книги из ГПНТБ / Головин Ю.К. Судовые электрические приводы. Устройство и эксплуатация учебник

Формула (188) справедлива, когда момент М 0 противодействует движению. В противном случае следует М 0 считать отрицательным и

пользоваться формулой

где ртах — максимальное рабочее давление насосов. Обычно ртпу = = (70,'100, 140) кгс/см2.

Выбор насоса и электродвигателя. Объем перекачиваемой жидко­ сти за требуемое время Тт_у перекладки на нормированный угол

Тогда средняя секундная производительность насоса будет

V

вающий постепенное нарастание и снижение производительности в на­ чале и конце перекладки, снижение частоты вращения двигателя, увеличение утечки масла при возрастании давления.

По максимальному давлению ртах и номинальной производитель­ ности выбирается насос для проектируемого рулевого привода.

Мощность, развиваемая двигателем насоса, зависит от производи­ тельности и давления. Эти величины не остаются постоянными при ра­

ЙБ2 m R o т|б Цр.м

По формуле (193) может быть построен график изменения давле­ ния от угла поворота р = f (а), как это показано на рис. 150. При а = 0 давление р0 определяется силами трения в опорах баллера и в кине-

240

матнческом механизме гидравлической передачи. По площади ограни­ ченной кривой давлений находят р ср. Проще всего это сделать графи­ чески, как выполнено на рис. 150, перемещением линии ав параллельно оси абсцисс, в положение, когда площадь прямоугольника авсо будет

равна площади, отсеченной линией давления (площадь заштрихована). Номинальная мощность двигателя определится:

Ю2т]Пас

где . ртр = 3,5 4 кгс/см2 — потери давления в трубопроводах;

Лиас = 0|7 “I- 0,85 — к. п. д. насоса.

Выбираемый из каталога на основании расчетной мощности электро­ двигатель должен иметь частоту вращения, соответствующую частоте вращения насоса.

Особенности проверок рулевого ИД. Проверки имеют целью уста­ новить соответствие выбранного двигателя действительным условиям работы на рулевую нагрузку.

Проверка на продолжительность

Диаграмма учитывает снижение по­ дачи масла при увеличении давлений за счет утечек, за счет уменьшения частоты вращения двигателя, а также нарастание и снятие подачи за счет действия кинематики системы управ­ ления насосом. Вся диаграмма по уг­ лу разбивается на ряд (пять-шесть) зон, для которых находится среднее действующее значение производитель­ ности. Каждой угловой зоне соответ­ ствует определенный путь, проходи-

мый плунжером рулевой машины, что в свою очередь определяет объ­ ем жидкости, необходимый для перемещения в зоне. Разделив объем на среднюю производительность, находят время перекладки в преде­ лах участка. Полное время, равное сумме составляющих по зонам, не должно превышать заданного Гту.

Проверка на нагрев. При сдерживании судна на курсе углы пере­

кладки сравнительно невелики. Работа рулевой машины происходит при малых нагрузках и давлениях. Исполнительный двигатель вращает иасос, развивая неизменный момент, близкий к моменту холостого хо­ да агрегата. Отсутствие пусковых режимов ИД делает проверку на на­ грев для рассматриваемого случая нецелесообразной.

При маневрировании руль перекладывается с борта на борт. Дав­ ление в цилиндрах при бортовых положениях превышает среднее расчетное. Поэтому ИД в это время будет перегружен.

241

В соответствии с требованиями Регистра СССР тепловое состояние двигателя должно быть исследовано для получасового режима непре­ рывных перекладок. Это может быть выполнено различными способами, в том числе и методом среднеквадратичного момента. Для оценки вре­ мени перекладки tt по зонам строится диаграмма производительности

насоса в пределах углов ± а тах. Здесь используются все построения и приемы, которые были выполнены при проверке на продолжитель­ ность перекладки. Момент М г, развиваемый электродвигателем в каж­

дой зоне, находится по формуле

где QYct. i— установленная (без учета утечки жидкости) производи­

тельность насоса в пределах зоны; pi — среднее давление в выбранной зоне.

Среднеквадратичный момент и условие проверки определятся:

Т^к

m Ui

2 и

/=1

При сопоставлении номинальный момент двигателя должен быть приведен к условиям 30-минутного режима.

Проверка перегрузочной способности ИД. Выбираются тяжелые ре­

жимы работы рулевой машины, когда развиваются наибольшие давле­ ния, например при выполнении S-образной эволюции или заднем ходе судна. Иногда такой режим просто связывают с настройкой по давле­ нию предохранительных клапанов гидравлической рулевой машины. Максимальный момент, рассчитанный по формуле (195), не должен превышать допустимого перегрузочного момента электродвигателя.

§ 60. Механизмы управления рулевыми электрогидравлическими

приездами

А. Механизмы управления с насосами постоянной производительности

Типовая схема управляющего устройства пред­ ставлена на рис. 151. Органом смены направления подачи масла на вы­ ходе в каналах а и Ь, связанных с цилиндрам^ рулевой машины, яв­ ляется гидрозолотник. В цилиндре 3 располагается поршень 4, кото­

рый под действием штоков 7 может перемещаться и занимать три раз­ ных положения. Штоки связаны с соленоидными электромагнитами МЛ и МП, обеспечивающими возможность дистанционного управления.

При выключенных электромагнитах посредством пружин поршень устанавливается в среднем положении, что изображено на рисунке. В этом случае каналы 5 гидрозолотника связывают всасывающую и на-

242

гнетающую магистрали насоса Я, постоянно вращаемого электродви­ гателем ИД. Магистрали а, б силовых цилиндров рулевой машины пе­ рекрыты. Масло забирается насосом из бака 6 и сливается снова в бак.

Емкость бака обеспечивает отвод тепла, выделяемого в рассматривае­ мом режиме холостой прокачки масла.

При подаче питания в электромагнит МП поршень смещается впра­ во, его секция 1 устанавливается в средней части цилиндра, обеспечи­

вая связь магистралей насоса и цилиндров рулевой машины. Причем

ропривода или вручную. В некоторых случаях рассматриваемый ме­ ханизм сам используется как один из промежуточных каскадов управ­ ления сервоприводом устройств большой выходной мощности.

Б. Механизмы управления насосами переменной производительности

Для перекладки руля в электрогидравлических системах с насосом переменной производительности требуется сместить манипулятор насоса (создать эксцентриситет). Усиление на управляю­ щем органе насоса достигает (300 ч- 1500) кгс. Это вызывает необходи­ мость установки вспомогательного сервопривода, обеспечивающего одновременно возможность дистанционного управления. Процесс пе­ рекладки тогда содержит четыре раздельные операции: включение сер­ вопривода; отключение в положении, когда задана максимальная подача насоса; обратное включение сервопривода; отключение его точно

впозиции нулевой производительности. Точная остановка манипуля­ тора в нейтральном положении, в условиях, когда сервопривод обла­ дает свойством выбега после отключения за счет запасенной энергии

вдвижущихся массах, при описанном способе, методом отдельных опе­ раций практически невозможна. Поэтому с целью упрощения способа управления рулем, обеспечения устойчивости управления, сервопри-

243

вод снабжается специальным кинематическим устройством, связываю­ щим задающий орган, манипулятор насоса и баллер руля. Рассмотрим некоторые из таких механизмов.

Управляющий механизм с рычажным дифференциалом (рис. 152). Приводы с таким типом управления установлены на многих судах, на­ пример на теплоходах серий «Михаил Калинин», «Выборг», «Красмоград», лесовозах типа «Волголес» и др.

Рассмотрим принцип действия кинематического механизма, раз­ бив процесс управления на ряд простых операций. Перекладка руля задается включением электрического серводвигателя CPI (СР2 —• резервный).Дифференциальный редуктор ДфР вращает винтовой шпин­ дель 1, который перемещает по горизонтали каретку 2. Пусть, напри­ мер, каретка переходит из точки г в точку д. Дифференциальный рычаг ДР, поворачиваясь вокруг неподвижной точки в, смещает тягу 3 мани-

Рис. 152. Схема управления гидравлической рулевой машиной с рычажным диф­ ференциалом:

а — кинематическая; б — с электрическим сервоприводом и гидроусилителем

пулятора насоса Н1. Начинается подача масла в гидроцилиндры руле­

вой машины, руль перекладывается по часовой стрелке.Тягой обрат­ ной связи 10 дифференциальный рычаг ДР, поворачиваясь вокруг точ­ ки д, смещает манипулятор в сторону нейтрального положения, до­ стигнув которого в точке ж, перекладка прекращается.

Изменение направления подачи насоса и соответственно обратная перекладка руля происходят при перемещении каретки в другую сто­ рону. Каждое положение каретки после отработки определяет соот­ ветствующий угол поворота руля.

Величина эксцентриситета насоса равна 15—25 мм; тяга манипу­ лятора, пройдя это расстояние, проходит до упора. Перемещение в этих пределах обычно соответствует заданию перекладки руля на 5—6°. При задании больших углов, когда манипулятор достигает положения упора, дифференциальный рычаг ДР при перемещении каретки будет

244

поворачиваться в шарнире связи его с управляющей тягой насоса. Движение будет происходить за счет сжатия или растяжения пружи­ ны Пр, являющейся составной частью рычага 10.

Перекладка на основной части пути ведется при максимальной про­ изводительности насоса с примерно постоянной скоростью. Лишь при подходе к заданному положению, за 5—6°, подача насоса постепенно уменьшается. Пружина Пр одновременно служит демпфером при удар­

ных нагрузках на баллере. При случайных стравливаниях баллера через рычаг ДР задается необходимая производительность насосу,

иположение восстанавливается.

Вдинамике, когда перемещение каретки и баллера происходит од­ новременно, дифференциальный рычаг суммирует оба движения и за­ дает подачу насоса, эквивалентную разностному положению каретки

ибаллера в каждый данный момент.

При управлении оператор следит за движением каретки по аксио­ метру заданного положения, датчик которого Д2 связан через редук­

тор со шпинделем. Действительный угол руля контролируется по аксио­ метру, работающему от баллера через датчик Д1. Сельсины-приемники, связанные с Д1 и Д2, совмещаются в одном двухстрелочном приборе

заданного и действительного положения. Дистанционное управление осуществляется посредством серводвигателей, местное — штурвалом 4. В схемах автоматического действия элементы обратной связи ДОС, путевые и конечные выключатели КВ, ВП механически связаны не с от­

рабатывающим органом — баллером, а с задающим — кареткой. Кон­ структивно они объединяются в едином блоке 5.

Мощность электрических серводвигателей составляет 0,3—0,8 кВт. Вместо электрического сервопривода с редуктором ДфР и шпин­

делем некоторые фирмы применяют гидравлические механизмы.

На рис. 152, б представлен электрический сервопривод с проме­

жуточным гидроусилителем. Такая схема широко используется в оте­ чественных рулевых системах последних выпусков (РЭГ-8). Гидроуси­ литель состоит из золотника 7 и силового цилиндра 8, шток которого 6

действует на управляющий рычаг манипулятора насоса. Дифферен­ циальный рычаг 9 обеспечивает обратную связь между золотником и рабочим поршнем. Передвигая с помощью серводвигателя СР и ры­ чажной системы поршень золотника 9, сообщают полости цилиндра 8

с насосом системы управления. Шток поршня при перемещении воз­ вращает через рычаг 9 золотник в нейтральное положение.

В рассматриваемой системе положение выходного рычага от сер­ водвигателя СР определяет перемещение управляющей каретки 12, связанной со штоком 6, которая в свою очередь устанавливает угол по­

ворота руля. Аксиометр задания поворота обычно связывают через ре­ дуктор с серводвигателем СР, мощность которого составляет 10— 15 Вт.

В качестве двигателей используются хорошо управляемые и регулируе­ мые бесконтактные высоконадежные двухфазные асинхронные машины с полым ротором.

Управляющий механизм с кулачковым дифференциалом (рис. 153). Применяется в отечественных рулевых машинах РЭГ-2, РЭГ-3. Меха­ низм управления включает в себя дифференциальный редуктор ДР,

245

связанный через червячные зацепления с электрическими серводвига­ телями CPI, СР2 соответственно правого и левого бортов. Через про­ межуточные передачи КПЗ, КП1 (КП2 — на правый борт) управляю­ щее действие передается на шестерню 1 кулачкового дифференциала КД1, который и является элементом, суммирующим движение за­ дающего валика (шестерня 1) и валика обратной связи (шестерня 3). Обратная связь (0С1) выполнена в виде зубчатого колеса, обкатываю­

щегося по рейке, закрепленной на ползунах рулевой машины. В диф­ ференциальном кулачковом редукторе КД1 при повороте сателлита 2

получает перемещение жестко связанный с ним профильный кулачко­ вый диск 4, который находится в кулачковом зацеплении с рейкой ма­ нипулятора насоса Н1. Поворот кулачка 4 вызовет линейное переме­

щение манипулятора, причем зависимость между углом поворота диска и величиной сдвига манипулятора нелинейная, определяется не только

ня 1 посредством одного из серво­

двигателей, управляемого из рулевой рубки, перемещается на некото­ рый угол, соответствующий необходимой перекладке руля. Величина угла контролируется по двухстрелочному аксиометру, один из сельси­ нов-приемников которого связан с сельсином-датчиком Д2, работающим от задающего валика. Вместе с шестерней 1 повернется и кулачковый диск 4. Обеспечится смещение манипулятора и соответствующая подача

насоса. Руль будет перекладываться в заданном направлении. По кана­ лу обратной связи шестерня 3 будет перемещать кулачковый диск в

обратном направлении. Подача насоса прекратится, когда положение отрабатывающей шестерни <? будет строго соответствовать'положению управляющей шестерни 1, т. е. когда руль переложится па заданный

•угол. В схемах управления следящего и автоматического действия-об-

246

ратная связь по углу перекладки руля вводится не от баллера, а от за­ дающего валика. От него также приводится в действие путевой меха­ низм с конечными выключателями.

Электрогидравлический механизм с рычажным дифференциалом (рис. 154). Применяется в рулевых машинах большой мощности (РЭГ-4, РЭГ-11) с максимальным моментом на баллере 90 тс-м и более. Отличительной особенностью системы является наличие двух каскадов гидроусиления 1ГУ, 2ГУ, ограничителя мощности ГОМ, исключающе­

го перегрузку исполнительного электродвигателя. На рисунке пока­ зана кинематическая схема взаимодействия элементов правого бор­ та. Дублирующая система левого борта имеет аналогичное устрой­ ство.

Рассмотрим работу системы при перекладке руля на левый борт. Направления движения ее элементов для этого случая показаны па схе­ ме сплошными стрелками.

При повороте штурвала поста управления ПУ на пропорциональный угол поворачивается ротор бесконтактного сельсина-датчика СД. Ро­ тор соединенного с ним сельсина-приемника СП поворачивается на та­

кой же угол. Удельный момент на его валу составляет 32 • 10~4 кгс • м/1°. Через червячный редуктор ЧР и пружинный рычаг редуктора ПРР

сельсин смещает вниз (на схеме) шток золотников гидроусилителя первого каскада 1ГУ. К золотниковому устройству подводится под

давлением жидкость, которую нагнетает небольшой шестеренный насос гидроусилителя 1НГ с отдельным электродвигателем ДНГ. При смеще­

нии золотников вниз жидкость поступает в верхнюю полость силового

247

цилиндра гидроусилителя. Плунжер 1ГУ опускается и при помощи первого дифференциального рычага 1ДР возвращает шток золотника

в прежнее положение. Золотник перекрывает выходное отверстие, и плунжер останавливается в определенном положении, зависящем от того, насколько был смещен вниз шток золотника, т. е. от того, на какой угол был повернут штурвал поста управления. Одновременно плунжер поворачивает выходной вал ВВ и укрепленный на нем рычаг.

Усилие на конце рычага возрастает до 60 кгс за счет энергии, подведен­ ной к электродвигателю насоса гидроусилителя.

При повороте выходного вала поворачивается на определенный угол промежуточный вал ПРВ, смещая вниз (на схеме) тягу ТГУ гидроуси­ лителя второго каскада 2ГУ. Одновременно поворачивается ротор сельсина-датчика заданного угла ДЗУ. Он соединен с сельсином-при­ емником ПЗУ, который поворачивает одну из стрелок двухстрелочного рулевого указателя РУ на посту управления. По ней ориентируются,

задавая поворотом штурвала нужный угол перекладки руля. Тяга гидроусилителя 2ГУ смещает шток золотников вверх (на схеме). В ниж­

нюю полость силового цилиндра поступает под давлением масло от шестеренного насоса гидроусилителя 2НГ, соединенного с насосом переменной производительности НПП и приводящегося в действие его электродвигателем ДН. Плунжер 2ГУ передвигается вверх и при помо­ щи второго дифференциального рычага 2ДР возвращает золотник на

прежнее место, останавливаясь после этого в определенном положе­ нии. При движении он при помощи третьего дифференциального рыча­ га ЗДР смещает манипулятор насоса на определенную величину, зави­ сящую от того, насколько был смещен золотник 2ГУ, или, в конечном счете, от того, на какой угол был повернут штурвал ПУ. Усилие на

штоке силового цилиндра достигает величины 1450 кгс.

Насос подает жидкость в цилиндры I I I и I I гидравлической маши­ ны, и руль поворачивается на левый борт. При этом румпель Р смещает вправо (на схеме) первую тягу обработки 1ТО, а она передвигает вниз вторую тягу 2ТО (направление движения при отработке показано пунк­ тирными стрелками). Эта тяга при помощи рычага ЗДР возвращает

обратно манипулятор насоса в тот момент, когда руль достигает задан­ ного угла перекладки. Контроль осуществляется при помощи сельсинадатчика отработанного угла ДОУ, который соединен с сельсином-при­ емником ПОУ, поворачивающим вторую стрелку РУ на посту управле­

ния. Таким образом, система управления — следящая.

Если во время перекладки руля давление в цилиндрах гидравли­ ческой машины превысит уставку гидравлического ограничителя мощ­ ности ГОМ (100кгс/см2 при наибольшем рабочем давлении в системе

135 кгс/см2), то его клапан преодолеет пружину и впустит жидкость в силовой цилиндр (на схеме снизу). Плунжер ограничителя скачком сместится вверх и при помощи рычага ЗДР отведет манипулятор в сто­

рону уменьшения производительности насоса. Эксцентриситет при этом окажется равным (604-65)% максимального. Соответственно умень­ шается и подача насоса. При повороте штурвала ПУ в обратную сто­

рону система работает таким же образом, но все ее элементы переме­ щаются и поворачиваются в противоположном направлении.

248

§ 61. Схемы управления электрогидравлическими рулевыми приводами

Агрегат электродвигатель — насос является пре­ образователем электрической энергии в гидравлическую. Работа пре­ образователя является необходимым условием готовности рулевого привода к действию. Электродвигатель насоса со схемой управления собственно представляет силовой привод рулевой системы.

Схема силового привода предусматривает дистанционный пуск и остановку электродвигателя из нескольких мест, включая рулевую рубку и румпельное отделение. Управление обычно производится па­ кетными переключателями, имеющими фиксацию положения, что обес­ печивает самозапуск ИД после возможного перерыва питания. Схемы основного и дублирующего привода аналогичны. Обычно предусмат­ ривается автоматический ввод резервного агрегата при выходе из строя основного. Режим пуска мало отличается от разгона большинства при­ водов машинного отделения. При постоянном токе осуществляется автоматизированный вывод двигателя на естественную характеристику. Число ступеней зависит от мощности привода. Ускорение контроли­ руется реле времени. На переменном токе применяются короткозамк­ нутые асинхронные электродвигатели с включением на сеть посредст­ вом магнитных пускателей. Двигатели большой мощности пускаются с помощью токоограничивающих схем, сопротивлений в цепи статора или предвключением автотрансформатора. Разгон также контроли­ руется реле времени.

Контакторная станция управления силовым приводом устанавли­ вается в румпельном отделении. Там же устанавливается и щиток пи­ тания рулевого устройства, напряжение на который подается по двум независимым линиям, разведенным по бортам. Автоматы, установлен­ ные на ГРЩ и АРЩ, защищают фидеры и схему от коротких замыка­ ний.

На каждом фидере имеется контактор, контролирующий наличие напряжения питания. При выходе из строя работающего фидера кон­ тактор его отключается и своим блок-контактом замыкает цепь катушки контактора резервного фидера. Продолжительность переключения пи­ тания, когда схема остается без напряжения, составляет доли секунды. Двигатель насоса за это время почти не уменьшает частоты вращения. Поэтому переход с основного фидера на резервный практически не сопровождается повторным пуском ИД.

Состояние силового привода контролируется системой сигнализа­ ции; звуковой и ламповой. Так, в румпельном отделении на щитке для каждого фидера устанавливаются сигнальные лампы наличия питания. Контакторные стации имеют световые табло, свидетельствующие о на­ хождении данного агрегата в работе. Аналогичные лампы находятся

впостах дистанционного пуска исполнительных двигателей, а также

впосту управления рулем, в рулевой рубке. Перегрузка привода конт­ ролируется с помощью тепловых или токовых, с выдержкой времени>

249