Электромеханические передачи

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:

1. простые;

2. балансирные;

3. полубалансирные.

б) по профилю руля:

1. пластинчатые;

2. 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:

1. простого;

2. следящего;

3. 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 («джостик»).

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 управления 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 у 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 и т.п.).

Обычно применяют механические приводы трех типов: винтовые, секторные и штуртросовые. На морских судах основное применение получили секторные передачи (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Рулевой электропривод с секторной передачей

Электродвигатель 1 через червяк 2 и червячное колесо 3 вращает цилиндрическую шестерню 5, входящую в зацепление с зубчатым сектором 6. Сектор надет на верхнюю часть баллера руля 8 и свободно на нем поворачивается влево и вправо от диаметраль­ной, плоскости на 35-40°.

Ниже сектора на баллер надет и закреплен шпонкой румпель 7, который соединен с сектором двумя буферны­ми пружинами 4, играющими роль амортизаторов. Они защища-

ют механизм от динамических усилий, возникающих при ударах волн о перо руля.

Аварийный ручной привод руля выполнен при помощи штурвальных колес 13, враща

ющих вертикальный вал, на котором находится шестерня 14. Маховичком 15 ее вводят в зацепление с малым сектором 12, соединенным с баллером шпонкой.

Румпель можно закрепить неподвижно в любом положении стопорными колодка-

ми 10, прижимаемыми к ее секторной части винтом 9 с рукояткой-трещоткой 11. Это бывает нужно в случае выхода из строя рулевою механизма.

Червячная пара - самотормозящаяся, так как КПД ее равен 0,5. Эта непременная особенность рулевых приводов вызвана необходи­мостью удержать руль, переложенный на борт во время движения судна в том положении, в каком он оказался после остановки ЭД.

Передаточное число для секторных приводов находится в пределах 1500-2500. Об-

щий КПД передачи обычно составляет 0, 4…0,5, а мощность рулевого ЭД не превышает 70 кВт.

Секторные передачи распространены на судах среднего и малого водоизмеще-

ния.