Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые вспомогательные системы и механизмы. Курс лекций
.pdf
Палубные устройства
а)
б)
а)
Простой руль
Полубалансированный
руль
Балансированный
руль
а) подвесные
а) полуподвесные
а) двухопорные
а) одноопорные
а) плоский
б) профилированный
b
h
К ним относятся: рулевые, якорно-швартовные, грузоподъемные, буксирные, сцепные
устройства и устройства люковых закрытий.
Рулевое устройство
Состав рулевого устройства: рулевой орган, рулевой привод, рулевая машина.
Классификация рулей речных судов:
1. по расположению площади руля относительно оси вращения:
Балансированная часть улучшает управляемость, снижает момент на баллере.
2. по количеству опор руля:
3. по форме профиля
Иногда на рули устанавливают дополнительные шайбы, которые улучшают
управляемость.
Основные размеры рулей
h — высота руля;
F
— площадь проекции не переложенного руля на ДП;
P
F
— площадь руля в нос относительно оси вращения;
Б
b — длина руля — расстояние между передней и задней
кромкой, измеренное по нормали к оси вращения.
61
Относительное удлинение руля
5,28,0
b
h
25,015,0
Р
Б
КР
F
F
k
2,012,0
max
b
TLF
P
ВИНТ
P
P
z
F
F
ВИНТ
z
21
hhTh
T
1
h
1
h
1
h
1
h
2
h
2
h
h
F
bP
b
b
max
Коэффициент компенсации
Угол перекладки пера руля
= 350
Также характеристикой является профиль самого руля.
Вводится понятие относительной толщины
Расчет основных размеров руля
Сила, разворачивающая судно, зависит от суммарной площади рулей:
:
где:
- коэффициент, учитывающий тип и класс судна
= 0,05 0,15
L- расчетная длина судна;
T- расчетная осадка судна.
Определяем площадь одного руля:
где
— число винтов.
Определяем высоту винта:
где:
+
-
-
— расчетная осадка;
— характеристика верхней кромки руля относительно уровня воды,
= 0,15 0,35 для судна кл. “Р”
0,125h для судна кл. “О”
= 0,25h для судна кл. “М”
- расстояние от килевой линии до нижней кромки руля,
= 0,05 0,25
Определяем длину руля :
Если
> Т/2, то количество рулей увеличивают.
62
В случае размещения двух рулей за одним винтом
%20
1PP
FF
..ДЦПБ
ХРM
..
cos5,0
ДЦ
ХLl
..
cos5,0
ДЦППП
ХРLРlРМ
Р
П
X
Ц.Д.
Р
П
Р
П
РП Р
2
Р
1
l L
Ц.Т.
Р
П
Р
Х
Р
Y
Вспомогательные средства управления
Кроме рулей на речных судах используют поворотные насадки. Они увеличивают тягу
винта на 20–30%.
Для улучшения управляемости и маневренности судна используют подруливающие
устройства, создающие упор, перпендикулярный ДП.
Вращающий момент на баллере руля
Для перекладки руля на баллере необходимо создать момент, который может
преодолеть:
1. давление воды на руль;
2. потери в подшипниках;
3. потери на трение в рулевом приводе;
4. потери в рулевой машине.
Поэтому для выбора рулевой машины необходимо знать момент на баллере руля.
В центре руля действует сила РП от давления набегающей струи.
Расстояние от центра давления до оси вращения называется
координатой центра давления РП. Следовательно, момент на баллере
будет равен:
Рассмотрим силы, действующие на судно при
прямолинейном движении и при повороте.
Заменим силу Р
парой сил Р1 и Р
П
. При повороте руля
2
на судно действует момент, разворачивающий судно.
Сила Р
будет вызывать дрейф судна, сила Р
1
тормозить его.
DT — тактический диаметр циркуляции. А диаметр окружности, описываемой судном
при максимальном угле перекладки называется диаметром установившейся циркуляции. Эти
величины используются для маневренных качеств судна.
2
63
X
Р
— сила лобового сопротивления;
Y
Р
РПП
F
V
CР
2
2
П
C
Р
F
П
C
П
C
2
1
3
YП
CC
22
Y
C
БДЦП
ХХРМ
..
БДЦП
задн
Б
ХbХРМ
..
3
bХРМ
ДЦП
задн
Б
..
3
b
— подъемная сила.
где:
— коэффициент, определяемый при различных углах отклонения пера руля
либо экспериментально, либо на макетах;
— площадь пера руля.
Эти формулы справедливы для отдельно стоящего руля. Реальный руль испытывает
воздействие струи жидкости за винтом и влияние корпуса судна с присоединенными
массами воды.
Считают, что эти факторы взаимно компенсируют друг друга.
Коэффициент
руля на 35
0
можно определить по следующей формуле:
определяется по таблице и в первом приближении при перекладке
,
,
где:
— угол перекладки руля;
— относительное удлинение руля.
В результате момент на баллере балансированного руля определяется по формуле:
При движении судна на малых углах перекладки руля возможна вибрация, приводящая
к неустановившейся работе.
Момент на баллере при движении судна задним ходом
При движении судна задним ходом плечо увеличивается, следовательно, момент на
баллере на заднем ходу больше, чем на переднем.
— для балансированного руля;
— для простого руля;
где
— коэффициент, учитывающий уменьшение скорости набегающего потока воды
из-за влияния корпуса.
Для судов, имеющих большую инерцию, момент на баллере на переднем ходу
увеличивается на 20–30%. После расчета сравнивают величины момента на переднем и
заднем ходу, выбирают наибольший, увеличивают его на 10-20% (на учет потерь в баллере)
и этот момент является основой для выбора рулевой машины.
Момент на баллере используется для расчета диаметра баллера.
Баллер представляет собой многоопорную балку, на которую действуют изгибающие и
крутящие моменты.
64
22
65,035,0
ИЗКРКРРАСЧ
ММММ
2
21hh
РМ
ПИЗ
2
21hh
РRМ
ППИЗ
П
R
3
1,0
РАСЧ
Б
М
D
Т
Т
БРАСЧ
DD 7,0
2
)(
5,0
Бболтов
DF
М
ИЗ
М
КР
h
h
1
для подвесного руля:
для двухопорного руля:
где
— коэффициент, учитывающий степень
разгрузки руля из-за наличия дополнительных опор.
Диаметр баллера:
где
= 0,55
= 0,45
— для морских судов;
— для речных судов.
Для выбора рулевой машины используют максимальную величину момента на баллере
и диаметр баллера в районе румпеля:
Определяют суммарную площадь болтов, соединяющих баллер с румпелем:
Рулевые приводы
Рулевые приводы предназначены для передачи мощности от рулевой машины баллеру руля.
Различают основной и запасной рулевой привод.
Типы рулевых приводов:
1. штуртросовый (румпельный и секторный);
2. электропривод;
3. гидравлический привод (система состоит из трубопроводов, исполнительных
механизмов (насосов), арматуры, которые образуют гидравлическую рулевую машину).
Момент на баллере для гидравлического привода составляет до 5000кНм, а для
штуртросового — до 4кНм.
Рулевые машины
В зависимости от источника энергии подразделяются на:
1. ручные (тросиковые или валиковые);
2. электрические;
3. гидравлические (ручные, электрогидравлические, с приводом от ДВС).
Ручные машины
Усилия на штурвале до 120Н.
65
Момент на баллере МБ 0,21кНм — без редуктора, МБ 1,6кНм — с тросиковой
1
5
4
3
2
7
6
3
2
1
1
3
2
передачей, МБ = 0,65; 1,0; 1,6;…4,0кНм — с валиковой передачей.
Электрические рулевые машины
МБ = 20 150кНм.
Гидравлические рулевые машины
По типу исполнительного механизма бывают с неподвижными цилиндрами, с
качающимися цилиндрами, лопастные и плунжерно-реечные.
Схема ручной гидравлической рулевой машины
1 — штурвал;
2 — мультипликатор;
3 — реверсивный объемный насос;
4 — клапанная коробка;
5 — неподвижные силовые
цилиндры;
6 — румпель;
7 — баллер.
МБ = 1,6; 2; 2,5; 4,0кНм.
Электрогидравлические рулевые машины.
МБ = 6,5 1600кНм.
Электрогидравлические рулевые машины с плунжерно-реечным механизмом.
1 — корпус;
2 — плунжер;
3 — цилиндрическая шестерня баллера.
МБ = 2,5 10кНм.
Рулевая машина с лопастным исполнительным механизмом.
1 — корпус;
2 — ротор с лопастями;
3 — баллер.
В гидравлических рулевых машинах широко используют аксиально- и радиально-
поршневые насосы, обладающие высокими давлениями и КПД при малых оборотах.
Системы управления рулевыми машинами
Различают простые, следящие и автоматические.
1. Простая система.
66
Рулевой вращает штурвал и при достижении заданного положения пера руля
Б
М
С
Б
С
R
М
Р
ШТ
C
С
P
Р
max
ШТ
..
max
..
ОТС
ОТ
DРМ
ТРОСАОТ
dD 500450.
tz
D
ЗВ
ЗВ
ОТ
..
ЗВ
z
устанавливается окончательный угол перекладки.
Недостатки: непрерывное внимание рулевого на аксиометр в процессе перекладки.
2. Следящая система.
Задается угол перекладки руля и система в автоматическом режиме перемещает перо
руля в заданное положение.
3. Авторулевой — прибор, обеспечивающий автоматическое движение судна по
заданному курсу путем воздействия на органы управления рулевой машины.
Достоинства: 1) снижается расход топлива на 10%;
2) сокращается время рейса на 3–5%
3) уменьшаются углы перекладки и число перекладок руля
увеличивается ресурс;
4) снижается утомляемость рулевого.
Разработка авторулевых для речных судов сложнее, чем для морских, из-за малой
глубины при той же инертности судов, большого числа перекладок (интенсивность
судоходства, малая осадка и т.д.).
Расчет рулевых машин
1. Ручные рулевые машины
Целью расчета является определение усилия в рулевом приводе и передаточное число.
Исходные данные:
Момент на баллере
I. рулевые машины со штуртросовым приводом.
1. определяется радиус сектора или румпеля
2. определяется усилие в секторе или румпеле
3. оценивается максимальное усилие в штуртросе
где
=0,6 0,8
4. определяется момент на тяговом органе
где
— число звеньев цепи, огибающих звездочку за один оборот;
t — шаг цепи.
5. определяется момент на штурвале
,
,
67
.
.
..
маш
рул
ОТ
ШТ
i
М
М
где:
i
..
.
. ОТРЕДШТ
маш
рул
ШТШТШТШТ
zrРМ
ШТ
Р
ШТ
r
ШТ
r
ШТ
z
.
.
..
маш
рулШТ
ОТ
М
М
i
max
ii
n
R
D
d
i
С
ОТ
ШТ
3
2
..
max
С
Б
С
R
М
Р
СЕКТ
ОТС
ОТ
DР
М
2
..
..
СЕКТ
tz
D
ОТ
..
z
C
P
t
— передаточное число;
Момент на штурвале определяется также следующей формулой:
где:
— усилие на штурвале;
— радиус штурвала,
= 0,6 0,25м;
— количество штурвальных (рулевых).
6. зная момент на штурвале, момент на тяговом органе, можно определить:
По правилам РР максимальная частота вращения штурвала при перекладке с борта на
борт за время 30сек. не должна быть более 25об/мин., поэтому на передаточное число
накладывается ограничение
,
где:
— время перекладки;
n — обороты.
I. рулевые машины со штуртросовым приводом.
1. определяется усилие в секторе
2. определяется момент на тяговом органе
где:
- КПД зубчатой передачи;
,
где:
- количество зубьев на цилиндрической шестерне, z= 12 ÷16;
t - шаг,
68
- величина напряжения, зависит от материала зуба шестерни,
пер
ОТ
ШТ
i
М
М
..
червячваликконичцилпер
С
Б
С
R
М
Р
РСИЗГ
hРМ
22
ИЗГКРПРИВ
МММ
3
32
ПР
Б
M
d
%20
ББdd
C
P
t
t
m
1612 z
2
1
zmR
М
1
P
C
3. определяется момент на штурвале
1. определяется усилие в секторе
2. определяется изгибающий момент на секторе
= 250·10
2. Электрические рулевые машины.
1 — зубчатый сектор;
2 — цилиндрическая шестерня;
3 — червячное колесо;
4 — червяк;
5 — одноступенчатый цилиндрический
редуктор.
5
Па.
,
3. определяется приведенный момент на баллере
4. определяется диаметр баллера
истинный диаметр баллера
5. определяется шаг зубьев в цилиндрической передаче
6. определяется модуль зацепления
округляем значение модуля до ближайшего большего по ГОСТу.
7. число зубьев шестерни 2 принимаем
Радиус шестерни 2
69
Момент на валу шестерни 2
C
PRM
11
21
1
2
М
М
1
2
21
3
2
12
2
294,0
БРОНЗ
zM
R
1
z
1
z
2
2
R
М
РК
tgРР
КЧ
tgi
R
R
Ч
1
2
ЧЧ
RPM
3
432
3
4
i
М
M
2
i
3
4
4
7,04,0 ММ
НОМ
1212
niin
1
n
1
max
1
3R
R
n
C
Вращающий момент на валу червячной передачи
— КПД цилиндрической передачи шестерни 2;
— КПД подшипников;
= 0,9 ÷ 0,95
Радиус червячного колеса 3
— число зубьев червячного колеса,
= 50 ÷ 60.
Окружное усилие на червячном колесе
Окружное усилие на червяке
где:
— угол трения, = (5-7)
— угол нарезки червяка;
0
Определяется радиус червяка
Определяется вращающий момент на оси червяка
Наибольший момент на валу электродвигателя
где:
— передаточное число одноступенчатого редуктора шестерни 5;
и
— потери в подшипниках цилиндрической передачи.
Номинальный момент на валу электродвигателя
Частота вращения электродвигателя
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]