Рулевое устройство предназначено для сохранения заданного курса или изменения его в нужном направлении. В состав рулевого устройства входят руль, рулевой привод, рулевая машина и системы дистанционного управления рулевой машиной с ходового мостика.

Руль. Основными органами управления большинства современных морских судов являются рули: обыкновенные, балансирные и полубалансирные. На некоторых судах улучшение ходкости и управляемости достигается установкой винтов с насадками, активных рулей, подруливающих устройств, крыльчатых движителей и др. Перекладка обычных и активных рулей, а также поворотных насадок с нужной скоростью на требуемый угол (от диаметральной плоскости - ДП) или удержание их в заданном положении производится рулевой машиной.

Рулевой привод . Рулевые приводы делятся на две группы: с гибкой связью (штуртросовые, цепные) и с жесткой связью (зубчатые, винтовые, гидравлические).

Выбор типа рулевого привода обусловливается расположением рулевой машины на судне. На большинстве судов, особенно маломерных, рулевая машина располагается в рулевой рубке или под ней на уровне верхней палубы. При таком расположении рулевой машины ее связь с баллером руля осуществляется обычно через гибкую цепную или тросовую передачу. Охватывающую тяговый барабан рулевой машины цепь направляют через ролики вдоль бортов и присоединяют концами к сектору или румпелю, закрепленному на баллере руля. На. прямолинейных участках цепь часто заменяют стальными штангами. В бортовую проводку включают талрепные стяжки для выборки слабины и амортизирующие буферные пружины, работающие на сжатие.

На рис. 4.1 схематически изображен штуртросовый привод с рычажным румпелем.

Рис. 4.1. Схема штуртросового привода с рычажным румпелем

Румпель 5 представляет собой рычаг, один конец которого жестко насажен на головку баллера руля О. Ко второму концу румпеля присоединен штуртрос 4, выполненный из цепи или стального троса. Штуртрос проходит по направляющим блокам 2 и навивается на барабан 1. При вращении барабана один конец штуртроса навивается и тянет за собой румпель, который поворачивает руль, а второй конец в это время сматывается с барабана. Для смягчения толчков от ударов волн о перо руля в системе штуртроса предусмотрены пружинные амортизаторы 3.

Недостатком описанного рулевого привода является появление неизбежной слабины в штуртросах. Это приводит к неточности перекладки руля, так как при перемене направления вращения штуртросового барабана сначала будет выбираться слабина, т. е. будет мертвый ход.

Провисание штуртроса устранено в штуртросовых приводах с секторным румпелем (рис. 4.2). Замена румпеля сектором позволяет уравнять длины сбегающего и набегающего тросов при перекладке пера руля.

Рис. 4.3, Схема секторного зубчатого привода

На внешней стороне сектора 3 имеются две канавки, в которых размещены два противоположных конца штуртроса, закрепленные на ступице в точках 1 и 2. Трос к проушинам крепят через амортизирующие пружины, работающие на сжатие. Провисание штуртроса исключается, так как последний не сходит полностью с сектора при его повороте на углы перекладки руля и обеспечивает постоянство плеча, создающего момент на баллере.

Секторный зубчатый рулевой привод показан на рис. 4.3.

Он состоит из зубчатого сектора 2, свободно сидящего на голове баллера 1 руля, и румпеля 3, жестко укрепленного на баллере. Связь между сектором и румпелем осуществляется с помощью буферных пружин 4, которые предохраняют зубчатую передачу от поломки при ударе волн о перо руля. Зубчатый сектор находится в зацеплении с цилиндрической шестерней 5, вал 6 которой вращается рулевой машиной. Секторный зубчатый привод позволяет осуществлять точную перекладку руля.

Расположение рулевой машины на корме в специальном румпельном отделении обеспечивает надежную связь машины с румпелем, однако при этом требуется довольно длинная кинематическая связь рулевой машины с ходовым мостиком.

В современном судостроении более широко применяются рулевые приводы с жесткой связью. Рулевые машины расположены в непосредственной близости от рулевого привода.

На рис. 4.4 изображен винтовой привод, который может приводиться в действие электродвигателем или ручным штурвалом.

Рис. 4.4. Винтовой привод

Привод состоит из вала 12 с правой и левой резьбами, по которому при вращении движутся в разные стороны ползуны 11 и 4, скользящие вдоль неподвижных направляющих 5 и 10. Тягами 3 и 13 ползуны соединены с концами румпеля 1, насаженного на баллер руля 2. Винтовой вал приводится во вращение червяком 8, сидящим на валу двигателя и находящимся в зацеплении с червячным колесом 7 и парой цилиндрических шестерен 9 и 6. Если при вращении вала ползун 11 пойдет вправо, а ползун 4 - влево, то руль будет перекладываться на правый борт. При обратном движении вала ползуны 11 и 4 будут расходиться и руль будет перекладываться на левый борт.

Рулевой привод такой конструкции часто применяют в качестве запасного ручного привода. Его недостатками являются косвенное влияние конечной длины тяг на точность перемещения ползуна, низкий механический КПД и жесткость соединений.

Рулевое устройство является основным средством, обеспечивающим надежное управление судном при любых условиях плавания. Его конструкция должна удовлетворять требованиям Речного Регистра, предъявляемым к судну данного типа. Оно состоит из руля, рулевого привода, рулевой машинки, аксиометра, а иногда и рулевого указателя. В настоящее время на судах находят применение поворотные насадки, активные рули и подруливающие устройства.

Рули в зависимости от формы и расположения пера по отношению к оси вращения подразделяются на простые, балансирные и полубалансирные (рис. 33).

Простым называется руль, у которого перо расположено по одну сторону оси вращения (баллера). По форме профиля в плане простые рули могут быть плоскими (пластинчатыми) и обтекаемыми. Балансирным называется руль, у которого перо расположено по обе стороны баллера. Передняя по отношению к баллеру часть пера называется балансирной частью. В зависимости от конструкции кормовой части судна балансирные рули могут иметь нижнюю опору крепления или быть подвесными. Подвесной балансирный руль крепится на палубе или в корпусе судна (ахтерпике) на специальном фундаменте.

Полубалансирный отличается от балансирного руля тем, что его балансирная часть меньше по высоте, чем все перо руля, и расположена только в нижней части.

Для обеспечения управляемости на заднем ходу толкачи оборудуются рулями заднего хода (так называемыми фланкирующими), которые устанавливаются впереди гребных винтов с таким расчетом, чтобы поток воды, возникающий при работе винтов на задний ход, был направлен на эти рули.

Поворотная насадка (рис. 34) представляет собой металлический цилиндр, внутри которого находится гребной винт судна. Своей верхней частью цилиндр крепится к баллеру, при помощи которого его можно поворачивать относительно гребного винта.

У выходного отверстия насадки, для большей эффективности ее действия на управляемость судна, укреплен пластинчатый руль, который часто называют стабилизатором. С этой же целью в дополнение к стабилизатору иногда насадки оборудуются радиальными ребрами жесткости и шайбами.

Подруливающее устройство представляет собой трубу, установленную поперек корпуса судна, через которую с борта на борт прокачивается забортная вода с помощью центробежного насоса или винта. В первом случае подруливающее устройство называют насосным, а во втором-туннельным. Выходные отверстия в бортах имеют профилированную наделку и решетки для защиты трубы (туннеля) от попадания посторонних предметов. Принцип действия устройства заключается в том, что при перекачке (прогонке) воды с одного борта на другой вследствие реакции выбрасываемой струи создается упор, перпендикулярный диаметральной плоскости судна, что способствует перемещению судна вправо или влево. При изменении направления выброса струи будет изменяться и направление перемещения судна.

Рулевые приводы служат для передачи усилий от рулевой машины на баллер руля. Наибольшее распространение получили приводы секторного типа с гибкой или жесткой передачей.

Рис. 37. Схема электрогидравлического рулевого устройства

При гибкой передаче, которая получила название штуртросовой, усилие с рулевой машины на сектор передается при помощи цепи, стального гибкого троса или стального прутка. Цепь обычно ставят на участке, проходящем через звездочку рулевой машины, а на прямых участках — стальной трос или пруток. Для соединения отдельных участков штуртроса применяются замки, зажимы и талрепы. Чтобы изменить направление штуртроса, на криволинейных участках ставят направляющие блоки-роульсы, а для предохранения штуртроса от истирания о палубу — палубные катки.

В последнее время на судах находят все большее применение жесткие передачи — валиковые и шестеренчатые.

Валиковая передача (рис. 35) представляет собой систему жестких звеньев валиков, соединенных между собой универсальными шарнирами или коническими зубчатыми шестеренчатыми передачами.

Шестеренчатая передача представляет собой систему шестерен и валиков, при этом усилие рулевой машины передается на сектор руля с помощью червяка через шестерню.

На судах, имеющих два и более рулей, рулевой привод имеет более сложную конструкцию.

Рулевые машины по своей конструкции делятся на ручные, паровые, электрические и гидравлические.

Ручные рулевые машины просты по конструкции, поэтому их устанавливают на небольших судах (катерах) и на несамоходном флоте. Основными элементами ручных рулевых машин являются штурвальное колесо и связанный с ним барабан, на который наматывается цепь или трос (при штуртросной передаче). Если на судне применяется не штуртросная, а валиковая передача усилий от рулевой машины к рулю, то штурвальное колесо соединяется с шестеренчатым или червячным приводом, который механически связан с этой валиковой передачей.

Паровые рулевые машины ставятся на пароходах в качестве основных.

На большинстве современных теплоходов нашли применение электрические рулевые машины. Они устанавливаются в рулевой рубке или в румпельном отделении, находящемся в кормовом отсеке судна. Электродвигатель приводится в действие с пульта управления из рулевой рубки. Пульт управления имеет манипулятор. Поворотом рукоятки манипулятора вправо или влево включаются соответствующие контакты, и вал электродвигателя начинает вращаться в правую или в левую сторону, изменяя положение рулей судна. Если рули повернутся на тот или иной борт до своего крайнего положения, контакты размыкаются и электродвигатель автоматически выключается.

Рис. 38. Схема гидравлического рулевого устройства теплохода "Метеор":
1-цилиндр-исполнитель; 2-гидроусилитель; 3-штурвал; 4-цилиндр-датчик; 5-рулевая машина; 6-расходный бачок; 7-баллон с воздухом; 8-ручной аварийный насос; 9-гидронасос; 10-гидроаккумулятор

На заметку : Киевская Штурман проводит обучение вождению и повышение водительских навыков.

При установке электрических рулевых машин в обязательном порядке предусматривается резервный (запасной) ручной привод рулевого устройства. Чтобы не выполнять каких-либо переключений, при переходе на ручное управление применяют дифференциал Федорицкого.

Этот дифференциал (рис. 36) устроен и работает следующим образом. Червячные шестерни (колеса) 2 и 5 свободно вращаются на вертикальном валу 6. Внутренние торцовые поверхности этих червячных шестерен жестко связаны с коническими шестернями. На вертикальном валу при помощи шпоночного соединения закреплена крестовина 4, на конце которой свободно вращаются конические шестерни-сателлиты 3, связанные с коническими шестернями червячных колес 2 и 5. На верхний конец вала 6 посажена на шпонке цилиндрическая шестерня 7, входящая в зацепление с зубчатым сектором рулевого привода.

Червячный винт 9 вращается электродвигателем рулевого устройства. Червячный винт 8 связан с ручным запасным приводом и при работе электродвигателя неподвижен. Вследствие этого оказывается застопоренной червячная шестерня 5 с прикрепленной к ней снизу конической шестерней. Червячная шестерня 2 вращается винтом 9, а ее коническая верхняя шестерня заставляет вращаться шестерни-сателлиты 3. Но поскольку шестерня 5 застопорена, то шестерни 3 обегают по ее конической части, поворачивая крестовину 4, связанный с ней вал 6 и шестерню 7. Зубчатый сектор, соединенный шестерней 7, поворачивается.

При ручном управлении застопоренной оказывается червячная шестерня 2. Тогда при вращении червячного винта 9 шестерни-сателлиты обегают коническую шестерню червячного колеса 2, за счет чего происходит поворот вала 6.

Дифференциал Федорицкого является одновременно и регулятором, снижающим число оборотов вала 6 по сравнению с оборотами вала электродвигателя (т. е. червячного винта 9). Регулятор заключен в корпус 1.

Гидравлические рулевые машины, несмотря на целый ряд положительных качеств, получили на речном флоте меньшее распространение. Они устанавливаются главным образом на крупных и скоростных судах с подводными крыльями. Принцип их работы заключается в следующем (рис. 37): электродвигатель 1 приводит в действие насос 2, перекачивающий масло в правый 5 или левый 3 гидравлический цилиндр, в результате чего в цилиндрах перемещается поршень 6 и соединенный с ним румпель 4 рулевого привода, осуществляющий поворот рулей судна.

Гидравлический рулевой привод теплохода на подводных крыльях «Метеор» представлен на рис. 38. Он состоит из силовой системы и системы управления гидроусилителем.

В силовую (открытую) систему входят гидронасос с электроприводом, гидроусилитель, гидроаккумуляторы, расходный бак, фильтры, баллон с воздухом емкостью 8 л с давлением 150 кгс/см2, ручной аварийный насос, арматура и трубопроводы.

Система управления гидроусилителем (закрытая) состоит из цилиндров-датчиков, приводимых в действие от штурвала рулевой машины, цилиндров-исполнителей, заполнительного бачка, арматуры и трубопроводов.

В качестве рабочей жидкости в системе применяется авиационная смесь АМГ-10 (авиационное масло для гидравлики).

В рулевом приводе предусмотрено комбинирование ручного и гидравлического управления, что дает возможность в случае отказа гидравлического управления немедленно перейти на ручное.

Все крупные суда независимо от того, имеют ли они паровые, электрические или гидравлические машины, должны иметь запасное ручное управление. Время перехода с основного управления рулем на запасное не должно превышать 1 мин.

Усилие на рукоятке штурвала ручных рулевых приводов не должно превышать 12 кгс.

Продолжительность перекладки руля с борта на борт на самоходных судах с механическими или электрическими машинами не должна превышать 30 с, а с ручными — 1 мин. Аксиометр — механический или электрический прибор, служащий для указания угла отклонения пера руля. На новых судах аксиометр устанавливается на пульте управления.

Рулевые указатели конструктивно связаны только с головкой баллера руля, они показывают истинное положение руля независимо от работы рулевых приводов. Показание электрического рулевого указателя может быть выведено непосредственно в рулевую рубку судна.

Рулевое устройство предназначено для удержания судна на курсе или изменение направления его движения. Оно обеспечивает управляемость судна.

На судах применяют рули: обыкновенные, балансирные и полубалансирные.

Руль обыкновенный – это руль, перо которого расположено в корму от оси вращения.

По конструкции различают 2 типа рулей: 1-слойные или плоские, опирающихся на рёбра, соединённые с рудерписом, и 2-хслойные, или обтекаемые, у которых перо руля состоит из рамы, обшитой стальными листами. Пустое пространство заполняется деревом или гарпиусом с целью предупреждение коррозии.

Для навешивания обыкновенного руля на рудерпирсе и рудерпосте делаются петли. Отверстия в петлях на рудерпирсе конические, а на рудерпосте цилиндрические. Нижняя петля на рудерпосте не имеет сквозного отверстия и является опорой, воспринимающей вес руля. В подпятнике под штырь кладётся «чечевица». В процессе эксплуатации при износе чечевица заменяется. Для того, чтобы ударом волны руль не был поднят вверх и сорван с петель, 1 из штырей, обычно верхний имеет головку. Такая конструкция позволяет снять руль не входя в док.

Для предупреждения перекладки руля на угол, больший 35 о, устанавливают ограничители: выступы на рудерпирсе и рудерпосте, цепи, выступы на палубе.

Верхней частью рудерпирс соединяется с баллером. Способы соединения могут быть различными, но должно быть выполнено 1-о непременное условие: руль должен сниматься без вертикального сдвига баллера. Наиболее употребительным является фланцевое соединение на болтах. Верхний конец баллера выводится на ту палубу, где расположен рулевой привод.

Для того, чтобы предотвратить поступление воды в корпус судна через вырез для прохода баллера, он помещается в гельмпортовую трубу, соединение которой с наружной обшивкой и настилом палубы делается водонепроницаемым.

Использование обтекаемых рулей позволяет уменьшить сопротивление воды при движении судна. Благодаря этому повышается управляемость судна и уменьшается мощность, затрачиваемая на перекладку руля.

Рама пустотелого руля состоит из рудерпирса, наружного обода и нескольких рёбер. Листы обшивки соединяются с рамой при помощи сварки.

Навешивание обыкновенного 2-хслойного руля производится так же, как и 1-слойного, но делают 2 штыря, что позволяет максимально приблизить перо руля к рудерпосту (его также делают обтекаемым). Он является неподвижной частью пера руля – контрруль. Эта конструкция позволяет увеличить скорость судна на 5-6%.

а) Обыкновенный плоский руль имеет ось вращения у передней кромки руля. Перо руля 9, изготовленное из толстого стального листа, с обеих сторон подкреплено ребрами жесткости 8. Они отлиты или откованы заодно с утолщенной вертикальной кромкой руля – редерпирсом 7 – с петлями 6, в которых надежно закреплены штыри 5 руля, навешиваемого на петли 4 рудерпоста 1. Штыри имеют бронзовую облицовку, а петли рудерпоста – бакаутовые втулки. Нижний штырь рудерпирса входит в углубление пятки ахтерштевня 10, в которое для уменьшения трения вставляется бронзовая втулка с закаленной стальной чечевицей на дне. Пятка ахтерштевня через чечевицу воспринимает на себя давление руля.

Для предупреждения смещения руля вверх один из штырей, обычно верхний, на нижнем конце имеет головку. Верхняя часть рудерпирса соединяется с баллером 2 руля специальным фланцем 3. Фланец несколько смещен от оси вращения, поэтому образуется плечо и облегчается поворот пера руля. Смещение фланца позволяет во время ремонта пера руля снять его с петель рудерпоста без подъема баллера, разобщив фланец и развернув перо и баллер в разные стороны.

Обыкновенные плоские рули просты по конструкции и прочны, но создают большое сопротивление движению судна, поэтому требуется большое усилие для их перекладки. На современных судах применяют обтекаемые, балансирные и полубалансирные рули.

б) Перо обтекаемого руля представляет собой сварной металлический водонепроницаемый каркас, обшитый листовой сталью.

Перу придают обтекаемую форму и иногда устанавливают на нем дополнительно специальные наделки – обтекатели. Рудерпост также делают обтекаемым.

в) Убалансирного руля часть пера смещена от оси вращения к носу судна. Площадь этой части, называемой балансирной, составляет 20 – 30% всей площади пера. При перекладке руля давление встречных потоков воды на балансирную часть пера содействует повороту руля, уменьшая нагрузку на рулевую машину.

г) Полубалансирный руль отличается от балансирного тем, что его балансирная часть имеет меньшую высоту, чем основная.

Рули балансирный и полубалансирный – это рули, у которых перо руля располагается по обе стороны оси вращения. Эти рули требуют меньших усилий для перекладки. Часть площади, расположенной в нос от оси вращения, - балансирная часть руля. Отношение площади балансирной части ко всей остальной – степень балансировки и выражается в %. На современных судах степень балансировки равна 20-30%

Руль называется балансирным , если высота его балансирной части равна высоте главной части руля. Если балансирная часть имеет по оси баллера меньшую высоту, чем главная часть, то такой руль – полубалансирный.

Балансирный руль навешивается на ахтерштевень, не имеющий рудерпоста. Руль навешивается на 2-е петли в верхней части и подпятнике, но может быть и иная конструкция: руль удерживается баллером, который имеет подпятник в нижней части гельмпорта. Часто встречается балансирный подвесной руль. Перо такого руля вообще не имеет опор и удерживается только баллером, который в свою очередь лежит на упорных и опорных подшипниках.

Активный руль представляет собой обтекаемый руль, снабжённый небольшим гребным винтом. При перекладке руля к возникающей на пере силе добавляется сила упора винта. Для повышения эффективности винт помещают в направляющую насадку. Винт вращается от электромотора, помещённого в каплевидную наделку на пере руля. Мощность установки колеблется от 50 до 700л.с. При аварии главных машин можно использовать рулевой винт, судно сохранит ход 4-5 узлов.

Носовые подруливающие устройства . В носовой части судна делаются поперечные туннели, в которых размещаются небольшие гребные винты. Диаметр подруливающих винтов достигает 2м, мощность мотора до 800л.с. Для изменения направления струи применяют систему заслонок, а также реверсирование гребного винта.

Подруливающие устройства обеспечивают управляемость на малом и заднем ходах, позволяя перемещаться даже лагом. Могут применяться на самых различных судах.

Секторный привод со штуртросовой передачей . На баллере вместо прямого румпеля закреплён сектор. Каждая ветвь штуртроса по специальной канавке обегает сектор и крепится на его ступице. При такой конструкции в нерабочей ветви штуртроса слабина устранена. Величина центрального угла сектора должна быть такой, чтобы штуртрос не имел больших изломов. Обычно он равен двойному углу перекладки руля, т.е. 70 о.

При ремонте руля в море его требуется закрепить в определённом положении. Для этого на рулевом приводе имеется тормоз. На сектор устанавливают тормозную дугу, к которой винтовым приводом прижимают тормозную колодку.

В секторном приводе с зубчатой передачей зубья располагаются по дуге сектора и зацепляются с шестернёй, связанной с рулевым приводом. Зубчатый сектор свободно сидит на баллере и связан с прямым румпелем, закреплённым на баллере жёстко, через буферные пружины. Такая связь предохраняет зубья сектора и шестерни от поломки при ударах волны в перо руля.

В настоящее время широкое применение получают гидравлические приводы , являющиеся разновидностью румпельного привода. На прямом продольном румпеле установлен ползун, который соединяется штангами с поршнями цилиндров. Цилиндры соединены с насосом, приводимым в движение электродвигателем. При перекачки жидкости из 1-го цилиндра в другой поршни перемещаются и разворачивают румпель. В систему привода включен перепускной клапан. При ударе волны в перо руля в 1-ом из цилиндров создаётся избыточное давление, жидкость по дополнительному трубопроводу через перепускной клапан поступает в другой цилиндр, выравнивая давление. Таким образом смягчаются рывки румпеля.

Для переведение в действие рулевых приводов используют паровые машины и электродвигатели. На больших судах, как правило, применяют ручные приводы, устанавливаемые в рулевой рубке. Для облегчения перекладки руля между штурвалом и барабаном рулевой машины включают зубчатую или червячную передачу.

=Матрос II класса (стр.56)=

Назначение : обеспечение управляемости судна, т.е. его способности двигаться по определённой траектории.

Конструкция рулевого устройства .

Общее расположение одного из вариантов рулевого устройства представлено на рисунке.

Рис. 3.1.1. Схема рулевого устройства:

1- перо руля; 2 – фланцевое соединение; 3- опоры баллера;

4 – голова баллера; 5 – рулевой привод; 6 – рулевая машина;

7- штурвал; 8 – рулевая передача; 9 – баллер; 10 – гельмпортовая труба;

11 – петля пера руля; 12 – штырь; 13 – петля рудерпоста;

14 – рудерпост; 15 – пятка ахтерштевня.

Основным элементом, создающим необходимое для маневра усилие, является перо руля 1. Для поворота пера руля на некоторый угол относительно ДП служит баллер 9 – вал переменного по длине диаметра. Участки с увеличенным по сравнению с расчётным диаметром предусматриваются в местах расположения опор баллера 3 для повышения ремонтопригодности. Для соединения баллера и пера руля чаще всего используют либо фланцевое соединение 2, изображённое на рисунке, либо конусное соединение. Баллер руля входит в кормовой подзор корпуса судна через гельмпортовую трубу 10, обеспечивающую непроницаемость корпуса, и имеет не менее двух опор 3 по высоте. Нижняя опора располагается над гельмпортовой трубой и имеет сальниковое уплотнение, препятствующее попаданию воды в корпус судна. Верхняя опора располагается непосредственно у головы баллера, обычно она воспринимает массу баллера и руля, поэтому на баллере делают кольцевой выступ.

Необходимое для поворота руля усилие на баллере создаётся посредством рулевого привода . В состав рулевого привода входят: рулевая машина 6; средства передачи крутящего момента от рулевой машины голове баллера 4 (рулевой привод - румпель или сектор 5); рулевая передача 8; а так же система дистанционного управления рулевым приводом – устройство для передачи команд по перекладке руля с ходового мостика (от штурвала 7) на органы управления рулевой машины.

Классификация рулей .

По распределению площади пера руля относительно оси вращения выделяют следующие типы рулей (рисунок 3.1.2):

Рис. 3.1.2. Классификация рулей по распределению площади:

1 – перо руля; 2 – противоледовый выступ; 3 – баллер;

4 – рудерпост; 5- кронштейн.

- небалансирный (обычный ) (рис. 3.1.2, а), ось вращения которого близка к передней (носовой) кромке пера руля (отстоит от неё на расстояние, равное радиусу опоры руля);

- балансирный (рис. 3.1.2, б), ось вращения которого смещена ближе к центру гидродинамического давления (отстоит от передней кромки на расстояние, большее радиуса опоры руля), при этом часть площади пера, находящаяся в нос от оси вращения, называется балансирной;

- полубалансирный (рис. 3.1.2, в), у которого распределение площади в нижней части пера руля соответствует балансирному, а в верхней – обычному рулю;

- подвесной (рис. 3.1.2, г), выделяется в классификации традиционно и является тем же балансирным рулём, отличающимся тем, что непосредственно на пере руля опоры не размещаются.

Балансирные и полубалансирные рули характеризуются коэффициентом балансирности k d:

где: F d - часть площади пера руля, находящаяся между передней кромкой и осью вращения (балансирная), м 2 ; F – полная площадь пера руля, м 2 .

Для балансирных рулей обычно k d = 0,21¸0,23, для полубалансирных k d = 0,15.

Достоинство балансирных и полубалансирных рулей: вследствие меньшего отстояния центра давления от оси вращения момент на баллере требуется меньше, чем у небалансирных.

Недостаток – крепление таких рулей к судну сложнее и менее надёжно.

По форме профиля выделяют следующие типы рулей:

- плоские однослойные, из-за своей низкой эффективности применяются редко – в основном на несамоходных судах;

- профилированные двухслойные (обтекаемые ), состоящие из наружной обшивки и внутреннего набора. Набор формируется из горизонтальных рёбёр и вертикальных диафрагм, сваренных друг с другом. Гоизонтальные рёбра крепятся к основе пера руля – рудерпису, представляющему собой массивный вертикальный стержень. Рудерпис изготавливается вместе с петлями для навешивания пера руля на рудерпост. Конкретную форму профиля руля как правило подбирают экспериментально, соответственно, именуют профили по названию лабораторий, в которых они разработаны.

Рулевые приводы, их виды, конструкция и требования к ним .

Рулевой привод предназначен для непосредственного выполнения перекладки руля и контроля его положения.

В составе рулевого привода можно выделить (достаточно условно) следующие элементы:

Устройство для передачи крутящего момента от рулевой машины к баллеру (иногда называемое собственно рулевым приводом);

Рулевая машина – силовая установка, создающая необходимое усилие для поворота баллера;

Рулевая передача, осуществляющая связь между постом управления и рулевой машиной;

Система контроля.

Выделяют следующие основные виды рулевых приводов:

Механические (ручные), к которым относятся румпельно-штуртросовые, секторно-штуртросовые, секторные с валиковой проводкой, винтовые румпельные;

Имеющие источник энергии (гидравлические, электрические, электрогидравлические).

Механические приводы применяются только на малых судах и в качестве вспомогательных рулевых приводов.

Требования к рулевым приводам содержатся в Правилах классификации и постройки морских судов РМРС (том 1, раздел III «Устройства, оборудование и снабжение», п. 2 «Рулевое устройство» и том 2, раздел IX «Механизмы», п.6.2 «Рулевые приводы»). Среди основных требований можно выделить следующие:

1. Все суда должны быть снабжены главным и вспомогательным рулевыми приводами, действующими независимо один от другого.

2. Главный привод и баллер должны обеспечивать перекладку руля с 35 0 одного борта на 30 0 другого борта не более чем за 28 с при максимальной эксплуатационной осадке и скорости переднего хода.

3. Вспомогательный привод должен обеспечивать перекладку руля с 15 0 одного борта на 15 0 другого борта не более чем за 60 с при максимальной эксплуатационной осадке и скорости хода, равной половине максимальной эксплуатационной скорости переднего хода или 7 уз (в зависимости от того что больше).

4. На нефтеналивных судах, газовозах и химовозах валовой вместимостью 10000 и более, на прочих судах вместимостью 70000 и более, а также на всех атомных судах главный рулевой привод должен включать в себя два (или более) одинаковых силовых агрегата. Соответственно, для них должны быть предусмотрены две независимых системы управления с ходового мостика.

5. Управление главным приводом должно быть предусмотрено с ходового мостика и из румпельного отделения.

6. Управление вспомогательным приводом должно быть предусмотрено из румпельного отделения, а в том случае если он действует от источника энергии – должно быть предусмотрено также независимое управление с ходового мостика.

7. Конструкция рулевых приводов должна обеспечивать переход при аварии с главного привода на вспомогательный за время не более 2 мин.

8. Должен быть обеспечен контроль положения руля.

Выделяют следующие типы рулевых приводов:

Продольно-румпельный, в котором одноплечий румпель, насаженный на головку баллера, расположен в продольном направлении (рис. 3.1.3, а);

Поперечно-румпельный, в котором румпель представляет собой двуплечий рычаг (рис. 3.1.3, б) – название при этом условно, т.к. румпель может находиться как вдоль, так и поперёк ДП судна;

Секторный, в котором насаженный на головку баллера сектор поворачивается ведущей шестернёй рулевой машины (рис. 3.1.3, в).

а) б) в)

Рис. 3.1.3 Типы рулевых приводов:

а – продольно-румпельный; б – поперечно-румпельный; в секторный.

В настоящее время на крупных судах получил распространение поперечно-румпельный привод с совмещённой с ним четырёхплунжерной гидравлической рулевой машиной.

Выделяют следующие типы рулевых передач:

Валиковая, при которой связь между постом управления и исполнительным механизмом (например, золотником гидравлической рулевой машины) осуществляется посредством системы стальных валиков (отрезков труб), соединённых между собой с помощью шарниров или конических зубчатых передач;

Гидравлическая, в которой используется объёмный гидропривод;

Электрическая, состоящая из системы самосинхронизирующихся двигателей – при вращении штурвала в роторе передающего двигателя (генератора) возбуждается ток, вызывающей вращение ротора приёмника, соединённого с исполнительным механизмом рулевой машины.

Из различных типов рулевых машин наибольшее распространение получили электрические и электрогидравлические рулевые машины.

Наиболее распространёнными на современных судах являются электрогидравлические четырёхплунжерные рулевые машины с поперечно-румпельным рулевым приводом. Конструкция такой ЭГРМ с механической обратной связью приведена на рисунке 3.1.4.

Рис. 3.1.4 Электрогидравлическая рулевая машина (ЭГРМ)

Два идентичных исполнительных механизма ИМ (приводимых в действие электродвигателями 11 от двух электрических линий управления) работают на один выходной управляющий элемент – шток 12. Перемещение штока h (являющееся заданием на перекладку руля) с помощью рычагов BD и FG, соединённых в точке С, и штанги 17 передаётся насосам регулируемой подачи 8, приводимых в действие электродвигателями 7. Насосы согласно полученным перемещениям е 1 и е 2 регулируемых органов создают подачу Q 1 и Q 2 соответственно.

При работе насосов в цилиндрах рулевой машины 6 создаётся перепад давлений р 1 – р 2 , в результате чего баллер 3 посредством плунжеров 5 и румпеля 2 поворачивается, и руль 1 перекладывается на некоторый угол a.

При этом обратная механическая связь 4 возвращает посредством рычагов DB и FG штангу 17 в исходное среднее положение, в котором суммарное перемещение регулируемых органов насосов е = 0. Давления в полостях цилиндров выравниваются, перемещение руля останавливается и поддерживается заданный угол a. Таким образом, данная ЭГРМ с механической обратной связью представляет собой автономную следящую систему, включённую последовательно замкнутому контуру электрической системы управления.

Указатели положения руля на мостике получают электрический сигнал от датчика 14, приводимого в действие рычагом 13, соединённым со штоком 12.

Для согласования нулевых положений штанги и управляемых органов насосов служит регулировочное устройство, состоящее из винтовых соединений 15 и 16 на концах штанги NL. Серьги AB и HG компенсируют взаимное перемещение рычагов.

В случае отказа дистанционной системы управления рулевая машина приводится в действие штурвалом 10, соединённым с редуктором 9.

Рулевое устройство — совокупность механизмов, агрегатов и узлов, обеспечивающих управление судном. Основными конструктивными элементами любого рулевого устройства являются:
— рабочий орган — перо руля (руль) или поворотная направляющая насадка;
— баллер, соединяющий рабочий орган с рулевым приводом;
— рулевой привод, передающий усилие от рулевой машины к рабочему органу;
— рулевая машина, создающая усилие для поворота рабочего органа;
— привод управления, связывающий рулевую машину с постом управления.
На современных судах устанавливают пустотелые обтекаемые рули, состоящие из горизонтальных ребер и вертикальных диафрагм, покрытых стальной обшивкой (рис. 4). Обшивку крепят к раме электрозаклепками. Внутреннее пространство руля заполняют смолистыми веществами или самовспенивающимся пенополиуретаном ППУ3С.
Рули бывают в зависимости от расположения оси вращения:
1) балансирные (рис. 4, 6), ось вращения проходит через перо руля;
2) небалансирные (рис. 5), ось вращения совпадает с передней кромкой пера;
3) полубалансирные рули.
Момент сопротивления повороту балансирного или полубалансирного руля меньше, чем небалансирного, и соответственно меньше требуемая мощность рулевой машины.
По способу крепления рули разделяют на:
1) Подвесные, которые крепят горизонтальным фланцевым соединением к баллеру и устанавливают только на малых и малых маломерных добывающих судах.
2) простые.
Простой одноопорный балансирный руль (см. рис. 4) штырем упирается в упорный стакан пятки ахтерштевня. Для уменьшения трения цилиндрическая часть штыря имеет бронзовую облицовку, а в пятку ахтерштевня вставлена бронзовая втулка. Соединение руля с баллером — горизонтальное фланцевое на шести болтах или конусное. При конусном соединении коническая концевая часть баллера вставляется в конусное отверстие верхней торцевой диафрагмы руля и плотно затягивается гайкой, доступ к которой обеспечивается через крышку, поставленную на винтах, входящих в обшивку руля. Изогнутый баллер дает возможность раздельного демонтажа руля и баллера (при их взаимном развороте).
Простой двухопорный небалансирный руль (рис. 5) сверху закрыт листовой диафрагмой и литой головкой, имеющей фланец для соединения руля с баллером и петлю под верхнюю штыревую опору. В петлю рудерпоста вставляют бакаутовые, бронзовые или другие втулки.
Недостаточная жесткость нижней опоры балансирных рулей часто становится причиной вибрации кормы судна и руля. Этот недостаток отсутствует у балансирного руля со съемным рудерпостом (рис. 6). В перо такого руля вмонтирована труба, через которую проходит съемный рудерпост. Нижний конец рудерпоста закрепляют конусом в пятке ахтерштевня, а верхний крепят фланцем к ахтерштевню. Внутри трубы устанавливают подшипники. Рудерпост в местах прохождения через подшипники имеет бронзовую облицовку. Крепление руля к баллеру — фланцевое.
В пере активного руля (рис. 7) помещен вспомогательный гребной винт. При перекладке руля направление упора вспомогательного винта изменяется и возникает дополнительный момент, поворачивающий судно.
Направление вращения вспомогательного винта противоположно направлению вращения основного. Электродвигатель размещается в пере руля или в румпельном отделении. В последнем случае электродвигатель непосредственно соединен с вертикальным валом, передающим вращение редуктору движителя. Винт активного руля может обеспечить судну ско-рость до 5 уз.
На многих судах промыслового флота вместо руля устанавливают поворотную направляющую насадку (рис. 8), которая создает такую же, как и руль, боковую силу при меньших углах перекладки. Причем момент на бал-лере насадки примерно в два раза меньше момента на баллере руля. Для обеспечения устойчивого положения насадки при перекладках и увеличения ее рулевого действия к хвостовой части насадки в плоскости оси баллера крепят стабилизатор. Конструкция и крепление насадки аналогичны конструкции и креплению балансирного руля.

Рис.4 Рабочие органы рулевых устройств: руль одноопорный балансирный.
1 - баллер; 2 - фланец; 3 - обшивка пера руля; 4 - наделка-обтекатель; 5 - вертикальная диафрагма; 6 - горизонтальное ребро; 7 - пятка ахтерштевня; 8 - гайка; 9 - шайба; 10 - рулевой штырь; 11 - бронзовая облицовка штыря; 12 - бронзовая втулка (подшипник); 13 - упорный стакан; 14 - канал для демонтажа упорного стакана.

Рис.5. Рабочие органы рулевых устройств: руль двухопорный небалансирный.
1 - баллер; 2 - фланец; 3 - обшивка пера руля; 7 - пятка ахтерштевня; 8 - гайка; 9 - шайба; 10 - рулевой штырь; 11 - бронзовая облицовка штыря; 12 - бронзовая втулка (подшипник); 15 - гельмпортовая труба; 17 - рудерпост; 18 - бакаут.

Рис.6 Руль балансирный со съемным рудерпостом.
1 - баллер; 3 - обшивка пера руля; 7 - пятка ахтерштевня; 11 - бронзовая облицовка штыря; 12 - бронзовая втулка (подшипник); 15 - гельмпортовая труба; 19 - фланец рудерпоста; 20 — съемный рудерпост; 21 — вертикальная труба.

Рис. 7 Активный руль.
3 - обшивка пера руля; 4 - наделка-обтекатель; 23 - редуктор с обтекателем; 24 - стабилизатор;

Баллер — изогнутый или прямой стальной цилиндрический брус, выведенный через гельмпортовую трубу в румпельное отделение. Соединение гельмпортовой трубы с наружной обшивкой и настилом палубы — водонепроницаемое. В верхней части трубы устанавливают уплотнительный сальник и подшипники баллера, которые могут быть опорными и упорными.
Рулевое устройство должно иметь приводы: главный и вспомогатель-ный, а при их расположении ниже грузовой ватерлинии дополнительный аварийный, размещенный выше палубы переборок. Вместо вспомогательного привода допускается установка сдвоенного главного, состоящего из двух автономных агрегатов. Все приводы должны действовать независимо друг от друга, но, как исключение, допускается наличие у них некоторых общих деталей. Главный привод должен работать от источников энергии, вспомогательный может быть ручным.
Конструкция привода руля зависит от типа рулевой машины. На судах промыслового флота устанавливают электрические и электрогидравлические рулевые машины. Первые выполняют в виде электродвигателя постоянного тока, вторые — в виде комплекса электродвигатель — насос в сочетании с плунжерным, лопастным или винтовым гидравлическим приводом. Ручные рулевые машины в сочетании с штуртросовым, валиковым или гидравлическим рулевым приводом встречаются только на малых и маломерных добывающих судах.
Дистанционное управление рулевой машиной из рулевой рубки обеспечивают телединамические передачи, называемые рулевыми телепередача-ми или рулевыми телемоторами. На современных промысловых судах нашли применение гидравлические и электрические рулевые телепередачи. Часто они дублируются или комбинируются в электрогидравлические.
Электрическая телепередача состоит из специального контроллера, расположенного в рулевой тумбе и связанного электрической системой с пусковым устройством рулевой машины. Управление контроллером осу-ществляется с помощью штурвала, рукоятки или кнопки.
Гидравлическая телепередача состоит из ручного насоса, приводимого в работу штурвалом, и системы трубок, связывающих насос с пусковым устройством рулевой машины. Рабочей жидкостью системы служат незамерзающая смесь воды с глицерином или минеральное масло.
Управление главным и вспомогательным рулевыми приводами независимо и производится с ходового мостика, а также из румпельного отделения. Время перехода с главного на вспомогательный привод не должно превышать 2 мин. При наличии постов управления главным рулевым приводом в рулевой и промысловой рубках выход из строя системы управления с одного поста не должен препятствовать управлению с другого поста.
Угол перекладки руля определяют по установленному у каждого поста управления аксиометру. Кроме того, на секторе рулевого привода или других деталях, жестко связанных с баллером, наносят шкалу для определения действительного положения руля. Автоматическую согласованность между скоростью, направлением вращения и положением штурвала и скоростью, стороной и углом перекладки руля обеспечивает сервомотор.
Тормоз (стопор) руля предназначен для удержания руля при аварийном ремонте или при переходе с одного привода на другой. Наиболее часто применяют ленточный стопор, зажимающий непосредственно баллер руля. Секторные приводы имеют колодочные стопоры, в которых тормозная колодка прижимается к специальной дуге на секторе. В гидравлических приводах роль стопора выполняют клапаны, перекрывающие доступ рабочей жидкости к приводам.
Удержание судна на заданном курсе при благоприятных погодных условиях без участия рулевого обеспечивает авторулевой, принцип работы кото-рого основан на применении гирокомпаса или магнитного компаса. Органы обычного управления связаны с авторулевым. Когда судно ложится на заданный курс, руль по аксиометру устанавливают в нулевое положение и включают авторулевой. Если под действием ветра, волнения или течения судно отклоняется от заданного курса, электродвигатель системы, получив импульс от датчика компаса, обеспечивает возвращение судна на заданный курс. При изменении курса или маневрировании авторулевой отключают и переходят на обычное рулевое управление.
Общие требования Регистра к рулевому устройству следующие:
— Каждое судно, за исключением судовых барж, должно иметь надежное устройство, обеспечивающее его поворотливость и устойчивость на курсе: рулевое устройство, устройство с поворотной насадкой и другие;
— С учетом назначения и особенной эксплуатации судна допускается использование указанных устройств совместно со средствами активного управления судном (САУС).
— Время перекладки полностью погруженного руля или поворотной насадки главным приводом (при наибольшей скорости переднего хода) с 35° одного борта на 30° другого не должно превышать 28 с, вспомогательным (при скорости, равной половине наибольшей скорости переднего хода или 7 узлов, в зависимости от того, какое значение больше) с 15° одного борта на 15° другого — 60 с, аварийным (при скорости не менее 4 узлов) не ограничивается.
В Регистре Части III Главы 2 изложены требования, предъявляемые ко всем элементам рулевого устройства, даны формулы для расчета эффектив-ности и рулей и поворотных насадок.