Виды авторулевых на судах
Обновлено: 13.05.2024
Рулевые машины по виду используемой энергии делятся на ручные, паровые, электрические и гидравлические. Часто применяют различные комбинации этих основных типов: пароручные, парогидравлические, ручные гидравлические и электрогидравлические.
Ручные рулевые машины устанавливают только на небольших самоходных судах. Как правило, их комбинируют со штуртросовой проводкой или валиковой передачей. Конструкция этих машин довольно проста и включает в себя штурвальную тумбу, внутри которой располагается зубчатая передача (ведущая и ведомая шестерни), тяговый барабан (при штуртросовой проводке) или звездочки (при цепном штуртросе). Вся система приводится в движение от штурвального колеса, поворачиваемого руками штурвального. Процесс управления судном в этом случае становится довольно утомительным и требует от штурвального большой внимательности. Для облегчения его работы ранее применялись пароручные рулевые машины, которые, как правило, изготовлялись двухцилиндровыми в вертикальном или горизонтальном исполнении. На современных судах паровые рулевые машины полностью вытеснены ручными гидравлическими плунжерными рулевыми машинами, облегчающими и упрощающими управление судном.
Схема ручной гидравлической рулевой машины приведена на рис. 112. Внутри штурвальной тумбы 8 смонтирован ручной масляный нагнетательный насос 7, приводимый в действие вращением штурвала 9. При помощи труб 1 насос соединяется с двумя гидравлическими цилиндрами 2 рулевой машины. В цилиндрах перемещается плунжер 10, связанный с баллером 5 руля 6 посредством регистра 3 и румпеля 4. В зависимости от направления вращения штурвала масло подается насосом в один из цилиндров, и руль соответственно перекладывается на тот или иной борт. Обводной трубопровод 1 снабжается предохранительным клапаном 11, предназначенным для перепуска масла при повышении давления в системе выше номинального.
Рис. 112. Схема ручной гидравлической румпельной рулевой машины.
Ручные гидравлические машины создают небольшие крутящие моменты на баллере руля (2500—10 000 н · м) и очень редко снабжаются следящей системой контроля за перекладкой руля, поэтому они применяются в основном для судов малого водоизмещения. На средне- и крупнотоннажных судах находят широкое применение электрические, гидравлические и электрогидравлические рулевые машины большой мощности, снабженные следящими системами контроля и позволяющие автоматизировать управление ими.
Электрические рулевые машины, широко распространенные на судах транспортного флота, имеют в качестве исполнительного рулевого двигателя реверсивный электродвигатель с большой частотой вращения (до 3000 об/мин). Поэтому исполнительный электродвигатель спаривают с червячной передачей, передающей крутящий момент на зубчатый сектор баллера руля и позволяющей значительно уменьшить частоту вращения рулевого привода. Кроме того, самотормозящая червячная пара (червяк и червячное колесо) при остановке электродвигателя обеспечивает остановку руля.
Исполнительный электродвигатель управляется из рулевой рубки нажатием кнопки или вращением штурвала. При кнопочном управлении электродвигатель запускается нажатием кнопки соответствующего борта и вращается в определенном направлении до тех пор, пока кнопка не будет отпущена. Управление штурвалом обеспечивает курсозависимое дистанционное управление, т. е. управление, при котором угол отклонения руля соответствует отклонениям указателя положения руля при штурвальной тумбе.
Электрические рулевые машины изготовляют для работы как rfa постоянном, так и на переменном токе. Обычно их используют при диапазоне крутящих моментов на баллере от 6300 до 16 000 н-м, т. е. в основном для судов среднего водоизмещения.
Электрогидравлические рулевые машины, устанавливаемые на современных крупных морских судах и быстроходных судах среднего водоизмещения, имеют гидравлический привод баллера руля (рис. 113). Такой привод располагается в румпельном помещении судна и передает от рулевой машины непосредственно на баллер руля усилие, необходимое для его поворота. Для этой цели служат четыре (или два) гидравлических цилиндра 3, соединенных посредством двух поперечных 2 и двух продольных 4 балок в один общий блок. Крепление блока к судовому фундаменту производится лампами 1 цилиндра 3.
Рис. 113. Гидравлический привод баллера руля.
В цилиндрах располагаются плунжеры 6, перемещающиеся вдоль оси цилиндров под давлением масла, шарнирно соединенные при помощи цапф 7 с поперечным румпелем 8. Румпель, при помощи шпонок жестко соединяется с баллером 9 руля. Для
уменьшения нагрузки от боковых усилий, возникающих при повороте румпеля, плунжеры 6 имеют ползуны 5, скользящие по направляющим плоскостям продольных балок. При повороте румпеля его цапфы 7 перемещаются в шарнирах 11 (см. узел А), цапфы 10 которых при этом могут вращаться в отверстиях вилок плунжеров вокруг оси I—I. Таким образом обеспечивается свободный поворот румпеля, а вместе с ним и руля при продольном перемещении плунжеров в гидравлических цилиндрах привода.
В состав электрогидравлической рулевой машины (рис. 114), кроме гидравлического привода А, входят следующие основные узлы: масляные электронасосы переменной производительности Б; механизм В управления насосами переменной производительности; масляный трубопровод Д с главной клапанной коробкой; телемоторы Г, предназначенные для гидравлического управления рулевой машиной с дистанционных постов управления № 1 я № 2; ручной (аварийный) масляный насос и система указателей положения руля (на схеме не показаны).
Рис. 114. Схема электрогидравлической рулевой машины.
Устройство и принцип действия электронасосов Б переменной производительности были рассмотрены ранее в § 29 (см. рис. 94).
Эти насосы подают масло под Давлением до 15 000 кн/м 2 (150 кгс/см 2 ) в гидравлические цилиндры привода А в зависимости от расположения направляющего кольца насоса. В указанном положении (рис. 114) рабочее масло по трубам 5 и 6 нагнетается насосом переменной производительности Б в главную коробку 7, а из нее по трубам 4 и 8 направляется в два гидравлических цилиндра 2, расположенных по диагонали. В это время из другой пары цилиндров масло отсасывается вторым насосом переменной производительности. Под давлением масла плунжеры 1 перемещаются вдоль осей цилиндров, передавая усилия на цапфы 9 поперечного румпеля 10 и поворачивая баллер 11 руля. Поворот руля (в данном случае на правый борт) будет происходить до тех пор, пока тяга 3 не возвратит направляющее кольцо насоса переменной производительности в среднее положение. При этом подача масла в гидравлические цилиндры прекратится и руль будет зафиксирован в заданном положении.
Гидравлический телемотор Г состоит из двух цилиндров с поршнями. Один из цилиндров (передаточный) установлен на ходовом мостике, другой (приемный) — у рулевой машины. Полости цилиндров соединены трубопроводом, вся система заполнена жидкостью— обычной водой с глицерином. Вращение штурвала передается поршню передаточного цилиндра, вызывая его перемещение и увеличение давления жидкости на поршень приемного цилиндра. В результате этого поршень приемного цилиндра перемещается, воздействуя при помощи системы тяг на насосы переменной производительности, связанные трубопроводом рабочего масла с гидравлическим приводом баллера. Таким образом, все основные узлы электрогидравлической рулевой машины соединяются между собой трубопроводом, который состоит из труб рабочего масла, труб управления телемотором, труб смазочного масла и арматуры. По трубам смазочного масла подается смазка к трущимся частям рулевой машины.
Наиболее важной арматурой является главная распределительная коробка, в которой размещены четырнадцать клапанов: восемь разобщительных — по четыре клапана для насосов переменной производительности и для гидравлических цилиндров привода, четыре перепускных и два предохранительных. Все эти клапаны служат для регулирования подачи рабочего масла к механизмам рулевой машины и предохранения всей системы от повышенного давления масла.
Электрогидравлические плунжерные рулевые машины находят в настоящее время преимущественное применение по сравнению с другими типами рулевых машин. Это объясняется тем, что они имеют более гибкое регулирование скоростей в широком диапазоне и точный контроль положения руля. Отечественные рулевые машины такого типа выполняются в двух вариантах: двухцилиндровые— с вращающим моментом на баллере до 100 кн-м (10 тс-м) и четырехцилиндровые — с вращающим моментом от 160 до 2000 кн-м (от 16 до 200 тс-м). Рабочее давление масла у таких машин колеблется от 7000 до 15 000 кн/м 2 (от 70 до 150 кгс/см 2 ).
В последнее время на малых промысловых и транспортных судах (дедвейтом 25 000—29 000 т) стали применять лопастные, или крыльчатые, электрогидравлические рулевые машины. По сравнению с плунжерными такие машины значительно компактнее, проще и легче, у них отсутствуют массивные гидравлические приводы, отпадает необходимость в румпеле и т. д.
В состав лопастной электрогидравлической рулевой машины (рис. 115, а) входят: рулевая тумба 1 со штурвалом и телемотором, трубопровод 2, клапан остановки 3, насос переменной производительности 4 с электродвигателем 5, контактор 6 для пуска электродвигателя, лопастной гидромотор 7 и главная распределительная коробка 8. Ротор гидромотора (рис. 115, б), снабженный лопастями, непосредственно соединяется с баллером руля, а его лопасти располагаются между неподвижными сегментами. В эти полости от насоса 4 через каналы 10 и кольцевой зазор 9 подается рабочая жидкость под давлением 4500— 5000 кн/м 2 (45—50 кгс/см 2 ), которая давит на лопасти, создавая необходимый вращающий момент на баллере. Поворот руля на правый или левый борт зависит от направления подачи рабочей жидкости (масла) к гидромотору. Гидромотор крепится к судовому фундаменту основанием 11.
Рис. 115. Схема лопастной электрогидравлической рулевой машины.
Большой интерес представляет применение в качестве привода баллера гидравлического шарнира, представляющего собой винтовое соединение вала баллера с подвижной гайкой, помещенной в гидравлическом цилиндре. Гайка специальными выступами соединяется с цилиндрической стальной рубашкой, закрепленной при помощи шпонок на валу баллера. При подаче рабочей жидкости в одну из полостей между корпусом цилиндра и гайкой жидкость давит на кольцевой фланец гайки, заставляя ее совершать вращательно-поступательное движение вдоль внутренней стенки цилиндра, имеющей винтовую нарезку. Вращательное движение гайки через рубашку передается на баллер. Совмещение гидравлического шарнира с баллером делает привод компактным и позволяет практически отказаться от румпельного отделения.
При использовании электрогидравлических рулевых машин на современных судах стало возможным применение системы автоматического удержания судна на заданном курсе с помощью авторулевого. Этот прибор, компонуемый в виде штурвальной тумбы, автоматически воздействует на рулевой привод при получении сигнала от датчика курса (обычно гирокомпаса).
Авторулевой – прибор, предназначенный для автоматического управления судовым рулевым приводом и, следовательно, автоматически, без участия рулевого матроса, удерживающий судно на заданном курсе. Авторулевой также производит повороты и изменения курса на заданную величину. В соответствии с полученным от датчика авторулевого сигналом рулевой привод совершает перекладку руля на определенный угол в сторону, противоположную уходу судна с курса. Как только судно начнет возвращаться на заданный курс, авторулевой отведёт руль, затем, удерживая его, переложит руль в противоположную сторону. Основной режим работы авторулевого – автоматический.
 |
| Рис. 1 – Авторулевой |
В комплект авторулевых типа АБР входят два выносных поста управления (ВПУ), которые устанавливаются на крыльях мостика.
В зависимости отэлементной базыАР подразделяются на:
В зависимости от вида рулевого привода,которым будет управлять АР, различают:
· для электрических РП;
· для электрогидравлических РП с насосами постоянной производительности;
· для электрогидравлических РП с насосами регулируемой производительности;
· для различных видов РП.
В зависимости отвида настройкивыделяют авторулевые:
· с ручной настройкой (неадаптивные АР);
· с частичной адаптацией,
При правильной настройке АР потери в эксплуатационной скорости судна могут быть снижены на 2-3 %, а расход топлива - на 5-8 %.
Необходимо по меньшей мере раза 3 в мес. проводить учения по аварийному управлению рулём, включая непосредственное управление из румпельного отделения по командам с ходового мостика.
В особо опасных в навигационном отношении районах каналы управления рулём левого и правого бортов должны работать одновременно.авторулевой пульт управление судно
САУ курсом судна (рис. 2). На большинстве современных судов в качестве рулевого привода используются электрогидравлические рулевые машины, обеспечивающие перекладку руля со скоростью примерно 2,5-3 град/сек.
При одновременном включении насосов левого и правого бортов скорость перекладки руля увеличивается до 5 град/сек, что положительно влияет на управляемость судна, особенно на малом ходу.
Внутренняя обратная связь в системе осуществляется с помощью устройства, механически связанного с баллером руля и вырабатывающего электрический сигнал, пропорциональный углу поворота руля.
Внешняя обратная связь обеспечивается гирокомпасом, который преобразует изменение курса судна в угол поворота сельсина-датчика курса, связанного с сельсином-приемником в авторулевом.
Рис. 2 – Структурная схема системы управления курсом судна:
H – задаваемый курс (Set Heading); H’ – истинный курс (True Heading);
e – разница между истинным курсом и задаваемым (Error);
u – команда на руль (rudder command); d - угол перекладки руля (Rudder Angle);
F – внешние возмущения (Disturbances)
Все существующие системы автоматического управления курсом судна, независимо от конструкции отдельных звеньев, работают по принципу отклонения, т. е. в авторулевом непрерывно сравниваются фактическое и заданное значения курса и вырабатывается сигнал управления. Под действием этого сигнала рулевой привод перекладывает руль и возвращает судно к заданному курсу. Сигнал внутренней отрицательной обратной связи останавливает перекладку руля, а затем возвращает руль в среднее положение. Сигнал, пропорциональный скорости поворота судна, повышает чувствительность авторулевого при отклонении судна от заданного курса и обеспечивает сдерживание при возвращении на заданный курс.
Каждый тип авторулевых имеет определённое количество модификаций, имеющих свой индекс и отличающихся входящими в состав системы приборами.
Сельсин-приёмник СП курса через необратимую передачу НП поворачивает вал механического дифференциала МД. На второй вал МД от штурвала подаётся заданное значение курса αз. На выходном третьем валу МД получается разность между заданным и истинным значением курса, т. е. угол α. Выходной вал МД поворачивает датчик курса ДК, который вырабатывает сигнал, пропорциональный углу рассогласования судна по курсу.
Этот сигнал подаётся на вход усилителя У. Дифференцирующим ДУ и интегрирующим ИУ устройствами вырабатываются дополнительные сигналы соответственно пропорциональные скорости отклонения судна от заданного курса и интеграла от угла отклонения судна
Таким образом на входе У суммируются три сигнала U1 + U2 + U3 = Uу.
Усилитель У, исполнительный двигатель ИД, рулевая машина РМ, датчик насоса ДН от ИД и рулевого датчика РД образуют следящий рулевой привод, который поворачивает руль судна на угол, пропорциональный суммарному входному сигналу Uy, поступающему на вход усилителя. В нём этот сигнал усиливается. Напряжение с У поступает на ИД, поворачивающий управляющий орган насоса РМ. При этом на вход У подаётся сигнал отрицательной обратной связи, вырабатываемый ДН. Этот сигнал вычитается из управляющего сигнала У. Когда величина отрицательной обратной связи станет равной управляющему сигналу на входе У, разность напряжений станет равной нулю, а, следовательно, и напряжение, подаваемое на ИД, тоже станет равным нулю. Исполнительный двигатель ИД остановится, а управляющий орган насоса повернётся на определённый угол. Насос РМ в соответствии с положением управляющего органа приведёт в движение поршни силового цилиндра СЦ рулевой машины, которые будут поворачивать руль судна с определённой скоростью.
При повороте руля на вход усилителя подаётся сигнал отрицательной обратной связи, вырабатываемый рулевым датчиком РД. Он также вычитается из управляющего сигнала усилителя. Поскольку в рассматриваемый момент разность сигналов на усилителе была равна нулю, то под действием сигнала от РД усилитель будет вырабатывать напряжение противоположной фазы, ИД будет вращаться в обратную сторону и перемещать управляющий орган насоса Н к нулевому положению, при этом сигнал обратной связи датчика насоса ДН будет соответственно уменьшаться. Когда управляющий орган Н вернётся в нулевое положение, РМ прекратит движение, руль остановится в определённом положении, сигнал ДН будет равен нулю, сигнал РД станет равным по величине управляющему напряжению и противоположен по знаку. Разность сигналов на входе У опять будет равна нулю. При этом положение руля определяется величиной поступившего управляющего сигнала и коэффициента передачи КОС (коэффициента обратной связи) датчика РД обратной связи по рулю. КОС – это отношение величины угла отклонения судна от заданного курса к величине угла перекладки руля при отключённом сигнале производной, т. е. КОС равен а/в. Чем меньше КОС, тем на больший угол необходимо повернуть руль, чтобы выработать напряжение обратной связи, равное управляющему напряжению, то есть наблюдается обратно пропорциональная зависимость. Опытные данные показывают, что при уменьшении КОС судно быстрее отрабатывает заданное значение поправки к курсу, но при этом увеличивается перерегулирование и число колебаний судна. Настройка системы управления осуществляется при испытании на стендах и в эксплуатационных условиях.
Авторулевой является частью комплекса управления курсом судна, состоящего из гирокомпаса (ГК), авторулевого (АР), рулевой машины (РМ) и руля, и позволяет автоматически удерживать судно на заданном курсе при любой погоде и скорости хода от 6 уз и выше, а также выполнять маневрирование при прохождении в узкостях и швартовке.
Виды управления: простое (дистанционное), следящее, автомат, циркуляция (изменение курса судна с заданной угловой скоростью). Принцип работы авторулевого основан на использовании гирокомпаса в качестве датчика, который при отклонении судна от заданного курса выдает в схему авторулевого сигнальное напряжение определенной фазы. Оно после усиления и преобразования подается на систему генератор—двигатель, механически связанную через рулевой привод с баллерами рулей, при перекладке которых на определенный борт судно возвращается на заданный курс.
Значение угла перекладки руля
где КОС - коэффициент обратной связи; j - угол изменения курса;
K1—коэффициент при производной обратной связи;
j' — производная от угла изменения курса.
Для различных условий плавания и в зависимости от гидродинамических свойств судна при одном и том же значении угла рыскания требуется различное значение угла перекладки руля, чтобы возвратить судно на заданный курс. Отношение значения изменения угла курса к значению угла перекладки руля называется коэффициентом обратной связи (КОС), характеризующим степень эффективности руля:
Изменение значения КОС осуществляется путем подачи различного напряжения возбуждения на сельсин-датчик положения руля в приборе РД, где предусмотрено 11 значений КОС: 0,2; 0,3; 0,4; 0,5, 0,6; 0,7; 1,0; 1,2; 1,5; 1,8 и 2,0.
В комплект входят: пульт управления ПУ - основной прибор авторулевого, с которого ведется управление судном в различных режимах работы; станция электроэлементов СЭ - вспомогательный прибор, предназначенный для размещения в нем электроэлементов и для удобства разводки кабельных линий; рулевой датчик РД - предназначен для выработки сигналов обратной связи и указания положения руля. Устанавливается на рулевой машине и связан с баллерами рулей тягой.
Эксплуатация авторулевого. Внутренний осмотр приборов авторулевого можно производить только при выключенном питании. Для подготовки к работе, обслуживанию во время работы и выключению авторулевого нужно произвести нижеуказанные действия.
Подготовка к работе
1. Произвести внешний осмотр приборов системы.
2. Подать питание в схему рулевых указателей и убедиться в том, что разность между показаниями по шкале рулевой машины и стрелки истинного указателя положения руля не превышает 1°.
4. Подать питание на авторулевой с помощью переключателя.
5. Проверить и согласовать принимающий сельсин на ПУ с гирокомпасом.
7. Вернуть руль в диаметральную плоскость.
10. Поворотом рукоятки управления вернуть руль в диаметральную плоскость.
12. Проверить работу электрических ограничителей перекладки руля поворотом рукоятки управления вправо и влево до прекращения перекладки руля в пределах 35°±1 0 .
Включение авторулевого
2. Переключатель усилителей поставить в рабочее положение.
3. Включить переключатель РМ-1 (РМ-2), подав питание в схему авторулевого.
Обслуживание во время работы
3. Коэффициент обратной связи (КОС) и значение сигнала производной подбираются в зависимости от гидродинамических свойств судна и условий плавания такими, чтобы рыскание судна было наименьшим при минимальном числе перекладок руля.
Отключение авторулевого
1. Привести руль в нулевое положение.
3. Выключить питание авторулевого.
Авторулевой "Аист" предназначен для стабилизации судна на заданном курсе и устанавливается на судах неограниченного района плавания, имеющих электрогидравлическую рулевую машину.
Средняя величина рыскания в автоматическом режиме (при оптимальных положениях регуляторов) равна примерно ±1º при волнении моря до 3 баллов и не превышает ±3º при волнении в 5 баллов. Когда волнение выше 5 баллов, авторулевой обеспечивает надежное удержание судна на курсе, но величина рыскания при этом будет более ±3º.
При любом виде управления максимальный угол перекладки руля не превышает 35º. Данная система является самосинхронизирующейся, т.е. все оперативные переключения (переход с пульта на пульт, с одного вида управления на другой, с одного канала управления на другой) осуществляется при любом положении руля и не требуют дополнительных операций по согласованию системы.
Схемой авторулевого "Аист" предусмотрены следующие виды управления: автоматический, следящий, простой и ручной.
Величина разовой поправки к курсу при автоматическом виде управления ±35º, изменение коэффициента обратной связи (КОС) обеспечивается в пределах 0,2 – 2.
Авторулевой имеет определенное количество модификаций, имеющих свой индекс и отличающихся входящими в состав системы приборами.
Индекс авторулевого "Аист" состоит из трех знаков, которые означают следующее:
– первая цифра указывает тип насосного агрегата, например 1 – насос переменной производительности, 2 – насос постоянной производительности;
– вторая цифра соответствует количеству пультов автоматического управления;
– третья цифра указывает на количество пультов следящего управления.
Авторулевой "Аист 1-11" работает с насосом переменной производительности, содержит один пульт автоматического управления и один пульт следящего управления.
Если пульт управления авторулевого выполнен в виде секции общесудового пульта, то в конце индекса ставится буква "П", если авторулевой предназначен для управления двумя рулевыми машинами, то в конце индекса ставится буква "Д". Например: "Аист 1-10 Д". Если авторулевой работает на электрогидравлическую рулевую машину с электрогидропреобразователем, то в конце индекса ставится буква "К", например "Аист 2-10 К".
В комплект авторулевого входят следующие приборы (рис. 4):
Рис. 4. Схема авторулевого "Аист"
1. Пульт управления (ПУ). Является основным прибором. Обеспечивает автоматическое удержание судна на заданном курсе (автоматический режим), а так же осуществляет следящий и простой вид управления рулевой машиной. ПУ устанавливается в рулевой рубке.
2. Пульт следящего управления (ПСУ). В ПСУ в отличии от ПУ отсутствует вид управления "Автомат" и элементы, блоки и узлы, относящиеся к этому режиму работы. Устанавливается на верхнем мостике (если в комплекте имеется ПУ).
3. Исполнительный (ИМ) служит для управления насосом. Располагается в румпельном отделении. В комплект авторулевого входят, как правило, два ИМ.
4. Рулевой датчик (РД) служит для выработки сигнала обратной связи и сигнала о положении пера руля. Устанавливается в румпельном отделении и механически связан с баллером руля.
В зависимости от типа насоса в авторулевых могут применяться ИМ-1 или ИМ-2.
ИМ-1 предназначен для управления работой насоса регулируемой производительности.
ИМ-2 предназначен для управления золотниковым устройством насоса постоянной производительности.
Помимо рассмотренных приборов, в комплект авторулевого "Аист" могут дополнительно входить:
а) соединительный ящик (СЯ), предназначенный для разветвления электрических цепей;
б) станция электроэлементов (СЭ), которая содержит ряд устройств, обеспечивающих работу схемы;
в) при наличии в комплекте ПУ и ПСУ в состав входит переключатель пультов (10-ПП), обеспечивающий переключение этих приборов.
Насос 1, насос 2 и рулевая машина (РМ) в комплект авторулевого не входят.
Современная система управления курсом судна на базе авторулевого Yokogawa PT500 (Япония)
Пульт управления авторулевым Yokogawa PT500 (Япония)
Порядок выполнения работы
1. Привести классификацию авторулевых;
3. Привести требования к авторулевым ИМО и классификационными обществами разных стран.
4. Изучить современные системы управления курсом судна.
5. Составить отчет о работе.
Список литературы
1. Воронов В.В. и др. Технические средства судовождения. Конструкция и эксплуатация. – М. : Транспорт, 1988.
2. Блинов И.А. и др. Электронавигационные приборы. – 4-е изд. перераб. и доп. – М. : Транспорт, 1980.
3. Березин С.Я., Тетюев Б.А. Системы автоматического управления движением судна по курсу. – Л., Судостроение, 1990 – 256 с.
4. Вагущенко Л.Л. Системы автоматического управления движением судна. – Одесса, Латстар, 2002 – 310 с.
5. Вагущенко Л.Л., Кошовий А.А. Автоматизовані комплекси судноводіння. – Київ, КВІЦ, 2001 – 292 стр.
Внедрение авторулевых на морских судах дало возможность получить значительный экономический эффект. Автоматическое управление рулем обеспечивает повышение точности удержания судна на курсе не менее, чем в 2 раза, сокращение ходового времени и увеличение скорости на 3% и снижение до 30-40% нагрузки рулевой машины.
Кроме того, при плавании в открытом море авторулевой освобождает рулевого матроса от утомительного труда по удержанию судна на курсе, а при дальнейшей автоматизации процессов судовождения приведет к сокращению экипажа.
Теплоход "Жданов" у причала Шесхариса (1978 год февраль)
Выходом авторулевого АБР-1 является электромашинный усилитель типа ЭМУ-5А, имеющий на генераторе номинальное напряжение 110в, мощность 0,5 квт. Генератор питает исполнительный электродвигатель системы управления рулевой машиной.
При установке авторулевого АБР-1 штатная электрическая система управления рулевой машиной полностью сохранялась. Переключение с авторулевого на ручную систему производилось практически мгновенно с пульта управления авторулевого из рулевой рубки.
По заданию ЦПКБ-1 модернизировалась электрогидравлическая рулевая машина типа РЭГ-13 для танкера грузоподъемностью 1500 т, в которой гидравлическая система, управления заменилась электрической. Исполнительным устройством авторулевого стал комбинированный привод типа ПК, состоящий из двух электродвигателей типа АДП, которые через соответствующую механическую передачу воздействовали на элементы управления насосами переменной производительности. Пульт автоматического и ручного управления устанавливался в рулевой рубке, пульт только ручного управления - на верхнем мостике.
Выполнялись также работы, связанные с модернизацией секторной рулевой машины типа РЭР-3/2 для пассажирского теплохода на 110 человек и РЭГ-7 для лесовоза грузоподъемностью 3000 т. В рулевой машине РЭР-3/2 преобразователь по системе генератор - двигатель был заменён электромашинным усилителем типа ЭМУ-50, предназначенным для питания исполнительного двигателя рулевой машины. Обмотка управления электромашинного усилителя питалась от пульта управления авторулевого. Для дистанционного управления рулевой машиной оборудовались два поста: один - для автоматического и ручного управления в рулевой рубке и второй - для ручного управления на верхнем мостике.
В машине РЭГ-7 управление насосами переменной производительности обеспечивались исполнительным электродвигателем типа МИ-32, питающимся от электромашинного усилителя типа ЭМУ-12А. Исполнительные двигатели и электромашинные усилители поставлялись комплектно с авторулевым АР-1.
Проводимая широкая модернизация рулевых машин с целью их сочленения с бесконтактными автоматическими рулевыми позволяет в настоящее время подобрать для многих типов судов авторулевой из освоенных промышленностью образцов н только в некоторых случаях, возможно, потребуется производить специальные разработки промежуточных элементов для воздействия существующими авторулевыми на систему управления рулевых машин. Эта работа была начата коллективом ЦПКБ-1 и продолжалась в содружестве с ЦНИИМФ и промышленностью.
Внедрение авторулевых на малых судах, находящихся в эксплуатации, обеспечивался путем установки универсального авторулевого, воздействующего непосредственно на штурвал. Такой авторулевой был разработан ЦНИИМФ.
В 1961 г шла подготовка к изготовлению опытной партии. Монтаж этого авторулевого весьма прост, не требует прокладки транзитных кабелей и может быть установлен в период эксплуатации судна в очень короткое время.
Рулевое устройство. Назначение рулевого устройства — удержание судна на заданном курсе и выполнение маневра курсом.
Основным элементом рулевого устройства ( 9) является перо руля, или руль, представляющий собой гидродинамическое крыло. При перекладке на тот или иной борт руль создает момент силы, разворачивающий судно по курсу в сторону перекладки руля.
Различают два типа рулей - балансирные и небалансирные. Ось вращения небалансирного руля проходит по передней кромке пера руля, а балансирного — через перо руля.
Небалансирный руль, у которого центр гидродинамического давления находится позади оси его вращения, требует большой мощности рулевой машины, но он быстро и легко возвращается в нейтральное положение. Для балансирного руля ввиду наличия впереди баллера балансирной части требуется рулевая машина меньшей мощности (это его главное достоинство), но он медленнее возвращается в исходное положение.
Перо руля на современных судах делают пустотелым, обтекаемым. Его несущую основу составляет рамная конструкция, обшитая листовой сталью, что позволяет сделать перо руля легким, прочным, обтекаемым. Верхний конец баллера выводится на одну из палуб в румпельное отделение, где установлен приводной механизм.
В соответствии с Правилами Регистра СССР на судне, кроме основного, должен быть запасной рулевой привод, не зависимый от основного, что обусловлено первостепенной ролью рулевого устройства в жизни судна.
Рулевые машины. В настоящее время широко применяются рулевые машины двух типов — электрические и гидравлические. Управляют работой рулевых машин дистанционно из рулевой рубки, исполь- .зуя тросовую, валиковую, электрическую или гидравлическую передачу. На современных судах наиболее распространены две последние.
Резервный пост управления размещается непосредственно в румпель- ном отделении у рулевой машины.
Для улучшения маневренных характеристик судна крупные суда оборудуют специальными подруливающими устройствами. К ним относятся следующие: навесные подруливающие устройства, устанавливаемые на специальных кронштейнах; туннельные" подруливающие устройства, основу которых составляет туннель от борта до борта в носовой части и винт регулируемого шага внутри; активный руль, вмонтированный в перо руля и приводимый во вращение электродвигателем.
Авторулевые. На современных судах авторулевые удерживают судно на заданном курсе, а также осуществляют плавание по заданной программе.
Первичным управляющим сигналом является угол рассогласования курса судна (ИК) и заданного курса (ЗК). Разностный сигнал ф = ЗК- ИК в форме напряжения со сравнивающего устройства 2 поступает на индикатор угла рассогласования 3. Затем он подается на дифференцирующее устройство 4, на интегрирующее устройство 5, после чего сигналы с блоков 3, 4, 5 суммируются и поступают на сравнивающее устройство 6. Сумма сигналов, пропорциональных углу рассогласования, производной и интегралу от него, образует управляющий сигнал. Сигнал с блока 3 будет тем больше, чем больше угол рассогласования истинного и заданного курсов. При изменении стороны отклонения судна от заданного курса К3 фаза сигнала изменится на 180°.
Блок 4 выполняет дифференцирование входного сигнала, поэтому на его выходе имеем ф' = ЗК - ИК'. При постоянном заданном курсе ЗК' = 0, а выходной сигнал с блока 4 описывается выражением ф' = = -ИК'. Это означает, что сигнал с блока 4 пропорционален угловой скорости рыскания судна ИК' по курсу. Этот сигнал позволяет учесть при перекладке руля угловую скорость, с которой судно движется к заданному курсу или от него.
Сумма сигналов с блоков 3, 4, 5 имеет малую величину и по напряжению и по мощности, поэтому, пройдя сравнивающее устройство 6, сигнал поступает на усиление по напряжению и мощности в блоке 7. Усиленный сигнал с выхода блока 7 поступает на рулевую машину, в результате чего руль начинает разворачиваться в соответствующую сторону. Сигнал с рулевой машины 9 об отклонении пера руля поступает на датчик руля 10, а с него в форме электрического напряжения - на сравнивающее устройство 6. Этот сигнал ограничивает величину перекладки руля, компенсируя сигналы с блоков 3, 4, 5. Под действием переложенного руля судно разворачивается в сторону заданного курса. Гирокомпас 1 выдает сигнал об изменении курса судна Кс, и угол рассогласования ф при этом уменьшается. Когда угол рассогласования ф равен нулю и не меняется, на рулевую машину не поступает никаких сигналов, а перо руля находится в среднем положении..Демпфирующий блок 8 служит для подавления возможных колебаний в схеме.
Оптимальная настройка авторулевого на судах различных размеров осуществляется подбором соответствующих соотношений между сигналами с блоков 3, 4, 5,8 м 10.
При хорошей погоде авторулевому обеспечивают повышенную чувствительность к углам рассогласования, а при плохой во избежание перегрузки рулевой машины - пониженную.
Блоки 2, 3, 4, 5, 6, частично 7, 8, 10 находятся в пульте авторулевого, установленном на ходовом мостике.
Смотрите также:
:: Корабль. в общем смысле — название всякого морского судна больших размеров.
Для управления парусами на мачтах делаются площадки, назыв. марсами (г), расположенными в
руля; посредством системы приводов румпель поворачивается при вращении штурвала.
По выполнении своего особого задания — переправы через Канал — норманнские суда-гибриды несомненно были бы погребены в анналах истории корабля
байоннский руль, одержавший в ходе многовекового развития техники управления судном победу над бортовым рулем.
Такие установки появились сначала на военных кораблях. Первое гражданское судно на
Под управляемостью понимают способность судна слушаться руля и держаться на курсе, не
Для управления и контроля за ее работой оборудованы 2 поста — основной и резервный, где.
Если судно получит подводную пробоину, вода заполнит через нее весь внутренний объем корпуса и корабль, потеряв пловучесть, затонет.
На рисунке 4 показаны различные положения руля во время движения судна. С левой стороны рисунка показано прямое движение судна.
Читайте также: