На транспортных судах преимущественное распространение получили электрогидравлические приводы, достоинства которых заключаются в возможности создания высоких крутящих моментов при относительно малой массе и габаритных размерах, в высокой надежности и точности управления, в удобстве автоматизации и способности выдерживать значительные перегрузки без ухудшения эксплуатационных характеристик.
Электрогидравлические приводы оснащаются плунжерными, поршневыми и лопастными рулевыми машинами. Плунжерные рулевые машины с двумя гидроцилиндрами имеют одноплечий продольно-румпельный привод баллера (рис. 57, б). Румпель 7, ориентированный вдоль корпуса судна, жестко закреплен на баллере 6 и поворачивается штоком 9 плунжеров. Палец 10 штока воздействует на румпель 7 через сухарь 8, перемещающийся при повороте в пазу баллера. В четырехцилиндровых рулевых машинах привод баллера осуществляется через двуплечий румпель.
Отечественная промышленность выпускает плунжерные рулевые машины типизированного ряда Р различных типоразмеров и модификаций, различающихся количеством гидроцилиндров и типом насосов. Крутящий момент от 6,3 до 4000 кН-м, рабочее давление масла в системе гидропривода 10 МПа.
Поршневые рулевые машины (рис. 57, в) имеют двуплечий поперечно-румпельный привод баллера. Румпель, 16, ориентированный поперек судна и жестко сидящий на баллере 75, поворачивается через шатуны 14 при перемещении поршней 12 со штоками 11 в гидроцилиндрах 13. В отличие от плунжерных поршневые электрогидравлические рулевые машины (ЭГРМ) имеют гидроцилиндры двойного действия. Поворот баллера в них осуществляется подачей масла в полости а или в полости б гидроцилиндров 13. Поршневые ЭГРМ имеют меньшую массу и габаритные размеры, чем плунжерные, при одинаковых рабочих давлениях. Польской фирмой "Гидростер" они выпускаются с крутящим моментом до 5 МН-м при рабочем давлении 12,5 МПа.
У лопастных ЭГРМ (рис. 57, г) корпус 20 крепится к фундаменту, а ротор с лопастями 17 - к головке баллера 19. Поворот баллера происходит при подводе масла в полости А или Б, которые образованы подвижными лопастями 17 ротора и неподвижными лопастями 18 корпуса. Рабочие давления и крутящие моменты лопастных ЭГРМ зависят от надежности уплотнений 21, 22 между подвижными и неподвижными деталями. На транспортных судах устанавливаются лопастные ЭГРМ фирмы "Фриденбю" (Норвегия) и фирмы "АЕГ Шиффбау" (ФРГ). В последних крутящий момент достигает 5 МН-м при рабочих давлениях 6,5-9 МПа. В машинах используются 2-3 подвижных лопасти. Достоинством лопастных ЭГРМ являются малые габаритные размеры и более высокий КПД. Вместе с тем для замены уплотнений необходима полная разборка машины.
Помимо описанных выше рулевых гидравлических двигателей, в состав рулевой машины входят насосные агрегаты, состоящие из реверсивных насосов с регулируемой подачей или нереверсивных насосов с нерегулируемой подачей и золотниковым управлением. Насосы имеют электрический привод. При реверсе потоков в гидролиниях, соединяющих насосы с рулевыми гидравлическими двигателями, происходит изменение направления перекладки руля.
Действие системы управления заключается в передаче управляющего сигнала с поста управления рулевой машиной к органам управления насосом или золотниковым распределителем. В зависимости от способа передачи сигнала управления бывают гидравлические, электрические и электрогидравлические системы управления. В гидравлической системе управления (рис. 58, а) при вращении штурвала 4 в ту или другую сторону насос управления 3, расположенный в колонке 2, нагнетает масло в соответствующую полость управления золотниково го распределителя 5, переключая его. Распределитель пропускает основной поток от насоса / к рулевому двигателю 6 в направлении, соответствующем стороне перекладки руля. В электрической системе управления (рис. 58, б) поворот штурвала 4 преобразуется в переменное напряжение сельсина С. Усилитель У усиливает сигнал, который поступает на исполнительный двигатель ИД. Редуктор Р понижает частоту вращения и передает выходной сигнал органу управления насосом 7. Знак управляющего сигнала соответствует стороне вращения штурвала 4, а абсолютное значение сигнала пропорционально углу поворота штурвала. Если выходное усилие редуктора Р оказывается недостаточным для воздействия на управляющий орган насоса 7, применяется электрогидравлическая система управления (рис. 58, в), в которой выходной сигнал редуктора Р усиливается гидроусилителем ГУ, использующим для этой цели энергию давления масла, подводимого к гидроусилителю от насоса системы управления 11. Исполнительный двигатель ИД и редуктор Р образуют узел, называемый исполнительным механизмом. Выходное звено редуктора может иметь линейное или угловое перемещение. В первом случае исполнительный механизм называется "прибор ИМ-2", во втором "прибор ИМ-1".
Система управления может действовать в режимах "простой", "следящий" или "автомат". В режиме "простой" (см. рис. 58, а) при повороте штурвала 4 начинается перекладка руля. Как только рулевой по показанию аксиометра установит, что руль достиг заданного угла перекладки, он возвращает штурвал в исходное положение, прекращая работу насоса 3 и дальнейшую перекладку руля.
В режиме "следящий" поворотом штурвала 4 (рис. 58, в) рулевой задает сигнал на направление и значение угла перекладки, при достижении которого механизм обратной связи прекращает перекладку руля без участия рулевого. Поворот штурвала и связанное с ним изменение выхода тяги управления 13 редуктора влево приведут к повороту дифференциального рычага 8 вокруг точки О2, смещению точки О) в точку О’, а точки е- в е. При этом гидроусилитель ГУ через тягу 12 воздействует на управляющий орган насоса 7, подача которого вызовет поворот баллера 10 по часовой стрелке. Тяга обратной связи 9 при повороте баллера будет перемещать относительно центра Oj верхний конец дифференциального рычага 8 из точки 02 вправо до тех пор, пока тяга 12 гидроусилителя не достигнет положения е, соответствующего нулевой подаче насоса 7. Обратная связь баллера с насосом в приведенном примере является механической. В большинстве ЭГРМ используется электрическая обратная связь с помощью сельсинов.
В режиме "автомат" система управления, реагируя на сигналы гирокомпаса, автоматически удерживает судно на заданном курсе.
При выходе из строя дистанционного поста управления, находящегося в рулевой рубке, переходят на местный (резервный) пост управления в румпельном отделении, с которого маховиком 14 (рис. 58, в) непосредственно воздействуют на исполнительный механизм.
В соответствии с требованиями Регистра СССР рулевые устройства снабжают главным и вспомогательным рулевыми приводами. Главный привод должен обеспечивать перекладку полностью погруженного руля с 35° одного борта на 30° другого борта при максимальной скорости переднего хода. Время перекладки с 35° одного борта до 30° другого борта не должно превышать 28 с. Вспомогательный привод должен обеспечивать перекладку полностью погруженного руля с 15° одного борта до 15° другого борта не более чем за 60 с на переднем ходу. При этом скорость должна быть равна половине максимальной, но не менее 1 уз. В большинстве случаев насосные агрегаты главного и вспомогательного приводов работают на общий рулевой двигатель. При выходе из строя главного привода переход на вспомогательный должен происходить за время не более 2 мин.
Правила Регистра СССР предписывают установку двух или более главных приводов на всех атомных судах, пассажирских, нефтеналивных и ряде других судов водоизмещением более 10 тыс. т. В этом случае установка вспомогательного привода не требуется. Практически два главных привода устанавливаются на большинстве судов морского плавания. Если главный и вспомогательный приводы находятся в помещении, расположенном ниже ватерлинии, предусматривается аварийный привод, располагаемый выше палубы переборок. Этот привод должен обеспечивать перекладку руля при скорости переднего хода не менее 4 уз.
Рулевое устройство должно иметь ограничители поворота руля. Один из них при достижении максимального угла, не превышающего угол α = 35°, выключает рулевую машину; другой представляет собой упор, ограничивающий перемещение румпеля на угол β = α + 1,5°.
Управление главным рулевым двигателем должно быть предусмотрено с ходового мостика и из румпельного отделения. Около каждого поста управления устанавливают рулевые указатели. Разница между углами на шкале аксиометра и фактическим должна быть не более: Г при положении руля в диаметральной плоскости; 1,5° при углах перекладки до 5°; 2,5° при углах перекладки от 5 до 35°. Двигатели рулевых приводов должны допускать перегрузку не менее 1,5 момента, соответствующего расчетному в течение одной минуты.
§ 21. Рулевая машина с плунжерным приводом
Силовой привод рулевой машины (рис. 59) состоит из четырех, гидроцилиндров I-IV, в которых под действием давления масла i (Рраб = 12 МПа) перемещаются плунжеры, воздействующие на баллер 18 через продольно-румпельный привод. Масло к гидроцилиндрам поступает от главных насосов 7 радиально-поршневого типа с регулируемой подачей через клапанный блок 22, с помощью которого можно настроить ЭГРМ на работу одним или двумя насосами 7 на четыре или два гидроцилиндра. Клапаны HI, H3 являются разобщительными для] насоса ГН1; клапаны Н2, Н4 - для насоса ГН2. Через клапаны Ц1, Ц2, ЦЗ, Ц4 гидроцилиндры I, II, Ш, IV сообщаются с нагнетательными и всасывающими полостями насосов 7. Клапаны П1, П2, ПЗ, П4 служат для непосредственного перепуска масла между выключенными из работы гидроцилиндрами. Клапаны Р1 и Р2 разобщают гидроцилиндры от I аварийного привода. При настройке рулевой машины на нужный режим работы должны быть открыты запорные клапаны работающих) насосов и гидроцилиндров, а также перепускные клапаны неработающих гидроцилиндров. Остальные клапаны должны быть закрыты.
Управление рулевой машины осуществляется системой управления следящего типа с рычажной обратной связью. При повороте штурвала на посту управления на угол, соответствующий заданному углу) перекладки руля, управляющий сигнал поступит к исполнительному электродвигателю 15, вращение которого через редуктор 16 передается на выходной валик 13 с винтовой нарезкой. Вращательное движение валика 13 преобразуется в линейное перемещение ходовой гайки 14 из j точки А в точку А'. Конец дифференциального рычага 11, связанный cl гайкой 14, повернется относительно неподвижной точки С на баллере,и 1 рычаг 11 займет положение А'В'С. Тяга 9 управления насосами 7,] связанная с дифференциальным рычагом, сместит через гидроусилители 8 (или буферные пружины при небольшом управляющем усилии) ] направляющие кольца насосов вправо и включит подачу в направлении трубопроводов в, е. Через клапаны НЗ и Н2 масло поступит к | клапанам Ц2 и ЦЗ и гидроцилиндрам II и III, перемещение плунжеров 1 которых вызовет поворот баллера 18 против часовой стрелки. Масло, 1 вытесняемое при этом из цилиндров I и IV, поступает через клапаны Щ, Ц4, HI, H4 во всасывающие трубопроводы г, д насосов 7.
Поворот баллера приведет к перемещению дифференциального рычага // из точки С в точку С, и рычаг займет положение А'ВС. Тяга 9 займет положение, соответствующее нулевой подаче насосов 7. Баллер 18 остановится, и руль установится в заданное положение. Для возвращения руля в диаметральную плоскость штурвал переводят в исходное положение. Исполнительный электродвигатель 15, вращаясь в противоположную сторону, вернет рычаг 11 в точку А, и он займет положение АВ"С. Тяга 9 сдвинется влево и изменит направление подачи насосов 7 по сравнению с первоначальным. Теперь нагнетание масла будет происходить через трубопроводы гид. Масло поступит через клапаны HI, Н4, Ц1, Ц4 в цилиндры / и IV. При перемещении плунжеров масло из цилиндров II и III через клапаны Ц2, ЦЗ, Н2 и НЗ будет отводиться во всасывающие трубопроводы в и е. Баллер 18 начнет поворачиваться по часовой стрелке до тех пор, пока дифференциальный рычаг 11 не займет положение ABC, при котором тяга 13 возвратит направляющие кольца насосов 7 в положение "нулевая подача".
Положение руля контролируют по аксиометру, установленному в рулевой рубке. Сельсин-приемник аксиометра электрически связан с сельсином-датчиком 19, воспринимающим поворот баллера 18 через систему рычагов. По шкале 20 баллера относительно неподвижной стрелки фиксируется фактический угол перекладки руля.
Сельсин 12 является датчиком обратной связи электрической системы управления.
При появлении неисправностей в системе дистанционного управления переходят на местное управление из румпельного отделения с помощью маховика 17.
В нормальных условиях эксплуатации привод рулевой машины осуществляется попеременно одним или другим насосом, работающим совместно с четырьмя или двумя гидроцилиндрами. Оба насоса вводятся в действие в условиях повышенной навигационной опасности. Руль может быть заблокирован в нужном положении. Для этого необходимо закрыть все запорные и перепускные клапаны гидроцилиндров.
Редуктор 16 - дифференциал Федорицкого (рис. 60) может получать вращение через червяки 1 и 7 от любого из двух исполнительных электродвигателей, один из которых является резервным. Для перехода на резервный электродвигатель не требуется переключений. Дифференциал состоит из шестерен 2 и 6, каждая из которых свободно сидит на валу 3 и имеет винтовую и коническую нарезки; первая входит в зацепление с червяками 1 или 7, вторая - с сателлитами 4 и 8, свободно сидящими на валу 5, который соединяется с валом 3, образуя крестовину. При вращении шестерни 2 сателлиты 4 и 8 вращаются вокруг вала 5 крестовины и обегают по зубьям неподвижной шестерни 6. При этом крестовина и связанный с ней вал 3 тоже получают вращательное движение. Если остановить шестерню 2, а шестерню 6 вращать в том же направлении, направление вращения выходного вала 3 не изменится.
Гидроусилитель следящего типа (рис. 61) предназначен для перемещения направляющего кольца насоса переменной подачи, для чего необходимо большое усилие. Дифференциальный поршень 5 гидроусилителя может перемещаться в корпусе 7 под воздействием масла в обе стороны, смещая направляющее кольцо 1 насоса. В расточке поршня 5 находится золотник 4, связанный с тягой 8 управления насосами (на рис. 59 гидроусилитель обозначен позицией 8, тяга управления насосами - позицией 9). Масло в полость а корпуса подается от вспомогательного шестеренного насоса. При смещении золотника 4 влево от среднего положения, показанного на рис. 61, поясок 3 золотника откроет щель, соединяющую полости гид. Под воздействием давления в полости а поршень 5 будет смещаться влево до тех пор, пока не перекроет щель вокруг пояска 3. Вытесняемое из полости г масло через канал в поступает в полость д, сообщающуюся со сливной полостью корпуса 2 насоса. Таким образом, поршень 5, следуя за золотником, смещается на расстояние, равное эксцентриситету е направляющего кольца насоса,
К моменту завершения перекладки руля тяга 8 и золотник 4 под действием обратной связи сдвинутся вправо и займут среднее положение. При этом поясок 6 откроет канал б. Масло через каналы бив поступит из полости о в полость г, и давление в них выравняется. Поршень 5 под действием большего усилия со стороны полости 'г (из-за разности площадей) будет перемещаться вправо до перекрытия канала б пояском 6 золотника. Вместе с поршнем 5 сместится направляющее кольцо 1. Эксцентриситет его станет равным нулю, что соответствует нулевой подаче насоса. При перекладке руля на другой борт перемещения золотника 4 и поршня 5 будут происходить в обратном порядке.
Аварийный привод машины осуществляется с помощью ручного поршневого насоса 29 (см. рис. 59). Между картером 1 насоса (рис. 62) и крышкой 6 в подшипниках скольжения вращается коленчатый вал 7 с тремя коленами, расположенными под углом 120°. Шатуны 5 жестко соединены с поршнями 4, совершающими при вращении коленчатого вала возвратно-поступательное движение в качающихся цилиндрах 3. Отверстия 8 цилиндров при совершении поршнями 4 всасывающего и нагнетательного ходов поочередно сообщаются с каналами al и а2 в корпусе 2, связывающими насос с гидроцилиндрами. Привод насоса осуществляется вручную с помощью колес или рукояток, установленных на концах коленчатого вала 7. Рабочее давление масла в системе аварийного привода 4 МПа. Гидрозамок 26 (см. рис. 59), установленный между клапанным блоком 22 и поршневым насосом 29, запирает гидроцилиндры при неработающем насосе.
Для перехода на работу от аварийного привода необходимо выключить главные насосы 7 и закрыть клапаны Н1-Н4, открыть клапаны Р1 и Р2 гидросистемы аварийного привода, запорные клапаны двух рабочих гидроцилиндров (допустим Ц2, Ц4) и перепускные клапаны Ш, ПЗ неработающих цилиндров. Работа системы будет происходить следующим образом. При вращении коленчатого вала 7 (см. рис. 62) насоса по часовой стрелке масло через нагнетательный канал а2 поступит в соответствующий канал гидрозамка (см. рис. 59) и по наклонному каналу в корпусе гидрозамка в правую торцовую полость золотника 28. Золотник сместится влево и откроет канал слива al. Масло по каналу а2 через обратный клапан 23, клапаны Р2 и Ц2 поступит в гидроцилиндр II. Масло, вытесняемое из гидроцилиндра IV, при повороте баллера 18 через клапаны Ц4, Р1 и открытый золотником 28 канал al поступит во всасывающую полость насоса. Масло из гидроцилиндра 1 будет вытесняться через клапаны П1 и ПЗ в цилиндр Ш. При вращении маховиков в обратную сторону канал al сообщится с нагнетательной полостью, а канал а2 - с всасывающей. Направление перекладки руля изменится.
Обратный клапан 27 служит для заполнения гидросистемы с помощью ручного насоса 24.
Предохранительные клапаны 4, 5 защищают главные насосы 7 от перегрузок. Предохранительные клапаны 21, 31 защищают от перегрузок гидроцилиндры. Так, при повороте руля и баллера 18 против часовой стрелки под действием внешних сил резко возрастает давление в гидроцилиндрах I и IV. Левый предохранительный клапан 21 перепустит масло из цилиндра IV в цилиндр II, а правый предохранительный клапан 31 перепустит масло из цилиндра I в цилиндр Ш. При повороте баллера дифференциальный рычаг 11 установится в положение АВ"С', произойдет смещение тяги 9 и включение насосов 7. Масло от насосов по трубопроводам гид через клапаны HI, Н4, Ц1 и Ц4 поступит в цилиндры I и IV и возвратит баллер 18 и руль в исходное положение. Таким образом, при отклонении руля под действием ударов волн или льдин руль автоматически возвращается в заданное положение.
Подпитка гидросистемы и создание подпора на стороне низкого давления осуществляются шестеренными насосами 6, нагнетающими масло под давлением 0,6 МПа. При давлении в гидросистеме 0,6 МПа масло через переливные клапаны 2 возвращается в бак 1. Если в результате утечек давление масла станет меньше 0,6 МПа, начинается подпитка через один из обратных клапанов 3. Подпор на стороне низкого давления предотвращает подсосы воздуха в гидросистему и обеспечивает устойчивую работу насосов при выходе из режима нулевой подачи.
Для заполнения гидросистемы маслом необходимо трехходовой кран 25 установить на заполнение пополнительных баков 1, сообщающихся клапаном 30 между собой, заполнить баки с помощью ручного насоса 24 из бака запасного масла до половины уровня смотрового стекла. Залить масло в картер аварийного насоса через пробку 6 (см. рис. 62) и в корпусы насосов 7 (см. рис. 59).
Установить клапан 25 на заполнение гидросистемы через невозвратный клапан 27 гидрозамка, открыть все клапаны блока 22 и при открытых воздушных краниках на гидроцилиндрах I-IV (и в других местах, где могут образоваться воздушные подушки) медленно заполнять систему насосом 24. При появлении из краников струи масла без пузырьков воздуха их следует закрывать.
Выполнить перекладку руля в режиме работы четырех гидроцилиндров на оба борта сначала аварийным приводом, затем, закрыв клапаны Р1 и Р2, поочередно насосами 7. При перекладках выпускать воздух из тех гидроцилиндров, в которые поступает масло. После заполнения системы проверить уровень масла в баках 1 и при необходимости дополнить.
При подготовке рулевой машины к пуску следует ее осмотреть, проверить уровень масла, в баках 1 и положение клапанов блока 22, убедиться в том, что валы насосов 7 свободно проворачиваются в положении нулевой подачи. Включить питание на рулевые указатели и убедиться, что рассогласование показаний аксиометра и фактического положения руля не превышает 1°. Проверять рулевую машину в действии следует поочередно с каждым из насосов 7, сначала из румпельного отделения, затем из рулевой рубки. При перекладках руля проверить исправность действия конечных выключателей, согласование рулевых указателей, равномерность работы рулевой машины и нет ли нехарактерных шумов и утечек масла.
Вахтенный механик и вахтенный моторист при каждом посещении румпельного отделения проверяют уровень масла в баках, давление в силовом и подпиточном контурах, смазку элементов машины, нет ли утечек масла из гидросистемы и перегрева гидрооборудования. При обнаружении признаков неисправностей старший механик принимает решение об усиленном наблюдении за работой машины или переходе на аварийный привод для устранения неисправности. Для остановки рулевой машины нужно установить руль в нулевое положение, выключить насосы, отключить питание, произвести осмотр.
§ 22. Рулевая машина с поршневым приводом
Электрогидравлическая рулевая машина со следящим управлением и поршневым приводом баллера устанавливается на судах типа "Астрахань", "Художник Сарьян" и др. судостроительной верфью "ФЕБ Клемент Готвальд-Верк" (ГДР). В одном из вариантов машина имеет номинальный крутящий момент на баллере 314 кН-м, угол перекладки руля ±35° (на упоре 36,5°). Рабочее давление масла в цилиндрах 12,8 МПа, в системе управления 1,6 МПа.
Румпель 1(рис. 63) рулевой машины поворачивается усилием, создаваемым в гидроцилиндрах 7 двустороннего действия давлением масла, воздействующего на поршни и штоки 22, соединенные с румпелем с помощью головки 24 и пальца 25. От румпеля / вращение передается баллеру 2. Другой конец гидроцилиндров подвижно крепится к массивной опоре 10, установленной на фундаментах и воспринимающей реактивное усилие при перекладке руля. Шарнирные сферические подшипники 16 установлены для поворота цилиндров при перекладке руля и компенсации небольших вертикальных перемещений баллера. Угол перекладки руля ограничивается упором 3.
Шлангами высокого давления 20 крышки цилиндров через штуцера 21 соединяются с блоком клапанов 8, установленным на опоре. Здесь же укреплена табличка 9 с указаниями по управлению рулевой машиной. На баллере установлена шкала 4, показывающая фактическое положение руля относительно неподвижной стрелки 5. Датчик положения руля 6 посредством шарнирных тяг 23 соединен с баллером. При перекладке руля от него поступает электрический сигнал в систему управления.
Гидроцилиндр (рис. 64) состоит из гильзы 5 с навинченными на торцы задней 10 и передней 13 крышками, положение которых фиксируется контргайками 8. В передней крышке установлены направляющая гильза 4 штока, грязезащитное кольцо 2 и уплотняющая резиновая манжета 3. Крышка 10 уплотняется резиновым кольцом. Подвод и отвод масла происходят через каналы а, б масловвода, а спуск масла -через пробки 9, 12. Поршень 7 жестко крепится на хромированном штоке 1 и уплотняется двумя резиновыми манжетами 6 по отношению к гильзе и резиновым кольцом 11 по отношению к штоку.
Работу рулевой машины обеспечивают два насосных агрегата 14 (см. рис. 63), установленных на маслобаках. Насосный агрегат включает приводной электродвигатель, радиально-поршневой насос (см. § 9) и навесной шестеренный насос системы управления и подпитки. На корпусе насоса установлены исполнительный механизм, гидроусилитель и блок гидроарматуры 15, соединенный со всасывающим и нагнетательным патрубками насоса.
Маслобак внутренней перегородкой делится на полости слива и всасывания. Между полостями в приборной панели установлен магнитный фильтр. Здесь же установлены указатель уровня, поплавковый выключатель, сигнализирующий о минимальном уровне масла, термометр и патрубок с сетчатым фильтром для заливки масла. Оба маслобака сообщаются между собой и с предохранительными клапанами 11 трубопроводами 12 и 13.
Аварийный привод представляет собой поршневой насос 18 с качающимся блоком цилиндров или одновинтовой насос с редуктором, устанавливаемый на открытой палубе. Его трубопроводы соединяются с блоком клапанов 8 через гидрозамок 17. Давление в гидролиниях контролируется по манометрам 19. Запорные клапаны ЗК1-ЗК2 и ЗКЗ-ЗК4 служат для разобщения рулевой машины и насосных агрегатов при ремонте.
Действие рулевой машины в различных режимах рассмотрим по схеме гидропривода (рис. 65).
С включением насосного агрегата радиально-поршневой насос 10 работает в режиме нулевой подачи, а шестеренный насос 15 создает давление в системе управления и подпитки, благодаря чему открываются гидравлически управляемые золотниковые распределители 19 и 20. При подаче насосом 10 масла в верхнюю гидролинию оно через трубопровод 6 и запорные клапаны гидроцилиндров поступит в полость 6 цилиндра 1и в полость в цилиндра II, из-за чего баллер повернется против часовой стрелки. Масло из полостей а и г будет вытесняться в трубопровод 3, откуда поступит во всасывающую полость насоса 10. При изменении направления подачи насосом 10 масло, нагнетаемое через нижнюю гидролинию и трубопровод 3, поступит в полости о и г гидроцилиндров, благодаря чему произойдет перекладка руля на противоположный борт. Из полостей б и в масло будет вытесняться в трубопровод 6 и всасывающую линию насоса 10. Открытие и закрытие клапанов гидроцилиндров осуществляются в соответствии с табл. 3.
Насос 15 через сдвоенные невозвратные клапаны 16 производит подпитку всасывающей линии. Невозвратный клапан со стороны низкого давления открывается при уменьшении давления ниже 1,6 МПа, поддерживает предварительное давление в системе на режиме холостого хода при нулевой подаче насоса 10. Давление масла в системе управления поддерживается с помощью переливного клапана 12. Излишки масла через фильтр 13 отводятся в бак 14. При падении давления в системе управления и подпитки срабатывает сигнальное реле давления 11. Защита насосного агрегата от перегрузки осуществляется посредством предохранительного клапана 17, который при повышении давления на стороне нагнетания свыше значения настройки клапана перепускает масло на сторону низкого давления через соответствующие невозвратные клапаны 18 и 16. При остановке насосного агрегата произойдет падение давления в системе управления и выключение золотниковых распределителей 19 и 20 под действием возвратных пружин.
В некоторых случаях давление масла в гидроцилиндрах может достигнуть высоких значений, превышающих 20 МПа. Это произойдет, если не сработает конечный выключатель и гидроцилиндры будут работать на упоре или если при нулевой подаче насоса под действием внешних сил руль сдвинется из заданного положения. Защита гидроцилиндров от перегрузки осуществляется предохранительными клапанами непрямого действия (см. § 11). Так, при повышении давления в полостях а и г гидроцилиндров 1 и Я перепуск масла на сторону низкого давления через клапаны Ц1, ЦЗ, трубопроводы 3, 4 и предохранительный клапан 8 произойдет в трубопроводы 6, 7 и сообщающиеся с ними через клапаны Ц2, Ц4 полости бив гидроцилиндров. При повышении давления в полостях бив аналогичным образом сработает предохранительный клапан 5. Перепускной клапан П1 в открытом положении сообщает между собой противоположные полости гидроцилиндров.
В случае выхода из строя одного из гибких шлангов или значительной утечки масла через уплотнение штока поршня одного из цилиндров и других неисправностях на время, необходимое для выполнения ремонтных работ, переходят на аварийный режим, для которого характерны следующие варианты.
1. Работа только штоковыми или только бесштоковыми полостями.Для вывода из действия неработающей полости необходимо перекрыть к ней подвод масла соответствующим запорным клапаном, вывернуть нижнюю пробку 11 или 14 (см. рис. 64) для спуска масла и оставить отверстие открытым, чтобы движению поршня не препятствовала воздушная подушка. Масло можно спустить и путем отсоединения резьбового соединения гибкого шланга.
2. При заклинивании или нарушении герметичности поршня в цилиндре, а также при поломке соединительной головки штока поршня, когда цилиндр полностью теряет работоспособность, переходят на одноцилиндровый аварийный режим. Запорные клапаны аварийного цилиндра закрывают. Если при этом сохраняется возможность перемещения поршня в цилиндре, достаточно вывернуть пробки и медленным перемещением поршня удалить масло из обеих полостей цилиндра. При заклинивании поршня следует отсоединить головку 24 (см. рис. 63) штока от румпеля 1 и(отвернуть цилиндр 7 в сторону так, чтобы он не мешал движению румпеля. Положение клапанов гидросистемы для каждого из аварийных режимов указывается в табл. 3. В аварийных режимах возможна перекладка руля на ±15° при половине полной скорости судна.
При работе одного цилиндра для перекладки руля масло перекачивается насосом из одной его полости в другую. Заполнение штоковой полости, объем которой меньше, чем бесштоковой, так как часть его занята штоком, сопровождается повышением давления. При повышении давления свыше 5,8 МПа часть масла отводится в баки переливным клапаном 9 (см. рис. 65), который клапаном ЗК5 сообщается со штоковой полостью цилиндра /, а клапаном ЗК6 - со штоковой полостью цилиндра II. Понижение давления во всасывающем трубопроводе при перекачивании масла из штоковой полости в бесштоковую компенсируется системой подпитки.
3. При выходе из строя обоих насосных агрегатов их запорные клапаны ЗК1-ЗК4 закрывают и переходят на аварийный привод 1. Во время перекладки гидрозамок 2 пропускает масло в нагнетательный и всасывающий трубопроводы. Функции трубопроводов меняются при изменении направления вращения приводного вала насоса. При неработающем насосе гидрозамок 2 автоматически перекрывает обе гидролинии, фиксируя положение руля поддержанием давления в гидроцилиндрах. Подпитка всасывающей линии насоса осуществляется через невозвратные клапаны 21 из бака 22, находящегося в корпусе насоса. С помощью следящего гидроусилителя (рис. 66, а, б) отклоняется рычаг 6, изменяя эксцентриситет направляющего кольца и подачу насоса. Золотник 2 гидроусилителя перемещается во втулке 1, запрессованной в расточке следящего поршня 4. Управляющий сигнал на золотник передается от исполнительного механизма через систему рычагов. Масло от вспомогательного насоса системы управления и подпитки подводится через канал е и постоянно действует на кольцевую поверхность г следящего поршня. Полость поршня 10 через каналы а и б, соединенные трубкой, условно показанной штрихпунктирной линией, и канал в сообщается с кольцевой полостью д золотника, запертой при нахождении последнего в среднем положении. Масло в полости поршня 10 при этом оказывается заблокированным и препятствует перемещению следящего поршня 4 силой от давления на кольцевую поверхность г.
При смещении золотника 2 влево кольцевые полости дик сообщаются и масло из полости поршня 10 через каналы а, б, в, кольцевые полости дик, радиальные и осевое м отверстия золотника, полость пружины 3 и отверстия нажимного болта 5 вытесняется в картер насоса перемещающимся влево следящим поршнем 4, который прекратит движение после того, как втулка 1 перекроет кольцевую полость д
золотника. При перемещении поршня болт 5 отклоняет рычаг 6 насоса на угол, пропорциональный управляющему сигналу (смещению золотника 2).
При смещении золотника 2 вправо масло, поступающее от насоса через канал е, затем через отверстия ж, кольцевые полости и, д, каналы в, б, а, направляется в полость поршня 10, где установится такое же давление, как и в полости следящего поршня 4. Следящий поршень при этом будет перемещаться вправо. Площадь поршня 10 больше кольцевой поверхности г следящего поршня, поэтому движение его прекратится, когда втулка 1 перекроет кольцевую полость д золотника и заблокирует полость поршня 10. При перемещении поршня 10 упорный болт 9 отклоняет рычаг 6 управления насосом. Стрелка 7 ориентировочно показывает подачу насоса. Максимальная подача устанавливается изменением положения болта 9 с упорным диском 8, застопоренным шлицевой гайкой. Рабочий ход золотника ±5 мм, время изменения подачи от нуля до максимума 0,5 с; давление масла в системе 1,2-2,6МПа.
§ 23. Электрическая система управления электрогидравлическими рулевыми машинами
Большинство судов морского флота советской и зарубежной постройки оснащаются ЭГРМ с электрической системой управления типа "Аист". Ниже на основе функциональной схемы поясняется принцип ее действия и основные положения по эксплуатации.
Система управления (СУ), показанная на рис. 67, состоит из трех основных блоков: пульта управления (ПУ), расположенного на ходовом мостике, исполнительных механизмов (ИМ), смонтированных на насосных агрегатах и управляющих ими по командам ПУ, и рулевого датчика (РД), установленного рядом с баллером для определения истинного положения руля и передачи информации на ПУ.
С помощью СУ можно осуществлять следующие режимы управления рулевой машиной.
"Следящий" осуществляется поворотом штурвала 22 рулевой колонки 26 до достижения стрелкой 20 с индексом 3 (заданный) положения, соответствующего задаваемому углу перекладки по шкале 9 аксиометра. Стрелка 8 с индексом Я ("истинный") будет перемещаться синхронно с рулем до совмещения со стрелкой 20. При отклонении руля на заданный угол следящее устройство прекратит, действие рулевой машины.
"Автомат" обеспечивает удержание судна на заданном курсе. При отклонении от курса система управления автоматически перекладывает руль для возвращения судна на заданный курс.
"Простой" - резервный вид управления. Перекладка руля на соответствующий борт производится нажатием педали 7 или 21 и удержанием ее, пока руль не достигнет заданного угла. При отпущен- ной педали угол перекладки сохраняется. Возвращение судна на прежний курс производится нажатием педали другого борта.
В этом виде управления элементы следящего устройства ПУ не задействованы. При нажатии педали управления происходит непосредственная подача электрического сигнала к ИМ.
4. "Ручной" (местный) осуществляется поворотом рукоятки, установленной на крышке корпуса ИМ. В этом виде управления электрические элементы ИМ не задействованы, подача насосов 27 изменяется ручным приводом.
Переход с одного режима на другой производится переключателем 6 (см. рис. 67, 68) с фиксатором, при этом замыкаются цепи питания элементов, работающих в данном режиме, и сигнальных ламп режимов "простой" 13, "следящий" 14 или "автомат" 17. На верхней панели ПУ расположены картушки репитера гирокомпаса точного отсчета курса 11 и грубого отсчета 12с подвижным 16 и неподвижым 15 индексами.
Каждый из насосов 27 связан с ПУ индивидуальным каналом управления. Пуск насосов может производиться от местных выключателей и дистанционно с помощью выключателей 2 и 25. Б последнем случае питание одновременно подается к элементам системы управления соответств<