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 I (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 I 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

Рис. 63. Рулевая машина

машиной. На баллере установлена шкала 4, показывающая фактическое положение руля относительно неподвижной стрелки 5. Датчик положения руля в 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.

Рис. 64. Гидроцилиндр

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 б цилиндра и в полость в цилиндра II, из-за чего баллер повернется против часовой стрелки. Масло из полостей о и г будет вытес­няться в трубопровод 3, откуда поступит во всасывающую полость насоса №. При изменении направления подачи насосом 10 масло, нагнетаемое через нижнюю гидролинию и трубопровод 3, поступит в полости а и г гидроцилиндров, благодаря чему произойдет перекладка руля на противоположный борт. Из полостей бив масло будет вытесняться в трубопровод 6 и всасывающую линию насоса 10. Открытие и закрытие клапанов гидроцилиндров осуществляются в соответствии с табл. 3.

Рис. 65. Гидросистема рулевой машины с поршневым приводом

Таблица 3. Варианты положения клапанов рулевой машины

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 II. 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 I и II 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 б и в гидроцилиндров. При повышении давления в полостях б и в аналогичным образом сработает предохранительный клапан 5. Перепускной клапан III 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 агрегатои их запорные клапаны ЗК1-ЗК4 закрывают и переходят на аварийный привод. 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.

Рис. 66. Следящий гидроусилитель

С помощью следящего гидроусилителя (рис. 66, а, б) отклоняется рычаг 6, изменяя эксцентриситет направляющего кольца и подачу насоса. Золотник 2 гидроусилителя перемещается во втулке /, 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 д и к, 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, направдяется 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 1,2-2,6 МПа.