Электроприводы рулевых устройств.

Общая характеристика рулевых электроприводов.

Управляемость является одним из важнейших качеств современно­го судна. Она может быть обеспечена различными способами и средст­вами:

1. кормовыми рулями;

2. гребными винтами;

3. водометными движите­лями;

4. крыльчатыми движителями;

5. подруливающими устройствами.

Нередки случаи совместного использования некоторых из названных устройств.

На морских транспортных судах основным средством обес­печения активного маневрирования объекта являются кормовые ру­ли, перекладка которых осуществляется посредством электропривода. Маневренные качества объекта, включающего в себя комплекс: кор­пус - руль - винты могут быть полностью реализованы только при надлежащей работе привода руля и системы управления.

Рулевой электропривод является наиболее ответственным электро­приводом на судне. От его безотказного и качественного действия зави­сит безопасность мореплавания, сохранность судна, экипажа и груза. Это обстоятельство определяет необходимость наиболее жестких требований к рабочим характеристикам привода как при проектировании и комплектации, так и в регламентных мероприятиях по поддержанию сохранности этих характеристик в процессе эксплуатации.

Классификация рулевых электроприводов.

Используемые на транспортных судах рулевые электроприводы отличаются боль­шим многообразием. Это связано с конструктивными особенностя­ми рабочего органа, режимом работы основного электрооборудо­вания, видом механических связей между исполнительным элект­родвигателем и рулем, степенью автоматизации управления и т. д.

Ниже приводится разделение рулевых электроприводов по группам в соответствии со следующими основными признаками:

1. По гидродинамическим особенностям руля.

Руль определяет не только управляемость судна, но и нагрузку рулевого электропривода, и возможные режимы его работы. На морских транспортных судах в ка­честве кормовых рулей в настоящее время чаще используются обыкно­венные рули, которые разделяются по таким признакам:

а) по форме пера и степени компенса­ции:

ü простые;

ü балансирные;

ü полубалансирные.

б) по профилю руля:

ü пластинчатые;

ü удобообтекаемые (профильные).

Профильность руля сравнительно мало влияет на нагрузочные характеристики привода, но является важным элементом, улучшающим ходкость судна, уменьшая общее сопротивление его движению.

Ком­пенсация руля используется для общего уменьшения момента на баллере, что облегчает условия работы рулевого электропривода. Вместе с тем при компенсированном руле ограничивается количество точек закрепления пера руля, что снижает прочность и надежность рулевого комплекса. Поэтому на судах ледового плавания, ледоколах стремятся применять простые рули, ось вращения которых проходит по передней кромке, что обеспечивает возможность увеличения числа подшипни­ков на рудерпосте для создания наиболее прочного подвижного сочле­нения.

2. По типу механической передачи между рабочим органом и рулевым

исполнительным двигателем (ИД).

Вид передаточного механизма определяет характер работы рулевого ИД, степень его энергетического использования и особенности электрифицирован­ной системы управления.

Рулевые электромеханические (РЭМ) приводы - секторные, редукторные. В них рулевой ИД жестко через кине­матический механизм связан с баллером руля. Управление переклад­кой производится непосредственным включением и отключением дви­гателя, характер работы которого прерывистый. Регулирование пере­кладки производится посредством изменения частоты вращения рулево­го ИД.

Рулевые электрогидравлические (РЭГ) при­воды. В них рулевой ИД непрерывно вращает насос, от которого при необходимости перекладки происходит управляемая подача рабочей жидкости на гидравлическую рулевую машину. В настоящее время ис­пользуются рулевые машины плунжерные, лопастные, с качающимися цилиндрами. В зависимости от принятого принципа регулирования пода­чи масла на рулевую машину (объемного или дроссельного) применя­ются насосы переменной или постоянной подачи.

Для более мощных систем характерен объемный принцип регулирования, осуществляемый посредством специального электрического или электромеханического сервопривода.

В кинематике сервопривода для целей эффективности регулирования подачи масла насосом применяются: рычажные, кулач­ковые и электрические дифференциалы. При дроссельном регулирова­нии подача масла происходит включением золотника с ручным или электромагнитным приводом.

Таким образом, в РЭГ- приводах регулирование перекладки руля происходит на гидравлической стороне механизма передачи при посто­янном вращении вала исполнительного электродвигателя. В качестве последних применяются наиболее простые и дешевые асинхронные ма­шины с короткозамкнутым ротором. Управление ими заключается толь­ко в дистанционном пуске при изготовке рулевого, приводя к действию.

3. По степени автоматизации управления рулевые электропри­воды разделяются на приводы:

a) простого;

б) следящего;

в) автоматиче­ского действия.

Простое действие или управление по времени.

При простом управления в качестве органов управления используют кнопки «Лево руля», «Право руля» или вертикально расположенный рычаг управления. Руль перекладывается все то время, пока нажата одна из кнопок или рычаг выведен из нейтрального положения ( наклонен в нужную сторону ). Перекладка пре­кращается, если отпустить кнопку или вернуть рукоятку поста в исходное - нулевое по­ложение. Отсюда название – управление по времени.

Об угловом состоянии руля в каждый момент времени судят по рулевому указателю - аксиометру.

Таким образом, простое управление является неавтоматизированным.

Следящее действие или управление по пути.

При следящем управления, в качестве органа управлении используют штурвал поста управления в рулевой рубке. При повороте штурвала на определенный угол в необходимую сторону ( влево или вправо относительно нулевого положения ) перо руля повернется на такой же ( или пропорциональный ) угол и автоматически остановится. Иначе говоря, перо руля повторяет поворот штурвала, как бы следит за движением штурвала, отсюда название – следящее управление. При этом угол поворота пера руля тем больше, чем больше угловое расстояние ( путь ), описанное штурвалом, отсюда второе название – управление по пути. Из сказанного следует, что каждому положению штурвала после отработки соответствует определен­ное положение руля.

Таким образом, следящее управление является полуавтоматическим – на первом этапе управления участвует человек (поворачивает вручную штурвал) на втором - используются элементы автоматики (сельсин-датчик руля в румпельном отделении), обеспечивающие автоматическую (без участия человека) остановку руля.

Аксиометр является средством дополнительного контроля положения руля.

Автоматическое действие. Рулевой привод обеспе­чивает выполнение заданной программы перемещения судна. В част­ном, наиболее простом случае, решается задача стабилизации судна на прямом курсе. В качестве органов управления используются элементы автоматики: сельсины-трансформаторы (поста управления в рулевой рубке, пера руля в румпельном отделении, насоса Холла в исполнительном механизме), тахогенераторы и др.

4. По роду тока в системе питания, ИД и схемы управления.

Принципиально рулевые электроприводы могут комплектоваться для работы как от сети переменного, так и от сети постоянного тока. В рулевых электромеханических приводах (РЭМ - при­водах или секторных ) широко используется система генератор - двигатель. При фор­мировании управляющего сигнала в автоматическом и следящем режи­мах в современных схемах предпочтительнее применяются элементы переменного тока (сельсины-трансформаторы, магнитные усилители, программируемые логические контроллеры).

Аварийное управление применяют тогда, когда остальные виды управления – простое, следящее и автоматическое, отказали. Аварийное управление осуществляется непосредственно из румпельного отделения, после соответствующих переключений, согласно инструкции конкретных РЭП.