АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»
КОНСТРУКЦИЯ И ИСПЫТАНИЯ СУДОВОЙ
РУЛЕВОЙ МАШИНЫР01
Методические указания к практическим и лабораторным занятиям
по дисциплинам: «Эксплуатация судовых вспомогательных механизмов,
систем и устройств», «Морская энциклопедия (введение в специальность)» для студентов специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок»
Астрахань
Составители:
Сахно К.Н., д.т.н., доцент, профессор кафедры «Эксплуатация водного транспорта» ФГБОУ ВО «АГТУ»;
Горбачев М.М., доцент кафедры «Эксплуатация водного транспорта» ФГБОУ ВО «АГТУ»
Рецензент:
Рубан А.Р., к.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» ФГБОУ ВО «АГТУ»
Конструкция и испытания судовой рулевой машины Р01: Методические указания к практическим и лабораторным занятиям по дисциплинам: «Эксплуатация судовых вспомогательных механизмов, систем и устройств», «Морская энциклопедия» для студентов специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок» / АГТУ: Составители: К.Н. Сахно, М.М. Горбачев – Астрахань, 2018. – 24 с.
Краткая аннотация
Методические указания предназначены для ознакомления студентов с конструкцией лабораторного стенда по испытаниям судовой рулевой машины типа Р01 (производства АО «Завод им. Гаджиева», г. Махачкала) и проведения на нем практических и лабораторных работ.
Методические указания утверждены на заседании учебно-методического совета ИМТЭиТ «23» января 2018 года, протокол №6.
Астраханский государственный технический университет
СОДЕРЖАНИЕ
| Стр. | |
| Введение | |
| 1. Описание конструкции лабораторного стенда | |
| 2. Эксплуатация рулевой машины | |
| 3. Порядок выполнения практических и лабораторных работ на рулевой машине | |
| 4. Техническое обслуживание рулевой машины | |
| 5. Контрольные вопросы | |
| Список используемых источников | |
Введение
Знание судовым механиком конструкции и работы судовой рулевой машины является показателем его компетентности и определяется в отечественных и международных требованиях.
Согласно Международной конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты ПДНВ, знания, которые должен иметь судовой механик в области судовых энергетических установок и их систем, могут быть подтверждены: одобренным опытом работы; одобренным опытом подготовки на учебном судне; одобренной подготовкой на тренажере; одобренной подготовкой с использованием лабораторного оборудования.
Согласно ПДНВ, обязательные минимальные требования для дипломирования вахтенных механиков судов с обслуживаемым или периодически не обслуживаемым машинным отделением применительно к судовым рулевым машинам следующие.
Таблица A-III/1. Спецификация минимального стандарта компетентности для вахтенных механиков судов с обслуживаемым или периодически не обслуживаемым машинным отделением
Функция: Судовые механические установки на уровне эксплуатации
| Сфера компетентности | Знание, понимание и профессиональные навыки | Методы демонстрации компетентности | Критерии для оценки компетентности |
| Несение безопасной машинной вахты | Процедуры безопасности и порядок действий при авариях; переход с дистанционного/ автоматического на местное управление всеми системами | Оценка результатов подготовки, полученной в одной или нескольких из следующих форм:.4 одобренная подготовка с использова- нием лабораторного оборудования | Несение, передача и уход с вахты соответствуют принятым принципам и процедурам. Частота и полнота наблюдений за механическим оборудованием и системами соответствуют рекомендациям изготовителя и принятым принципам и процедурам, включая основные принципы несения ходовой машинной вахты. Надлежащим образом фиксируются действия, имеющие отношение к судовым механическим системам. |
| Сфера компетентности | Знание, понимание и профессиональные навыки | Методы демонстрации компетентности | Критерии для оценки компетентности |
| Эксплуатация главных установок и вспомогательных механизмов и связанных с ними систем управления | Основные принципы конструкции и работы механических систем, включая: …7 рулевое устройство | Экзамен и оценка результатов подготовки, полученной в одной или нескольких из следующих форм:...3 одобренная подготовка с использованием лабораторного оборудования | Конструкция и эксплуатация механизмов могут быть поняты и объяснены с помощью чертежей/инструкций |
Таблица A-III/2. Спецификация минимального стандарта компетентности для старших механиков и вторых механиков судов с главной двигательной установкой мощностью 3 000 кВт или более.
Функция: Судовые механические установки на уровне управления
| Сфера компетентности | Знание, понимание и профессиональные навыки | Методы демонстрации компетентности | Критерии для оценки компетентности |
| Эксплуатация, наблюдение, оценка работы и поддержание безопасности двигательной установки и вспомогательных механизмов | Функции и устройство автоматического управления вспомогательными механизмами, включая, но не ограничиваясь этим:...6 систему управления рулем | Экзамен и оценка результатов подготовки, полученной в одной или нескольких из следующих форм:...4 одобренная подготовка с использованием лабораторного оборудования | Наблюдение за работой главной двигательной установки и вспомогательных систем является достаточным для поддержания безопасных условий эксплуатации |
Компетенции согласно Международной конвенции ПДНВ, приобретаемые в результате работ на стенде:
ПСК-7 - знание основных принципов конструкции и работы механических систем, включая: 1. судовой дизель; 2. судовую паровую турбину, 3. судовую газовую турбину; 4. судовой котел; 5. установки валопроводов, включая гребной винт; 6. другие вспомогательные установки, включая различные насосы, воздушный компрессор, сепаратор, генератор питьевой воды, теплообменник, холодильные установки, системы кондиционирования воздуха и вентиляции; 7. рулевое устройство; 8. системы автоматического управления; 9. расход жидкостей и характеристики систем смазочного масла, жидкого топлива и охлаждения; 10. палубные механизмы.
ПСК-8 - знание безопасных и аварийных процедур эксплуатации механизмов двигательной установки, включая системы управления.
ПСК-35 - умение читать схемы трубопроводов, гидравлических и пневматических систем.
Целью методических указаний является изучение конструкции лабораторного стенда для испытания судовой рулевой машины типа Р01. Лабораторный стенд необходим для выполнения практических и лабораторных работ по профильным дисциплинам для судовых механиков специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок»: «Эксплуатация судовых вспомогательных механизмов, систем и устройств», «Судовые энергетические установки».
Практическая применимость рулевой машины Р01 – суда небольшого тоннажа судов речного и смешанного плавания.
Студенты, приступающие к проведению лабораторной или практической работы, обязательно должны пройти инструктаж по технике безопасности и на рабочем месте. Для получения максимальной пользы от лабораторной или практической работы необходимо тщательно готовиться к ней. При подготовке, в первую очередь, следует использовать источники, указанные в списках рекомендуемой литературы, приведенной в конце методических указания.
Степень подготовки студентов к работе определяется преподавателем путем опроса каждого студента перед ее проведением по тематике проводимой лабораторной работы. Студент должен знать тематику проводимой работы, ее содержание, порядок проведения работы, правила техники безопасности. Студенты, не прошедшие опрос преподавателем к лабораторной работе не допускаются!
Описание конструкции лабораторного стенда
В состав рулевой машины Р01 входят: привод к баллеру; цистерна с гидроаппаратурой; привод ручной насосный; трубопровод масляный с арматурой; цистерна резервная.
Согласно рисунка 1: 1 – привод к баллеру, 2 – плунжер, 3 – палец, 4 – сухарь, 5 – баллер, 6 – электронасос, 7 – золотник, 8 – тумблер, 9 – ручной насосный привод, 10 – фильтр, 11 – расходная цистерна, 12 – телемотор, 13 – перепускной клапан, 14 – рукоятка переключения, 15 – цистерна резервная, 16 – манометр.
Рисунок 1 – Принципиальная схема рулевой машины Р01
Основной силовой частью рулевой машины является двухцилиндровый привод к баллеру, преобразующий энергию давления рабочей среды в возвратно-поступательное движение плунжера и далее через шарнир, состоящий из пальца и двух сухарей во вращательное движение румпеля (баллера).
Движение плунжера происходит под напором рабочей среды, нагнетаемой электроприводным насосом постоянной производительности через распределительный золотник в один из двух цилиндров привода к баллеру или ручным насосом, непосредственно в один из цилиндров привода, при работе запасным ручным приводом.
В нормальных условиях рулевая машина работает от электрогидравлического насоса с управлением от системы дистанционного электрического управления «Аист».
Система «Аист» обеспечивает следующие виды управления:
- следящий;
- простой дистанционный (резервный);
- ручной (местный).
При работе электроприводного насоса и электрической системы управления перекладка руля осуществляется следующим образом. После запуска электродвигателя поток рабочей среды, нагнетаемый насосом, поступает в распределительный золотник и через щели, образуемые взаимным положением втулки и штока золотника при среднем положении последнего, соединяется с трубопроводом слива.
Гидрозамок закрыт, и рабочая среда в цилиндры привода не поступает. Руль неподвижен.
При виде управления «следящий» задание угла перекладки руля осуществляется поворотом штурвала пульта управления (ПУ). Направление угла перекладки определяется направлением поворота штурвала.
При повороте штурвала на угол, соответствующий углу перекладки руля, в ПУ системы управления формируется сигнал задания, который поступает в исполнительный механизм (прибор ИМ-2) системы управления. Прибор ИМ-2 перемещает шток распределительного золотника из среднего положения в крайнее, соответствующие заданному направлению угла перекладки руля. При этом напорная магистраль насоса разобщается со сливной, давление рабочей среды повышается. Под действием напора рабочей среды замок открывается, сообщая один цилиндр привода к баплеру с напорной магистралью, a другой - со сливной. Под действием напора рабочей среды создаваемого насосом, плунжер перемещается, сворачивая посредством румпеля баллере руля в заданном направлении. Рулевой датчик (прибор РД)‚ имеющий механическую связь c баллером руля, вырабатывает электрический сигнал обратной связи по величине угла перекладки руля, который поступает в пульт управления. При подходе руля к заданному углу перекладки, в результате взаимодействия сигнала задания и сигнала обратной связи, прибор ИМ-2 возвращает шток золотника в среднее положение. Гидрозамок закрывается, и цилиндры привода разобщаются соответственно от напорного и сливного трубопровода, руль останавливается.
При виде управлений «простой», который является резервном и применяется только при отказе вида управления «следящий», сигнал задания формируется в ПУ путем нажатия рычагов. Гидросистема рулевой машины работает по принципу, аналогично описанному выше, a в системе управления отсутствует сигнал обратной связи по углу перекладки руля, так как соответствующая электрическая цепь разомкнута. Окончание перекладки руля осуществляется отпусканием рычага, тем самым снимается с прибора ИМ-2 сигнал задания. Шток распределительного золотника возвращается в среднее положение механическим (пружинным) устройством (нуль-установителем)‚ которое имеется в приборе ИМ-2.
Ручной (местный) вид управления используется: при выходе из строя дистанционных видов управления, a также при зарядке (при осушении) машины и осуществляется рукояткой прибора ИМ-2 при обязательном выключении дистанционных видов управления.
Контроль зa перекладкой руля во всех случаях осуществляется по электрическому указателю положений руля расположенному в пульте управления. Этот указатель электрически связан с прибором РД. Таким образом, прибор РД вырабатывает два сигнала, пропорциональных углу поворота руля: один для указателя положения руля, второй - для формирования сигнала обратной связи.
Рулевая машина имеет так же ручной насосный привод, который предназначен для перекладки руля в аварийных случаях – при выходе из строя электропривода насоса. При работе ручного насосного привода, рабочая среда нагнетается насосом непосредственно в один из цилиндров привода и засасывается из второго.
Привод к баллеру руля.
Привод к баллеру – механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение плунжера во вращательное движение румпеля и далее баллера руля. Геометрические параметры выбраны так, что при номинальном давлении масла в цилиндре и при наибольшем угле поворота руля обеспечивается номинальный крутящий момент на баллере.
В соответствии с рисунком 2, привод к баллеру обеспечивается двумя гидравлическими цилиндрами.
Рисунок 2 – Привод к баллеру (вид сверху)
В соответствии с рисунком 3, привод к баллеру состоит из следующих основных частей:
а) корпуса 1;
б) двух гидравлических силовых цилиндров 11;
в) плунжера 6;
г) румпеля 4.
Рисунок 3 – Привод к баллеру руля: 1 – корпус; 2 – палец; 3 – сухарь; 4 – румпель; 5 – втулка; 6 – плунжер; 7 – фланец нажимной; 8 – втулка нажимная; 9 – кольцо набивочное; 10 – втулка; 11 – цилиндр
Корпус 1 литой, в нижней части имеет опоры для крепления к фундаменту.
К фланцам корпуса на шпильках присоединяются два соосных цилиндра 11. В цилиндры заведен плунжер 6 с пальцем 2 для соединения его с румпелем 4. Румпель насажен на баллер на двух шпонках и соединяется с пальцем плунжера при помощи сухарей 3, скользящих при поступательном движении плунжера в прорезях щек румпеля. Торцевая поверхность цилиндра, обращенная к румпелю, имеет отверстия для присоединения нажимного фланца 7 сальниковой коробки. В сальниковую коробку цилиндра между втулкой 10 и нажимной втулкой 8 заложены уплотнительные набивочные кольца 9 из прорезиненной хлопчатобумажной ткани.
На каждом цилиндре имеются четыре отверстия:
а) боковое – для присоединения трубы от запасного ручного насосного привода;
б) боковое – для присоединения трубы от цистерны с гидроаппаратурой;
в) верхнее – для присоединения трубы от манометра;
г) нижнее – под спускную пробку.
Принцип действия привода к баллеру следующий: под давлением рабочей среды, нагнетаемой в один из цилиндров, плунжер перемещается вдоль оси цилиндров, из другого цилиндра рабочая среда в это время вытесняется. Сухари 3, насаженные на палец 2, совершают поступательное движение вместе с плунжером и одновременно поворачиваются вместе с пальцем во втулке 5. При этом сухари скользят в прорезях щек румпеля и передают усилие от плунжера к румпелю и далее через шпонки на баллер руля.
Привод ручной насосный.
Ручной насосный привод предназначен для управления рулевой машиной, а также для перекладки руля при выходе из строя электронасоса. В соответствии с рисунком 4, он состоит из следующих основных частей: корпуса 1; привода к насосам 2; дополнительного бака 3; двух клапанных коробок 4; двух манометровых клапанов 5; двух манометров 6; четырех запорных клапанов 7; клапанной коробки ПК-200.
Корпус литой, из алюминиевого сплава, крепится к судовому фундаменту. В корпусе вмонтирован привод к насосам.
Рисунок 4 – Ручной насосный привод рулевой машины Р01
Привод к насосам.
В соответствии с рисунком 5, он состоит из корпуса 1, крышки 3, вала 4, кулачка 9, зубчатых колес 2 и 6 и двух аксиально-поршневых насосов (гидромоторов): одного – для управления золотником-телемотором, второго – для перекладки руля. Привод к аксиально-поршневым насосам осуществляется от штурвала 8, соединяющегося ускорительной зубчатой передачей либо с насосом управления, либо с насосом аварийной перекладки руля.
Кулачок 9 позволяет соединять зубчатое колесо 2 с зубчатыми колесами 6. Переход с одного вида работы ручного насосного привода на другой осуществляется вращением кулачка 9, а, следовательно, перемещением зубчатого колеса, т.е. соединением штурвала либо с одним насосом, либо с другим. В обоих положениях штурвал фиксируется рукояткой.
Рисунок 5 – Привод к насосам
На стенке корпуса привода ручного насосного крепится дополнительный бак 3 типа ПБ-1, 2, который предназначен для пополнения утечек в гидросистеме через невозвратные клапаны клапанной коробки. При дистанционном управлении насос управления ручного насосного привода нагнетает масло в полости крышек телемотора, сдвигая его поршень в одно из крайних положений. При работе насоса аварийной перекладки руля масло поступает непосредственно в цилиндры привода к баллеру через гидравлический замок, установленный на приводе к баллеру. Для предотвращения увеличения усилия на штурвал ручного насосного привода имеется клапанная коробка. Гидрозамок предназначен для автоматического отключения цилиндров привода к баллеру от ручного насосного привода при окончании перекладки руля. Направление перекладки руля определяется направлением вращения штурвала. При работе ручным насосным приводом обязательно должны быть открыты определенные запорные клапаны, расположенные в ручном насосном приводе.
Трубопроводы с арматурой.
Трубопроводы по назначению и условиям работы могут быть разделены на главный и вспомогательный трубопроводы. Главный трубопровод предназначен для соединения насоса с цилиндрами привода к баллеру через золотник-телемотор и гидрозамок.
В систему трубопровода входят:
а) труба от цистерны с гидроаппаратурой к электронасосу, запорный клапан, (который должен быть открыт постоянно);
б) трубы от электронасоса к клапану предохранительному;
в) трубы от цистерны с гидроаппаратурой к цилиндрам привода к баллеру и ограничители расхода;
г) коробка клапанная ПК-200, обеспечивающая перепуск рабочей среды из напорной магистрали в сливную при повышении давления свыше давления настройки клапанов;
д) трубы низкого давления, обеспечивающие слив рабочей среды в расходную цистерну и труба, обеспечивающая слив при срабатывании предохранительного клапана.
Вспомогательный трубопровод подразделяется по назначению на трубопровод запасного ручного насосного привода, трубопровод резервной цистерны, трубопровод манометров и трубопровод системы управления.
Трубопровод запасного ручного насосного привода предназначен для подачи рабочей среды от аксиально-поршневого насоса через гидрозамок к цилиндрам привода к баллеру и состоит из труб и запорных клапанов. Трубопровод резервной цистерны служит для соединения резервной цистерны с расходной цистерной. Трубопровод состоит из трубы и запорного клапана. Трубопроводы манометров соединяют полости цилиндров привода к баллеру, полость нагнетания электроприводного насоса, трубопровод системы управления и запасного насосного привода с манометрами. Трубопровод системы управления предназначен для подачи рабочей среды от аксиально-поршневого насоса ручного насосного привода к полостям золотника – телемотора.
Трубопровод состоит из:
а) труб соединения насоса управления с телемотором и с перепускными клапанами;
б) запорных клапанов и перепускных клапанов.
В качестве механического указателя положения руля служит шкала, укрепленная на корпусе привода к баллеру. Градуировка шкалы соответствует истинному положению руля.
Контрольно-измерительные приборы:
- для измерения гидравлического давления применяются манометры стрелочные с классом точности 1,5 – 2,5;
- для измерения угла поворота баллера руля применяются: шкала на баллере руля, шкала на штанге рулевой тяги, показания курса на центральном посту управления;
- для измерения шума: шумомер «Uniontest» SM135, измерение производится на расстоянии 1 м от электродвигателя рулевой машины по осевому направлению электродвигателя на высоте 1 м от пола;
- для измерения параметров вибрации (виброперемещения, виброскорости, виброускорения) на болтах крепления электродвигателя к фундаменту используется виброметр AR63A;
- для измерения времени перекладки используется секундомер.