Гидравлические рулевые машины

Гидравлические рулевые машины получили широкое распространение на судах новейшей постройки. Их преимущества следующие: возможность получения больших крутящих моментов; малые масса и габариты на единицу мощности; плавное и бесшумное изменение скорости в широких пределах; высокий КПД; надежная смазка трущихся частей рабочей жидкостью; возможности достижения больших ускорений и замедлений вследствие малых вращающихся масс, простой и надежной защиты от перегрузок; простота и надежность регулируемых систем и значительная долговечность, обеспечиваемая дублированием основных изнашиваемых узлов.

Гидравлические рулевые машины состоят из гидравлического рулевого привода, блока питания, системы трубопроводов питания привода и системы управления.

Гидравлические рулевые приводы могут быть плунжерными, поршневыми, лопастными и винтовыми.

Блоком питания гидравлической рулевой машины может служить электроприводной насос переменной подачи или насос постоянной подачи с золотниковым распределительным устройством. Блоки питания у крупных рулевых машин дублируются. Система управления золотниками распределения рабочей жидкости или насосами переменной подачи может быть гидравлической или электрической, бывает простой и следящей.

Отечественные промысловые и транспортные суда оснащаются типизированными гидравлическими рулевыми машинами типа Р. На рис.1.1. показана рулевая машина P13, установленная на отечественных БМРТ и ПСТ.

Рис. 1.1.

Стальные цилиндры 1 с приварными донышками имеют лапы для крепления к фундаменту, к ним крепятся фундаменты 13 для электродвигателей насоса, цилиндры связаны между собой стальной литой направляющей балкой 10. Сальники плунжеров имеют опорные втулки 3, набивочные кольца 4 из хлопчатобумажной прорезиненной ткани и нажимные втулки 5, прижатые нажимными фланцами 6.

Плунжеры 2 — стальные сварные с литыми головками-вилками, образующими половины подшипников цапф шарнира 7. Вилки головок соединяются между собой попарно болтами, а в их отверстия вставлены бронзовые вкладыши 8. Сбоку каждая головка имеет прилив 9, к которому болтами крепится стальной кованый ползун 14. На приливах головок и ползунах винтами закреплены бронзовые накладки, скользящие по параллели направляющей балки 10. На балке 10 имеется шкала положения руля, стрелка 15 которой закреплена на вилке головок плунжеров.

Стальной кованый шарнир 7 имеет цапфы, которые вставлены в. подшипники головок плунжеров, а в его отверстие запрессована бронзовая втулка. В отверстие шарнира входит цилиндрическая цапфа румпеля 12. Накладки ползунов и приливов головок, цапфы и втулка шарнира смазываются с помощью колпачковых масленок. Стальной литой румпель 12 насажен на баллер руля на двух шпонках. Кроме точеной цапфы, румпель имеет хвостовик 11 для ограничения поворота руля до ±36,5° судовыми упорами.

При движении плунжеров 2 увлекаемый ими шарнир 7 свободно вращается вокруг оси цапф и одновременно скользит вдоль цапфы румпеля 12. При этом осевое движущее усилие от плунжеров раскладывается на две составляющие. Одна из составляющих через шарнир передается цапфе румпеля, действуя перпендикулярно ее оси, создает крутящий момент на баллере руля.

Вторая составляющая действует перпендикулярно оси плунжеров. Для разгрузки плунжеров от действия этой силы служат ползуны 14 и приливы 9 головок, через которые поперечное усилие передается на направляющую балку 10 привода.

В состав рулевой машины входят главный и вспомогательный трубопроводы, схема которых показана на рис. 1.2.

Рис. 1.2.

Главный трубопровод выполнен из стальных бесшовных труб 1, которые соединяют насосные агрегаты 2 с цилиндрами 3 привода через главную клапанную коробку 4.

Коробка 4 служит для включения любого из насосов и сообщения цилиндров 3 между собой при зарядке или осушении. В корпусе коробки установлено пять клапанов, четыре (клапаны А и Б) для разобщения насосов и один байпасный (перепускной В), служащий для перетекания масла из одного цилиндра в другой при зарядке или осушении. Коробка 5 с предохранительными клапанами предназначена для перетекания масла из цилиндра в цилиндр при повышении давления свыше 15 МПа.

В состав вспомогательного трубопровода входят: трубопровод 6 для заполнения и осушения цилиндров и главного трубопровода, для прокачки масла в системе при его очистке. При потере масла оно наполняется из резервной цистерны 7; трубопровод 8, соединяющий пополнительные баки 9 с корпусамиглавных насосов 2. Баки 9 компенсируют температурные изменения объема масла в системе. Оба бака 9 сообщены между собой и с насосами; трубопровод цилиндровых манометров 10, который служит также для выпуска воздуха при зарядке маслом; трубопровод насосных манометров 11; трубопровод 12 прокачки, соединяющий трубопровод 6 с трубопроводом 8 дополнительных баков 9 через фильтр 13 для получения замкнутой системы при прокачке масла шестеренным насосом 14 подпитки главных насосов 2; трубопровод 15 резервной цистерны 7, соединяющий цистерну с клапанной коробкой 16 ручного насоса 17; трубопровод 18 ручного насоса 17, который служит для зарядки системы рулевой машины и резервной цистерны маслом из резервуара, находящегося вне румпельного помещения, а также для осушения системы. Зарядка и пополнение системы производятся через фильтр 19 тонкой очистки.

Направление перекладки руля определяется направлением подачи масла главным насосом, которая изменяется поворотом валика управления насосом в ту или иную сторону. Обычная подача насоса меньше максимальной, поэтому наибольший рабочий угол поворота валика ограничен до 18°.

В нормальных условиях перекладка руля производится одним насосом, при этом обеспечивается требуемая Регистром длительность перекладки руля. Второй насос обеспечивает 100 %-ный резерв. В случае необходимости (потребность в быстром маневре или при плавании в узкостях) возможна одновременная работа обоих насосов; при этом скорость перекладки несколько возрастает, а внезапный выход из строя одного насоса или его электродвигателя не приводит к прекращению перекладки руля.

Между перекладками главный насос 2 работает вхолостую. Утечки масла из рабочей полости возвращаются в систему шестеренным насосом 14 подпитки. Для замера давления в нагнетательном трубопроводе насоса 14 до фильтра установлены манометры 11 с красной чертой на 2 Мпа. Повышение этого давления свыше 1,1 — 1,2 МПа указывает на загрязнение фильтра в насосе.

На рис.1.3. показан лопастный рулевой привод гидравлической рулевой машины, установленной на ПР и некоторых плавбазах. Ступица 3 ротора насажена на шпонках на конус головы баллера и имеет вверху и внизу массивные фланцы, заменяющие крышки цилиндра привода. К ступице винтами крепятся лопасти 10. При обычном руле ставят три лопасти, обеспечивающие перекладку руля на каждый борт на угол 37°. При активном руле для обеспечения перекладки руля на 68° устанавливают две лопасти.

Рис. 1.3.

Ротор вставлен в стальной литой неподвижный цилиндр 8, на внутренней поверхности которого закреплены две или три перемычки 12 согласно числу лопастей ротора. Перемычки крепятся к поверхности цилиндра ввернутыми снаружи болтами. Между лопастями 10 и перемычками 12 в кольцевом пространстве между ступицей ротора и цилиндром образуются две группы камер переменного давления. Камеры каждой группы связаны между собой кольцевыми каналами 6 во фланцах 2 цилиндра 8. При подаче масла в одну группу камер (в верхний канал 6) ротор вращается по часовой стрелке, а при подаче масла в другую группу камер (нижний канал 6) ротор меняет направление вращения. Поворот лопастей 10 под давлением масла может происходить до упора в перемычки 12.

Лопасти и перемычки чугунные, они предохраняются от смещения шпонками, расположенными по всей их длине. Цилиндрические поверхности лопастей, перемычек и фланцев ротора служат опорой ротора в цилиндре.

Уплотнение между лопастями и поверхностью цилиндра, а также между перемычками и поверхностью ротора достигается стальными планками 11, плотно пригнанными в вертикальных пазах лопастей и перемычек. Поджатие планок к уплотняемым поверхностям и герметизация планок в пазах осуществляются помещенными под планки круглыми жгутами из маслостойкой резины. Наружное уплотнение в верхней и нижней частях цилиндра осуществляется нажимным кольцом 4, которое зажимает две резиновые манжеты 5, опирающиеся на резиновое кольцо круглого сечения. При ослаблении сальника нажимное кольцо 4 поджимают болтами, уменьшив толщину набора прокладок под кольцом, предохраняющих сальник от пережатия.

Сквозь отверстия верхнего и нижнего фланцев 2 цилиндра 8 пропущены пальцы 14 крепления с надетыми на них трубчатыми конусами 13, стянутыми гайками, навинченными на хвостовики пальцев. Пальцы 14 с конусами входят в резиновые втулки гнезд кронштейнов 7, закрепленных на судовом фундаменте. Зажимая конусы 13, поджимают амортизационные резиновые втулки крепления привода, препятствуя повороту его цилиндра относительно ДП судна.

Вертикальные перемещения баллера ограничены зазором между верхним и нижним фланцами 2 цилиндра 8 и поверхностями кронштейнов 7. Запорные клапаны 1 и9 соединяют каналы 6 с гидросистемой рулевой машины.

На рис.1.4. показана поршневая гидравлическая рулевая машина БМРТ постройки ПНР. На фундаменте болтами закреплены два гидроцилиндра 1, штоки 7 поршней которых короткими шатунами 8 шарнирно связаны с пальцами 9 отверстий поперечного румпеля 10. Румпель из двух частей, соединенных болтами на шпонках, надет на голову баллера руля. Выступающие со стороны крышек цилиндров 1 концы штоков 7 закрыты колпаками. Сверху к цилиндрам крепится рама, на которой установлены насосные агрегаты и приборы управления. Насосных агрегатов два, из которых один работает, а другой составляет 100 %-ный резерв.

Рис. 1.4.

Каждый насосный агрегат состоит из радиально-поршневого насоса регулируемой подачи и приводного фланцевого электродвигателя 3, к другому концу вала которого присоединен шестеренный насос 2 системы управления и подпитки системы. Подача насосов 4 регулируется передвижением штоков 16 золотников гидроусилителей 17, которые рычажными приводами 15 управляются приборами 5 электрической системы управления. Рычаги 6 служат для ручного управления подачей насосов 4. Датчик 11 рулевого указателя с помощью рычага 13 и тяги 14 связан с румпелем 10. Положение руля контролируют по шкале 12, закрепленной на румпеле и неподвижной стрелке.

На рис.1.5. показан гидроцилиндр рулевой машины в сборе. Сварной цилиндр 12 имеет фланцы и лапы 22 для крепления к фундаменту. С обеих сторон цилиндр закрыт крышками 10, закрепленными болтами и уплотненными резиновыми кольцами. Сквозь отверстия крышек 10 проходит пустотелый шток 9, направляемый бронзовыми втулками 11. Отверстия для штока уплотнены пакетом манжет 23, прижатых крышками 18 с нажимными кольцами. Для удаления грязи со штока в выточках крышек 18 поставлены резиновые кольца 24.

Рис. 1.5.

Сварной поршень состоит из втулки 15 и гайки 16, навинченных на нарезку штока 9. На втулку 15 надеты направляющие кольца 21, скользящие по зеркалу цилиндра, и резиновые манжеты 14. В выемки манжет входят выступы упорных колец 13, удерживаемых пружинными кольцами 20, заведенными в канавки втулки и гайки поршня.

Шток 9 соединен с пальцем 2 румпеля коротким шатуном, состоящим из соединителя 4 и уха 1. Соединитель имеет шаровую головку 7, охваченную двумя бронзовыми вкладышами 6, которые с одной стороны удерживаются диском 8, а с другой зажимаются нарезной втулкой 5, застопоренной болтом. Монтажный зазор в шаровом шарнире устанавливается дистанционным кольцом, вставленным между вкладышами 6. Конец соединителя 4 ввинчивается в отверстие уха 1 и стопорится гайкой. В отверстие уха для пальца 2 румпеля смонтирован сферический роликоподшипник 3. Смазка к подшипнику подается колпачковой масленкой и удерживается в его гнезде манжетами, надетыми на дистанционные кольца.