4 Курс / СЭП / Судовые электроприводы учебное пособие

Этой передаточной функции соответствует характеристическое уравнение второго порядка. Вещественные и отрицательные корни этого уравнения определяют условия устойчивости контура и отсутствие колебательных процессов в динамическом режиме. Численно эти условия выразятся неравенством

4T4 K4 K5 K7 <1 4T 4 K 4 K 5 2 K 7 <1.

Повышению устойчивости способствует снижение постоянной времени сервопривода. Поэтому в схемах такого рода наиболее широко применяются двухфазные асинхронные электродвигатели с полым ротором, имеющие малый маховой момент. Увеличение коэффициента усиления повышает точность обработки, но отрицательно сказывается на устойчивости.

При работе в следящем режиме общий сигнал, подаваемый на вход усилителя, состоит из трех составляющих:

Uвх U8 U7 U6 ,

где U8 – напряжение, пропорциональное повороту пу поста управления; U7 – напряжение, пропорциональное перемещению з золотника гидроусилителя; U6 – напряжение, пропорциональное углу поворота пера руля.

В согласованном положении, когда = 0, U7= 0 (γ з = 0, насос не имеет подачи) U8= U6. При задании перекладки перемещением поста управления равновесие U8 = U6 нарушается (например, U8 > U6).

Люлька насоса поворачивается, появляется напряжение U 7 ,

которое стремится компенсировать утраченное равновесное состояние. При малых углах перекладки (до 5°) U7 уравновешивает U8, и серводвигатель в этом случае останавливается. По мере поворота руля происходит увеличение U6, так что сумма (U6 + U7) становится больше U8. Серводвигатель изменяет направление вращения. Насос уменьшает подачу. В новом согласованном положении U7 = 0, равновесие восстанавливается U8 = U6. Поворот золотника гидроусилителя γз не превышает 15–30°. При учете масштабных соотношений, принятых в схеме формирования управляющего сигнала U вх , это

соответствует углу поворота руля 5–10°. Поэтому при перекладке на большие углы после выхода насоса на максимальную подачу параметр U7 сохраняет постоянное значение, соответствующее принятому предельному повороту золотника γ з max .

Суммарное напряжение U6+ U 7 не уравновешивает задающее

21

U8 и на серводвигателе СР образуется положительный управляю-

щий сигнал. Серводвигатель развивает вращающий момент. В то же время золотник гидроусилителя достиг конечного положения и его дальнейший поворот невозможен. Для облегчения теплового режима работы серводвигателя в кинематической связи между ним и золотником предусматривается пружинная муфта проскальзывания. При подходе к заданному положению = (4 ÷ 5°) серводвигатель останавливается, и в дальнейшем обратным вращением уменьшает подачу насоса от максимальной до нуля, так же как и при перекладке на малые углы.

Дроссельный механизм с электромашинным приводом

Применяется в отечественных авторулевых АТР, «АИСТ», «Печора», выпускаемых в ГДР. На рис. 1.14 показана схема кинематического механизма, имеющего заводской индекс ИМ-2, предназначенного для управления насосами нерегулируемой подачи в схеме АТР.

Электродвигатель 1 через шестеренчатую механическую передачу 4 перемещает выходную рейку 5, связанную с дросселиру-

Для уменьшения времени возврата и соответственно сокращения выбега руля кинематическая связь серводвигателя 1 и рейки 5 на

22

этот период может быть разорвана посредством электромагнитной муфты 2. Исследования показали, что эффективность работы муфты сравнительно невелика. Поэтому в управляющих механизмах авторулевых «АИСТ», «Печора» от ее использования отказались.

Максимальное перемещение выходного органа регулируется механическим ограничителем 9. Пружинная муфта проскальзывания 3 исключает стоянку серводвигателя под током при достижении предельного положения. Рукоятка 10 служит для местного (аварийного) ручного управления рулем непосредственно из румпельного отделения. Обратная связь по положению управляющей рейки осуществляется от сельсина-трансформатора 8.

Механизм управления насосами переменной подачи с рычажным дифференциалом

Приводы с таким типом управления (рис. 1.15) 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 управления на ряд простых операций.

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 перекладывается по часовой стрелке. Тягой обратной связи 4 дифференциальный рычаг ДР, поворачиваясь 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.

23

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 баллера через датчик ВС1. При управлении оператор следит за движением каретки по аксиометру заданного положения, датчик которого ВС2 связан через редуктор со шпинделем. Сель- сины-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 связанным не с отрабатывающим органом – баллером, а с задающим – кареткой. Мощность электрических серводвигателей составляет 0,3–0,8 кВт.

1.3.Схемы управления РЭГ-приводами

1.3.1.Схема электрогидравлического привода рулевого

устройства

Контакторы 1К и 2К (рис. 1.16) обеспечивают подключение второго фидера при исчезновении напряжения на первом. После пуска двигателя 1АД через замкнутые 1РТ и 2РТ получает питание 1Р и контактом 1Р1 обрывает питание реле времени 1РВ, а контактом 1Р2 – цепь питания ревуна РВ. Катушка 2Р находится под напряжением и замкнув свой контакт 2Р, подготавливает цепь питания 5Р и РВ. Так как контакт 1РВ2 Н.З, горит 3ЛС. В случае перегрузки АД1 реле РТ оборвет питание 1Р и его контакты замыкаются: 1Р1 подает питание на 1РВ, а 1Р2 – на ревун. Кнопкой КСС можно снять питание ревуна через контакты 5Р. Размыкающие с выдержкой времени при замыкании 1РВ1 обеспечат работу катушки 1РВ и 3ЛС в прерывистом режиме. Схема 2АД работает аналогично.

25

Рис. 1.16. Схема электрогидравлического привода рулевого устройства

1.3.2. Схема управления рулевым устройством по системе Г-Д

При включении «Р» зажигается ЛСЖ (рис. 1.17). Для пуска ДП нажимаем КП. Получит питание «Л», шунтируется КП и запускается ДП. Одновременно получает питание 1РП, которое, открыв свой контакт, отключает ЛСК, С3 и 2РП. ДП вращает «Г» и «В». Возбудитель «В» возбуждает ДИ (Д1) (обмотка НОДИ подключается через 2СД и 3СД). Перекладка пера руля осуществляется постановкой командоконтроллера в положение согласно таблице замыканий контактов. Одновременно с замыканием К5 шунтируется 2СД и ДИ получает полное возбуждение. Скорость перекладки зависит от величины сопротивления в цепи НОГ. Путевые выключатели ВП срабатывают согласно таблице замыканий.

При перегрузке срабатывают 1РТ и 2РТ, обрывается питание 1РП и его размыкающий контакт 1РП замыкает цепь питания ЛСК и С3. Звуковой сигнал снимают кнопкой «К», подавая питание на

2РП.

26

1.4. Мощность и энергетическое состояние ИД РЭМ-приводов. Мощность и энергетическое состояние ИД РЭГ-приводов

1.4.1. Расчет и выбор мощности рулевых электроприводов

Для механических РУ применяют как двигатели постоянного так и переменного тока.

При выборе исполнительного электродвигателя определяют зависимость n=f(М) при заданном времени перекладки.

При применении двигателя постоянного тока часто применяют систему генератор-двигатель (Г – Д) с ненасыщенным генератором и противокомпаундной обмоткой.

Исходными данными для расчета характеристик исполнительного двигателя являются: Т – заданное время перекладки руля с борта на борт в «с», max – максимальный угол перекладки от ДП, Мб =f(α); i – полное передаточное число, – КПД привода.

Определяем обороты, электрический момент и мощность: n n0 Bm .

«b» находим при n =0 и М = Мстоянки под током:

Mст =(1,52 ÷ 2)Мmax с учетом перегрузочной способности ЭД, умножив на «n»:

28

12nн 0 , n0

n0 2nн ,

Рис. 1.18. Графики моментов

Момент на валу электродвигателя в первом периоде на переднем и заднем ходу неизменен:

где n1 – обороты в первом периоде.

Между временем перекладки с постоянной скоростью в первом периоде t1, и углом поворота баллера руля существует зависимость для простого руля:

При n = n1 = const:

29

имеет место замедленное движение и скорость перемещения пера руля переменна.

n A B ,

30