книги из ГПНТБ / Баснин Р.В. Конструкция корпуса и рулевое устройство надводного корабля

Основными частями всякого руля (рис. 29) являются: перо, представляющее собой вертикальную пластину, и бал- i лер — вертикальный вал, соединенный с пером, служащий для закрепления пера руля на корпусе корабля. Баллер явля­ ется осью вращения пера руля.

Типы рулей. Все руля, в зависимости от расположения пера руля относительно оси вращения (баллера), разделя­ ются на три основных типа (рис. 29):

1)рули обыкновенные, у которых вся площадь пера рас­ полагается в корму от оси вращения;

2)баллансирные рули, у которых часть площади пера руля располагается в нос от оси вращения. Часть площади пера, расположенная в нос от оси вращения,' называется

распространяется не по всей его высоте.

Наибольшее применение на военных кораблях получили балансирные и полубалансирные рули.

Преимущество балансирных и полубалансирных рулей, обусловившее их применение в военном кораблестроении, заключается в том, что у них, как видно из рис. 29, центр дав­ ления (точка приложения равнодействующей сил давления воды на перо руля О) располагается ближе к оси враще­ ния, чем у рулей небалансирных (h<h), следовательно, и момент сопротивления, создаваемый этой силой относи­ тельно оси вращения, будет меньше, то есть М2 = Nl2<Mi = A'h. А это значит, что для перекладки балансирного руля потре­ буется меньшая мощность рулевой машины. Иначе говоря, при перекладке балансирного руля давление воды на балан­ сир оказывает действие одного направления с вращающим моментом рулевой машины, что и позволяет применить руле­ вую машину меньшей мощности и повышает скорость пере­

баллера руля в корпусе корабля,— на рули подвесные и полуподвесные.

В настоящее время рули с плоским (пластинчатым) пером применяются лишь на катерах. Большинство же современных кораблей снабжаются рулями с профилированным пером, ибо оно лучше обтекаемо, чем в значительной степени снижа­ ется сопротивление воды движению корабля.

40

(5) и системы горизонтальных (6) и вертикальных (7) ребер жесткости, прочно закрепленных на рудерписе (10). Рудерпис является основной прочной связью пера руля и выполняется литым. Он воспринимает крутящий момент от баллера руля и передает его на перо руля. В верхнюю и нижнюю часть

болтов.

Внутренняя полость пера руля создает ему плавучесть и заполняется крошеной пробкой с нефтяным пеком либо пено­ пластом, или остается пустой.

Форма пера руля для каждого корабля выбирается в зависимости от характера его кормовых обводов, а также от числа гребных винтов.

Водонепроницаемость в месте прохода трубы баллера через обшивку корпуса, называемого гельмпортом, обеспечи­ вается двусторонним сплошным сварным швом.

Баллер закрепляется в корпусе корабля посредством двух подшипников, расположенных внутри корпуса. Нижний под­ шипник (Б) состоит из бронзовой втулки (вкладыша), запрес­ сованной в верхнюю часть трубы баллера. Верхний подшии-

41

ник (А )— шариковый радиально-упорный — установлен в корпусе (16), прикрепленном к специальному фундаменту под палубой. Баллер в верхнем подшипнике закрепляется гайкой (19). Оба подшипника при движении корабля воспри­ нимают горизонтальные силы давления воды на перо руля. Верхний подшипник, кроме того, воспринимает вертикальные усилия от веса всего руля.

Таким образом, баллер руля вместе с пером оказывается как бы «подвешенным» внутри корпуса корабля. Поэтому такие рули называются п о д в е с н ы м и .

На среднюю часть баллера насажена ступица румпеля (17), которая соединена с баллером при помощи трех призматиче­

ей конструкции он аналогичен рассмотренному балансирному подвесному рулю, отличаясь от него только способом закреп­ ления в корпусе корабля и соединением пера руля с баллером. Здесь баллер закрепляется в рудерписе посредством конусного соединениям котором он затягивается гайкой (4).Для устра­ нения проворачивания баллера в рудерписе на протяжении почти всей высоты конуса поставлена шпонка (7). Такая конструкция закрепления баллера считается наилучшей и является особенно удобной для снятия руля с корабля.

Баллер вращается в двух подшипниках: нижнем (В) и верхнем (Д). Нижний подшипник располагается с н а р у ж и корпуса корабля и состоит из бронзового вкладыша, встав­ ленного сверху в отверстие, выточенное в пятке ахтерштевня. Хвостовик баллера является штырем, посредством которого руль опирается в этом подшипнике. Верхний подшипник нахо­ дится внутри корпуса корабля и представляет собой бронзо­ вый вкладыш, вставленный в гельмпортовое отверстие ахтер­ штевня. Для обеспечения водонепроницаемости над вклады­ шем располагается уплотняющий сальник (5). Оба указан­ ных подшипника воспринимают при движении корабля только горизонтальное усилие от давления воды на перо руля. Вертикальные же усилия от веса всего руля восприни­ маются горизонтальным подшипником (9), расположенным снаружи корпуса на верхней части пяты ахтерштевня.

Такой руль принято называть п о л у п о д в е с н ы м , ибо он снаружи корпуса имеет дополнительную опору для балле­ ра (подшипник В), соединенную непосредственно с ахтерштевнем корабля.

42

Действие руля на корабль. При прямом положении руля (рис. 32) давление воды на его перо одинаково с обеих сторон и корабль движется прямолинейно, если на него не действуют внешние силы (волна, течение и др.).

Если на ходу корабля его руль переложить от прямого положения на какой-то угол а, то в результате неравномер­ ного давления воды на обе стороны пера руля возникает сила N, направленная в сторону меньшего давления и прило­ женная в центре давления пера руля точки О. Приложим в центре тяжести корабля точке G две уравновешенные силы, то есть равные по величине и противоположно направленные, параллельные нормальной силе давления N на руль. Тогда силы N (помеченные двумя черточками) создадут пару сил

с плечом Gk, момент которой M B=N-Gk будет отклонять корабль от первоначального направления движения в сторону перекладки руля. Оставшуюся силу N (без черточек), прило­ женную в центре тяжести корабля, разложим на две состав­ ляющие силы: силу D, действующую перпендикулярно движе­ нию корабля, и силу Т, действующую против движения корабля.

Сила D, действуя перпендикулярно движению корабля, вызывает боковое смещение корабля, то есть дрейф, и назы­ вается с ил о й д р е йфа . Сила Т, действуя против движения корабля, уменьшает его скорость и называется с ил о й т о р м о ж е н и я .

Таким образом, при перекладке руля от прямого положе­ ния корабль совершает вращательное движение относительно

рабля. Уменьшение скорости хода корабля будет тем больше, чем больше угол перекладки руля, что видно из следующей формулы: T = N-sina.

Рулевые приводы

Устройство или механизм, предназначенный для передачи вращающего момента от рулевой машины к баллеру руля, на­ зывается р у л е в ы м п р ив о д о м . Составной частью всякого рулевого привода является румпель, представляющий собой одноплечий или двуплечий рычаг, насаженный на верхнюю часть (головку) баллера. Посредством румпеля производится перекладка руля. Румпель в виде одноплечего рычага, име­ ющего форму стержня, насаженного на баллер параллельно диаметральной плоскости, называется п р о д о л ь н ы м р у м ­ пелем. Румпель в виде двуплечего рычага, имеющего форму

4 3

Применяемые на кораблях рулевые приводы разделяются на м е х а н и ч е с к и е и г и д р а в л и ч е с к и е .

Из механических рулевых приводов, осуществляющих непосредственную жесткую связь рулевой машины с баллером, наибольшее распространение получили з у б ч а т ы е с е к т о р ­ ные пр ив о д ы. Они устанавливаются преимущественно на малых кораблях (тральщиках, противолодочных кораблях и др.), на которых для поворота руля требуется сравнительно небольшой крутящий момент (порядка 35—40 тм)..

баллера с помощью шпонки. Сектор имеет свободную посадку на баллер, но' через амортизирующие (буферные) пружины (3) связан с румпелем. Он находится в постоянном зацеплении зубчатым ободом (4) с цилиндрической шестер­ ней (5), получающей вращение от рулевой машины через редуктор. Вращение от цилиндрической шестерни (5) пере­ дается на сектор, а с сектора через амортизирующие пружины и румпель —-на баллер, благодаря чему и происходит пере­ кладка руля. Амортизирующие (буферные) пружины (3) ослабляют толчки от ударов волн, льдин и задевания пера за грунт и предотвращают разрушение привода или других деталей рулевой машины.

Г и д р а в л и ч е с к и е р у л е в ы е приводы, передающие усилия от рулевой машины баллеру руля посредством жид­ кости (масла) под давлением, разделяются по числу гидрав­ лических (силовых) цилиндров. Обычно применяются гидрав­ лические рулевые приводы с одним, двумя и четырьмя гид­ равлическими цилиндрами.

На рис. 34 показан гидравлический рулевой привод, состоящий из четырех цилиндров (1) и (2), в которых пере­ мещаются поршни (3) со штоками (4), штоки поршней соединены с концами поперечного румпеля (5) при помощи скользящих муфт (6) и (7). Румпель (5) при помощи шпо­ ночного соединения закреплен на верхней части (голове) баллера (8). Гидравлические цилиндры (1) и (2) работают совместно (попарно), для этого они связаны общими трубо­ проводами (9) и (10). Трубопроводы (9) и (10) соединены с масляным насосом переменной производительности (11), являющимся составной частью электрогидравлической рулевой машины.

44

При нагнетании насосом переменной производительности масла, в трубопровод (9) и одновременном отсасывании масла из трубопровода (10) в гидравлических цилиндрах (Г) дав­ ление повышается, а в цилиндрах (2) падает, в результате чего перемещение плунжеров в цилиндрах (1) вызовет вращение румпеля по часовой стрелке, а руль будет пере­ кладываться на левый борт. При нагнетании насосом масла

втрубопровод (10) и отсасывании масла по трубопроводу

(9)румпель (8) под действием работы гидравлических ци­ линдров (2) повернется против часовой стрелки и переложит руль на правый борт.

Гидравлические рулевые приводы позволяют осуществить большие вращающие моменты на голове баллера руля (150—300 тм), работают плавно и бесшумно, надежны в экс­ плуатации и могут действовать в затопленно-л румпельном помещении, повышая тем самым живучесть всего рулевого устройства. Кроме того, они амортизированы от всевозмож­ ных нагрузок на перо руля. Эти преимущества гидравличе­ ских приводов обусловили их широкое применение на боль­ ших быстроходных кораблях (крейсерах, эсминцах, ракетных кораблях и др.), где для перекладки руля требуется большой крутящий момент.

В последнее время гидравлические рулевые приводы уста­ навливаются также на кораблях небольшого водоизмещения (тральщиках, кораблях противолодочной обороны, десант­ ных кораблях и др.). На них, как правило, применяются гидравлические приводы с двумя или с одним гидравличе­ ским цилиндром, осуществляющие меньшие вращательные моменты.

Принцип действия рулевого привода с двумя гидравли­ ческими цилиндрами аналогичен принципу действия гидрав­ лического привода с четырьмя цилиндрами, при этом поворот румпеля производится под действием плунжера только одного цилиндра.

Гидравлический привод с одним цилиндром (рис. 35) имеет два поршня (1), штоки (2) которых шарнирно связаны с двумя румпелями (3); соединительная тяга (2) синхрони­ зирует перекладку рулей на левый и правый борт.

При нагнетании масла насосом переменной производи­ тельности в полость (5) и одновременном отсасывании масла из полостей (6) поршни в цилиндрах расходятся и произво­ дят перекладку рулей на левый борт. При нагнетании масла

вполость (6) и одновременном его отсасывании из полости

(5)поршни будут сходиться и произведут перекладку рулей

на правый борт.

45

Р у л е в ы е м а ш и н ы

Рулевой машиной называется механизм, развивающий усилие, необходимое для перекладки руля посредством руле­

насоса переменной производительности (НПП) и электродви­ гателя.

Насос переменной производительности предназначается для нагнетания масла под большим давлением в работающие цилиндры гидравлического рулевого привода при одновре­ менном отсасывании масла из неработающих цилиндров. Он получил такое название потому, что обладает способностью изменять количество подаваемой жидкости в единицу вре­ мени, то есть производительность, а также направление тече­ ния жидкости при неизменной стороне вращения и постоян­ ном числе оборотов вала насоса. От изменения производи­ тельности насоса зависит скорость перекладки руля, а изме­ нение направления течения жидкости в системе влечет пере­ мену направления перекладки руля.

Идея устройства насоса переменной производительности

цилиндров. В цилиндры вставлены поршни (3). Каждый поршень шарнирно соединен со своим ползуном (4). Ротор вращается при помощи электромотора вокруг центральной части насоса, разделенной неподвижной перегородкой (5), всегда в одну и ту же сторону (указано стрелкой). Ползуны при вращении ротора скользят по направляющему (скользя­ щему) кольцу (6), которое при помощи цапф (7), проходя­ щих через корпус насоса, может перемещаться только вправо

рис. 34, с цилиндрами гидравлического привода.

Принцип действия насоса заключается в следующем. При вращении ротора (блока цилиндров) против часовой стрелки в том случае, когда вертикальная ось ротора совпадает с вер­ тикальной осью направляющего кольца, заключенные в ци-

46

линдры поршни не получат в них никакого поступательного движения, и жидкость, заключенная в насосе над поршнями, будет участвовать только во вращательном движении всей

линдров некоторое смещение: часть поршней левой половины насоса войдет в цилиндры, а поршни правой половины на неко­ торую величину выйдут из цилиндров. Вследствие наличия некоторого эксцентриситета при вращении ротора в ту же сторону (против часовой стрелки) поршни в нижней части будут удаляться от центра, в верхней части — приближаться к центру; такое движение поршней будет осуществлять всасы­ вание в нижней полости центральной части и нагнетание в ее верхней полости. Следовательно, в данном случае, трубо­ провод (10) будет всасывающим, а трубопровод (9) — нагнетающим. При перемещении направляющего кольца влево и при вращении ротора в прежнем направлении трубо­ провод (9) будет всасывающим, а трубопровод (10) — нагне­ тающим.

Величина перемещения направляющего кольца по гори­ зонтали от среднего положения обусловливает величину хода поршней, а следовательно количество подаваемой насосом жидкости, то есть изменяет производительность насоса.

Таким образом, регулируя перемещение направляющего кольца, можно произвести:

непрерывную работу электродвигателя насоса. Применяемые на кораблях насосы переменной производи­

тельности в зависимости от класса корабля имеют про­ изводительность 50—150 л/мин и развивают давление

60—150 кг!см2.

Перемещение направляющего кольца насоса вправо и влево и возвращение его в среднее исходное положение, то есть вклю­ чение и выключение насоса осуществляется рулевым из постов управления рулем (ходовой рубки, ЗКП и др.) при помощи специального механизма управления насосом пере­ менной производительности, называемого п р и в о д о м у п р а в л е н и я р у л е в о й ма ши н ы.

Приводы управления рулевой машины

Для управления рулевой машиной на кораблях устанав­ ливаются гидравлические и электрические приводы управле­ ния.

47