Глава 10 присвячена сучасній проблемі застосування режимів роботи рульових машин. Аналізуються всі «за» і «проти» використання грм при спільній роботі насосів.

Дослідження показали, що маневрені характеристики суден різної водотоннажності поліпшуються при спільній роботі насосів (тобто при збільшенні швидкості перекладки руля).

У той же час надійність роботи рульових машин в цьому режимі може знижуватися, виникають характерні відмови. За результатами дослідження наводяться рекомендації.

Пропонований навчальний посібник написаний на основі багаторічних досліджень ГРМ і великого досвіду викладання цієї дисципліни в Національному університеті «Одеська морська академія».

Автори вдячні рецензентам:

Горб С.І. – ректору університету післядипломної підготовки

                    фахівців морського і річкового транспорту, д.т.н.,

                    професору;

Варбанець Р.А. – завідувачу кафедри «Суднові енергетичні

                   установки і їх експлуатація» Одеського національного

                   морського університету, д.т.н., професору.

Сподіваємося, що пропонований навчальний посібник буде корисним.

Всі зауваження курсантів (студентів) і фахівців щодо поліпшення змісту книги будуть прийняті з вдячністю.

1. СУДНОВІ ГІДРАВЛІЧНІ РУЛЬОВІ ПРИВОДИ

1.1. Гідравлічні плунжерні рульові приводи

Плунжерні рульові приводи є виконавчим органом гідравлічних рульових машин (ГРМ). Вони виготовляються багатьма зарубіжними фірмами. Ці приводи, незважаючи на конструктивну різноманітність, мають усталені характерні особливості.

Схеми компонування плунжерних приводів наведені на рис. 1.1.

Рис. 1.1 Схеми компонування двоплунжерної (а) і і чотириплунжерної (б) ГРМ:

1 – штурвал місцевого аварійного управління, 2 – румпель, 3 – плунжер, 4 – насос, 5 – муфта, 6 – циліндр, 7 – електродвигун

Основні переваги плунжерних приводів – надійність і довговічність роботи приводу, можливість експлуатації ГРМ при дії в різних поєднаннях чотирьох циліндрів. Недоліки – великі втрати на тертя (низький механічний ККД) в шарнірах з'єднання румпеля з плунжерами і в сальниках плунжерів, великі маса і габарити (при тисках робочої рідини 10-12 МПа).

Удосконалення плунжерних приводів йде в напрямку спрощення конструкцій, зменшення маси і габаритних розмірів, підвищення ККД, надійності і безвідмовності в роботі, збільшення моторесурсу вузлів і елементів, забезпечення простоти і зручності обслуговування, зменшення початкової вартості і трудовитрат на підтримку приводів постійно в хорошому технічному стані.

Ефективний засіб зниження маси і габаритних розмірів приводів – підвищення тиску робочої рідини. Так, наприклад, японські фірми Kawasaki Heavy Industries, Tokyo Hylic та інші, випускають серійно двоплунжерні приводи для робочих тисків 14 і 17 МПа, а більш потужні чотириплунжерні – для тисків 17,0-20,5 МПа і 19,0-22 МПа.

Ще більш високий тиск робочої рідини застосовує англійська фірма Brown Brothers, яка розробила ряд плунжерних ГРМ з крутними моментами від 0,5 до 9,9 МНм при робочому тиску 28 МПа. Маса цих ГРМ і площі, що вони займають, зменшені приблизно в два рази в порівнянні з ГРМ, що працюють при тиску 10 МПа.

Високі тиски робочої рідини застосовує в рульових машинах фірми Hatlapa (Німеччина). Вона розробила стандартні ряди дво- і чотириплунжерних ГРМ, в яких застосовуються аксіально-поршневі насоси постійної і регульованої подачі з робочими тисками від 25,0 до 32,0 МПа.

Проте поряд з позитивним ефектом застосування високих тисків робочої рідини необхідно враховувати експлуатаційні особливості ГРМ. Вони полягають в тому, що при підвищенні точності і чистоти обробки деталей гідрообладнання і зменшенні експлуатаційних зазорів підвищується чутливість елементів гідросистеми до забруднень робочої рідини, знижується моторесурс елементів і вузлів гідросистеми і перш за все насосів.

При цьому має бути значно підвищена культура технічного обслуговування ГРМ судновими екіпажами. В іншому випадку можливе зниження надійності їх роботи.

Оскільки рульові приводи є основним вузлом рульових машин наведемо їх приклади.

На рис. 1.2 показана двоплунжерна ГРМ. Є всі види управління: «Слідкуючий», «Простий», «Автомат». Аварійне управління здійснюється за допомогою рукоятки, яка розташована на приладі 5.

Рис.1.2. Двоплунжерна ГРМ: 1 – циліндр. 2 – електродвигун, 3 – насос регульованої подачі, 4 – румпель, 5 – прилад управління ІМ, 6 – клапанна коробка, 7 – станина

На рис.1.3 показаний зовнішній вигляд чотириплунжерної ГРМ. Особливостями всіх ГРМ є: максимальна стандартизація деталей і вузлів, компактність і комплектність збірки, високоякісні матеріали. Ці фактори забезпечують високий моторесурс, надійність в роботі і малу трудомісткість технічного обслуговування. Машини виготовляються для крутних моментів до 7110 кН.м.

Рис 1.3. Чотириплунжерна ГРМ: 1 – електродвигун, 2 – аксіально-поршневий насос, 3 – циліндр, 4 – плунжер, 5 – баллер, 6 – румпель

1.2. Гідравлічні лопатеві рульові приводи

1.2.1. Лопатевий привід фірми AEG Schiffbau

Рульові приводи цього типу найбільш сучасні. Їх серійне виробництво розпочато в 1960 роках. І в даний час їх встановлюють на багатьох суднах завдяки ряду істотних переваг. Вони компактні, займають меншу площу, мають високий ККД. Ці приводи економічні та надійні в експлуатації. Вони статично врівноважені, з'єднуються безпосередньо з баллером руля і передають на баллер «чистий» (без зусиль згину) крутний момент (за винятком однолопатевого приводу).

Переваги лопатевих приводів проявляються при робочих тисках 3,5-6,5 МПа проти 10-12 МПа в плунжерних приводах. Подальше підвищення робочих тисків до 6,5-10 МПа додатково поліпшить їх характеристики.

Експлуатація лопатевих приводів при більш низьких робочих тисках підвищує моторесурс головних насосів та інших елементів гідросистеми, а також довговічність і надійність цих машин.

Лопатеві приводи не позбавлені недоліків: об'ємний ККД їх падає із збільшенням робочого тиску і істотно залежить від температури робочої рідини.

Важливу роль в цих приводах грають спеціальні ущільнюючі пристрої. Заміна ущільнюючих пристроїв внутрішніх зазорів приводу пов'язана з повним розбиранням, що можливо тільки в заводських умовах, тому термін служби ущільнюючих пристроїв повинен бути не менше 4-5 років. Досвід експлуатації показав, що вони можуть надійно працювати і більш тривалий час.

На рис. 1.4 показаний рульовий привід. Він має ряд конструктивних особливостей.

Ротор 4, насаджений на конус баллера руля має масивні торцеві фланці, які виконують роль кришок приводу. До ротора кріпляться три рухливі лопаті 11. Відповідно до корпусу приводу кріпляться болтами 9 три нерухомі лопаті 3. Таким чином порожнина циліндра ділиться на шість частин.

Рис.1.4. Рульовий лопатевий привід фірми AEG Schiffbau (Німеччина): 1 – підшипник, 2 – вісь. 3 – нерухома лопать, 4 – ротор, 5 – запірний вентиль, 6 – нажимне кільце, 7 – кільця сальника, 8 – гумове кільце, 9 – болт кріплення нерухомої лопаті, 10 – циліндр, 11 – рухлива лопать, 12 – ущільнююча пластина, 13 – кільця сальника, 14 – болт, «К» – канали робочої рідини

Внутрішні зазори приводу між лопатями вздовж твірних циліндра і ротора і по торцях лопатей герметизуються рухливими металевими ущільнюючими пластинами 12, що щільно підігнані в пазах лопатей. Попереднє підтискання пластин до поверхонь, що ущільнюються, здійснюється шнурами круглого перетину, а робоче підтискання – тиском рідини всередині циліндра. Шнури забезпечують також додаткову герметизацію пластин в пазах. Вони виготовляються зі спеціальної гуми стійкої до масла і розраховані на довгий термін служби, оскільки заміна їх пов'язана з повним розбиранням лопатевого приводу, що можливо тільки в заводських умовах.

Для забезпечення надійності роботи рульового приводу застосування гумових ущільнень в принципі небажано. Проте тривалий досвід експлуатації цих приводів підтвердив надійну роботу цих ущільнень.

Ущільнюючий пристрій зовнішніх зазорів приводу складається з гумового кільця круглого перетину 8 і гумових манжет 7, 13 спеціальної форми, що забезпечує самоущільнення. Ці деталі можуть бути замінені в суднових умовах.

Лопатевий привід з'єднується з судновим фундаментом за допомогою підшипників 1, всередині яких містяться гумові амортизатори 2, що гасять різкі динамічні навантаження на рульовий привід з боку суднового корпусу. В процесі експлуатації можливо ослаблення амортизатора 2, яке усувається підтисканням втулок.

Рульові лопатеві приводи виконуються з двома або трьома рухомими лопатями (дво- або трилопатеві). Перші дозволяють збільшити кут повороту руля до ± 1,22 рад (± 70°) для підвищення маневреності суден, а другі розраховані тільки для звичайного кута повороту ± 0,61 рад (± 35 °).

 Лопатеві приводи виготовляються для широкого діапазону крутних моментів від 16 до 5000 кНм і більше.

Як приклад на рис.1.5 показана лопатева ГРМ.

Рис 1.5. Компонування лопатевої ГРМ: 1 – електродвигун, 2 – штурвал місцевого (аварійного) управління, 3 – блок управління, 4 – насос, 5 – механічний зворотний зв'язок, 6 – масляний бак, 7 – вісь підшипника, 8 – лопатевий привід, 9 – підшипник, 10 – датчик положення руля

Ці ГРМ мають маркування, наприклад REDC270/40 або RDC1120 / 180-MG, де цифрами позначається відповідний розмір лопатевого приводу RDC. Вони виробляються з крутним моментом до 5 МНм і вище.

Зауважимо, що розташування лопатевого приводу і насосів дуже компактне. Займана площа невелика навіть для потужних ГРМ. Наприклад, довжина L і ширина В машини малої потужності (2,0 тм) відповідно дорівнюють 1200 мм і 900 мм. Ці ж розміри потужної ГРМ (256,0 тм) дорівнюють 4000 мм і 3400 мм.

Рульові машини комплектуються аксіально-поршневими насосами таким чином: до крутного моменту 1600 кНм встановлюються два насоси номінальної подачі, а вище – два насоси зменшеної (в 2 рази) подачі. Такі насоси забезпечують перекладку руля з борту на борт (28 секунд) при спільній роботі. Досвід експлуатації суден з такими насосами показує погіршення їх маневрених якостей. Більш докладно це питання розглядається нижче.

 Лопатеві ГРМ встановлюють на всіх без винятку типах морських суден: пасажирських, суховантажних, рефрижераторних, риболовецьких траулерах, рибообробних базах, китобазах, поромах, «ро-ро», танкерах, буксирах і т. д. Ними обладнані тисячі суден різних держав.

1.2.2. Лопатеві рульові приводи фірми FRYDENBO (Норвегія)

На рис. 1.6, а, б показаний рульовий лопатевий привід цієї фірми. Він має наступні конструктивні особливості. Ротор 2 з трьома лопатями 14 насаджений на конус баллера 1 і закріплений гайкою 4. Циліндр (корпус) 3 має монолітну жорстку конструкцію з однієї верхньої кришкою 7. Днище циліндра, завдяки великій опорній площі, виконує функцію опорного підшипника руля, що спрощує конструкцію рульового пристрою. Корпус своїм фланцем жорстко прикріплений до суднового фундаменту. Усередині циліндра розміщуються масивні нерухомі лопаті 13, в тілі яких проходять канали для робочої рідини. Таким чином внутрішня частина приводу розділена на шість порожнин, три з яких (наприклад, а) є нагнітальними, а три інші (наприклад, b) – зливними, і навпаки. Радіальні і торцеві зазори в з'єднаннях привода герметизовані ущільненнями 10 (кріплення гвинтами 9) і 11, 12, які виготовлені зі спеціальної масло- і зносостійкої гуми. Вихідні кінці ротора 1 розміщені у втулках 6 і герметизовані сальниками 5. В лопатях 14 встановлені перепускні клапани 15. Інші позначення: 8 – стягнутий шток, D – діаметр циліндра.

Завдяки ущільненням з еластичних матеріалів досягається більш високий об'ємний ККД лопатевого приводу, але обмежуються робочі тиски: номінальне – зазвичай 2,5 МПа, а максимальне – 5 MПа. Для гідравлічних випробувань використовується тиск 7,5 МПа.

Запас міцності деталей приводу такий, що в експлуатації припускається упор рухомих лопатей в нерухомі. Таким чином рекомендується перевіряти налаштування запобіжних клапанів силового контуру гідросистеми. У рульових машинах використовуються гвинтові насоси постійної подачі, тому напрямок потоку робочої рідини до приводу змінюється за допомогою золотникового пристрою.

Рис 1.6, а. Рульовий лопатевий привід фірми FRYDENBO (розріз)

Рис 1.6, б. Рульовий лопатевий привід фірми FRYDENBO (вид зверху зі знятою кришкою)

На рис. 1.7 показано розташування лопатевого приводу на фундаменті.

Рульові машини фірми FRYDENBO використовуються на всіх типах суден і вона постійно вдосконалює свої рульові машини. Лопатевий привід має дві або три лопаті, проте машина HS 1120 виконана чотирилопатевою. Це дозволило збільшити крутний момент, а також застосувати двоконтурну гідросистему відповідно до вимог ІМО.

Рис. 1.7. Розташування лопатевого приводу на фундаменті: 1 –сальникова втулка, 2 – кришка, 3 – корпус (циліндр), 4 – фундамент, 5 –сальник, 6 – баллер

На рис. 1.8 показана компоновка лопатевої рульової машини фірми FRYDENBO.

Досвід експлуатації лопатевих рульових машин цієї фірми позитивний. Вони застосовувалися також на вітчизняних суднах-газовозах. Дуже важливим фактором є використання рекомендованих сортів робочої рідини і її чистота. В'язкість – (4-5)°Е при 50°С. При хороших умовах експлуатації і належному рівні технічного обслуговування рульових машин фірма вважає, що гвинтові насоси можуть надійно працювати не менше 10 років, а гумові ущільнення від 5 до 10 років.

Рульові машини комплектуються, як вимагає ІМО та класифікаційні товариства, двома насосами. Вони можуть працювати як окремо, так і спільно без обмежень.

Рис.1.8. Компонування лопатевої рульової машини типу FRYDENBO: 1 – гвинтовий насос, 2 – лопатевий привід, 3 – електродвигун, 4 – фундамент

1.2.3. Деформації елементів лопатевих приводів при підвищених навантаженнях

На кафедрі суднових допоміжних установок Національного університету «Одеська морська академія» протягом багатьох років проводяться дослідження характеристик лопатевих ГРМ. Розроблено та впроваджено на суднах рульова машина РЕГ-ОВІМУ–7 під керівництвом професора В.В.Завиша.

Згідно з дослідженнями, ефективний засіб поліпшення характеристик лопатевих рульових приводів – підвищення тиску робочої рідини. Наприклад, при підвищенні тиску від 4,0 до 8,0 МПа протяжність внутрішніх зазорів зменшується приблизно на 40%, маса – на 15%, займана площа – на 20%.

Однак при підвищенні робочого тиску значно погіршуються гідравлічні характеристики лопатевого приводу. Для з'ясування причин були проведені натурні експериментальні дослідження деформацій його елементів (циліндра, кришок).

На рис. 1.9 показані графіки деформацій елементів лопатевого приводу: пружні лінії 2 вигину кришки і лінії 1 вигину стінки циліндра при різних робочих тисках. З графіків видно, що при номінальному тиску робочої рідини 3,5 МПа стріли прогину кришки f2 і циліндра f1 становлять 35 і 47 мкм, тобто монтажні зазори збільшуються в 2-3 рази.

Величини деформацій змінюються також при обертанні ротора. На рис. 1.10 представлені сумісні графіки стріл прогину f1 і f2 і об'ємного ККД η0 лопатевого приводу в залежності від кута повороту ротора при різних тисках робочої рідини.

При обертанні ротора за годинниковою стрілкою збільшується сектор навантаження робочим тиском циліндра і кришок. При цьому величина f1 зменшується, змінюючись за складною кривою, значення f2 лінійно зростає, а об'ємний ККД знижується.

Отже, зменшення об'ємного ККД пояснюється в основному збільшенням торцевих внутрішніх зазорів приводу в результаті деформацій його кришок. Найменше значення об'ємного ККД відповідає максимальному куту повороту ротора 0,61 рад (35°), при якому спостерігаються найбільші деформації кришок. Цей факт має суттєве значення при проектуванні лопатевих рульових приводів, їх випробуваннях і експлуатації на суднах.

Рис. 1.9. Характер деформацій (а), пружні лінії вигину кришки (б) і стінки циліндра (в)

Рис. 1.10. Поєднаний графік зміни стріл прогину стінки циліндра f1, кришки f2 і об'ємного ККД η0 лопатевого приводу в залежності від кута повороту ротора і робочого тиску; 1 – циліндр, 2 – ротор, 3 – мікроіндикатор

Відповідно до зміни внутрішніх зазорів гідравлічні характеристики лопатевого приводу мають нелінійний характер. На рис. 1.11 наведені експериментальні характеристики питомих внутрішнього перетікання і об'ємного ККД лопатевого приводу в залежності від тиску і температури робочої рідини. Характеристики знімалися при роботі на мінеральному маслі турбінне 46 і відповідають максимальному куту повороту ротора 0,61 рад (35°), тобто найбільшій деформацій лопатевого приводу.

Рис. 1.11. Експериментальні гідравлічні характеристики лопатевого рульового приводу

При збільшенні тиску внутрішні зазори в результаті деформацій збільшуються і питомі перетікання інтенсивно зростають, а об'ємний ККД падає. Істотне погіршення гідравлічних характеристик спостерігається при тисках, що перевищують номінальну величину (для даного лопатевого приводу 3,5 МПа). При робочих тисках менше половини номінальної величини впливу деформацій на гідравлічні характеристики лопатевого приводу незначне. Однак при робочих навантаженнях в інтервалі від половини до повної номінальної величини вплив деформацій елементів лопатевих приводів виявляється істотним. Це проявляється в процесі експлуатації в такий спосіб. При малій швидкості судна перекладка руля нормальна, а при повному ході або маневруванні різко зменшується швидкість перекладки руля через великі перетікання робочої рідини в приводі з його напірних порожнин у усмоктувальні. При цьому великі перетікання супроводжуються інтенсивним виділенням тепла, тобто нагріванням робочої рідини і подальшим збільшенням її перетікання через зниження в'язкості.

Наведені графіки свідчать про те, що гідравлічні характеристики істотно погіршуються при нагріванні робочої рідини. Це слід мати на увазі при раціональній комплектації устаткування лопатевих ГРМ, оскільки тепловиділення в гідросистемі залежать також від типу застосовуваних насосів, регулюючої і розподільної апаратури.

Наочною ілюстрацією істотного впливу деформацій лопатевого приводу на його гідравлічні характеристики є експлуатація однієї з конструкцій лопатевих ГРМ фірми AEG Schiffbau на транспортних рефрижераторах водотоннажністю 9000 тон.

Типові недоліки ГРМ полягали в наступному. При середньому ході судна і роботі одного насоса ГРМ руль перекладався з борту на борт за 40-60 секунд, замість 28 секунд, що відповідає Правилам Регістру. При повному ході швидкість перекладки руля ще більш сповільнювалася або руль взагалі не досягав заданого положення на борту. Температура робочої рідини становила при цьому 50-55°С. Тільки при малих ходах судна або на стоянці і при менших температурах робочої рідини час перекладки руля відповідав нормі Регістру.

У зв'язку з цим було прийнято рішення виконати ремонт рульових машин на заводі (Югославія) під керівництвом запрошеного представника фірми AEG.

Контрольне розкриття і перевірка технічного стану лопатевого приводу, насосів і арматури показали незначні відхилення від норми. Наприклад, радіальні зазори в приводі склали 0,08-0,15 мм замість 0,07-0,09 мм, запобіжно-перепускні клапани були недостатньо щільними і т.д. Недоліки були усунені, але при ходових випробуваннях не було досягнуто позитивних результатів .

Ремонт продовжували. Була встановлена ​​нова статорна втулка для зменшення радіальних зазорів до 0,045-0,055 мм (тобто нижче існуючої норми 0,07-0,09 мм), збільшена подача насосів підвищенням частоти обертання приводних електродвигунів на 20%, замінені всі ущільнення лопатевого приводу на нові. Після цих заходів нормативний час перекладки руля досягався, як і раніше, при стоянці судна і при малих ходах, а при середньому і повному ходах він знову не відповідав вимогам Регістру.

При черговому розбиранні лопатевого приводу були зменшені торцеві зазори в два рази проти норми (0,03 мм замість 0,05-0,07 мм), збільшена в два рази в'язкість робочої рідини (9°Е проти 4-5°Е при 50°С) і замінена половина металевих ущільнюючих пластин на гумові. Чергові ходові випробування не дали, як і раніше, позитивних результатів.

В результаті було прийнято рішення за рекомендацією представника фірми експлуатувати рульову машину із заглушеними запобіжними клапанами і при менших швидкостях судна. Зрозуміло, що така рекомендація вела до грубого порушення правил технічної експлуатації ГРМ і не має ніякого відношення до суті виробничої ситуації, яка розглядається.

Описані недоліки рульових машин спостерігалися на всіх суднах даної серії, але ремонт не проводили через дорожнечу і безрезультатність. Експлуатаційники своїми силами прагнули поліпшити характеристики рульових машин підвищенням в'язкості робочої рідини і охолодженням лопатевого приводу потоком повітря від вентиляторів.

Загальна вартість ремонту ГРМ склала приблизно 40% від вартості нової машини. Зрозуміло, що представник фірми AEG, не підозрюючи про деформації лопатевого приводу, проводив дорогі експерименти за рахунок багатого в той час об'єднання Мінрибгоспу СРСР .

Велося інтенсивне впровадження лопатевих рульових машин на суднах, але фірми мало надавали уваги дослідженням їх характеристик.

Деформації лопатевого рульового приводу були вперше виявлені і досліджені нами значно раніше (1965 рік), описаного вище «показового» ремонту. Результати досліджень були опубліковані в роботі [22].

Таким чином порівняльний аналіз характеристик лопатевих рульових приводів виявив поряд з їх перевагами також і характерні недоліки, а саме:

– приводи всіх варіантів схильні до деформацій, що призводить до зниження їх об'ємного ККД при підвищеному тиску робочої рідини;

– застосування гумових ущільнень внутрішніх рухомих зазорів обмежує підвищення робочого тиску і знижує експлуатаційну надійність приводів.

Для подальшого вдосконалення лопатевих рульових приводів може бути використане наступне:

– підвищення робочих тисків до 8 ÷ 12 МПа для зменшення масових і габаритних характеристик;

– зниження конструктивними прийомами деформацій елементів приводу при підвищених робочих тисках;

– застосування ефективних і зносостійких ущільнень, що компенсують деформації і знос елементів приводу. Бажано застосовувати металеві ущільнення;

– вибір геометричного параметра Н/В в інтервалі 3-4 для зменшення протяжності внутрішніх зазорів і зовнішніх сальникових ущільнень.

1.3. Гідравлічні поршневі рульові приводи

На рис. 1.12 представлене компонування ​​поршневого рульового приводу. Особливістю даного приводу є наявність стандартних циліндрів 5 подвійної дії, які дозволяють збільшити крутний момент машини в 2 рази при тих же розмірах. У разі необхідності число циліндрів може бути збільшене і вони можуть розташовуватися в два ряди. Це забезпечує збільшення крутного моменту. Він може досягати 3500 кН • м. Номінальний тиск робочої рідини 160 МПа, використовуються насоси регульованої і постійної подачі.

Перевага поршневих ГРМ полягає в їх компактності. Вони можуть розміщуватися в малих приміщеннях, тому широко застосовуються на річкових, військових суднах, а також на морських суднах малої і середньої водотоннажності.

Конструктивні особливості цих машин обумовлюють разом з перевагами також і недоліки, які виявляються під час експлуатації. Зокрема, сферичний підшипник 3 працює у важких умовах. Він забезпечує відносний обертальний рух румпеля 2 зі штоком 4 і вертикальні переміщення румпеля (баллера) при хвилюванні моря. Тому підшипник 3 інтенсивно зношується.

При перекладці руля (поворотах румпеля 2) циліндри 5 роблять коливальні рухи в підшипниках 6, тому застосовуються гнучкі шланги. Вони недостатньо надійні в експлуатації.

Рис. 1.12. Компонування поршневого рульового приводу: 1 – механічний упор, 2 – румпель, 3 – сферичний підшипник, 4 – шток, 5 – циліндр, 6 – підшипник, 7 – фундаментна опора, 8 – блок клапанів, 9 – фільтр, 10 – бак робочої рідини, 11 – насос

З'єднання штока з поршнем також є недостатньо надійним, виникають обриви.

На рис. 1.13 показана конструкція стандартного циліндра поршневого рульового приводу (в зібраному стані).

Рис. 1.13 Циліндр поршневого рульового приводу (в зібраному стані): 1 – головка поршневого штока, 2 – сферичний підшипник, 3 – поршневий шток; 4 – брудоз'ємне кільце; 5 – ущільнююча манжета з маслостійкого матеріалу, 6 – передня кришка, 7 – напрямна втулка, 8 – циліндрична втулка, 9 – ущільнююча манжета з маслостійкого матеріалу, 10 – поршень, 11– контргайка, 12 – задня кришка, А і Б – подача робочої рідини

Циліндрова втулка 8 виготовляється з безшовної труби. Передня кришка 6 і задня 12 з'єднуються з циліндричної втулкою за допомогою різьблення. Принцип дії гідроциліндра зрозумілий з рисунка і додаткових пояснень не потрібно.

На рис. 1.14 показаний інший варіант компонування поршневого рульового приводу (фірма Stork Maritime, Нідерланди). Його конструктивною особливістю є нерухомі циліндри 4. Завдяки цьому гнучкі шланги не потрібні, але виникає необхідність у застосуванні більш складного рухомого з'єднання штока 3 з поршнем. Підшипник 2 повинен бути сферичним. Експлуатаційні недоліки залишаються аналогічними до описаного вище варіанту.

Рис. 1.14. Компонування поршневого рульового приводу (другий варіант): 1 – румпель, 2 – підшипник, 3 – шток, 4 – циліндр

2. НАСОСИ (ТИПОВІ СХЕМИ І КОНСТРУКЦІЇ)

2.1 Кінематичні схеми насосів

В ГРМ використовуються насоси регульованої і постійної подачі. Перші застосовуються для всього потужного ряду ГРМ, а інші – для менших за потужністю рульових машин. Проте є винятки. Наприклад, в лопатевих ГРМ фірми FRYDENBO застосовуються гвинтові насоси постійної подачі, а їх потужність досягає 55 кВт. Ті та інші насоси мають різні принципові схеми і суттєві конструктивні відмінності. Надійність і економічність роботи ГРМ визначаються в першу чергу надійністю роботи встановлених насосів і правильної їх експлуатації.

Відомо два типи насосів регульованої подачі: радіально-поршневі і аксіально-поршневі. Розглянемо коротко їх кінематичні схеми.

Рис. 2.1. Схеми радіально-поршневого насоса: а – без подачі; б – з подачею. 1 – нижня порожнина насоса, 2 – перемичка, 3 – верхня порожнина насоса, 4 – ротор, 5 – плунжер, 6 – повзун, 7 – кільце, що регулює, 8 – керуючий шток, 9 – корпус.

На рис. 2.1 показана схема радіально-поршневого насоса. Ротор 4, що представляє собою блок з декількох циліндрів, обертається постійно в одному напрямку. Разом з ним обертаються плунжери 5, що знаходяться всередині його циліндрів, і шарнірно пов'язані з ними повзуни 6. Опорні частини повзунів рухаються по внутрішній поверхні кільця 7, що регулює, яке за допомогою штока 8 може зміщуватися по горизонтальних санчатах вправо або вліво всередині корпусу 9. Центральна нерухома частина (цапфа) насоса має перемичку 2, що відокремлює верхню порожнину 3 насоса від нижньої 1.

Коли центр кільця 7, що регулює, збігається з центром ротора 4 (рис. 1.6, а), обертання останнього не викликає подачі рідини, так як плунжери 5 не рухаються всередині циліндрів. Зрушення кільця, що регулює, 7, наприклад, вправо (рис. 1.6, б) викликає зворотно-поступальний рух плунжера 5 всередині циліндрів. В цьому випадку при зазначеному напрямку обертання ротора, рідина буде нагнітатися в верхню порожнину 3, а нижня порожнина 1 стане всмоктуючою. Якщо кільце, що регулює, 7 змістити вліво, то верхня порожнина насоса стане навпаки всмоктуючою, а нижня – нагнітальною. У приєднаних до цих порожнин трубах напрямок руху рідини зміниться на протилежний. Змінюючи величину зсуву кільця щодо цапфи, тобто величину ексцентриситету, можна збільшити або зменшити хід плунжерів в циліндрах, а отже, подачу, яка розвивається насосом.

На рис. 2.2 наведена схема аксіально-поршневого насоса. Він складається з циліндрового блока 2 з поршнями 3, зв'язаних за допомогою шатунів 4 з фланцем 5. Циліндровий блок отримує обертання від ведучого вала 7 за допомогою кардана 6. Всмоктування і подача рідини відбувається через вікна «а» і «b» розподільника 1 і отвори 8 в циліндровому блоці. Якщо ведучий вал 7 і циліндровий блок 2 розташувати на одній осі (кут γ = 0), то подача насоса також буде дорівнювати нулю, так як поршні 3, обертаючись разом з блоком, не матимуть осьових переміщень щодо своїх циліндрів. Блок циліндрів знаходиться в люльці (на схемі не показано). При її повороті відносно вала 7 на деякий кут γ, як це показано на схемі, поршні 3 отримають поряд з обертовим рухом спільно з блоком ще зворотно-поступальний рух усередині циліндрів, тому насос буде створювати подачу робочої рідини певного напряму. Наприклад, для зазначених на схемі напрямку обертання і кута γ верхнє вікно «а» буде всмоктуючим, а нижнє «b» – нагнітальним. Якщо при незмінному напрямку обертання вала 7 повернути люльку на кут γ в протилежному напрямку, то вікно «а» стане нагнітальним, а «b» – всмоктуючим. Зміна напрямку обертання приводного вала також змінило б напрямок потоку робочої рідини, але цього ніколи не роблять, так як вигідніше мати приводний електродвигун постійного напрямку обертання.

Таким чином, змінюючи величину і знак кута регулюють величину і знак подачі насоса. Зазвичай найбільша величина кута γ становить 25º, а кількість циліндрів в блоці 7-9.

Рис. 2.2. Схема аксіально-поршневого насоса:

1 – розподільник, 2 – блок циліндрів, 3 – поршень, 4 – шатун, 5– фланець, 6 – карданний вал, 7 – приводний вал, 8 – отвір, «а» і «б» – вікна розподільника.

Порівнюючи насоси, зазначимо таке. Аксіально-поршневі насоси мають істотні переваги: не великі габарити і меншу масу. Досконала кінематична схема дозволяє використовувати частоту обертання до 3000 хв-¹, тобто в 2-3 рази вище. Ці насоси мають високий ККД (до 99%), завдяки малим зазорам в плунжерних парах (1.5-2.0 мкм). Точність виготовлення забезпечується сучасною технологією. Використовуються якісні матеріали.

Однак малі зазори в плунжерних парах більш чутливі до забруднення робочої рідини.

З досвіду експлуатації відомо багато прикладів тривалої надійної роботи цих насосів при добрій фільтрації рідини і навпаки, часті відмови ГРМ та інтенсивний знос насосів при неправильному догляді і поганій фільтрації масла. Найбільш небезпечні для цих насосів абразивні елементи, металеві частки, окалина, які завжди присутні у великій кількості в гідросистемах після ремонту. Видалення механічних домішок шляхом ретельної фільтрації робочої рідини є запорукою тривалої надійної експлуатації будь-яких насосів і особливо аксіально-поршневих.

З урахуванням вище зазначеного аксіально-поршневі насоси знайшли широке застосування. Вони виготовляються усіма машинобудівними фірмами різних держав.

Зауважимо, що існують конструкції цих насосів з постійною подачею. Вони застосовуються в рульових машинах малої і середньої потужності.

Радіально-поршневі насоси виготовляються також багатьма фірмами і застосовуються в рульових машинах малої і середньої потужності. Вони мають менший ККД через великі зазорів в плунжерних парах. У той же час вони надійні, мають простішу конструкцію і менш чутливі до забруднення робочої рідини.

2.2. Типові конструкції насосів

На рис. 2.3 показано конструктивне виконання радіально-поршневого насоса марки МНП-0,14, кінематична схема якого є базовою для великої групи насосів.

Рис. 2.3. Радіально-поршневий насос марки МНП-0,14-6

У сталевому корпусі розміщений бронзовий ротор з дев'ятьма циліндрами, який обертається на жорстко укріпленій сталевій кованій цапфі з внутрішніми каналами, що розподіляють робочу рідину по циліндрах. Сталеві плунжери 9, притерті в циліндрах ротора 10, несуть на цапфах ролики 8, що котяться в кільцевих каналах корпусу 11 ковзного блока, який шарикопідшипниками 7 і 12 спирається на задні і передні санчата 13 і 4. Санчата пересуваються по напрямним 7 поперек насоса, що створює ексцентриситет при переміщенні скалки 16 важелем 17, сполученим із зовнішнім приводом насоса. На скалку 14 ковзного блока впливає пружина 15 нуль-установника, яка повертає ковзний блок в нейтральне положення і вимикає подачу після зняття керуючого впливу на важіль 17. Нейтральне положення ковзного блока орієнтовно контролюється стрілкою 18 відносно шкали, що закріплена на корпусі. Більш точний контроль нейтрального положення блока проводиться при регулюванні ГРМ.

Для спрощення центрування ротор пов'язаний з приводним валом 5 хрестовою муфтою 3. Від вала 5 приводиться в дію допоміжний шестерний насос 6, який подає робочу рідину в систему управління насосом (до гідропідсилювача), в силовий контур для його підживлення (компенсації зовнішніх витоків), а також на масло напрямних 7 санчат ковзного блока і розподільної втулки ротора 2.

Радіально-поршневі насоси, виконані, за описаною конструктивною схемою, широко використовувалися в ГРМ російського виробництва. Однак їх ККД є порівняно низьким. Пояснюється це в першу чергу великими зазорами в плунжерних парах і цапфовому розподільнику, тобто технологічними можливостями і застосовуваними матеріалами. В процесі експлуатації цих насосів спостерігаються інтенсивні зноси, що призводять до різкого збільшення початкових монтажних зазорів і подальшого падіння об'ємного ККД. Значні перетікання робочої рідини призводять до великого тепловиділення та її нагрівання.

Резервом покращення характеристик радіально-поршневих насосів є розробка нових кінематичних схем, застосування зносостійких матеріалів і підвищення точності виготовлення найбільш відповідальних деталей, а також своєчасна і ретельна очистка (фільтрація) робочої рідини в процесі експлуатації ГРМ.

Поряд з вимогами до високої економічності експлуатації насосів, повинна також виконуватися вимога надійності їх роботи. Досвід експлуатації показав, що радіально-поршневі насоси мають високу надійність при правильному догляді за ними.

На рис. 2.4 зображена конструкція аксіально-поршневого насоса типу IIД (Росія).

Несучою деталлю насоса є литий сталевий корпус 8 коробчатої форми, внутрішній простір якого використовують як резервуар для робочої рідини. З передньої і задньої сторін корпус закривається кришками 10 і 31, які кріплять до корпусу гвинтами, а місця роз'ємів ущільнюють кільцями з стійкої до масла гуми.

У центральній частині корпусу встановлений на двох опорах вал 15. Передньою його опорою слугує здвоєний радіально-упорний підшипник 7, а задньою – радіальний підшипник 13, змонтований в стакані 12.

Рис. 2.4. Аксіально-поршневий насос типу IIД (Росія)

Вихідний кінець вала ущільнюється манжетою 14 і має шліци для з'єднання (за допомогою еластичної муфти) з валом приводного двигуна, а інший його кінець виконаний у вигляді диска, на торці якого є дев'ять гнізд, рівномірно розташованих по колу. У гніздах щільно посаджені і розвальцьовані бронзові вкладиші, що охоплюють головки шатунів. Другі головки шатунів розташовуються у бронзових поршнях. Шатуни можуть вільно повертатися у вкладишах і поршнях. Через шестерню 18 передається обертання допоміжному насосу.

На двох порожнистих цапфах 5, 19, що знаходяться в корпусі насоса, встановлена ​​на шарикопідшипниках люлька 2 насоса, яка може повертатися навколо своєї вертикальної осі в обидві сторони на кут 30°. Поверхні люльки і цапф, що сполучаються, ущільнені кільцями 4 з фторопласту і гуми. Кільця притискаються до поверхонь, що ущільнюються, робочою рідиною, яка підводиться до них отворами і канавками в цапфах.

До торця люльки болтами прикручена кришка 30, на торці якої є два дугових паза. У центральній розточці кришки 30 встановлена ​​і закріплена болтом вісь 28 блоку з насадженим на її кінці радіально-упорним шарикопідшипником. На вісь блоку надітий і притиснутий до торця люльки

розподільник 29, який має наскрізні дугові пази, що є суміщеними з дуговими пазами кришки 30. Розподільник виготовлений з олов'янисто-свинцевої бронзи. Торці його оброблені дуже точно. Спеціальний штифт, запресованих в кришці, утримує його від повороту.

На осі 28 на шарикопідшипнику 25 насаджений сталевий загартований циліндровий блок 24. Він має дев'ять точно оброблених циліндрів, в які з зазором до 0,045 мм входять бронзові поршні 32. Циліндри переходять у вікна овальної форми, які суміщені з дуговими пазами на розподільнику. Циліндровий блок постійно притиснутий пружиною до розподільника і додатково (під час роботи насоса) притиснутий частиною зусилля, що виникає від тиску робочої рідини на дно циліндрів. Посадка циліндрового блока на шарикопідшипник виконана із зазором. Це дає можливість блоку самовстановлюватися і зберігати постійне прилягання до торця розподільника, що є однією з основних умов нормальної роботи насоса.

Для синхронізації обертання блока циліндрів і вала насоса слугує кардан 6, що складається з валика із запресованими в нього двома пальцями і надягнутими на них сегментами або роликами. Сегменти входять до відповідних пазів букси 9 вала і букси 3 блока. Букса вала разом з втулкою 11 посаджена в розточку вала насоса і закріплена в ній за допомогою штифта 16. У розточку букси вала посаджений і може вільно переміщатися в осьовому напрямку бронзовий упор 17, сферична поверхня якого притискається пружиною до поєднаної з ним кульової поверхні вала кардана. Другий кінець вала притиснутий до приєднаної /сполученої сферичної поверхні бронзового упору 26 посадженого в розточку букси 3 блока.

Букса блока разом з втулкою 23 посаджена в розточку блока циліндрів і від випадання охороняється стопорним кільцем 22. Для правильної установки кардана, від положення якого залежить рівномірність обертання блока циліндрів, слугує компенсаційна шайба 27.

Карданне з'єднання зазнає примусового змазування робочою рідиною, яка подається до нього від зливного клапана через канавки і отвори в стакані 12, валу 15 насосі, буксі 9 вала та валу кардана 6.

На виступаючі з корпусу насоса кінці цапф насаджені патрубки 1, 21, внутрішні порожнини яких за допомогою каналів і пазів в цапфах, люльці, кришці люльки і розподільнику з’єднуються з блоком циліндрів. Для усунення зовнішніх витоків робочої рідини місця сполучень з фланцями ущільнені прокладками 20 з стійкої гуми до масла. На верхній стінці корпусу зовні є майданчик для установки приладу управління. Заливка робочої рідини в корпус насоса проводиться через отвір для гвинта, до якого приєднується трубка від бака наповнення. Є також різьбовий отвір для гвинта з пробкою для випускання повітря з корпусу насоса під час заливки його робочою рідиною. Для зливу робочої рідини з корпусу насоса в його нижній частині є два різьбових отвори, закритих пробками, в які вмонтовані постійні магніти для

уловлювання дрібних сталевих частинок, що утворюються при зносі деталей насоса в процесі експлуатації.

Загальний і об'ємний ККД аксіально-поршневих насосів значно вище ККД радіально-поршневих насосів. Це пояснюється більш досконалою кінематичною схемою цих насосів, що дозволяє досягати технологічними способами більш високої точності виготовлення плунжерних пар і торцевого розподільника. У той же час, відповідальні тертьові пари через малі зазори стають дуже чутливими до забруднення робочої рідини. З досвіду експлуатації одних і тих же ГРМ відомо багато прикладів тривалої надійної роботи цих насосів при добрій фільтрації робочої рідини і, навпаки, часті відмови ГРМ і інтенсивний знос насосів при неправильному догляді і поганій фільтрації масла. Найбільш небезпечні для цих насосів абразивні елементи, металеві частинки, окалина, які завжди бувають у великій кількості в гідросистемі після ремонтів. Видалення механічних домішок шляхом ретельної фільтрації робочої рідини є запорукою тривалої надійної експлуатації будь-яких насосів і особливо аксіально-поршневих.

На теперішній час промисловість Росії виробляє більш досконалі аксіально-поршневі насоси типів НК (насос в корпусі) і НВ (насос, який вбудований в масляний бак).

На рис. 2.5 показано основний вузол насоса НК – блок циліндрів з приводним валом. Позиції на цьому рисунку означають такі деталі: 1 – шпонка, 2 – приводний вал, 3 – кришка, 4 – кільце, 5 – сальник, 6 – кільце, 7 – підп'ятник, 8 – кільце, 9 – упорна шайба, 10 – підшипник, 11 – підшипник, 12 – вісь, 13 – блок циліндрів, 14 – розподільник, 15 – пружинне кільце, 16 – центрувальний штир, 17 – поршень, 18 – пружина, 19 – ковпак, 20 – кільце, 21 – кришка, 22 – шток , 23 – підшипник, 24 – опорне кільце, 25 – пружина, 26 – роликовий підшипник, 27 – корпус.

Конструкція насоса значно простіше розглянутого вище насоса типу IIД. Особливостями насоса є наступне. Цілісний приводний вал 2 має торцевий фланець, в якому розміщуються кулясті головки шатунів 22 з підшипниками 23 (7 шт.) І головка осі 12 з підшипником 11. На осі розташовується блок циліндрів 13. Він приводиться в обертання від вала 2 за допомогою штоків 22 з поршнями 17. Блок циліндрів піджимається пружиною 18 до розподільника 14, який розміщується в люльці (на рис. не показана) і центрується в ній штирем 16. Блок циліндрів сполучається з розподільником по кульовій поверхні. Вона сприяє кращій центрівці між ними. Приводний вал розташовується в потужних радіально і аксіально-упорних підшипниках.

Насос працює наступним чином. Всмоктування робочої рідини в циліндри і нагнітання її поршнями з циліндрів відбувається через серпоподібні прорізи «а» і «б» розподільника 14. Блок циліндрів 13, розташовуючись в люльці, має можливість повертатися в горизонтальній площині на кут (0 ± 25°). При цьому поршні 17 здійснюють зворотно-поступальні рухи в циліндрах, здійснюючи подачу насоса. При повороті люльки, в тому чи іншому напрямку, канали «а» і «б» стають або всмоктуючими або нагнітаючими, так як змінюється напрямок потоку робочої рідини. На рисунку вказана позиція нульовий подачі, так як вісь блока циліндрів збігається з віссю приводного вала. При цьому поршні 17 обертаються разом з блоком циліндрів 13, не здійснюючи всередині циліндрів зворотно-поступальних рухів. Поворот люльки здійснюється спеціальним гідравлічним механізмом.

Рис. 2.5. Аксіально-поршневий насос типу НК

Насоси типів НК і НВ виробляються для широкого діапазону подач. Вони застосовуються в рульових машинах різних потужностей. Досвід експлуатації насосів позитивний.

З метою вдосконалення насосів, більшість іноземних фірм, що виробляють насоси рульових машин, здійснюють вагомі дослідницькі та конструкторські роботи.

На рис. 2.6 показаний сучасний аксіально-поршневий насос фірми "Kawasaki Heavy Industries" (Японія).

Позиції означають такі деталі: 1 – шпонка, 2 – приводний вал, 3 – сальник, 4 – гвинт, 5 – стопорна шайба, 6 – прокладка ущільнювача, 7 – корпус підшипників, 8 – гвинт, 9 – корпус насоса, 10 – заглушка, 11 – втулка, 12 – роликовий підшипник, 13 – стопорне кільце, 14 – голчастий підшипник, 15 – люлька насоса, 16 – кільце ущільнювача, 17 – кільце ущільнювача, 18 – заглушка, 19 – регулювальне кільце, 20 – задня кришка, 21 – розподільник, 22 – кільце ущільнювача, 23 – пружина, 24 – клапан, 25 – корпус клапанів, 26 – кільце, 27 – стопорне кільце, 28 – центруючий штифт, 29 – стопорний гвинт, 30 – установчий гвинт, 31 – кокс установчий, 32 – блок циліндрів, 33 – втулка, 34 – поршень, 36 – втулка притискання, 36 – шток, 37 – шток, 38 – вісь, 39 – стопорне кільце, 40 – тарілчаста пружина, 41 – установча пластина, 42 – установче кільце, 43 – упорний підшипник, 44 – радіальний підшипник, 45 – стопорне кільце, 46 – втулка, 47 – шарикопідшипник, 48 – стопорне кільце, 49 – передня кришка.

Рис. 2.6. Аксіально-поршневий насос фірми "Kawasaki Heavy Industries" (Японія)

Насос має наступні конструктивні особливості. Приводний вал 2 має радіальні підшипники 47 і 44, а також упорний підшипник 43. У фланці вала є кулясті підшипники штоків 36, які з'єднані з поршнями 34, і підшипник центруючого штока 37. Обертання приводного вала передається за допомогою штоків і поршнів блока циліндрів 32. Він обертається в голчастому підшипнику 14, який забезпечує добре центрування блока всередині люльки і легкість обертання. Блок циліндрів піджимається до плоского розподільника 21 пакетом тарілчастих пружин 40 через втулку 35. Натискне зусилля пружин може регулюватися за допомогою установчого гвинта 30. Рух робочої рідини в тому чи іншому напрямку (в залежності від напрямку повороту люльки) відбувається через розподільник 21, канали якого мають серпоподібну форму. Вони з'єднуються з циліндрами та каналами «а» і «б» в люльці і далі з каналами в корпусі насоса. Люлька з'єднана з корпусом за допомогою роликових підшипників 12. Для запобігання витоку робочої рідини є ущільнення на втулках 11. На задній кришці 20 встановлений корпус 25 підживлювальних клапанів 24, які піджимаються пружинами 23.

Принцип дії насоса зрозумілий з рисунка. Тут показано нульове положення люльки, тобто подачі немає. При повороті люльки на кут від 0 до 25° в тому чи іншому напрямку поршні здійснюють зворотно-поступальний рух всередині циліндрів і створюється подача робочої рідини різного напрямку.

Повні характеристики цих насосів наведені нижче в табл. 2.1. Особливостями є високі тиски і частоти обертання. Вони забезпечуються досконалою конструкцією, якісними матеріалами та сучасною технологією виготовлення насосів.

Таблиця 2.1     

Хар-ки Тип	Макс. подача, см3/об	Робочий тиск, МПа	Макс. тиск, МПа	Частота обертання робоча, хв–1	Частота обертання макс., хв–1	Макс. потужність, л. с.
BV-716	28,2	25,0	35,0	1750	3600	56,4
" - 720	54,6	25,0	35,0	1750	2600	78,9
" - 725	106,6	25,0	35,0	1750	2400	142
" - 732	235	25,0	35,0	1150	1800	235
" - 740	481	25,0	35,0	1150	1200	321
" - 750	900	25,0	35,0	870	1000	500

Примітка: максимальна подача насосів відповідає робочому тиску, максимальної частоти обертання і куту повороту люльки – 25 градусів.

Створюються вдосконалені конструкції і випускаються також радіально-поршневі насоси. Вони мають меншу подачу і застосовуються для рульових машин малої потужності. Характерною сучасною конструкцією є насос типу Hele-SHAW (рис.2.7).

Рис. 2.7. Радіально-поршневий насос типу Hele-SHAW

Позиції означають такі деталі: 1 – поршень (плунжер), 2 – підшипник, 3 – кришка, 4 – підшипник, 5 – приводний вал, 6 – керуючий шток, 7 – ковзний блок, 8 – регулювальне кільце, 9 – блок циліндрів, 10 – підшипник, 11 – корпус, 12 – цапфа (вісь).

Особливостями насоса є малі габарити, високі робочі тиски і частота обертання. Конструктивно насос виконаний в дуже компактному вигляді. У корпусі 11 розташований блок циліндрів 9 (число циліндрів 7). Він обертається за допомогою приводного вала 5 на осі (цапфі) 12 і в підшипнику 10. Подача робочої рідини до циліндрів і від них відбувається каналами «а» і «b» всередині осі і далі через спеціальні вікна (прорізи) «c» і «d», які розташовані навпроти циліндрів.

Регулювальне кільце 8 насаджено на ковзний блок 7 і може обертатися за допомогою підшипника 2. Його обертання дозволяє значно зменшити зусилля і процес тертя в зоні контакту з головками поршнів (плунжерів) 1. Це сприяє збільшенню механічного ККД, моторесурсу і дає можливість підвищити частоту обертання.

Ковзний блок 7 може зміщатися в ту або іншу сторону за допомогою керуючого штока 6. Так створюється ексцентриситет і, відповідно, регулюється подача насоса і напрямок руху робочої рідини. Нижче наведені характеристики насосів.

Таблиця 2.2 - Характеристики насосів типу Hele-SHAW

Хар-ки Тип	Максимальна подача, см3/об	Робочий тиск, МПа	Максимальний тиск, МПа	Частота обертання, хв–1
RV712-H	9,5	21,0	280	1750
RV716-NB	22,5	15,0	220	1750

Ці насоси виробляє згадана вище фірма Kawasaki Heavy Industries, а також інші фірми. Поряд з розглянутим існує інша конструкція радіально-поршневого насоса (Німеччина).

На рис. 2.8,а показаний радіальний розріз цього насоса. Позиції означають такі деталі: 1 – внутрішнє кільце шарикопідшипника, 2 – поршень, 3 – блок циліндрів, 4 – зовнішнє кільце шарикопідшипника, 5 – люлька, 6 – корпус, «а» і «б» – порожнини (нагнітання і всмоктування).

На рис. 2.8,б наведено осьовий переріз насоса. Позиції означають такі деталі: 1 – цапфа, 2 – кулачкова муфта, 3 – вісь, 4 – упорне кільце, 5 – гвинт, «А» і «Б» – патрубки насоса (всмоктуючий і нагнітальний).

Розглянемо устрій насоса. До корпусу 6 прикріплена гвинтами 5 (див. рис. 2.8,б) цапфа 1, в якій є внутрішні осьові отвори, що переходять у вихідні патрубки «А» і «Б». З іншого боку ці отвори з'єднані через радіальні прорізи в цапфі 1 з порожнинами «а» і «б», тобто з циліндрами насоса. Таким шляхом відбувається розподіл (всмоктування і нагнітання) робочої рідини.

На осі 1 розташований дворядний блок циліндрів 3. Він обертається від електродвигуна через кулачкову муфту 2.

Регулювання потоку робочої рідини і його реверсування забезпечується за допомогою люльки 5 (див. рис. 2.8, а). Вона розташована всередині корпусу 6 і може повертатися на осі 3 на деякий кут за або проти годинникової стрілки. Так створюється ексцентриситет насоса (відстань між центрами люльки 5 і блока циліндрів 3).

При обертанні блока циліндрів 3 поршні 2 переміщуються силами інерції від центру блока (процес всмоктування) і притискаються до поверхні внутрішнього кільця 1 шарикопідшипника. Це кільце переміщує також поршні до центру блока (процес нагнітання). Для зменшення сил тертя кільце 1 може обертатися в шарикопідшипнику. Зовнішнє кільце 4 є нерухомим.

Рис. 2.8. Радіально-поршневий насос: а – радіальний і б – осьовий розрізи

Люлька 5 центрується на осі 3 за допомогою упорного ​​кільця 4, яке прикріплено гвинтами до цапфи 1.

Плавний поворот люльки в той або інший бік здійснюється спеціальним гідропідсилювачем. Він встановлюється зверху на корпусі 6 і з'єднується з люлькою за допомогою штиря (на кресленні не показаний), який входить в отвір «b» люльки. Креслення гідропідсилювача не наводиться. Принцип його дії аналогічний зображеному на рис. 4.5.

Конструкція розглянутого насоса досить досконала. Вона близька до будови насоса Hele-SHAW. Марка насоса – ТГЛ 10868, виробляється в Німеччині.

Насос створює тиск до 25,0 МПа. Він широко використовувався в поршневих рульових машинах марки GRa 40/60 та ін ..

Коротка характеристика рульових машин така. Номінальний і максимальний моменти дорівнюють 400 і 600 кН • м. Номінальний і максимальний тиск відповідно дорівнює 14,5 і 20,5 МПа. Час перекладки руля не більше 28 секунд при роботі одного насоса і 14 секунди при спільній роботі двох насосів. В'язкість робочої рідини 20,0-80,0 сСт.

3. ГІДРАВЛІЧНІ СИСТЕМИ ТИПОВИХ РУЛЬОВИХ МАШИН

3.1. Гідравлічні системи плунжерної ГРМ

Розглянемо роботу системи (рис. 3.1) при різних експлуатаційних режимах і можливих типових ситуаціях.

Основними елементами гідравлічної системи є: плунжерний привід з циліндрами Ц1-Ц4, головні насоси регульованої подачі 3 з приводними електродвигунами 4, слідкуючі гідропідсилювачі (1-2), блок клапанів 7, допоміжні насоси постійної подачі 5 і 25, аварійний насос регульованої подачі 31 з електроприводом, витратні і запасні цистерни 23, 34 і 36, а також різна запобіжна, регулююча та запірна гідравлічна апаратура.

Гідравлічними вузлами схеми є: силовий контур (позначений жирними лініями), що вмикає плунжерний привід, головні насоси 3 і блоки клапанів 6 і 7; контури управління головними насосами, що складаються з допоміжних насосів 5, які приводяться в дію електродвигунами головних насосів, золотників 1 і циліндрів 2; система підживлення силового контуру від насоса 25 і контур аварійного насоса 31.

Рис.3.1. Гідравлічна система плунжерної ГРМ

В основному режимі перекладки руля, наприклад від правого головного насоса, гідравлічна система працює таким чином. Сигнал на перекладку руля надходить від електричної системи управління на правий виконавчий механізм ВМ, вихідний валик якого механічно з'єднаний з золотником 1. При переміщенні золотника з нульового положення, наприклад вправо на деяку величину, робоча рідина зливається з правої порожнини циліндра гідропідсилювача у витратну цистерну 23, а диференційний поршень 2 під тиском (0,8-1,5) МПа (регулюється редукційним клапаном 24) в лівій порожнині циліндра переміщується вправо до перекриття робочих каналів золотника (тобто на величину ходу золотника), створюючи ексцентриситет правого головного насоса 3.

Робоча рідина силового контуру від насоса 3 через клапани 8, 13 і 15 подається в циліндри Ц1 і Ц4, руль при цьому перекладається за годинниковою стрілкою. Поворот руля відбувається до тих пір, поки зворотні зв'язки Ch і Сα, не повернуть золотник 1 в середнє (нульове) положення. Це ж положення займуть разом з золотником диференційний поршень 2 і регульований орган насоса 3.

Для повернення керма в нульове положення (в діаметральну площину) необхідний новий електричний сигнал (поворот штурвала) тієї ж величини, але протилежний за знаком. При цьому золотник переміститься з нульового положення вліво і робоча рідина контуру управління надійде в праву порожнину циліндра. Диференціальний поршень 2 при цьому переміститься вліво, створюючи ексцентриситет насоса 3 протилежного знака, а робоча рідина надійде від насоса 3 через клапани 9, 14, 16 в циліндри Ц2 і Ц3, повертаючи руль проти годинникової стрілки. Руль зупиниться, коли ті ж зворотні зв'язки знову повернуть золотник 1 в середнє положення.

Клапани 17, 18, 19 і 20 є байпасними і при нормальній роботі ГРМ мають бути закритими, а клапани 8-11 – завжди відкритими.

Робота ГРМ з іншим (лівим) головним насосом здійснюється аналогічним чином. Можлива також одночасна робота обох головних насосів для збільшення (приблизно в 2 рази) швидкості перекладки руль.

При роботі одним головним насосом другий щоб уникнути обертання, в режимі гідромотора відсікається від силового контуру гідрозамком або загальмовується храповиком, що розміщується на валу з'єднання з електродвигуном 4. На схемі показаний гідрозамок 32 аварійного насоса.

Для компенсації зовнішніх витоків силовий контур має систему підживлення, що складається з допоміжного насоса 25 з електродвигуном М, фільтра 26 і гідравлічної магістралі з клапанами: запобіжним 27, редукційним (0,2- 0,3 МПа) 28, запірними 29 і зворотними 30. Можна також підживлювати силовий контур через зворотні клапани 22 при виході з ладу насоса 25. В інших конструкціях ГРМ нерідко функції насоса 25 передаються допоміжному насосу 5. При цьому дещо змінюється контур підживлення.

В процесі експлуатації ГРМ можливі різні відхилення від нормального режиму роботи. Деякі з таких відхилень мають типовий характер, тому в гідравлічній системі передбачаються для виключення можливих аварій спеціальні запобіжні пристрої і перемикання клапанів.

У разі виходу з ладу електричної дистанційної системи керування можна скористатися місцевим управлінням головними насосами за допомогою штурвала (рукоятки) ВМ, що впливає безпосередньо на золотник 1.

При знеструмленні судна або виході з ладу обох головних насосів рульовою машиною можна керувати також за допомогою аварійного агрегату, що вмикає насос регульованої подачі 31, електродвигун з живленням від аварійної мережі, гідрозамок 32, клапани підживлення 33 і бак 34. Поповнення витратних ємностей 23 і бака 34 здійснюється ручним насосом 35 із запасної ємності 36.

Чотирициліндровий привід може працювати при різних поєднаннях двох циліндрів: Ц3 і Ц1, Ц2 і Ц4, Ц1 і Ц2, Ц3 і Ц4, а також при дії всіх чотирьох циліндрів. При цьому мають бути переключені відповідним чином (відповідно до існуючих інструкцій) запірні клапани 13-16 і байпасні клапани 17-20.

При плаванні в льодових умовах, навалом рулем на перешкоду, сильних ударах хвиль об перо руля виникають значні піки тиску в силовому контурі, які можуть пошкодити руль і скрутити баллер руля. Для запобігання такої серйозної аварії передбачений здвоєний запобіжно-перепускний клапан 12, тиск підриву якого відповідає 1,5 номінального (найбільшого експлуатаційного) тиску. При спрацьовуванні цього клапана руль сповзає із заданого положення, але зворотний зв'язок Сα, механічно з'єднаний з баллером руля, задає сигнал в електричну систему управління і далі через ВМ і гідропідсилювач (1-2) на головний насос 3 для повернення руля в задане положення після зняття аварійного зовнішнього впливу. Слід зауважити, що, незважаючи на наявність клапана 12, у всіх сучасних конструкціях ГРМ ще мають місце серйозні аварії з рульовими пристроями, через відмову цього клапана по причині неправильного догляду за ним і дуже не частою перевіркою експлуатаційниками його нормального спрацьовування.

Різке підвищення тиску в силовому контурі також небезпечне для головних насосів, тому для їх захисту в системі передбачені здвоєні запобіжні клапани 6. У допоміжних насосів також є свої запобіжні клапани 24 і 27 від перевантаження. При виході з ладу одного з двох допоміжних насосів передбачена їх взаємозамінність шляхом відкриття клапана 21.

При роботі одного насоса виникає перетікання робочої рідини через інший насос, яке може переповнювати один з баків 23, тому передбачено їх з’єднання спеціальним трубопроводом.

Для проведення ремонтних і профілактичних робіт, заповнення гідросистеми робочою рідиною або її видалення із системи передбачаються різні перемикання запірних клапанів, на які спеціально вказується в інструкції з експлуатації ГРМ.

3.2. Гідравлічна система лопатевої ГРМ "AEG Schiffbau"

До складу рульової машини (рис. 3.2) входять наступні основні вузли і елементи: рульовий трилопатевий привід ЛП; два головних насоса Н1 і Н2 регульованої подачі аксіально-поршневого типу, що приводяться в дію електродвигунами; важільний механізм управління головними насосами (Р, 24, 25); гідропідсилювач, що складається із золотників 3 і гідроциліндра ГЦ; блок запобіжних клапанів лопатевого приводу ПК; два гідрозамка ГЗ головних насосів; допоміжні насоси Д1 і Д2 постійної подачі, що приводяться в дію електродвигунами; блок клапанів БК3 електрогідравлічної системи управління; аварійний агрегат АА з ручним насосом; бак Б і система гідравлічних комунікацій з необхідними клапанами.

Рульова машина працює в режимі стеження, наприклад з головним насосом H1 і допоміжним Д1, в такий спосіб. Електричний керуючий сигнал, який виникає при повороті штурвала на містку, надходить на одну з двох електромагнітних котушок золотника 3. Він переміщується із середнього в одне з крайніх положень (наприклад вправо, якщо дивитися у напрямку електричного сигналу), відкриваючи доступ робочій рідині від допоміжного насоса Д1 через клапани БК1, 37, фільтр Ф1, редуктор тиску мінімального тиску К1, запірний клапан 39 в магістраль 23 живлення виконавчого гідроциліндра ГЦ, поршень якого почне переміщуватися вліво (якщо дивитися за стрілкою А), приводячи в дію механізм важеля управління головними насосами. Масло виходить з лівої порожнини гідроциліндра ГЦ по магістралі 22 через клапан 40, золотник 3, клапан 38 в бак Б.

 

Рис. 3.2. Гідравлічна система лопатевої ГРМ типу "AEG Schiffbau"

Переміщення поршня гідроциліндра сприймається датчиком зворотного зв'язку РД, перетворюється їм в пропорційний за значенням електричний сигнал протилежний керуючому сигналу знака та передається на пристрій, що підсумовує, електричної системи управління. Поршень зупиняється в той момент, коли сумарний сигнал (керуючий + зворотний зв'язок) буде дорівнювати нулю, котушка золотника 3 знеструмиться і золотник під дією пружини повернеться в середнє положення, припиняючи подачу масла від допоміжного Д1 насоса в магістраль гідроциліндра ГЦ. Поршень зупиняється і його переміщення буде пропорційно електричному керуючому сигналу.

При повороті штурвала на деякий кут в протилежному напрямку керуючий сигнал надходить на другу котушку цього ж золотника 3. Він переміщується в інше крайнє положення (вліво). При цьому масло від насоса В1 подається через клапан 40 в іншу магістраль (див. напрям стрілок на золотнику 3) гідроциліндра ГЦ, поршень якого переміщується вправо, а масло з правої порожнини циліндра виходить через клапан 39, золотник 3 та клапан 38 в бак Б. Робота датчика зворотного зв'язку РД здійснюється аналогічним чином, і в результаті переміщення поршня вправо буде також пропорційно керуючому електричному сигналу.

Переміщення поршня (наприклад, вліво) передається через диференціальний важіль В/Р на керуючу штангу 24, яка відхиляє блоки циліндрів аксіально-поршневих насосів Н1 і Н2 на деякий кут від нейтрального (середнього) положення. Робоча рідина рухається під тиском замкнутим силовим контуром (насос Н1 – рульовий лопатевий привід) і, долаючи зовнішнє опір руля, повертає ротор 26, розташований в циліндрі 27, за годинниковою стрілкою. При цьому механічний зворотний зв'язок 25 через диференційний важіль В/Р повертає штангу 24 в нульове (середнє) положення, зменшуючи подачу насоса Н1. Ротор приводу зупиняється в той момент, коли сумарний сигнал на штанзі 24 від поршня гідроциліндра ГЦ і зворотного зв'язку 25 дорівнюватиме нулю, тобто блок циліндрів насоса H1 займе при цьому нейтральне (середнє) положення.

При переміщенні поршня в іншому напрямку (вправо) слідкуючий механізм управління насосами працює аналогічним чином, а ротор приводу обертається проти годинникової стрілки.

У розглянутому випадку працюють дві самостійні послідовно включені слідкуючі системи управлінням. Поршень гідроциліндра, будучи виконавчою (вихідною) ланкою електрогідравлічної слідкуючої системи управління, у той же час грає роль задаючої (вхідної) ланки важільного слідкуючого механізму управління подачею головних насосів. Процеси в обох слідкуючих системах протікають практично одночасно.

У режимі автоматичного управління рульова машина діє за тим же слідкуючим принципом – замість рульового працює авторульовий. На лопатевих рульових машинах допускається застосування авторульових тих же марок і систем, що і на плунжерних рульових машинах.

Двоступеневі слідкуючі системи управління широко розповсюджені в сучасних ГРМ. Іноді застосовують трьохступеневі, однак збільшення числа ступенів веде до ускладнення систем управління і їх обслуговування, до накопичення помилок і зниження точності управління судном. Багатоступеневість систем управління викликається необхідністю значного посилення сигналу для переміщення регульованого органу насосів.

Розглянемо дію основних елементів і вузлів ГРМ при різних експлуатаційних ситуаціях і режимах роботи. При відсутності керуючого сигналу на золотнику 3 потоки робочої рідини від допоміжних насосів Д/В1 і Д/В2 (при роздільній або спільній роботі) проходять через клапани відповідно БК1 і БК2, фільтри Ф1, Ф2, клапани М максимального тиску, запірні клапани 32 і 38 в бак Б . Насоси В1 і В2 беруть рідину з ємностей 20, що знаходяться в корпусах головних насосів Н1 і Н2. Ємності поповнюються з бака Б по магістралі 18. Регулюванням клапанів М встановлюють найбільший необхідний тиск в системі управління гідроциліндром ГЦ, наприклад 1,5-2 МПа. Гідрозамок ГЗ відключає непрацюючий головний насос від силової магістралі, в іншому випадку він працював би в режимі гідродвигуна під дією другого насоса, що призводило б до сповзання руля і погрішностей в його управлінні, падіння тиску в гідросистемі і відмови ГРМ.

Гідрозамки ГЗ управляються клапанами БК1 і БК2 таким чином. Перед виходом в море одночасно з головним насосом включається в роботу його допоміжний насос (наприклад H1 і Д/В1), потік масла від якого при тиску, встановленому редукційним клапаном 28, перекидає золотник 29 в ліве крайнє положення, перекриваючи злив масла з магістралі 30 в трубопровід 31 і направляючи його в корпус гідрозамка ГЗ. Під тиском масла стискається пружина, відкривається клапан гідрозамка і насос Н1 з’єднується з силовою магістраллю лопатевого приводу. При виключенні насосів Н1 і Д/В1 золотник 29 перекидається пружиною в праве крайнє положення і клапан гідрозамка ГЗ під дією своєї пружини, виштовхуючи рідину через золотник 29 на злив, закривається.

Для надійної роботи гідрозамків в гідросистемі встановлені редукційні клапани мінімального тиску К1 і К, що створюють підпір робочої рідини (0,3-0,5 МПа), що необхідно в разі різкого падіння тиску (навантаження) нижче 0,3 МПа в магістралі гідроциліндра ГЦ.

Існують різні конструкції гідрозамків і способи управління ними. Зокрема, в аналогічних ГРМ є варіант електричного управління гідрозамками, а також механічний спосіб гальмування насосів за допомогою храпового колеса.

Для підвищення надійності лопатевої ГРМ в гідравлічній системі передбачені: можливість перемикання керуючих золотників 3 (за допомогою клапана 35) і фільтрів Ф1, Ф2; взаємозамінність головних і допоміжних насосів, електродвигунів і клапанів; можливість місцевого управління ГРМ кнопками на золотниках 3 при виході з ладу електричної дистанційної системи керування або штурвалом на важільному механізмі при виході з ладу обох допоміжних насосів; можливість роботи аварійним насосом АА при виході з ладу обох головних насосів, а також захист від перевантажень всіх основних вузлів ГРМ.

При різкому підвищенні тиску в лопатевому приводі (сильні удари хвиль об перо руля, навал крижин і тому подібне) спрацьовує здвоєний запобіжно-перепускний клапан ПК і руль сповзає, погашаючи зовнішнє навантаження. При цьому зворотний зв'язок 25 включає в роботу головний насос, і руль повертається в задане положення. Головні насоси захищені запобіжними клапанами 21, які регулюють на тиск, трохи більше, ніж клапани ПК.

Різке сповзання руля, заклинювання головних насосів і важільного механізму можуть викликати стрибок тиску в циліндрі ГЦ. У таких випадках спрацьовують клапани Ml. Допоміжні насоси, фільтри і золотники захищені клапанами М.

Можуть бути різні режими роботи ГРМ: з одним із двох або одночасно з обома головними насосами і з аварійним насосним агрегатом АА. Для проведення ремонтних робіт та профілактичних оглядів також передбачені різні варіанти перемикання в гідравлічній системі. Основні можливі режими і відповідні положення запірних клапанів вказуються в інструкції.

Наприклад, клапани 1-8, що належать до силового контуру, повинні бути завжди відкриті при роботі ГРМ. Клапан 9 слугуює для випуску повітря з силового контуру при підготовці ГРМ до дії. Клапан 10 є байпасним. Він з’єднує магістралі силового контуру і використовується при ремонтах і профілактичних роботах. Аналогічне призначення має клапан 42 контуру управління ГЦ. Клапани 32-34 використовуються аналогічно клапанам 38-40 при роботі допоміжного насоса Д2. Підживлення силового контуру здійснюється за допомогою магістралі 19 з клапанами 7, 8, 17. При заповненні гідросистеми робочою рідиною використовуються клапани 11, 12, 16. Робота ГРМ в аварійному режимі забезпечується агрегатом АА з клапанами 13-15. Для під'єднання манометрів слугують клапани 36, 41, 43.

У гідросистемах лопатевих ГРМ застосовують якісне мінеральне масло, яке приблизно відповідає турбінному 46, моторному Т і веретенному АУ.

3.3. Гідравлічна система двоконтурної плунжерної ГРМ (Росія)

Були розглянуті гідравлічні системи типових ГРМ, що мають широке застосування на суднах. Однак кілька важких аварій суден, зокрема, танкерного флоту, пов'язаних з відмовами ГРМ, змусили переглянути докорінно вимоги до їх проектування і експлуатації. Так з'явилися «Поправки 1981 року до СОЛАС-74» [24], що знайшли відображення в Правилах Регістру і нормативних документах зарубіжних класифікаційних товариств.

Відповідно до нових вимог були розроблені зарубіжними фірмами двоконтурні ГРМ, що задовольняють так званому критерію «одиничної відмови». Згідно з ним одиничне пошкодження в гідравлічній системі ГРМ має бути локалізовано автоматично (а також вручну) і відновлена ​​керованість судна протягом 45 секунд. Нові вимоги розповсюджуються на пасажирські судна, атомоходи, танкери, хімо- і газовози водотоннажністю 10 тис. рег. т і більше, а також суховантажні судна водотоннажністю понад 70 тис. рег. т.

Принциповою особливістю гідравлічної системи російської двоконтурної ГРМ типізованого ряду (рис. 1.8) є два ідентичних силових гідравлічних контури. У кожен з них (наприклад, лівий) входять головний насос Н1 регульованої подачі, два циліндри Ц1, Ц2 чотириплунжерного рульового приводу, блок клапанів приводу БК1, клапан кільцювання КК1, здвоєний запобіжний клапан 3 насоса (в блоці БК3) і два гідрозамки ГЗ.

У блоці БК1 розташовуються запірні клапани 1-7 і здвоєний запобіжний клапан 8. З них клапани 1-4 постійно відкриті, а 5-7 – закриті. Байпасний клапан 5 відкривають при необхідності сполучення між собою співвісних циліндрів (ремонт, аварійна ситуація), а клапани 6, 7 – при заправках і осушенні приводу. Клапан 8 забезпечує захист ГРМ і рульового пристрою при максимальних навантаженнях (удар хвилі, навал крижин), здійснюючи автоматично перепуск робочої рідини з напірних циліндрів в зливні.

    

Рис. 3.3. Гідравлічна система двоконтурної плунжерної ГРМ. (Росія)

 

Гідрозамки ГЗ (запірні клапани) з’єднують головний насос з силовим контуром при його включенні і роз'єднують при виключенні. Таким шляхом виключається обертання насоса в режимі гідродвигуна під дією напору, створюваного іншим насосом. Гідрозамки автоматично відкриваються тиском робочої рідини у допоміжному контурі і закриваються пружинами при падінні цього тиску.

Клапани кільцювання КК1 і КК2 служать для автоматичного роз'єднання двох силових контурів при аварійних витоках робочої рідини з гідросистеми. Кожен з них виконаний у вигляді блоку, який складається з допоміжного золотника 1 з електроуправлінням і основного золотника 2 з гідравлічним управлінням від допоміжного золотника 1.

Кожен силовий контур обслуговується допоміжним гідравлічним контуром (управління і підживлення). Він (наприклад, лівий) складається з допоміжного насоса Д/В1 шестерінчастого типу з приводом від електродвигуна головного насоса, фільтра Ф, блоку клапанів БК3, маслоохлоджувача 4 і бака поповнення Б1. Корпус насоса Н1 також є ємністю для робочої рідини. Фільтр Ф має запобіжний клапан, перепускає робочу рідину при значному засміченні фільтра. До складу блока БК3 входять підживлювальні безповоротні клапани 1 і запобіжний клапан 2.

Допоміжний контур поряд з підживленням забезпечує роботу засобів гідроавтоматики: блока управління БУ подачею головного насоса, гідрозамків ГЗ і клапана кільцювання КК1. На трубопроводі підживлення встановлений датчик тиску p1, який в разі падіння тиску (при великих витоках з системи) подає аварійний сигнал. У разі менш інтенсивних витоків виникає також сигнал від датчика аварійного рівня А, встановленого на баку Б1. На ньому є ще два датчика рівнів: нижнього Н і граничного Г/П. Узагальнений сигнал «Несправність гідросистеми» надходить на місток у вигляді звукового і світлового сигналів. Він також є керуючим електричним сигналом для клапана кільцювання КК1 (аналогічно КК2).

На центральний пост управління надходить узагальнений сигнал, що поєднує падіння тиску p1, граничний рівень Г/П в баку і максимальну температуру робочої рідини перед охолоджувачем 4 (від датчика Т). Це дозволяє контролювати роботу ГРМ і вживати своєчасних заходів для забезпечення її надійності.

Розглянемо експлуатаційні особливості і можливості даної ГРМ. Керуючий електричний сигнал при режимах «Автомат», «Слідкуючий» або «Простий» надходить з містка на прилад ІМ-2 і далі на блок управління БУ подачею насоса. Цей блок представляє собою гідравлічну слідкуючу систему управління (див. далі). Значенням і знаку керуючого сигналу відповідають кут нахилу люльки насоса, його подача і, отже, кут і напрямок перекладки руля.

При нормальній роботі використовують один головний насос (наприклад, Н1) і чотири циліндри рульового приводу. Силові контури з’єднані відкритими клапанами 1-4 в блоках БК1, БК2 і клапанами кільцювання КК1, КК2 (див. жирний контур), а насос Н2 відсічений від силового контуру своїми гідрозамками ГЗ.

У разі виникнення аварійного електричного сигналу він надходить на котушку золотника 1 клапана КК1 і зрушує золотник вправо, долаючи дію його пружини. Робоча рідина з контуру управління надходить через відкритий золотник 1 до торця основного золотника 2 і зрушує його вправо. Виконання цієї дії сигналізується на місток за допомогою кінцевого вимикача. При цьому лівий силовий контур відсікається, залишаючись деякий час працездатним, а правий переходить на режим кільцювання, тобто байпасирування циліндрів Ц3 і Ц4. В іншому випадку руль був би заклинений гідравлічним затвором і настала б відмова ГРМ. Одночасно автоматично включається насос Н2, відкриваються його гідрозамки, але він працює сам на себе, так як забайпасирований золотником 2 клапана КК1.

Далі відбувається пошук несправності. Якщо негерметичність опинилася в контурі насоса Н2, то датчик р2 показує знижений тиск, а тиск p1 в контурі підживлення насоса Н1 стабілізується. При цьому щит управління видає сигнал на зупинку насоса Н2. Якщо ж місце витоку знаходиться в контурі насоса Н1, то стабілізується тиск в контурі управління насоса Н2. Тоді надходить сигнал на відключення насоса Н1 і його клапана КК1, а клапан КК2 включається. При цьому золотник 2 клапана КК2 відсікає справний силовий контур насоса Н2 від несправного контуру Н1. ГРМ залишається працездатною. Руль перекладається з подвоєною швидкістю і розвиває момент, менший в 2 рази.

При відмові автоматичної системи поділу силових контурів, можливий ручний дистанційний поділ з містка, а при відмові останньої системи це можливо в румпельному приміщенні на щиті управління або рукояткою на самих клапанах КК1 і КК2.

Зрозуміло, розглянута автоматична система забезпечує підтримку часткової працездатності ГРМ при одиничній несправності в одному з силових контурів, але цього може виявитися достатньо для того, щоб уникнути аварії судна (зіткнення, посадки на мілину і тому подібне). Одночасно повинні бути вжиті рішучі дії для відновлення повної працездатності ГРМ, а саме: необхідно усунути негерметичність і заповнити гідросистему робочою рідиною. Для цього передбачено блок заправки БЗ, що складається з насосного агрегату 10, запобіжного клапана 11, фільтра 12, клапанів 1-9 і двох резервних цистерн 13 і 14, заповнених робочою рідиною і обладнаних необхідними стаціонарними трубопроводами. При нормальній експлуатації блок заправки БЗ також може бути використаний для заправки і осушення гідросистеми.

Аварійний агрегат АА складається з насоса 1 регульованої подачі, допоміжного насоса 2 постійної подачі, фільтра 3, підживлювальних безповоротних клапанів 4, здвоєного запобіжного клапана 5, запірних клапанів 6 і ємності 7 робочої рідини. Такий агрегат встановлюють на судні, якщо головний і допоміжний кермові приводи знаходяться в приміщенні, повністю або частково розташованому нижче найвищої вантажної ватерлінії. Сам агрегат розташований в приміщенні вище палуби перегородок. Він повинен забезпечувати перекладку повністю зануреного руля при швидкості руху вперед не менше 4 уз. Як бачимо, аварійний агрегат не дублює двоконтурну ГРМ. Він призначений для забезпечення часткової керованості судна на малому ходу в разі повного виходу з ладу (наприклад, при заливі/затоплені румпельного приміщення) ГРМ.

В даних рульових машинах використовують робочу рідину – масло Т46. Допускається заміна: Тп46, веретенне АУ, індустріальне І-20А, а також АУП. Робоча температура 3-59 °С, максимальна (протягом не більше 10 хв.) – 70 °С.

На схемі (див. рис. 3.3) позначені буквами а, b, с манометрові труби, причому лінії b і с мають розриви для спрощення.

3.4. Гідравлічна система двоконтурної плунжерної ГРМ (Stork, Нідерланди)

Гідравлічна система показана на рис. 3.4. Вона має аналогічні вище розгляданої системи принципи побудови, але є більш простою. Система включає чотириплунжерний рульовий привід з циліндрами 1-4, два насосних агрегату Н1 і Н2, блок управління БУ, два основних баки робочої рідини Б1, Б2 і резервний бак Б3, трубопроводи та прилади автоматики.

Гідросистема складається з двох однакових контурів, кожен з яких має один насос, два циліндри рульового приводу, один бак робочої рідини, свої запобіжні клапани і прилади. Наприклад, лівий контур включає насосний агрегат Н1, циліндри 3 і 4 рульового приводу, запобіжні клапани приводу 7, безповоротні клапани 6, насос регульованої подачі 10 з механізмом управління 9, електродвигун 8, допоміжний насос 11, запобіжні клапани 13 і 14, вентилятор 15, охолоджувач робочої рідини 16, фільтр 17 і бак Б1.

Загальним вузлом гідросистеми є блок управління БУ. Він забезпечує роздільну або спільну роботу обох гідравлічних контурів, а також роботу рульового приводу з двома або чотирма циліндрами від одного (будь-якого) насоса.

Рис. 3.4. Гідравлічна система двоконтурної плунжерної ГРМ (фірма Stork)

Принцип дії гідросистеми (наприклад, з лівим контуром) при нормальному режимі (середнє положення золотника 5, см. вузол 5) полягає в наступному. Насос 10 подає робочу рідину трубопроводом «а» (показано стрілками) через безповоротний клапан 7 в циліндр 4. Одночасно через золотник 5 робоча рідина надходить в трубопровід «с» і далі в циліндр 1. Таким чином працюють чотири циліндри. Баллер під дією плунжерів циліндрів 1 і 4 обертається за годинниковою стрілкою. Виштовхування робочої рідини (показано стрілками) відбувається з циліндра 3 трубопроводом «б», а з циліндра 2 трубопроводом «д» через золотник 5 в той же трубопровід «б» до насоса 10. Якщо насос 10 змінить напрямок подачі робочої рідини на зворотний (тобто трубопроводом «б»), то рух робочої рідини буде відбуватися тими ж трубопроводами, але в зворотному напрямку, а баллер буде обертатися проти годинникової стрілки.

При цьому ж нормальному режимі одночасно з лівим насосом Н1 може працювати також і правий насос Н2. Подача обох насосів підсумовується і баллер обертається з подвійною швидкістю. Такий режим роботи використовується при плаванні судна в складних навігаційних умовах (канали, протоки) для поліпшення маневреності судна.

Розглянемо аварійні режими роботи. Маємо на увазі, що працює лівий контур з насосом Н1 і чотирма циліндрами рульового приводу. Якщо сталася раптова розгерметизація діючої частини гідросистеми (значні витоки робочої рідини), то рівень в баку Б1 знизиться від нормального до нижнього «НУ/Р» і далі до аварійного «АУ/Р». Датчик цього рівня подає електричний сигнал на соленоїдну котушку золотника 5 (див. вузол 5). Він переміститься з середнього в ліве положення «А». При цьому робоча рідина від насоса Н1 продовжує надходити трубопроводом «а» в циліндр 4, але припиняється її подача через золотник 5 в циліндр 1. Трубопровід «с» відсікається від трубопроводу «а», але з'єднується з трубопроводом «д», тобто циліндр 1 з'єднується з циліндром 2, здійснюється їх байпасирування, а циліндри 3 і 4 продовжують працювати.

Якщо місце витоку виявилося відсіченим від діючого лівого контуру, то робота його стабілізується. Якщо ж ні, то рівень в баку 1 продовжує знижуватися і тиск в магістралі після допоміжного насоса 11 також зменшується. Датчик 12 подає електричний сигнал на іншу соленоїдну котушку золотника 5. Він переміщується в праве положення «Б» і одночасно включається в роботу правий насос Н2, а лівий насос Н1 відключається. При положенні золотника 5 в позиції «Б» насос Н2 подає робочу рідину через свій безповоротний клапан трубопроводом «с» в циліндр 1 і всмоктує її з циліндра 2 трубопроводом «д». Циліндри 3 і 4 байпасуються, так як трубопроводи «а» і «б» з'єднуються золотником 5. Таким чином нормально працює правий контур гідросистеми. Якщо припустити, що є друга негерметичність і в цьому контурі, то гідросистема виявиться непрацездатною. Вона спроектована згідно з критерієм «одиничної відмови» відповідно до такої вимоги ІМО.

Перемикання гідравлічних контурів можливо не тільки автоматично, але також вручну на містку і в румпельному відділенні.

При плаванні судна в різних районах і в літній час можливе значне підвищення температури робочої рідини (наприклад, до 70 °С). При цьому погіршуються її змащувальні властивості і можуть псуватися присадки. Для охолодження рідини передбачений холодильник 16 з вентилятором 15. Він включається за сигналом датчика «Т», який встановлений на баках Б1 і Б2. При цьому подається звуковий і світловий сигнал на місток. Такі сигнали подаються також при автоматичних перемиканнях гідравлічних контурів.

У гідравлічній системі передбачений бак Б3, в якому міститься запас робочої рідини, достатній для заповнення гідросистеми в разі її повного аварійного спорожнення. Відповідно до вимоги ІМО бак з'єднується з гідросистемою стаціонарним трубопроводом, а також є

спеціальний насос для заповнення гідросистеми робочою рідиною з цього бака.

Таким чином, розглянуті двоконтурні гідросистеми плунжерних рульових машин. Існують також аналогічні двоконтурні гідросистеми лопатевих рульових машин. Вони розроблені відповідно то тих же вимог ІМО.

3.5. Гідравлічна система поршневої ГРМ

Гідравлічна система є порівняно простою. В даному випадку застосовуються насоси постійної подачі, але можуть бути і регульовані.

Принцип дії коротко полягає в наступному. Після включення машини в роботу насос 10 працює постійно. При відсутності керуючого сигналу з містка золотник 6 утримується в середньому (нейтральному) положенні своїми пружинами і насос 10 працює в байпасному режимі («сам на себе»). З'єднання нагнітального і всмоктуючого трубопроводів забезпечує золотник 6. При цьому руль (румпель 1) загальмований в заданому положенні безповоротними клапанами 5.

При надходженні сигналу на одну з соленоїдних котушок золотник 6 буде передвинутий із середнього положення, наприклад, вліво. Робоча рідина від насоса 10 надходитиме лівим трубопроводом у верхню порожнину лівого циліндра і нижню порожнину правого циліндра 3. Румпель (руль) 1 буде повертатися проти годинникової стрілки. Після припинення керуючого впливу золотник 6 буде повернений в середнє положення своїми пружинами. Насос переходить на режим байпасирування, а руль зупиняється в необхідному положенні.

При надходженні керуючого впливу на іншу соленоїдну котушку золотник 6 переміститься в інше, наприклад, праве крайнє положення. При цьому зміниться напрямок потоку робочої рідини і руль (румпель 1) буде повертатися за годинниковою стрілкою.

Насоси можуть працювати окремо або разом при необхідності за рішенням судноводія. Спільна робота насосів підвищує швидкість перекладки руля і покращує таким чином маневреність судна в складних навігаційних умовах.

Клапани 4 оберігають гідросистему (насоси, поршневий привід) від перевантаження, що можливо, наприклад, при навалі на руль важких сторонніх предметів. Клапани спрацьовують при максимальному тиску, що дорівнює 1,3 ÷ 1,5 номінального тиску.

Поршневі ГРМ виробляються багатьма фірмами Німеччини, Великобританії, Нідерландів, Польщі і тому подібне.

Рис. 3.5 Гідравлічна система поршневої ГРМ (фірма Stork, Нідерланди)

4. ROTARY VANE STEERING GEAR	4. ЛОПАТЕВА ГІДРАВЛІЧНА РУЛЬОВА МАШИНА
4.1. General information	4.1. Загальна інформація
This instruction manual, issued for Frydenbe rotary vane rudder actuator, is prepared for use by the operating personnel.	Ця інструкція, що додається до рульового лопатевого приводу Frydenbо, призначена для використання обслуговуючим персоналом.
The operators should familiarize themselves with the working principles of the equipment and with the instructions and precautions contained herein.	Оператори повинні ознайомитися з принципами роботи обладнання і з інструкціями та правилами безпеки, що містяться в даному документі.
The manual should be kept handy for reference at all times so that the proper and correct operating instructions can be observed and followed.	Інструкція повинна бути доступна для використання в будь-який момент для того, щоб правила експлуатації можна було вивчати і виконувати.
No dismantling or adjusting work should be started unless the pertinent instructions have been carefully studied so that the work sequence is clear and all of the necessary tools are available.	Демонтаж або регулювання не повинні розпочинатися, якщо відповідні вказівки не були ретельно вивчені, послідовність роботи не ясна або не всі необхідні інструменти є в наявності.
It is of paramount importance that extreme cleanliness is observed during all work on the equipment.	Першочергове значення має дотримання чистоти протягом всієї роботи на обладнанні.
Sand, dust, or other impurities are detrimental to the hydraulic equipment and will most likely impair the proper operations.	Пісок, пил або інші домішки шкідливі для гідравлічного обладнання і негативно впливають на нормальну роботу.
Keep hands and tools clean.	Тримайте руки та інструменти в чистоті.
Use only clean linen rags, — never cotton waste.	Використовуйте тільки чисті лляні ганчірки, ніколи не користуйтеся ганчіркою з бавовни.
Ulstein Frydenbo is ready to be of assistance and service at all times and will appreciate the operator's comments on any phase of the equipment's operation and it's maintenance.	Ulstein Frydenbo готовий надати допомогу в обслуговуванні в будь-який час і гідно оцінить коментарі операторів на будь-якому етапі роботи на даному обладнанні та його обслуговуванні.
The Frydenbo steering gear is composed of one hydraulic rotary vane actuator mounted directly on the rudder stock, served by two pump units delivering the necessary oil pressure for operating the rudder.	Рульова машина Frydenbo складається з одного лопатевого гідравлічного приводу, встановленого безпосередньо на баллері. Він обслуговується двома насосними агрегатами, що забезпечують тиск масла, необхідне для роботи рульової машини.
The two pump units may be operated together or separately.	Два насосних агрегату можуть працювати разом або окремо.
Each pump unit will provide oil with sufficient pressure to develop the specified rudder torque.	Кожний насосний агрегат може забезпечити тиск масла, достатній для розвитку необхідного крутного моменту на баллері руля.
When cruising at sea, only one pump unit is normally in operation while the other is acting as a stand-by unit.	При русі в морі тільки один насосний агрегат, як правило, в роботі, а інший використовується в якості резервного.
During manoeuvre of the vessel, when the shortest possible steering time is required, it is possible to run both pump units simultaneously whereby the rudder rate will be doubled.	Під час маневру судна, коли вимагається найкоротший час перекладки руля, можна використовувати обидва насосних агрегати одночасно, в результаті чого швидкість перекладки руля буде подвоєна.
The pump units are equipped with solenoid valves, which are normally operated by means of signals from the bridge steering controls.	Насосні агрегати оснащені електромагнітними клапанами, які зазвичай управляються за допомогою електричних сигналів від органів управління на містку.
The pump is submerged in the oiltank.	Кожен насос занурений в резервуар з маслом.
The tank is divided into two chambers, one for each pump unit, with one low level alarm-switch in each of the chambers.	Резервуар розділений на дві камери, по одній для кожного насосного агрегату, з одним датчиком сигналізації низького рівня масла в кожній камері.

4.2. Technical data
A. Rudder actuator.
Type RV 2050-2 RV-1650
Rudderstock diameter, mm 550 550
Maximum rudder angle, degr 2 x 67,5 2 x 37,5
Maximum oil pressure, bar 90 74
Relief valve setting, bar 90 74
Design torque, kNm 2282 1392
Steering time (35-0-30) degr with one pump running.max, sec 56 28
Steering time (35-0-30) degr with two pumps running max, sec 28 14
B. Pump unit.
Revolution, R.P.M. 3500 3500
Capacity at 3500 R.P.M., L/min 351 532
Relief valve setting, bar 72 70
Maximum temperature system, °C 70
Water oil cooler type B1030
High temperature alarm, °C 70
Max inlet water temperature, °C 36
Max water working pressure, bar 15
Max water pressure drop over cooler, bar 0,1
Water fiow rate, L/min 25
C. Electric motor
Type ABB - 200
Rating, kw 43 52
Revolution, R.P.M. 3500
D. Oil capacity
Rudder actuator, litres 600
Pump units 2x500 litres= 1000
Integrated storage tank, litres 500
Pipe lines / hoses, litres 50
Oil recommendations.
Using oil other than specified by Rolls-Royce Marine may cause malfunctions when maneuvering the vessel. This may cause personal injury and equipment damage. Before using other brands, please contact Rolls-Royce Marine. Do not mix oils. The performance of a steering gear is highly dependent on the viscosity of the hydraulic oil. When choosing oil for the hydraulic equipment, it is important that the temperature conditions where the equipment is to be operating are considered. Oil temperature should be limited to 70°C. For vessels operating worldwide, we recommend oil according to ISO-VG 68 mmzls (cSt) at 40° C. Index of minimum 110. The oil must be checked regularly for contamination, and the oil companies recommendation for change of oil to be followed. Change the oil when laboratory tests show: -high neutralizing number -low remaining amount of EP-additives -high amount of insoluble particles in the oil -jil cleanliness is no longer within 1815 according to ISO 4406, or class 9 according to NAS 1638. -if components in the hydraulic system have been broken down. The following hydraulic oils are approved and recommended by Rolls-Royce Marine (табл. 1.1).
4.2. Технічні характеристики рульових машин
A. Рульовий привід.
Тип.
Діаметр баллера.
Максимальний кут перекладки руля.
Максимальний тиск масла.
Тиск спрацьовування запобіжного клапана.
Момент крутний момент (розрахунковий).
Максимальний час перекладки руля з одним насосом (35-0-30) = 65 град.
Максимальний час перекладки руля з двома насосами (35-0-30) = 65 град.
B. Насосний агрегат.
Оберти.
Подача.
Тиск спрацьовування запобіжного клапана.
Максимальна температура масла в системі.
Тип водного охолоджувача масла.
Температура спрацьовування сигналізації.
Максимальна температура води на вході
Максимальний робочий тиск води
Максимальне падіння тиску води в охолоджувачі
Витрати води
C. Електродвигун
Тип
потужність
оберти
D. Обсяг масла
Рульовий привід
насосні агрегати
Загальний бак
Трубопроводи / шланги
Рекомендації з вибору масла
Використання масла, крім рекомендованого Rolls-Royce Marine, може привести до несправності при маневруванні судна. Що, в свою чергу може привести до травм персоналу і пошкодження обладнання. Перед використанням інших брендів, будь ласка, зв'яжіться з Rolls-Royce Marine. Не змішуйте масла. Ефективність рульового механізму в значній мірі залежить від в'язкості гідравлічного масла. При виборі масла для гідравлічного устаткування важливо, щоб дотримувалися рекомендовані температурні умови. Температура масла не повинна перевищувати 70 °С. Для суден, що працюють по всьому світу, ми рекомендуємо масло відповідно до ISO-VG 68 mmzls (сСт) при температурі 40 °С. Мінімальний індекс 110.    Масло необхідно регулярно перевіряти на предмет забруднення, а також необхідно виконувати рекомендації виробників по заміні масла. Замініть масло, коли лабораторні тести показують:    - великий нейтралізуючий коефіцієнт;    - знижений вміст EP- добавок;    - високий вміст нерозчинних часток у маслі;    - чистота мастила не відповідає ISO 4406 або класу 9 згідно NAS 1 638;    - якщо елементи гідравлічної системи були зруйновані.    Наступні гідравлічні масла схвалені і рекомендовані Rolls-Royce Marine (табл. 4.1).
Таблица 4.1 - Марки масел
Manufac- turer	Oil type	Kinematic viscosity(cSt)				Pour point
		V-ind.	0 C	40 C	100 C
BP	Energol bartran HV68	153	550	67	10,8	-30
CASTROL	Hyspin AWH-m 68	150	580	68	10,9	-39
CHEVRON	EP hydraulic oil 68HV	152	650	68	8,8	-30
TOTAL	Visga 68	155	700	73	11,7	-36
ESSO	Unvis N 68	155	560	66	10,7	-36
GULF	Gulf Sea Hydraulic HVI Plus 68	148		68,9		-30
MOBIL	Mobil DTE 10 Excel 68	156		68,4	11,17	-39
NYNAS	Hydol 68	150	500	58	9,6	-39
REGINOL	Reginol AOR-68	110	830	64	8,5	-30
SHELL	Tellus T 68	161	500	64,2	10,9	-42
TEXACO	Rando HDZ 68	181	500	69	12,3	-36
STATOIL	Hydraway HVXA 68	172		62	11	-39
Рис. 4.1. Лопатева гідравлічна рульова машина: 1 – масляний бак, 2 – електродвигун гвинтового насоса, 3 – лопатевий привід

   

   

   

   

   Таблиця 4.2 – Рульові машини фірми Rolls-Royse

Type	Max. stock dia.(mm)	Max. working torque(kNm)	Max. rudder angle	Weight approx. kg
RV range
RV 550-2	370	568	2 x 71,5	3500
RV 700-2	410	677	2 x 71,5	5000
RV 850-3	420	853	2 x 46,5	3700
RV 900-2	450	874	2 x 71,5	6000
RV 1050-3	450	1015	2 x 46,5	5000
RV 1100-2	510	1094	2 x 71,5	8000
RV 1350-3	495	1312	2 x 46,5	6000
RV 1400-2	500	1412	2 x 71,5	8100
RV 1650-3	550	1641	2 x 46,5	8000
RV 1700-2	560	1708	2 x 71,5	11000
RV 2050-2	580	2028	2 x 71,5	12000
RV 2600-3	620	2563	2 x 46,5	11500
RV 2700-2	650	2666	2 x 71,5	15000
RV 3050-3	660	3043	2 x 46,5	12000
RV 4000-3	700	4000	2 x 46,5	15000
RV 3050-2	700	3050	2 x 71,5	20000
RV 4200-2	730	4200	2 x 71,5	24000
4-vane
RV 4500-4	850	4500	2 x 36,5	22000
RV 6000-4	850	6000	2 x 36,5	26000
IRV range
IRV 2050-2	580	2028	2 x 71,5	12000
IRV 2700-2	650	2666	2 x 71,5	15000
IRV 3050-2	700	3050	2 x 71,5	20000
IRV 4200-2	730	4200	2 x 71,5	24000
IRV 4500-4	850	4500	2 x 36,5	22000
IRV 6000-4	850	6000	2 x 36,5	26000

   4.3. The actuators – лопатеві приводи

           

а) б)

Рис. 4.2. Рульовий лопатевий привід: а) загальний вигляд, б) вид зверху зі знятою кришкою: 1 – Housing (корпус); 2 – Cover (кришка); 3 – Safety relief valve (запобіжний клапан); 4 – Vane seal (ущільнення рухомої лопаті); 5 – Stopper seal (ущільнення нерухомої лопаті); 6 – Stopper (нерухома лопать); 7 – Vane (рухлива лопать); 8 – Rotor (ротор)

                                             

   Рис 4.3. Трилопатевий рульовий привід: 1 – ущільнення нерухомої лопаті; 2 – ущільнення рухомої лопаті

Рис. 4.4. Схема лопатевої ГРМ

На рис. 4.4 показана схема лопатевої ГРМ. Принцип її дії наступний. Дволопатевий ротор 2 безпосередньо з'єднаний з баллером 3 ркля (в даному випадку за допомогою конусного з'єднання і шпонки) і може обертатися в тому чи іншому напрямку всередині циліндра (корпусу) 1 приводу, нерухомо скріпленого з фундаментом за допомогою фланця 5. Усередині циліндра розміщені жорстко скріплені з ним нерухомі лопаті 4. Обсяг циліндра, таким чином, розділений на 4 порожнини (в трилопатевий приводі – на 6 порожнин), дві з яких (А) – напірні, а дві інші (В) – зливні. Зазори між деталями лопатевого приводу герметичні завдяки ущільнюючим пристроям 6.

   Під дією тиску робочої рідини, що створюється насосами 7, обертаються ротор приводу і з'єднаний з ним баллер руля. Зміна напрямку обертання здійснюється зміною напрямку потоку робочої рідини. У насосах регульованої подачі це досягається зміною позитивного ексцентриситету негативним (або навпаки), а при обслуговуванні гідросистеми насосами постійної подачі – золотниково-розподільним пристроєм.

Lock valve.

The automatic lock valve mounted on the actuator consists of a housing, where both pipes from the pump unit are connected.

Between inlet and outlet there is a pilot-piston which operates the two spring-loaded valves.

Case 1. Steering takes place.

Oil pressure from the pump unit opens both the inlet and the outlet side of the valve.

Case 2. The actuator closed-rudder blocked.

When there is no oil supply, the valves are kept closed by spring load.

   

Гідрозамок (Рис 4.5; 4.6).

Автоматичний запірний клапан, встановлений на приводі, складається з корпусу, де обидві труби з насосного блока з'єднані.

Між входом і виходом є керуючий поршень, який діє на два підпруженних клапана.

Варіант 1. Ротор обертається (руль рухається). Тиск масла від насосного агрегату відкриває вхідний і вихідний клапани.

Давление масла от насосного агрегата открывает входной и выходной клапаны.

Варіант 2. Ротор зупинений (руль заблоковано).

Коли немає руху масла від насоса, клапани закриті силою пружин.

Рис 4.5. Гідрозамок відкритий (руль перекладається): 1 – корпус, 2 – стакан замикаючий, 3 – шпиндель регулювальний, 4 – пружина

               

Рис 4.6. Гідрозамок закритий (руль зупинено)

   

Safety valve	Запобіжний клапан (рис. 4.7; 4.8)
There is one safety valve-block on the actuator consisting of:	Існує один запобіжний клапан (блок) на приводі, що складається з:
1. Pilot relief valve.	1. Керуючий клапан
2. Pilot piston.	2. Штовхач
3. Check valve.	3. Зворотний клапан
4. Springloaded main valve.	4. Головний клапан
5. Adjusting screw for relief pressure.	5. Гвинт
Normal running condition:	Нормальний робочий стан:
Case 1: the working pressure, P1, opens the check valve, 3, and will keep the safety valve in closed position.	Варіант 1: робочий тиск P1 відкриває зворотний клапан 3 і буде тримати запобіжний клапан 4 в закритому положенні.
Safety valve opens:	Запобіжний клапан відкривається.
Case 2: if the pressure increases to maximum, P2, which is the opening pressure for the pilot relief valve, 1, the springloaded main valve, 4, will be pushed over and the maximum pressure will be relieved over to the suction side.	Варіант 2: якщо тиск підвищується до максимального P2, то керуючий клапан 1 відкривається і підпружинений головний клапан 4 зрушиться на себе (вправо). При цьому надлишковий тиск знижується і клапан 4 закривається.

   

   

   

   

Рис 4.7. Запобіжний клапан закритий: 1 – керуючий клапан, 2 – штовхач, 3 – зворотний клапан, 4 – головний клапан, 5 – регулювальний гвинт.

Рис. 1.8. Запобіжний клапан відкритий.

2. FUNCTIONING OF THE ROTARY VANE STEERING GEAR	5. ФУНКЦІОНУВАННЯ ЛОПАТЕВОЇ РУЛЬОВОЇ МАШИНИ
2.1. Functioning of the pump control unit	5.1. Режими роботи гвинтового насоса
	5.1.1. Байпасний режим роботи насоса
The steering gear is normally operated from the steering controls initiating the pilot valve solenoids.	Рулевая машина обычно управляется включением электромагнитных управляющих золотников. Рульова машина зазвичай управляється включенням електромагнітних керуючих золотників.
For emergency operation, the pilot valves are equipped with push button controls which make it possible to operate the steering gear manually from the steering gear compartment.	Для роботи в аварійному режимі керуючі клапани оснащені кнопками управління, які дозволяють працювати з рульовою машиною вручну з румпельного приміщення.
1). Solenoid - Pilot valve.	Електромагнітний керуючий золотник.
2). Safety relief valve.	Запобіжний клапан.
3). Control valve.	Основний золотник.
4). By-pass valve.	Перепускний клапан.
Fig. 2.1 shows the pump unit when idling.	На рис. 5.1 показано золотниковий пристрій при байпасному режимі роботи насоса.
The control valve, 3, and the solenoid valve, 1, are kept in center position by spring load when no steering signal is given.	Електромагнітний керуючий золотник 1 і основний золотник 3 при відсутності керуючого сигналу залишаються в центральному положенні.

Рис. 5.1. Робота золотникового пристрою при байпасному режимі

5.1.2. Beginning of steering (modulated flow)	5.1.2. Початок процесу перекладки руля
Steering is carried out by operating the solenoid valve (1).	Управління здійснюється електромагнітним золотником (1).
Fig. 5.2 on the diagram shows the beginning of the steering process when the right solenoid is operated.	На рис. 5.2 показано початок процесу перекладки руля, коли включений правий електромагніт (золотник зміщений вліво).
The control valve (3) will be pushed over to the right side, by the oil pressure in the left chamber.	Основний золотник (3) буде переміщатися вправо під тиском масла в лівій камері.
The control valve (3) is now at the beginning of its stroke.	Основний золотник (3) тепер знаходиться на початку свого ходу.
Some of the oil flows through the throttling slots to the actuator, and overflow is by-passed at the by-pass valve (4) back to the suction side of the pump.	Частина потоку масла через прорізи золотника 3 направляється до приводу, а надлишкове скидається через байпасний клапан (4) назад до всмоктуючої сторони насоса.
The smaller oil volume being directed gradually to the actuator will give a soft start.	Чим менший обсяг масла направляється поступово до приводу, тим плавніше пуск.

Рис. 5.2 Робота золотникового пристрою на початку процесу перекладки руля

5.1.3. Functioning of the pump / control unit	5.1.3. Управління насосом при нормальній перекладці руля
After approximately one second, the control valve (3) is moved over to it's end position, see fig. 2.3	Приблизно через одну секунду, основний золотник (3) переміщується в праве крайнє положення, див. рис. 5.3
The oil-flow from the pump has now free passage from channel (C) into pipe (B) leading to the actuator.	Потік масла від насоса має тепер вільний прохід з каналу (C) в трубопровід (B), що веде до лопатевого приводу.
The return oil from the actuator flows through pipe (A) and has free passage to channel (D) and back to the suction side of the pump.	Повернення масла від приводу відбувається через трубопровід (А), в канал (D), тобто на сторону всмоктування насоса.
Примітка: принцип дії золотникового пристрою при різних режимах роботи (рис. 5.1-5.3) більш детально розглянуто в роботі [1, рис. 3.9-3.12]
5.1.4. Setting of the relief valve		5.1.4. Регулювання запобіжного клапана
Relief valve (Item 2)		Запобіжний клапан (елемент 5 на рис. 5.4).
When the oil pressure, «а», exceeds the preset value of the valve spring load, the valve, 5, will open (fig 2.4).		Коли тиск масла «а» перевищує задане значення навантаження пружини клапана, клапан 5 відкриється (рис. 5.4)
The pressure oil will flow to channel «в» and the pressure behind the by-pass valve (7) will drop.		Масло буде надходити в канал «в» на всмоктування насоса.

Рис 5.3. Робота золотникового пристрою під час перекладки руля

Now the by-pass valve will open, allowing the oil (D) to flow to the return channel «в».		Тепер перепускний клапан відкриється, дозволяючи маслу (D) надходити в поворотний канал «в».
Opening pressure for relief valve, see technical data sheet.		Значення тиску відкриття запобіжного клапана зазначено в технічній характеристиці.
To increase the pressure, turn adjusting screw, 6, clockwise.		Для збільшення тиску слід повернути регулювальний гвинт 6 за годинниковою стрілкою.
Safety valve opening pressure has been set during assembly by the suppliers and possible adjustment should only be carried out by a competent person.		Тиск відкриття запобіжного клапана було встановлено під час складання виробником, тому коригування повинна проводитися тільки компетентною особою.
Emergency operation.		Аварійне управління (рис. 5.5).
During emergency operation the solenoid valves 1 can be manually operated by means of manual controls on the solenoid valves.		Під час роботи рульової машини в аварійному режимі електромагнітні золотники 1 (див. рис. 5.1) можуть управлятися вручну.
Note: "Local/Remote"- switch, S3, on starter cabinets, has to be in local position during emergency operation.		Примітка: в цьому випадку перемикач «Місцеве/Дистанційне» повинен бути в положенні «Місцеве».
Use handle attached to the pump unit to operate the manual controls.	Використовуйте рукоятку аварійного управління рульовою машиною, прикріплену до насосного агрегату.

Рис. 5.4 Запобіжний клапан

Рис. 5.5. Аварійне (ручне) управління