Рулевое устройство

Рулевое устройство.

 

Рулевое устройство служит для удержания судна на заданном направлении и перемены направления  движения.

Руль — основной орган, обеспечивающий работу устройства. Он действует только на ходу судна и в большинстве случаев располагается в кормовой части. Обычно на судне один руль. Но иногда для упрощения конструкции руля (но не рулевого устройства, которое при этом усложняется) ставят несколько рулей, сумма площадей которых должна быть равной расчетной площади пера руля.

Руль состоит из пера и баллера.

 
Конструкция руля: 1 — перо руля; 2 — баллер; 3 — труба гельмпорта; 4 — втулка трубы гельмпорта; 5 — сальники, б —секторный румпель; 7—квадрат; 8—продольный румпель

 

Перо  руля - это плоский или, чаще, двухслойный обтекаемый щит с внутренними подкрепляющими ребрами, площадь которого у морских судов составляет ¹/₄₀ – ¹/₆₀ площади погруженной части ДП. Внутреннюю полость пера руля заполняют пористым материалом, предотвращающим попадание воды внутрь. Основу пера руля составляет рудерпис - массивный вертикальный стержень, к которому крепят горизонтальные ребра пера руля. Вместе с рудерписом отливают (или отковывают) петли для навешивания руля на рудерпост.

 

Баллер - это стержень, при помощи которого поворачивают перо руля. Нижний конец баллера имеет обычно криволинейную форму и заканчивается лапой-фланцем, служащем для соединения баллера с пером руля при помощи болтов. Это разъемное соединение баллера с пером руля необходимо для съема руля при ремонте. Иногда вместо фланцевого применяют замковое или конусное соединение.

Баллер руля входит в кормовой подзор корпуса  через гельмпортовую трубу и  поддерживается специальным упорным  подшипником, расположенным на одной из платформ или палуб. Верхняя часть баллера проходит через второй подшипник и соединяется с румпелем.

 

В зависимости  от расположения руля относительно оси  вращения различают: обыкновенные рули, у которых перо полностью расположено в корму от оси вращения; 

балансирные рули, у которых перо разделено осью вращения на две неравные части: большая - в корму от оси, меньшая- в нос;

полубалансирные рули отличаются от балансирных тем, что балансирная часть сделана не по всей высоте руля.

Балансирные и  полубалансирные рули характеризуются коэффициентом компенсации, то есть отношением площади руля. Для их перекладки требуется меньше усилий и менее мощная рулевая машина. Крепление таких рулей к корпусу судна сложнее, поэтому на тихоходных судах, на которых требуются небольшие усилия для перекладки руля с борта на борт, применяют обыкновенные рули.

Разновидностью  балансирного руля является руль типа Симплекс со съемным неподвижным  шпинделем, заменяющим рудерпост, на который  навешивают перо руля. Эти рули более надежны, обладают большей жесткостью крепления к корпусу судна и их удобнее демонтировать.

 

 

 
Типы рулей a — обыкновенный; б — балансирный, в — полубалансирный

 

 

Привод  руля состоит из механизмов и устройств, предназначенных для перекладки руля на борт.

В механизмы  привода руля входят: рулевая машина, рулевой привод- устройство для передачи вращающего момента от рулевой машины к баллеру, и привод управления рулевой машиной (рулевая передача). По Правилам Регистра каждое морское судно должно иметь три привода, действующих независимо друг от друга на руль: основной, запасной и аварийный. Время перехода с основного на запасной привод составляет две минуты.

Обычно для основного привода применяют рулевые машины, а запасной и аварийный делают ручными, за исключением судов, у которых диаметр головы баллера руля больше 335 мм, а также пассажирских судов с диаметром головы баллера более 230 мм; для них требуется механический запасной привод. Рулевую машину обычно размещают в румпельном отделении, а на малых судах и катерах — в посту управления судном.

По конструктивному  исполнению рулевые машины могут  быть: электрогидравлические-

1.Лопастного  типа.

2. Плунжерного  типа.

 

Электрические рулевые машины-

1.С секторно-румпельным приводом.

2.С винтовым  приводом.

Наиболее распространены электрогидравлические машины.

Общий вид и схема действия электрогидравлической рулевой машины  
1 – баллер; 2 – румпель; 3 – цилиндр; 4 – плунжер; 5 – электродвигатель; 6 – масляный насос; 7 – пост управления.

 

 

Электрогидравлические рулевые машины высоконадежны и экономичны в эксплуатации.  Устанавливаются на судах различных классов и назначений.

 

 

Назначение  электрогидравлической рулевой  машины.

 

Пара цилиндров  двойного действия, соединенных с  одним или более румпелями, образуют крутящий момент, необходимый для  управления судном. Насос, работающий от главного двигателя или насос с электрическим приводом, создают необходимое давление и гидравлический поток, чтобы переместить руль и удерживать его против действующих на руль нагрузок. Система управления и аварийно - предупредительная сигнализация выдают необходимые команды и контролируют всю работу рулевой машины. 

Мощность рулевой  машины в основном рулевом приводе, должна обеспечить перекладку руля с 35°одного борта, до 35° на другой борт не более чем за 28 секунд.

Передача на руль усилий, развиваемых в рулевой машине, осуществляется с помощью рулевого привода в виде тросов, цепей или гидравлической системы либо путем жесткой кинематической связи между рулевой машиной и рулем (зубчатые секторы, винты). Различают румпельный, секторный и винтовой приводы.

 

 

 

 Рулевые приводы: а  – румпельный; б – винтовой; в  – секторный 
1 – перо руля; 2 – баллер; 3 – румпель; 4 – штуртрос; 5 – зубчатый

 

 

Румпельный привод представляет собой одноплечий рычаг — румпель, один конец которого соединен с верхним концом баллера, а другой — с тросом, цепью или гидросистемой, предназначенными для связи с рулевой машиной или постом управления. Этот привод, называемый иногда продольно-румпельным, применяют на небольших судах, а также спортивных и несамоходных судах внутреннего плавания.

Поперечно румпельный привод представляет собой румпель в виде двухплечего рычага. Он широко распространен на крупных судах, обслуживаемых четырех плунжерными гидравлическими рулевыми машинами.

 

 

Секторный привод широко применяют при передаче усилия на руль от электрических рулевых машин. В этом случае находящаяся в зацеплении с сектором шестерня вращается от электродвигателя. Для компенсации ударных нагрузок на руль, в секторе устанавливают пружинные компенсаторы.

 

 

Винтовой привод обычно бывает запасным, его ставят непосредственно у руля в румпельном отделении. Вращение от штурвала передается винтовому шпинделю, имеющему по концам резьбу противоположных направлений. Перемещающиеся при вращении шпинделя ползуны с правой и левой резьбой через систему тяг воздействуют на плечи поперечного румпеля, насаженного на баллер руля. Недостатком его является более низкий КПД из-за потерь при трении винтовой пары.

 

Привод управления рулевой машиной (рулевая передача) служит для передачи команд из рулевой рубки на рулевую машину, находящуюся обычно на большом расстоянии от мостика. На современных крупных судах наиболее распространены электрический и гидравлический приводы, реже применяют тросовый или валиковый приводы.

Положение пера руля контролируется специальными указателями. Для обеспечения бесперебойной работы рулевого устройства пост управления машиной дублируют, располагая запасной пост в румпельном отделении или рядом с ним.

 

На малых  судах, не имеющих рулевых машин, перекладка руля вручную при вращении штурвала выполняется с помощью штуртросовой проводки,состоящей из троса, прикрепленного с двух сторон к румпелю и проведенного через направляющие ролики от румпеля к штурвалу. Закрепленные на барабане штурвала штуртросы при вращении штурвала навиваются на барабан или сматываются с него, усилие передается на румпель, а затем на руль.

 Для устранения возникающей при повороте румпеля слабины штуртроса в схему вводят пружинные компенсаторы или ползуны, перемещающиеся вдоль румпеля.

Разновидностью  ручного, привода с секторной  передачей усилия на баллер руля является валиковая передача. Она состоит из нескольких валиков, соединенных при помощи муфт и карданных шарниров, а в местах крутых изломов - коническими передачами. Вращение от штурвала через валиковую передачу сообщается шестерне, сцепленной с сектором руля. Валиковая передача обладает большим КПД, чем штуртросовая.

 

 

Дополнительные  средства управления.

Для улучшения  маневренности судна на малых  ходах, когда обычное рулевое устройство недостаточно эффективно, особенно при швартовке судна у пирса и движении в узких местах (каналы, шхеры, ограниченный фарватер), устанавливают дополнительные средства управления: носовые рули, а также средства активного управления (САУ) — направляющие, насадки, активные рули, подруливающие устройства и вспомогательные движительно-рулевые колонки (ВДРК).

 

 

Контрольные приборы следят за положением рулей и исправным действием всего устройства.  
 
Приборы управления передают приказания рулевому при управлении рулем вручную.

Рулевое устройство — одно из самых важных устройств, обеспечивающих живучесть судна.  
 
На случай аварии рулевое устройство имеет дублирующий пост управления рулем, состоящий из штурвала и ручного привода, расположенных в румпель- ном отделении или вблизи от него.  
 
На малых ходах судна рулевые устройства становятся недостаточно эффективными и порой делают судно совершенно неуправляемым.  
 
Для повышения маневренности на современных судах некоторых типов (промысловых, буксирах, пассажирских и специальных судах и кораблях) устанавливают активные рули, поворотные насадки, подруливающие устройства или крыльчатые движители. Эти устройства позволяют судам самостоятельно выполнять сложные маневры в открытом море, а также проходить без вспомогательных буксиров узкости, входить на акваторию рейда и гавани и подходить к причалам, разворачиваться и отходить от них, экономя на этом время и средства.  
 
Активный руль представляет собой перо обтекаемого руля, на задней кромке которого установлена насадка с гребным винтом, приводящимся в движение от валиковой кони- ческой передачи, проходящей через пустотелый баллер и вращающийся от электродвигателя, установленного на голове баллера. Существует тип активного руля с вращением винта от электродвигателя водяного исполнения (работающего в воде) вмонтированного в перо руля.  
 
При перекладке активного руля на борт работающий в нем винт создает упор, разворачивающий корму относительно оси поворота судна. При работе гребного винта активного руля на ходу судна скорость судна увеличивается на 2—3 узла. При остановленных главных двигателях от работы гребного винта активного руля судну сообщается малый ход до 5 узл. 

Активный руль.                                             . 
 
Поворотная насадка , установленная вместо руля, при перекладке на борт отклоняет отбрасываемую гребным винтом струю воды, реакция которой вызывает разворот кормовой оконечности судна. Поворотные насадки преимущественно находят применение на речных судах.  
 
Подруливающие устройства выполняются обычно в виде туннелей, проходящих через корпус, в плоскости шпангоутов, в кормовой и носовой оконечностях судна. В туннелях размещается гребной винт, крыльчатый или водометный движитель, создающие струи воды, реакции которых, направленные от противоположных бортов, разворачивают судно. При работе кормового и носового устройства на один борт судно перемещается лагом (перпендикулярно диаметральной плоскости судна), что очень удобно при подходе или отходе судна от стенки. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Крыльчатые  движители, установленные в оконечностях корпуса также увеличивают маневренность   судна

 

 

 

1 – диск, 2 –  механизм разворота лопастей, 3 –  поворотные лопасти.

 

Рулевое устройство подводной лодки обеспечивает более  разнообразные ее маневренные качества. Устройство предназначается для  обеспечения управляемости подводных  лодок в горизонтальной и вертикальной плоскостях.  
 
Управление подводной лодкой в горизонтальной плоскости обеспечивает плавание лодки по заданному курсу и осуществляется вертикальным и рулями , площадь которых несколько больше площади рулей надводных судов и определяется в пределах 2—3% от площади погруженной части диаметральной плоскости лодки.  
 
Управление подводной лодкой в вертикальной плоскости на заданной глубине обеспечивается при помощи горизонтальных рулей.  
 
Рулевое устройство горизонтальных рулей состоит из двух пар рулей с их приводами и передачами. Рули делаются парными, т. е. на одном горизонтальном баллере располагаются по бортам лодки два одинаковых пера руля. Горизонтальные рули бывают кормовыми и носовыми в зависимости от места расположения по длине лодки. Площадь кормовых горизонтальных рулей больше площади носовых рулей в 1,2—1,6 раза. Благодаря этому эффективность кормовых горизонтальных рулей в 2—3 раза выше эффективности носовых. Для увеличения момента, создаваемого кормовыми горизонтальными рулями, их обычно располагают за винтами.  
 
Носовые горизонтальные рули на современных подводных лодках являются вспомогательными, их делают заваливающимися и устанавливают в носовой надстройке выше ватерлинии, чтобы не создавать дополнительного сопротивления и не мешать управлению лодкой при помощи кормовых горизонтальных рулей на больших скоростях подводного хода.  
 
Обычно на полной и средней скорости подводного хода управление подводной лодкой производится при помощи одних кормовых горизонтальных рулей.  
 
При малой скорости хода управление лодкой кормовыми горизонтальными рулями становится невозможным. Скорость, при которой лодка теряет управляемость, называется инверсивной скоростью. На этой скорости лодка должна управляться одновременно кормовыми и носовыми горизонтальными рулями.  
 
Основные составные элементы рулевого устройства горизонтальных рулей и вертикальных рулей однотипны.