла перекладки руля, а также работа средств связи мостика с румпельным отделением.
Необходимо по меньшей мере раза 3 в мес. проводить учения по аварийному управлению рулём, включая непосредственное управление из румпельного отделения по командам с ходового мостика.
В особо опасных в навигационном отношении районах каналы управления рулём левого и правого бортов должны работать одновременно.
Устройство авторулевых
САУ курсом судна состоит из прибора управления (ПУ), который обычно называется авторулевым, рулевого привода (РП) с управляющим органом — рулем, судна как объекта регулирования (ОР), а также внутренней (OC1) и внешней (ОС3) обратных связей (рис. 5.18).
Прибор управления системы представляет собой вычислительное устройство, построенное на электромеханических и электронных элементах и вырабатывающее сигналы управления, пропорциональные по величине углу и угловой скорости отклонения судна от заданного курса. В отечественных авторулевых, кроме того, имеется интегрирующее устройство, вырабатывающее сигнал, устраняющий снос судна при несимметричном рыскании.
На пульте управления авторулевого размещаются все необходимые органы настройки, контроля и управления системы.
На большинстве современных судов в качестве рулевого привода используются электрогидравлические рулевые машины, обеспечивающие перекладку руля со скоростью примерно 2,5—3 град/сек.
При одновременном включении насосов левого и правого бортов скорость перекладки руля увеличивается до 5 град/сек, что- положительно влияет на управляемость судна, особенно на малом ходу.
Внутренняя обратная связь в системе осуществляется с помощью устройства, механически связанного с баллером руля и вырабатывающего электрический сигнал, пропорциональный углу поворота руля.
Внешняя обратная связь обеспечивается гирокомпасом, который преобразует изменение курса судна в угол поворота сельсина-датчика курса, связанного с сельсином-приемником в авторулевом.
Все существующие системы автоматического управления курсом судна, независимо от конструкции отдельных звеньев, работают по принципу отклонения, т. е. в авторулевом непрерывно сравниваются фактическое и заданное значения курса и вырабатывается сигнал управления. Под действием этого сигнала рулевой привод перекладывает руль и возвращает судно к заданному курсу. Сигнал внутренней отрицательной обратной связи останавливает перекладку руля, а затем возвращает руль в среднее положение. Сигнал, пропорциональный скорости поворота судна, повышает чувствительность авторулевого при отклонении судна от заданного курса и обеспечивает сдерживание при возвращении на заданный курс.
Системы автоматического управления курсом удерживают судно на прямом заданном курсе в любую погоду при скорости хода более 5 узлов, а также позволяют изменять заданный курс при введении градусной поправки.
При правильной настройке авторулевой позволяет экономить до 3% ходового времени за счет более точного удержания судна на заданном курсе и уменьшения тормозящего действия корпуса и руля; углы перекладки руля при автоматическом управлении на 20—30% меньше, чем при ручном.
Современные авторулевые обеспечивают:
Автоматическое ведение судна по заданному курсу в течение морских переходов любой продолжительности при любой погоде (авторулевой не рассчитан на работу при движении судна на заднем ходу); управление рулевым приводом в зависимости от угла и скорости ухода судна с курса; автоматическое устранение сноса судна, вызванного несимметричным рысканием под действием ветра, волнения и других причин (кроме АРМ-2); изменение курса судна при автоматическом управлении на любую величину; управление рулевым приводом вручную, пользуясь штурвалом следящего управления (кроме АРМ-2); изменение курса судна при помощи выносных постов управления в случае внезапного появления опасности (в некоторых комплектациях АБР и АР).
Эксплуатация авторулевых
Качества работы системы автоматического управления курсом зависит прежде всего от динамических свойств управляемости судна как объекта регулирования, от состояния погоды и выбора параметров настройки авторулевого. Поэтому однотипные авторулевые, установленные на разнотипных судах, будут, как правило, работать по-разному. Этим з основном и объясняется тот факт, что до настоящего времени не существует каких-либо единых таблиц или графиков, позволяющих определять оптимальные значения параметров настройки авторулевого на судне при изменении условий эксплуатации. Исследования и опыт эксплуатации показали, что настройку авторулевого следует менять в случае:
изменения загрузки судна (порожнем, в балласте, с полным грузом); изменения скорости хода (полный, средний, малый ход); изменения погоды.
При этом необходимо руководствоваться следующими общими положениями:
подбирать параметры настройки авторулевого так, чтобы судно удерживалось на заданном курсе при минимальных углах перекладки руля;
не следует стремиться уменьшать величину рыскания судна на волнении:.путем повышения чувствительности авторулевого, так как при этом резко возрастает количество перекладок руля;
при большом количестве перекладок руля (более 400 в ч) точность удержания судна на курсе не повышается. Это приводит лишь к ускоренному износу рулевого устройства и потере полезной мощности силовой установки судна.
Обслуживание систем ДАУ
Устройства, обеспечивающие реверсирование, пуск, изменение частоты вращения коленчатого вала и остановку дизеля, образуют систему управления. Органы управления, приводящие в действие систему, а также основные приборы текущего контроля работы дизелей, средства связи и сигнализации, объединяют в одном конструктивном узле, называемом постом управления. Их подразделяют на местные, дистанционные и центральные. Местные посты управления (МПУ) монтируют непосредственно на двигателе. Дистанционные посты (ДПУ) размещают в рубке совместно с постом управления судном. С центральных постов (ЦПУ) управляют работой всех главных и вспомогательных дизелей. Монтируют ЦПУ в машинном помещении на некотором расстоянии от двигателей, поэтому их относят также и к дистанционным.
Системы управления в соответствии с типами постов также подразделяют на местные и дистанционные. В настоящее время на судах речного флота получили широкое распространение дистанционные системы неавтоматизированного (ДУ) и автоматизированного (ДАУ) управления.
Все операции по выводу дизеля на заданный режим работы в неавтоматизированных системах ДУ выполняет обслуживающий персонал в определенной последовательности. Перестановка органов управления для производства последующей операции возможна в этом случае только после завершения предыдущей, что представляет значительные трудности для судоводителя, обязанного к тому же еще и управлять судном. Поэтому в последние годы системой ДУ оборудуют только суда мощностью менее 220 кВт. На судах большей мощности устанавливают систему ДАУ, которая в отличие от системы ДУ обеспечивает изменение режимов работы дизеля в соответствии с заданной командой независимо от последовательности и скорости перемещения органов управления. Так, например, для изменения режима работы дизеля с «Полного вперед» на «Полный назад» достаточно переместить орган управления (маховик или рукоятку) в положение «Полный назад», и дизель автоматически остановится, произойдет реверсирование и пуск его сжатым воздухом, а ТНВД подаст такое количество топлива в цилиндры, при сгорании которого коленчатый вал дизеля будет иметь заданную частоту вращения.
Таким образом, при ДУ обслуживающий персонал производит все операции по управлению раздельно и сам контролирует их выполнение, при ДАУ одним движением рукоятки (маховика) персонал задает программу операций, выполняемую автоматически в нужной последовательности и в заданном объеме. Для удобства управления судами шириной более 10 м системы ДАУ оборудуют бортовыми постами на крыльях мостика, работающими синхронно с основным постом в рулевой рубке. В соответствии с требованиями Речного Регистра РСФСР надежность систем ДУ и ДАУ должна обеспечивать их работу без настройки и регулирования не менее 3000 ч (одной навигации), а ресурс между ремонтами должен быть не менее 15 000 ч (пяти навигаций).
Схемы систем ДУ. На судах речного флота установлено большое число различных систем ДУ и ДАУ, различающихся объемом автоматизации и используемыми в них элементами. В общем виде система ДУ состоит из поста управления в рулевой рубке, дистанционной связи с местным постом и «встроенных» в дизель главного пускового клапана, распределительного вала, воздухораспределителя, пусковых клапанов, средств включения (выключения) реверс - редукторов (реверсивно-разобщительных муфт), контролирующих, сигнализирующих и других устройств.
По типу дистанционных связей (цепей) неавтоматизированные системы управления подразделяют на механические, электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные. Наибольшее распространение на речных судах получили механические и гидравлические системы ДУ. В качестве механических дистанционных связей чаще всего используют канатные (тросиковые), рычажно - валиковые и смешанные механические цепи. При канатной связи валики постов управления соединяют со звездочками (шкивами). При повороте рукоятки поста управления (их может быть в рулевой рубке и несколько) через шарнирные цепи (канаты) заданную команду воспринимает валик МПУ. Силу натяжения канатов регулируют с помощью талрепов, представляющих собой стержни с правой и левой внутренней резьбой. При повороте таких стержней в разные стороны происходит подтягивание или ослабление канатов.
В рычажно - валиковых системах ДУ связь постов управления осуществляется с помощью рычагов и валиков, а в смешанных системах — с помощью рычагов, валиков и канатов (цепей).