2. Механизмы управления насосами переменной подачи

Основные сведения

Для перекладки руля в электрогидравлических системах с насосом переменной подачи требуется сместить манипулятор насо­са (создать эксцентриситет). Это достигает

ся вспомогательным сервоприводом, в котором используются передачи электрического и гидравлического типов.

При электрической системе передачи опера­тивные функции в румпельном отделе

нии выполняет ЭД, называе­мый серводвигателем.

При гидравлической системе передачи для воздействия на манипулятор использу

ют гидравлический серводви­гатель (типа толкателя). Процесс перекладки руля при уп-

равлении сервоприводом содержит 4 основные операции:

1. включение серво­привода;

2. отключение в положении, когда задана максимальная подача насоса;

3. обратное включение сервопривода ( реверс );

4. отключение его точно в позиции нулевой последовательности.

Точная остановка манипулятора в нейтральном положении в условиях, когда

сервопривод обладает свойством выбега после отключения благодаря запасенной энер-

гии в движущихся частях, при описанном способе методом отдельных операций практи

чески невозможна.

Поэтому для упрощения способа управления рулем, обеспечения устойчиво­сти управления сервопривод снабжают кинематическим устройст­вом, связывающим задаю-

щий орган, манипулятор насоса и баллер руля.

Рассмотрим некоторые из таких механизмов.

Механизм управления НПП типа ИМ-1

Предполагает структуру, где отрицательной обратной связью в автоматическом и сле­дящем режимах охватывается сервопривод. Используется в РЭГ-при­водах вновь строящихся судов с рулевыми машинами типизированного ряда.

Прибор ИМ-1 по устройству аналогичен ИМ-2 (см. рис. 267), у которого выходом является не рейка 5, а поворотный валик 7. Послед­ний имеет пружинный нуль-установи-

тель и связан с золотником управ­ляющего гидромеханизма поворота люльки насоса.

При простом управлении режимная стабилизация достигается чет­кой работой пружинного нуль-установителя, снимающего подачу гид­ронасоса при отключении серводвигателя.

В следящем режиме напря­жение сельсин-трансформатора 8 характеризует положе-

ние управляю­щего органа. Это напряжение и является электрической обратной связью, замыкающей контур, состоящий из усилителя и серво­привода.

Сервомеханизм размещается на насосе и воздействует на манипу­лятор через встро-

енный промежуточный гидроусилитель.

На эксплуатируемых судах широко используется схема механизма управления, где обратной связью охвачены рулевая машина и насос переменной подачи. Эта обратная связь механическая, жесткая. Выполняется посредством специальных кинематических устройств, предопределяющих относи­тельную близость размещения насоса и рулевой машины.

Механизм управления НПП с рычажным диф­ференциалом

Приводы с таким типом управления (рис. 268) установлены на многих судах, например на теплоходах серий «Михаил Калинин», «Выборг», «Красноград», лесовозах типа теплоход «Волго-лес» и др.

Рулевой привод имеет два насоса переменной подачи HI (H2 - не показан), каждый из которых вращается своим исполнительным двига­телем М1(М2).

Тяга 1 манипуляторов является общей для обоих на­сосов; при необходимости они могут работать на рулевую машину одно­временно.

Рассмотрим принцип действия кинематического механизма, разбив процесс управ

ления па ряд простых операций.

Рис. 268. Схема управления гидравлической рулевой машиной с рычажным дифференциалом

Перекладка руля зада­ется включением электрического серводвигателя МЗ (М4). Через диф­ференциальный редуктор ДФР вращается винтовой шпиндель 3, ко­торый перемещает по горизонтали каретку 2.

Пусть, например, каретка переходит из точки г в точку д. Дифференциальный рычаг ДР, связан­ный с кареткой, поворачиваясь вокруг неподвижной точки в, смещает тягу 1 манипулятора насоса H1.

Начинается подача масла в гидроци­линдры рулевой машины, руль перекладывает-

ся по часовой стрелке. Тягой обратной связи 4 дифференциальный рычаг ДР, поворачива-

ясь вокруг точки д, смещает манипулятор в сторону нейтрального положе­ния, достигнув которого в точке ж, перекладка прекращается.

Изменение направления подачи насоса и соответственно обратная перекладка руля происходит при перемещении каретки в другую сто­рону.

Значение эксцентриситета насоса равно 15 - 25 мм; тяга манипулято­ра, пройдя это расстояние, доходит до упора. Перемещение в этих пре­делах обычно соответствует заданию перекладки руля на 4 - 5°.

При задании больших углов, когда манипулятор достигает положения упо­ра, дифференциальный рычаг ДР при перемещении каретки будет по­ворачиваться в шарнире связи его с управляющей тягой насоса. Движе­ние будет происходить из-за сжатия или растяжения пружины Пр, являющейся составной частью рычага 4.

При углах, больших 4 - 5°, перекладка на основной части пути ведется при макси-

мальной подаче насоса, примерно с постоянной скоростью. Лишь при подходе к заданно-

му положению за 4 - 5° подача насоса постепен­но снимается.

Пружина Пр одновременно оказывает демпфирующее действие при ударных нагрузках на баллере. При случайных откло­нениях баллера, через рычаг ДР, задается необходимая подача насосу и положение восстанавливается.

В динамике, когда перемещение каретки и баллера происходит од­новременно, дифференциальный рычаг суммирует оба движения и зада­ет подачу насосу, эквивалентную разностному положению каретки и баллера в каждый данный момент.

Повышенная скорость каретки срав­нительно с баллером всегда обеспечивает выход насоса на максималь­ную подачу при больших углах перекладки.

Действительный угол руля контролируется по аксиометру, работающему от балле-

ра через датчик ВС1. При управлении оператор следит за движением каретки по аксио­метру заданного положения, датчик которого ВС2 связан через редук­тор со шпинделем. Сельсины-приемники, электрически связанные с ВС1 и ВС2, совмещаются в одном двухстрелочном приборе заданного и действительного положений.

Дистанционное управление осуществля­ется посредством серводвигателей, местное - штурвалом 5.

В схемах автоматического действия элементы обратной связи В, путевые и конеч­ные выключатели SQ конструктивно представляются одним блоком 6, механически связан

ным не с отрабатывающим органом - баллером, а с задающим - кареткой.

Мощность электрических серводвигателей составляет 0,3—0,8 кВт.

Механизм управления НПП с кулачковым дифференциалом

Применяется в отечествен­ных рулевых машинах РЭГ-2, РЭГ-3.

Показан на рис. 269.

Рис. 269. Кинематическая схема рулевого сервомеханизма с кулачковым дифференциалом

Механизм управления вклю­чает в себя дифференциальный ре­дуктор ДР, связанный через чер­вячные зацепления с электрически­ми серводвигателями МЗ, М4, со­ответственно правого и левого бор­та.

Через промежуточные передачи КПЗ, КП1 (КП2 — на правый борт) управляющее действие пере­дается на шестерню 1 кулачкового дифференциала КД1, который и яв­ляется элементом, суммирующим движения задающего валика (ше­стерня 1) и валика обратной связи (шестерня 3).

Обратная связь (0С1) выполнена в виде зубчатого коле­са, обкатывающегося по рейке, за­крепленной на ползунах рулевой машины. В дифференциальном ку­лачковом редукторе ДР1 при повороте сателлита 2 получает перемещение жестко связанный с ним про­фильный кулачковый диск 4.

Диск 4 находится в кулачковом зацепле­нии с рейкой манипулятора насоса H1. Поворот кулачка 4 вызовет ли­нейное перемещение манипулятора, причем зависимость между углом поворота диска и сдвигом манипулятора нелинейная, определяемая не только профилем кулачкового зацепления, но и диаметром диска.

Перемещение манипулятора будет происходить при малых углах пово­рота диска (соответствующих 4 - 5° поворота руля). При уг­лах, больших 4 - 5°, линейно движущийся кулачок 5 выходит из углубления и скользит по ребру диска 4. Таким образом подача насоса нарастает только при малых углах поворота кулачкового элемента и остается постоянной при больших углах.

Угол поворота кулачка 4 будет равен разности углов поворота задаю­щей шестерни 1 и шестерни обратной связи 3. В исходном положении эта разность равна нулю.

Кулачковый диск стоит в положении, когда насос не имеет подачи.

При работе задающая шестерня 1 посредством одного из серводви­гателей, управля

емого из рулевой рубки, перемещается на некоторый угол, соответствующий необходимой перекладке руля.

Угол поворота контролируется по двухстрелочному аксиометру, один из сельси-

нов-приемников которого связан с сельсином-датчиком ВС2, работаю­щим от задающего валика. Вместе с шестерней 1 повернется и кулачко­вый диск 4. Обеспечивается смещение манипулятора и соответствующая подача насоса. Руль будет перекладываться в заданном направлении.

По каналу обратной связи шестерня 3 будет перемещать кулачковый диск в обратном направлении.

Подача насоса прекратится, когда поло­жение отрабатывающей шестерни 3 будет строго соответствовать поло­жению управляющей шестерни 1, т. е. когда руль переложит-

ся на за­данный угол.

В схемах управления следящего и автоматического дей­ствия обратная связь по углу перекладки руля вводится не от баллера, а от задающего валика. От него также приводится в действие путевой механизм с конечными выключателями.