На судах гидроприводы наиболее широко применяются в рулевых устройствах. В последние годы гидроприводы рулевых устройств стали применяться не только на больших судах, где необходимо обеспечить момент на баллере, равный десяткам и сотням тонна-сила-метров, но и на малых судах.
Все увеличивающееся использование гидроприводов на судах обусловлено их преимуществами:
• гидропривод имеет меньшие массы и габаритные размеры, чем электропривод;
• использование в гидроприводах в качестве рабочей жидкости минеральных масел создает хорошие условия смазки, что обеспечивает надежность и долговечность механизма;
• применение минерального масла позволяет иметь также малые сопротивления трения в подвижных деталях, что обеспечивает бесшумную и плавную работу без вибраций;
• гидропривод может обеспечить широкое бесступенчатое передаточное число и легкое реверсирование без обязательного изменения направления вращения механизмов, обеспечивающих реверсирование (это исключает необходимость преодоления больших инерционных усилий — они или отсутствуют или будут значительно меньше, чем, например, у электропривода);
• гидропривод способен осуществлять более частые изменения направления перекладки, чем электропривод;
• гидропривод способен работать в затопленном состоянии, что повышает живучесть судна;
• гидропривод может быть составлен из различных стандартных и унифицированных деталей и узлов, что уменьшает его стоимость;
• использование в гидроприводах насосов с большим значением к. п. д. (0,9-:-0,95) обеспечивает высокую экономичность их эксплуатации.
От механического гидравлический привод выгодно отличается тем, что при его компоновке и монтаже нет необходимости обеспечивать строгое взаимное расположение его отдельных узлов и деталей. Насосы электрогидравлических рулевых машин приводят их в действие с помощью давления, создаваемого в цилиндрах гидравлического рулевого привода машины в целях перекладки руля. В электрогидравлических рулевых машинах находят применение насосы регулируемой, а также и постоянной подачи. Насосы регулируемой подачи (НРП) могут быть выполнены как радиально-поршневыми, так и аксиально-поршневыми.
На рис. 1 приведена схема гидравлической рулевой машины с лопастным приводом типа РЭГ ОВИМУ-7. Лопастной гидравлический привод в этой машине устанавливается непосредственно на баллере руля, что уменьшает ее габаритные размеры.
Питание привода осуществляется лопастным насосом Г12-14 (ЛЗФ-70) постоянной подачи 73 л/мин с частотой вращения 1000 об/мин и мощностью 5,6 кВт,
Гидравлическая рулевая машина работает при давлении рабочей жидкости 40 кгс/см2. Она состоит из рабочего цилиндра 16, лопастного насоса 21 с электродвигателем, золотниково-распределительного устройства 7, сдвоенного перепускного клапана 15 привода, предохранительного клапана 8 насоса, пружинного буферного колпака 20, бака для рабочей жидкости 9 и системы рычагов управления.
При среднем положении золотника 11, как показано на рис. 1, работа насоса 21 вызовет лишь циркуляцию рабочей жидкости по кольцу в направлении, указанном пунктирными стрелками. При этом жидкость, нагнетаемая насосом под золотник 11, возвращается в трубопровод через правое верхнее отверстие корпуса золотниковой коробки. При вращении штурвала, находящегося в рулевой рубке, например, в правую сторону каретка телемотора 1 перемещается вправо (в нос) в направлении, указанном сплошными стрелками, в результате чего шток золотника 11 перемещается вправо вместе с ним. Одновременно кулачковый механизм 13 перемещает разгружающий золотник 4 также вправо, вследствие чего закрывается канал а и жидкость, нагнетаемая насосом под золотник, выходит через окно, открытое золотником, в трубопровод по направлению, указанному сплошными стрелками, к рабочему цилиндру 16. Рабочий цилиндр удерживается от вращения четырьмя лапами, прикрепленными к палубе, и имеет на внутренней поверхности неподвижные крылья.
Рис. 1. Схема РЭГ ОВИМУ-7
Как видно из рисунка, на вертикальном валу рабочего цилиндра закреплены лопасти, жестко соединенные со ступицей сектора ранее имевшейся на судне паровой рулевой машины.
При нагнетании жидкости в две диаметрально противоположные полости цилиндра вал с крыльями и баллер 18 руля 17 поворачиваются в данном случае против часовой стрелки. Поворот баллера вызовет перемещение рычага 12 сервомотора (обратная связь), при этом рычаг 14 поворачивается и смещает золотник до тех пор, пока закроются окна 10 золотниковой коробки, а кулачковое устройство 13 станет в первоначальное положение. Давление рабочей жидкости на кольцевую поверхность разгрузочного золотника 4 совпадает с направлением действия пружин, в результате чего этот золотник сместится и откроет канал а, вследствие чего возобновится циркуляция жидкости по кольцу/указанному пунктирными стрелками. В результате руль останется в переложенном на борт положении и показания аксиометра будут соответствовать ранее заданному углу перекладки. Можно проследить по схеме, что при вращении штурвала в левую сторону баллер повернется по часовой стрелке.
Фиксатор 6 с пружиной 5 предназначен для уменьшения ошибки между показаниями аксиометра и действительным положением пера руля. Фиксатор не позволяет золотнику 4 открыть окно а до полного закрытия золотником // окон 10, т. е. до установления руля на заданный угол. В рабочем положении системы, когда происходит перекладка руля и золотник 4, закрывая окно а, находится в правом положении, фиксатор под действием пружины находится в нижнем положении, вследствие чего кольцевая торцевая поверхность золотника 4 не испытывает давления, так как объем над ней соединен каналом К с отливной полостью. К концу маневра, когда в связи с прикрытием золотником И окон 10 давление в системе возрастает, фиксатор поднимается, преодолев давление пружины 5, и соединяет каналы полости высокого давления золотникового устройства с каналами, идущими к кольцевой поверхности, обеспечивая повышение давления на торцевую кольцевую поверхность золотника 4. Сила, образовавшаяся от давления на эту поверхность и совпадающая с ней по направлению действия пружины золотника 4, сместит его в первоначальное (допусковое) положение; окно а откроется, и давление в системе снизится.
Устройство фиксатора обеспечивает также разгрузку нагнетательной сети трубопровода при недопустимом повышении давления, выполняя в этом случае функции предохранительного клапана, хотя схемой предусматривается специальный предохранительный клапан 8, который срабатывает в случае заклинивания золотника 4 (в эксплуатации случаев заклинивания не наблюдалось)
Рулевая машина может работать и без фиксатора 6. Если он выключен (поднят), то уменьшается точность отработки машиной заданных углов, однако нормы Регистра соблюдаются.
Между рычагом управления 14 и баллером 18 в системе сервомоторов предусмотрена жесткая пружина 19, в нормальных условиях не работающая, но являющаяся демпфером при резких поворотах руля от ударов зыби. В последнем случае схемой предусматривается возможность перепуска рабочей жидкости из нагнетательных полостей рабочего цилиндра 16 во всасывающие окна через сдвоенный перепускной предохранительный клапан 15, который срабатывает при увеличении расчетной нагрузки на руль в 2,5 раза, т. е. при давлении 100 кгс/см2.
Описанная конструкция золотников распределительного устройства обеспечивает начало перекладки руля при перемещении распределительного золотника 11 на 3 мм и смещении разгрузочного золотника на 7 мм. Начало перекладки руля происходит при смещении каретки телемотора 1 на 6 мм, что соответствует повороту штурвала на 90°. Заданный поворот штурвала может быть уменьшен за счет удлинения толкателя 3 разгрузочного золотника при регулировании системы путем вывинчивания его из развилки 2. При этом первоначальное живое сечение перепускного окна а уменьшится и потребуется меньший ход разгрузочного золотника до начала прекладки руля.
Распределительный золотник 11 обеспечивает полное открытие окон 10 при повороте штурвала на 1,5 оборота. При повороте штурвала на 40—60° окна открываются на 1—1,5 мм и насос перекачивает жидкость в цилиндр со скоростью 15 м/с. Чувствительность установок может быть повышена за счет уменьшения ширины окна а при определенном изменении золотника. В последней модели рулевой машины ее пуск осуществляется за 0,1 с.
Сервомотор обеспечивает работу машин и в том случае, когда в процессе перекладки руля удар волны (или другое внешнее воздействие) заставит сработать механизм возврата золотника, так как при этом руль несколько отклонится и своим движением посредством сервомотора снова закроет окно а, после чего поворот руля будет продолжаться до заданного угла перекладки.
Элементы гидравлической системы рулевых машин связаны между собой трубопроводами. Масляный трубопровод состоит из главного (соединяющего насосы с цилиндрами привода баллера через клапанные коробки) и вспомогательных трубопроводов, а также трубопровода манометров. Рулевые машины снабжены комплектом контрольно-измерительных приборов, обеспечивающих нормальную эксплуатацию.
Руление машины всех групп предназначены для перекладки одного руля. Машины с малым моментом на баллере предназначены дли небольших судов смешанного плавания (река—море).
Ряд машин серии «Р» включает электрогидравлическне рулевые машины 12 типоразмеров и 7 модификаций (машины на два руля). При этом 9 типоразмеров ряда заменяют 36 типоразмеров электрогидравлических и электрических рулевых машин, находившихся до последнего времени в эксплуатации.
Система управления новыми рулевыми машинами электрическая дистанционная с электрической связью и обеспечивает три вида управления: автоматическое (авторулевой), сдмдатвчшше, (следящая система), простое дистанционное.
Электропривод насосов рулевых машин работает на переменном токе 380 В или постоянном токе 220 В.
Система дистанционного управления представляет собой сочетание электрических, механических и гидравлических элементов и наиболее полно отвечает требованиям эксплуатации. Исполнительный механизм системы управления в рулевых машинах первой группы воздействует на распределительный золотник и установлен на раме насосного агрегата; в рулевых машинах второй и третьей групп исполнительный механизм регулирует наклон цилиндрового блока насоса регулируемой подачи и размещается непосредственно на корпусе насоса.
Правила Регистра
1. Суда должны быть снабжены главным и вспомогательным рулевыми приводами, если специально не указано иное.
2. Главный рулевой привод и баллер должны обеспечивать перекладку руля или поворотной насадки с 35° одного борта на 35° другого борта при максимальных эксплуатационных осадке и скорости переднего хода и при тех же самых с 35° одного борта на 30° другого борта не боле чем за 28 с.
3. Вспомогательный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля или поворотной насадки с 15° одного борта на 15° другого борта не более чем за 60 с при максимальной эксплуатационной осадке и скорости, равной половине его максимальных эксплуатационных скорости переднего хода, или 7 уз, в зависимости от того, какое из значений больше.
4. Главный и вспомогательный рулевые приводы должны действовать независимо один от другого, однако допускается, чтобы главный и вспомогательный рулевые приводы имели некоторые общие части.
5. Управление главным рулевым приводом должно быть предусмотрено с ходового мостика и из румпельного отделения. Управление вспомогательным рулевым приводом должно быть предусмотрено из румпельного отделения.
6. Около каждого поста управления главным и вспомогательным рулевыми приводами, а также в помещении рулевых механизмов должен указываться угол положения руля или поворотной насадки. Разница между указанным и действительным углом положения руля должна быть не более: 1° — при положении руля в ДП или параллельно ей; 1.5° — при углах положения руля или насадки от 0 до 5°; 2.5° — при углах положения руля от 5 до 35°. Указание положения руля должно быть независимым от системы управления рулевым приводом.