/
Автор: Шмаков М.Г.
Теги: техника средств транспорта судостроение судовые установки водный транспорт
Год: 1968
Текст
М. Г. ШМАКОВ
, РУЛЕВЫЕ УСТРОЙСТВА СУДОВ
(ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ)
Под научной редакцией проф., докт. техн, наук И. И. Краковского
ИЗДАТЕЛЬСТВО ..СУДОСТРОЕНИЕ"*
Ленинград
1968
УДК 629 12.014.6
В книге рассмотрены основные вопросы проектиро-
вания и расчета рулевых устройств морских судов, а также
судов смешанного и внутреннего плавания. На основе
обобщения современного опыта проектирования, произ-
водства и эксплуатации этих устройств даны рекомендации
по проектированию и выбору деталей, входящих в рулевые
устройства. Рассмотрены методы гидродинамических рас-
четов рулей и поворотных направляющих насадок, рас-
четов деталей рулевых устройств на прочность и предло-
жены рекомендации конструктивных решений, обеспе-
чивающих надежную эксплуатацию судовых рулевых
устройств.
Книга предназначена для конструкторов и инже-
нерно-технических работников судостроительной промыш-
ленности морского и речного флотов, а также может быть
использована студентами вузов и учащимися техникумов
при курсовом и дипломном проектировании.
ШМАКОВ МИХАИЛ ГЕОРГИЕВИЧ
РУЛЕВЫЕ УСТРОЙСТВА СУДОВ
Рецензенты: к. т. н. П. С. Гольян, инж. A. Н. Маломедов
Редактор В. М. Шаянова
Технический редактор 10. Н. Коровенка
Корректоры: Л. Ф. Ежова и Л. Н. Степнова
Оформление переплета суперобложки художника А. С- Демлер
Подписано к печати 26/1 1963 г
Усл печ. л. 81,85 Уч.-иад л 28 2
Бумаги типографская № 3 Зак № 1836
М 20738
Сдано в набор 22/XI 1567
Формат издания 70Х 1087ц.
Изд. 1857-66 Тираж 4Мй эка. Цена 1 руб. 56 коп
Издательство «Судостроение», Ленинград, Д-65, ул. Гоголя, 8
Ленинградская типогрвфия .V» 6 Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР
_ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение . ............................................. 6
Глава I. Общие вопросы проектирования рулевых устройств . 7
§ 1. Общее понятие о судовых рулевых устройствах . . —.
§ 2. Схема рулевых устройств........................................... 8
Катера и мелкие суда......... . . —
Суда на подводных крыльях . —
Буксирные винтоные суда 12
Толкачи ............................... . 15
Морские шаланды..................................................... —
Рейдовые танкеры-раздатчики.............................. . . —
Морские танкеры, сухогрузные, грузо-пассажирские и пассажирские суда 23
Рыбопромысловые морские суда....................................... 32
Суда смешанного плавания ... . . ' —
Плавучие самоходные краны ......................................... 38
Суда, имеющие кормовое и носовое рулевые устройства . —
§ 3. Весовые характеристики рулевых устройств 48
Глава II. Гидродинамический расчет рулей . . 50
§ 4. Общее понятие о рулях ... . —
§ 5. Действие руля............................................... ' ’ 53
§ 6. Предпосылки гидродинамического расчета руля . .. . 56
§ 7. Гидродинамический расчет рулей . • .57
Основные элементы руля................................................. 58
Гидродинамические силы, действующие на руль.............................59
Выбор основных геометрических элементов руля............................60
Влияние применения торцевых шайб на аэродинамические характери-
стики рулей.......................................................... 70
Расчет рулевой силы на руле и гидродинамического момента на баллере
кормового руля ........................................................ 71
Определение гидродинамических характеристик рулей» снабженных
грушевидными наделками 88
Расчет гидродинамических сил на пере и момента на баллере носового
РУля.........................................................89
Пример расчета ............................................. . 92
Глава III. Гидродинамический расчет поворотных направляющих насадок .... 98
§ 8. Понятие о поворотных направляющих насадках..... —
§ 9. Гидродинамический расчет поворотных насадок со стабилизаторами . . 100
Выбор основных элементов поворотной направияющей насадки .... —
Определение гидродинамических сил и моментов на баллере поворотной
насадки ............................................................ 106
* Пример расчета............................................................. 113
§ 10. Способы улучшения управляемости судов, оборудованных поворотными
направляющими насадками .- .... ..................... 119
Глава IV. Рули и ях детали . . . 125
§ 11 Конструкции рулей —
Небалансирные рули . ... 126
Рули типа «Симплекс» . . . . ........ 131
Балансирные рули с двумя штырями . ...... ...... 135
Балансирные рули с одним штырем . . . .............. 137
Полубалансириые рули на кронштейне............................. 141
Рули ледоколов ... .............
Носовые рули...........................
Рули, применяемые на судах внутреннего плавания ...
Вспомогательные средства управления ..........
§ 12. Перо руля..........................
Защита пера руля................ ....................
Перо однослойного руля ..... .
Перо руля обтекаемой формы .
Съемные, детали пера руля . .
Вварные трубки пера......................... ........
Заполнение пустотелых рулей ................
Толщины обшивки и других элементов пера руля .
Р-удерпис................................
Испытание пера руля......................
§ 13. Конструкция поворотных направляющих насадок
Конструкция стабилизатора насадки ..............
Заполнение полости насадок ...................
Способы соединения баллера с насадкой .
§ 14. Баллер и шпиндель руля .................................
Расчет конструктивных элементов баллера для морского судна .
Расчет диаметра баллера ддя судов внутреннего плавания ....
Рубашки шеек баллеров, шпинделей и штырей рулей . .
Расчет посадки рубашки.......................... . .
Защита баллеров (шпинделей) от коррозии . ...
Способы соединения баллера с пером руля .
Съемный рудерпост ......................
§ 15. Рулевые штыри . . . . '
Съемные и постоянные штыри .
Д иаметры штырей...........
§ 16. Подшипники рулей ........
Упорные подшипнини ....
Опорно-упорные подшипники .
Опорные подшипники...................
Промежуточные опорные подшипники.....................
Опорные подшипники пера руля при съемном рудерпосте
Подшипники штырей . .........
Опорные кольца рулей •...........................................
Уплотнительные набивки ..........................................
Определение основных размеров подшипников н втулок для штырей
руля по данным классификационных обществ ........................
§ 17. Некоторые вопросы монтажа и демонтажа рулей.............
§ 18. Масла и смазки, применяемые в рулевых устройствах..............
141
146
147
150
153
154
157
158
159
161
163
164
166
167
176
177
180
181
182
188
189
192
193
194
196
199
200
202
203
204
206
212
Глава V. Расчет основных, деталей рулевого устройства на прочность . ... 218
§ 19. Расчет диаметра баллера руля............... . . . 219
Определение напряжений в материале баллера при стояночном моменте
электродвигателя секторной рулевой машины.................. 221
§ 20. Проверочные расчеты баллера и других деталей на прочность. 222
Расчет баллера на прочность.................................. —
Расчет прочности баллера поворотной насадки при задевании насадкой
ва грунт . . . . . ......................... 226
Расчет прочности стоп-румпеля............................. 230
Расчет на прочность штыря, стопорящего перо руля ... . 231
Глава VI. Рулевые приводы ... 234
§ 21. Типы рулевых приводов ... —
Общее понятие о рулевых приводах......................
Общие требования к рулевому приводу морского судна .... 235
Требования к рулевым приводам судов внутреннего плавания . 238
Требования к рулевым приводам со штуртросной проводкой . . 239
Требования к рулевым приводам с валиковой проводкой................. —
Требования к электрическим румпельно-секторным приводам (электри-
ческим секторным рулевым машинам)................................... —
Дополнительные требования к алектрогидравлическим рулевым машинам 242
§ 22. Секторные приводы со штуртросной проводкой ..................... —
Сектор ....................................................... 248
Штуртросная проводка ... . . . 249
Направляющие лотки .... .-. 256
Направляющие катки . ............ ... 257
Направляющие блоки . ...... . . —
Жерные пружины . . . . .... . . 260
.ртрос...................................... . . . . —
Валиковая проводка . . . . 262
§ 23. Механические приводы . . . 269
Винтовой привод.................................................. —
Паровой привод................................................ 270
Электрический румпельно-секторный привод . —
Электрогидравлический привод..................................... —
Глава VII. Рулевые машины . ............................................... 271
§ 24. Ручные рулевые машины —
§ 25. Паровые рулевые машины . . . 278
§ 26. Электрические рулевые машины 280
Винтовые машины.................................................... —
Секторные машины................................................. 282
Винто-зубчатые машины............................................ 298
§ 27. Электрогидравлические рулевые машины . . 299
Машины плунжерного типа*........... 302
Лопастные машины...............• 311
«Сегментная» машина . .... 314
Винтовая поршневая машина ................................... 316
Поршневые машины с качающимися цилиндрами............., . 317
§ 26. Выбор типа рулевой машины.................................... 321
§ 29. Выбор основных параметров рулевых приводов в рулевых машин . 327
Основные параметры секторного, привода с валиковой проводкой ... —
Основные параметры ручвых рулевых машин с валиковой проводкой ' 328
Основные параметры секторного привода со штуртросной проводкой 329
Основные параметры ручных рулевых машин с тяговым барабаном-
звездочной для штуртроса.....................,................... 331
Основные параметры электрических секторных рулевых машин .... 333
Основные параметры электрогидравлических плунжерных рулевых
машин.................................... . , .......... 336
Производительность насоса для лопастной электрогидравлической
рулевой машины....................................'.............. 347
Основные характеристики поршневых рулевых маший с качающимися
цилиндрами .................................. ....... 348
Глава VIII. Материалы, применяемые для изготовления основных деталей руле-
вого устройства ....................... . . 350
§ 30. Материалы и их классификация ............................. -. —
§ 31. Технические условия на заготовки баллероц (рудерписов) и других
деталей рулевого устройства.................. . . ................. 355
Контроль качества стальных поковок . . , 356
Проектирование стальных поковок ................................. 357
Технические условия на заготовку баллеров (рудерписов) сварной кон-
струкции .............................. . ................. 358
Литература......................•........................................... 361
I
ВВЕДЕНИЕ
За последнее десятилетие (1955—1965 гг.) было построено много
новых морских озерных и речных судов, созданы оригинальные типы су-
дов: на воздушной подушке, на подводных крыльях, катамараны и дру-
гие. Нашли широкое применение новые методы расчета рулей и поворот-
ных направляющих насадок, при которых учитывается влияние движи-
тельного комплекса и корпуса судна.
На новых уникальных морских и речных судах установлены новые,
более совершенные рулевые устройства. Например, успешное использо-
вание поворотных направляющих насадок на мощных отечественных тол-
качах и большегрузных транспортных судах внутреннего плавания поз-
волило внедрить поворотные насадки в качестве рулевого органа также
и на морских судах. Широкое распространение получил новый рулевой
привод с раздельным управлением поворотными насадками, позволивший
улучшить маневренные качества судов. ,
Конструкция рулевых устройств, установленных’на большегрузных
морских судах и судах смешанного плавания создана с учетом специфики
условий их эксплуатации.
Общие вопросы проектирования рулевых устройств нашли отраже-
ние в трудах акад. В. Л. Поздюнина, проф. В. Л. Сурвило, К- А. Стриж,
И. И. Краковского и других. Однако авторы этих работ не ставили
себе целью детально рассмотреть вопросы конструирования и изготовле-
ния рулевых устройств.
Эта книга представляет собой первую попытку обобщить опыт проек-
тирования рулевых устройств, рассмотреть рациональные методы конструи-
рования 'рулей и поворотных направляющих насадок, рулевых приводов,
деталей рулевых устройств и рекомендовать применение наиболее совер-
шенных конструкций.
Особенность книги заключается в том, что вопросы конструирования
и -расчета доведены до практических решений.
Автор благодарит доцентов Аникина Е. П., Гольян П. С., инженеров
Маломедова А. И. и Слинько И. Т. за ценные критические замечания и
профессора д. т. н. И. И. Краковского за большой труд по редактированию
рукописи книги.
Замечания читателей будут приняты автором с благодарностью. От-
зывы о книге просьба направлять по адресу: Ленинград, Д-65, ул. Гогопя,
д. 8, издательство «Судостроение».
ГЛАВА I
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РУЛЕВЫХ УСТРОЙСТВ
§ 1. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О СУДОВЫХ РУЛЕВЫХ УСТРОЙСТВАХ
Одно из основных качеств судна — его управляемость, т. е. способ-
ность менять курс в зависимости от желания судоводителя.
_Управпчрмпсдь судна может быть обеспечена различными способами,
но_в6-веех случаях^необходимо^создать вращающим момент, заставляющим^
судно повернуться (в зависимости of знака момента) в туили:_иную сторону
Жжруг вертикальной оси, проходящей через его. собственный ^центр тя-
жести.
Управляемость судна можно обеспечить самостоятельным или совмест-
ным действием:
руля, представляющего собой погруженное в воду крыло, размещен,-...
ное в~Потрк&-за. копусОМ'судна" —_в его диаметралйюииглоскости-или па-
раллельно ей, за гребньТмй винтами. При повороте крыла (руля) во время
хода судна возникает нормальное к профилю крыла давление на него
воды, создающее некоторый момент, вращающий судно;
поворотной направляющей насадки, представляющей собой кольце-
вое крыло обтекаемой формы, размещенное в потоке за корпусом судна
в диаметральной плоскости или параллельно ей, ось вращения которого
совпадает с плоскостью диска гребного винта. При повороте насадки во
время хода судна возникает нормальное к профилю крыла (насадки)
давление на него воды. Благодаря этому и создается момент, вращающий
судно;
гребных винтов или гребных колес, расположенных вне диаметраль-
ной плоскости судна. Вращающий момент в этом случае обеспечивается
вследствие разности величин и направления упорного давления, созда-
ваемого движителями того или иного борта;
водометных движителей и рулей, расположенных в кормовой части
судна. Вращающий судно момент в этом случае возникает вследствие
разности величин и направления упорного давления, создаваемого дви-
жителями;
крыльчатых движителей, расположенных в диаметральной плоскости
или вне ее. В этом случае управляемость судна обеспечена также, вслед-
ствие разности величин и направления упорного давления;
винтовой колонки, расположенной за корпусом судна или по его
бортам. В этом случае управляемость судна обеспечивается благодаря
повороту винтовой колонки, а следовательно изменению направления
упорного давления, создаваемого гребным винтом колонки;
подруливающего устройства, расположенного в кормовой, или в носо-
вой, или в той и другой частях судна, которое представляет собой водомет,
отбрасывающий струи в направлении, перпендикулярном к диаметральной
плоскости судна, либо крыльчатые движители. Подруливающее устрой-
7
ство применяется для обеспечения управляемости судна на заднем ходу
при подход§х к пирсам и отходам от них, а также при входах в шлюзы
и выходах из них.
Из всех перечисленных средств обеспечения управляемости будет
в этой книге рассмотрено рулевое устройство, которое состоит из
рулей, поворотных направляющих насадок, заслонок водометов с их
деталями;
комплекса деталей, обеспечивающих перекладку рулевого органа и
контроль за его отклонением от диаметральной плоскости. К этому ком-
плексу относятся рулевые приводы, рулевые машины, указатели положе-
ния рулевого органа, авторулевые и другие узлы;
приспособлений для ограничения углов перекладки рулевого органа
(конечные выключатели, механические упоры) и его стопорения в любом
положении (тормоз).
§ 2. СХЕМА РУЛЕВЫХ УСТРОЙСТВ
Рулевое устройство должно обеспечивать поворотливость судна, его
управляемость при ветре и волнении, длительную устойчивость на курсе.
Ойо в основном характеризуется типоМ руля (насадки, заслонки) и при-
водом.
Есть много схем судовых рулевых устройств. Выбор схемы опреде-
ляется многими факторами, он зависит от требований, предъявляемых
к рулевому устройству, типа рулевого органа, рулевой машины, размере-
ний судна, района плавания, назначения судна и т. п.
В каждом отдельном случае рулевые устройства выбирают с учетом
обеспечения эксплуатационных качеств судна, надежности, долговеч-
ности и предусмотренной стоимости изготовления рулевого устройства.
Рассмотрим некоторые типичные схемы рулевых устройств.
Катера и мелкие суда
Эта группа судов имеет рулевое устройство, состоящее из рулевой
машины, штуртросной проводки, в которой в качестве гибкой связи ис-
пользуется стальной оцинкованный канат, сектора (румпеля), пластин-
чатого или обтекаемого руля с баллером, опорного и упорного подшип-
ников и других деталей.
Руль по высоте обычно не выступает выше ватерлинии и не выходит
за основную линию, а по длине корпуса не выступает за его транец. Руле-
вую машину на таких судах принимают с одним гладким барабаном и уста-
навливают впереди щитка управления.
Механическое средство, дублирующее управление рулем, на подоб-
ных судах не предусматривают, и это не вызывает каких-либо опасений
в эксплуатационных условиях. Эта самая простая из схем рулевых уст-
ройств получила широкое распространение. Управляет рулем обычно
один человек — водитель катера (судна).
Суда на подводных крыльях
Суда на подводных крыльях отечественной постройки имеют скорость
хода 60—100 км/час и более. Обеспечение управляемости судов при такой
скорости хода потребовало новых, отличных ох обычных, решений при раз-
работке конструкции рулевого органа и привода. На основании данных
модельных и натурных испытаний были приняты:
в качестве рулевого органа — профилированный руль с удлинением
больше единицы;
8
Рис. 1. Рулевое устрой-
ство судна на подводных
крыльях.
1 — штурвальное колесо;
2 — редуктор; 3 — гидрона-
сос ручного привада; 4 —
блок отсечных клапанов,
6 — датчик электромзяо-
метра; 6 — клапан разъ-
ема, 7 — вентиль; 8 — гид.
роцклнндр: 9 — рули; 10 —
шланг гибкий: II — клапан
обратный: 12 — вентиль;
13 — клапан разъема: 14 —
пран-нанипулятор; 16 —
фильтр; 16 — клапаны об-
ратные; 17 — насос ручной:
1В — гидронасосы на дви
гателях: 19 — клапаны
разъема; 20 — бак расход-
ный; 21 — автомат раз-
грузки; 22 — гвдромзяипу.
лятор; 23 — манометр: 24—
вентиль для прокачки;
25 — бак заправочный.
в качестае основного рулевого привода рулей — гидравлический или
электрогидравлический привод. При гидравлическом приводе рабочая
жидкость подается в гидросистему насосом, навешенным на главный даи-
гатель. В отдельных случаях насос приводится с помощью электродвига-
теля. Кроме основного привода на каждом судне предусматривают запас-
ной ручной привод (механический или гидравлический).
Рулевое устройство (рис. 1) такого судна обычно состоит из подвес-
ных рулей обтекаемой формы с баллерами, упорными и опорными
Основные характеристики рулевых уст
10
подшипниками, сальниками баллеров, рулевого привода и поста
управления, расположенного в рулевой рубке. Рулевой привод рас-
положен непосредственно в румпельном помещении. Основные’ харак-
теристики рулевых устройств некоторых судов этого типа приведены
в табл. 1.
На судах с водометными движителями рулевое устройство состоит из
заслонок, вращение которых происходит с помощью гидравлического
привода, и рулей, привод которых осуществляют с помощью штуртросной
ройств судов на подводных крыльях
Таблица 1
Баллер Опоры баллера 3 I ii 1 [ mg Рабочее давление в гидросисте- ме, кгс/см? 1! h ЕТС 4- и 3 | 1 0 II
Ч Ч « 1 1 г S. j 1 1
65 2X13 Бронэо- втулка Резино- втулка Гидрав- лическая, емкость бака 26 л ±45 30 Ручной аварий ный румпель, канат 40—00 20—25 I Kioto 1X900
70 2X18 Резине- Гидрав лнческая, насос 465п 0 = 0,48 емкость бака 36 л -35 20 Ручной гидрав- лический 43ББФ, емкость бака 2 л 40—60 2X1100 2X900 3,0 |
94 2X13 Резине- Резнно- втулка Гидрав- лическая. насос 465п <2 = 0,48 м*/час. емкость бака 26 л ±35 30 Ручной гидравли- ческий насос PH 01 t»-sn 20-25 4x1200 4X850 6.0
- - Резино втулка Резнно- втулка Гидрав- лическая, (в корме), насос 465п <2 = 0,48 л<8/'а<: ±35 30 Ручной гидравли- ческий 40—60 ?9-2б IX1200 1X900 ми
94 2X13 Реэимо- втулка Резино- втулка Гидрав лнческая ±35 12 Ручной гидравли- ческий 00—80 20—25 2X1100 2K84U 3.0
94 2X13 То же Гидрав- лическая, емкость бака 36 л ±35 30 60- 80 20-25 4X1200 4X750 6.0 .
проводки и ручной рулевой машины, расположенной в рулевой рубке.
Схема такого рулевого устройства’приведена на рис. 2, где положение за-
слонок на заднем ходу показано пунктиром.
Ряс. 2. Рулевое устройство катера с водометным движителем: а — располо-
жение заслонок и рулей; б — расположение рулевого привода.
/ — положение заслонок на переднем ходу, 2 — положение заслонок на заднем ходу,
3 — основной гидравлический привод; 4 — зенасный штуртроскый привод.
Буксирные винтовые суда
На рис. 3 приведена схема рулевого устройства .буксира мощностью
150 л. с. с однослойным рулем, где в качестве основного привода исполь-
зована ручная рулевая машина со штуртросной проводкой, установленная
в рулевой рубке Использование ручной рулевой машины на подобных
судах объясняется тем, что судно не находится в непрерывной эксплуата-
ции, а такой привод значительно дешевле в постройке и ремонте по сравне-
нию с другими приводами. Он прост по конструкции и надежен в эксплуа-
тации. В этой схеме может быть принят руль обтекаемой формы или по-
воротная направляющая насадка, которые располагают так, чтобы они
не выступали за Ьсновную линию и транец корпуса судна. В качестве дуб-
12
13
лирующего средства управления рулем применяют румпель, насаженный
на квадрат головы баллера,
В отличие от приведенной схемы на более мощных буксирных судах
(до 1500 л. с.) возможны три варианта рулевого комплекса:
I) руль или поворотная насадка;
2) рули или поворотные насадки, перекладку которых выполняют
синхронно;
3) поворотные насадки с раздельным управлением.
В сочетании с ними используют электрические секторные рулевые
машины.
При первом варианте рулевая машина расположена в румпельном
помещении. Румпель рулевой машины насажен и жестко закреплен на
баллере руля. С помощью буферных пружин он соединен с сектором, сво-
бодно насаженным на шейку баллера. Сектор находится в зацеплении с
цилиндрической шестерней, закрепленной на вертикальном валике ре-
дуктора. В качестве рулевого электродвигателя основного привода при-
нимают электродвигатель постоянного тока напряжением 220 в, питаю-
щийся от агрегата, работающего по системе двигатель—генератор (Д—Г)
и установленного в машинном отделении. В качестве запасного предусмат-
ривают ручной привод с валиковой проводкой, вращающей баллер руле-
вого органа через редуктор, имеющий дифференциал Федор ицкого. Бла-
годаря этому при' переходе с одного привода на другой не нужно делать
каких-либо переключений. Штурвальная колонка запасного ручного при-
вода установлена в рулевой рубке, в месте, удобном для работы. Второй
пост ручного привода вынесен на крышу рулевой рубки. Штурвальная
колонка может быть установлена непосредственно на палубе — у кормовой
стенки надстройки при условии, что буксирная лебедка будет .располо-
жена на крыше надстройки.
Чтобы облегчить ручной труд при управлении подобным судном,
целесообразно в качестве запасного использовать вместо ручного привода
электрический, который оправдал себя в длительной эксплуатации. В этом
случае посты управления рулевыми приводами располагают в рулевой
рубке, они должны быть вмонтированы в пульт управления судном.
При втором варианте рулевого комплекса рулевая машина располо-
жена в румпельном помещении — сектор рулевой машины саободно на-
сажен на фальшбаллер. С помощью специальных тяг он соединен с рум-
пелями, закрепленными на баллерах поворотных насадок (рулей). Тяги
снабжены буферными пружинами, воспринимающими динамические воз-
действия на поворотные насадки (рули). Такая схема привода дает возмож-
ность производить синхронную перекладку двух насадок (рулей) с помощью
одной рулевой машины, но не обеспечивает их раздельную работу.
При третьем варианте рулевого комплекса в качестве рулевой принята
сдвоенная электрическая секторная машина, расположенная в румпель-
ном помещении. Сдвоенная рулевая машина состоит из двух однотипных
электрических секторных машин Секторы машин свободно насажены,
а румпели их закреплены на баллерах подвесных насадок. Каждая машина
может работать раздельно и обе вместе — синхронно. Это стало осущест-
вимым после соединения вторых выходных концов валов электродвига-
телей с помощью карданных валов и встроенной между ними электро-
магнитной муфты. Благодаря этому рулевое устройство позволяет значи-
тельно повысить маневренные качества судна, что особенно важно для
буксиров портовых и внутреннего плавания (рис. 4).
Рулевое устройство при сдвоенной рулевой машине обладает повышен-
ной надежностью в работе. Управлять судном можно, используя следую-
щие сочетания работы поворотных насадок и рулевых машин:
14
синхронная перекладка насадок при работе обеих одинарных руле-
вых машин;
раздельная перекладка насадок при раздельной работе обеих одинар-
ных машин;
перекладка поворотной насадки правого борта при застопоренной
насадке левого борта, и наоборот;
перекладка в аварийных случаях синхронно двух поворотных наса-
док при застопоренной одной из рулевых машин;
перекладка каждой поворотной насадки
раздельно с помощью запасного привода.
При двух поворотных раздельно работаю-
-------- управляться на
также двигаться
щих насадках судно может
переднем и заднем ходах, а
лагом.
Рис. 4. Рулевое устройство буксира-толкача мощно-
• кстью 800 л. с.
1 — поворотная насадка, Л — дифференциальный редук-
тор, 3 — сектор. 4 — аварийный привод; 5 — электромаг-
нитная муфта; б — электродвигатвиь основного привода.
При такой схеме рулевого устройства запасной электрический при-
вод целесообразно предусматривать только у одной из машин — с правого
или левого борта.
Толкачи
Толкачи — суда, предназначенные для вождения несамоходных
судов путем толкания. Их строят на класс Речного Регистра РСФСР.
Они нашли широкое применение и предназначены для эксплуатации в реч-
ных и озерных условиях. Придавая большое значение маневренности
15
-толкачей, их рулевые устройства выполняют с поворотными направляю-
щими насадками на всех судах отечественной постройки мощностью
150, 800, 1200 и 1340 л. с. За границей при проектировании рулевых
устройств толкачей широко используют рули переднего и заднего хода,
общее количество которых на одном толкаче достигает двенадцати. При-
менение поворотных насадок на отечественных толкачах дало положи-
тельные результаты, маневренность их оказалась значительно лучше
маневренности толкачей, имеющих рули вместо поворотных насадок. Это
дало возможность' толкать составы длиной до 300 м. На толкачах
первых серий рулевое устройство имело подвесные поворотные направ-
ляющие насадки, причем была предусмотрена их синхронная пере-
кладка (рис. 6).
Большое внимание было уделено сочетанию обводов корпуса судна
с поворотной насадкой. Наилучшие тяговые качества судна, как показали
модельные испытания, были получены при тех обводах корпуса, которые
обеспечивали подток воды к гребным винтам (насадкам) со стороны бор-
тов. Обводы корпуса судна, при которых поток воды поступал к гребным
винтам ’иЗ'Под корпуса, обеспечивали значительно худшие тяговые ка-
чества. Обшивка поворотных насадок н размеры баллеров были приняты
на основании расчетов, в которых учитывалась возможность задевания
насадкой за твердый грунт (слежавшаяся глина). Опыт эксплуатации тол-
качей подтвердил справедливость выбора высоких прочностных характе-
ристик насадок и баллеров.
В 1960 г. на отечественных толкачах последующих серий впервьм
в мировой судостроительной практике (по предложению инж. А. С. Кли
мова и В. И. Ерлыкина) была использована новая система соединения ва
лов электродвигателей со встроенной электромагнитной муфтой, позво
ляющая осуществлять раздельную и синхронную работу двух рулевы;
машин. Такое рулевое устройство позволило значительно повысить ма
невренные качества толкачей. Сопоставление цифровых данных даш
в табл. 2.
Таблица
Маневренные качества толкачей с поворотными направляющими
насадками н рулями
X арактеристики Толкачи
♦Плеена» с поворотными насадками «Люблин» с рулями
Скорость хода без состава при 350 об/мид, км!час 21,2 21,7
Суммарная мощность двигате- лей, л, с.:
при 350 об/мин на ходу без состава 937 1044
на швартовах 1140 1240
Число оборотов двигателей, соот- ветствующез режиму на шварто- вах, об/мин 320 320
Тяга на гаке на швартовах, т 18,6 17,4
Гб
Продолжение табл. 2
Характеристики Толкачи
«Плеана» с поворотными насадками «Люблин» с рулями
Удельная тяга на швартовах, кг!л. с. 16.3 14,0
Скорость толкания одной на- ливной баржи с грузом, Т, при режиме двигателей, км!час «Великая» 11 500 «Унята» 7620
350 об/мин 13,3 14,6
340 » 13,0 14,3
Суммарная мощность двигате- лей, Л-с.
при 350 об/мин 1280 1440
» 340 » 1170 1330
Циркуляция толкача на перед- нем ХОДУ
с составом
управление Поворотными насадками Рулями переднего хода
угол перекладки, град. 32ПБ 57ПБ
время перекладки, сек. 10 14
диаметр циркуляции 2,5 длины состава 2,5 длины состава
средняя угловая скорость циркуляции, град/мин 20 31
без состава »
управиение Поворотными насадками Рулями переднего хода
угол перекладки рулей, град. 32ПБ 56ПБ
время перекладки, сек. 13 22
диаметр циркуляции <1.0-1.2) (1,0—1,2)
угловая скорость, град/мин 290 290
Устойчивость на курсе при пе- реднем ходе без состава и с соста- вом Отличная. Для удержа- ния на курсе требуется в среднем не более одной перекладки в 2 мки. Углы переклад- ки 0,5—2,0 град. Отличная. Для удержа- ния на курсе требуется не более одной пере- кладки в 2,5 мин. Углы перекладки 0,5—1,5 град.
Устойчивость на курсе и упра- вляемость при заднем ходе без состава На всех оборотах глав- ного двигателя судно может быть удержано на курсе, введено в циркуляцию и выведено из нее Управляется фланки- рующими рулями, на режимах работы машин 150—330 об/мии. При 330—350 об/мин судно на курсе неустойчиво,. из циркуляции не вы- водятся
2 Закаа 1В36
17
На толкаче «Люблин» мощностью 1200 л. с. было установлено опыт
рулевое устройство (рис. 5), включавшее два руля переднего хода, рас
ложенные за гребными винтами, и четыре руля заднего хода, располо»
ные впереди гребных винтов, В качестве рулевых были использовг
электрические секторные машины, обеспечивающие синхронную пс
кладку рулей. Рули подвесные обтекаемой формы соединялись с баллера
посредством фланцевого соединения. Рулевое устройство было испыта
в тех условиях работы, что и рулевые устройства однотипных толкач
с поворотными насадками. Маневренность толкача и тяговые характер
стики при установке рулей ухудшились. Результаты испытаний подтвс
дили правильность установки на толкачах отечественной постройки г
воротных насадок вместо рулей.
Опыт был вторично проведен на толкачах типа «Москва» мощност!
2000 л. с., построенных на верфях Венгерской Народной Республики
18
заказу Советского Союза. Эти толкачи, кроме рулей переднего и заднего
хода, имели постоянно закрепленные направляющие насадки, в которых
работали гребные винты. Днище в районе движительно-рулевого комплекса
было плоским. Поток воды к движителям поступал из-под днища. При
работе толкача на мелководье гребные винты забирали из-под днища вместе
Рис. 5, Рулевое устройство тол-
кача «Люблин» мощностью
1200 л. с. с рулями переднего
и заднего хода: а — план при
снятой палубе; б — разрезы.
I — фундамент; S — упорный под-
шипник; 3 — баллер; 4 — хомут
из двух половин; £ — рулевая
машина рулей передаего хода;
6 — рулевая машина рулей зад-
него х<ща; 7 — упорный хомут из
двух половин; 8 — нижний под-
шипник; S — руль ааднего хода;
10 — ахтерштевень; 11 — руль пе-
реднего Хода, 17— карданный вел.
с водой грунт и камни, при этом корма судна резко садилась, а камни по-
вреждали гребные винты, насадки и рули. Впоследствии было рекомен-
довано отказаться от рулей и вместо них устанавливать поворотные
2* 19
20
направляющие насадки, учитывая опыт эксплуатации отечественных тол-
качей с поворотными насадками.
Опыт эксплуатации толкачей «Люблин» мощностью 1200 л. с. и типа
«Москва» мощностью 2000 л. с., оборудованных рулями, и толкачей мощ-
ностью 800, 1200 и 1340 л. с., оборудованных поворотными насадками,
показал, что применение рулей снижает маневренные качества и тяговые
показатели толкачей, а использование на судах данного типа'" рулей в соче-
тании с постоянно закрепленными направляющими насадками при заборе
воды движителями из-под днища нецелесообразно и не может быть реко-
мендовано на судах новой постройки.
Наиболее удачное решение в данном случае, позволяющее повысить ма-
невренные качества и тяговые характеристики судна, — применение по-
воротных направляющих насадок с раздельным управлением. При этом
обводы кормы должны обеспечивать подток воды к движительно-рулевому
комплексу со стороны бортов.
Морские шаланды
Наши судостроители имеют большой опыт проектирования и постройки
морских самоходных шаланд. Рулевое устройство шаланды (рис. 7) обычно
состоит из электрической секторной рулевой машины, баллера с подшип-
никами и руля обтекаемой формы, имеющего в нижней части опору. В ка-
честве рулевой применяют электрическую секторную машину. Баллер обыч-
ной конструкции имеет два опорных и один упорный подшипники и саль-
ник, расположенный выше ватерлинии. В качестве запасного в румпель-
ном помещении размещают ручной рулевой привод.
Такая схема, однако, не вполне удовлетворяет современным требо-
ваниям эксплуатации. Шаланды относятся к судам, которые часто швар-
туются, их маневренные качества должны быть высокими, необходимо
обеспечить их управляемость на переднем и заднем малых ходах и движе-
ние лагом. А этого можно достичь лишь прй установке поворотных направ-
ляющих насадок с раздельным управлением.
Рейдовые танкеры-раздатчики
. Рейдовые морские танкеры-раздатчики так же, как шаланды, часто
швартуются и поэтому должны обладать повышенной маневренностью.
Применение рулей на таких судах нецелесообразно по той же причине,
по которой оно нецелесообразно на шаландах. Танкеры имеют одну по-
воротную направляющую насадку и в качестве ее привода — электричес-
кую секторную рулевую машину (рис. 8). Поворотная насадка на наружной
поверхности несет четыре ребра, расположенные по нормали к обшивке.
Эта схема рулевого устройства обеспечивает управляемость судна на перед-
нем и заднем ходах и при ходе по инерции.
При испытании головного судна, оборудованного таким рулевым уст-
ройством, оказалось, что
устойчивое число оборотов главного даигателя при самом малом ходе —
450 об/мин; скорость малого хода 3,6 узла;
устойчивость судна на курсе при всех ходах хорошая. Число перекла-
док насадки — не более 5 в минуту, углы перекладки — не более 3°,
время перекладки насадки на угол ±35° на всех ходах не превышало
18 сек.;
управляемость на всех режимах переднего хода хорошая. Судно
начинает поворачиваться при перекладке насадки на угол 1—2°; управ-
ляемость судна по инерции переднего хода (при неработающем винте)
сохраняется до остановки судна.
21
грузу 3500
сохранением заданного курса. Усовер-
гж
гж
8S
Рис-. 8. Рулевое устройство рейдового танкера.
/ — поворотная направляющая насадка; 2 — направ-
ляющие ребра; 3 — основной стабилизатор; 4 — допел,
нательный стабилизатор; 5 — нижний подшипник; 6 —
баллер; 7 — подшипник; В — запасный ручной привод;
9 — электрическая секторная рулевап машина.
При гашении инерции переднего хода: с «Полного вперед» — на «Пол-
ный назад», со «Среднего вперед» — на «Полный назад», с «Малого вперед» —
на «Полный назад», с «Самого малого вперед» — на «Полный назад» —
управляемость обеспечивалась с
шенствование повортной на-
садки, заключавшееся ₽ уста-
новке четырех радиальных
ребер и дополнительного
стабилизатора, позволило
значительно повысить ма-
невренные качества судна —
улучшить устойчивость на
курсе и обеспечить управляе-
мость на переднем и заднем
ходах и при ходе по инер-
ции (при неработающем греб-
ном винте).
Морские танкеры,
сухогрузные,
грузо-пассажирские
и пассажирские суда
Эта группа судов наибо-
лее многочисленная как в
отечественном, так и в ино-
странном флотах Типы этих
судов разнообразны, различ-
ны и схемы их рулевых уст-
ройств. Среди них есть руле-
вые устройства с рулями: не-
балансирными, балансир-
ными с одним и даумя шты-
рями, «Симплекс», полуба-
лансирными на кронштейне
или дейдвуде и подвесными.
Рулевые устройства с
рулями этих типов в ком-
плексе с электрическими
секторными или электрогнд-
равлическими плунжерными
рулевыми машинами используют на судах водоизмещением до 10 000 т
и с электрогидравлическими — на судах водоизмещением более 10 000 т.
Инженеры А. Н. Меломедов и П. В. Иванов обследовали много мор-
ских судов водоизмещением более 10 000 т, рассмотрев их рулевые уст-
ройства отечественной и иностранной постройки (1950—1961 гг.). В резуль-
тате обследований было установлено следующее применение рулей.
Танкеры. На твикерах отечественной постройки в рулевых устрой-
ствах были использованы рули следующих основных типов: балансирные
с двумя штыревыми опорами пера (34%); балансирные с одной штыревой
опорой пера (22%) и небалансирные с двумя и тремя опорами пера (22%).
В тот же период на танкерах иностранной постройки применялись рулн
типа Симплекс (42%); небалансирные (24%) и полубалансирные на крон-
штейне (15%).
Повышение скорости хода судов и улучшение гидродинамических
качеств даижительно-рулевого комплекса сказалось и на применении
рулей. На танкерах, построенных в этот период за границей, все ч
устанавливают полубалансирные на кронштейне рули, их примене!
в процентах, показано ниже:
Годы постройки судов ... 1954 1957 1958 1959 1961
Применение, % ................. .... 1,6 1,6 4,9 8,0 9,5
Эти рули в основном использовали на судах со скоростью хода 1
18 узл.:
Скорость хода, узл. , . . . . . 14—15 16—17 17—18
Применение, "о . . . ................. 1,6 3,2 20,6
Применение рулей этого типа зависит также от дедаейта судов.
Дедвейт, тыс. т . . .10—20 30—40 40—50 60-^70 80—110
Применение, % . . .1,6 3.2 14,3 3,2 1,6
На супер-танкерах нашли применение раскрывающиеся рули,
пользуемые не только для управления судном, но и для его торможен
На танкерах иностранной постройки, предназначенных для пла
ния в ледовых условиях, нашли применение рули трех типов: «Симплек
балансирные с двумя штырями и полубалансирные на кронштейне.
Сухогрузные, грузо-пассажирские и пассажирские суда. В тот
период применение рулей на этих судах иное. На отечественных сух
чаще всего устанавливали рули типа «Симплекс» (34%), рули балансира
с одним штырем (22%) и полубалансирные на кронштейне (22%). В ш
странной практике главным образом использовали рули типа «Симпле!
(40%), полубалансирные на кронштейне (28%.) и балансирные с дву
штырями (25%).
Следовательно, преобладали рули типа «Симплекс», их широко i
пользовали до 1959 г.
Годы постройки судов .... 1952 1956 1957 1958 1959 1960 1961
Применение рулей «Симплекс»,
?о........................— 4,2 3,2 9,5 12.5 — 5.2
Применение рулей полубалап-
сириых на кронштейне, ?6 1,1 1,1 1,1 5.3 1.1 3,2 2,1
Рули полубалансирные на кронштейне в основном устанавливали 1
судах со скоростью хода 18—21 узел и дедвейгом 10—20 тыс. т. На суд;
с меньшими скоростями хода нашли широкое применение рули типа «Си1
плекс».
Однако как на одновинтовых, так и на даухвинтовых большегрузнь
судах для снижения шума и вибрации в кормовой части судна, а таки
для улучшения гидродинамических качеств движительно-рулевого koi
плекса наиболее целесообразна установка полубалансирных на кро1
штейне рулей.
На судах этой группы, предназначенных для плавания в ледовы
условиях и построенных на иностранных верфях, нашли применен!
рули типа «Симплекс», балансирные с двумя штырями, полубалансирнь
с одним и даумя штырями.
На рис. 9 приведено рулевое устройство морского танкера грузоподч
емкостью 1500 т отечественной постройки. Особенность этого устро!
ства — крепление небалансирного пера руля на трех штырях. Перо рул
соединено с баллером на болтах. Конструкция соединения в необходимы
случаях позволяет снимать перо руля на плаву без демонтажа рулево
электрогидравлической машины. Баллер расположен в трубе гелыи
порта, что дало возможность упорно-опорный роликовый подшипни.
расположить на платформе, значительно удалив его от грузовой ватер
линии. Перо руля с кормы защищено специальной наделкой (обтекателем)
24
Рис. 9. Рулевое устройство морского танкера
грузоподъемностью 1500 т.
приваренной к обшивке корйуса судна. Несмотря на это, гельмпорт ре-
комендуется закрывать проницаемым накладным листом (из двух поло-
вин), предохраняющим его от забивания льдом и плавающими предметами.
На большегрузных сухогрузных судах типа «Янтарный» применен
также небалансирный руль (рис. 10), перо которого имеет два штыря.
Оно с помощью горизонтальных фланцев и болтов соединено с вертикаль-
ным баллером.
Баллер имеет один упорно-
опорный подшипник. Чтобы
обеспечить удобство обслужива-
ния подшипника и демонтаж
рулевой электрогидравлической
машины, его устанавливают на
специальной платформе, рас-
положенной ниже елани рум-
пельного отделения. Для сня-
тия пера руля на корпусе судна
приварены специальные обухи.
С кормовой части перо руля
защищено обтекателем. Для
обеспечения работы рулевой ма-
шины в аварийных случаях в
румпельном отделении устано-
влен аварийный агрегат-насос.
Сухогрузное морское судно
типа «Павлин Виноградов» обо-
рудовано (см. рис. 10, б) не-
балансирным рулем, перо кото-
рого имеет две опоры, штыри
закреплены в петлях пера
руля, расположенных ниже
петель ахтерштевня. Такое рас-
положение петель дает возмож-
ность с меньшими затратами
труда снимать перо руля на
плаву без демонтажа рулевой
машины. В отличие от преды-
дущей конструкции баллер
имеет два подшипника, один из
них упорно-опорный, а дру-
гой — опорный.
Нижний подшипник расположен на специальной платформе ниже
платформы румпельного помещения. На случай выхода из строя насосов
электрогидравлической рулевой машины в румпельном помещении пре-
дусмотрена установка аварийного насоса с ручным приводом, обеспечи-
вающим перекладку руля на угол ±20°.
Отличие от схем, приведенных выше, имеет схема рулевых устройств
морских крупнотоннажных танкеров отечественной постройки с балансир-
ными рулями (рис. 11). Перо балансирного руля с одним штырем в ниж-
ней части подвешено на конусном хвостовике баллера. Штырь может
быть закреплен в петле руля, расположенной выше опорной части пятки
ахтерштевня (рис. 11, с) и ниже ее (рис. 11, б). В последнем случае перо
руля без особого труда может быть снято на плаву без демонтажа рулевой
машины. Баллер руля расположен в трубе гельмпорта, имеет два опорных
и один упорный подшипник. В румпельном помещении расположен насос,
25
a)
26
153 152 151 150 143 148 147 146 145 144 143 142
28
29
30
Ш 186 186 .. 18! 180 178
Рис. 12, Рулевые устройства морских судов с полубалансяр-
иыми рулями: а — морской танкер; б — морское сухогрузное
судно водоизмещением. 7500 т\ 'в — морское [сухогрузное судно
водоизмещением более 10.000 т.
1 — перо руля; 2 — протектор: 3, 4 — подшипники баллера, S — руле-
вая машина; 6 — запасный привод; 7 — баллер; в — штырь; 9 —мон-
тажный рын; 10 — упор
обеспечивающий подачу рабочей жидкости для перекладки руля в аг
рийных случаях.
На рис. 12 приведены схемы рулевых устройств морских судов on
явственной постройки. В нижней части пера руля закреплен штыде
в верхней части с помощью конуса перо соединено с баллером. Такс
конструкция соединения позволяет быстро снимать перо руля на плаге
Для привода рулей применяют электрические секторные рулевые машин
или электрогидравлические. В первом случае наряду с электрически
секторной рулевой машиной предусматривается запасной ручной njp
вод, действующий через сектор основного привода (рис. 12, а) или чедз
вспомогательный сектор (рис. 12, б). В рулевое устройство с электде
гидравлическими рулевыми машинами входит аварийный агрегат-насс
или насос с ручным приводом. Схема рулевого устройства, приведена,
на рис. 12, в, — конструктивнее однотипных схем с секторными ру„ч
выми машинами.
На рис. 13 приведена схема рулевого устройства морского сухогрд
него судна с подвесным рулем. Особенность этой схемы — соединен!
пера руля с баллером и конструкция нижнего опорного подшипник
Нижний подшипник расположен ниже грузовой ватерлинии. Это сделан
с целью приблизить опору к перу руля. Для надежности уплотнен!
сальник баллера имеет пять колец набивки, дополнительно для сбо>]
пропусков воды по контуру корпуса подшипника приварено колыц
срез которого находится выше грузовой ватерлинии.
Рыбопромысловые морские суда
Особенность этих судов — стесненность румпельного номещенм
ограниченного палубой по высоте. Отечественные морские рыбопромысл!
вые суда первых серий имели рулевое устройство (рис. 14), включаюпц<
небалансирный руль с даумя штыревыми опорами пера, криволинейна»,
баллер, опорно-упорный подшипник и электрогидравлическую рулеву
машину.
На последующих сериях этих типов судов конструкция рулевой
устройства была изменена. Она включала
балансирный руль со встроенным приводом активного руля при одн<с
штыревой опоре;
прямой пустотелый баллер, с помощью конуса, шпонок и гайки о
единенный с пером руля;
один опорно-упорный подшипник;
секторную рулевую машину, обеспечивающую перекладку рут
на угол ±90° и
электропривод к гребному винту, передаточный вал которого при
ходит через отверстие в баллере.
На рис. 15 приведено рулевое устройство с направляющей насадков
вынесенной за пределы пера руля и прикрепленной к нему с помощь
вертикальных и горизонтальных книц. На рис. 16 показано рулевк
устройство с направляющей насадкой активного руля, вмонтированнсо
в перо. Кроме того, предусмотрена постоянно закрепленная направляй
щая насадка основного гребного винта, что позволило повысить гидрч
динамические качества руля. Обе конструкции рулей находят применена
в современном отечественном судостроении.
Суда смешанного плавания
Рулевое устройство на судах смешанного плавания должно обесп-е
чивать надежную их управляемость при плавании в морских и речньи
условиях, по каналам и в узкостях с учетом изменения глубин и осадюи
32
I — нвжний штырь: 2 — перо руля: S — насадка*, 4 — привод к
винту: 5 - баллер; 6 -§дект₽апривдд Г^йЭГЗ ВКШ- J = ЭЛ9КТрй=
Рис. 16. Рулевое устройство морского рыбопромыслового судна с
активным рулем.
I — перо руля, 2 — привод к винту: 8 — обтекатель*. 4 — нижний
опоряо-упориый роликовый подшипник; 3 — рым монтажный; в 7 —
места иммок румпелей gchobhgfs и aanssssFB пвшдвв, § = §лзй?б8:
Этого достичь трудно, так как форма рулевого органа во многом зависит-
от осадки судна, образований кормы судна и условий плавания. На реч-
ных судах перо руля вытянуто вдоль судна, вследствие чего его удлине-
' ние -у- = X получается минимальным, а на морских судах, наоборот,,
перо руля должно иметь возможно большее удлинение 1 и верхнюю кромку
р его располагают возможно ближе к обшивке корпуса судна.
Для изыскания оптимального варианта при проектировании рулей
' судов смешанного плавания прибегают к модельным испытаниям. В про-
> цесСе испытаний устанавливают оптимальные размеры движительно-
£ рулевого комплекса, учитывая осадки, принятые для плавания в морских
и речных условиях. Осадка судов смешанного плавания обычно находится
г в пределах 2,2—3,5 м, меньшее ее значение предназначено для плавания
в речных условиях.
( На судах смешанного плавания используют следующие схемы руле-
’ вых устройств:
с одним рулем, расположенным в диаметральной плоскости судна,
и электрической секторной рулевой машиной;
' ~ с одним рулем, расположенным в диаметральной плоскости судна,
двумя постоянно закрепленными направляющими насадками и электр и-
< ческой секторной или электрогидравлической плунжерной рулевой ма-
шиной;
J с двумя балансирными подвесными рулями, установленными за по-
стоянно закрепленными направляющими насадками (рис. 17);
с двумя синхронно поворачивающимися подвесными направляющими
' насадками и электрической секторной или электрогидравлической плун-
жерной рулевой машиной;
с двумя раздельно управляемыми подвесными поворотными направ-
ляющими насадками и электрической секторной рулевой машиной.
Первые суда смешанного плавания (танкеры типа «Олег Кошевой»}
имели один небалансирный руль площадью 12,0 м2 обтекаемой формы,
установленный в диаметральной плоскости. Эти суда обладают хорошей
управляемостью при плавании в морских и речных условиях. Однако
в морских условиях на этих судах при ходе на волнении руль оголялся,
! вследствие чего перо руля воспринимвло удары волн, которые создавали
на баллере руля обратный крутящий момент, превосходящий 22/пс-л,
’ обеспечиваемый секторной рулевой машиной РЭР22-1. Это вызывало раз-
"" рушение крепежных болтов редуктора рулевой машины и его смещение.
Такое же явление наблюдалось при навале судна кормой на откос канала.
; В этом случае руль воспринимал усилие по величине, превосходящее-
. расчетное
'• Нельзя было стопорить руль с помощью тормоза баллера, так как.
' тормоз был рассчитан на 0,25Л1б, где Мб — максимальный крутящий
момент на баллере руля.
» ” Чтобы уменьшить величину обратного момента, создаваемого уда-
•’ рами волн о перо руля, пришлось верхнюю кормовую часть его срезать
под углом 60е. Таким образом, была несколько уменьшена площадь пера
' руля, оголяемая при плавании на волнении, снизились динамические
г нагрузки, что улучшило защиту рулевой машины. Однако даже после этого
г мероприятия обратный крутящий момент на баллере, создаваемый дина-
“ Мическими усилиями, значительно превышал величину 0,25 Л4С. Это позво-
лило сделать вывод, что на судах смешанного плавания тормоз баллера
Должен быть рассчитан на величину, значительно большую, чем 0,25Л4б..
При дальнейшем совершенствовании рулевого органа были исполь-
Ь Ьованы балансирные рули (сухогрузные суда типа «Инженер Белов»)
. 3* За-
с коэффициентом компенсации 7? = 0,27, в качестве рулевого привода
была установлена рулевая электрогидравлическая плунжерная рулевая
машина РЭГЗ-1, обеспечивающая момент 30 тс-м при а = ±35° и вре-
мени перекладки руля с борта на борт 30 сек. Таким образом, при сохра-
нении площади пера руля (12 №) обеспечиваемый рулевой машиной кру-
тящий момент был увеличен с 22 тс-м До 30 тс-м при расчетных значе-
ниях, составляющих соответственно 19,5 и 21,2 тс-м. В эксплуатацион-
ных условиях давление рабочей жидкости в цилиндрах значительно пре-
восходило расчетное. Так, на судах типа «Инженер Белов» рулевая машина
РЭГЗ-1 была рассчитана на рабочее давление 100 кгс!см^ и максимально
допустимое давление 150 kscIcm?. При ходе на волнении в 3—4 балла
дааление в гидроцилиндрах достигало 150 кгс!см? при среднем давлении
140кгс/сл<2. На судах типа «Инженер Пустошкин» при волнении 2—3 балла,
встречном ветре, средней осадке 4 м и скорости хода 10 уз л. замеренное
давление в цилиндрах рулевой машины РЭГЗ-2 составляло:
а) при перекладке руля от ДП на борт
Угол перекладки руля а, град. О 10 15 20 25 30 35
Давление масла в цилиндрах,
кгс/см2.................12 30 55 70 85 105 135
б) при перекладке руля с борта на борт — в конце перекладки руля
160 кгс)см*.
На теплоходе «Матвеев», судне того же типа, при ветре 5—6 баллов
и следовании с курсовым углом 15° (волна с правого борта высотой 3 л;)
в цилиндрах рулевой машины были замерены следующие давления:
Угол перекладки руля, с.
град................ 10 5 12 12 8 6
Изменение давления мас-
ла в цилиндрах при
ударе волны, кгс/см2 25—50 10—40 25—60 20—60 15—55 15—3'5
Угол перекладки руля а,
град................. 12 12 8 8 3 11
Изменение давления мас-
ла в цилиндрах при
ударе волны, кгс/см2 40—100 35—55 25—40 15—40 15—45 45—80
Как видно, обратный крутящий момент может значительно превос-
ходить расчетный крутящий момент. Следовательно, рулевой машине
таких судов нужен запас минимум 25%, т, е. она должна развивать
Mt = 1,25^
где Л!расч — расчетный крутящий момент на баллере руля.
В последующем для усовершенствования рулевого устройства были
применены постоянно закрепленные направляющие насадки гребных
винтов и один руль, расположенный в диаметральной плоскости. Примене-
ние направляющих насадок привело к значительному уменьшению- ого-
ления пера руля, так как при килевой качке насадки создают торможение
выхода кормы судна из воды на волнении. Рулевое устройство и движи-
тельный комплекс стали работать без значительных рывков. В качестве
рулевого привода была использована электрогидравлическая плунжерная
рулевая машина.
Этот вариант рулевого устройства по сравнению с рассмотренными
выше более рационален.
Для усовершенствования конструкции движительно-рулевого ком-
плекса на судах типа «Волго-Балт» были использованы подвесные
37
синхронно поворачивающиеся направляющие насадки. При диаки
•гребного винта 1600 мм насадки имели:
Наименьший внутренний диаметр, мм D„ = 1620 1
Коэффициент раствора ... . . ан = 1,3
» расширения Р= 1,12
Относительную длину . ... I — 0,8
Насадки обеспе«Гили (по сравнению с рулями) повышение скорм
хода судна на тихой воде до 1,0 км!час и улучшили его управляем!'
и маневренность. Судно стало устойчивее на курсе. Диаметр циркул!?
был Оц = 1,2£, где L — длина судна. Применение насадок одновремк
позволило уменьшить вес рулевого устройства.
Учитывая, что суда смешанного плавания используют на внутрею
водных путях и при подходах к пирсам и отходах от них не прибек
к помощи портовых буксиров, следует считать наиболее целесообразз
устанавливать на них рулевое устройство, имеющее подвесные поворот
направляющие насадки с раздельным управлением (см. рис. 6). как Si
совершенное.
Раздельное управление насадками улучшает маневренные каче<
судна и обеспечивает
хорошую управляемость при ходе вперед и удовлетворительную
при ходе назад;
движение лагом.
Плавучие самоходные краны
Плавучие самоходные краны имеют румпельные помещения в кормк
части понтона, расположенные по бортам.
Рулевое устройство на современных плавучих кранах отечествен;
постройки имеет поворотные насадки, перекладка которых происх-<
с помощью электрических секторных рулевых машин, работающих кам
на свой баллер. На кранах первой серии рулевые машины не имели мь
нической связи и могли работать раздельно или синхронно. Это обе
чивалось сдвоенным постом управления, установленным в рулевой ру/,
Комаидокоитроллеры размещались так, чтобы их рукоятки были наш]
лены к диаметральной плоскости. Появилась возможность надеть на>
коятки трубку для синхронной перекладки насадок. В случае, если <с
из насадок была отклонена, то предварительно обе насадки раздел!
доводились до положения, позволяющего надеть на рукоятку тру'1
что при эксплуатации не встречало затруднений. При двух рулевых ms
нах на судне на каждой из них был предусмотрен в качестве резерва
ручной рулевой привод, расположенный в румпельном помещении и ,
ствующий через редуктор на сектор рулевой машины. Такая схема при
и надежна в эксплуатации. Рулевое устройство обеспечило управляем»
судна .при ходе вперед, назад и движение его лагом. Последнее весьма
щественйб'для плавучих кранов. Такая схема рулевого устройства мео
быть применена и на вновь строящихся плавучих кранах, причем м«
быть* использованы электрогндравлические плунжерные рулевые маш»
работающие каждая на свой баллер, но пост управления должен обе-
чивать как раздельную, так и синхронную работу этих машин.
Суда, имеющие кормовое и носовое рулевые устройства
К таким судам следует отнести: автомобильные и железнодорож
паромы, крановые суда, ледоколы и т. д. Маневренные качества з
судов должны^ быть высокими, особенно тех судов, которым приход»
часто подходить и отходить от причала задним ходом.
38
Автомобильные паромы челночного /ина имеют носовое и кормовое
рулевые устройства. Суда этого типа обычно делают кратковременные
пробеги, вследствие чего швартовка их повторяется весьма часто. Если
у судов, рассмотренных выше, улучшение маневренности обеспечивалось
благодаря применению поворотных направляющих насадок, то в данном
случае это достигается путем применения кормового и носового рулей.
Носовое рулевое устройство в комплексе с кормовым обеспечивает
управляемость на переднем ходу при работе кормового руля и засто-
поренном в диаметральной плоскости носовом руле;
управляемость на заднем ходу при работе йосового руля и засто-
поренном в диаметральной плоскости кормовом руле;
движение лагом любым бортом при перекладке рулей на борт, про-
тивоположный направлению движения, при этом гребные винты (носовой
и кормовой) работают навстречу;
циркуляцию почти на месте при перекладке рулей в сторону, проти-
воположную повороту;
управляемость при ходе по инерции при работе одного или обоих
рулей.
На паромах челночного типа рулевые устройства располагают в око-
нечностях судна так, чтобы обтекаемые рули были по форме продолжением
обводов корпуса и вписывались в фигурный штевень (рис. 18). Рулевые
устройства симметричны. Каждое рулевое устройство состоит из электри-
ческой секторной рулевой машины, баллера с подшипниками и сальником,
руля, тормоза баллера руля, штыревого стопора носового пера руля
и других деталей. При двух самостоятельно действующих рулевых устрой-
ствах запасные и аварийные рулевые приводы не предусматриваются.
' На паромах мощностью до 600 л. с. руль имеет защиту в виде рамки
штевня. На паромах большей мощности для защиты пера руля предусмат-
ривают только специальные обтекатели, приваренные к корпусу судна
или выполненные за одно целое со штевнем и’расположенные на уровне
грузовой ватерлинии. Это вызвано тем, что рамку штевня не удается сде-
лать достаточно прочной, а рамка недостаточной прочности при ударе
штевнем о твердый предмет может служить причиной заклинивания пера
руля. Перо руля в нижией части обычно имеет опору в пятке ахтер-
штевня.
Для стопорения пера носового руля в диаметральной плоскости над
рулем устанавливают штыревой стопор. Подъем и опускание штыря сто-
пора происходит с помощью электроручного привода, который сблоки-
рован с приводом рулевой машины. Благодаря этому электропривод
рулевой машины не может быть запущен до тех пор, пока штырь стопора
не будет выведен из стопорного гнезда пера руля, и наоборот.
Управление каждой электрической секторной рулевой машиной
и стопорами рулей осуществляется раздельно. Посты управления ими вмон-
тированы в пульты управления судном.
На речных автомобильных паромах челночного типа, предназначен-
ных для плавания на реках с переменной глубиной, вместо рулей приме-
няют литые поворотные насадки (рис. 19). В зависимости от глубины фар-
ватера насадка вместе с ее приводом может быть опущена или поднята.
Это вызвано стремлением повысить качество движительно-рулевого ком-
плекса, который монтируется на специальной шарнирно закрепленной
раме. На раме подвешена поворотная насадка. Баллер ее имеет опорный
и упорный подшипник, вмонтированные в корпус редуктора привода
насадки. Насадка получает вращение через редуктор и валиновый привод
От электродвигателя, установленного вне рамы. Для поддержания шар-
нирно закрепленной рамиы ее перемещения по вертикали предусмотрен
39
специальный герметически закрытый винтовой привод, гайка кото
установлена в крестовине, закрепленной'в подшипниках на раме,
предотвращения боковых смещений рамы в конце ее предусмотрен
зун с направляющими.
Морские железнодорожные паромы. Большая часть паромов, hci
чая суда дальнего сообщения и суда, швартующиеся лагом к прич!
Рис. 18. Носовое рулевое устройство ввтоыобильного парома челночного типа «Иртг
и парома № 5.
1 — перо руля; 2 — съемный лист: 3 — баллер: 4 — гайка баллсрн. 5 — ступица рг
6 — нижний подшипник, 7 — стопор пера руля с электроприводом; 8 — верхний опорно-ynojp
подшипник. S — рулевая машина; 10 — стопор гайки: 11 — нижний штырь; 12 — втулк;а
вынуждена проходить значительные по длине участки пути задним ходи
что требует установки кормовых и носовых рулей.
Морские железнодорожные паромы обычно имеют крутящий момк
на баллере руля, превышающий 16 тс-м, величиной которого огранит
вается применение электрических секторных рулевых машин. На сок
менных судах подобного типа предусматривают установку исключителц
плунжерных электрогндравлических рулевых машин. При двух рулев
устройствах (носовом и кормовом) запасной привод руля не ставят. Е<с
судно имеет одно кормовое рулевое устройство (рис. 20), то в качесч
резервного средства в румпельном помещении устанавливают вспомои
40
411
42
тельный агрегат, обеспечивающий подачу рабочей жидкости в гид
цилиндры рулевой машины. При плавании во льду и недостаточном
глублении рулей рулевые машины любой конструкции имеют защиту'
случай заклинивания руля в ледовых или иных условиях.
Перо руля носового устройства так же, как и на автомобильных
ромах, стопорят с помощью штыревого стопора, снабженного электг
ручным приводом, сблокированным с приводом рулевой машины. С
пором управляют из ходовой рубки. Необходимость прочного стопорен
носовых рулей вызывается также условиями движения парома во ль.
Носовые рули таких судов (рис. 21) по форме представляют прод
жение корпуса судна. Их профиль значительно отличается от обычни
рулевого профиля и имеет клинообразную форму, сужающуюся к основ»
линии. Перо руля имеет значительный внутренний объем, выполняет
водонепроницаемым, но внутренняя полость его не заполняется.
Площадь рулей выбирают достаточно большой, чтобы обеспечи
поворотливость судна на малых скоростях при подходе к причалу. Л
относится в первую очередь к носовому рулю, эффективность которю
вследствие отсутствия струй от гребных винтов, зависит только от <с
ственной скорости судна. На паромах с ледовыми подкреплениями зап.'
щают кормовой руль с помощью специальной наделки на корпус суд
называемой защитным рогом, а носовой руль — специальной защит»
рамкой по всему периметру, если это возможно. Зазор между Bepxi
кромкой руля и подзором корпуса делают минимальным.
На некоторых паромах, имеющих большую парусность, несмотря!
увеличение площади и наличие кормового и носового рулей, поворотг.
весть при подходе к причалу может оказаться недостаточной, в св»
с чем в последнее время большое распространение получили носовые гп
руливающие устройства. На отечественных паромах типа «Совете!*
Азербайджан» установлено носовое подруливающее устройство мощное"!
490 л. с., которое работает бесперебойно при каждой швартовке. На па
мах типа «Theodor Heuss» установлен крыльчатый движитель под днишь
позади носового руля. Мощность электропривода крыльчатого дви.>
теля составляет 1000 л. с.
Крановые суда. Крановые суда предназначены для обслуживай
нефтебуровых вышек в открытом море. Такие суда должны иметь хо
шую маневренность, обеспечивающую достаточно плавный подход к ме<
якорной стоянки около вышки и в случае необходимости удержание cy'j
на определенном месте, на незначительном удалении от вышки.
удовлетворения этим требованиям на уникальном крановом судне «К
Оглы», имеющем два корпуса, соединенные мостом, установлено руле
устройство в кормовой и носовой оконечностях каждого корпуса. На суб
всего четыре рулевых устройства. В качестве рулевых машин установлю
электрогидравлические рулевые машины, каждая из которых, в отлнр
от обычных машин, имеет один насос переменной производительности вме
двух. Установлены рули обтекаемого профиля. Кормовые рули распо
жены за постоянно закрепленными насадками. Носовые рули имеют шт
ревые стопоры, позволяющие жестко стопорить их в диаметральной шл
кости. Схема кормового рулевого устройства приведена на рис. 22 и ню
вого — на рис. 23.
Ледоколы. Ледоколы — это особая категория судов, наТкотор
к надежности рулевого устройства предъявляются высокие требоваы
Особое внимание обращается на прочность пера руля и его форм
Если на обычных современных транспортных судах применяют толи
обтекаемые рули, то на ледоколах в иностранной судостроительной пр
тике (Финляндия) чаще всего используют только однослойные сталы
44
45
литые рули на четырех петлях. Перо руля соединено с баллером при пом«
горизонтальных фланцев и соединительных болтов. В отечественной п j
тике судостроения применяют однослойные рули и рули профилиро»!
ные. Так, например, на атомном ледоколе «Ленин» установлен пустг
лый руль обтекаемой формы (рис. 24). Надежность конструкции таи
руля подтверждена длительной эксплуатацией без каких-либо поврем
ний с сохранением водонепроницаемости.
РНс. 23. Носовое рулевое устройство кранового судна «Кёр-Оглы».
1 — перо руля; 2 — соединение баллера с пером руля; 3 — нижний опорный подшипнтк
4 — баллер; 5 — электрогидравлическая плунжерная рулевая машина; 6 — верхний ото.
упорный подшипник, 7 — хомут упорный; 8 — съемный лист, 9 — штыревой стопор пера р»;
10 — штырь, 11 — гнездо; 12 — отверстие для прохода гребного вала — монтажное.
На всех современных мощных ледоколах установлена рулевая i
шина одного типа — электрогидравлическая плунжерная рулевая маш»
в четырехцилиндровом исполнении. Каждая 'машина имеет два насп
переменной производительности, обеспечивающих перекладку рули
борта на борт за 20 сек. По мощности рулевые машины достаточны да
обеспечения длительной надежной работы. Обычно загрузка рулен
машины при плавании ледокола в открытой воде (не в ледовых условии
составляет не более 50% от ее номинальной мощности.
Посты управления рулевой машиной на ледоколах типа «Москп
установлены: в ходовой рубке, румпельном помещении, на верхнем и кор г
46
47
вом мостиках. Кроме того, предусмотрен рулевой телеграф, соединяют
ходовой мостик с румпельным помещением.
На ледоколах внутреннего плавания в качестве рулевой майи
применяют как секторные, так и элёктрогидравлические плунжерп
рулевые машины, обеспечивающие перекладку руля с борта на бортг
время, не превышающее 80 сек.
§ з. ВЕСОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РУЛЕВЫХ УСТРОЙСТВ
В каждой стадии проектирования судна приходится определять весом
характеристики рулевого устройства, степень точности которых во мно
зависит от данных по прототипам в эскизном проекте и от степени ш
работки конструкции в техническом проекте. В стадии разработки р.г
Рис. 25. Вес рулевых устройств Gp. у = f (GrK) в зависимости от веса
судна порожнем GrK, I, II, 1,11 4очки относятся к судам, имеющим но-
совое и кормовое рулевые устройства.
конструкцию так, чтобы вес ее был ниже веса принятого в проекте пр ip
хранении прочностных качеств. Обычно в проекте весовые характеристг
определяют и рассматривают без рулевых машин. Вес рулевых май
определяют отдельно. На рис. 25 приведена графическая зависим<
веса рулевого устройства от веса «голого» корпуса судна Gp. у = f (G,
Полный вес рулевого устройства
Gp.y = Gy + Gp.M т,
где Gy — вес рулевого устройства без учета веса рулевой машины,
Ср;ы — вес рулевой машины, т.
Весовые характеристики рулевого устройства в стадии техничес'т
проекта определяют более детально на основе принятых размеров рг
вого органа, баллера и их деталей после выбора рулевой машины,
чета для нее объема жидких грузов (масла), а также грузов, заполняю»
внутренние полости рулевого органа, и т. п.
48
В стадии технического проекта вес рулевого устройства может быть
найден по формуле
GP-y = Gp о + Gc + 6п.б + Gp. м 4- GM 4- GT а- G3Hn m, (2)
где Gp. o — вес рулевого органа (руля, насадки) с учетом веса материала,
заполняющего внутреннюю полость;
G6 — вес баллера, штырей и соединительных болтов; *-
G„ б — вес подшипников и сальника баллера рулевого органа;
Gp. м — вес рулевого привода (рулевой машины) в сухом виде с тру-
бопроводом;
GM — вес рабочей, жидкости (масла) в элементах привода и трубах;
GT — вес тормоза рулевого устройства, если он выполнен отдельно
от рулевой машины;
6ЗИП — вес 'запасных частей рулевого устройства и привода.
При определении веса носового рулевого устройства в формулу до-
полнительно включается GCT — вес штыревого стопора с приводом.
При разработке рабочих чертежей весовые характеристики рулевого
устройства уточняются окончательно. Это необходимо делать, чтобы из-
бежать перевеса рулевого устройства в целом.
4 Заказ 1836 -
ГЛАВА II
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РУЛЕЙ
§ 4. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О РУЛЯХ
Руль представляет собой крыло (пластину) ограниченных размеров.
В современном отечественном и иностранном судостроении находят приме-
нение рули различных типов. По форме контура пера руля и расположению
его оси вращения рули подразделяют на небалансирные, полубалансирные
и балансирные, по количеству опор рули разделяют на подвесные, одно-
опорные и многоопорные.
У небалансирного руля (рис. 26 — /, 2 и 8) перо расположено в
корму от оси баллера и имеет от одной до четырех и более опор. Такой тип
рулей получил широкое распространение на морских транспортных судах
и ледоколах.
У полубалансирного руля (рис. 26 — 5—7, 10 и 11) нижняя часть
пера выступает от оси баллера в нос, образуя балансирную часть. Такой
тип рулей нашел широкое применение на больших двухвальных и четы-
рехвальных судах.
У балансирных рулей (рис. 26 — 3, 4, 9) перо по всей высоте несколько
заходит в нос от оси баллера. В современном судостроении это наиболее
распространенный тип рулей.
По форме профиля рули подразделяют на пластинчатые и обтекаемые
(профилированные). Пластинчатые рули могут быть однослойными,
котда перо руля выполнено из ствльного листа, и многослойными, когда
перо руля представляет робой стальную раму с набором, закрытую с обеих
сторон стальными листами, приваренными к раме. Такие рули раньше
имели широкое применение на судах внутреннего плавания, но в совре-
менном судостроении используются реже.
Обтекаемые (профилированные) рули представляют собой набор
вертикальных и горизонтальных ребер (пластин), сваренных между собой
и образующих каркас, который с обеих сторон обшит листовой сталью,
приваренной к нему. Такие рули предпочтительнее пластинчатых рулей,
их применяют на самоходных и несамоходных судах морских и внутреннего
плавания.
Профилированные рули, как и пластинчатые, могут иметь различ-
ную форму очертания пера £>уля, однако при одном и том же удлинении
гидродинамические характеристики их будут близкими. Влияние формы
очертания пера руля лишь незначительно отражается на положении центра
давления. Другое дело — расположение руля.
Расположение рулей. Если на судне предусмотрен гребной винт,
к расположению руля предъявляют следующие требования.
1) Руль должен быть размещен в потоке воды, отбрасываемой греб-
ным винтом. В кормовой части судна наибольшую скорость имеет поток
воды, отбрасываемый гребным винтом (винтовой поток), наименьшую
50
скорость — потоки воды, вблизи наружной обшивки корпуса судна
Следовательно, гидродинамические качества двух одинаковых рулей
из которых один расположен непосредственно за гребным винтом, а дру/
гой (у двухвинтового судна) — в диаметральной плоскости между грей
ными винтами, будут различны.
У тяжелОнагруженных гребных винтов скольжение составляет околи
25%, и скорость воды вне винтового потока примерно равна скорости ходи
судна. Рулевые силы в этом случае будут находиться в отношении 1,252
: Is = 1,56. Это означает, что для получения одинаковых рулевых ch<j
площадь пера руля, расположенного в винтовом потоке, может составлять
от площади пера руля, расположенного вне винтового потока, 1 : 1,56 —
= 0,64, т. е. только две трети. Эффективность действия руля тем большее
чем большая часть площади его пера попадает в винтовой поток и чел
больше коэффициент нагрузки гребного винта. На судах быстроходных^
где гребные винты имеют сравнительно малый коэффициент нагрузки
эффективность действия руля будет меньше, чем у судов тихоходных^
2) Передняя кромка пера руля должна отстоять от задней кромк i
лопасти гребного винта минимально на а„ = 0,3 м (на расстоянии ох
оси гребного винта 0,77?) при длине судна, равной 120 м. При увеличе
нии или уменьшении длины судна величина этого расстояния соответг
ственно увеличивается или уменьшается на 0,025 м на каждые 15 м измег
нения длины судна. В иностранной практике значение принимают рав
ным ав = (0,08-5-0,15) £)в, где DB —диаметр гребного винта. При мень
ших значениях размера ав усиливается вибрация кормовой части
судна.
3) При полной осадке руль должен быть полностью погружен в воду/
Толщина слоя воды над верхней кромкой пера руля должна быть не ме
нее 0,25/ip — у судов морских, и смешанного плавания и 0,125ftp — •]
озерных судов. У судов речных (разрядов Л и Р) верхняя кромка пери
руля может быть на уровне грузовой ватерлинии или выше ее на величину/
равную (0,05-5-0,10)/ip, где hp— высота пера руля.
4) У судов смешанного плавания верхняя кромка пера руля должни
быть скошена вниз от баллера. Это необходимо для защиты пера руля от
удара волн при попутном или ином волнении.
5) У ледоколов и ледокольных судов задняя кромка в верхней чаетч
пера руля должна быть скруглена для защиты его от воздействия льд[<
при заднем ходе.
6) У обычных рулей расстояние между верхней кромкой пера рули
и обшивкой корпуса судна должно быть минимальным. Уменьшение этогч
зазора приводит к повышению эффективности действия руля. Однака
зазор должен быть таким, чтобы исключалось заклинивание пера рул:5
при перекладке его с борта на борт.
7) Нижняя кромка балансирного и полубаЛансирного руля не должни
-быть ниже нижней кромки лопасти гребного винта.
8) У высокоскоростных, двухвинтовых судов рули рекомендуется
-смещать к бортам, если гребные винты имеют наружное вращение, ил i
к диаметральной плоскости, если гребные винты имеют внутреннее вр®
щение. В этом случае рули не попадают в зону осевых вихрей, сбегающие
с гребных винтов.
9) Ось вращения руля должна быть перпендикулярна основной плсо
скости судна и проходить через ось вращения гребного винта. В отдельны:?
случаях на быстроходных,двухвинтовых судах допускают наклонное по
ложение рулей, под небольшим углом к диаметральной плоскости судна
При этом в проекции на поперечную плоскость оси вращения рулей также
.должны проходить через оси гребных винтов и пересекаться над ними
S2
I) При руле, переложенном в крайнее положение на борт, проекция
руля в плане не должна выходить за действующую ватерлинию,
) Если перо подвесного балансирного руля соединено с баллером
дством сварки, то его высота должна быть такой, чтобы была обеспе-
возможность его съема в доковых условиях.
)ти рекомендации учитывают при гидродинамических расчетах и
груктивной разработке рулей,
§ 5. ДЕЙСТВИЕ РУЛЯ
Хл-я обеспечения управляемости каждое судно, за исключением не-
1ых несамоходных судов, снабжают рулем (поворотной насадкой),
»ый должен обеспечивать управляемость судна при любых условиях
[ксплуатации.
Управляемость включает два свойства судна — устойчивость на курсе
юротливость. Под устойчивостью на курсе принято понимать способ-
судна удерживать заданное прямолинейное направление движения.
Рис. 27. Выход судна на циркуляцию.
поворотливостью судна — его способность изменять направление дви-
ия и описывать траекторию любой наперед заданной кривизны, что
печивается перекладкой руля на тот или другой борт. В результате
жладки руля на некоторый угол траектория движения центра тяжести
га и оконечностей корпуса показывает характер того движения, ко-
re получит судно в случае, если руль при начавшемся смещении вправо
. 27) будет постоянно переложен на угол а и затем остановлен в этом
ржении на все время дальнейшего движения судна. Траектория дви-
мя центра тяжести судна, полученная при этом, носит название цир-
яции. Этот же термин часто обозначает самый процесс поворота судна.
Еис. 27 видно, что центр тяжести судна в начале этого маневра пере-
1ется несколько влево, т. е. в сторону, противоположную отклонению
вого органа, а затем пойдет-вправо, двигаясь по кривой с уменываю-
53
щимся до известного предела радиусом кривизны. Одновременно диам!
тральная плоскость судна, совпадающая первоначально с направлении
скорости поступательного движения судна, сразу начнет отклоняться i
направлению к центру кривизны траектории, описываемой центром тт
жести судна.
Это отклонение, измеренное углом р0, составленным направлением ско
рости судна и его диаметральной плоскостью, будет увеличиваться до тсс
поры, пока движение судна не примет установившегося характера, пр:
котором угол р0 и радиус кривизны 7? будут постоянны. Отметим, чп
угол р0 носит название угла дрейфа судна и относится к траектории, опи
сываемой центром тяжести судна. Величина этого угла по длине судн-
переменна.
Весь процесс движения судна во время циркуляции обычно дел5х
на три периода:
первый период — маневренный, по времени совпадающий с продол
жительностью перекладки руля, т. е. от начала поворота руля до отклк
нения его на предельный угол. Как указывалось выше, этот период харак-
теризуется смещением судна в сторону, противоположную направлении
перекладки руля;
второй период — неустановившегося движения на циркуляции, к«
торый начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается
когда значение угла дрейфа р0 будет максимальным, а радиус циркушя
ции R — минимальным;
третий период — установившегося движения на циркуляции, он ни
чинается с момента окончания второго периода и длится все время, пок
руль находится в переложенном на борт положении. Траекторию движк
ния судна в третий период принято называть установившейся циркули
цией, при которой угол дрейфа и радиус кривизны R представляю)'
собой постоянные величины.
Рассмотрим действие основных сил, возникающих при работе рулга
При установившемся прямолинейном движении судна и отсутствии
ветра, волнения, течения и т. п. факторов, корпус судна и руль симмее
трично обтекаются встречным потоком воды. В этих условиях действуюг
только две, взаимно уравновешивающиеся силы: полное упорное давлении
движителей Ре и лобовое сопротивление R воды движению судна (рис. 28))
С началом перекладки руля на угол а к этим силам добавляется сила №
давления воды на руль. Эта сила изменяет траекторию движения судна п-
вызывает появление других сил. Так, если в центре тяжести судна мгь
приложим две равные силы, противоположно направленные и параллель
ные силе Р, то действие последней сведется к паре, вращающей судно с мо-
ментом = Pl. Кроме момента, вращающего судно, в начале маневрень
ного периода на него будут действовать также силы Рг и РЕ, являющиеся
составляющими силы Р. Сила Рг тормозит поступательное движение судна»,
a Ps вызывает его боковое смещение (дрейф). При возникновении этин
сил с одной стороны уменьшается величина лобового сопротивления R\
а с другой стороны появляется боковое сопротивление Ro. Под действием!
момента происходит поворот судна вокруг вертикальной оси, проходя-
щей через его центр тяжести g. При повороте происходит пространственное
изменение направления силы Рв, благодаря которому судно изменяет!
курс, переходя с прямолинейного на криволинейный путь fa затем на кру-
говое движение с сохранением вращения относительно своей вертикаль-
ной оси.
В начальный момент перекладки руля действие момента прояв-
ляется слабо, что объясняется значительным инерционным сопротивле-
нием судна его повороту и последовательным, а не мгновенным нараста-
54
iвеличины момента Вследствие этого сила Р2 и смещает судно
ону, противоположную направлению перекладки руля.
процессе неустановившегося движения на циркуляции сила Р и
т Мг большого изменения не претерпевают, поскольку руль остается
ремя неподвижным. Величина угла дрейфа Ро в каждом рассмотрен-
>ыше периоде движения зависит от соотношения лобового R и бокс-
ов сопротивлений корпуса судна. Эти сопротивления уравновеши-
силой 7?е, являющейся результирующей всех сил, действующих
»рпус и отнесенных к центру тяжести судна (рис. 28).
[Точно учесть все факторы, влияющие на управляемость судна, весьма
но. Обычно в качестве одного из мерил управляемости принимают
teip Do круга, по которому движется центр тяжести судна при уста-
вшемся движении, называемый диаметром установившейся цирку-
1И, или расстояние D, замеренное между двумя положениями центра
юти, отмеченными за время поворота на 180° (см. рис. 27), которое
[вают тактическим диаметром циркуляции.
.Чем меньше значения величин Do и D, тем лучше поворотливость
а. Практика выработала нормы соотношений тактического диаметра
геляции и длины корпуса судна. Поворотливость судна считается
летворительной;
для речных судов, когда D s (1,2-4-2,8) L;
для морских судов, когда D'— (2,8-^4,0) L.
Кроме соотношения DIL, поворотливость судна может быть оценена
вой скоростью поворота судна, которая находится в пределах:
[для речных судов 130—290 град/мин;
(для морских судов 90—130 град/мин.
Критерием управляемости также является относительный период
(деления инерции хода судна прямым курсом. Этот показатель пред-
ляет собою отношение времени от начала перекладки руля до начала
55
поворота судна ко времени перекладки руля из нулевого положения н.г
борт.
Основная величина, влияющая на все критерии управляемости
судна, — момент М1г возникающий при отклонении руля. Как указы!-
валось выше, этот момент определяется равенством
Мх =* Р1, (3’.)
где Р — сила давления набегающего потока на руль;
I — плечо, представляющее собой длину перпендикуляра, опущен-
ного из центра тяжести судна на направление силы Р.
С известным приближением можно принять, что центр тяжести, судна
делит его длину пополам и тогда величина I будет равна
I = 0,5L cos а 4- г0, (4))
где г0 — расстояние от оси вращения руля до центра давления воды на!
руль. Так как значение г0 по отношению к ~ составляет малую)
величину, ею пренебрегают и полагают
Мг = Pl -= G,5PL cos а. (5)1
Из этого выражения следует, что момент Mt, вращающий судно, за-
висит от угла отклонения руля а и от давления воды на руль Р, которое,,
как будет видно из дальнейшего, в свою очередь, представляет собой функ-
цию угла а и других величин. Последовательность определения силы Р'
будет приведена ниже.
§ в, ПРЕДПОСЫЛКИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА РУЛЯ
, При гидродинамическом расчете руля определяют следующие вели-
чины:
крутящий момент на баллере руля М6< значения которого выражают
графачески в зависимости от его угла перекладки. Графическая зависи-
мость М6 = f (а) необходима для выбора рулевого привода и расчета
на прочность его элементов;
нормальной составляющей гидродинамических сил (рулевой силы),
перпендикулярной хорде профиля руля (для поворотных насадок — пер-
пендикулярной вертикальной плоскости симметрии насадки). Значения
рулевой силы Рп необходимы для назначения прочных размеров баллера
руля, а также для выбора размеров опорных поверхностей подшипников
и назначения прочных размеров подкреплений корпуса судна и др.;
боковой составляющей гидродинамических сил, перпендикулярной
диаметральной плоскости судна (подъемной силы руля) Pv\
продольной составляющей гидродинамических сил, по направлению
совпадающей с диаметральной плоскостью судва (сила лобового сопро-
тивления руля) Рк.
Расчет производят исходя из наиболее нагруженного режима работы
дйижительного комплекса судна, т. е. при полном водоизмещении судна.
Для судов смешанного плавания дополнительно производят расчет для
водоизмещения, соответствующего максимальной осадке судна в грузу,
установленной для плавания в речных условиях. Для судов, плавающих
на Подводных крыльях, расчет производят при полном водоизмещении
по корпусу и при ходе ка крыльях.
Исходные данные при расчете:
геометрические размеры движнтельно-рулевого комплекса, в том числе ;
диаметр гребного винта, форма и профиль руля;
тяговая характеристика судна, т. е. развиваемый упор гребного винта
на расчетной скорости хода судна.
56
При проектировании рулевых устройств и выполнении гвдродина-
:ских расчетов обычно пользуются данными, приученными при букси-
чных и самоходных испытаниях моделей судна в опытовом бассейне,
те определения исходных данных расчет ведут в такой последова
ности:
на основании гидродинамических расчетов движительного комплекса
самоходных испытаний моделей судна строят тяговую характеристику;
на одном графике строят тяговую характеристику движительного
мекса и кривую сопротивления движению судна, точка пересечения
рых определяет расчетную скорость и соответствующий этой скорости
по известным формулам вычисляют коэффициент попутного потока
йоне расположения движителей и определяют расчетную скорость
кания потока на гребной винт;
по полученному упору движительного комплекса, гидравлическому
рию гребного винта и расчетной скорости натекания потока определяют
уженность движительного комплекса;
определяют коэффициент вызванной скорости потока от движителя,
рый представляет собой функцию нагруженности гребного винта.
!счете при помощи этого коэффициента вычисляют величину прираще-
рулевой силы от действия гребного винта;
пользуясь графиками гидродинамических характеристик рулей, для
рльких значений углов перекладки руля определяют безразмерные
ймициекты момента на баллере, подъемной силы и силы лобового со-
ивления, на основании которых для конкретных размеров руля и
етнбй скорости подсчитывают искомые величины гидродинамических
с учетом влияния корпуса на работу руля;
при помощи эмпирических коэффициентов учитывают возрастание мо-
а на баллере при перекладке рулевого органа с борта на .борт, чем
чательно устанавливаются расчетные величины искомых сил и мо-
ов.
Расчет обычно ведут раздельно для переднего и заднего хода, раз-
но для рулей, расположенных в кормовой и носовой частях судна,
выполнении расчетов прочности деталей рулевого устройства прини-
г максимальные значения рулевых сил и крутящих моментов на бал-
|х рулей. Ниже рассмотрим последовательность выполнения гидро-
мических расчетов рулей.
§ 7. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РУЛЕЙ
Проектирование судового руля состоит из двух последовательных
ов. Первый этап включает выбор площади пера руля, необходимой
обеспечения судну заданной поворотливости и устойчивости на курсе.
>ой этап оредставляет собой определение гидродинамических харак-
стик выбранного руля, необходимых для расчета прочных размеров
пей рулевого устройства и выбора мощности рулевой машины. Во
рм этапе проектирования уточняют геометрические элементы руля
ким расчетом, чтобы создаваемая им рулевая сила была наибольшей,
мент, необходимый для перекладки руля, наименьшим.
В качестве расчетного обычно принимают случай, когда на судне,
кущемся прямолинейно с полной скоростью переднего хода, руль пере-
.ывается на максимальный угол. При этом условно считают, что за
|я перекладки руля скорость хода и направление движения судна не
ются. Поскольку последнее предположение не вполне точно, то силы
57
и моменты, действующие на руль, в действительности могут оказаться hi
сколько меньше расчетных.
Расчет судового руля ведут в такой последовательности:
определяют безразмерные гидродинамические характеристики иаз
лированного руля, т. е. руля, находящегося в свободной воде;
вычисляют коэффициенты влияния корпуса судна на характеристик
руля;
находят коэффициенты влияния гребного винта на характеристик
руля;
вычисляют силы и моменты, действующие на руль.
Прежде чем приступить к рассмотрению последовательности выпоэ,
нения расчета, дадим основные определения элементов руля.
Основные элементы руля
Судовой руль предстаиляет собой крыло малого относительного у дот
нения, работающее в потоке, возмущенном вследствие работы распол!
женных впереди руля гребных винтов и влияния корпуса судна. Геометр)
ческая форма судового руля характеризуется следующими параметрам!
Площадь руля Fp. Площадью руля называется плоскость, ограниче
ная контуром проекции непереложенного руля на диаметральную пот
скость. Часть площади пера руля, расположенная впереди от оси баз,
лера, носит название балансирной части руля Ff.
Высота руля йр. Высотой руля называется расстояние, измерении
по оси баллера между нижней кромкой руля и точкой пересечения ох
баллера с верхней частью контура руля.
Ширина руля Ь. Шириной руля называется его размер в диаметраот
ной плоскости, перпендикулярный к оси'баллера. Средней шириной py.j
называется отношение площади руля к его высоте 6ср = -^-.
Профиль руля. Профилем руля называется контур сечения его гор
зонтальной плоскостью, перпендикулярной к оси баллера. Расстояни
между крайними точками профиля носит название хорды профиля. Длин
хорды в данном сечении равна толщине руля. Расстояние между крайние
точками профиля (по его толщи не) называется наибольшей толщиной пр
филя S. Отношение наибольшей толщины профиля к длине хорды наз;
вается относительной толщиной профиля t = . Эта величина составлю
0,1—0,30 в зависимости от конструкции руля. Максимальную относ:
тельную толщину рекомендуется ограничить значением 0,25. При t >0„!
гидродинамическое качество профиля снижается. Расстояние междудвучь
точками профиля, измеренное в направлении, перпендикулярном к хор
профиля, называется ординатой профиля. Расстояние от передней кромп
до максимальной ординаты профиля, отнесенное к длине хорды, назз
вается относительным положением максимальной толщины профиля
Относительное удлинение руля к. Относительным удлинением руг.
называется отношение высоты руля к его средней ширине
Относительное удлинение судовых рулей находится в пределах 0,5—3»,
Коэффициент компенсации R. Коэффициентом компенсации назз
вается отношение площади балансирной части руля Fp ко всей его пот
щади Fp. Для судовых рулей коэффициент компенсации находится в пр
делах 0,05—0,30. Регистр СССР рекомендует на морских судах принимав
58
0,25, при этом ширина балансирной части в любом горизонтальном
ии не должна превышать 35% полной ширины пера руля в этом се-
[ сложение руля. Положение руля относительно набегающего на него
а характеризуется следующими величинами:
) углом перекладки руля Углом перекладки называется угол
ота руля относительно оси баллера, измеренный в плоскости, пер-
кулярной оси баллера. Угол перекладки руля ограничивают обычно
ниями: 32—38° — для морских, озерных и смешанного плавания
; 45—90° — для речных судов разрядов Р и Л;
) углом атаки руля аРо. Углом атаки руля называется угол, образо-
ш между плоскостью симметрии руля и плоскостью, проходящей
ось баллера по направлению набегающего потока.
Гидродинамические силы, действующие на руль
внодействующей Р гидродинамических сил, приложенных к рулю,
ается результирующая всех элементарных нормальных и касатель-
ил, приложенных к обшивке пера руля, обтекаемого водой. Сила Р,
?х удобства ее определения, обычно раскладывается на составляющие
ям, характеризующим направление набегающего на руль потока (бо-
сила и лобовое сопротивление) или по осям, характеризующим рас-
кение руля (нормальная и
нциальная составляющие),
оставляющие гидроди ка-
ких сил (рис. 29) связаны
знодействующей и между
следующими соотноше-
+ (7)
Р = ] ''Pi + Pl; (8)
= Ру cos ар<] -ь Рх sin аРо;
(9)
= Рх COS С4р0 — Ру sin ссРо
(Ю)
'очка приложения равнодействующей называется центром давле-
ЦД) на руль, она определяется пересечением равнодействующей
скостью симметрии руля.
клиент равнодействующей относительно оси баллера носит название
динамического момента на баллере. Величина гидродинамического
1та на баллере характеризуется зависимостью
М = Рп(хр — а), (11)
— отстояние оси баллера от передней кромки руля;
р — расстояние от передней кромки руля до центра давления,
идродинамические силы, действующие на руль, могут быть представ-
в виде безразмерных коэффициентов. При расчете рулей применяют
ющие безразмерные коэффициенты:
оэффициент подъемной силы
= (12>
2 ^Р^Р
59
коэффициент лобового сопротивления
коэффициент нормальной силы
(13)
(14)
коэффициент тангенциальной силы
коэффициент момента на баллере
Безразмерный коэффициент центра давления представляет собой от-
откуда
Очевидно, что
Ар — Се’6Ср.
Стр — Сп (Ср R),
где R — коэффициент компенсации.
(17)
(18)1
Выбор основных геометрических элементов руля
Выше указывалось, что эффективность действия руля определяется
величиной момента [формула (3) J, который зависит от угла перекладки
рулевого органа «р и силы Рп, действующей на руль. Последняя в свою*
очередь представляет собой функцию угла ар. Ниже рассмотрим способы!
определения площади пера руля, от которой сила Рп находится в прямой
зависимости.
Площадь пера руля Fp для обычных обтекаемых рулей, без каких-
либо специальных средств увеличивающих давление на руль, можно вы-
брать, используя следующую формулу:
(19>
или по формула
2Х= VLT,
(20)!
где JJjFn — суммарная площадь рулей, ма;
L — длина судна между перпендикулярами, м\
Т — наибольшая осадка судна, м;
А, ц — коэффициенты.
При проектировании рулей рекомендуется пользоваться значениями!
коэффициентов А и р, приведенными в табл. 3.
60
Таблица 8
Значения коэффициентов Лиц
1 Тип судна А д
(узовые суда
малотоннажные 50—40 0,020—0,025
1 одновинтовые со средними скоростями 65—40 0,015—0,025'-
одновинтовые быстроходные 70—50 0,014-0,020
двухвинтовые с одним рулем ' 60—50 0,016—0.020
» » двумя рулями анкеры 75—50 0,013—0,020
малые и средние 70—52 0,014-0,019
крупнотоннажные 59—45 0,017-0,022
ассажирские суда
малые с умеренными скоростями 59—45 0.017—0.022
» быстроходные 59—50 0,017-0,020
большие пассажирские и грузо-пасса- жирские с умеренными скоростями* 62—50 0,016—0,020
большие быстроходные 70—50 0,014-0,020
ыбопромысловые суда 40—22 0,025—0,045
Железнодорожные паромы 40—25 0,025—0,040
оцмзнские суда 40—25 0,025-0,040
мхтеры, несамоходные суда 25—20 0,040—0,050
уда прибрежного плавания арусные суда 50—35 0,020-0,030
малые 50—40 0.020—0.025
большие 50—35 0,020—0.030
[оторные катера ечные суда 35—20 0,030-0,050
винтовые 30—25 0,033-0,040
колесные и несамоходные суда 13—12 0,075-0,085
Хлюпки 25—18 0,040—0.055
Эти значения получены в результате обработки статистических
ных о многих морских и внутреннего плавания судах отечественной и
странной постройки. На основании обработки этих данных построены
!фики зависимости коэффициента А = f (LT) морских (рис. 30) и вну-
ннего плавания (рис. 31) судов. Как показывает рис. 30, для одновин-
ых судов А принимается значительно большим, чем для двухвинтовых
,ов. Значения того же коэффициента для танкеров выбирают выше, чем
I грузо-пассажирских судов. Из того же графика следует, что коэффи-
нт А для морских ледоколов находится в пределах (0,12-5-0,08) LT,
«чем большие значения относятся к ледоколам меньшего водоизмеще-
I. Суда внутреннего плавания в зависимости от величины коэффициен-
4 разделены на самоходные и несамоходные. Следует заметить, что при
эговальных установках коэффициент А принимают несколько меньшим,
I при одновальных.
61
Следовательно, значения коэффициента А в каждом отдельном случае
ны приниматься с учетом назначения судна, числа гребных винтов,
сти хода и других факторов, оказывающих влияние на управляе-
судна.
аметим, что значения коэффициента А так же, как и коэффициента р.
[мают большими, если руль находится вне потока, отбрасываемого
стелем, и меньшими, если руль находится в потоке за гребным винтом,
дайн коэффициента р, = f (L) для мелких судов водоизмещением до
:о скоростью хода от 10 до 30 км!час приведены на рис. 32 (L — длина
. «)
[остаточность площади пера руля, рассчитанной по одной из приве-
ix формул, проверяется при самоходных модельных испытаниях на
ляемость. При испытании замеряют диаметр циркуляции, момент
1лере и силу Рп — давления воды на руль. Испытания обычно про-
ка крупномасштабных моделях (масштаб 1 : 10) в открытом водоеме
ассейне. Испытывают 2—3 варианта рулей. Принимают тот вариант,
ый дает приемлемый диаметр циркуляции. В тех случаях, когда
я провести модельные испытан
или ц выбирают по прототипам
о таблице, указанной выше,
екомендуется также для само-
[х судов площадь пера руля
елять по формуле х:
L7 . 150 \ о
^Р-?Юо(°’75 + ТТ75) М'
(21)
— длина судна, л;
I — осадка судна, м;
— коэффициент, равный 1,2 дл
на управляемость, коэффициен-
Рис. 32. Значения коэффициента р=/ (£)
для мелких судов.
! рулей, не работающих непосред-
ственно за гребным винтом, и 1,0 —для рулей, работающих не-
посредственно за гребным винтом;
— коэффициент, равный 1,25 для буксиров и 1,0 — для остальных
судов.
!лощадь пера руля, определенная по формулам (19), (20), не должна
иеньше площади Fpmin, полученной по формуле (21). Если руль уста-
н за рудерпостом обтекаемой формы, согласованной с формой пера
I площадь пера руля допускается уменьшать на величину площади
ции рудерпоста на диаметральную плоскость, однако после умень-
а площадь пера руля должна быть > 0,8FpmIn.
ели длина судна менее 90 м, площадь пера руля, расположенного
редственно за гребным винтом, рекомендуется принимать по табл. 4*.
адь пера руля судов, работающих в узкостях, и судов, руль которых
5отает в потоке гребного винта, увеличивают на 20% по сравнению
(ичным значением.
а рис. 33 приведена графическая зависимость площади руля Fp —
)), где D — водоизмещение судна, tn.
.ля малых судов со скоростью хода 10—20 км/час значения коэффи-
а ц могут быть приняты по графику (рис. 32), на котором приведена
^мость р —= f (L), где L — длина судна, м.
'И окончательном выборе площади пера руля необходимо учиты-
что
Правила классификации и постройки морских стальных судов. Регистр СССР,
Судовое оборудование и снабжение. «Транспорта, 1967.
По данным Норвежского Бюро Веритас.
63
Таблица -
Площадь пера руля
Осадка судна. Площадь пера руля, м1, при длине судин । . *
20 30 40 so 60 70 ЙО 90
2 1.0 1.3 1.7 2.0 2,2 2,5 2,8 -
3 1.4 2,0 2.5 2.9 3,4 3,8 4.2 4,5
4 1.9 2.6 3,3 3,9 4.5 5,0 5,6 6,0
5 — 3,0 4.1 4,9 5.6 6,2 6,9 7,5
6 — — — — 6,7 7.5 8,3 9.0
7 — — — — — 8,7 9.7 10,5
8 - - - - — - 11.1 12.0
ее увеличение ведет к уменьшению диаметра циркуляции на большие
углах перекладки руля и возрастанию — на малых углах;
особенно большое алияние на поворотливость судна оказывает плсо
щадь кормового дейдвуда, увеличение которой вызывает резкое возрасти
ние диаметра циркуляции при всех углах перекладки руля;
увеличение полноты кормы судна при неизменной полноте диаметралш
ной плоскости, наоборот, способствует улучшению поворотливости суднга
Выбрав окончательно площадь пера руля, определяют его высоту hit
которая назначается исходя из условий его размещения с учетом располк
жени я гребного винта. Обычно высоту пера руля назначают конструктивна
что предопределяет и ширину пера руля Ь. Толщину сечения руля принп
мают в зависимости от диаметра гребного винта DK
б = (0.I00-F-0,125) DB. (2S
Оптимальная величина б находится в пределах
б = (0,12^-0,25) Ь, (2:г
где Ъ — ширина пера руля.
В отдельных случаях, отступая от этих соотношений, толщину пер
руля принимают исходя из конструктивных соображений или из требовц
ний к прочности. Толщину профиля носовых и кормовых рулей, располк
64
ix в диаметральной плоскости, непосредственно за корпусом судна,
няюттак, чтобы профиль руля представлял собой продолжение обра-
1Я корпуса судна. В результате многочисленных экспериментальных
выявлены профили различных форм рулей с наилучшими характе-
<ами (рис. 34):
та НЕЖ, полученные построением по теоретической формуле
Жуковского;
ina NACA, предложенные американской аэродинамической лабора-
14. Профили рулей: а — профили ЦАГИ; б — профили НЕЖ; в — профили NACA.
ипа ЦАГИ, предложенные аэродинамической лабораторией ЦАГИ;
ипа GO, предложенные Геттингенской лабораторией.
>ти профили используют для следующих рулей:
ипа НЕЖ — для рулей быстроходных судов;
ипа NACA — на-судах с умеренной скоростью хода, для рулей, рас-
кенных за гребными винтами;
ипа ЦАГИ и GO410 — для рулей, расположенных в диаметральной
сости при двухвальной установке.
1учшим для носовых рулей яаляется профиль ЦАГИ.
’езультаты длительной эксплуатации рулей с этими профилями на
; морских и внутреннего плавания хорошие.
Эрдинаты сечений профилей обтекаемых симметричных рулей в про-
IX от максимальной толщины б приведены в табл. 5.
Значения безразмерных коэффициентов Су, Сх, Сй и Ст в функции
ла ар приведены на рис. 35—38 для профиля руля типа NACA.
Хля уменьшения вибрации рекомендуется уравновешивать рули сле-
дам образом:
•ал ансир ная часть пера руля должна состаалять не более 25% от
й площади пера руля;
цирину балансирной части в любом горизонтальном сечении прини-
нё более 35% общей ширины рассматриваемого сечения руля;
Заказ 1836
65
о> а> Таблица 5 Ординаты эпюрного профиля (рис. 34)
Профиль Лбе- ниссы Ординаты профиля, % длины хорды
х — положение ординат профиля па хорде Ь, % от ее длины
0 0,25 0.50 0.75 1,0 1.25 1.76 2,6 3,25 ' 5,0 7,5 10,0 16.0
ЦАГИ У 0 10,32 14,54 17,85 •20,50 22,70 26,39 31,00 34,80 40,95 46,20 48,25 49,80
нгж У 0 6,8 10,7.5 12,85 14,75 16,55 19,20 22,60 27,00 31,10 36,90 40,95 46,00
NACA У 0 7.2 10.28 12.45 14.10 15,60 18,55 21.80 24,55 29,60 34,99 39,00 44,55
• Продолжение табл. 5
Профиль Абс- циссы Ординаты профиля, % длины хорды
х — положение ординат профиля на хорде Ь, % от ее длины
0 0,25 0,50 0.75 1,0 1.!, 1.7S 2.5 3,25 5,0 7,5 10,0 16,0
ЦАГИ У 50,0 49,8 48.1 46.1 36,7 29.4 21.8 15,1 9,18 6,75 4,47 2,52 1,018
НЕЖ У 47,50 49,00 50,00 49,5 47,0 40.85 33,35 24.00 15,0 11,1 7,5 3,0 0
NACA 9 46,30 47,78 49,50 50,0 48,35 44,0 36,03 30,50 21,85 17.-99 1210g §179
Рис. 35. Гидроди-
намические харак-
теристики прямо-
угольного руля,
профиль N АСА-
0012, X = 0,5, 7 =
= 12%: а — на пе-
реднем ходу; б —
на заднем ходу.
Рис. 36. Гидродинамические характеристики прямоуголь-
—.А X Д8 2 _ ! АЯ.! . „ _
N АСА-0012. К 1.5, t— 12%: а — на переднем ходу; б — на заднем ходу.
самую толстую часть сечения руля располагать в зависимости от при
филя руля на расстоянии х, как показано на рис. 34.
Для улучшения качества работы руля рекомендуется применять тоц
цевые шайбы. Ниже рассмотрим, как их использование алияет на аэр«
динамические характеристики прямоугольных рулей.
Влияние применения торцевых шайб
на аэродинамические характеристики рулей
Известно, что наибольший критический угол атаки аРо и максималн
ное значение коэффициента подъемной силы CBmtx могут быть полученп
на прямоугольных рулях. Однако при этом боковая сила падает на мальн
углах атаки (уменьшается и возникают значительные перемещенш
центра давления (Cd) вследствие роста угла атаки. Чтобы предупредите
эти нежелательные явления, рекомендуется на рулях применять плоским
торцевые шайбы (рис. 39). Установка шайб на торцах прямоугольных руг
лей оказывает действие, аналогичное увеличению удлинения, а именно)
на графиках кривые Су и Ст выпрямляются, наклон кривой Су увеличш
вается и, следовательно, увеличивается значение Су при малых угла:?
атаки, диапазон перемещения центра давления уменьшается. При этой
сохраняется также основное свойство рулей малого удлинения: обтеканий
руля остается безотрывным в большом диапазоне углов ар. Действие
вызванное торцовыми шайбами, зависит от высоты, длины шайб и места
их расположения.
Шайбы (рис. 39) подразделяют на торцовые (а), полные (по всему про-
филю), задние (б, в) и передние (а) Длина полных шайб равна ширине
руля Ь, что дает ~ = 1. для задних и передних ~ < i. Установка ноль
ных шайб ведет к увеличению наклона кривой Си (при Z — 1) по сравнен
70
: показанным на рис. 35—38. примерно в 1,7 раза (такое увеличение
эна -можно получить на руле без шайб с л = 2,33), причем этот на-
сохраняется в -большом диапазоне углов атаки. Шайбы неполной
ы, т. е. при -у-<1, дают несколько меньшее увеличение наклона
зй С,.
Остановка шайб любой длины ведет к заметному уменьшению пере-
ния центра давления, причем задние шайбы длиной ~ ~ 0,3 до
1,0 в этом отношении дают эффект несколько больший, чем перед-
пайбы. Величина перемещения центра давления в процентах хорды
в зависимости от длины торцовой шайбы меняется в следующем соот-
нии:
2*............................... 1,0 0,5 0,4 0,3 0,2 0
ь
Перемещение центра давления:
передние шайбы .... 5 6 7 9 — 16
задние » 5 4 5 3 7 16
Необходимо также отметить, что резкое возрастание Су происходит
Re I-10е-?-1,5-10е. До этой величины Re значения С^х почти
еняются.
Расчет рулевой силы на руле и гидродинамического момента
на баллере кормового руля
Зхема расчета рулевой силы на руле и гидродинамического момента
илере руля зависит от расположения руля. Ниже рассмотрим четыре
анта схем расчета, при которых руль расположен
в диаметральной плоскости за корпусом несамоходного судна;
в потоке гребного винта;
за рудерпостом в потоке гребного винта;
голько в некоторой части потока, отходящего от гребного винта.
1-я схема. Руль расположен в диаметральной плоскости за корпусом
походного судна-
До выполнения расчета должны быть установлены следующие исход-
данные.
Ql)cходные да.иные для расчета
। Гр — площадь пера руля, л2;
Лр — высота пера руля, м;
т АР
л = —*- — относительное удлинение пера руля;
NACA-001*2 — профиль руля;
t — относительная толщина пера руля;
а — расстояние от передней кромки руля до оси баллера, м;
R — коэффициент компенсация;
vq — расчетная скорость буксировки, узл.
Несмотря на то, ч^о судно несамоходно, все же профиль руля в боль-
гтве случаев принимают обтекаемым — типа NACA (или другой), сим-
ичным. Скорость буксировки обдля морских судов принимают равной
п. и более. Тогда скорость потока, набегающего на руль,
vep — 0,515* v6 (I — tor) м/сек,
(24)
где — средний расчетный коэффициент попутного потока на месте уста-
новки руля. Он может быть приближенно определен по выраже-
нию. аналогичному формуле Э. Э. Папмеля,
(25)
где б — коэффициент общей полноты водоизмещения судна;
х — показатель степени, составляющей для среднего руля х = I и
для бортовых рулей х = 2;
V — водоизмещение, л3;
ftp — средняя высота пера руля, м.
При однослойном пластинчатом руле коэффициент попутного потока
приближенно определяют по формуле (25) или по выражению
<ог = 0,56 — 0,18, (26)
где 6 — коэффициент общей полноты водоизмещения.
Дальнейший расчет сводится к определению безразмерных коэффи-
циентов Срр, Схр и С а по кривым для профилированного руля принятого
удлинения (см. рис. 35—38), определению рулевой силы Рп и гидродина-
мического момента на баллере руля. Расчет выполняют в табличной форме
(табл. 6). По результатам расчета строят график Рп = f (ар).
Таблица 6
Определение рулевых сил иа руле и гидродинамических моментов
на баллере руля (передний ход — буксировка)
Мкр = Л4б + -Мтр кгосм. (27)
Значения Л4кр наносят на график = f (ар), который служит исход-
ным для выбора рулевой машины.
Момент от сил трения в подшипниках будет
Мтр --= X + Л£. (28)
• Момент сил трения в нижнем подшипнике определяется по формуле
М, = кгс-см, (29)
72
- коэффициент трения в нижнем подшипнике, составляющий 0,2 —
для пластмассовых подшипников скольжения, 0,3—для метал-
лических подшипников скольжения, 0,1 — для подшипников ка-
чения;
- диаметр баллера в районе нижнего подшипника, м (рис. 40).
Расположение опор баллера Рис. 41. Руль, расположенный в потоке,
>я несамоходного судна. отходящем от гребного винта.
орная реакция в верхнем подшипнике (пяткой руля пренебрегают),
/?s = (31)
- расстояние между серединами нижнего подшипника и ступицы
румпеля, насаженного на баллер, м;
- расстояние от центра тяжести пера руля до середины нижнего
подшипника, м
и определении /?]):/?- сила, действующая на румпель, не учтена.
мент сил трения в верхнем подшипнике
кг-см, (32)
а — коэффициент трения в верхнем подшипнике, составляющий
0,15—для металлических и пластмассовых подшипников,
скольжения, 0,10 — для подшипников качения;
гница в значениях коэффициентов трения нижнего и верхнего под-
дав скольжения объясняется тем, что нижний подшипник не
остаточно надежной постоянной смазки;
а — диаметр баллера в районе верхнего подшипника, м (рис. 40).
75
2-я схема. Руль расположен в потоке гребного винта (рис. 41).
Исходные данные те же, что и в первой схеме, за исключением расчет-
ной скорости хода, под которой в данном случае понимают скорость ц
переднего хода судна в узлах.
Боковые силы на руле и гидродинамические моменты на баллере руля
вычисляют в последовательности, указанной ниже.
Для расчета рулей, расположенных в потоке гребного винта, за ис-
.ходную принимают максимальную скорость vep набегающего на руль
приведенная скорость ve =» f (os) узя.; 2 — приведенная скорость в процентах от v£.
потока, которую находят по формуле (34). Во всех других случаях распо-
ложения рулей можно принимать за исходную скорость
vs = 0,515ц (1 — ©,) м/сек, (33)
где vs — скорость хода судна, узл., но она должна быть не менее 6 узл.;
со, — коэффициент попутного потока на месте установки руля.
Значения скорости ve = f (ц) также могут быть приняты по табл. 7
кии сняты с графика (рис. 42).
Скорость потока, набегающего на руль, находится по формуле
vep = 0,515ц (I — <вг) х м/сек, (34)
Таблица 7
Значения скорости ve — f (ц) (рис. 42)
узл. 9 10 11 12 13 14 15 16 17
’м/сек 4,63 5,15 5,66 6,17 6,69 7,20 7,72 8,23 8,74
De м/сек 4,63 5,15 5,66 5,97 6,38 6,79 7,15 7,51 7,82
Ц узл. 18 19 20 21 22 23 24 25
м/сек 9,26 9,77 10,29 10,8 11,32 11,83 12,35 12,86
** м/сек 8,18 8.49 8,80 9.05 9.31 9.52 9.72 9.93
74
Vg — скорость хода судна, но не менее 6 узл.;
X — поправочный коэффициент, учитывающий влияние потока, от-
ходящего от гребного винта, на работу руля;
-®г = 0,8<в — средний расчетный коэффициент попутного потока на
месте установки руля, определяемый по формуле (25);
<о — коэффициент попутного потока, определяемый по формуле
Э. Э. Папмеля.
<о = 0,1656*1/ V/
1 DB
(35)
обозначения те же, что и в формуле (25), за исключением DB — диа-
ра гребного винта.
Влияние потока гребного винта на работу руля оценивают прибли-
Рис. 43. Значения коэффициента ka = f (ов;2), учитывающего
влияние гребного винта на работу руля.
нт определяют по формуле (36), где kB предварительно находится по
фику (рис. 43), предложенному И. П. Любомировым. График дает
периментальные значения относительного увеличения коэффици-
а (а также Ср) для руля,расположенного сравнительно далеко от
бного винта, в зависимости от коэффициента нагрузки гребного винта
i размахе руля, равном диаметру гребного винта.
Учитывая более близкое расположение руля к гребному винту и то,
часть руля располагается вне потока, отходящего от гребного винта,
равочный коэффициент % лучше находить по формуле Н. А. Петрова
х = 1+-^(М-1). (36)
jFp — полная площадь пера руля, м;
F'„ — площадь пера руля, омываемая потоком от гребного винта;
\ JJHIIUI-I -Г 'ьививквад. /Л
j — коэффициент увеличения боковой силы руля, ра-
ботающего в потоке гребного винта, находимый по графику
(см. рис. 43);
75
A — коэффициент влияния полноты вызванной скорости, определяе-
мый по формуле
Л
где ов — коэффициент нагрузки -гребного винта, равный
“"-рТГ- (38>
2 ^el
Полный упор гребного винта, расположенного перед рулем.
где /? — сопротивление судна при скорости vs; кг\
t — коэффициент засасывания;
Vei — средняя скорость потока, подходящего к гребному винту, вы-
числяемая при расчете скорости хода судна, м.!сек-.
р — плотность воды;
FB — площадь диска гребного винта, м2;
k — —коэффициент полноты вызванной скорости, нахо-
димый по графику (рис. 44);
х — расстояние от диска гребного винта до передней кромки руля;
DB — диаметр гребного винта,-
р- —относительная величина площади руля, омываемая потоком,
отходящим от гребного винта.
Рулевую силу и гидродинамический момент на баллере руля рас-
считывают для переднего и заднего хода судна при углах перекладки руля
кр = 5—10—15—20—25—30 и 35°, полагая ар = ссРо. Это допускается
76
Ьгь при расчете рулей для судов с умеренными скоростями хода. При
iere сил и моментов по углу атаки аР1| следует использовать методы,
веденные в Справочнике по теории кораЬляЛ
Пользуясь графиками продувки аэродинимичъскик. профтаел
35—38) для заданного удлинения пера руля, находят коэффици-
ы Csp, CXv и Са для переднего и заднего хода.
I Значение безразмерного коэффициента нормальной силы С„р уста-
аливают по формуле
Спр = Схр sin ар + Сда cos ар. (40)
Безразмерный коэффициент равнодействующей силы Р на руль со-
даляет
c-l/cL+ci» (4i)
Нормальная сила
Р„ = Рр4с„р = 4С„р кГс. (42)
I Равнодействующая сила
Р = -f- Fp»’pC - АС кГс. (43)
Величина отстояния центра давления от передней кромки руля
= Cdpbcp м. (44)
Величина отстояния центра давления от оси вращения баллера
I = хр — «л. (45)
Зная величину нормальной силы Рп и отстояние центра давления от
я вращения баллера, можно определить теоретический гидродинамиче-
ий момент на баллере
М'б = Рп1 кг-см. (46)
Момент на баллере с учетом подпорного момента при «одержании»
дна составит
I Mf. = koM'e, кгс-м, (47)
е k0 — 1,2 ч-1,3 — коэффициент, учитывающий возрастание момента на
[ллере при «одержании» судна.
Расчет выполняют в табличной форме (табл. 8).
При выполнении расчета гидродинамических сил и моментов на бал-
ре руля на заднем ходу за скорость хода принимают скорость, равную
&эх = (0,7-^0,75) щузл., (48)
е — расчетная скорость переднего хода судна, узл. Расчет выпол-
нот в той же последовательности, которая была указана при расчете
1 переднем ходу.
1 Я. И. В о й т к у и с к и й, Р. Я Пе р ш и ц, И. А. Т и т о в. Справочник по
арии корабля. Судпромгиз, 1960.
77
Таблица &
о формуле
Орзх = 0,515- сзх- X' -«/сек, (49)
де х' =1,05^7-1,10.
При ходе назад значения коэффициентов С^р, С'хр и С'а определяют
о соответствующим графикам, характеризующим задний ход (см. рис. 35—
7). Нормальная сила на руле при заднем ходе будет равна
Рп = -g- Рj>VpajCn кГс. (50)
асчет ведут в табличной форме (табл. 9). В результате гидродинамиче-
<ого расчета руля устанавливают максимальные значения гидродинами-
гского момента на баллере руля и нормальной (рулевой) силы как на
ереднем, так и на заднем ходу.
По данным расчета строят графики гидродинамических сил и моментов
а баллере в функции от угла перекладки руля.
Схема 3-я. Расчет гидродинамических сил и моментов на баллере
уля. Руль расположен в диаметральной плоскости за рудерпостом.
Исходные данные
Диаметр гребного винта Ов, ж;
Полный упор, создаваемый движительным комплексом Рв, кзс'
Попутный поток за корпусом
Коэффициент нагрузки гребного винта ор;
Площадь пера руля Fp, ж2;
Суммарная площадь пера F руля и рудерпоста f ; F + = F + F , №,
Таблица 9
Определение гидродинамических сна на руле и моментов на баллере руля
самоходного судна (задний ход)
иысота пера руля ftp, я;
Пирина пера руля рр, я;
Суммарная ширина пера Ьр руля и рудерпоста йрп, 6р+рп == Ьр + Ьрп, ж;
[реднее удлинение пера Хр руля и рудерпоста Лрп, ^р_ррп. л<;
1рофиль руля NACA.
гммарную площадь пера руля и рудерпоста Fpq.pn определяют
[ из опыта эксплуатации судов-прототипов, характеризующихся
ей управляемостью. Если прототипы, отсутструют, то суммарная
аь находится по формуле (19), а коэффициент А принимают соот-
енно по' табл. 3. Соотношение площадей берут Fpn: (FP+Pn) =
счет гидродинамических моментов на баллере руля ведут в такой
рвательности.
ярость потока vep, набегающего на руль, определяют по фор-
34), а коэффициент нагрузки гребного винта по упору — при по-
за висимости
0,025Ре
°в" Ф. *
тельная ширина пера руля
(51)
(52)
[тельное удлинение
(53)
оизводная боковой силы комплекса руль + рудерпост, по углу ар
°- <54>
оизводная подъемной силы, действующей на руль, по углу Хр
Р-р = Ир+рп U .69 — 0,89&р). (55)
79
Коэффициент боковой силы руля при заданных углах ар отклонения пера
руля
= Hp-ct рад. (56))
Этот коэффициент определяют для разных углов отклонения руля
в следующей форме
Угол отклонения руля ар, град. 5 10 15 20 25 30 35
арад 0,0873 0,175 0,262 0,349 0,436 0,523 0,6111
Сур = Рр-Ярад
Коэффициент центра давления
Сар = 0,18 + 0,23арад - 0,012ов. (577
находят также для нескольких углов отклонения руля.
Угол отклоне- ния руля Яр. град. 5 10 15 20 25 30 35
а₽ад 0,0873 0,175 0,262 0,349 0,436 0.523 0,611
О-гЗарад 0,020 0,0402 0,0602 0,0802 0,1002 0,1202 0,1405
0,012<тв
Crfp
Коэффициент момента руля при различных углах его переклада
С„р = С,/^. (511
Полагая, что коэффициент боковой силы. Сда руля и коэффициен-
нормальной силы СПр, действующей на руль, приблизительно одинакова
определяют значения коэффициента Сир
Угол отклоне- ния руля ар, град. 5 10 15 20 25 30 35
СИ>
спр
Сщр
•80
боковую силу и гидродинамический момент на баллере руля находят
едующим формулам: - 1
Ур=С„АсХ; (59)
М„-.С„р-е-»:гД. (60)
л отклонения руля ор, град. 5 10 15 20 25 30 35
С!/Р
Стр
Мр
коэффициент сопротивления Схр определяют по графику Схр = f (Ов)
эответствующих значений Хр и Ьр. Определив значения Схр, находят
мициент равнодействующей силы
с, - /С“Р+ЙР. (61)
Заказ 1836
Боковая сила, действующая на комплекс руль 4- рудерпост, будеч
равна
^р+рп Рр+рп ~2~ р+рп® кгс. (63?
Боковая сила, действующая на рудерпост,
Расчет гидродинамических моментов на баллере руля при заднем ходе
На судне есть рудерпост, но расчет ведут в предположении, что рудерпост
отсутствует. Такое допущение принимают на основании результатов мго
дельных испытаний рулей с рудерпостом на заднем ходу, которые показали!
что рудерпост на заднем ходу судна весьма незначительно алияет на не
личину момента относительно баллера испытательной установки. Расчет
ведут по известной схеме, определяя скорость заднего хода по формуле (48))
а скорость потока, набегающего на руль, — по формуле (49).
Далее для различных углов ар перекладки руля находят гидродинга
мические силы и моменты, действующие на руль, при помощи форму.;
^рз. х = О/рз. х “g- vs s. >.Fp кгс, (65
*Рз.х = Сжра.х-£-^3 XF„ кгс- (66
Мр8. х = Стр 3. к - j- з. x-fp^p кгс-м. (G71
Схема 4-я. Расчет рулевой силы на руле и гидродинамического момент-,
на баллере руля. Руль расположен в диаметральной плоскости судна и омьи
вается частью потока, отходящего от гребного винта (рис. 45).
82
/ле (24), где вместо цс подставляют vs
ve = 0,515 vs (1 — со,) м/сек.
[ополнительное давление Рпв потока от бортового гребного винта
гль, с некоторым запасом может быть определено по формуле (68),
Рис. 45. Руль, омываемый частью потока, отходящего от греб-
ного винта; установлен на пассажирском теплоходе «Киргизстан».
сгеризующей удар струи о преграду, поставленную под углом к оси
Рпв = kpS (v'e 4- oc)2sln (сср + у) кгс,
(68)
k — коэффициент, учитывающий относительно мвлую площадь удара
по сравнению с поперечной площадью струи. Рекомендуется
принимать
k = 0,6-4-0,7*;
р — плотность воды;
ve — скорость потока, подходящего к рулю, м!сек;
иа — скорость потока, вызванного винтом, я!сек;
кр — угол перекладки руля, град.;
у — угол скоса потока от гребного винта, град.;
Гибсон. «Гидравлика и ее приложение». 1934.
S — площадь сегмента поперечного сечения струи от гребного винта,
занятая переложенным рулем, составляющая,
S — R2 [ arcsin ]Л(2 —Л)/> — (1— Л)|'(2- ,')Л| •«’; (69)
R — радиус струн, отходящей от гребного винта, принимаемый рав-
ным радиусу винта, м;
h — относительная величина стрелки, указанного выше сегмента,
которая составляет
/Г= bP ^~Asin(ар— у) м; (70)
Ьр, к ~ ширина кормовой части пера руля, м (рис. 45);
А — расчетный параметр, равный
А = 61—?itgY
cosapigy-J-sinap’
bt — наименьшее расстояние от кромки концов лопастей гребного
винта до диаметрвльной плоскости, м;
—- расстояние от плоскости диска гребного винта до оси вращения
руля, м.
Скорость потока va, вызванного гребным винтом, определяется по
формуле
va = ое1 (К1 + »в— 0 м/сек, (72)
где
---s----коэффициент нагрузки гребного винта
-ррй
' при полном упоре; k
Рв — упор, создаваемый гребным винтом на
расчетной скорости, кгс;
*=& 2,С — коэффициент, учитывающий полноту
вызванной скорости при среднем от-
носительном расстоянии руля от вннта
-^-««2.0 (см. рис. 44);
о£1 — 0,515 ц. (1 — со), м/сек— средняя скорость потока, подходя-
щего к гребному винту;
о) — коэффициент попутного -потока
в диске гребного винта.
Скорость потока, подходящего к рулю, принимают равной
°* = -|-(Ц, + Vn) м/сек. (73)
где ve — скорость потока воды за корпусом судна, вычисляемая по фор"-
муле (33).
Угол скоса потока от бортового гребного винта определяется по фор-
муле
У = град., (74)
+
где ах.— средний угол скоса потока, обтекающего корпус в кормовой
части у гребного винта (рис. 46).
84
Рис. 46. Направление потока, набегающего на руль.
85
Таблица 10
Расчет влияния потока, отходящего от гребного винта, на перо руля
* Формулы Угол перекладки руля ap, град.
5 10 15 20 25 30 35
sin ар
2 cos ар
3 sin (op4-Y)
4 . h-l,tsv cos Op tg у + sin Op
5 bp. к — A *
6 h = Р'К^ Sin (Op 4. Y)
1 У(2—ft)ft
8 arcsin V (2 — h)h
9 (1—ft)V(2 —Л)й
1 10 S = /?®.]81—Т£|,л“
11 P пв = kps (ve + Pc)«-Тй кгс
12 Ip = Д.0,58.(6], м
13 Мвв — PnB’lp. K8C.M
'86
Формула Угол перекладки руля ар, град.
5 10 15 20 25 30 35
сет Схр sin Op COS Op Cn — Сур coS Op 4- Cxp sin tip Pn ~ -y- CnFpVe, кгс Cd bt ~ Cdb, м 1ъ = Ьг—а, м M6 = Pnlv кгс-м Pmi кгс Mbbi кгс-м P — Pn + Рпв, кгс +Л46в, кгс-м М6 = kfjMg, кгс>м
формула (68), предложенная инж. Н. А. Петровым, — приближенная, но
ее много лет применяют при проектировании.
Расчет влияния потока, отходящего от гребного винта, на перо руля
ведут в такой последовательности.
После размещения гребного винта и руля с чертежа Снимают значения
величин /?; bt; и Ьр. к, входящих в формулы (69)—(71).
Момент на баллере руля, возникающий под действием потока, отхо-
дящего от гребного винта,' рассчитывают для плеча, вычисленного по
формуле
1р = А + 0,68(fcp.R-А) лг. (75)
Затем заполняют табл. 10. Одновременно рассчитывают гидродинами-
ческие силы на руле и моменты на баллере руля, расположенном вне по-
тока, отходящего от гребного винта, в последовательности, указанной
в табл. 11, 12. Результаты расчета" изображают графически (рис. 47).
Определение гидродинамических характеристик рулей,
снабженных грушевидными наделками
Постановка грушевидной наделки на пере руля (стабилизаторе) не-,
посредственно за ступицей гребного винта (см. рис. 5, 20) для улучшения
пропульсивных качеств судна известна с 1929 г. как наделка Коста, на-
зываемая в отечественном судостроении пропульсивной наделкой.
Принцип действия пропульсивной наделки. В струе, образующейся
при работе гребного винта, появляются тангенциальные составляющие
скорости, создающие закручивание потока. В связи с этим возникают
области пониженного давления (от действия центробежных сил), особенно
в районе корневых сечений лопастей и ступицы.
Ступица гребного винта на транспортных судах большей частью-пред-
ставляет собой плохо обтекаемое тело, поэтому за кормовым срезом ее
обтекателя образуется застойная зона жидкости, приводящая к увеличе-
нию вязкостного сопротивления.
При современных конструкциях гребных винтов дополнительные по-
тери энергии составляют 5-^7%, из них: 3—4% — на закручивание по-
тока; 1—2% — на понижение упора из-за центробежных сил; 1% — на
вязкостное сопротивление ступицы.
Установка на пере руля пропульсивной наделки приводит к измене-,
кию его гидродинамических характеристик: коэффициентов боковой
силы Сур и гидродинамического момента Ст относительно передней кромки
пера руля. Для оценки степени влияния пропульсивной наделки на гидро-
динамические характеристики пера руля Н. Б. Слижевский рекомендует
ввести коэффициенты
* = (76)
си>
(77)
Коэффициенты и хт определяют по кривым (рис. 48), полученным
в предположении, что руль имеет прямоугольную форму, а наделка —
форму эллипсоида вращения, большая ось которого совпадает с серединой
пера руля по высоте,-а длина его — равна хорде. На рис. 48 значения
88
фициентов даны в функциях ХуР = f (X, d), v.m = f (X, d), где X —
некие пера руля;
|d = -y---относительный диаметр наделки;
Йя — наибольший диаметр наделки;
|б — ширина пера руля.
таким образом, зная гидродинамические характеристики Cw и Сы
лрованного пера руля, можно рассчитать гидродинамические харак-
гаики Сур и Ст пера руля с наделкой по формулам
= typO/pI (?^)
одинамические характеристики руля, оцениваемое коэффициент
. v.'yp и нт, практически не зависит от угла перекладки руля (в до-
мческой области).
Применение пропульсивной наделки с большим относительным диа-
ом при малом удлинении пера руля уменьшает боковую силу, а ори
ших относительных удлинениях — увеличивает. Вместе с тем наделка
[ыцает гидродинамический момент относительно передней кромки
руля, и это уменьшение тем значительнее, чем меньше относительное
1нение пера руля и чем больше диаметр наделки.
Наибольший эффект дает установка наделок на пластинчатых рулях
лой относительной толщиной (t < 0,10-4-0,12).
Расчет гидродинамических сил на пере и момента на баллере
носового руля
Исходные данные при этом расчете те же, что и при расчете рулей,
сложенных в кормовой части судна. Схема расчета на переднем и зад-
ходу руля при работе одного гребного винта, расположенного за рулем,
•типна с ориведенной выше схемой расчета руля на переднем и заднем
Конфигурация носового руля показана на рис. 49.
89
Расчет носового руля ведут обычно исходя из двух возможных слу-
чаев работы руля:
судно движется полным задним ходом при работе носового и кормо-
вого гребных винтов;
судно движется полным передним ходом при работе кормового и но-
сового гребных винтов.
В первом случае (на заднем ходу) последовательность расчета гидро-
динамических сил на пере носового руля и моментов на баллере та же, что
и при расчете руля, расположенного в кормовой части судна при ходе
впереди
Рис. 49. Носовой руль кранового морского судна «Кёр-Оглы».
Во втором случае при расчете тех же величин Рп и Мб/ для носового
руля при ходе вперед расчетную скорость можно определясь по формуле
veH = 0,515-Ц№, (80)
где «н = 1,05-И, 10.
Рассчитывая момент на баллере носового руля при переднем и заднем
ходах, учитывают влияние подпорного момента, вводя коэффициент, рав-
ный k0 — 1,2ч-1,3.
Дальнейший расчет выполняют в табличной форме по схеме, приве-
денной в табл. 11 и 12, результаты расчета изображают графически
(рис. 50).
При приведенных выше расчетах гидродинамических сил на руле и
гидродинамических моментов на баллере были определены их максималь-
ные значения на полном переднем и заднем ходах. Для выбора рулевой
машины необходимо знать максимальное значение момента на баллере
с учетом трения в опорах, который находят по формуле
Л1Кр = М6 + Л1тр том,
где Л41р — момент от сил трения в опорах.
Ниже рассмотрим последовательность определения моментов, созда-
ваемых силами трения в опорах подвесного руля (рис. 51).
Баллер руля имеет два подшипника, следовательно, он может быть
рассмотрен как бадка, опертая на две опоры — верхний и нижний под-
90
шипники. Румпель рулевой машины обращен в нос судна, усилие Q, соз-
даваемое рулевой машиной и действующее через румпель на баллер руля,
при переднем и заднем ходах имеет направление, одинаковое с гидродина-
Рис. 50. Расчетные значения
= f (ар) и Рп == f (ар) носового руля
кранового морского судна «Кер-Оглы»
I — на переднем ходу; 2 — на заднем
ходу.
Qsx := Мба*, кгс —- усилие на румпеле
при заднем ходе;
г — радиус румпе-
ля, м.
Опорная реакция в верхнем подшипнике баллера равна при переднем ходе
?ппхД — Qnx (I -j~ О Kg.
(83)
при заднем ходе
РпзхС — Qsxll + *)
Рис. 51. Расчетная схема определения моментов, создаваемых
силами трения подвесного руля.
(84)
Момент сил трения в нижнем подшипнике [см. формулу (29) J
' 4 d,
Мт кгс • см;
91
момент сил трения в верхнем подшипнике [см. формулу (32) J
Мт — кгс-см,
где R и R' — опорные реакции соответственно в нижнем и верхнем под-
шипниках, кгс;
d2 — диаметр баллера соответственно у нижнего и верхнего под-
шипников, см;
/у — коэффициент трения в нижнем подшипнике;
/2 — коэффициент трения в верхнем подшипнике.
Общий момент сил трения в нижнем и верхнем подшипниках
Мтр = Мт + Мт кгс-см.
Значения моментов наносят на график гидродинамических мо-
ментов в функции от угла перекладки руля. График моментов на баллере
руля используют при выборе рулевой машины. На тот же график нанося!
значения нормальной силы Рп руля, максимальное значение которой пред-
ставляет-собой расчетную нагрузку при расчете пера руля и баллера нг
прочность.
Пример расчета
Для иллюстрации этого метода приведем расчет кормового руля прг
ходе судна на переднем и заднем ходах. Рассмотрим железнодорожный
паром мощностью 7200 л. с., снабженный одним балансирным кормовым
рулем обтекаемой формы (рис. 20).
Исходные данные
Площадь пера руля, Рр = 11,4 (принята по прототипу, эффективность
принятой площади пера руля проверена при испытаниях крупномисштаб-
ной самоходной модели).
Высота пера руля (расчетная), м hp = 3,30.
Ширина пера руля (расчетная), м Ъ — 3,60.
Ар
Относительное удлинение пера руля Z = — 0,95,
''р
Относительная толщина руля t — 0,12.
Расстояние от передней кромки руля до оси баллера, м. а = 0,85.
Коэффициент компенсации пера руля R ~ 0,21.
Расчетная скорость хода, узл. i>s ~ 17,5.
Гидродинамические характеристики руля определены по результата!'
продувок моделей рулей в ЦАГИ им. преф. Н. Е. Жуковского.1 В каче
стве прототипа принята модель руля с удлинением X — 1,0 и профилен
NАСА-0012 (см. рис. 37).
Влияние гребного винта на работу руля. Влияние потока, отходящей
от гребного винта, на работу руля оценивают по формуле
ГР
где обозначения ,те же, что и в формуле (36).
Скорость потока воды за корпусом судна
ve = 0,515- vB (1 — <oz) = 0,515-17,5 (1—0,22) = 7,0 м!сек.
где <о, = 0,22 == 0,8© — средний расчетный коэффициент попутного по
тока на месте установки руля;
ф == 0,27 — коэффициент попутного потока у гребного винт;
от корпуса судна.
1 ЦАГИ. Атлас аэродинамических характеристик изолированных рулей малого удли
нения. 1951.
92
Полный упор среднего гребного винта, за которым установлен руль,
став л нет Рвср = 28 500 кгс (принято по расчету гребных винтов и ско-
юти хода судна).
Коэффициент нагрузки гребного винта
Рвср _ 28500
р 2 - 51.5,72.6,2’
2 £|
= 2,54.
;е ос1 == 6,2 м!сек — скорость потока перед гребным винтом;
FB --= 5,72 jw2 — площадь диска гребного винта.
Коэффициент полноты вызванной скорости согласно графику
и. рис. 44)
е х = 1,5 м — расстояние от диска гребного винта до оси баллера руля;
D„ — диаметр гребного винта, м.
Коэффициент увеличения боковой силы руля
К. = f (^) - 2,3 (см. рис. 43).
Относительная величина площади руля, омываемой струей, отходящей
' гребного винта
-£=--0,84.
ГР
Коэффициент влияния полноты вызванной скорости
л. (k, V />.74 . 2—1,74 \2
Полный коэффициент влияния гребного винта
и = 1 + -&-№,& — 1) = 1 +0,84(2,3.0,88—»= 1.86.
*₽
Расчет гидродинамических сил на руле и крутящих моментов на бал-
ре. Результаты расчета приведены в табл. 13.
Боковая сила, нормальная к рулю, при переднем ходе
Р„ = -|-МхС„= !^.11,4.7’.1,86.С„ 53000С„
Так как высота передней кромки руля меньше задней, при оценке
)утящего момента на баллере расчетная величина расстояния от пе-
дней кромки руля до оси баллера руля приннта
с, = а~ = 0.85-|££ » 0,775 .-л,
е а — расстояние от передней кромки руля до оси баллера;
h' = 3,0 м — эффективная высота передней части руля с учетом флан-
цевого соединения баллера и обтекателя на нем;
h — 3,30 м полная расчетная высота пера руля.
При определении величины крутящего момента на баллере на перед-
м ходу в формулу введен коэффициент, равный k0 — 1,3, учитывающий
зможное увеличение крутящего момента на баллере при быстром
93
Таблица 18
Расчет влияния потока, отходящего от гребного винта, на перо руля
Формулы Угол перекладки руля ср, град.
6 10 20 25 30 35
Пер е д н и й ХОД
0,150 0,311 0.695 0,90 1,12 1,34
Схр 0.018 0.042 0,159 0,250 0,384 0,60
Сар 0,190 0,210 0,267 0,285 0,303 0,320
sin ctp 0.087 0.173 0.342 0,423 0,500 0,573
COS Ср 0,995 0,984 0.939 0.906 0,866 0,819
- Cn — CXp sin cp + 0,150 0,310 0,711 0,921 1,170 1,440
+ Cppcosop
c^Vc2 +c2 ' W Xp 0,150 0,314 0,713 0.935 1,185 1.470
Pn = 53 OOOC,;, кгс 8000 16 400 37 700 48 800 62 000 76 300
P.-=53000C 8000 16 600 37 800 49500 63 000 78 000
Zj — Crfb, M 0,685 0.775 0.960 1.025 1,090 1,150
I = 11 — <J1, M —0.090 —0,020 0,185 0,250 0.315 0,375
M'6 = Pnl, кгс.м —720 —330 +7000 12 200 19 500 28500
M6 --= кге-м —720 * —360* 9100 15 800 25 300 37 000
3 а д и и й ход
Сур 0,286 0.541 0,740 0.860 1,03
ckp 0,060 0,207 0.340 0,530 0,720
СФ — 0,844 0.770 0.700 0.678 0,636
< = <P sln«₽ + — 0,290 0,580 0,814 1,010 1,250.
+ Crec“°p
P„ = 26 OOOC„, кгс 7500 15 100 21 200 26 300 33 000
i = Cd(b — а), м — 2,19 1,93 1.67 1,59 1,43
Mq — P„l, кгс-м - 16 400 29 2(10 35 400 41 600 47 000
* Отрицательные значения моментов М& на коэффициент = 3 не умножают.
94
переходе судна из одной циркуляции в противоположную.!} качестве расчет-
ной скорости судйа на заднем ходу при оценке боковой силы и крутящего
момента на баллере руля принята скорость хода, равная 70% от полной
скорости переднего хода.
Расчетная скорость на заднем ходу
Оз.х = 0,7-0,515- fjKi == 6,7 м/сек,
где Kj == 1,06 — коэффициент, учитывающий влияние вызванных скоро-
стей гребного винта.
Боковая сила при заднем ходе
Рп = -%- ХС'„ -.= » 2600С!..
₽л
Рис. 52. Расчетная схема определения моментов, создаваемых силами трения
руля железнодорожного морского парома «Советский Азербайджан».
В результате гидродинамического расчета руля получены следующие
максимальные значения при перекладке на угол 35°.
При переднем ходе
Гидродинамический момент на баллере .Л4б = 37,0 тс -м
Боковая сила на руле .......... . Рп~ 78,0 тс
При заднем ходе
Гидродинамический момент на баллере Л43 х= 47 тс-м
Боковая сила на руле ..........рпэ х = 33 тс.
Определение суммарного крутящего момента на баллере с учетом
момента от сил трения в подшипниках баллера. Приведенным выше гидро-
динамическим расчетом руля получены максимальные значения момента
на баллере и нормальной силы на руле при полном переднем и заднем хо-
дах и угле перекладки руля на 35°.
Суммарный крутящий момент на баллере руля с учетом момента от сил
трения составит
М<р == Mr, + Мгр,
где — момент от сил трения в подшипниках.
Усилия в подшипниках баллера находим (рис. 52) с учетом разгру-
жающего действия пятки руля.
Так как в данном случае получается статически неопределимая балка,
реакции в нижнем подшипнике находим следующим методом: реакцию
заменяем силой, составляем уравнение прогиба для нижнего подшипника
и согласно Справочнику * определяем необходимые коэффициенты.
* С и в е р ц ев И. Н., Давыдов В. В., М а т т е с Н. В. Справочник по
прочности судов внутреннего плавания. «Речной транспорт», 1958.
95
Из уравнения прогиба для нижнего подшипника
тЛ = —тА
откуда
R=-Wp-
Согласно принятой схеме расположения опор руля значения плеч
составят (см. рис. 52)
а = 1680 мм; — 4740 мм; 12 — 2580 мм; L — 6440 мм и
li = 3860 мм.
Тогда отношения плеч
i-й = 0,263; i.-S-0.6.
L Ь44 ’ L 044 »
Согласно табл. 28 того же Справочника находим
Ъ-Ю'. = 1352; тж.1О5 = 1920,
тогда
«={§?Р„ = 0,705Р„
R — 0,705-78 — 55,0 т — на переднем ходу,
R — 0,705-33 = 23,3 т — на заднем ходу.
Для определения реакций в пятке руля и верхнем подшипнике составляем
следующие уравнения:
Рпа — Rh + RtL = 0:
Pnbt — Rl» — RiL= 0,
в результате решения которых получаем
на переднем ходу
X 12.6,-:;
„ 78,4.76 — 55.2,58 к .
R1 —-----644------~ ,П‘
на заднем ходу
₽-, = 3M.76 - 23.w8 е 15 , m
При определении Rt и Rs сила, действующая на румпель, вэтом случае
не учитывалась.
Момент сил трения в верхнем подшипнике на переднем ходу
MI1 = -i-fiR"4'“"^‘0>1B’12’6T?‘ = 0’35 тс'м-
где Д =0,15 — коэффициент трения для стали по бронзе;
d3 = 290 мм — диаметр подшипника.
96
Момент сил трения в нижнем подшипнике
М„ =-^№^-= тг 0.3- 55,0 0g- - 4.2 тс-я.
Р№- (г~ 0,30 — коэффициент трения;
dt — 400 мм — диаметр подшипника.
Момент сил трения в пятке руля
»‘= -y W 1.9 пх-к
У Мтр — 0,35 -|- 4,2 -|~1,9 = 6,45 том.
Суммарный крутящий момент на баллере на переднем ходу
7Икр - Мб -|- /Итр == 37,04-6,45 = 43,45 тс-м,
на заднем ходу
Мт, А°,15,5.4-^-.-0,15 тс-м;
М„ = Ао,3-23,3-^ = 1,79 тс.л<;
М,. = Ао, 3-15,1 "J1 0.81 тс-м;
£мтр == 0,15+1,79+0,81 - 2,75 тс-м;
М.„ = Ме + Л1,, - 47+2,75 - 49,75 тс-м. I
Рулевую машину подбирают по максимальному из крутящих момен-
тов, полученных при расчете.
7 Заказ 1836
ГЛАВА HI
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОВОРОТНЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ
НАСАДОК
§ 8. ПОНЯТИЕ О ПОВОРОТНЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ НАСАДКАХ
В последнее время все шире применяют средства более активного
управления судами, обеспечивающие управляемость при малых скоростях
и на месте. К таким средствам относятся подруливающие устройства,
крыльчатые движители, поворотные винтовые колонки и другие устрой-
ства, позволяющие создавать боковые силы на корпусе судна, не имеющего
хода. Одним из наиболее эффективных и дешевых средств активного управ-
ления двухвинтовыми судами являются поворотные насадки с раздельным
управлением, или, иначе, раздельные поворотные насадки, способные
перекладываться независимо одна от другой.
В зависимости от степени применения поворотных направляющих на-
садок различают
насадки одновинтовых судов;
насадки двухвинтовых судов.
По конструктивному признаку Их делят на
насадки без стабилизатора;
насадки с неподвижным стабилизатором;
насадки с управляемым стабилизатором.
По числу опор их делят на
насадки с одной опорой в пятке;
насадки подвесные.
Направляющая поворотная насадка (рис. 53) представляет собой коль-
цевое крыло, имеющее в продольных сечениях форму аэродинамического
профиля и охватывающее с минимальным зазором кромки лопастей греб-
ного винта. Продольный профиль насадки обращен выпуклой поверхностью
к гребному винту, а передней закругленной кромкой — в сторону движе-
ния судна таким образом, что площадь входного сечения насадки значи-
тельно превышает площадь ее выходного сечения. В свою очередь, пло-
щадь выходного сечения насадки обычно несколько больше, чем площадь
ее наиболее узкого сечения, в котором размещается гребной винт.
Поворотную направляющую насадку крепят к баллеру способами,
близкими к тем, которые применяют для соединения баллера с рулем.
Поворотная направляющая насадка представляет собой не только руле-
вой орган, но и часть движительного комплекса судна. Особенность дей-
ствия насадки, по сравнению с рулем, —возникновение гидродинамиче-
ских сил, постоянно стремящихся повернуть насадку на больший угол
по отношению к обтекающему ее потоку.
Для компенсации вращающего момента этих свл в диаметральной
плоскости хвостовой части насадки за винтом обычно устанавливают ста-
билизатор в виде вертиквльного крыла с симметричным аэродинамическим
98
профилем и размахом, равным диаметру выходного сечения насадки. Кон-
струкция поворотной насадки со стабилизатором и способы крепления ее
к баллеру рассмотрены в главе. IV.
Применение направляющих насадок улучшает условия работы дви-
жителя.
Коэффициент полезного действия гребного винта, как известно, при
заданном режиме работы (т. е. при установленных значениях нагрузки и
скорости) зависит от площади поперечного сечения струи воды, отбрасывае-
мой винтом, причем увеличение этой площади приводит к повышению
коэффициента полезного действия. У гребного винта без насадки площадь
сечения струи получается зна-
чительно меньше площади диска
винта и уменьшается при воз-
растании нагрузки на винт.
Установка направляющей на-
садки увеличивает площадь се-
чения струи, вследствие чего
значительно повышается коэф-
фициент полезного действия
движительно-рулевого комплек-
са: винт — поворотная насадка.
Правильно спроектированная
насадка' повышает тягу на гаке
буксирного судна до 50% — на
швартовах и до 20—30% —при
ходе с составом барж без потери
или даже -с некоторым увеличе-
нием скорости хода порожнем.
Кроме того, поворотная напра-
вляющая насадка улучшает
работу гребного винта 'на вол-
нении, так как без насадки винт
частично оголяется. В этом слу-
чае насадка оказывает демпфи-
рующее действие, т. е. с одной
стороны, уменьшает килевую
качку судна, а с другой — сгла-
Рис. 53. Обозначение элементов поворотной
насадки.
живает колебания скорости вращения винта и обеспечивает тем самым
более спокойную работу движительно-рулевого комплекса. Эффектив-
ность действия поворотной направляющей насадки как органа управле-
ния судном в значительной степени зависит от режима--работы винта.
В рабочих режимах движительно-рулевого комплекса поворотная насадка
может обеспечить достаточно надежную управляемость судна, улучшить
маневренные и пропульсивные качества при переднем и заднем
ходе.
Большой опыт эксплуатации и данные сравнительных испытаний
однотипных судов, оборудованных рулями, поворотными насадками, убе-
дительно говорят о преимуществе поворотных насадок.
Проектирование поворотной направляющей насадки ведут в той же
последовательности, что и проектирование рулей. На первом этапе выби-
рают элементы поворотной насадки, необходимой- для обеспечения задан-
ной поворотливости судна и устойчивости на курсе. На втором этапе опре-
деляют гидродинамические характеристики поворотной насадки принятых
размеров, необходимые для расчета прочных размеров деталей рулевого
устройства и выбора рулевой машины.
99>
§ 9. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОВОРОТНЫХ НАСАДОК
СО СТАБИЛИЗАТОРАМИ
Расчет равнодействующей силы давления воды на насадку со стабили-
затором и ее составляющих, а также крутящего момента, создаваемого
этой силой, ведут при помощи безразмерных коэффициентов гидродина-
мических сил и момеН1Ов, определяемых по особым графикам.
Исходные данные для расчета
Тип насадки и форма ее профиля;
Число гребных винтов х;
Диаметр гребного винта в насадке DB;
Наименьший внутренний диаметр насадки £>н;
Коэффициент раствора ан насадки, представляющий собою отношение пло-
щади входного ее отверстия к площади наименьшего поперечного сечения;
Коэффициент расширения рн насадки, т. е. отношение площади выходного
ее отверстия к площади наименьшего поперечного сечения;
Относительная длина насадки 1н/ОНг т. е отношение длины насадки к ее
наименьшему внутреннему диаметру;
Относительный зазор aJDz, т. е. отношение зазора между кромками лопастей
винта и внутренней поверхности насадки к диаметру винта;
Размеры и форма профиля стабилизатора.
Кроме того, предполагаются известными расчетная скорость хода
судна и8, суммарный упор движительного комплекса Ре, а также главные
размерения судна, водоизмещение, коэффициенты полноты судна и моменты
инерции состава, если поворотная направляющая насадка предназначена
для установки на толкаче.
Выбор основных элементов поворотной направляющей насадки
При проектировании поворотной насадки, как указывалось выше,
необходимо иметь в виду, что она представляет собой в первую очередь
средство повышения пропульсивных качеств судна и одновременно руле-
вой орган. Не следует допускать такие соотношения элементов насадки,
при которых улучшение рулевых качеств сопровождалось бы существен-
ным ухудшением гидродинамических свойств и пропульсивных качеств
судна.
Основываясь на результатах проектирования й опытной проверки
поворотных насадок на вновь построенных морских и внутреннего плава-
ния судах, можно дать следующие рекомендации, касающиеся выбора ос-
новных элементов поворотной насадки.
Наименьший внутренний диаметр насадки. Чтобы ликвидировать кон-
цевые потери на лопастях гребного винта, следует принимать
Dn < 1,2£>в.
Коэффициент расширения насадки обычно выбирают в пределах
= 1,10-^1,15. Такие значения коэффициента расширения при обычно
принимаемой относительной длине насадки — 0,8 позволяют полу-
чить в расширяющейся части средний угол конусности 8-?-9°, что обеспе-
чивает безотрывное обтекание этой части насадки на переднем ходу вплоть
до режимов, близких к тяге на швартовах.
Из материалов модельных испытаний. ЦАГИ следует, что насадки наи-
более эффективны при 0„ = 1,15, но так как относительная шероховатость
насадки в натуре бывает значительно больше, го в реальных условиях
срыв потока с внутренней стенки происходит при несколько меньшем
расширении насадки, чем у модели. По этой причине при проектировании
100
большинства судов коэффициент расширения насадки принимается не-
сколько меньше, чем 1,15, и составляет 0Н = 1,12.
Однако все сказанное относится к переднему ходу судна. Эффектив-
ность комплекса винт—насадка на заднем ходу зависит главным образом
от соотношения раствора и расширения насадки. В тех случаях, когда
к характеристикам комплекса на заднем ходу предъявляют повышенные
требования, для насадок с удлинением lK/DH = 0,6-г-0,7 В. К- Турбал
рекомендует коэффициент расширения принимать равным рн = 1,17-4-1,19.
Это увеличение коэффициента расширения 0Н насадки позволяет достичь
заметного улучшения гидродинамических характеристик койплекса на
заднем ходу ценой незначительного снижения его эффективности на пе-
реднем.
Коэффициент раствора насадки рекомендуется принимать в зависи-
мости от нагруженности гребного винта, стремясь получить на заданном
режиме максимальный упор гребных винтов и одновременно полностью
использовать мощность главных двигателей судна.
При расчете пропульсивных качеств коэффициент раствора насадки
определяют по формуле
где рн — коэффициент расширения насадки;
ое — нагруженность комплекса винт—насадка, соответствующая мак-
симально достижимому упору.
Оптимальное значение коэффициента раствора находится в пределах
1,2—1,5. Исследование этого вопроса при проектировании ряда новых
судов показало, что принимать сравнительно большие величины коэффи-
циента раствора насадки нецелесообразно.
Учитывая, что чрезмерное увеличение коэффициента раствора на-
садки приводит к ухудшению ее рулевых качеств, особенно при работе
на задний ход, рекомендуется принимать ан — 1,3-4-1,35, причем меньший
предел соответствует большей мощности двигателей судна.
Опыт эксплуатации судов с поворотными насадками в морских усло-
виях показал, что при буксировке судна, имеющего поворотную насадку,
оно идет в кильватер за буксиром, если гребной винт подкручивается,
но если гребной винт не подкручивается, судно, рыская, становится пер-
пендикулярно курсу буксира. Такое явление наблюдается на судне, имею-
щем насадку и буксируемом со скоростью v6, превышающей скорость оп
порожнего хода буксируемого судна (об > 9,5 узл-. > пп). Перекладка
насадки на буксируемом судне при такой скорости буксировки затруднена.
Это явление необходимо учитывать при назначении скорости буксировки
судов, снабженных поворотными насадками.
Относительная длина насадки lHID„. В руководствах по проектиро-
ванию насадок относительную длину насадки рекомендуется принимать
в пределах IJDU — 0,55^-0,70.
Влияние относительной длины поворотной насадки на управляемость
проверено на моделях (рис. 54). С. К. Расторгуев провел испытания по-
воротных насадок с относительной длиной I = ln/DB = 0,55-4-0,75-т-0,95
в одинаковых условиях при ходе вперед и перекладке насадок на угол 35°.
Испытания показали, что увеличение относительной длины насадок от
/н = 0,55 до 4, = 0,95 снижает диаметр циркуляции примерно на 25%.
Закономерность этого снижения носит почти линейный характер. При
101
этом угловая скорость поворота состава (судна) возрастает примерна
на 20%.
Длинные насадки обеспечивают большую величину боковой нормаль-
ной силы и, следовательно, в этом отношении более эффективны. Так,
например, боковая сила насадки с относительной длиной 1„ — 0,95 на
•40% превышает боковую силу насадки с относительной длиной lR = 0,55.
Следовательно, для повышения рулевого эффекта поворотной насадки
целесообразно принимать ее длину увеличенной. Высокие пропульсивные*
качества получены при относительной длине поворотной насадки в пре--
делах 0,7—0,9. Однако не следует стремиться к чрезмерному увеличению
относительной длины насадок. Чтобы повысить рулевые качества, доста-
точно принять относительную длину поворотных насадок равной 0,8.
Положение оси баллера насадки. Ось баллера насадки следует рас-
полагать в плоскости диска гребного винта. Положение оси баллера опре-
Рис. 54. Зависимость относительного диаметра циркуляции
от относительной длины насадки /н.
деляется величиной ее отстояния от передней кромки насадки хб. Отно-
сительную величину этого отстояния обычно рекомендуется принимать
хбНи = 0,35-1-0,40. При таком расположении оси баллера моменты у по-
воротной насадки без стабилизатора на переднем и заднем ходу при учете
разности скоростей хода будут приблизительно одинаковыми. Очевидно,
что в случае применения стабилизатора при рекомендуемом отношении
х611„ — 0,35-~0,40 не может быть обеспечено равенство моментов на перед-
нем и заднем ходу. Поэтому при разработке конструкций поворотных
насадок со стабилизаторами необходимо для уменьшения моментов на
баллере на заднем ходу принимать значения х6Нн большими, чем указан-,
ные выше. На вновь проектируемых судах при использовании стабилиза-
тора относительное расстояние оси баллера от передней кромки насадки
колеблется в пределах хбНл — 0,43-5-0,44.
Относительная толщина профиля насадки 6И = 6/6 изменяется
в довольно широких пределах. Для обеспечения прочности насадки эту
величину в среднем принимают равной 68 = 12-5-13,5%.
Размеры стабилизатора. Испытания серии моделей направляющих
насадок показали, что значительное увеличение площади стабилизатора
не оказывает существенного влияния на изменение диаметра циркуляции
и угловой скорости поворота судна (состава). Однако главное достоинство
стабилизатора состоит в том, что боковая сила, возникающая на нем,
создает момент относительно оси баллера, обеспечивающий на переднем
ходу устойчивость поворотной насадки.
102
Таким образом, применение стабилизатора, устанавливаемого-в вы-
ходном отверстии насадки, необходимо для обеспечения устойчивости дви-
жения судна на переднем ходу и улучшения рулевых качеств насадки.
Во время натурных и модельных испытаний судов, оборудованных по-
воротными насадками, было установлено, что без стабилизатора устойчи-
вость движения судна (состава) на переднем ходу не обеспечивается. Если
при использовании стабилизатора для удержания судна на курсе необхо-
димо делать 1—2 перекладки насадки н минуту на угол 0,5—1,5°, то без
стабилизатора число перекладок поворотной насадки возрастает, а угол
’перекладки одновременно достигает 5—8°. Существенна также роль ста-
билизатора как средства улучшения рулевых качеств насадки.
Как показали расчеты и эксперименты, при относительной длине
стабилизатора bjla — 0,55 приблизительно */з общей суммарной подъем-
ной силы Ру, создаваемой поворотной насадкой со стабилизатором, создает
стабилизатор и 2/3 — насадка.
Применение стабилизаторов имеет, однако, и свои отрицательные
стороны. Оно вызывает резкое увеличение момента на баллере на заднем
ходу. По расчету рулевых устройств видно, что стабилизатор увеличивает
этот момент на баллере поворотной насадки примерно в 3—4 раза, следо-
вательно создается значительная разница в величинах моментов на перед-
нем и заднем ходу. -Отсюда возрастает необходимая мощность рулевой
машины, которая, таким образом, основную часть ходового времени (на
переднем ходу) будет работать с большой недогрузкой.
Поэтому отношение длины стабилизатора к длине насадки рекомен-
дуется принимать в пределах bcll„ = 0,55-^0,65. Уменьшение этого бт-
ношения ведет к выравниванию моментов на баллере при переднем и зад-
нем ходе, но вызывает некоторое ухудшение устойчивости судна на курсе.
Однако натурные испытания судов, оборудованных поворотными насад-
ками со стабилизаторами, все же показали, что размеры стабилизатора
должны быть достаточно большими, особенно на большегрузных судах,
что улучшает их управляемость на переднем и заднем ходу.
Относительное отстояние передней кромки стабилизатора от оси бал- .
лера насадки ajlu выбирают конструктивно, исходя из условий наилуч-
тете закрепления стабилизатора -в насадке и с учетом соблюдения мини-
мального зазора между обтекателем гребного винта и обтекателем стабили-
затора: величину этого зазора обычно принимают в пределах I — 50ч-
60 мм.
Отметим, что расстояние между лопастью гребного винта и передней
кромкой стабилизатора должно быть в пределе (0,06-i-0,12) DB, где De —
диаметр гребного винта в насадке.
Профиль стабилизатора обтекаемый с относительной толщиной около
12%. На стабилизаторе по оси насадки для улучшения пропульсивных
качеств комплекса винт—насадка устанавливают обтекатель (пропульсив-
ную наделку), который представляет собою симметричное обтекаемое тело,
толщиной 60 = (1,1 ч-1,4) dCT, где 60 — наибольшая толщина обтекателя;
dCT — средний диаметр ступицы гребного винта.
Основные элементы поворотных насадок рнда судов приведены
в табл. 14.
Определение коэффициента нагрузки гребного винта и коэффициента
аксиальной вызванной скорости гребного винта в насадке. Вследствие
влияния корпуса судна скорость натекания потока на гребной винт будет
отличаться от скорости движения самого судна (состава). Различие этих
скоростей учитывают, вводя так называемый коэффициент попутного по-
тока. Скорость натекания потока на гребной винт определяют по формуле
ve = vs (1 — ш), м!сек,
103
Таблица 14
Основные характеристики поворотных насадок .______________________________
Характеристики Сухогрузы внутреннего плавания Танкеры Плавучие краны грузоподъемн ост ыо, m Толкачи мощностью, л. с.
водоиз- мещение 3380 m водоиз- мещение 4320 m грузо- подъем- ность 1809 m грузо- подъем- ность 5000 m малый морской грузо лодъем- ностью 500 m речной грузо- подъем- ностыо 1000 m 800 1200, 1340 22110
60 50
Диаметр гребного винта Г>в, м 1,7 1,7 1,59 1,8 1,4 1,2 0,86 2 0,80 1,66 • 1,86 2,5
Число гребных винтов х, шт. 2 2 2 2 1 2 2 2 2
Размеры насадки: наименьший внутренний 1,73 1,73 1,61 1,84 1,44 1,22 0,88 0,814 1.7 1,90 2,54
диаметр Гн, м длина /, м 1,40 1,50 1,30 1,66 1,15 0,96 0,79 0,74 1,36 1,52 1,90
относительная длина Т 0,81 0,87 0,81 0,90 0,80 0,80 0,90 0,90 0,8 0,8 0.75
Коэффициент раствора насадки а;, 1,22 1,30 1,30 1,30 1,45 1,30 1,35 1,35 1,30
расширения насадки рн 1,12 1,14 1,12 1,15 1,14 1,14 1,12 1,12 1,12
Размеры стабилизатора, м высота 1,84 1,86 1,62 1,95 1,5 0,96 0,88 1.70 1,86 2,50
ширина Ьс 0,85 0,90 1,08 1,00 0,63 0,45 0,40 0,90 1,00 1,00
удлинение 2,16 2.05 1,50 1,95 2.38 2,10 2,20 1,90 1,86 2,50
Отстояние оси баллера от вход- ной кромки насадки ig, м 0,63 0,69 0,75 0,45 0,34 0.36 0,44 0,37 0,50
Коэффициент компенсации на- 0,45 0,45
садки ДИ Наибольший угол поворота на- ±35 ±35 ±35 ±35 ±35 ±35 + 32 ±32 +45 ±45 + 45
садки а. град. Толщина обшивки насадки 6Н, 10 8 6 Литая 6 8 10
мм Площадь боковой поверхности насадки Su, м2 10,15 4,07 2,60 2,18 11,0
Скорость хода судна., м/сек из переднем ходу v$ * заднем ходу к4Э Упор, создаваемый комплек- 5,83 4,07 5,55 3.92 5,55 3,92 4,50 2,47 1,97 2,47 1,97 3,34 2,22
сом винт—насадка, кгс: на переднем ходу Ре 5200 5000 4100 2270 1430 -
•» заднем ходу Рез 4400 . 4200
где ve — скорость натекания потока на гребной винт, м/сек;
v, — скорость движения судна, м/сек;
со — коэффициент попутного потока.
Коэффициент попутного потока принимают по данным модельных
испытаний. Если коэффициент попутного потока у гребного винта замерен
на модели без учета влияния направляющей насадки, то при установке
поворотной направляющей насадки на гребной винт коэффициент попут-
ного потока принимают равным
а = сосс, (86)
где с = 0,8 — коэффициент, учитывающий устранение потенциальной со-
ставляющей попутного потока благодаря работе насадки.
При отсутствии данных модельных испытаний коэффициент попут-
ного потока определяют по формуле Э. Э. Папмеля
<о„ - 0,1658» ]/ —*7,'; л’1‘. (87)
где х — 1 — для средних винтов;
х = 2 — для бортовых винтов;
V — водоизмещение судна, м3;
6 — коэффициент полноты водоизмещения;
De — диаметр гребного винта, м;
Дф — поправка на влияние числа Фруда (вводят только для судов
с относительной скоростью Fr 0,20);
Дф = 0,1 (Fr —0.2).
При расчете толкачей и толкаемых составов можно использовать фор-
мулу Э. Э. Папмеля. видоизмененную А. М. Басиным для толкача без
состава
[обозначения те же, что и в формуле (87)];
для толкача с составом барж
= 1 — (1 - сос) (1 — фг), (89)
где ,ф< — среднее значение коэффициента попутного потока трения в рай-
оне движителя, равное
Ф,-....(90)
1- >+=*-71
L, — длина толкача, м;
X — наибольшая площадь погруженного поперечного сечения
баржи, м2;
фв — среднее значение коэффициента попутного потока трения в рай-
оне расположения форштевня толкача, равное
• (9|)
ДО — водоизмещение баржи, расположенной впереди толкача, м3;
Вт и Т? — ширина' и осадка толкача, м.
105
Коэффициент нагрузки комплекса винт—насадка определяют по фор-
муле
(92)
где Ре — суммарный упор движительного комплекса судна, кгс;
р = 102 — плотность пресной воды, кгс-сек2/№;
р = 104,5 — плотность морской воды, кгс-сек.2/ма;
, FB — 0,785-В2 — площадь гидравлического сечения гребйбго
винта, №.
При дальнейших расчетах коэффициента нагрузки комплекса винт—
насадка се необходимо найти коэффициент нагрузки винта в насадке <тр.
Пренебрегая незначительным алиянием
засасывания корпуса судна, можно за-
писать
-v
К
г
1^
1 X
I
л
8
- !с
»
•
'^9 V й 1,3 14 V 1,6 I? у Он
Рис. 55. Коэффициент засасывания
насадки в зависимости от коэффи-
циента раствора насадки t — f
(93)
где t — коэффициент засасывания на-
садки, имеющий отрицатель-
ное значение и определяемый
по графику А. М. Басина
(рис. 55) в зависимости от коэф- '
фициента раствора насадки а„
и коэффициента нагрузки ком-
плекса винт—насадка ое.
Искомый коэффициент аксиаль-
ной вызванной скорости
- D- (94)
а -
Определение гидродинамических сил
и моментов на баллере поворотной
насадки
Гидродинамические силы и мо-
менты, возникающие при перекладке
изолированной поворотной насадки без
стабилизатора, обычно определяют с по-
мощью известных экспериментальных
графиков, на которых в функции от
угла перекладки сс и коэффициента вызванной скорости а показывают
кривые безразмерных гидродинамических коэффициентов: сил лобового
сопротивления Сх, подъемной силы Су и момента Ст. •
Экспериментальные графики построены для пяти типов поворотных
насадок с различными относительными удлинениями IJDK, коэффициен-
тами расширения рн и относительными толщинами профиля насадки.
У всех испытанных типов насадок сохранялись постоянные коэффициенты
раствора ан = 1,20 и отстояние оси баллера от входного отверстия х611и,
равное 40% длины насадки. Эти данные получены Л. А. Семеновым.
На рис. 56 показаны геометрические характеристики насадки № 5,
устанавливаемой на проектируемых и строящихся судах (морских и
внутреннего плавания). Эта насадка имеет наибольшее относительное удли-..
некие, что обеспечивает наилучшие рулевые качества, поэтому ее широко
применяют на новых судах, к управляемости которых предъявляются
105
l=0.8$min
0 510 20 30 W 50 ВО 70 ВО 90 100
повышенные требования. Гидродинамические характеристики Ск, Се и
Ст той же насадки в зависимости от угла перекладки насадки а при
переднем ходе даны на рис. 57—59, а при заднем ходе — на рис. 60—62.
Если коэффициент вызванной скорости а не совпадает с приведенным
на графике, то следует произвести линейную интерполяцию. При этом,
как показали исследования ЛУА. Семенова, коэффициенты Сх, Cv и Ст
можно оставить без изменения и для
насадок, параметры которых близки
к испытанным, учитывая, что влия-
ние формы профиля, коэффициентов
раствора и расширения насадки на
эти коэффициенты невелико.
Если рассматриваемая насадка
имеет относительное удлинение, от-
личное от 0,8, то надо обратиться к
упомянутой работе Л. А. Семенова.
При пользовании рис. 60—62 сле-
дует иметь в виду, что коэффициент
аксиальной вызванной скорости при
заднем ходе надо определять исходя
из скорости и упора заднего хода.
Отсутствующий на графиках'
коэффициент рулевой силы опреде-
ляют по формуле
Сп — Сх sin а + Су cos а,
где а — угол перекладки насадки.
Отстояние сечения от носнка профиля на- садки. % от длины профиля 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Толщина сечения про- филя насадки. % от его длины 0 5.6 8,5 10.0 9,4 8.8 7.3 6.3 4,8 3.1 2,1 0
Внутренний диаметр насадки, % от мини- мального диаметра 110.0 105,5 103,0 100.5 100.0 100.0 100.5 101.5 102,5 103.5 104.0 106.0
Толщина сечения, % от минимального диа- метра 0 4.5 6.8 8.0 7,5 7.0 5,8 5.0 3,8 2.5 1.7 0
Рис. S6. Геометрические характеристики поворотных насадок № 5.
Гидродинамические силы и моменты, возникающие при перекладке
поворотной насадки без стабилизатора, определяют по следующим форму-
лам:
сила лобового сопротивления (кгс)
(95)
подъемная сила (кгс)
= (96)
107
Рис. 57. Коэффициент лобового сопроти-
вления Сх = f (а) насадки № 5 на перед-
нем ходу
108
рулевая сила (кгс)
Л» = С,-г-ЗД; (97)
момент на баллере (кгс-м)
№ SH — площадь эффективно используемой боковой поверхности на-
садки, м2, равная
SH = ^лПср/н; (99)
Dcp — средний расчетный диаметр насадки, м\
ks — коэффициент, представляющий собой отношение фактически
используемой поверхности насадки к ее полной поверхности.
Введение ks обусловлено тем, что на ряде новых судов (в том числе
а толкачах) верхнюю часть насадок выполняют в виде цилиндра, который
аходит в специальное углубление, сделанное в корпусе судна, что обес-
ечивает размещение насадок в кормовом подзоре и лучшее соединение
х с баллером.
109
В связи с этим часть поверхности насадки не используется, что и
учитывается коэффициентом ks. Для таких насадок коэффициент ks =
= 0,85—0,9.
Оценка влияния стабилизатора на работу поворотной насадки. При
переднем ходе момент на баллере поворотной насадки рекомендуемого
типа — отрицательный во всех диапазонах углов перекладки, т. е. на-
садка всегда самопроизвольно стремится увеличить угол перекладки и
неустойчива.
При люфтах в рулевом приводе,-особенно при штуртросной проводке,
неустойчивость поворотной насадки вызывает значительное рыскание
судна.
Чтобы придать насадке устойчивость и уменьшить отрицательный
момент на баллере при переднем ходе, у ее выходног.0 отверстия, как ука-
зывалось выше, устанавливают стабилизатор обтекаемой формы, который
к тому же увеличивает и рулевое действие насадки. При повороте насадки
ее стабилизатор располагается под некоторым углом к направлению
потока, выходящего из насадки, так ;как угол отклонения последнего
меньше угла поворота самой насадки.
Разница этих углов составляет угол атаки, под которым работает
стабилизатор, т. е.
Да = а — ас,
где Да — угол атаки потока, обтекающего стабилизатор;
а — угол перекладки насадки;
ас— угол скоса потока за насадкой.
Уподобив поворотную насадку прямолинейному крылу конечного раз-
маха и выразив боковую силу насадки эллиптической формы в плане Рин
(согласно теореме импульсов) через индуктивную скорость струи в боко-
вом направлении, инж. Н. А. Петров получил следующую приближенную
формулу для определения угла скоса:
а. = 57.3С„ град.. (100)
где, помимо уже известных величин, ов — относительная величина ско-
рости потока, выходящего из насадки, равная
<’.“4-(У1+то-+’)• <101)
При заднем ходе судна эта формула имеет вид
?.=т4(1'1+т °‘ + 1)’ (102>
где Р' = I 4- 0,6 (а — 1) — коэффициент расширения при заднем ходе
судна.
После определения угла атаки Да дальнейший расчет добавочных
сил и моментов от стабилизатора ведут так же, как для обычных рулей.
Значения безразмерных гидродинамических коэффициентов стабилиза-
торов Схс, Су„ Стс и Cjc снимают с соответствующих графиков в функ-
ции от углов атаки Да вместо углов а поворота руля.
Относительным удлинением стабилизатора, как выше было указано,
называют отношение его высоты к ширине
111
Гидродинамические силы и моменты, возникающие на стабилизаторе
при ходе вперед, определяются с помощью следующих формул:
по направлению набегающего на стабилизатор потока
^ = с.т«; (юз)
перпендикулярно этому потоку
(104)
(105)
где
Сп = Сх sin Да + Су cos Да;
А — I' + ас — Cffic + Сс;
fc — площадь стабилизатора, ms;
ас — отстояние передней кромки стабилизатора от оси баллера пово-
ротной насадки, м;
I' — отстояние центра давления потока на стабилизатор от его перед-
ней кромки, лг;
lt — плечо рулевой силы Рт огносително оси баллера насадки, м.
За расчетную скорость потока, обтекающего стабилизатор, принимают
= ve-vs. (107)
Определение суммарных сил и моментов, действующих на отклонен-
ную поворотную насадку. Определенные раздельными расчетами гидро-
динамические силы и моменты, действующие на насадку и на стабилиза-
тор, алгебраически суммируют по следующим формулам:
сила лобового сопротивления
Р* - (Рхя + Рх< cos ас) р"; (108)
подъемная сила
Ру = (Руи ^i/eCOS ас) Р"; (109)
суммарная рулевая сила
Рп = (Рлн + PnJ (ПО)
112
момент на баллере
Мб = Мби + Мбс, (111)'
где р" — коэффициент влияния корпуса (рис. 63).
Косинус угла скоса вводится в приведенные выше формулы из-за
непараллельное™ потоков, натекающих на насадку и стабилизатор, и
соответствующей непараллельное™ составляющих гидродинамических
сил Рх и Ру, действующих на насадку и стабилизатор. Поэтому в выраже-
ние гидродинамических сил системы насадка—стабилизатор входят не
полные величины Рхг. и а их проекции.
Незначительным влиянием скоса потока на величину суммарного
момента можно пренебречь.
Пример расчета
Для иллюстрации рассмотренного метода приведем расчет поворот-
ной направляющей насадки для самоходного плавучего крапа грузо-
подъемностью 60 т на переднем и заднем ходах.
Поворотная направляющая насадка состоит из профилированного
кольца, имеющего ступицу, насаженную на конец баллера, и стабилиза-
тора, расположенного в выходном отверстии кольца насадки (рис. 64).
Рулевая сила и крутящий момент на баллере поворотной насадки
(без стабилизатора) рассчитаны по кривым гидродинамических характе-~
ристик, приведенным на рис. 57—62. Те же величины, возникающие от
действия стабилизатора, рассчитывают по графикам, приведенным на
рис. 65—38.
Исходные данные
Диаметр гребпого винта в насадке, м . . . . . Ds = 0,86
Число гребных винтов............................... х = I
Наименьший внутренний диаметр насадки, м . . D„ = 0,88
8 Заказ 1836
113
Коэффициенты:
раствора насадки . . ая = 1,45
расширения насадки . р„ = 1,14
Длина насадки, м.................................... 1^== 0,79
Относительная длина насадки ... . /в = 0,9
Максимальный угол перекладки, град. . а° = ±35
Коэффициент нагрузки винта в насадке:
на переднем ходу........................... . сгр — 6,6 »
» заднем ходу ............................. . орз = 8,4
Расстояние оси вращения баллера от передней кромки,
насадки, м . ...............................ац = 0,36
Коэффициент компенсации поворотной насадки . R = = 0.445
Скорость os, узл.: у
переднего хода . .... 4,8
заднегЬ хода . . . 3,6
Расчет боковой силы и момента на баллере изолированной поворот-
ной насадки ведем в такой последовательности.
Передний ход
Скорость набегающего потока- на насадку
ve — 0,515»s (1 — <о) = 0,515-4,8 (1 — 0.08) — 2,27 м/сек,
где <л = 0,08 — коэффициент попутного потока перед насадкой.
Боковая поверхность насадки
SH == nDcp/H = 3.14-1,046-0,79 = 2,60 л«,
где DCp = 1,046 м— средний расчетный диаметр насадки. *
Расчет рулевой силы и момента на баллере насадки без учета влияния
стабилизатора приведен в табл. 15. Гидродинамические характеристики ч
насадки определялись по графикам, приведенным на рис. 56—61, в зави- |
симости от ее относительной длины 1„ и величины a j
а=4-(»т+?;-1)=4-(г'г+^®-1)=0-88- "<
Оценка влияния стабилизатора поворотной насадки. Угол скоса потока J
за насадкой оцениваем приближенно, аналогично индуктивному скосу |
потока крыла, по формуле . ?!
«с - = 57,ЗСда - град., ।
где v‘v — скорость скоса потока у стабилизатора, зависящая от силы Ру Ц
на насадке; :-
Сун — f (Ор. «) — коэффициент силы Ру на насадке; ;
Dcp — 1,046 м—средний-расчетный диаметр насадки; ’
1„ — 0,79 м — длина насадки; _ <
DB = 0,88 м — внутренний диаметр насадки; ’ 1
os — 1 + ор = Vl + 6,-6 = 2,76 — относительная величина
скорости потока, выходящего из насадки. 1
Стабилизатор имеет следующие размеры: ширина Ьс — 0,45 м; высота 2
hc — 0,96 м; площадь стабилизатора Д = 0,43 л2.
Л» „ j
Относительное удлинение стабилизатора Л = -j- = 2,15. Расстояние
передней кромки стабилизатора от оси баллера насадки а == 0,28 л. J
Таблица Iff
Расчет рулевых сил к гидродинамических моментов
на баллере изолированной насадки на переднем ходу
Формула Угол перекладки насадки а, град.
10 20 25 30 35
—0,123 —0,235 —0,221 —0,188 —0.142
Схв = /(«) —0,6 —0,09 0,3 0,76 .1.48
Сри=/(а) 0,69- 1.52 2,05 2,50 2,85
sin « 0,174 0.342 0,423 0,500 0,574
cos а 0,985 0,940 0,906 0,866 0.819
Спи = Суп cos а 4- схя sin а 0,576 1.400 1.977 2,54 3,190
рп = Спн-^- кгс 396 960 1360 - 1740 2200
Мбн = Стн —65,7 —126,0 —118,0 —100,0 —77,0
Таблица 16
Расчет рулевых сил на стабилизаторе и гидродинамических моментов
на баллере при переднем ходе судна
Формулы Угол перекладки насадки а, трэд.
10 20 25 30 35
Суя ='f (а) 0,69 1,52 2,05 2.52 2,85
ас — 7,05Сдо[ 5,0 11,0 14,6 18,0 20,0
Да=а — at, град 5,0 9,0 10,4 12,0 15,0
Спн — f (До) 0,30 0,53 0,62 0,71 0.87
< = 1,10С„и 0,33 0,58 0,68 0,78 0,96
CjH = f(Aa) 0,208 0,233 0,240 0,250 0,260
^c=-f-cX4 300 520 610 700 860
1' = CdHdc, м 0,094 0.105 0.108 0,113 0.118
. 4 = ^'— ае, м 0.374 0,385 0,388 0,393 0,398
Л4бе = P”lj, кгс-м 112 200 240 280 340
115
Угол скоса потока
„ су о Дср^дСун _ су о 1,046-0,79-1,04 „ ««
‘ ~ 0,’d ~ ’ 1.14-аи=-2.7б‘ - ’
Расчет рулевой силы на стабилизаторе и момента на баллере приве-
ден в табл. 16, причем за расчетную скорость потока, обтекающего стаби-
Рис. 65. Результаты расчета Л4с -= / (“) и Рп *=
= f (а) на переднем и заднем ходу.
I. 4 — задний ход. 2. 3 — передний ход-
лизатор, принята скорость
Uc = Veus = 2,27-2,46 ==
= 6,40 лйсек.
Расчет полных значений
рулевой силы и момента на бал-
лере насадки. Полные значения
боковой силы и момента на
баллере насадки определены в
табл. 17, а соответствующие
кривые показаны на рис. 65.
Из расчета следует, что
максимальными момент на бал-
лере и рулевая сила будут при
угле перекладки 35°. При этом
момент на баллере М6 —
= 340 кгс-м, рулевая сила на
насадке Рп =- 3060 кгс.
Задний ход
Оценка рулевой силы и мо-
мента на баллере поворотной
насадки. Скорость заднего хода
в расчете принята равной овзХ =
= 3,6 узл. Гидродинамические
характеристики насадки на зад-
нем ходу определены так же,
как при их расчете на переднем'
ходу, приведенном выше. При
этом коэффициент нагрузки
гребного винта в насадке на
i
I
i
заднем ходу составляет о'рз =
= 8,4, боковая- поверхность насадки S = 2,6 №, длина насадки
1В = 0,79 м.
Расчет рулевой силы и момента на баллере насадки, без учета влияния
стабилизатора, при заднем ходе судна приведен в табл. 18 в функции от
величины
с 1 V“P-l) = 4-()/1+8-4 -1)= 1.03.
Расчетная скорость потока для движительного комплекса на заднем ходу
принята
vea = 0,515кй = 0,515-3,6 — 1,85 м!сек.
Расчет рулевой силы на насадке и стабилизаторе и момента на баллере
насадки, создаваемого ими, приведен в табл. 18—20, причем за расчетную $
скорость потока, обтекающего стабилизатор, принята скорость
псэ = Vg^vSik = 1,85»3,06-0,95 = 5,40 MlceK,
116
Таблица 17
Расчет полных значений боковых сил и гидродинамических моментов
на баллере при переднем ходе
Формулы Угол перекладки насадки а, град.
10 20 25 30 35
Боковая сила на насадке Р'п, кге 396 960 1360 1740 2200
Момент на баллере пасадки М'б11, кгс-м —66 —126 -118 —100 77
Боковая сила на стабилизато- ре Р'с, кге 300 520 610 700 860
Момент на баллере от стабилиза- |тора A4gc, кгс-м 112 200 240 280 340 *
1 Полная боковая сила Р ~ Рп т Н- р’. кге 696 1480 1970 2440 3060
Суммарный момент М6 — М6я + Н-Л?ес, кгс-м 46 74 122 180 260
Полный момент на баллере Ма~ l,3Mg, кгс-м 60 96 160 235 340
Таблица 18
Расчет изолированной насадки на заднем ходу судна
Формулы Угол перекладки насадки а, град
10 20 - 30 35
cm — f (а) —0,151 —0,234 —0.244 —0.240 —0,230
Ся = /(а) —0,36 0,43 0,02 1,30 1,64
с« = /(«) 1,10 2,08 2,33 2,43 2,41
sin а 0,174 0,342 0,423 0,500 0,574
cos а .0,985 0,940 0,906 0,866 0,819
Сп — Су cos a -f- Сх sin а 1.02 2,10 2,50 2,75 2,91
= кгс 465 955 1140 1250 1320
Мб» кгс'м -54 —S4 -87 —86 —82
117
Таблица 19
Расчет Соковых сил на стабилизаторе и гидравлических моментов
на баллере насадки при заднем ходе судна
Формулы Угол перекладки насадки а, град.
10 20 25 30 35
<=/(«) 0,750 0,930 0,990 1,05 1,10
с„=1,юс; 0,825 1.02 1,09 1,15 1,21
Cd=f (а) —0,665 —0.650 —0,642 -0,635 —0.630
^nc — fewest кгс 530 650 700 740 780
l' = Cdbc, *« —0.299 —0,292 —0,288 —0,286 —0,283
Zi=l'-f-ac, м —0,579 -0,572 —0,568 —0,566 —0,563
M6c=Pnc-lV кгс'м —307 —370 —400 —420 —440
Таблица 20
Суммарные моменты на баллере насадки и боковые силы
при заднем ходе судна
Формулы . Угол перекладки насадки а. град.
10 20 25 30 35
Боковая сила на насадке Рп, кгс 465 955 1140 1250 1320
Мсикня на баллере насадки Л4би, кгс-м -54 -64 —87 -86 -82
Боковая сила на стабилизато- ре Рпс. кгс 530 650 700 740 780
Момент на баллере бт действия стабилизатора Л4вс, кгс-м —307 —370 —400 —420 —440
Рп = Р'п 1- ™ 1000 1600 1840 1990 2100
Мб—МЪн + М’б':’ кх‘м —360 —454 —490 -510 —520
Полный момент на баллере Alg — = l,3Afg, кгс-м —470 —590 —640 —670 —680
118
где овз = 1,85 м!сек — расчетная скорость потока;
vS3 — -^-^1 4- Орз — 1,0 V1 + 8,4 = 3,05 — относительная вели-
чина скорости потока в кормовом сечении насадки на зад-
нем ходу;
-~~ = 1,0 — отношение, принятое приближенно, с учетом того, что
поток срывается с передней части насадки;
k — 0,95 — коэффициент, учитывающий полноту величины вы-
званной скорости у стабилизатора на заднем ходу.
Расчетный угол атаки стабилизатора принят равным углу перекладки
насадки.
Гидромеханические характеристики стабилизатора на заднем ходу
определены по соответствующим характеристикам руля с удлинением X.
Для учета влияния стенок'насадки коэффициент Сп для стабилизатора
увеличен на 10%.
Из расчета следует (табл. 20), что максимальный момент на баллере
насадки возникает на заднем ходу судна при угле перекладки 35° и состав-
ляет <Мб ——680 кгс-м. Наибольшая рулевая сила на поворотной -на-
садке возникает на переднем ходу при угле перекладки 35е и составляет
Рп = 3060 кг. Эти данные служат исходными для определения суммарного
крутящего момента с учетом сил трения в опорах и выбора по ним харак-
теристик рулевой машины.
§ 10. СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОСТИ СУДОВ,
ОБОРУДОВАННЫХ ПОВОРОТНЫМИ НАПРАВЛЯЮЩИМИ НАСАДКАМИ
Рассмотрим один из способов улучшения управляемости судов. Как
уже было сказано, в отечественном судостроении в качестве рулевого
органа широкое применение получили поворотные насадки. Использо-
вание поворотных насадок на судах внутреннего плавания дало возмож-
ность значительно улучшить управляемость судов. Первоначально на
двухвинтовых судах устанавливали поворотные направляющие насадки,
перекладку которых выполняли синхронно.
В 1952 г. на испытании одной из моделей плавучих кранов, обору-
дованной двумя поворотными направляющими насадками, инженеры
С. К. Расторгуев и А. А. Брайлевский установили, что при поворотных
направляющих насадках, переложенных на угол 30—40° к диаметральной
плоскости, и работе гребных винтов враздрай модель получала возмож-
ность двигаться лагом.. Это явление было проверено на ряде моделей
крупного масштаба, и тогда возникла мысль раздельного управления по-
воротными насадками, что было затем обеспечено при конструировании
рулевых органов многих судов внутреннего плавания и плавучих морских
;ранов, предназначенных для работы в портах и на рейдах.
Первая простейшая схема привода насадок с раздельным управлением
ыла выполнена в 1958 г. Каждая поворотная насадка приводилась во
ращение своей рулевой машиной. Пост управления ими состоял из двух
онтроллеров, установленных рукоятками к диаметральной плоскости.
1а рукоятки была надета соединительная муфта (из трубы), которая поз-
оляла управлять насадками раздельно или синхронно. Так было обору-
овано несколько плавучих кранов, работающих в морских портах и на
ейдах.
Первым из судов внутреннего плавания был оборудован насадками
раздельным управлением толкач «Братислава» мощностью 1340 л. с.
119
в 1960 г., испытания1 толкача «Братислава» в составе с наливной баржей
«Колыма» грузоподъемностью 11 700 т показали, что толкач с этой бар-
жей разворачивается на месте при положении насадок, развернутых
входными отверстиями к бортам, и работе гребных винтов враздрай.
Однотипные толкачи, не имеющие раздельного управления насадками,
этот маневр практически не выполняют. Кроме того, -у толкача «Брати-
слава» появился новый более экономичный режим — это управление одной
насадкой при прямом курсе, что значительно повышает надежность всего
рулевого устройства. -
Впоследствии по предложению инж. В. И. Ерлыкина и А. С. Климова
в рулевые машины (хвостовики электродвигателей которых соединены
карданным валом) была введена электромагнитная муфта, позволяющая
автоматически разобщать управление насадками, т. е. раздельно управ-
лять ими и соединять их при синхронном управлении.
В 1961 г. вступил в строй толкач мощностью 800 л. с. — первое
судно с такой схемой управления. Затем она была внедрена на большой
серии толкачей, сухогрузных и наливных судов. Привод насадок в целом
обеспечивает надежную работу при отсутствии рассогласования углов
поворота насадок. Испытания подтвердили значительные преимущества
нового принципа управления рулевым приводом, обеспечивающего управ-
ляемость состава при любых скоростях хода, а также и на месте.
В 1962 г. вступило в строй первое большегрузное самоходное судно
«Волго-Дон 7» грузоподъемностью 5000 т, оборудованное насадками с раз-
дельным управлением. Однотипные суда первой серии этого типа не имели
раздельного управления, они обладали хорошей управляемостью, высо-
кими маневренными качествами, но не могли разворачиваться на месте
при работе гребных винтов враздрай и положении насадок параллельно
диаметральной плоскости, а при перекладке насадок на борт совершали
поступательное движение. На последующих теплоходах «Волго-Дон»,
оборудованных поворотными насадками с раздельным управлением, этот
недостаток был устранен (так как при развороте насадок входными отвер-
стиями к бортам и при работе гребных винтов враздрай судно начинало
интенсивное вращение).
Начиная с 1958 г. были проведены сравнительные испытания ком-
плексов
гребные винты в неподвижных направляющих насадках с рулями,
расположенными за насадками;
гребные винты в поворотных направляющих насадках без раздельного
управления;
гребные винты в поворотных направляющих насадках с раздельным
их управлением;
крыльчатые движители.
В результате этих испытаний установлено, что движптельно-рулевой
комплекс, состоящий из гребных винтов в поворотных насадках с раз-
дельным управлением, по качественным показателям не уступает крыль-
чатым движителям, так как может обеспечить
хорошую управляемость при ходе вперед и удовлетворительную —
при. ходе назад;
циркуляцию минимальных диаметров;
быстрый разворот на месте;
движение лагом.
1 Испытания проводились комиссией МРФ под председательством канд. техн, наук
Л. М. Рыжива.
120
На основании изучения опыта работы судов, оборудованных пово-
ротными раздельно управляемыми насадками, можно утверждать, что
эта схема наиболее жизненна и раздельное управление поворотными на-
садками представляет собой дальнейший шаг на пути улучшения управ-
ляемости и маневренных качеств судов.
Ниже рассмотрим схемы действия поворотных насадок при синхрон-
ной и раздельной работе. Для сопоставления примем маневр разворота
двухвального судна на месте (рис. 66).
Схема а. Гребные винты работают враздрай. Обе насадки застопо-
рены в положении, параллельном диаметральной плоскости. Момент, вра-
щающий судно, образуется от действия сил тяги гребных винтов, рабо-
тающих в разные стороны, он равен
Л1.р = (Р, (42)
Рис. 66. Схема действии поворотных насадок при синхронной и раздельной работе: а, б —
синхронная перекладка насадок; е, г — раздельная перекладка насадок.
В этом случае отсутствуют боковые силы, содействующие повороту
судна.
Схема б. Так же, как и в предыдущем случае, гребные винты рабо-
тают враздрай, но-насадки повернуты синхронно и содействуют повороту
судна. Из схемы видно, что по условиям натекания потока, отходящего
от работающих гребных винтов, на насадках образуются боковые силы
Р1б и противоположного направления. Вращающий судно момент
1редставляет собой сумму двух моментов: момента от действия тяги вин-
тов, работающих вперед и назад, и момента от разности боковых сил на-
:адок. Таким образом, в этом случае угловая скорость вращения судна
юлжна быть больше, чем в предыдущем случае, поскольку
= (₽, + Р„) -' - + (Р„ - Р„) ' -, (113)
де L — длина судна, см. рис. 67.
Схема в. Гребные винты, как и в предыдущих случаях, работают
раздрай, но насадки повернуты раздельно входными отверстиями к бор-
121
там. Натекающий от работы гребных винтов поток здесь создает на обеих
насадках боковые силы одинакового направления. Следовательно, враща-
ющий момент, как и при схеме б представляет собой сумму моментов, но
более значительную по величине, поскольку
Л1„=(л+а,) 4+ел» + р«) 4 сИ|
Cjcfejwa г. В отличие от схемы в, раздельно управляемые насадки
повернуты входными отверстиями к диаметральной плоскости. Гребные
винты работают враздрай. Как видно, вращающий судно момент оказы-
вается уже не суммой, а разностью моментов, так как моменты от боковых
сил насадок и тяги гребных винтов противоположны по знаку.. Очевидно,
что разность моментов от винтов и насадок будет мала
ai4 = (p1 + pj4-<p«+/>^4- (”6>
но возникает равнодействующая, которая вызовет движение судна лагом.
Рассмотренные схемы наиболее характерны, однако они не исчерпы-
вают всех возможных вариантов раздельного управления поворотными
насадками.
Оценка боковой силы, обеспечивающей движение судна лагом. Уста- >
новка движительио-рулевого. комплекса с раздельным управлением пово-
ротными насадками, как видно, позволяет сообщить судну движение лагом,
для чего необходимо повернуть направляющие насадки к диаметральной
плоскости судна и обеспечить работу гребных винтов враздрай (см. рис. 67).
При этом для получения одинаковых упоров от обеих движителей обороты
гребного винта, работающе'го вперед, несколько снижают, примерно
на 15—20%. Результирующие упоры движителей должны проходить через
центральную ось О, т. е. иметь угол а с диаметральной плоскостью судна'
- 1г“ = £--
При этих условиях результирующую боковую силу Руп, создающую
движение лагом, определим по формуле
, РуП = 2Реа sin а кгс, (116)
122 •
Рис. 68. Положения пово-
ротных насадок пр я работе
гребных винтов враздрай:
а — обеспечение циркуляции
1—S — на переднем ходу е по-
мощью одной иасадки, поворот
на правый борт (/), на левый
борт (2); 3—4 — ня переднем
ходу с помощью гребных оня
тов и заранее переложенных
насадок, выходными отверстия-
ми внутрь к ДП, поворот на
левый борт (2), па правый борт
И), 6—S — на заднем ходу е
помощью гребных винтов н на-
садок, установленных выход-
ными отверстиями ияутрь кДН,
поворот налево (5), поворот на-
право («)!
б—разворот судна на месте
ятов и на-
выход
по-
СП.
мощью винтов н одной насадки,
поворот кормы на правый борт
S. на левый борт (20); 11—
— с помощью ияитов н на-
садок. установленных выходны-
ми отверстиями наружу, пово-
рот нося.на левый борт (11), на
правый борт (12);
в — движение лагом
13—14 — с помощью винтов я
наездок, установленных выход-
ными отверстиями наружу, ход
левым бортом (13), ход правым
бортом (14).
t 4 , ,
ео «— работа гребных виц
тов' враздрай.
где Р,а - kJ>,Par кх;
РО1Х — тяга движительного комплекса на швартовах при работе
гребного винта на передний ход;
k3 = 0,66-Ч),7 — поправочный коэффициент, учитывающий сред-
нее уменьшение тяги Рет при работе винта на задний ход
с направляющей насадкой. Он может быть оценен по данным
испытаний прототипа в натурных условиях;
ka — 0,8 — коэффициент, учитывающий уменьшение упора дви-
жителя на заднем ходу при повороте насадки на угол а°х =
— а + Да°, оцененный по модельным испытаниям;
а — угол, образуемый диаметральной плоскостью и результиру-
ющими упора движителей;
Дес = 4° — добавочный угол поворота насадки, равный углу скоса
потока за насадкой на заднем ходу, полученный по данным
модельных испытаний (для переднего хода угол скоса равен
Да = 1° 30').
Полученное усилие способно противостоять боковому давлению
ветра на судно, скорость которого можно оценить по формуле
г =| (117)
где — сопротивление ветра (бокового);
рв = -----плотность воздуха;
kB = 1,5 — общий коэффициент сопротивления воздуха при боковой
обдувке;
SB — боковая поверхность парусности.
По полученной величине скорости ветра можно определить балль-
ность ветра, до которой движительно-рулевой комплекс может обеспечить,
при вышеуказанных условиях, движение судна лагом.
Испытания самоходных моделей в открытом водоеме показали, что
В случае работы гребных винтов враздрай и раздельном повороте направ-
ляющих насадок на угол 30—35° в направлении к диаметральной пло-
скости модели появляется боковая сила, величина которой в условиях
работы ца швартовах составляет около 20% от величины тяги на швартовах
при работе гребных винтов вперед с теми же оборотами.
На рис. 66 приведены положения поворотных насадок при работе
гребных винтов враздрай, обеспечивающие циркуляцию, разворот судна
на месте и движение лагом.
Управляемость можно улучшить также установкой руля, имеющего
три пера (плоскости) (см. рис. 77, б). .Такой руль в 40-х годах нашего
столетия был применен на несамоходных судвх грузоподъемностью 3700 т
типа «Мордовщиково»1, плавающих в Каспийском море, и позднее на
грунтоотвозных шаландах типа «Черноморская» мощностью 600 л. с.
Использование таких рулей двло положительные результаты.
‘Богданов Б. В. Морские и рейдовые баржи. Судпромгиз, 1963 г.
ГЛАВА IV
РУЛИ И ИХ ДЕТАЛИ
За последние три десятилетия конструкции рулей претерпели зна-
чительные изменения. Пластинчатые рули заменены рулями обтекаемой
формы, соединения с помощью заклепок — сварными, кованые рудерпи-
сы — саарными или лито-саарными. Наряду с обычными рулями на
крупнотоннажных судах находят применение раскрывающиеся рули,
обеспечивающие управляемость и в необходимых случаях торможение
движения судна. В последние годы на отечественных и зарубежных судах
стали устанавливать рули, имеющие три пера, соединенные между собой
жестко.
При проектировании рулей для современных судов обычно учитывают
очертания обводов корпуса судна, форму ахтерштевня, гельмпорта и
кронштейна, поддерживающего руль, расположение гребных винтов,
последовательность и направление выема гребных валов. Гёльмпорт и
поддерживающий руль кронштейн обычно относят к рулевому устройству,
поэтому их размеры определяют при проектировании рулей.
Гельмпорт — отверстие в подзоре кормы судна или ахтерштевне,
через которое проходит баллер руля. Выше гельмпорта баллер проходит
через гельмпортовую трубу. Очертания и форму гельмпортов и гельм-
портовых труб выбирают при проектировании рулей, а размеры их уста-
навливают на основании масштабной проверки вертикального подъема
баллера и его углового разворота при перекладке и, наконец, проверки
возможности выема руля в сборе с баллером, если это окажется необхо-
димым. В нижней части гельмпорта к обшивке судна приваривают за-
щитные листы (из двух половин), предназначенные для предохранения
гельмпорта от попадания льда и масс вода. Такие защитные листы уста-
навливают на транспортных судах и ледоколах.
Кронштейны, поддерживающие рули. Кронштейны, служащие для
создания нижней или верхней опор рулей или для защиты подвесных
рулей снизу, не входят органически в конструкцию корпуса судна. По-
этому их относят к рулевому устройству и располагают в диаметральной
плоскости или параллельно ей за бортовыми гребными винтами. Крон-
штейны имеют обтекаемую форму, согласованную с обводами рулей,
их крепят к корпусу судна при помощи сварки. Внутреннюю полость
их не заполняют, а предусматривают спуск попадающей воды с помощью
пробки, установленной в нижней части. Предусматривать кронштейны
на судах ледового плавания не рекомендуется.
§ 11. КОНСТРУКЦИИ РУЛЕЙ
Основные типы рулей, применяемых в современном судостроении,
приведены на рис. 26. По числу опор пера, как уже указывалось, их
разделяют на подвесные (перо руля опор не имеет); с одной, опорой пера;
с двумя и более опорами пера.
125
Характерная особенность рулей современных судов — их конструк-
ция допускает съем пера руля без подъема баллера и без полного или
частичного демонтажа рулевой машины. Это достигается благодаря при-
менению изогнутых баллеров с горизонтальным фланцем для болтового
соединения с пером руля. Из-за изогнутости баллера его фланец распо-
лагается в стороне от оси вращения, и потому для съема пера руля доста-
точно снять его съемные секций, установленные под петлями ахтерштевня,
и повернуть баллер относительно пера руля так, чтобы фланец баллера
не мешал приподниманию пера руля на высоту трущейся части штыря.
Этому, условию удовлетворяют рули типов 1, 2, 4 и 5 (см. рис. 26).
Наряду с этим применяют рули с прямыми баллерами. Перо руля
в этом случае снимают также без подъема баллера, предварительно опу-
ская перо вниз после демонтажа съемных секций и отсоединяя его от
баллера. К таким рулям относятся рули типов 10 и 11. При съеме рулей 8
и 9 необходимо удаление штыря в пятке и отсоединение баллера от пера
руля.
Конусное соединение, вместо горизонтального фланцевого, упрощает
конструкцию баллера, его .обработку и ремонт. Применяя такое соедине-
ние в конструкциях рулей типов 10 к 11, при правильном расположении
штыря по высоте пера руля можно практически значительно разгрузить
баллер от реакций подшипников, вызываемых давлением воды на перо
руля. Однако в рулях этих типов возникают значительно большие удель-
ные давления на штырь (почти в два раза больше, чем у рулей типов 8 и 9),
что способствует увеличению износа штырей. Поэтому на крупнотоннаж-
ных судах нередко применяют полубаланснрные рули с двумя штырями
(типов 6 и 7), у которых петля кронштейна (рудерпоста) увеличена по вы-
соте и штырь представляет собой двухопорную ось. Благодаря верхнему
штырю в рулях этих т’ипов не предусматривают нижний подшипник бал-
лера, что повышает износостойкость баллера.
Не балансирные рули
К этим рулям относятся рули типов 1,2 к 8, приведенные на рис. 26.
Основная особенность конструкции небаланснрных рулей — рудер-
пост. Рудерпост, как правило, делают обтекаемой формы, литым или
саарным из листовой стали, его сечение согласуется с профилем пера руля.
На рис. 69 приведена конструкция яебалансирного .руля, где рудер-
пост выполнен сварным.
Перо руля соединяют с баллером при помощи горизонтально распо-
ложенных фланцев, шести болтов и шпонки. Болты расположены голов-
ками кверху, гайки болтов защищены от ударов и действия льда или
других плавающих предметов. При таком расположении • болты даже
при потерянных гайках будут йаходиться в соединении. Штыри распо-
ложены гайками книзу так, чтобы конусные части их находились в ахтер-
штевне. Штыри имеют рубашки, которые работают в паре с бакаутовым
набором, заключенным во втулки. Между пером руля и пяткой ахтер-
штевня установлены упорные кольца из закаленной стали. Над верхней
петлей пера руля на ахтерштевне закреплен стопор, предохраняющий
перо руля от продольного смещения при ударе снизу.
На рис. 70 приведена конструкция небалансирного рул-я с тремя и
четырьмя штырями, петли которых расположены на рудерпосте литбй
конструкции (рули установлены на танкерах «Казбек» и «Апшерон»).
В отличие от предыдущей конструкции штыри закреплены в петлях руля.
Штыри в качестве подшипников имеют бронзовые втулки, закрепленные
126
127
128
3000
Рис. 73. Руль небалансирный с одним штырем, уста-
новленный на морской шаланде «Черноморская».
в петлях рудерпоста. Не-
достаток этого руля —
расположение соедини-
тельных болтов баллера и
пера руля головками вниз.
На рис. 71 приведена
конструкция руля с литым
рудерлисом и одним шты-
рем. Особенности этой кон-
струкции:
значительный подъем
нижней части пера р^йя
над основной линией;
только одна неразрез-
ная вертикальная диаф-
рагма, в которую врезаны
поперечные диафрагмы пе-
редней части4 руля, яв-
ляющейся рудерписом;
приспособление на
пере руля для аварий-
ного управления рулем
с помощью каната с му-ч
сннгами;
буртик на баллере,
служащий упором от вер-
тикального перемещения
руля при ударе снизу, что
предопределяет заводку
баллера только снизу;
конусная’втулка ниж-
него подшипника баллера,
необходимая для заводки
его снизу;
упорные цилиндричес-
кие шайбы, выполненные
из закаленной стали и
• предусмотренные в ниж-
ней части пера руля.
При такой конструк-
ции руля сложны выпол-
нение рудерпоста И за-
водка баллера. Целесооб-
разнее в таких рулях при-
нимать конструкцию бал-
лера изогнутой, рудер-
пост — сварной конструк-
ции, а стопорные устрой-
ства — съемными.
На рис. 72 приведена
конструкция руля, приня-
того на танкере смешан-
ного плавания типа «Олег
Кошевой» Особенность
этого руля — его малое
130
удлинение, перо руля вытянуто в корму. Для сообщения перу руля боль-
шей- прочности раму его выполняют стальной литой, и к ней снаружи
приваривают обшивку. Для облегчения расточки конусов в петлях втулки
под конусы штырей выполнены отдельно и вварены в петли.
На рис. 73 приведена конструкция небаланси₽ного руля морского
несамоходного судна с трубчатым рудерписом.
Небалансирные рули надежны в эксплуатации и их применение
в новом судостроении рекомендуется.
Рули типа «Симплекс»
Эти рули (рис. 74, а также тип 3, рис. 26), представляющие собой
балансирные рулщ_прлучили широкое распространение в отечественном
и иностранном судостроении. Руль имеет съемный рудерпост. Благодаря
рудерпосту, устраняющему консольность пятки ахтерштевня и воспри-
нимающему давление воды на перо руля, уменьшается вибрация руля и
разгружается баллер. Вместе с тем становится возможным развить под-
шипники пера руля по высоте и получить умеренное удельное давление.
Рули типа «Симплекс» претерпели значительное конструктивное из-
менение с момента их появления в 1928 г. Такой руль первоначально имел
в корпусе два подшипника, вращающихся вокруг шеек вставного рудер-
поста. Кроме этого, выше ватерлинии был расположен штырь для поддер-
жания незначительного избыточного веса. Съемные рудерпосты этих рулей
в первоначальном виде вставлялись между пяткой и верхней частью
штевня и крепились с помощью фланцевого соединения. В этом случае
подшипники руля выполняли разъемными. Впоследствии стали применять
съемный рудерпост, его крепили в пятке и в верхней части ахтерштевня
при помощи заклепок и электросварки. Конструкции съемных рудерпостов
с горизонтальными фланцами оказались сложными в ремонте. Другой
их недостаток — провисание штевня, вследствие чего приходилось до
постановки штатного рудерпоста устанавливать временные распорки.
Значительным недостатком руля «Симплекс» в первоначальном виде было
обмерзание верхнего подшипника при плавании.
При дальнейшем усовершенствовании конструкции руля была из-
менена конструкция подшипников. В корпусе пера руля появилась
труба, был изъят верхний штырь, вварены нижние опорные кольца, что
облегчило условия монтажа и демонтажа рулей. В современных рулях
сохранена лишь основная идея системы «Симплекс»: балансирный руль,
вращающийся на съемном рудерпосте (шпинделе).
Основная особенность рулей типа «Симплекс», отличие их от балан-
сирных рулей других типов — то, 'что балансирность рулю придается без
упразднения рудерпоста, который в этой конструкции делают в виде
съемного шпинделя круглого сечения.
Современные рули этого типа состоят из пера руля, в которое вмон-
тирована труба (рудерпис). В трубе размещены два подшипника. Съемный
кованый рудерпост круглого сечения имеет шейки, снабженные рубашками,
нцжним концом он закреплен при помощи конуса и гайки в пятке ахтер-
штевня,'верхний конец имеет вертикальный фланец, закрепленный на
штевне при помощи болтов. Гайки болтов располагают в нос судна.
Баллер руля типа «Симплекс» делают изогнутым с горизонтальным
фланцем для болтового соединения с фланцем пера руля и шейками, име-
ющими рубашки. В большинстве случаев фланцевое соединение выпол-
няют на шести болтах с установкой и без установки шпонки. Если в оте-
чественных конструкциях шпонку устанавливают из двух частей (под
стержнем баллера шпонки нет), то в иностранных конструкциях шпонку
9* 131
132
предусматривают одну на всю длину фланца баллера. На современных
отечественных и некоторых иностранных (Дания, Голландия, Польша,
ФРГ) судах шпонку во фланцевом соединении баллера руля вообще не
предусматривают. В горизонтальном фланцевом соединении гайки болтов
расположены внизу (во избежание выпадания болта при потере гайки)
Рис. 75. Крепление обшивки пера руля: а—ж~ крепление обшивки
пера руля в кормовой части; в, и, к — крепление обшивки лера
руля к каркису с помощью электросварки через шлицы (з),
шпонки (и, к).
— обшивка лера руля; 2 — ребро; 3 — шпонка; 4 — горизонтальное ребро.
и застопорены шплинтами или низкими контргайками и шплинтами. На
некоторых судвх гнезда гаек этого соединения заполняют асфальтом
и закрывают съемными листами. Румпель на баллере крепят при помощи
одной или двух-трёх шпонок.
Перо руля типа «Симплекс», как правило, имеет трубчатый рудерпис
и одну-две вертикальные диафрагмы. В некоторых конструкциях труб-
чатый рудерпис заменяют двумя неразрезными вертикальными диафраг-
мами; кроме того, устанавливают дополнительно одну-две вертикальные
133
разрезные диафрагмы. В большинстве случаев вертикальные диафрагмы,
не заменяющие рудерлис, делают разрезными.
Нередко на современных судах перо руля стали снабжать пропуль-
сивной наделкой, простирающейся от передней до задней кромки пера
руля. Хвостовое ребро пера руля, как правило, делают кованым трапе-
циевидного сечения. В некоторых конструкциях в качестве этого- ребра
устанавливают стальной пруток (рис. 75) или полосу. Перо руля обычно
имеет лаз для осмотра нижнего подшипника и сквозные (одно-два) отвер-
стия для подъема лера руля^. Сквозное отверстие выполняют путем вварки
труб в перо руля.
В верхней и нижней частях рудерписа располагают корпуса опорных
подшипников. Корпус подшипника представляет собой стальной литой
Таблица 21
Основные размеры некоторых рулей типа «Симплекс»
X арактеристика Размеры, мм
«Тина Онасис»» 1953 г., ФРГ «Уссурийск», I960 г., Дания «Гурзуф», 1960 г., Голландия «Синил мотор». 1958 г,, Италия «Хеог Голлант», : 1961 г., ФРГ ; «Труд», 1961 г., Югославия «Симферополь», 1961 г., Польша
Высота пера 7000 5600 6600 7150 8000 6400 5150
Ширина пера Наибольшее рас- стояние 4600 3400 3650 4050 5000 3736 3600
между горизон- таль'Ными диаф- рагмами 680 700 726 727 642 791 620
между верти кальными ди- афрагмами и кормовой кром- кой пера Толщина: 1890 1495 1450 1420 2000 (ребра) 1250 1350
обшивки — 13,5 16 — 17 15 12 и 18
трубы 20 13.5 16 (диаф.) 15,5 17 15 15
вертикальной ди- афрагмы 18 13,5 16 15,5 17 15 • 15
горизонтальной диафрагмы 18 13,5 16 15,5 17 15 15
нижнего листа 28 20 16 15,5 25 20 20
верхнего листа Диаметр: 36 20 50 20 34 25 20
верхней шейки рудерпоста по облицовке 430 364 360 350 520 364 400
нижней шейки по облицовке 420 361 355 345 511 361 390
Толщина облицов- 20 — 15 20 — 20
134
стакан, закрепленный в рудерписе пера рули. Подшипники снабжают
бронзовыми втулками с набором бакаутовых или лигкофолевых вклады-
шей (сегментов).
Несмотря на наличие упорного подшипника баллера, воспринима-
ющего вес руля, между пером руля и пяткой ахтерштевня устанавливают
упорные кольца из -закалешфй стали, одно из которых приваривается
к подшипнику пера руля' (оно одновременно служит стопорным кольцом
для бакаутовых или лигкофолевых планок), а другое — к пятке ахтер-
штевня. Установочный зазор между кольцами обычно составляет от 1
до 5 мм.
Рули типа «Симплекс» в эксплуатации надежны и рекомендуются
к применению на вновь строящихся судах. Характеристики некоторых
рулей такого типа приведены в табл. 2.1.
Балансирные рули с двумя штырями
На современных транспортных судах водоизмещением свыше 10 000 т
из балансирных рулей с двумя штырями применяется главным образом
та их разновидность, в которой петля кронштейна ахтерштевня распола-
гается под верхней петлей руля (рис. 76 и тип 4 рис. 26). В этой конструк-
ции руля изогнутый баллер имеет две рабочие шейки и горизонтальный
фланец для крепления к перу руля с помощью 6—8 болтов. В узле соеди-
нения применяют шпонки. Гайки болтов расположены снизу и застопо-
рены шплинтами. Гнезда под гайки, после постановки последних, бето-
Таблица 22
Основные размеры некоторых балансирных рулей с двумя штырями
Размеры, мм
X арактеристики «Омск», 1962 г. «Лисичанск», 1962 г. вЭссо^-Г^ндфорд»
Высота пера 6300 6750 7600
Ширина пера 3130 4000 4900
Наибольшее расстояние.
между горизонтальными диаф- рагмами 790 762 673
между вертикальной диафраг- мой н кормовой кромкой 1060 1300 ноо
пера
Толщина:
обшивки в носовой части 20 28 25
» » кормовой части 15 17,5 14
вертикальной диафрагмы, за- 22 33 25 труба
меняющей рудерпис
вертикальных диафрагм, не 15 33-28 20-15
заменяющих рудерпис
горизонтальных диафрагм 20 17.5 15
нижнего листа 20 28 25
верхнего листа 20 — 25
Диаметр штыря, включая обли- 280 334 —
цовку
Толщина облицовки 13 15 —
135
136
нируют. Перо руля имеет три вертикальные неразрезные диафрагмы
разной толщины, обшивка пера руля в носовой части больше, чем в кор-
мовой.
В кормовой части пера обЬивка заканчивается приваркой прутка.
В верхней части пера руля-" под кронштейном ахтерштевня предусмо-
трена съемная часть, а в нижней части — горловийа для осмотра креп-
ления штыря. В носовой части пера указанных размеров с обоих бортов
на его обшивке установлены цинковые протекторы размером 25Х150Х
хЗОО мм по 4—8 штук с каждого борта.
Штыри расположены гайками кверху, конусные части их находятся
в петлях руля и имеют уплотнения с помощью резиновых колец. Нижние
прокладки одновременно служат уплотнением и для облицовок нижних
штырей.
Подшипники штырей представляют собой бронзовые втулки, на вну-
тренней поверхности-которь^к винтами прикреплено по'три бронзовых
планки (шпонки), а между ними расположены бакаутовые планки —
сегменты. Нижние концы этих планок упираются в буртик втулки, а
верхние концы стопорятся специальными кольцами, крепящимися к втул-
кам винтами. Зазор между бакаутовым набором и бронзовой облицовкой
штыря составляет 0,5 мм при диаметре штыря 280—285 мм
Рули этого типа нащли широкое применение на судвх как среднего
водоизмещения, так и крупнотоннажных, рекомендуется устанавливать
их на вновь строящихся судвх. ‘
Основные размеры некоторых рулей этого типа, находяшихся в экс-
плуатации, приведены в табл. 22.
Балансирные рули с одним штырем
Эти рули (рис. 77) нашли применение на судвх морских и внутреннего
плавания. По конструкции это наиболее простые рули, их монтаж менее
трудоемок, они вполне- надежны в эксплуатации.
По типу соединения пера руля с баллером различают рули с гори-
зонтальным фланцевым соединением и рули с конусным соединением.
Руль (см. рис. 77) с фланцевым соединением установлен на сухогрузном
судне дедвейтом 12 000 т, построенном в 1960 г. в ГДР по заказу Совет-
ского Союза. В отличие от отечественных рулей здесь в соединении баллера
и пера руля применена шпонка. Для повышения надежности соединения
головки болтов и гайки после монтажа приварены к соответствующим
фланцам.
Технологической особенностью изготовления этого руля является
приварка наружной обшивки пера руля правого борта, выполненная
с помощью пробок 300X140, -в которые врезаны листы обшивки (см.
рис. 75).
Конструкция руля, в котором баллер с пером соединяется с помощью
конуса; приведена нй рис; 1U6. Кормовое ребро пера выполнено из листа.
Между ступицей и втулкой штыря установлены опорные шайбы. В этом
варианте руля баллер — прямой, помещен в гельмпорте и имеет два под-
шипника.
Штырь, закрепленный в пере руля с помощью конусного соединения,
имеет хромоникелевую рубашку. Рубашка насажена в горячем состоянии.
В гнезде пятки ахтерштевня установлена бронзовая втулка.
На рис. 78 приведена конструкция руля несамоходного морского
судна грузоподъемностью 250 т. Длительная эксплуатация этих судов
в различных условиях показала надежность конструкции.
137
Рис. 77 Руль балансирный с одним штырем: а — установленный н
б —трехлопастной, установле
I — перо руля; 2 — рог (обтекатель) — защита пера руля. S — баллер, 4 — погоню
могател
138
Рис. 78. Руль ^балансирный с одним нижним штырем морской^сухогрузной!не-
самоходной баржи грузоподъемностью 250 т.
140
Полубалансирные рули на кронштейне
Применение руля на кронштейне (рис. 79) вызвано прежде всего
стремлением обеспечить значительно больше свободного пространства
вокруг гребного бинта, отдалить его от корпуса судна на расстояние
большее, чем это, обычно делают при установке рулей других типов.
Увеличение расстояния между лопастью гребного винта и корпусом судна
иногда является необходимым И неизбежным для предупреждения чрезмер-
ной вибрации. Такое удаление гребного виита при обычной для одно-
винтового судна форме ахтерштевня со старнпостом и пяткой было бы
трудно и даже, вероятно, невозможно, так как потребовалось бы значи-
тельное увеличение длины пятки ахтерштевня и ее размеров по толщине.
Отказ от пятки руля является, по-видимому, единственным целесообраз-
ным конструктивным решением, обеспечивающим необходимое свободное
пространство вокруг гребного винта; кроме того, это дает возможность
значительно опустить ось гребного винта. Надежность работы рулей этого
типа обеспечивается креплением их на двух штырях. При этом петлю
кронштейна (рудерпоста) увеличивают по высоте, и штырь превращается
таким образом в двухопорную ось.
Рули полубалаисирные на кронштейне могут быть с прямым или
изогнутым баллером. На рис. 80 приведена, конструкция пера с двумя
штырями в сочетании с изогнутым баллером. Такой беллер руля, имеет
по одному упорно-опорному подшипнику и горизонтальное фланцевое
соединение с помощью шести болтов и одной шпонки. В некоторых кон-
струкциях фланцевое соединение утоплено в пере руля.
Нижнюю петлю кронштейна обычно выполняют прочнее верхней,
ее высота у судов, находящихся в эксплуатации, составляет от 1,3 до
2,5йш, где 4ц — диаметр штыря. В петлю с обоих концов запрессовывают
бронзовые втулки. Штырь имеет рубашку ‘из хромоникелевой стали, тол-
щина которой принимается в зависимости от диаметра штыря/Штыри
своими концами опираются на литые петли руля, конусная часть штырей
располагается сверху. Конусные соединения с обеих сторон уплотняют
резиновыми кольцами (прокладками).
Такое расположение двух штырей позволяет получить более надеж-
ную конструкцию, они разгружают баллер, опоры пера руля восприни-
мают меньшее уДельное давление, что в значительной степени повышает
износостойкость. Однако достижение этих преимуществ связано с услож-
нением поковки и обработки баллера, а также демонтажа руля.
р конструкциях рулей вертикальные диафрагмы пера руля, заме-
няющие рудерпис, делают неразрезными, а -все другие диафрагмы — как
вертикальные, так и горизонтальные — могут быть разрезными и нераз-
резными. ,
Хвостовое ребро делают кованым трапециевидного, круглого, пря-
моугольного или полукруглого сечения. Данные о некоторых рулях
этого типа приведены в табл. 23.
Рули этого типа устанавливают на средне- и крупнотоннажных
судах, рекомендуется их применение в новом судостроении.
Рули ледоколов
Рули литой конструкции устанавливают на ледоколах. Особенно-
стями этик рулей (рис. 81) являются:
скошенная киизу верхняя кромка пера руля, которая имеет благо-
приятный угол при встрече руля со льдом на заднем ходу, что уменьшает
опасность повреждения конструкции при застопоренном руле;
141
142
143
Таблица 23
Размеры некоторых полубалансирных рулей с креплением на кронштейне
Характеристики Размеры, мм
«Дрезден», 1958 г. . «Эссо Штутгарт», 1959 г. «Красноград», 1962 г.'
Высота пера 6300 8000 6200
Ширина пера средняя, .включая 3150 5300 3320
кронштейн *
Наибольшее расстояние:
между горизонтальными диаф- 515 700 780
рагмами
между вертикальной диафраг- мой и кормовой кромкой ~900 ~800 ~И50
пера
Толщина:
обшивки 15 20 и 30 15 и 20
вертикальных диафрагм, заме- 30 30 и 50 25
няющих рудерпис вертикальных диафрагм, не за- 20 18 25
меняюших рудерпис горизонтальных диафрагм 15 и 25 18 и 25 15 и 25
нижнего листа ' 25 25 23
верхнего листа — 25 -23
Диаметр:
верхнего штыря, включая об- — — 268
лицовку нижнего штыря, включая об- 455 610 396
лицовку
защита баллера и его соединения с пером руля и рулевых штырей от
повреждения во льдах;
литые ребра, придающие перу руля жесткость и являющиеся по
сути дела утолщением пера руля в пределах 50—80 мм-
увеличенная высота петель.
Рйс. 81. Рули лцтой конструкции, установленное на ледоколах: а — ледокол;
б — ледокол «Красин»; в — ледокол «Капитан Белоусов».
144
Распространено мнение о том, что лцтые рули ледоколов более на-
дежны, чем обычные двухслойные сварные рули, так как относительно
тонкая обшивка пера может получить вмятины и пробоины, что поведет
к попаданию воды внутрь пера, ее замерзанию и к разрывам обшивки руля.
Ремонт литых рулей проще.
Однако следует заметить, что в
отличие от ледоколов «Москва», «Ле-
нинград» и других, имеющих литые
рули (финской постройки), на атомном
ледоколе «Ленин» отечественной по-
стройки руль (рис. 82) выполнен свар-
ным пустотелым (без заполнения) водо-
непроницаемым с обшивкой толщиной
40 мм.-С момента начала эксплуатации
руль не имеет повреждений и является
надежной конструкцией. Следователь-
но, вместо литых рулей вполне могут
применяться двухслойные рули обте-
каемой формы.
Носовые рули -
На судах, пересекающих реки, ка-
налы, плавающих на определенных
участках пути в узкостях, совершаю-
щих часто повторяющиеся швартовки
у закрепленных за ними причалов, кор-
мовое рулевое устройство не обеспечи-
вает необходимые маневры. Такими
судами являются автомобильные и же-
лезнодорожные паромы^ танкеры, су-
хогрузные, крановые, кабельные и дру-
гие суда, которые вынуждены заходить
в узкости, подходить к причалу кор-
мой, маневрировать при подходе к осно-
ванию нефтебуровой вышки. Подобные
суда должны иметь достаточно надеж-
ную управляемость как при переднем,
так и заднем ходе, чем и вызвано при-
менение на них носовых рулей,
Носовой руль (см. рис. 18) по кон-
фигурации и конструкции значительно
отличается от кормового руля. -Перо
руля имеет очертания, согласованные
с носовыми обводами, и представляет собой часть носовой око-
нечности. Обычно с кормовой стороны руль защищен рамой штевня,
а с носа — частью форштевня. Во время полного переднего хода носом,
когда действует только кормовой -руль, носовой руль застопорен в диа-
метральной плоскости. Для этого в корпусе над рулем ставят вертикальный
штыревой стопор, нижний конец которого может заходить в особое гнездо
в верхней части руля и подниматься, когда это потребуется (рис. 83).
Перемещение штыревого стопора обязательно должно быть сблокировано
с пуском рулевой машины, обеспечивающей перекладку носового
руля.
146
На рис. 21 приведена конструкция носового руля парома, видно, что
его обводы вписаны в носовые обводы корпуса. В диаметральной плоскости
руль представляет собой продолжение форштевня, поперечные сечения
руля соответствуют сечениям шпангоутов. Таким образом, руль имеет
форму клина с заострениями вниз и в нос.
Полость пера руля после испытания водой окрашивают свинцовым
суриком. Перо руля с баллером обычно соединяют при помощи горизон-
тального фланцевого соединения и шести болтов. Баллер имеет нижний
и верхний опорные подшипники. Вес пера руля и баллера воспринимается
упорным подшипником и клиновым кольцом, расположенным между
пяткой штевня и нижней петлей руля.
Схемы рулей, приведенные на рис. 26, не исчерпывают всех суще-
ствующих. Из рассмотренных схем не рекомендуются к применению:
рули подвесные, показанные на рис. 26, в — на судах, имеюших в сим-
воле класса отметки УЛА, УЛг и УЛ;
рули с одной опорой на ахтерштевне типов 8—11 — на судах, име-
ющих в символе класса отметки УЛА; УЛг.
На судах, имеющих в символе, класса отметку УЛА, допускают
установку только простых рулей типа 1 (рис. 26), имеющих не менее трех
опор на ахтерштевне; установка полубалансирных рулей на этих судах
не допускается.
Рули, применяемые на судах внутреннего плавания
На судах внутреннего плавания современной постройки основным
типом рулевого органа являются поворотные направляющие насадки
с раздельным управлением. Однако рули остались, их применяют на неко-
торых несамоходных и самоходных судах. В основном это рули балансир-
ные подвесные и рули, имеющие один или два штыря пера.
На рис. 84 представлен руль речного несамоходного сухогрузного
судна грузоподъемностью 6000 т, состоящий из .
пера руля сварной конструкции, водонепроницаемого, снабженного
пробками для опрессовки полости пера и для спуска конденсата. Внутри
пера вварена труба (рудерпис), в которую вставлен хвостовик горизон-
тального фланца литой конструкции, приваренный по контуру трубы;
баллера, прямого откованного за одно целое с фланцем, соединение
баллера с пером руля выполнено при помощи шести болтов и одной шпонки;
подшипников нижнего и верхнего. Верхний подшипник является
опорно-упорным. Подшипники имеют бронзовые втулки, а их корпуса
соединены с помощью гельмпортовой трубы сварной конструкции;
сектора, закрепленного на голове баллера. Секторы двух рулей соеди-
нены между собой с помощью тяг;
сорлиня, закрепленного на руле и обшивке корпуса судна с помощью
обухов, которые приварены к обшивке.
Перо руля выступает за корпус, потому для его защиты предусмотрен
кринолин. Особенностью данного руля, как и большинства рулей речных
судов, является его малое удлинение, увеличение которого ограничено
осадкой судна. Установка сорлиня на речных судах необходима. В боль-
шинстве случаев это приспособление дает возможность не потерять руль,
если соединение его с баллером нарушено.
На рис. 85 приведена конструкция руля с двумя опорами пера, име-
ющего фланцевое соединение с баллером. Такая конструкция нашла при-
менение на несамоходных речных баржах.
На рис. 85 представлена конструкция подвесного руля речного
буксирного теплохода типа «Красное Сормово» (мощность 600 л. с.).
10* 147
149
Отличительной особенностью руля этой конструкции является расположе-
ние подшипников баллера в гельмпортовой трубе литой конструкции.
Это дает возможность обработать гельмпортовую трубу и окончательно
расточить подшипники баллера непосредственно в цехе. Такая конструк-
ция присуща большинству типов судов, построенных заводом «Красное
Сормово». Недостатком этих рулей является не вполне прочное крепление
баллера с пером руля, что приводило к потере рулей.
Вспомогательные средства управления
На современных судах кроме рулевого органа применяют вспомога-
тельные средства управления (ВСУ), к которым относят двигательно-
движительные установки, развивающие боковое усилие независимо от
работы главных движителей судов и служащие для обеспечения управ-
ляемости на малых .передних и задних ходах, а также на месте.
Вспомогательные средства управления (ВСУ) классифицируют:
а) в зависимости от возможности регулирования направления упора
относительно диаметральной плоскости судна. При этом различают
подруливающие устройства (ПУ), тяга которых всегда направлена
перпендикулярно диаметральной плоскости судна;
вспомогательные движительно-ру левые устройства (В ДР У), направ-
ление тяги которых относительно диаметральной плоскости судна можно
менять в широких пределах;
б) по расположению на судне (носовые и кормовые);
в) в зависимости от источника энергии (автономные и питаемые от
судовой энергосистемы);
г) по типу двигателя, непосредственно приводящего движитель (элек-
тропривод, гидропривод, дизельный привод, турбинный привод);
д) по типу движителя. При этом различают одновинтовой и двухвин-
товой движительный комплексы (с приводом от двигателей, расположенных
в корпусе судна, или с приводом от погруженных двигателей). Движители
могут быть крыльчатыми или насосными, а также представлять собой вин-
товые поворотные колонки или активные рули.
Вспомогательные средства управления (ВСУ) устанавливают на совре-
менных морских и речных судах для
ус корения и облегчения подхода и отхода судов от причалов и пирсов
или проведения связанных с ними маневров без посторонней помощи;
уд ержания движущегося с малой скоростью судна на курсе при ветре,
течении и волнении;
уд ержания неподвижного или движущегося с малой скоростью судна
в неизменном положении по отношению к другим находящимся на плаву
судам, базам снабжения, бункеровщикам, плавучим кранам и т. и.;
об легчения маневрирования и прохождения судна в узкостях и т. п.;
удержания судна в определенной точке моря при действии на него
ветра, течения, волн и других внешних сил.
Вспомогательные движительно-рулевые устройства устанавливают
на судах для обеспечения малых ходов при неработающих главных дви-
гателях в качестве вспомогательного или резервного средства движения
и управления. Особая необходимость обеспечения малых ходов может
возникнуть на судах, где минимально устойчивые обороты главных дви-
гателей не обеспечивают достаточно малую скорость хода.
Проектирование вспомогательных средств управления- представляет
собой особый вопрос и потому в данной книге не освещается. Ограничимся
некоторыми практическими рекомендациями, «касающимися активных
рулей и подруливающих устройств.
150
Активные рули (см. рис. 15) получили широкое применение в отече-
ственном и зарубежном судостроении. Судно, оборудованное активным
рулем, практически может самостоятельно осуществлять любой маневр
при движении по каналам, в узкостях, а также при швартовке и отвале
от причала. Установка активных рулей не исключает применение обычных
рулей. На судне, имеющем оба типа рулей, обычным рулем удерживают
судно на курсе, а активный руль используют при маневрировании.
(Активные рули Ио типу привода подразделяют на две группы:
группа А — активные рули с гребными винтами фиксированного
шага, расположенными в насадках, с приводом от вертикального электро-
двигателя, расположенного в корпусе судна, через конический зубчатый
редуктор;
группа Б — активные рули с гребными винтами фиксированного
шага, расположенными в насадках, с приводом от горизонтального элек-
тродвигателя, расположенного в корпусе судна, через два конических
зубчатых редуктора. Иногда электродвигатель специальной конструкции
расположен в пропульсивной наделке обтекаемой формы. Электродвига-
тель получает питание от судовой сети переменного тока, подвод питания
произведен через пустотелый баллер. Вся конструкция активного руля
монтируется в пере обычного руля. Ниже в табл. 24 приведены ориенти-
ровочные основные характеристики активных рулей, где Л'4 — эффектив-
ная мощность приводного электродвигателя, кет; яэ — число оборотов
электродвигателя, мин. В каждом отдельном случае эффективную тягу
активного руля определяют с учетом коэффициента влияния корпуса
судна. Диаметр гребного винта активного руля находится в интервале
£>£,.(, = (0,25-е-0,35) DB, где DB — диаметр основного гребного винта.
Основные характеристики активного руля, приведенные в табл. 24,
могут быть использованы в эскизном проектировании при оценке мощ-
ности и подборе электродвигателя, а также при выдаче задания на проек-
тирование руля. В последнем случае должно быть оговорено, что актив-
ный руль должен надежно работать:
в условиях качки с амплитудой до 45° и периодом 6 сек.;
при длительном крене и дифференте до 15 ,
при температуре морской воды от —2° С до +32° С.
Управление приводом активного руля должно быть дистанционное.
Электрооборудование должно удовлетворять требованиям Регистра
•СССР.
Электропривод должен обеспечивать реверсирование упора гребного
винта, при этом упор на заднем ходу должен составлять не менее 50%
упора переднего хода.
Конструкция активного руля должна обеспечивать свободное вра-’
щение гребного винта и трансмиссии при отключенном электродвигателе —
под действием набегающего потока вода: при неработающем при-
воде.
Подруливающие устройства получили широкое применение в оте-
чественном и иностранном судостроении. Наиболее широко используют
подруливающие устройства (ПУ) с винтовыми движительными комплек-
сами. В этом случае винтовые движители располагают в туннелях, пер-
пендикулярно диаметральной плоскости судна. В одновинтовых устрой-
ствах диск гребного винта, как правило, располагают в диаметральной
плоскости судна. Гребные винты применяют с лопастями симметричного
профиля. Минимальное погружение оси туннеля у судна в балласте
принимают не менее 1,50, где D — диаметр туннеля в месте его выхода-.
Туннель выполняют строго концентричного профиля, обеспечивая равно-
мерный зазор между внутренней поверхностью туннеля и кромками
151
Таблица 24
Ориентировочные основные характеристики активных рулей
Обозначение моделей Номи- нальная ность, кит Наиболь- шая допусти- мая наг- рузка 10JV3 «3 Номи- нальное число оборотов гребного винта в минуту Диаметр гребного винта, ^а.р, ММ Макси- мальный наруж- ный диаметр насадки, мм Упор на шварто- свобод- ной воде, кГс Переда- точное отноше- ние ре- дуктора (предпоч- титель-
АР25А 25 0.26 Группа 745 А 530 660 580 1.3
АР40А 40 0.42 745 630 790 850 1,3
АР55А 55 0,58 605 710 890 1150 1.6
АР75А 75 0,80 605 800 1000 1550 1,6
АР100А 100 1,10 510 900 ИЗО 2050 1,9
АР125А 125 1,40 510 950 1190 2450 1,9
API60A 160 1,70 510 1000 1250 3000 1.9
АР200А 200 2.20 485 1060 1330 3650 2,0
АР250А 250- 2,70 485 1120 1400 4350 2.0
АР25Б 25 0,26 'руппа 745 Б 530 660 580 1,3
АР40Б 40 0.42 745 630 790 850 1,3
АР55Б 55 0.58 605 710 890 1150 1.6
АР75Б 75 0,80 605 800 1000 1550 1,6
АР100Б 100 1,10 510 900 ИЗО 2050 1,9
АР125Б 125 1,40 510 950 1190 2450 1.9
АР160Б 160 1,70 510 1000 1250 3000 1,9
АР200Б 200 2,20 485 1060 1330 3650 2,0
АР250Б 250 2,70 485 1120 1400 4350 2,0
АР320Б 320 3.50 460 1180 1470 5400 2.1
АР400Б 400 4,30 460 1250 1560 6650 2.1
АР500Б 500 5,40 440 1320 1650 7900 2,0
лопастей винта. При этом зазор не должен превышать 0,015 диаметра
винта.
В стадии эскизного проектирования судна ориентировочная оценка
мощности электродвигателя подруливающего устройства с винтовым
двнжительным комплексом может быть произведена в зависимости от
диаметра туннеля.
Диаметр туннеля, мм 400 500 | 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 j
Номинальная мощ- ность двигателя, л. с. 20—32 32—6(^50—80 80— 125 125- 200 200— 320 400— 630 630— юоо 1250— 1600
152
§ 12. ПЕРО РУЛЯ
Перо руля и ахтерштевень проектируют совместно, чтобы требования
обтекаемости и учета влияния работы гребного винта были учтены в кон-
струкции этих деталей.
Конфигурация пера руля (проекция пера руля на диаметральную
плоскость), находится в зависимости от подъема нижней кромки пера руля,
от его защиты в верхней части, от обводов корпуса судна и в большой
степени от типа судна, для которого проектируется руль. Подъем нижней
кромки пера руля, т. е. уклон линии, образующей нижнюю кромку пера
от носа в корму, предусматривают, чтобы избежать повреждения руля
при касании о твердый грунт. Нижнюю кромку пера руля обычно делают
параллельно подъему подошвы (лыжины) ахтерштевня. В свою очередь
подъем подошвы ахтерштевня принимают исходя из дифферента, могу-
щего быть при эксплуатации судна. Уклон подошвы ахтерштевня обычно
принимают 1 : 8. Другим критерием защиты руля является отстояние
кормовой точки нижней кромки пера от основной линии, которое при-
нимают равным ht = 0,2ч-0,256, где b — ширина пера руля.
Верхнюю кромку пера руля выполняют горизонтально”или парал-
лельно обводам кормы судна, последнее предпочтительней. На судах,
предназначенных для плавания в ледовых условиях, прибегают к скаши-
ванию верхней кромки пера руля по направлению в корму, создавая
между обшивкой корпуса судна и верхней кромкой пера руля некоторый
угол. У ледоколов верхний кормовой угол пера руля выполняют по радиусу
(см. рис. 81). Эти мероприятия служат для защиты пера руля от льда на
заднем ходу. При проектировании судов смешанного плавания выполняют
те же мероприятия, они направлены на защиту руля от удара волн.
Переднюю и заднюю кромки пера руля выполняют в большинстве
случаев вертикальными или наклонными, носовую — в сторону носа,
кормовую — в сторону кормы.
Защита пера руля
На судах ледового плавания, на ахтерштевне или на кормовом свесе
делают специальный рог (обтекатель), расположенный в диаметральной
плоскости над рулем. Рог выполняют в виде литого выступа ахтерштевня
или в виде специальной наделки сварной конструкции. Крепление его
к корпусу судна осуществляют с помощью сварки. Размеры рога не регла-
ментированы и колеблются в широких пределах, их определяют при
разработке теоретического чертежа корпуса судна.
Рог (обтекатель) предназначен для защиты соединения баллера с ру-
дерписом и предотвращения забивания льдом пространства между корпусом
судна и верхней кромкой пера руля. Такая защита руля на судах, имею-
щих в символе класса отметку УЛА и УЛ, обязательна. Рога (обтекатели)
устанавливают также и перед носовыми рулями. В этом случае рог воспри-
нимает нагрузку значительно большую, чем в кормовой части.
На конфигурацию пера руля также оказывают влияние зазоры между
пером руля, корпусом судна и рогом, а также между передней кромкой
руля и задней кромкой рудерпоста.
Зазор между верхней кромкой пера руля и обшивкой корпуса судна
при баллере руля диаметром саыше 100 мм допускают в пределах 25—
100 мм. Предпочтительнее обеспечивать минимальные зазоры (порядка
50 .«.«), ПРИ которых эффективность действия руля значительно выше,
чем при больших зазорах. Зазоры между пером руля и рогом допускаются
в тех же пределах, но и в этом случае предпочтительнее минимальные
зазоры (около 25—30 мм).
153
Зазор между передней кромкой пера руля и задней кромкой рудер-
поста должен быть равным 20—25 мм. Меньшие зазоры нежелательны
из-за заклинивания пера руля, зазоры большей величины неконструк-
тивны.
Зазоры между рулевыми петлями и ахтерштевнем по горизонтали
и по вертикали принимают в пределах до 10 мм при диаметре баллера
до 100 мм и 15—25 мм — при диаметре блллера до 500 мм.
Если вес руля воспринимает упорный подшипник, установленный
в корпусе судна, то зазор между пяткой ахтерштевня и нижней кромкой
пера руля выдерживают минимальным, но не ниже 10 мм. В иностранной
практике величину этого зазора принимают равной = 0,035D6 или
ег = O,lDo, где Db — диаметр баллера в нижней опоре, Do — диаметр
головы баллера. Величина ег зависит о’г конструкции подшипника ниж-
ней опоры. Если руль будет иметь просадку из-за износа упорного под-
шипника, то прй достижении максимального износа перо руля при пере-
кладке с борта на борт не должно своей нижней кромкой задевать за
лыжину ахтерштевня. Поэтому между пяткой ахтерштевня и пером руля
устанавливают опорные стальные закаленные клинообразные кольца
или бронзовую (латунную) шайбу, толщина которой ие должна быть
менее 10 мм. Шайба может не устанавливаться, если в качестве нижнего
подшипника принята бронзовая втулка, буртик которой выступает над
пяткой ахтерштевня не менее чем на 10 мм. Зазор между стальными опо-
рами (кольцами) принимают в пределах 1—5 мм.
Перо однослойного руля
Однослойные рули в новом судостроении применяют весьма редко
и лишь на несамоходных судах внутреннего плавания. Перо твкого руля
(рис. 87) состоит из рудерписа (сплошного стержня или трубы), к которому
приварены вертикально расположенные пластины из листовой стали,
кормовая и носовая — у балансирных рулей и только кормовая — у неба-
лансирных рулей. В' верхней части пера приварен круглый или прямо-
угольный фланец для соединения с баллером. Прочность соединения этого
узла проверяют расчетом. Для наиболее надежной приварки пластин пера
к рудерпису кромки листа разделывают согласно принятой технологии
приварки толстых листов. Тонкие листы толщиной до 10—12 мм привари-
вают к рудерпису без предварительной их обработки.
На уровне нижней и верхней кромок пера приваривают торцовые
шайбы, расположенные пераллельно линиям потока, подходящего к рулю.
Толщину шайб принимают равной толщине листа пера. Применение шайб
способствует повышению качества руля как рулевого органа. Толщину
листов пера однослойного руля принимают по нормам Регистра или опре-
деляют расчетом.
Перо руля обтекаемой формы
КЬнструкция двухслойного (обтекаемой формы) пера руля значительно
сложнее конструкции однослойного.
Перо такого руля состоит из деталей, образующих каркас пера:
рудерписа, горизонтальных ребер, вертикальных ребер и диафрагм, соеди-
нительного фланца или ступицы для соединения пера руля с баллером,
обшивки пера и других мелких деталей. Для улучшения рулевых качеств
рекомендуется на уровне нижней и верхней кромок пера устанавливать
так же, как и у однослойных рулей, горизонтально расположенные шайбы _
параллельно линиям подходящего к рулю потока. Схемы расположения
шайб приведены на рис. 39. Для обеспечения управления рулем в аварий-
154
Рис. 87. Руль несамоходного судна внутреннего плавания.
155
них случаях с помощью стального или иного каната с мусингами и палуб-
ного механизма на кормовой кромке пера руля делают фигурный вырез
или отверстие для заводки каната. Форма этих вырезов приведена на
рис. 88. При проектировании такого пера необходимо учитывать следу-
ющее:
нижний и верхний торцевые листы должны иметь отверстия (с после-
дующей их заваркой) для гидравлического испытания каждого отсека
(носового и кормового), бронзовые или латунные пробки диаметром около
50 мм — для слива конденсата и завариваемую горловину диаметром
100 мм в верхнем листе — для заполнения полости, если оно предусма-
тривается;
все горизонтальные ребра и вертикальные диафрагмы должны иметь
вырезы для облегчения конструкции и голубницы в местах возможного
Рис. 88. Фигурный вырез на пере руля для заводки каната при аварийном управлении,
расположенный: а — на верхней части задней кромки; б, г — на задней кромке; в — на
верхней части.
скопления влаги — для стока. Горизонтальные ребра должны быть
неразрезными. Желательно, чтобы вырезы в ребрах, а также и вертикаль-
ных диафрагмах производились одного-двух размеров по диаметру:
это сокращает количество, применяемых штампов;
вертикальные диафрагмы, не заменяющие рудерпис, должны быть
выполнены разрезными, их врезают в горизонтальные ребра и приваривают
к ним. Диафрагмы, заменяющие рудерпис, делают иеразрезными. Если
непрерывность диафрагм нарушена, в этом районе предусматривают соот-
ветствующую компенсацию, увеличивая толщину обшивки руля?'
Каркас пера, сваренный в цеховых условиях1, укладывают на обшивку
пера правого борта, выложенную на специальной постели или плите.
Обшивку правого борта к каркасу приваривают сплошным швом с двух
сторон (прерывистый шов нежелателен, так как он вызывает усиленную
коррозию), затем приваривают верхний и нижний торцевые листы пера
к каркасу и обшивке (рис. 89)
Для приварки обшивки пера левого борта предусматривают, в пре-
делах профиля пера, полосы, приваренные к горизонтальным ребрам
и вертикальным диафрагмам. Ширина полос составляет (3-*-4) t, где t —
156
толщина обшивки пера. В обшивке пера делают шлицы для приварки ее
к полосам набора пера. Обшивку приваривают по контуру шлица. Этот
способ приварки обшивки к каркасу пера распространен в отечественном
и иностранном судостроении.
Перед приваркой обшивки левого борта допускается заполнение
полости пера, если заполнитель не является горючим материалом. Однако
к заполнению полости пера в этой стадии изготовления руля прибегают
весьма редко.
В отличие от описанного способа соединения каркаса с обшивкой
левого борта применяют вариант шпоночного соединения с последующей
Рис. 89, Соединение обшивки пера руля с каркасом.
сваркой. Для этого на обшивке левого борта делают шлицы, а на гори-
зонтальных ребрах и вертикальных диафрагмах за одно целое делают
выступы трапециевидной формы (пробки). Обшивку шлицами надевают
на эти выступы (см. рис. 75). Выступы имеют отверстия (круглые или
продолговатые) для подтяжки обшивки пера к каркасу, после подтяжки
обшивка проваривается по периметру выступа. Такой способ технологи-
чески более сложен и в отечественном судостроении не получил распро-
странения.
Толщина обшивки, ребер, диафрагм и другие размеры деталей пера
приведены ниже.
В конструкции пера руля предусматривают горловины (лазы), кожухи
для ограждения соединения баллера с рудерписом и других целей. Все
эти детали — съемные.
Съемные детали пера руля
В носовой части обтекаемых пустотелых рулей устанавливают съем-
ные детали, предназначенные для обеспечения доступа к штырям —- в слу-
чае -их ремонта или демонтажа и подъема пера руля — при его демонтаже.
Кроме этих деталей, на боковой поверхности лера руля предусматривают
съемные крышки. Такие крышки служат при демонтаже для доступа
к штырям и болтовым соединениям баллера с рудерписом или пером руля.
Размеры горловин (лазов) не превышают 300 мм. К числу съемных деталей
относят также предохранительные обтекатели, предусматриваемые около
-фланцевых соединений.
Толщина крышек (горловин) и обтекателей должна быть не менее
толщины обшивки лера руля, в противном случае они вибрируют и отры-
• 157
ваются. Крышки горловин устанавливают на бронзовых винтах е проклад-
кой, обеспечивающей водонепроницаемость. После постановки винты,
крепящие горловины, раскернивают. Предохранительные обтекатели
обычно крепят с помощью, сварки. При ремонте этот способ крепления
не вызывают больших затруднений для срезки обтекателей.
Вварные трубки пера
Вварные трубки пера (см. рис. 20), устанавливаемые в пере руля,
предназначены для его подъема; их располагают на линии центра тя-
жести пера руля. На большинстве рулей предусматривают две вварные
трубки, расположенные по сторонам от линии центра тяжести. На ли-
тых рулях вместо вварных трубок делают отверстия с овальными кром-
ками. Внутренний диаметр этих отверстий в пере руля выполняют в пре-
делах 35—100 мм, вварные трубки устанавливают диаметром 50—80 мм.
На время эксплуатации вварные трубки забивают деревянными пробками,
которые перед демонтажем руля высверливают. Для тех же целей стали
применять вместо вварных труб вварные рымы, как это показано на
рис. 82.
В том случае, когда выем гребного вала предусмотрен в корму, при-
бегают к демонтажу пера руля. При наличии поворотной насадки демон-
тируют ее стабилизатор. Для сокращения демонтажных работ руль выпол-
няют так, что выем гребного вала допускается без снятия пера руля.
В этом случае в перо руля вваривают трубу, внутренний диаметр которой
обеспечивает прохождение гребного вала с облицовками при руле, повер-
нутом на 90°. Это отверстие также используют при снятии обтекателя
гребного винта. Снаружи отверстие этой трубы закрывают с обоих бортов
крышками на бронзовых винтах или закрепляют их с помощью одного
стяжного болта. Предпочтительно первое. В отдельных случаях до поста-
новки крышек полость трубы прокрашивают свинцовым суриком и запол-
няют деревянной пробкой.
Заполнение пустотелых рулей
В отечественном судостроении заполнение полости пустотелых рулей
не регламентировано. Полости пустотелых рулей обычно не заполняют,
при этом полагают, что перо руля сохраняет плавучесть — при герметич-
ном его выполнении. На судах, предназначенных для эксплуатации в ледо-
вых условиях, прибегают к заполнению" полости пустотелых рулей, счи-
тая, что герметичность их при плавании во льду не" будет обеспечена.
Однако на атомном ледоколе «Ленин» полость пустотелого руля не запол-
нялась, руль герметичен и повреждений не имел.
Правилами некоторых иностранных классификационных обществ
(Бюро Веритас) требуется заполнение полости руля пробкой и смолой.
В конструкциях рулей, осуществленных отечественной промышленностью,
иногда практикуется заполнение их полости деревом, битумом, пеком,
мазутом, асфальтом, пенобетоном, смесью пробки с битумом, пробки со
смолой, пробки с асфальтом, смолы с деревесными опилками и др. В отдель-
ных случаях перо руля заполняется свинцовым суриком, но после окраски
внутренней полости сурик сливается Из перечисленных заполнителей
более широкое применение нашли пек, битум и гудрон. Процесс заполне-
ния рулей этими заполнителями продолжителен, сложен и не всегда безо-
пасен, так как руль подогревается перед заливкой расплавленным запол-
нителем. При этом 'уверенности в надлежащем заполнении полости нет.
В качестве заполнителя иногда принимают продукт химии пенополиу-
ретан, имеющий при заполнении полости вязкость меньшую, чем гудрон,
способный заполнить полость руля, не оставляя пустот.
158
.^Применение самовспенивающегося пенополиуретана в качестве запол-
нителя рулей позволяет упростить конструкцию рулевого устройства
с пустотелыми рулями, так как заполнение рулей пенопластом при незна-
чительном увеличении веса руля дает возможность не предусматривать
устройство для откачки влаги из полости руля. Перед заполнением пера
руля пенополиуретаном внутреннюю поверхность обезжиривают и прогре-
вают до температуры 70° С. Необходимое количество заполнителя опре-
деляют исходя из расчета: на 1 дма заполняемого объема — 150 г массы,
при объемном весе затвердевшего пенопласта 0,09—0,13 г/см5 с учетом
потерь 15—20% Перо руля заполняют последовательно по отсекам при
температуре компонентов не ниже 20—25° С и окружающей среды не ниже
18° С. После заполнения перо руля не должно подвергаться сотрясениям
в течение 10—15 мин. Через 24 часа после заполнения руль считается год-
ным для эксплуатации.
Нижнюю часть полости незаполняемых рулей желательно заливать
цементным раствором, обеспечив сток воды через спускные пробки. Высота
слоя заливки должна быть около 50 мм. В некоторых иностранных кон-
струкциях пустотелые рули не заполняют, но в нижней части пера руля
предусматривают цементную заливку толщиной не менее 50 мм, на которую
уложен слой кокса толщиной 100—125 мм. По нашему мнению, такой
способ частичного заполнения пера руля заслуживает внимания.
Толщины обшивки и других элементов пера руля
Конструктивные элементы пера руля обычно определяют по правилам
Регистра СССР или путем расчета на прочность по допускаемым напряже-
ниям. Определению подлежат: толщины обшивки, горизонтальных ребер,
вертикальных диафрагм, торцевых листов, замыкающих перо в нижней
и вер хней частях. Для судов внутреннего плавания толщину листов обшивки
пера руля и набора рекомендуется принимать по табл. 25 в зависимости от
диаметра баллера. Регистр СССР рекомендует эти величины определять
в приведенной ниже последовательности.
Обшивка пера руля. Толщина обшивки пера руля
= + 2.0 (118)
где Т — осадка судна по летнюю грузовую ватерлинию, м;
F? — площадь пера руля, л2;
Р — условная расчетная сила, действующаяна руль, «ас, определяемая
по формуле (126);
от — предел текучести материала обшивки пера, или 0,7 предела
прочности в зависимости от того, что меньше, кгс!сма;
6Реб — расстояние между горизонтальными ребрами или вертикаль-
ными диафрагмами в зависимости от того, что меньше, м; при
разработке конструкции пера руля это расстояние принимают не
менее 0,65 м и не более 0,85 м;
В —коэффициент, определяемый по приведенному соотношению,
в котором ареб — расстояние между горизонтальными ребрами
или вертикальными диафрагмами, в зависимости от того, что
больше, м\ причем при разработке конструкции пера руля это
расстояние не должно приниматься более 1,66реб.
среб/^реб 1,0 1.1 1 1,2 1,3 1.4 1,5 Кб 1,7 1,8 1,9 2,0 3,0 4,0 и
Е 7,88 8.151 8,57 8,95 9,26 9,51 9,70 9,84 9,93 9,96 9,97 9,99 10,0
15»
Таблица 25
Размеры деталей рулей по данным Речного Регистра СССР, мм
Диаметр Расстояние между реб- рами Толщина листов обшивки пера однослойных рулей Минимальные толщины листов обшивки пера двухслойных рулей (опекаемой формы)
баллера штырей Разряд судов
М ° р л М О Р л
50 60 70 30 90 100 ПО 120 130 140 150 160 170 180 190 200 30 35 40 46 52 57 52 67 72 76 30 84 88 90 96 100 1250 1250 1250 1250 1300 1300 1300 1400 1400 1400 1500 1500 1500 1500 1500 1500 7 7 8 9 9,5 10,5 И ,5 12,5 13 14 15 16 17 18 19 20 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 10 10 12 13 14 15 6 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 10 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 3,5 3,5 4 4,5 4,5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 7 7 3 3 3,5 4 4 4 5 5 5 5 5 5 6 6 3 3 3 3 3 3,5 3.5 3,5 3,5 4 4 4 4 5 5 2,5 2.5 3 3 3 3 3.5 3,5 3.5 3.5 4 4 4 4,5 4.5
Примечание При двухслойных рулях (обтекаемой формы) расстояние между диафрагмами не должно превышать половины расстояния между ребрами, указанного в табл. 25. \
Для промежуточных значений коэффициент 1 определяется
линейной интерполяцией.
Толщина обшивки пера руля во всех случаях не должна быть меньше
~ 40^,6 «Л,
(119)
где L — длина судна, м;
'mln = 1' Ь мм-
(120)
Толщина горизонтальных ребер, вертикальных диафрагм, верхнего
и нижнего торцовых листов не должна быть меньше толщины обшивки
пера руля, определенной по формуле (119). Обычно конструктивно при-
нимают толщину горизонтальных ребер равной t, вертикальных диафрагм,
не заменяющих рудерпис, — (1,1-=-1,25) t, торцовых листов — (1,34-1,5) t.
Классификационные общества рекомендуют следующие соотношения
толщин этих элементов:
160
Элементы Регистр СССР Герман- ский Ллойд Англий- Ллойд Амери- канское Бюро Судоход- ства Бюро Веритас Норвеж- ский Веритас
Толщина обшивки руля Горизонтальные ребра Торцевой лист 1,24/ t / / t t t /
верхний 1,5/ 1,8/ 1,5/
нижний 1,5/ 1,5/ 1,5/
Вертикальная диаф- рагма
не заменяющая ру- дерпис 1,25/ / t / /
заменяющая рудер- 2/ 2/* t / /
* При расстоянии между диафрагмами 760 мм
Рудерпис
Рудерпис в современных конструкциях рулей- выполняют сварным
из листовой стали (рис. 90). В этом случае в нос и в корму от оси враще-
ния пера руля на расстоянии от нее, равном половине наибольшей тол-
щины 6 профиля руля, устанавливают две вертикальные диафрагмы,
идущие непрерывно по всей высоте пера руля. Если отстояние а оси вра-
щения от передней кромки пера меньше наибольшей толщины 6 профиля
пера, то устанавливают только одну такую диафрагму, при этом ее от-
стояние от передней кромки пера f не должно превышать наибольшую
толщину б профиля пера руля.
Листы наружной обшивки в районе этих вертикальных диафрагм
выполняют толщиной (1,84-2,0) t, где t— толщина обшйвки пера руля,
определяемая по формуле (118). Ширину этих листов принимают S <
< -g- Лрцх. где ЛтМ( = h]_ — наибольшее расстояние между опорами пера
руля (см. рис. 90). Момент сопротивления такого сечения (см. рис. 90) связей
в любом месте по высоте пера руля не должен быть меньше определенного
по формуле
W -- 25^3
(121)
где 7Ииз — изгибающий момент в рассматриваемом сечении, кго м;
от — предел текучести материала связей или 0,7 предела прочности
в зависимости от того, что меньше, кгс!см?.
Если непрерывность вертикальных диафрагм будет нарушена, напри-
мер в районе штырей, то предусматривают'соответствующую компенсацию,
увеличивая толщины обшивки пера руля в этом районе.
Материал для обшивки пера руля принимают равноценным материалу,
принятому для обшивки кормовой части корпуса судна в районе грузовой
ватерлинии. На ледоколах и судах ледового плавания материалом обшивки
рулей служат хорошо сваривающиеся низколегированные стали, имеющие
11 Заказ 1836 ’ 161
162
предел текучести от = 2600 кгс!см2, относительное удлинение б6 = 18%
и ударную вязкость при температуре —40° С ак Ss 3,0 кгс-м/см2.
Толщину обшивки пера руля обтекаемой формы принимают равной
толщине обшивки ледового пояса кормовой оконечности или больше ее, но
она не должна быть меньше толщины обшивки пера руля, рекомендуемой
Регистром СССР.
Перо пластинчатого руля должно иметь не менее трех горизонталь-
ных ребер с каждой стороны.
Испытание пера* руля.
Перо полого руля после его изготовления испытывают гидравлическим
давлением в соответствии с ГОСТ 3285—65
Н = 1,257 +-gg- м вод. ст., (122)
где Т — осадка судна по летнюю грузовую ватерлинию, м;
vs — скорость судна, узл.
’Конструкцию считают удовлетворительной, если под гидравличе-
ским давлением на наружной поверхности пера руля не появляется
капель или подтеков.
§ 13. КОНСТРУКЦИЯ ПОВОРОТНЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ НАСАДОК
Поворотная направляющая насадка представляет собой кольцевое
крыло обтекаемой формы с осью вращения, расположенной примерно
на длины насадки от входной ее кромки. Поворотные насадки можно
отнести к группе балансирных рулевых органов, По конструкции их
делят на литые и сварно-литые. Литые стальные или литые из цветных
сплавов поворотные насадки делают для судов внутреннего плавания и мор-
ских судов при DH < 1000 мм. Насадки диаметром более 1000 мм делают
сварными или сварно-литыми. Такая насадка (рис. 91) — пустотелая,
она состоит из каркаса, имеющего шпангоуты и стрингеры, внутренней и
наружной обшивки. В верхней части насадка имеет литую или кованую
ступицу или фланец для соединения с баллером, в нижней части — пятку
(штырь), если она не подвесная. Для уменьшения веса конструкции
шпангоуты и стрингеры, выполненные из листовой стали, имеют отвер-
стия, которые одновременно служат для стока койденсата и заполнения
полости насадки, если оно предусматривается. Желательно, чтобы диа-
метры этих отверстий (вырезов) были выполнены не более чем двух-трех
размеров.
При сборке каркаса насадки детали его выставляют на плите в кон-
дукторе и соединяют при помощи сварки сплошным швом. Применение
прерывистых швов нежелательно, так как они вызывают повышенную
коррозию. Шпангоуты и стрингеры делают нарезными, однако допускают
выполнение шпангоутов и разрезными при целых стрингерах.
После сварки каркаса к внутренней стороне его подгоняют и привари-
вают обшивку, которая в средней части (в районе гребного винта) пред-
ставляет утолщенное цилиндрическое кольцо. После сварки внутреннюю
обшивку со стороны каркаса и сам каркас грунтуют свинцовым суриком
или другим грунтом и окрашивают. •
Затем к полкам стрингеров и шпангоутов через шлицы в обшивке
приваривают наружную обшивку.
Чтобы сообщить жесткость передней и задней кромкам насадки,
в стыки между внутренней й наружной. обшивками вваривают трубу
11*
163
(пруток) — в переднюю кромку и пруток — в заднюю кромку. Это также
упрощает гибочные работы.
- В нижней части насадки предусматривают спусковую пробку из
цветного сплава, которая не должна выступать за наружную обшивку.
В верхней части обшивку ндсадки приваривают к ступице (фланцу),
вваренной в каркас. Для увеличения прочности соединения ступица
больших насадок должна иметь ребра, предназначенные для приварки
обшивки. Насадку выполняют герметичной, после окончания сварки ее
ВакМ 1и6
Рис. 91. Конструкция поворотной направляющей насадки.
1 — насадка; 2 — ступица; 3 — кольцо: 4 — стабилизатор; 5 — пропуль-
сивная наделка. ,
подвергают такому же испытанию, как полые рули. Для испытания в ее
верхней части делают два отверстия, которые подлежат заварке после
испытаний.
Насадки могут быть подвесными или иметь опору внизу в виде штыря.
Штырь может быть постоянным, приваренным к каркасу и обшивке насадки
или съемным на болтах. В том и другом случае в насадке предусматривают
подкрепление для штыря Для устойчивости насадку снабжают стаби-
лизатором.
Конструкции стабилизатора насадки
Стабилизатор (см, рис. 92) представляет, собой крыло обтекаемой
формы малого удлинения. В большинстве случаев его выполняют сварным,
пустотелым, состоящим из поперечных ребер, вертикальных диафрагм
164
и обшивки подобно перу руля. Стабилизатор (см. рис. 93) можно крепить
приваривая его к внутренней обшивке насадки или при помощи болтов.
Недостаток первого способа крепления — то, что' при каждом съеме греб-
Рис. 92. Стабилизатор направляющей насадки: а — общий вид; б, в — каркас; г.е — креп-
ление верхнее; д — крепление нижнее.
1 — ребро; i — стабилизатор; 3 — пропульсивная наделка; i — нижняя опора.
Рис. 93. Крепление
стабилизатора к на-
садке: а — верхнее
в диаметральной
плоскости; б—борг
товое; в. г — вижйее в диаметраль-
ной плоскости.
1 — стабилизатор;. 2 — опора стабилиза-
тора: 3 — обшивка насадки; 4 — ребро
(стрингер) насадка; S — ребро гориаоя-
тельное; 6 — кожух.
ного винта стабилизатор приходится срезать и вновь приваривать, поэтому
в большинстве случаев 9табилизатор выполняют съемным с креплением на
болтах. В этом случае' стабилизатор можно крепить к внутренней или
наружной обшивке насадки. В том и
другом случае к обшивке насадки при-
варивают ребро с отверстиями для бол-
тов. В нижней и верхней частях стаби-
лизатора приваривают пластины, по
толщине одинаковые с ребрами, прива-
ренными к обшивке. Крепление выпол-
няют тремя-четырьмя болтами с каж-
дого конца стабилизатора. Стабили-
затор делают герметичным, подвер-
гают испытанию так же, как и
перо руля. В нижней его .части пре-
дусматривают пробку для спуска кон-
денсата.
Кроме этого способа применяют
смешанное крепление: нижней частью
стабилизатор устанавливают В’ башмак,
выполненный пр профилю обтекателя,
а верхнюю часть крепят при помощи
болтов, как указано выше. Болтовое
соединение ограждают кожухом, но
так, чтобы соединение было надежным,
доступным, разъемным, обеспечиваю-
щим съем стабилизатора на плаву,'к
которому прибегают при создании диф-
ферента судна на нос.
165
В отличие от рассмотренной конструкции (жестко закрепленного
стабилизатора) на отечественных судах внутреннего плавания по пред-
ложению инж. М. М., Дуброва в рулевом комплексе с поворотной напра-
вляющей насадкой используют поворотный стабилизатор (руль).
Поворотный стабилизатор обеспечивает на баллере, при всех углах
перекладки, крутящий момент положительного знака. Это способствует
устойчивости положения поворотной на-
садки и предотвращает ее самопроиз-
вольное отклонение. Впервые стабилиза-
тор-руль установлен и испытан на буксир-
ном теплоходе «Красное Сормово» в 1957 г.
(рис. 94). Баллер стабилизатора вращает-
ся в подшипниках, установленных в кор-
мовой части насадки. На верхнем конце
баллера закреплен румпель с вилкой, ко-
торая охватывает неподвижный упор, при-
варенный к корпусу судна в плоскости оси
насадки параллельно диаметральной плос-
кости. При повороте насадки руль пово-
рачивается на угол больший, чем на-
садка. Угол поворота стабилизатора за-
висит от расположения неподвижного
упора и расстояния между осями баллера
насадки и неподвижного упора (эксцен-
триситет А). При увеличении эксцентри-
ситета А угол отклонения стабилизатора
от-оси насадки увеличивается. При поста-
новке таких стабилизаторов эксцентриси-
тет принимают А — (0,40 -е 0,6) R, где
R — расстояние от оси стабилизатора до
оси баллера насадки.
Рис. 94. Схема поворотной насадки
с рулем.
I — насадка, 2 —
3 — румпель;
Заполнение полости насадок
На судах внутреннего плавания не
всегда удается обеспечить длительную во-
донепроницаемость насадки; в полость
насадки попадает вода, верхняя часть
ее размораживается, обшивка получает
трещины (посварным швам и целому листу).
На морских судах этого не наблюдается.
Чтобы избежать нарушения водо-
непроницаемости, внутреннюю полость
малых насадок (диаметром D„ < 1000 ллг) заливают бетоном. Это при-
лера руля
дает насадке монолитность, она лучше сопротивляется ударам, умень-
шается ее вибрация, устраняется разрушение обшивки (разморажива-
ние) и конструкция становится более долговечной. Насадки большего
диаметра остаются полыми. Однако опыты, проведенные на малых
насадках, подтверждают целесообразность заполнения насадок и большого
диаметра. В качестве заполнителя целесообразно принять легкий бетон
(керамзит).
Кроме бетона, для заполнения полости насадки можно использовать
материалы, применяемые для заполнения рулей.
На морских судах полость насадок монСно не заполнять.
166
Способы соединения баллера с насадкой
Общие требования к соединению баллера с насадкой остаются теми же,
что и к соединению баллера с пером руля. Наиболее широко распростра-
нены способы соединения баллера с насадкой
при помощи горизонтальных фланцев и болтов;
при помощи конуса, шпонок и гайки.
Особенность соединения представляет только защита гайки баллера
и гаек соединительных болтов.
На рис. 8 приведено обычное фланцевое соединение, вынесенное за
пределы корпуса насадки. Фланец насадки приварен к ее каркасу и
обшивке. Для предохранения соединительных болтов их головки поме-
щены во впадины, а гайки защищены кожухом и бетоном. Такое крепле-
ние применяют на судах внутреннего плавания при диаметре насадки, не
превышающем 1000 мм, и на морских судах рейдового плавания; оно
надежно и не вызывает затруднений при ремонте.
Для крепления насадок диаметром D„ > 1000 мм применяют конус-
ное соединение, приведенное на рис. 95. Ступица насадки приварена
к каркасу и обшивке. Внутренняя полость ступицы в соответствии с тре-
бованиями Регистра СССР имеет конусность 1 : 7. Крепление баллера
обеспечивается с помощью конуса, шпонок и гайки. Гайка помещена
во впадину, застопорена стопором, приваренным к корпусу ступицы.
Впадина закрыта заглушкой. Конструкция заглушки должна быть такой,
чтобы не разрушалось- соединение. Первоначально впадина закрывалась
диафрагмой толщиной Юлии, приваренной к ступице сплошным швом.
Однако заглушка, расположенная в плоскости гребного винта, подвер-
гается гидравлическим ударам, вследствие чего диафрагма вибрирует
и ее крепление разрушается. Поэтому для сообщения диафрагме жест-
кости к ней были приварены ребра с внутренней стороны. Заглушка защи-
щает соединение от коррозии.
§ 14. БАЛЛЕР И ШПИНДЕЛЬ РУЛ
Конструкция баллера в основном зависит от типа руля и способа
соединения его с пером руля. Наряду.со сплошными баллерами применяют
для уменьшения веса сверленые (пустотелые). В баллерах активных рулей
предусмотрено по оси сверление, достаточное для прохода труб и кабелей.
На рис. 96 приведены некоторые конструкции баллера, применяемые
в судостроении. Баллер обычно включает следующие элементы: стержень
прямой или изогнутый с фланцем горизонтальным или вертикальным.
На теле стержня предусматривают: шейки для подшипников, крепле-
ния румпеля, сектора, выточки для крепления упорного (стопорного)
кольца или выступ. Верхнюю часть баллера, т. е. ту часть, где крепится
румпель (сектор) рулевой машины, обычно называют головой баллера.
На поверхности головы баллера предусматривают шпоночные пазы для
призматических шпонок. Иногда нижняя часть баллера заканчивается
конусом с нарезанным хвостовиком. Обычно на поверхности конуса пре-
дусматривают шпоночный паз. Баллеры изготовляют из стали при помощи
поковки (см. главу VIII). Шейки баллера, соприкасающиеся с морской
водой, защищают от коррозии рубашками из нержавеющей стали. Поверх-
ность баллера между рубашками защищают тоже.
Расчет конструктивных элементов баллера для морского судна
На рис. 90 приведены основные схемы рулей с обозначением их
главных элементов. Классификационные общества большей частью регла-
ментируют методы расчета диаметра баллера в зависимости от типа руля
167
168
169
и скорости хода судна. Некоторые из них регламентируют определений
диаметра головы баллера, другие — диаметра шейки баллера у нижнего
подшипника. Регистр СССР регламентирует диаметр головы баллера и его
диаметр у нижнего подшипника.
Диаметр головы баллера руля рекомендуется определять по формуле
. d = <123>
где ог — меньшая из следующих трех величин:
предел текучести материала баллера, «гс/сж2;
0,7 предела прочности материала баллера, кгс/см2;
4000 кгс!см2;
Л4кр — условный расчетный момент, определяемый по формуле (125),
кгс-м.
Диаметр баллера в других сечениях, в том числе и у нижнего под-
шипника, рекомендуется находить по формуле
024)
где Л4кр — условный крутящий расчетный момент, кгс-м, зависящий от
типа рулевого органа;
Л4ИЭ — условный изгибающий расчетный момент в рассматриваемом
сечении баллера, кгс-м;
от — меньшая из трех величин, указанных при рассмотрении фор-
мулы (123).
Для баллера руля с двумя и более опорами пера допускается в расчете
принимать Л1иэ = О,
Ниже рассмотрим последовательность определения расчетных зна-
чений условных 2ИКр и Д4ИЭ по методу, рекомендованному Регистром
СССР только для расчета прочности деталей рулевого устройства, в том
числе баллера руля.
Условный крутящий расчетный момент, действующий на рулевое
устройство (за исключением полуподвесных рулей), определяют по формуле
Мкр = Р (хр — а) кгс-м, (125)
где Р — условная расчетная нагрузка, действующая на руль, кгс;
Р = 15,0gFpt^ кгс, (126)
q — коэффициент, равный 0,9 для рулевых органов, не работающих
непосредственно за гребным винтом, и 1,0—для рулей, рабо-
тающих непосредственно за гребным винтом;
Рр — действительная площадь пера руля, м2;
vs — наибольшая скорость хода судна при осадке по летнюю грузо-
вую ватерлинию, узл., но не менее:
21 узл. — для судов класса УЛА,
19 узл. —для судов класса УЛ1,
17 узл. — для судов класса УЛ,
10 узл. — для судов других классов;
хр — величина условного отстояния точки приложения равнодейству-
ющей расчетной нагрузки, действующей на рулевой орган, ют
передней кромки пера руля
хр = б(4--|-4-Яа)лс;
(127)
170
b — ширина руля в сечении на уровне центра тяжести (ЦТ) его пло-
щади, м
R — коэффициент компенсации;
а — расстояние между осью вращения руля и его передней кромкой, м;
величина этого расстояния положительна, если ось вращения руля рас-
положена в корму от передней кромки пера, и отрицательна — если
ось вращения руля расположена в нос от передней кромки пера руля.
Условный крутящий расчетный момент Мкр для полубалансирных
рулей принимают равным сумме моментов для каждой из площадей F,
и F2 (см. рис. 90)
MKt, = Рг (хр, — щ) -г (%р. — с2) кгс-м, (128)
где
Pi = 15,0?- Ft -t's кгс; Р% —
(4+4 «Ом-
ч.=с(4+4^)
Ri и Rz— коэффициенты компенсации соответственно для площа-
дей Fi и F3 (см. рис. 90),
Условный изгибающий расчетный момент, действующий на рулевое
устройство, определяется при расчете комплекса перо руля — баллер
как балки, опорами которой являются петли ахтерштевня и подшипники
баллера. Балка загружена на участке пера руля расчетной нагрузкой Р,
определяемой по формуле (126). Как показано на рис. 90, опоры балки счи-
тают находящимися посередине высоты соответствующей петли на ахтер-
штевне или подшипника баллера, а для рулей типа «Симплекс» (рис. 90). —
на середине подшипников шпинделя, заменяющего рудерпост. Опору
принимают жесткой, но для рулей, имеющих одну опору пера, в консоль-
ной части ахтерштевня (рис. 90) учитывают ее упругость, вводя в расчет
коэффициент податливости
xn = J О6 см!кге,
где 1а — длина консольной части ахтерштевня, л;
/, — момент инерции поперечного сечения консольной части ахтер-
штевня посредине длины 1А, см*‘,
Е — модуль упругости материала ахтерштевня, кгс/см®.
Количество опор, как правило, принимают равным числу петель
на ахтерштевне плюс число подшипников баллера, за исключением рулей,
у которых перо имеет две и более опоры (см. рис. 90). В этом случае под-
шипники баллера как опоры не рассматривают.
При расчете делают следующие допущения:
Р — расчетную нагрузку принимают распределенной по линейному
закону таким образом, чтобы ее равнодействующая по высоте была на одном
уровне с центром тяжести площади пера руля; для рулей полубалансир-
ных (рис. 26) она ступенчатая, т. е. определяемая отдельно для площади
Fi и F2. Величину* нагрузки на каждую из этих площадей (Pt и Ps)
находят по формуле (128);
I — момент инерции сечения балки у пера руля считают постоянным,
равным моменту' инерции связей (см. рис. 26), в среднем между' опорами
(или между' опорой и фланцем баллера) сечении пера руля;
171
i — момент инерции сечения балки у баллера тоже считают постоян-
ным и равным моменту инерции среднего между опорами (или между
опорой и фланцем пера) сечения баллера.
Рис. 97. Зависимость диаметра d— f (у/b2hv£j головы баллера балансирного
обтекаемого руля с прямоугольным или трапециевидным очертанием пера и коэффициен-
том компенсации R ~ 0,23.
1 — по данным Английского Ллойда (при v = os) и Американского Бюро Судоходства (при
Vр = vs > 13,2 узл. и L > 76 ж); 2 — по данный Регистра СССР (»„ — vs и оа = 46 кгс/сж*);
3 —- по данным Бюро Веритас (при в = va = 17 узл.); 4 — по данным Германского Ллойда (при
» = t>s = 16 узл. и h = 2,36); 5 — по данным Германского Ллойда (при » «=• = 24 узл.);
6 — по данным Норвежского Веритас (при t>p — es + 0,3Z-; os > 14 узл.). »р — расчетная скорость
судна, ,узл.; еэ — эксплуатационная скорость, узл.; Ь — длина судна, л; b — ширина и Л — вы-
сота пера руля, ж; о£ — наибольшая скорость хода судна, узл.
В результате расчета строят эпюру изгибающие моментов и опреде-
ляют реакции А иа опорах балки.
При определении реакций опор и изгибающих моментов рекомен-
дуется пользоваться табл. 26, составленной с учетом расчетных схем,
приведенных на рис. 26. ‘ \
172
По величине моментов Л4кр и Л4ИЗ определяют диаметр баллера.
Кроме этого способа расчета, диаметр баллера можно найти по графику
d = f (//"
На рис. 97 представлена зависимость диаметра d ~ f (jf
головы баллера балансирного обтекаемого руля, имеющего прямоуголь-
ное или трапециевидное очертание пера, коэффициент компенсации
R = 0,23. График построен инж.
П. В. Ивановым на основе данных клас-
сификационных обществ и может быть
применен при проектировании балан-
сирных рулей всех типов, включая под-
весной балансирный руль. Кривая 2 по-
строена для баллеров из стали с пре-
делом прочности ов =г= 45 кгс!мм2 и пре-
делом текучести от — 22 кас/лш2. В со-
временном судостроении материалом
для изготовления баллеров служит
сталь с ов = 60 кгс!мм\ при этом диа-
метр баллера, полученный расчетом,
должен быть уменьшен путем умноже-
ния на коэффициент k. определяемый
по формуле
-------------. (129)
45+-~(се-45)
При о8 = 60 кгс! мм* k = 0,935,
На рис. 98 приведена зависимость
-д-== / ( Тр)» позволяющая быстро
определить диаметр шейки баллера в
нижнем подшипнике. Обозначения ука-
заны на рис. 90.
Некоторые конструктивные требо-
вания к баллеру, рудерпису и шпин-
делю заключаются в следующем:
если на цилиндрической части
баллера выполнена шпоночная канав-
ка, то шейка баллера в этом месте
должна быть увеличена не менее чем
на 5% по сравнению с ее размером,
определенным по вышеприведенным
формулам;
нижние кромки шпоночной ка-
навки должны быть по всей ее длине
закруглены радиусом, равным при-
мерно 0,0Мб» но не менее 1,5 мм и
не более 4 мм, где d6—диаметр шейки баллера. Шпоночная канавка
должна брать начало от большого основания конуса на расстоянии 30 мм
от него — при DK — 120 мм, 40 мм — при jDK js=s 250 мм, 50 мм — при
jDk ДО 250 мм;
радиусы закруглений у основания фланцев, откованных заодно с бал-
лером, должны быть не менее 12,5% диаметра баллера, примыкающего
к фланцу;
Рис. 98. Отношение
для обтекаемых балансирных рулей—
подвесного и с одним штырем
1 — по данным Американского Бюро Су-
доходства, Бюро Веритас и по Регистру
СССР — для подвесного руля; 3— по дан-
ным Германского Ллойда — для подвес-
ного руля; 3 — по данным Норвежского
Веритас — для подвесного руля; 4 — по
данным Американского, бюро судоход,
ства. Бюро Веритас и Регистра СССР —
для балансирного руля с одним штырем.
<f, — дяеметр баллера в нижнем подшип-
нике; а — диеметр головы баилера; ho —
расстовние между ЦТ пера руля и центром
нижнего подшипнйка; а — расстояние от
передней кромки пера руля до оси его
вращения.
173
Расчетная схема
Определение реакций опор и изгибающих моментов рулей (рис. 26)
Реакции опор
Изгибающие моменты
Таблица 26
Руль небалансирный (ем. I -па рис 26)
р О.125Р[»]+(Л,+,».)’]
2 2 *" Ma(*i“A2)
Л р Uh~ Ы №р
2Л, 2/г?(Л1-Л,2)Х
> [*’ + (», - Ла)3]
*1 Ла
Рх{
Л4цЭГ =
-max ^1/11
при xts^hi —
Px^
Afasr = • дд2
„max -Agfti
x2 -* —p~
Момент па опоре
J1]
Опорный момент
м ph"
Руль иебалаисирный (см. 2 иа рис. 26)
Пролетный момент
Придоллсениг табл. 26
Реакции опор
Изгибающие моменты
Расчетная схема
шшМ и л, / П1—
им а /' г l .1 \ Ji 6 u-A— X
4
4„-i-(3p,..| ьл1!*^+А +
-4(зр!+2₽;)-р.^
Опорные изгибающие моменты1
на опоре 1 Мг — Pihg,
Изгибающий момент на опоре 2.
— 4Р1Лх/?з 4~ Pjhthi
Руль полубалансирный (см. 5 па рис 26)
8(Й14-Й,)
Р(йо + М
Опорный момент
^)+t(3P>+2^-
Опорные изгибающие моменты:
па опоре 1 Мх
Изгибающий момент в пролете:
А4Пр —
Руль полубалаяснрпый (см. б и 7 на рис. 26)
I
ид Л Г" А/
Руль без опо (см 1 у пера (подвесной) рис 26, »)
Р(йо+й1 + М
диаметр баллера, определенный по вышеприведенным формулам,
рекомендуется увеличивать на наливных судах и буксирах (морских)
на 10%. Размеры других Деталей, зависящих от диаметра баллера, выби-
рают по увеличенному диаметру.
Определение диаметра баллера для ледоколов и судов ледового пла-
вания. На судах ледового плавания предусматривают «слабое звено»
в баллере руля. Оно предназначено для предохранения более дорогих
частей баллера от разрушения. В качестве «слабого звена» используют
короткий отрезок баллера с меньшим диаметром, чем основной баллер.
Его устанавливают между двумя соединительными муфтами, т. е. баллер
выполняют из трех частей. Такая конструкция предусмотрена на дизель-
элекгроходе типа «Лена», «Амгуема» и многих «других. Если сам баллер
выполнен из двухчастей, то «слабым звеном» служит соединительная муфта.
В качестве соединительных применяют фланцевые с посадкой на конус
и продольно-свертные муфты. Последние, получили наиболее широкое рас-
пространение как соединительные и как предохранительные.
Диаметр «слабого звена» баллера руля ледоколов, судов ледового пла-
вания и буксиров рекомендуется определять по формуле
d-20T^~-мм, (130)
где N = lOOrFp — характеристика, мв;
г — гидродинамическое плечо пера руля при ходе судна
в чистой воде, ж;
Fp — площадь пера руля, жа;
<гт — предел текучести материала баллера, кгс!см*',
k — численный коэффициент, величину которого прини-
мают следующей:
Суда Ледоколы Суда ледового плавания Буксиры
Класс I II III I II III 1
Коэффициент k 25 20 15 10 8 7 8 6,5
Определяемый таким образом диаметр не должен быть менее требуе-
мого по Правилам Регистра СССР. Диаметр остальной части баллера
4=* I,I0d жж. (131)
Расчет диаметра баллера для судов внутреннего плавания
Диаметр головы баллера руля обыкновенных (небалансирных) рулей
находят по формуле *
d- ky'Г"„т мм. (132)
где Fp — площадь пера руля, ж2;
г — расстояние от центра тяжести этой площади до оси вращения, ж
(см. рис. 90);
k — коэффициент, значения которого приведены в табл. 27.
Диаметр баллера полубалансирных и балансирных рулей, а также
поворотных насадок определяют в каждом отдельном случае расчетом
(см. § 14). У судов, предназначенных для плавания в ледовых условиях
176
Таблица 27
Значения коэффициента k
Разряды судов Коэффициент k для различных судов
М* О Р, Л О Р, Л м ° & ° Р, Л й 0
При скорости хода, км]час
До 16 17 18 19 20
Грузо-пасса- жирские и грузовые 85 75 65 S5 75 65 90 80 70 95 80 70 100 85 75
Буксирные 95 85 75 95 85 75 95 85 75 100 85 75 105 90 80
Несамоходные При скорости хода, км]час
До 8 9 10 11 \ 12
65 60 55 65 60 55 65 60 55 70 65 60 75 70 65
* Разряды: М; О — озерные; Р в Л — речные.
или имеющих механический рулевой привод, диаметр баллера должен,
быть увеличен: у судов разряда М — на 20%, у судов разряда О — на
15% и у прочих судов — на 10%. Все остальные детали рулевого устрой-
ства должны соответствовать этому увеличенному диаметру баллера. Для
судов внутреннего плавания баллеры изготовляют, как и для морских
судов, коваными или из проката, допускается изготовление баллеров
путем отливки, из стали, при этом диаметр баллера увеличивают на 15%
против диаметра баллера, выполненного из поковки. При удобном съеме
руля с судна на плаву баллер и рудерпис могут быть выполнены неразъем-
ными. Рудерпис в верхней части на участке 0,1 его высоты делают по диа-
метру равным баллеру, а книзу сужают так, чтобы сечение нижней части
рудерписа составляло не менее 50% сечения рудерписа в верхней части.
Цилиндрическая нижняя часть рудерписа или опорный штырь в рулях
всех типов должны входить в гнездо ахтерштевня на глубину, составляю-
щую не менее 40% от диаметра баллера (штыря).
Рубашки шеек баллеров, шпинделей и штырей рулей
В современных конструкциях рулевых устройств для повышения
надежности их деталей на рабочих шейках баллеров, шпинделей-н штырей
рулевых органов, соприкасающихся с морской водой, предусматривают
специальные рубашки. Опыт эксплуатации крупнотоннажных судов под-
твердил необходимость установки таких рубашек. Без рубашки рабочая
шейка коррозируется, поверхность ее превращается в своего рода грубый
абразив. У баллеров это способствует не только ускоренному износу опор-
ной поверхности подшипника, но и быстрой выработке (разрушению)
12 Заказ 1836 177
набивки сальника, что приводит к непрерывному пропуску воды через
сальник в румпельное помещение. Применение рубашек позволяет увели-
чить срок службы рабочих шеек баллеров, подшипников н сальников.
Рубашка со значительным износом может быть заменена новой. Для
защиты участка баллера (шпинделя) между рабочими шейками его поверх-
ность тоже облицовывается или окрашивается антикоррозионной краской.
Конструкция рубашек. Рубашка представляет собой металлический
цилиндр, плотно насаженный на рабочую шейку. Рубашка должна быть
надежной при работе в относительно чистой (без взвешенных абразивов)
морской воде и возмущенной (на мелководье) воде, при паре трения с ба-
каутом, лигнофолем, текстолитом, резиной или другими, применимыми
в опорах материалами.
Рубашки выполняют предпочтительно целыми из одной гильзы. В иск-
лючительных случаях рубашки из цв
лять в виде отдельных колец (частей)
7> „ГР
Рис. 99. Конструкция соединения рубашек,
свариваемых из нескольких частей
тного сплава допускается изготов-
которые последовательно насажи-
вают на шейку, заваривая стыки
металлом той же марки, которая
применена для изготовления ру-
башки. Считают более рациональ-
ным сваривать части рубашки до
их посадки на шейку. В том и дру-
гом случае сварной шов должен
проверяться на водонепроницае-
мость. Для этого в районе стыка
между телом рубашки и рабочей
шейкой предусматривают полость,
достаточную для гидравличес-
1 — баллер; 2 — рубашка шейки баллера. КИХ испытаний ШВЭ МЭСЛОМ при
Давлении I кгЫсм*. При этих
испытаниях в рубашке (в районе полости) делают два отверстия. После
испытаний полость заполняют пластическим материалом, не раство-
ряющимся в воде и не разъедающим металл. На рис. 99 приведена
конструкция такого узла. После заполнения полости пластическим мате-
риалом оба временных отверстия заглушают резьбовыми пробками, завер-
тываемыми на глубину, достаточную для проточки рубашки (в случае
необходимости) до половины ее толщины. Соединение частей рубашки, на-
саженных на шейку, при помощи пайки не допускается, так как пайка
любыми припоями не обеспечивает ни прочности, ни плотности. Недостаток
соединения частей рубашки с помощью сварки — малая надежность
сварного шва; швы часто разрушаются, и вода коррозирует баллер. Кроме
того, рубашки из цветных сплавов приводят к большим коррозионным раз-
рушениям баллера (шпинделя) в непосредственной близости от торцов ру-
башек. Во избежание этого в современном отечественном судостроении
в качестве материала рубашек применяют листовую нержавеющую сталь
марки 0Х18Н10Т, а сами рубашки выполняют цельными, сварными.
Механический износ поверхности рубашек из стали после длительной
работы в паре е бакаутом на танкере типа «Пхеньян» не превышал 0,02 мм
на каждую 1000 ходовых часов танкера. Такой износ следует считать уме-
ренным.
Одновременно с этим во избежание развития контактной коррозии
участков баллера (шпинделя) вблизи торцов рубашек баллер окрашивают
грунтом ВЛ-02 (один слой), а затем в три слоя краской ЭП-71 (ЭП1ЭЛ).
Исходные размеры при проектировании рубашки — диаметр шейки
под ее посадку и длина. Если баллер (шпиндель) при демонтаже будет под-
ниматься вверх, то при числе шеек более двух рекомендуется их наружный
иаметр выполнять так, чтобы рубашка нижней шейки была по диаметру
ia 3-—5 мм меньше вышерасположенной рубашки, и наоборот, если баллер
^монтируется смещением вниз.
Длина рубашек должна превышать длину опорной поверхности под-
шипника в пределах цо 50 мм на каждую сторону.
Толщина рубашии должна обеспечивать ее прочность, жесткость
: запас на износ и проточку при ремонте. Ее рассчитывают или выбирают
; зависимости от диаметра шейки, на которую насаживают. Толщина ру-
1ашки должна быть около L/20d, где d —.ее наружный диаметр.
Регистр СССР рекомендует толщину рубашек, устанавливаемых на
1аллерах. шпинделях и штырях, определять по формуле
/ .. + 23.5
Zo------32 СМ’
(133)
де 10 — искомая толщина рубашки, см;
d-щ — диаметр посадочной шейки штыря, баллера, см.
Формула (133) дает удовлетворительные результаты при определении
олщины рубашек, выполненных из оловянистых бронз. При определении
олщины рубашки, изготовляемой из хромоникелевых сталей, в формулу
133) должен быть введен коэффициент k, равный
, _ 3/ ~ ~ 25 ~
V 25 4
не <тв — предел прочности материала рубашки, кгс/мм2.
Толщина рубашки, определенная по этой формуле, удовлетворяет
еречисленным выше требованиям. С некоторым отступлением от резуль-
1тов, полученных по формуле (133), могут быть рекомендованы толщины
убашек, приведенные в табл. 28
Таблица 28
Толщины рубашек в зависимости от диаметра шейки баллера (шпинделя), мм
1иаметр шейки dm Толщина стенки рубашки, to Диаметр шейки ^1п Толщина стенки рубашки, t0
Материал Материал
бронза хромонике- левая сталь бронза хромонике- левая сталь
До 50 2,5 2,5 100—150 6—10 5—8,5
50—70 3,0 3,0 150—300 10-16 8,5—14
70—80 4,0 4,0 300—400 16—20 14—17
80—90 5,0 5,0 400—500 20-24 17—21
90—100 6,0 5,0 - 500—600 24-30 21—26
Если между шейками поверхность баллера (шпинделя) предполагается
шцовывать антикоррозионным покрытием, то толщину рубашки можно
сличить в зависимости от конструкции выточки-замка соединения ру-
пки с облицовкой. Заготовки рубашек не должны иметь раковин, тре-
н, шлаковых включений и других пороков, снижающих прочность изде-
I. Чтобы облегчить обнаружение пороков, рекомендуется заготовку
зашки обрабатывать с припуском по наружному и внутреннему диамет-
!* 179
рам от 2,5 до Б мм на сторону. Чистота окончательной обработки внутрен-
ней поверхности рубашки под посадку должна быть не ниже \7б. После
окончательной расточки рубашку испытывают на плотность гидравличе;
ским давлением 1,5 кгс/см*. Течь не допускается. Наружную поверхность
рубашки окончательно обрабатывают после посадки ее на шейку баллера
{шпинделя). Чтобы обеспечить большее сопротивление коррозии, наруж-
ную поверхность шеек шлифуют.
Расчет посадки рубашки
Шейки баллера, под посадку рубашек обрабатывают с допуском Bs
(по третьему классу точности по системе вала) при диаметре до 500 мм — по
ОСТ 1023, а при диаметре свыше 500 мм — по ГОСТ 2689—54.
Рубашки насаживают на шейки баллера (шпинделя) с натягом (иногда
с предварительным замораживанием баллера).
Величину натяга выбирают проектант судна и завод—изготовитель бал-
леров (шпинделей) и -оговаривают в чертежах. Выбор натяга — ответст-
венное дело, так как при слишком большом натяге в рубашке возникают
недопустимо высокие напряжения, а при слишком малом его значении —
силы трения между соприкасающимися поверхностями шейки и рубашки
будут незначительны и- потому не исключено проворачивание рубашки
на шейке при эксплуатации. Крепление рубашек на шейках с помощью
гуженов не допускается.
Рекомендуется принимать следующие средние значения величин натя-
гов в зависимости от диаметра шейки:
Диаметр щейки мм 100 200 300 400 500
Натяг Д от диаметра шейки, % 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08
Приняв абсолютную величину натяга, рекомендованную выше иль
наеденную иным способом, обычно определяют напряжения, возникающие
в рубашке в результате посадки. При остывании рубашки на соприкаса
ющихся поверхностях ее и шейки возникает давление, которое увеличи
вает внутренний радиус рубашки и уменьшает наружный радиус шейю
баллера. Сумма этих изменений радиусов равна радиальному натяг;
6К == -у- н выражается следующей известной формулой 1 С. П. Тимошенко
где 6„ — радиальный натяг наружного радиуса рубашки, мм;
а — внутренний радиус полого баллера, мм;
Ь — наружный радиус шейки баллера и внутренний радиус pj
башки, м;
с — наружный радиус рубашки, мм;
Ео — модуль упругости материала юубашки, кгс 1мм2;
Е — Модуль упругости материала баллера (шпинделя), кгс! мм2;
р0 — коэффициент Пуаесона материала рубашки;
р — коэффициент Пуассона материала баллера (шпинделя);
Ро — искомая величина давления, растягивающего рубашку и сж1
мающего баллер, кге/см2.
1 Аналятаческийвыводформулы(134)см.:С. П. Тимошенко и Д. Лесель
Прикладная теория упругости. Гостехиздат, 1930, стр. 194—198.
380
Значения величин а, Ь, с принимают по чертежу или снимают с гото-
вого баллера (шпинделя). Величины р, р0, Е и Ео берут из таблиц характе-
ристик материалов рубашек и баллеров (шпинделей). Величину'Л = 2бв
определяют по зависимости А =- f (djJ, приведенной выше.
Пользуясь известной формулой Ляме, определяем наибольшие растя-
гивающие напряжения оп на внутренней поверхности ‘рубашки
< о. luclaf, (135)
где <г2 «С 0,5от — допускаемое напряжение растяжения для рубашек;
от — предел текучести материала рубашки.
Если оп будет больше от, то на внутренней поверхности рубашки
появятся остаточные деформации смятия, вследствие чего натяг может
ослабеть, что недопустимо. Из формулы (135) следует, что невозможно
заметно снизить напряжение ап, увеличивая наружный радиус с рубашки.
Так как решающее влияние" на оп оказывает величина натяга бн, которую
надо правильно выбрать.
Перед посадкой на шейки баллера (шпинделя) рубашки равномерно
нагревают в электрических или нагревательных печах до температуры
250—3009 С, вследствие чего внутренний диаметр рубашек увеличивается.
Для обеспечения посадки рубашки необходимо, чтобы при нагреве ее вну-
тренний диаметр 'увеличился на величину Ad = 0,75ч-1 мм — при диа-
метре шейки до 200 мм и на Ad = 1,5—2,5 мм — при большем диаметре
шеек, т. е. внутренний диаметр рубашки перед посадкой должен быть
di = dm + Ad мм. (136)
Приняв величину Ad, можно определить температуру Т нагрева ру-
башки по формуле
Ad = - d^ = d^T - t), (137)
где t — температура рубашки до нагрева, °C;
ал — коэффициент линейного расширения материала рубашки.
1/град.
Коэффициент сся меняется в зависимости от температуры нагрева. Его
значения при разных практически используемых температурных интерва-
лах приведены в табл. 29.
Таблица 29
Коэффициенты линейного расширения «.J, материала рубашки
Температурный интервал, °C
Материал 20—100 20—200 20-300
Оловянистая бронза Латунь Сталь хромистая 17,6-10-е 18,4-10-® 11,210“® 17,9-10“® 19,2-10" • 11.8-10“® 18,2-10"* 20,1 - IO"8 12.4-10“®
. Защита баллеров (шпинделей) от коррозии
Поверхность баллера или шпинделя под действием забортной воды
сильно коррозируется. Если на этих деталях предусмотрены рубашки,
выполненные из цветных сплавов, образуется гальваническая пара, и по-
верхность баллера (шпинделя) подвергается разъеданию. Особенно боль-
181
шое разъедание возникает по окружности стального стержня вблизи
торцов бронзовых-рубашек. Поперечное сечение стержня ослабляется и
появляются микроскопические трещины
Основной способ предохранения стального стержня от коррозии —
надежная изоляция его от воды. В современных конструкциях это дости-
гается окраской и реже — нанесением резинового или эпоксидного покры-
тия.
Окраска. Простейшее и наиболее дешевое покрытие — окраска поверх-
ности стального стержня специальными красками:
на морских судах грунтом — ВЛ-02 (один слой) и затем краской ЭП-71
(ЭШЭЛ) в три слоя;
на судах речного флота — за два раза свинцовым суриком на кату*-
ральной олифе при норме расхода 175 г!м2. Перед окраской поверхность
стержня промывают уайт-спиритом или бензином Галоша при норме
50 г/мй. В пресной воде это покрытие сохраняется более двух лет. Однако
такой способ защиты может быть допущен только для судов, постоянно
плавающих в пресной воде.
В судостроении одно время нашли применение резиновое и эпоксидное
покрытия. Резиновое покрытие считалось самым надежным, затем оно
было вытеснено более дешевым — эпоксидным, армированным стекло-
тканью. Однако в обоих случаях вести контроль за поверхностью баллера
нельзя, а эпоксидное покрытие, кроме того, разрушается от вибрации. По-
этому в новом судостроении следует применять в качестве защитного
покрытия поверхности баллеров (шпинделей) специальные краски, пере-
численные выше.
Способы соединения баллера с пером руля
Баллер руля можно выполнить как одно целое с рудерписом руля,
такая конструкция принята для малых рулей. Однако в большинстве
современных конструкций баллер руля выполняют отдельно от рудерписа.
При соединении баллера с пером руля возможно несколько конструктив-
ных решений, но соединение всегда должно быть равнопрочным баллеру.
В отечественном судостроении применяют в основном четыре способа
соединения баллера с пером руля:
горизонтальное фланцевое;
вертикальное фланцевое;
замковое и
конусное.
Соединение баллера с пером руля или рудерписом во всех случаях
должно допускать съем пера руля на плаву без подъема баллера. Рассмот-
рим эти способы.
Горизонтальное фланцевое соединение состоит из фланцев баллера
и рудерписа руля, соединительных болтов с гайками, стопорных приспособ-
лений и призматических шпонок. Регистр СССР регламентирует сле-
дующие элементы.
Соединительные болты. Диаметр болтов горизонтального соединения
определяют по формуле
л 1 ^кр—-М113 „ HS81
d6-55.lj „.,с(им>+«^ "*• <138'
где Л4кр— условный крутящий расчетный момент, кгс, определяемый по
формулам (125), (128) в зависимости от типа руля;
Мвэ — условный изгибающий расчетный момент в сечении на уровне
горизонтального соединения, кгс-м;
182
<ут — меньшая из следующих трех величин:
предел текучести материала болтов, кгс/см9;
0,7 предела прочности материала болтов, кгс/см9;
4000 кгс/см2;
п — число болтов в соединении, обычно не менее шести;
гс — среднее расстояние от центра болтов'до центра фланца, см,
которое принимают равным. С, 9 (у рулей с одной опорой и
подвесных), а расстояние от центра любого болта до диаме-
тральной плоскости пера руля берут <0,6(4, где dx — диаметр
баллера в нижнем подшипнике (см. рис. 90).
Болтовое соединение в этом случае представляет собой ответственный
узел, работающий со знакопеременной нагрузкой, вследствие чего все
болты выполняют призонными с гайками нормальной высоты, которые
после затяжки надежно стопорят с помощью шплинтов. Головки болтов
могут быть круглыми или шестигранными нормальной высоты. Болты
с круглыми головками снабжают угловой шпонкой или срезают две фаски
под ключ. В головке болта предусматривают отверстие с резьбой для ввер-
тывания рыма при монтаже и демонтаже соединения.
Фланец баллера (рудерписа) может быть круглым, прямоугольным,
овальным, однако во всех случаях отстояние края отверстий для болтов от
наружных кромок фланца не должно быть меньше -у d6, где d6 — услов-
ный диаметр болта, определяемый по формуле (138), в которую подстав-
ляют от материала фланца. Толщину фланца принимают равной b
В отличие от рассмотренного способа соединения призонными бол-
тами допускают соединение с помощью чистых непризонных болтов при
условии установки шпонки. Такое соединение можно допустить на судах
внутреннего плавания.
Необходимо отметить, что на малых судах применяют соединение,
при котором болты ввертывают в тело фланца пера руля и стопорят болты
с помощью электроприхваток.
Болты в соединении устанавливают сверху так, чтобы гайки были
снизу. Такое расположение (кроме крепления подвесных рулей) обяза-
тельно, оно обеспечивает более надежное соединение, даже при произ-
вольном свертывании гайки. Болт остается на своем месте и обеспечивает
работу руля.
Фланцевое соединение обычно выступает за пределы пера руля и соз-
дает завихрения, а при плавании в ледовых условиях возможно произ-
вольное свертывание гаек, если они не защищены. Чтобы, обеспечить за-
щиту болтов и гаек и придать обтекаемость фланцевому соединению,
прибегают к установке:
полос по периметру фланца и бетонированию при использовании про-’
водочного каркаса этого узла. После высыхания бетона поверхность покры-
вают жидким стеклом;
ребер под фланцем рудерписа и бетонированию гнезд, образуемых
ребрами, после стопорения гаек;
специальных кожухов, закрывающих полностью фланцевое соединение
и привариваемых к обшивке пера руля;
на ледоколах — специальных защитных ребер, выполненных как одно
целое с пером руля.
Такие меры защиты вполне себя оправдывают.
Вертикальное фланцевое соединение (см. рис. 22) применяют зна-
чительно реже, чем горизонтальное, из-за затруднительной центровки бал-
лера с рулем. Преимущество такого соединения срстокт в том, что оно де-
шевле, так как поковка баллера с вертикальным фланцем в изготовлении
183
значительно проще. Элементы соединения могут быть взяты по табл. 30
или приняты в соответствии с рекомендациями, сделанными в отношении
горизонтального фланцевого соединения.
Таблица SO.
Соединение баллера с рудерписом
Фланцевое соединение Замковое соединение
горизонтальное на 6 болтах вертикальное на 8 болтах Ширина замка, мм Болты
диаметр болтов , и толщина фланца, мм § число
Диаметр баллера. ориентировочное среднее расстоянн! центров болтов от центра фланца, м>. ширина фланца, л диаметр болтов и т щина фланца, мм Длина замка й 6 1 общее Ж 5 I
50 75 25 — — — — — —
75 85 28 — — 300 175 325 6 2 34
100 110 32 250 32 325 200 350 6 2 38
125 120 35 275 35 350 225 315 6 2 42
150 135 42 325 42 400 250 425 6 2 48
175 155 50 375 50 450 300 500 6 2 55
200 180 55 425 55 500 350 550 7 2 60
225 205 €0 475 60 575 400 625 7 2 65
250 225 70 525 70 625 450 675 7 2 70
275 245 75 575 75 675 500 750 8 2 75
300 270 35 650 85 750 550 800 8 2 80
325 290 . эо 700 90 800 600 875 9 3 82
350 315 100 750. 100 350 650 925 9 3 « 85
375 335 105 800 105 900 700 1000 9 3 92
400 360 110 650 110 950 750 1100 10 4 98
425 380 120 900 120 1000 800 1150 11 4 102
450 405 125 950 125 1050 850 1250 11 4 105
475 430 135 1000 135 1100 900 1350 И 4 111
500 450 140 1650 140 1125 950 1450 12 4 115
525 475 145 1100 145 1150 1000 1550 12 4 118
550 500 155 1150 155 1175 1000 1600 12 4 123
Замковое соединение баллера с рудерписом в отечественном судо-
строении применения почти не нашло. Такое соединение представляет
собой сложный технологический узел, который не может быть рекомендо-
ван к применению в новом судостроении. В табл. 30 для справок приведены
элементы такого соединения.
Конусное соединение баллера с пером руля в современном судострое-
нии получило значительное распространение. Классификационные обще-
ства регламентируют в этом соединении: длину конуса, конусность, размер
шпонки, число ниток резьбы на хвостовике и высоту гайки/
184
Ступица такого соединения расположена в пере руля, а у поворотной
насадки — в верхней части ее корпуса. Конусное соединение должно
обеспечивать передачу крутящего момента рулевому органу со стороны
рулевой машины и надежно работать в любых условиях эксплуатации,
воспринимая дополнительные нагрузки от удара волн о перо руля.
Основные вопросы проектирования этого узла — выбор конусности,
длины конуса и способа крепления баллера.
Выбор конусности. Под конусностью К понимают отношение разности
диаметров двух поперечных сечений конуса к расстоянию между ними
K = = (139)
где ак — угол уклона конуса;
2ок—угол конуса (рис. 100).
В соединениях баллера с рулем (насадкой), съемного рудер-
писа — с подошиой ахтерштевня в соответствии с требованиями Реги-
стра рекомендуется принимать следующую конусность:
100. Расчетные схемы соединений баллёра
с рулем: а — элементы конуса; б — расчетная
схема шпонки.
I — ступица; 2 — баллер; 3 — шпонйа.
К 2ак а«
1 :7 8°6'4" 4°3'2"
в некоторых случаях допус- кают конусность
к 2ак
1 : 10 5°43'30" 2°51'45"
По правилам Германс- кого Ллойда конусность в этих соединениях должна быть
К 2ак ак
1 : 12 4°45'40" 2о22'50я
В рабочих чертежах обычно задают величины DK, /к и К, малый диа-
метр конуса получается в процессе обработки при заданных выше зна-
чениях элементов конуса.
Выбор длины конуса. Длину конуса необходимо выбирать исходя из
условий обеспечения приведенных выше требований к передаче крутящего
момента с учетом возможного расположения длины ступицы рулевого
органа. Длину конуса обычно принимают в пределах
/«-(1,5-2,0)0,
(140)
Согласно требованиям Регистра она не должна быть меньше 1,5£>к.
Длину ступицы устанавливают при разработке рабочий чертежей
рулевых органов, наружный диаметр .ее не должен превышать 2DK. При
этом учитывают возможное размещение призматической шпонки, длину
185
которой принимают в пределах (0,8-г-0,85) /к. Рабочее сечение шпонки
(произведение длины на ширину шпоики) определяют по формуле
ЗООО.МКр
' " dcp (4400 Ч-сг)
где Л4кр — условный расчетный крутящий момент, кгс-см, определяемый
по формулам (125), (128);
dcp — диаметр конуса на середине длины шпонки, см;
от — та же величина, что и в формуле (138).
Высоту шпонки принимают равной половине ее ширины.
Учитывая, что в таких соединениях применять гайки стандартной
конструкции нельзя, число ниток резьбы в гайке определяют по формуле
<142)
где d — диаметр головы баллера, см;
dK — наружный диаметр резьбы хвостовика баллера, который прини-
мают равным 0,9 наименьшего диаметра конуса, см;
dB — внутренний диаметр резьбы, см-
Рис. Ml. Уплотнение конуса баллера: а — в верхней части конуса;
б — в нижней части конуса.
— баллер, 2 — болт: 3 — груидбукса; 4 — ступица, 5 — опорная шайба;
б — резиновая прокладка: 7 — гайка баллера.
Высоту гайки принимают равной Н — Qfida, а наружный диаметр ее
d l,5dH. В конструкции этого соединения предусматривают надежный
стопор. Достаточность высоты гайки проверяется расчетом, так как при
увеличении угла конусности по сравнению с рекомендованным Регистром
гайка будет испытывать большую нагрузку.
Конус баллера с той и другой стороны должен иметь уплотнение
в виде резинового шнура, помещенного в выточках на торцах ступицы
(рис. 101). Может быть применено уплотнение иной конструкции. На вну-
тренней поверхности втулки для уменьшения пригоночной поверхности
иногда предусматривают полость, которую заполняют салом при поста-
новке баллера в ступицу. Проверку плотности прилегания конуса к сту-
пице производят, нанося на конец баллера ультрамарин, разведенный
в масле (лучше берлинскую лазурь). Перед постановкой баллера на место
на поверхность конуса наносят графит, разведенный в масле, что облегчает
демонтажные работы. Это требование должно быть оговорено в чертежах.
Расчет элементов шпонок в конусном соединении пера руля с балле-
ром (рис. 100). Длину шпонки назначают, как указывалось выше, или ее
можно выбрать исходя из условия равнопрочности со шпоночным соедине-
нием румпеля рулевой машины
откуда
р
/ш.к>--------- ЛЛ,
где Rp — радиус шейки баллера в месте посадки румпеля, мм;
RK — средний радиус конуса, мм;
/ш. р — длина шпОнки у румпеля, мм;
/ш.к —длина шпонки конусного соединения, мм.
Формула справедлива только при одинаковой высоте шпонок.
Усилие смятия паза баллера
П
р»« = кгс-
(ИЗ)
(144)
где 7ИНр — условный расчетный крутящий момент на баллере, кгс -м;
к-ш а,+4,
а — 0,25йш — поправка к радиусу баллера для точкц приложения
Л:«-б. слг;
— высота шпонки, см. принимаемая равной не менее 0,5 ее ши-
рины.
Площадь смятия паза баллера
^си. б ~ 4и. к см2, (145)
где h' — проекция высоты стенки паза баллера на радиус баллера, про-
ходящий через точку приложения усилия Рсм. б, см.
Напряжение смятия паза баллера
осм. б '= < [осн] = 0,8от кгс!см2. (146)
Усилие смятия паза конуса пера руля
= <147>
Исходя из того, что глубина паза баллера и глубина паза конуса пера
руля равны, считаем площадь смятия паза пера руля равной площади смя-
тия паза баллера
FCM. К ~ f см. б-
Напряжение смятия паза конуса пера руля
Осм. к — •jfe* < 1осм1 = 0.8og, кгс!см2. (146)
Учитывая, что материал шпонки обычно прочнее материала баллера
и ступицы рулевого органа, шпонку на смятие не проверяют.
При работе на срез паз баллера находится в худших услониях по
сравнению со шпонкой и пазом конуса ступицы рулевого органа, поэтому
на срез проверяют только паз баллера.
Усилие среза паза баллера
Рср.б= КгС- (149)
Площадь среза паза баллера
= Ь-1Ш.К см2, (150)
где b — ширина площади среза, см.
187
Напряжение среза паза баллера
тср.б = < [тср] = 0,4ог кгс/сма. (151)
Расчет обычно ведут на одну шпонку (при двух), вторая шпонка, если
она есть, и неучтенные силы трения конусной посадки баллера как бы
идут в запас надежности конусного соединения баллера с рулевым органом.
Размеры шпонки, принятые на основании приведенного расчета, про-
веряют, сопоставляя рабочее сечение шпонки, полученное по расчету,
с величиной /ш, определенной по формуле (141). Принятое рабочее сечение
шпонки должно быть
^иЛп. к =& /ш-
В горизонтальном фланцевом соединении иногда вместо шпонок при-
меняют шпоночные выступы на баллере или на фланце пера руля, которые,
однако, не могут заменить шпонки из-за трудности их пригонки. Скорее
они имеют значение как центрирующие части соединения. Изготовление
таких выступов затруднительно. При ремонте шпоночные выступы также
создают затруднения, так как без подъема баллера на величину выступа
они не позволяют произвести разворот фланцев баллера и пера руля.
Для удобства ремонта целесообразнее предусматривать съемные шпонки,
хотя, конечно, всякая шпонка, в том числе и съемная, затрудняет цен-
тровку руля с баллером.
Съемный рудерпост
Съемный рудерпост (шпиндель) одновременно служит принадлеж-
ностью ахтерштевня и руля. Проектирование его (определение прочных
размеров и расположение) ведут одновременно с разработкой пера руля и
его баллера. Съемный рудерпост (рис. 102) — неотъемлемая часть руля
типа «Симплекс». В отечественной судостроительной практике съемные
рудерпосты применяли в 1929 г. при строительстве лесовозов и рыболовных
траулеров. Тогда рудерпост выполняли с горизонтальным фланцем.
В новой конструкции верхняя часть рудерпоста имеет вертикальный фла-
нец, а нижняя часть — конус, входящий в пятку ахтерштевня и закрепля-
ющийся с нижней стороны с помощью гайки. Превмущество такой кон-
струкции заключается в том, что она допускает вертикальное смещение
рудерпоста при монтаже. - •
Элементы шпинделя — диаметры шеек верхнего и нижнего подшипни-
ков, конусное и фланцевое соединения регламентированы правилами клас-
сификационных обществ.
Диаметр шпинделя в любом сечении определяют по формуле
d1 (8,9}= 19>7 V (44007+Х)“ СЛ*’ <152)
где (8, д) —искомый диаметр шпинделя, слг;
от — меньшая из следующих трех величии:
предела текучести материала шпицделя, кгс!см*',
0,7 предела прочности материала шпинделя, кгс/см*",
4000 кгс!смй',
7WH3 7 (8 gj — максимальный изгибающий момент на участке диаметра
d, (или соответственно d8, de), кгс-м. При определении
М„3 шпиндель рассматривают как балку, жестко заделан-
ную на верхней жесткой и нижней упругой опорах и за-
188
груженную снламй, численно равными условным реак-
циям опор, там же приложенными. Упругость нижней
опоры учитывают, вводя в расчет ее коэффициент подат-
ливости, определяемый по формуле (129).
Диаметр шпинделя можно определять и другими методами, но во всех
случаях он .не должен быть меньше найденного по формуле
1,131'6/ см, (153)
где б и f — размеры поперечного сечения рудерпоста для данного судна,
см (см. рис. 90).
Ряс. 102. Расчетная схема съемного рудерпоста.
Размеры конуса шпинделя, его нарезанной части и гайки определяют
так же, как и для баллера, с той лишь разницей, что в формуле (139)
вместо DK принимают d,. Толщину рубашки шеек шпинделя определяют
по формуле (133), подставляя в нее диаметры соответствующих шеек, для
которых рассчитывается толщина рубашки.
Фланцевое соединение шпинделя имеет те же элементы, что н фланце-
вое соединение баллера, диаметр болтов этого соединения определяют по
формуле (138), в которой М принимают равным нулю, а Миз — изгиба-
ющему моменту у верхней опоры балки.
§ 16.^РУЛЕВЫЕ ШТЫРИ
В отечественном судостроении конструктивные размеры рулевых шты-
рей не регламентированы. В рулевом устройстве применяют штыри трех
типов: стопорные, опорно-упорные и опорные (рис. 103—105). Штыри всех
189
190
Рис. 105. Штыри руля танкера «Эссо Штутгарт» дедвейтом
47 495 т постройки 1959 г. (ФРГ); а — верхний штырь; б —
нижний штырь.
Рис. 104. Нижний штырь.
/ — ахтерштевень (пятка); 2 — бетонная за-
ливка; s — заглушка; 4 — чечевица (ка-
мень), 6 — штырь; 6 — петля руля. 7 —
втулка; 8 — футеровка (бакаутовая, лигно-
фолевая). 5 — рубашка; 10 — стопорное
кольцо; // — уплотнение резиновое.
1 — заглушка; 2 — рубашка; 3, S — втулки: 4 — ступица; 6 — упорные
кольца; 7 — уплотнение; 8 — гайка.
трех типов имеют конус. Конусом их устанавливают в рулевых петлях и
затягивают гайками, которые стопорятся шплинтами. Преимущество ко-
нусного соединения состоит в том, что оно при ослаблении штырей в петлях
позволяет выбрать слабину. Иногда штыри конусами располагают не
в рулевых, а в штевневых петлях. Это позволяет сменять втулки без подъ-
ема пера руля вверх.
Рекомендуется на морских судах штыри, имеющие диаметр 125 мм и
более, снабжать рубашкой. Рубашка на штырь может быть надета в горя-
чем состоянии. Принимают меры, чтобы на напрессованных рубашках
вода не проникала между рубашкой и телом штыря.
На судах внутреннего плавания допускается в качестве рубашки
штыря применять наплавку бронзой, с последующей обработкой до нуж-
ного диаметра.
Съемные и постоянные штыри
В описанных выше конструкциях рулей штыри были съемными. Од-
нако в отечественной практике, особенно на судах ледового плавания,
применяют конструкции рулевых штырей, представляющие собой части
пера руля или баллера (см. рис. 96, а).
Съемные штыри, несомненно, удобнее при монтажных работах, но их
конструкция' может оказаться уязвимой в тяжелых ледовых условиях>
Поэтому, например, на ледоколе «Сибиряков», штыри, хотя и съемные,
поставлены на клиньях и не имеют выступающих частей, подверженных
повреждению. По тем же причинам штыри руля дизель-электроходов
типа «Лена», «Обь» также не имеют никаких выступающих частей и защи-
щены от повреждений.
Как отступление от общего принципа установки съемных штырей,
иногда используют рудерпис, в качестве нижнего опорного штыря, выпу-
щенный за предеды пера руля. Такая конструкция принята на ледоколах
«Сибирь», «Северный полюс» и др. Но она осложняет ремонт особенно при
больших размерах пера руля и баллера, когда необходима механическая
обработка штыревого отростка рудерписа или рулевой рамы. Поэтому ниж-
ние штыри рекомендуется устанавливать съемными.
Камни (чечевицы). В качестве опор штырей иногда используют
камни (чечевицы). Их чаще делают коническими, но применяют также
камни со сферической поверхностью. Камии во избежание вращения ста-
вят на штифты. По центровой линии предусматривают в петле или пятке
канал для выбивания камня при ремонте. Этот канал используют при цен-
тровке штевневых петель. В отдельных случаях канал выполняют косым
(под углом), если он предназначен для выколотки втулок при их смене.
Обычно камень устанавливают внутри втулки (подшипника), когда она
запрессована, и под втулкой — если она легко выпрессовывается (с лнгно-
фолевым, бакаутовым набором). В ряде случаев камень располагают под
втулкой с таким расчетом, чтобы, выбивая камень через центральный ка-
нал, можно было выпрессовать и втулку.
Опорные камни (чечевицы) сменяют довольно часто и не только из-за
износа трущейся поверхности, но также нз-за коррозии, поэтому выбору
материала для камня и его термической обработке должно быть уделено
серьезное внимание. В современном судостроении камни как опоры штырей
применяют все реже.
Диаметры штырей
Диаметры .штырей должны быть не менее определенных по формуле
<1S4>
192
конусной части (см. рис. 103).
где da — диаметр штыря без рубашки, а при установке рубашки диаметр
под ее посадку, см;
А — соответствующая условная реакция опоры, кгс;
от — величина, принимаемая так же, как при расчете поформуле (152).
Штырь имеет конусную часть, предназначенную для его закрепления
в петле руля или пятке ахтерштевня. Длину конусной части принимают
3» 1,20 а конусность по диаметру не должна превышать 1:7 Обычно
ее принимают I : 5, но при этом переход от цилиндрической поверхности
к конусу не должен иметь уступа. При установке штыря на место особое
внимание обращают на уплотнение его ‘
Хвостовик штыря имеет нарезку,
наружный диаметр которой принимают
d,i— 0,8dK, где d'K — малый диаметр ко-
нуса штыря.
Наружный диаметр гайки штыря
принимают равным l,5dL, а высоту ее
И — 0,6dK. Для предотвращения само-
отдачи гайку стопорят при помощи не
менее чем двух приварных планок или
одной приварной планки и шплинта.
Если штырь снабжен рубашкой,
то ее толщину определяют по фор-
муле (133).
Петли штырей. Толщину материа-
ла петель руля и ахтерштевня за пре-
делами отвезти я для штыря или
втулки принимают равной 0,5г/ш. При
этом определяют по формуле (154),
но вместо предела текучести материала
штырей в нее подставляется предел
текучести материала петель руля или
ахтерштевня. Высота петли должна
быть не менее 1,2<4Ш. Толщину метал-
лических втулок, подлежащих запрессо-
ванию в петли руля или ахтерштевня,
определяют по формуле (133).
Рис. 106. Подшипники руля морского
парома «Советский Азербайджан»:
а — верхний опорно-упорный; б —
нижний опорный; в — пятки руля —
опорный.
1 — упорный хомут нз двух половил: 2 —
шарикоподшипник; 8, в. И — корпус под-
шипника; 4 — стопорный хомут из двух
половин; а — баллер: б — набивка; 7,
72 — втулка; 2, 10 г~ упорное кольцо.
13 — нижняя часть штевня (лыжина).
§ 16. ПОДШИПНИКИ РУЛЕЙ
Подшипники рулей подразделяют
то их назначению на упорные, опор-
ао-упорные и опорные. По месту распо-
ложения подшипники (рис. 106) делят
ia следующие группы:
подшипник пятки руля, располо-
кенный в нижней части ахтерштевня —
годошве (лыжине);
нижний, расположенный над гельм-
гортом;
верхний, расположенный в верх-
юй части под палубой или на палубе, над рулевой машиной;
промежуточный, расположенный между нижним и верхним подшип-
никами.
При использовании штырей в качестве опор руля различают в зависи-
юсти от места расположения штырей:
13 Заказ 1836
193
подшипник пятки руля, расположенный в нижней части актер-
штевня, лыжине;
подшипник нижнего штыря, расположенный выше подшипника пятки
ахтерштевня, в его петле;
подшипник среднего штыря, распбложенный в средней петле ахтер-
штевня;
подшипник верхнего штыря, расположенный в верхней петле ахтер-
штевня.
В отечественном и зарубежном судостроении нашло применение
много конструкций подшипников рулей. Ниже рассмотрим некоторые из
них.
Упорные подшипники
К упорным подшипникам относят те, которые воспринимают вес руля.
Конструкция Этих подшипников может быть разнообразной, но используют
в основном три типа:
шариковые;
пластинчатые с плавающими кольцами;
конические (клиновые).
Первый тип. Наиболее широкое распространение .получили подшип-
ники качения при использовании
Рис. 107. Упорный Нгариковый подшип-
ник руля танкера «Пекин».
/ — корпус; 2 — предохранительное кольцо;
S — шарикоподшипник; 4 — колпачковая
масленка; 5 — уплотнение: б — нажимное
сальниковое кольцо; 7 — упорное кольцо из
двух половин.
стандартных шариковых подшипни-
ков. Такой подшипник (рис. 107)
состоит из корпуса, предохранитель-
ного кольца, шарикоподшипника,
колпачковых масленок, уплотни-
тельного шнура, прижимаемого
кольцом сальника при'яомощи шпи-
лек, с гайками, и упорного кольца из
двух половин, закрепленного на бал-
лере. Подшипник устанавливают не-
посредственно над гельмпортом.
Второй тип. Упорные пластин-
чатые подшипники (рис. 108, а) в
верхней опорной части корпуса
имеют масляную ванну, в которой
помещены три плоских плавающих
кольца, на верхнее из них опирается
упорное кольцо (бугель из двух по-
ловин), закрепленное на баллере.
Среднее плавающее кольцо выпол-
няют из бронзы или стальным с по-
следующей закалкой. Такой подшип-
ник тоже устанавливают над гельм-
портом.
Третий тип. Подшипник кони-
ческий (см. рис. 108, б, в) имеет в кор-
пусе вместо горизонтальных плаваю-
щих колец кольцо с конической опор-
ной поверхностью, на которую опи-
рается ступица, закрепленная* на
баллере руля. Подшипники пластинчатые и конические на рабочих
поверхностях имеют канавкк для смазкй.
Основной недостаток упорных подшипников первого типа — они
стесняют и усложняют смену сальниковой набивки опорного подшипника,
расположенного ниже упорного, а условия выполнения этой операции
194
13*
.IS5-
должны быть’благоприятными и потому лучше при проектировании удли-
нить баллер и установить верхний подшипник, чем усложнять повседнев-
ное наблюдение за’их работой и затруднять смену сальниковой набивки
в эксплуатационных условиях.
Опорно-упорные подшипники
Опорно-упорные подшипники воспринимают давление боковых сил,
действующих на руль, и одновременно воспринимают вес самого руля.
В отечественном судостроении нашли применение подшипники следующих
типов:
упорный и опорные подшипники руля, смонтированные в гельмпорто-
вой трубе (рис 109). Такую схему размещения подшипников принимают
в основном на судах внутреннего и смешан-
ного плавания постройки завода «Красное
Сормово». Ее достоинство состоит в том, что
весь узел опор баллера изготовляют и соби-
рают'в цеховых условиях, это повышает его
качество. Он набирается из унифицирован-
ных элементов упорного и опорных подшип-
ников. К недостаткам такой конструкции
следует отнести невозможность наблюдать за
работой нижнего подшипника в период на-
подшипники руля, смонтиро-
ванные в гельмпортовой трубе.
J— корпус нижнего подшипника;
2 — втулка биметаллическая;
з — гелынпортовая труба; 4 —
верхний подшипник: 5 — корпус
упорного подшипника; б — упор-
ный шариковый подшипник
Рис. 109. Упорный и опорный Рис. 110. Подшипник опорно-упорный с биметалличес-
---------- ---- ----_--- Koft втулкой.
/ — корпус подшипника, 2 — втулка стальная с наплавкой
бронзы толщиной 10 мм; 3 — упорный шарикоподшипник,
вигации. Основные размеры узла приведены
в табл. 31;
опорно-упорный подшипник (рис. НО),
сочетающий в себе опорный подшипник
скольжения, снабженный биметаллической втулкой, и упорный шари-
ковый подшипник, поддерживаемый корпусом подшипника скольже-
ния. На верхнюю обойму шарикоподшипника опирается упорное кольцо,
закрепленное на баллере. Такая конструкция наиболее проста и
может быть рекомендована к применению на вновь строящихся судах
(морских и внутреннего плавания) в качестве верхнего подшипника. Под-
шипник устанавливают на фундаменте, расположенном над или под пвлу-
бой. В случае установки над палубой прибегают к закрытию его кожухом.
196
Таблица 31
Основные размеры (лл) упорного и опорных подшипников,
смонтированных в гельмпортовой трубе (рис. 109)
Шарикоподшипник Во Вф в2 в3 в4 с Но h Вес, кг
D Di № по ГОСТ 6474-54
280 200 8240Л 210 670 300 340 410 20 460 90 593
300 220 8244Л 230 670 380 420 500 20 480 90 655
'300 240 8148Л 250 750 420 460 540 20 490 90 767
350 280 8156Л 290 750 450 500 600 25 520 95 958
420 340 8156Л 350 1000 480 530 630 25 600 115 1123
Подшипник смазывают при помощи пресс-масленки. Основные размеры
подшипников этого типа приведены в табл. 32. В ЗИП необходимо преду-
сматривать шариковый подшипник в сборе;
Таблица 32.
Основные размеры опорно-упорных подшипников (рис. ПО), мм
Шарикоподшипник Подшипник Вес,
в целом. втулка Корпус
ГОСТ 6874-54 ви вон D 6 вэ в4 Вф Йф Вф Як hK d кол-во от- верстий под бол- ты, шт.
8228Л 200 140 150 15 235 210 470 30 60 205 ПО М24 8 70
8230Л 215 150 160 15 260 280 500 30 60 220 120 М24 8 77
8236Л 250 180 190 15 285 250 570 30 60 255 150 М24 8 106
8240Л 280 200 210 15 315 275 630 30 70 280 17Q МЗО 8 123
8244Л 300 220 230 15 335 310 670 гЖ 70 305 185 МЗО 8 151
8148Л 300 240 250 15 345 330 690 30 70 305 205 МЗО 8 166
8156Л 350 280 300 20 405 400 810 40 70 365 240 МЗО 8 272
__8168Л 420 340 360 20 475 480 950 50 120_ 435 290 М42 8 492
опорно-упорный роликовый подшипник (см. рис. III) состоит из кор-
пуса, уплотнения, маслораспределительного кольца, роликоподшипника,
нажимной гайки и крышки подшипника. Роликовый подшипник насажи-
вают на конусную шейку баллера (конус I : 12). Смазка в маслораспреде-
лительное кольцо подается под давлением 0,2 кгс!сн2 (избыточным). Это
обеспечивает надежную защиту подшипника от попадания воды. Подшип-
ник предназначен в качестве нижнего, расположенного непосредственно
над гельмпортом- На отечественных судах он получил положительную
оценку, рекомендуется в новом судостроении для рулей крупнотоннажных
судов. При этом необходимо в ЗИП предусматривать роликовый подшипник
и резиновые элементы уплотнения;
опорно-упорный подшипник скольжения (см. рис. 112), сочетающий
опорный подшипник, снабженный бронзовой или биметаллической втул-
кой, и упорный конический подшипник. Состоит из корпуса, втулки,
'197
198
цпонки опорного кольца и упорной части подшипника, сальника и упор-
:ого кольца, закрепленного на баллере. Его используют на морских
удах отечественной и иностранной постройки в качестве нижнего и также
асполагают над гельмпортом.
Однако конструкция этого подшипника сложнее рассмотренных
ыше, более металлоемка и трудоемка, поэтому подшипники первых двух
ипов предпочтительнее.
Опорно-упорный подшипник (рис. 113), сочетающий опорный подшип-
ик скольжения и упорный шариковый подшипник. Подшипник имеет
альниковое уплотнение. Смазка подводится и подается при помощи тру-
опровода и пресс-масленки. Такие опоры применяют в качестве нижнего
одшипника руля. Недостаток конструкции — сложность смены набивки
альника.
Опорные подшипники
На рис. 114 представлены однотипные опорные подшипники, состоя*
гие из корпуса, биметаллической втулки, сальниковой набивки и^ее на-
{имной втулки. Подшипник, показанный на рис. 114, б, предназначен для
становки на морских судах и судах внутреннего плавания в комплексе
подвесными рулями, когда необходимо опору баллера расположить как
ожно ниже в гельмпорте, чтобы разгрузить баллер. Исходя из этого верх-
яя часть корпуса с сальником удлинена с таким расчетом, чтобы сальник
асполагался выше грузовой ватерлинии не менее, чем на 100 мм.
Особенность этой конструкции — биметаллические втулки. Втулку
лполняют из стали, а на ее внутреннюю поверхность наплавляют бронзу
1И латунь. Толщина слоя после обработки должна быть 10 мм. Это позвб-
?ет сэкономить цветной металл. Основные размеры рассматриваемых
щшипников приведены в табл. 33.
Таблица 33
Основные размеры опорных подшипников (рис. 114), мм
ТУЛКИ Корпус Вес, кг
6 D3 о* Оф РФ нк Лк Йф Лг количе- ство от- верстий под бол- ты, шт. (рис. 114. а) (рис. 114,6)
(рис. 114, в) (рис. 114,
0 15 295 400 330 670 70 360 550 170 40 мзо 8 252 307
0 15 315 420 350 670 70 380 600 180 40 мзо 8 265 338
0 15 345 450 385 750 70 410 620 200 40 мзо 8 329 402
0 20 370 475 405 7501 70 440 650 220 40 мзо 8 380 438
20 465 570 490 1000] 120 Ь550 750 300 50 М42 8 646 745
20 510 615 540 1000 120 .590 “800 330 50 М42 8 750 360
25 540 645 580 1100 120 620'; 850 350 50 •М42 8 890 1046
25 570 675 610 1100 120 660 880 400 500 М42 8 970 1093
Промежуточные опорные подшипники
На рис. .115 показаны подшипники, предназначенные для установки
тоскости палуб (платформ), когда баллер удлинен и нужна промежуточ*
опора между верхним и нижним подшипниками. Их устанавливают
199
также в том случае, если нижний подшипник помещен в гельмпортовой
трубе. Это можно допустить только на судах внутреннего плавания, на ко-
торых подшипники осматривают и ремонтируют в межнавигационный пе-
риод. На судах морских и смешанного
плавания подшипники рулей должны быть
открытыми и доступными для наблюдения
и осмотра.
Рве. 115. Расположение под-
шипников на морском теп-
лоходе дедвейтом 12 000 т
I — опорно-упорный подшип
ник; 11—промежуточный
опорный подшипник.
! — баллер, 2 — рубашка Из
хромоникелевой стала; 3 -
корпус подшипника. 4 — пласт-
массовая футеровка; S —
разъемная втулка, 6 — сто
норный хомут разъемный; 7 —
твиндек: 8— опорно-упорный
подшипник.
Рис. 114. Опорные подшипники: и—опор-
ный' подшипник с сальником; б — опорный
подшипник с удлиненным корпусом и саль-
ником.
1 — втулка: 2 — корпус; 3 — сальниковая на-
бивка; 4 — нажимная втулка.
Опорные подшипники пера руля при съемном рудерпосте
Перо руля в этом случае имеет два подшипника, корпуса которых
выполняю^ в виде стальных литых стаканов и располагают по концам
трубы, вваренной в перо руля. Подшипники снабжают бронзовыми втул-
ками, футерованными бакаутовыми или лигнофолевыми сегментами при
диаметре до 400 лии, а при диаметре более 400 ли! — текстолитовыми сег-
ментами. Толщина и ширина сегментов зависят от диаметра шейки рудер-
поста. Чтобы предотвратить выпадание сегментов, в нижней части под-
шипника приваривают упорное кольцо, которое одновременно служит
стопором для сегментов и упорным подшипником при проседании руля.
На рис. 116 показано крепление подшипников в пере руля в сочетании
со съемным рудерпостом (шпинделем).
200
Узел A
Рис. 116. Крепление подшипников в пере руля сукогрузного судна «Уссурийск»:
а — верхний подшипник; б — нижний подшипник.
подшипника;
вое уплотнение конуса хвостовика рудерпоста
201
Подшипники штырей
Подшипники штырей — это втулки, запрессованные в штевневые или
рулевые петли (см, рис. 103—105). Втулки устанавливают с таким расче-
том, чтобы их можно было вынуть вниз без съема пера руля и снизу запрес-
совать новые. Штыри в паре трения — это обычно сталь по бронзе или
бронза по бронзе и весьма редко сталь по стали. Чаще всего втулки штырей
делают из бронзы, толщину нх стенок определяют по формуле (133).
Штыри, имеющие рубашку из бронзы или нержавеющей стал.и, обычно
работают в паре с бакаутом, лигнофолем или текстолитом. Бакаут или лиг-
нофоль набирают в виде целых колец »так, чтобы торец их был обращен
к рабочей поверхности штыря. Кроме такого набора, подшипники могут
быть набраны «в бочку» из сегментов бакаута или лигнофол я, толщина ко-
торых должна быть не менее 22 мм. Такие подшипники при водяной смазке
работают долго. Смена их не вызывает затруднений и выполняется обычно
без подъема руля. Выпаданию сегментов из бочкообразного подшипника
мешает стопорное кольцо, закрепленное в нижней части подшипника при
помощи бронзовых винтов.
Опорные кольца рулей
Применяют два типа опорных колец: плоские и клиновые (трапецие-
видные). Толщина плоских колец (рис. 117) 15—25 мм, их наружный диа-
метр (1,5-*-1,7) dm, где — диаметр штыря. Рабочие поверхности колец
канавок не имеют. Кольца крепят при помощи 6—8 бронзовых винтов с по-
тайными головками.
Клиновые кольца на рабочей поверхности имеют канавки, расширя-
ющиеся в сторону наружного диаметра кольца. Канавки служат для
смазки рабочих поверхностей водой и для промывки. Каждое кольпо
202
•устанавливают с углублением в штевень или перо руля на величину
§—10 мм, закрепляя его при помощи сварки. Размеры колец приведены
в табл. 34 и 35.
Таблица 34
Размеры пластинчатых опорных колец {рис. 117, а н б), мм
Диаметр штыря ° О1 Л dL d. Материал
130 20 20 . Двойные (рис 40 I 132 117, с) 260
260 20 4» 265 335 Бронза или_сталь
280 28 28 Тройные (рис 84 | 290 117. 61 «0 То же
Таблица ЗБ
Размеры клиновых опорных колец (рис. 117, в). aim
' Диаметр штыря dui dt d2 b a c Cl 4. cs h 'i
юо 140 250 32 32 20 20 5 10 10 20 52 2.5 5
160 176 256 19 19 9 9 5 10 10 — 28 ' 2,5 5
230 255 365 30 30 20 20 5 10 10 20 50 2.5 5
270 288 434 40 40 25 25 5 10 10 20 65 2,5 5
270 530 770 63 63 34 34 5 10 10 20 99 2.5 5
315 340 500 40 40 25 25 7 10 14 20 65 3,5 5
355 377 537 40 40 30 30 7 10 10 20 70 3,5 5
386 406 S66 40 Л0 30 30 7 10 10 20 70 3.5 5
Уплотнительные набивки
В качестве уплотнительной набивки сальников подшипников рулей
применяют мягкие набивки, пропитанные антифрикционным составом:
хлопчатобумажную, пропитанную (ХБП) и пеньковую пропитанную (ПП)
по ГОСТ 5152—*-62, Набивка представляет собой шнур сквозного плетения
квадратного сечения со стороной квадрата 4, 6, 8, 10, 13, 16, 19, 22, 25
и 28 мм. В соответстаии с ГОСТ 5152—62 рекомендуется применять пень-
ковую пропитанную набивку на морских судах при соприкосновении с со-
леной водой. Наряду с пеньковой широкое применение как на морских,
так и на судах внутреннего плавания получила набивка хлопчатобумаж-
ная пропитанная (ХБП), Эта набивка благодаря большой упругости и
тонкости волокон лучше пеньковой. Она прошла длительное испытание
в качестве набивки сальников подшипников рудей и дейдвудов на судах
морских, смешанного и внутреннего плавания. Набивку для сальников
нижних подшипников рулей следует принимать однотипной с набивкой
203
дейдвудных сальников. Такая унификация приводит к сокращению марок
набивок, принимаемых на судно в ЗИП.
Набивка сальников подшипников рулей должна выдерживать давле-
ние извне не мёнее 2—3 м вод. ст. Для надежного уплотнения сальник
Должен иметь 5—6 колец — на морских и смешанного плавания судах и
4—5 колец — на судах внутреннего плавания. При меньшем количестве
набивочных колец не обеспечивается водонепроницаемость и потребуется
частая смена набивки. В рабочих чертежах указывают, что концы колец
(замки) набивки надо срезать наискось острым ножом так, чтобы они
перекрывали друг друга. Замки двух смежных колец размещают под углом
180°, а при трех кольцах — под'углом 120е.
Размер набивки (сторону квадрата) определяют по формуле
b = 2VdMM, (155)
где d — диаметр баллера в районе сальника, мм.
Высота слоя набивки в сальнике после ее сжатия
h = mb [ 1 — -pjQ ) мм, (155)
где т — количество слоев (колец) набивки;
b — размер набивки;
Д = 10.
Определение основных размеров подшипников и втулок
для штырей руля по данным классификационных обществ
Под трущейся поверхностью подшипников и втулок штырей руля по-
нимают произведение
Fn hd смй, (157)
где h — высота трушейся поверхности подшипника баллера (шпинделя)
или штыря руля, см;
d — диаметр шейки баллера (шпинделя) или штыря, измеренный по
наружной стороне их рубашек, если они установлены, см.
Высота h трущейся поверхности подшипника баллера (шпинделя)
или штыря регламентируется классификационными обществами (см.
табл. 36), однако во всех случаях она не должна быть менее диаметра d и
более l,2d, а у подвесных рулей она должна быть (1,4-5-1,5) d.
Трущуюся поверхность Fn определяют исходя из материала трущейся
пары и допускаемого удельного давления
- А см', (1S8)
где А — максимальное усилие, действующее на подшипник баллера
(шпинделя), втулку штыря руля, равное соответствующей услов-
ной реакции опоры, кгс;
Р — удельное давление, допускаемое для данной трущейся пары,
кгс!см2;
Величина удельного давления Р на подшипник или втулку штыря
регламентируется классификационными обществами и принимается по
табл. 37. Использовать - для трущейся пары одноименные материалы,
а также разные материалы с одинаковой твердостью не рекомендуется.
В качестве материала опорной части подшипников в этом случае принимают
бакаут, лигнофоль, текстолит или синтетические материалы. Толщину
204
Таблица 36
Элементы подшипников рулей, рекомендуемые классификационными обществами
Классификационное общество Высота подшипника, втулки, петли, мм Толщина, мм
стенки втулки петли бакаутовой (лигнофолевой) футеровки
Регистр СССР Бюро Веритас Американское Бю ро Судоходства Германский Ллойд Норвежский Вери- Ниппон Кайджи Киокай (1-1.2) d (1-1.2) S. l,2d Не менее i.Orf (14-1,2) d (I.O-s-1,2) d I Ad l.5d 0,04d>8,0 Не менее 22,0 20 Не менее 22,0
Д — диаметр рабочей шейки баллера, шпинделя, штыря, измеренный по наружной поверхности рубашки, ее л и она установлена
Таблица 37
Допускаемые удельные давления на подшипник руля
Трущаяся пара Удельное давление, кгс/сл?. при смазке
ВОДОЙ маслом водой водой | маслом
Регнст СССР Герман- ский Ллойд , Норвежский Веритас
Нержавеющая сталь — по бронзе или наоборот Бронза — по нержавеющей стали или наоборот Сталь: по белому металлу (баббиту) » синтетическим материалам Нержавеющая сталь или бронза— по бакауту 40 45 15 100 100 35 25 45 20 14 30
сегментов футеровки подшипников принимают с учетом рекомендаций
классификационных обществ-(см. табл. 37).
Подшипники шпинделя руля (см. рис. 116) во всех случаях подлежат
проверке на удельное давление, допустимые значения которого приведены
в табл. 37.
Если опорные подшипники, размеры которых установлены выше,
принимают в комплексе рулевого устройства, то они также должны быть
проверены на допускаемое удельное давление, которое не должно быть
больше соответствующего табличного значения.
Упорные подшипники необходимо выбирать исходя из суммарного
веса пера руля, баллера и других деталей, который они воспринимают.
205
§ 17. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ МОНТАЖА Н ДЕМОНТАЖА РУЛЕЙ
Осевое перемещение руля. Руль под воздействием внешних сил в экс-
плуатационных условиях получает незначительное осевое перемещение,
которое отрицательно сказывается на работе рулевой машины. Поэтому
предусматривают надежные ограничители, предохраняющие рули от осе-
вого смещения и соскакивания с петель. Такими ограничителями могут
быть:
один или два рулевых штыря (обычно верхний), снабженных стопор-
ной Головкой, стопорным кольцом или стопорной гайкой с шайбой;
обыкновенный съемный стопор, представляющий собой отрезок поло-
собульба, установленный на ахтерштевне и закрепленный с помощью бол-
тов или сварки;
съемные стопорные кольца из двух половин, устанавливаемые на бал-
лере;
буртик на баллере руля, упирающийся в корпус разъемного под-
шипника;
само перо руля, когда оно расположено близко к корпусу судна.
Кроме этих ограничителей в конструкциях подшипников предусматри-
вают ограничение осевого перемещения баллера. В тех случаях, когда
часть пера руля расположена между петлями, сами петли играют роль
стопора, так как при воздействии, внешней силы на перо руля снизу петли
упираются друг в друга. Иногда в качестве стопоров используют обтека-
тели пера руля, установленные между петлями, однако их нельзя считать
надежными, так как они часто получают повреждения.
Исходя из условий съемки пера руля на плаву наиболее удачным сто-
пором служит стопорное кольцо (хомут) из двух половин, устанавливаемое
на баллере руля и доступное для осмотра и демонтажа. Буртик (стопорный)
на баллере менее удачен, так как требует установки более сложного разъ-
емного подшипника. Зазор между упорной плоскостью кольца (стопора)
и корпусом подшипника или иным упором при установке электрогидравли-
ческих плунжерных рулевых машин не должен превышать 5 мм — при
баллерах с диаметром головы до 300 мм и 10 мм - при баллерах большего
диаметра.
Монтаж и демонтаж рулевого органа может быть произведен в сборе
с баллером или по отдельности. Если условия стапеля и конструкция
гельмпорта позволяют выполнить монтаж собранного "В цеховых условиях
рулевого органа с баллером, то такой способ Следует предпочесть. В совре-
менных условиях, однако, большей частью применяют второй способ —
раздельный монтаж баллера и рулевого органа.
При проектировании рулевого устройства обычно проверяют возмож-
ность монтажа и демонтажа обоими способами. Кроме того, выясняют воз-
можность съемки пера руля без подъема баллера. В некоторых случаях
в доказательство того, что для монтажных работ все предусмотрено, на
чертежах показывают фланцы баллера и пера руля’ развернутыми на нуж-
ное количество градусов, чтобы баллер и перо руля можно было бы незави-
симо друг от друга поднимать и снимать. На схеме рулевого устройства
необходимо также показать все критические положения руля и его Частей
при подъеме или спуске, проверить выход штырей из петель, а также доста-
точность всех зазоров между деталями руля н между ними и корпусом.
При проработке должны быть решены следующие основные вопросы, свя-
занные с монтажом и демонтажем руля:
местоположение и габариты съемных частей пера руля, обеспечива-
ющие монтаж и демонтаж руля;
208
форма гельмпорта и раструба гельмпортовой трубы;
форма баллера;
местоположение и форма разъемных конструкций (подшипники, петли,
стопоры);
размеры вырезов в палубах н платформах;
расположение деталей, предназначенных для обслуживания монтаж-
ных работ на палубе, под палубой, на наружной обшивке и пере руля;
расположение и конструкция временных и постоянных монтажных
опор;
средства погрузки и выгрузки тяжелых деталей.
Такая проработка позволяет облегчить и сократить^ время демонтажа
и монтажа рулевого устройства как при постройке судна, так и при судо-
ремонте.
Отметим, что на основании этой проработки устанавливают не вре-
менно, а постоянно необходимые детали для монтажных и демонтажных
работ на палубе, под палубой, на наружной обшивке и пере руля: обухи,
рымы,-направляющие блоки и т. д. Отсутствие этих деталей приводит к не-
обходимости установки временных обухов в период судоремонта, что
в свою очередь создает задержку демонтажных работ, удлиняет стоянку
судна в доке.
На рис. 118 приведена схема выема баллера в бок, на борт и подъема
пера руля. Схема позволила выявить: форму сечения гельмпортовой
трубы, защиту ее отверстия съемным листом, размеры вырезов в палубах,
конструкцию подшипников баллера руля, расположение и конструкцию
наружных обухов и вварных трубок в пере руля.
На рис. 119 приведена схема выема баллера на танкере «Казбек».
По этой, схеме перо руля поднимают на величину, достаточную для выхода
верхнего штыря. Для подъема пера руля баллер поднимают, углубляя
его в гельмпорт, который соответственно расширен.
Из рис. 119 следует, что баллер может быть погружен сверху и вы-
гружен вверх, через палубные вырезы. Показан также выем баллера вниз, .
что считают предпочтительнее.
В некоторых случаях для демонтажа руля необходимо приподнять
баллер на небольшую высоту — около 50—100 мм. Для этого применяют
специальное приспособление, показанное на рис. 120. Оно' состоит из
хомута, закрепленного на баллере и по концам имеющего гайки с цапфами.
Между обухами, приваренными к фундаменту подшипника, тоже уста-
новлены гайки, имеющие цапфы. В гайки ввернут винт с метрической или
трапецеидальной резьбой, имеющий с одного конца правую, а с другого —
левую нарезку. В средней части этого винта насажено храповое колесо.
Вращая с помощью Трещотки и рычага винты, можно поднять или опустить
баллер на величину, равную длине одного конца винта. Усилие на рычаге
трещотки не должно превышать 12 кг, но прочность рычага рассчитывают
на усилие 50 кг. Приспособление для подъема баллера рассчитывают на
нагрузку равную весу баллера и пера руля.
Иногда применяют приспособление, в котором винты с гайками
заменены двумя гидравлическими домкратами. Такую схему используют
при диаметре баллера свыше 250 мм. Она надежно работает на судах
типа «Забайкалье» при диаметре баллера 375 мм и подъемном весе 16,0 т.
Усилие на рукоятке насоса гидравлического домкрата тоже не* должно
быть больше 12 кг.
Нередко при демонтаже баллера необходимо поднять рулевую ма-
шину или демонтировать некоторые ее части. Тогда прибегают к установке
направляющих блоков, прикрепленных к набору под палубой, через ко-
торые проходит стальной канат, поднимающий нужную часть с помощью
207
208
талей (рис. 121). Для подъема баллера в этом случае устанавливают
другие тали, подвешенные к набору надстройки.
Вырезы в палубах для монтажных и демонтажных работ. Для подъема
и съемки руля как судовыми,, так и береговыми средстаами предусматри-
вают вырезы в палубах. Их размеры определяют по схеме демонтажа
руля. Отверстия вырезов обычно делают в палубах над опорными (упорно-
опорными) подшипниками, расположенными в корпусе судна. После
монтажа рулевого устройства отверстия в палубах заделывают при помощи
съемных водонепроницаемых крышек, закрепленных бронзовыми вин-
тами.
Монтаж руля. При проектировании нередко исходя из условий мон-
тажа и демонтажа руля приходят к необходимости выполнения баллера
из двух или трех частей. В этих случаях соединения частей баллера могут
5
Рис. 120. Приспособление для подъема баллера рулевого органа.
/ — трещотка; 2 — съемный рычаг; 3 — внят; 4 — гайка с цапфами; 5 — положение рыча-
гов по-лоходному; 6 — хомут с двумя гайками.
быть различными, в частности при помощи фланцевых или чаще разъ-
емных муфт. Разъемные соединения баллера создают следующие преиму-
щества:
при большой длине баллера разъемные соединения упрощают монтаж
(демонтаж) баллера;
при монтаже (демонтаже) рулевого органа появляется возможность,
отдав муфту, снять или поставить на опору часть баллера, прилегающую
к рулевому органу, не трогая рулевую машину, соединенную с верхней
частью»баллера.
Соединительные муфты могут быть полезными и при ходе в ледовых
условиях. Для предохранений баллера от разрушения муфта может
быть использована как «слабое звено» в его конструкции. На некоторых
судах, предназначенных для плавания в ледовых условиях, предусмотрены
два соединения баллера с помощью муфт, тогда верхнюю муфту исполь-
зуют в качестве стопора, ограничивающего поворот руля на угол ±35°.
В этом случае одна из половин муфты имеет удлиненные фланцы-рычаги,
которые, доходя до упоров, ограничивают перекладку руля. Применение
фланцевых муфт для соединения баллера имеет свои преимущества: это
14 Заказ 1836 2 09
Z1? '2tt №) 209 2M 207 ?05 205 209 205 202 201
Рис. 121. Приспособление для демонтажа рулевой машины и подъе!
I, 2 — тали; 3 — направляющей*'ролик: в — стальв
210
позволяет после демонтажа муфты монтировать и демонтировать нижнюю
часть баллера вниз через подшипник гельмлорта, без особых вырезов.
Приспособления для монтажа и демонтажа рулевых штырей. Для под-
вески штырей при их постановке или снятии предусматривают рымы,
ввернутые в тело штыря. В некоторых случаях рым закрепляют в штыре,
но целесообразнее рымы выполнять съемными (ввертными) стандартной
конструкции с хвостовиком, заканчивающимся прямоугольным выступом
толщиной, равной ширине прорези в пробке, ввернутой в тело штыря. При
постановке хвостовик рыма входит в прорезь пробки и ввертывается
в штырь вместе с вей. Такая конструкция рыма стала распространенной.
Применение съемного рыма допускает нормальную центровку рулевого
органа.
Подобный рым используют и для подъема баллера. В этом случае
при монтаже и демонтаже рым ввертывают в тело головы баллера. По-
походному рым обычно закрепляют в районе верхнего подшипника,
поблизости от головы баллера.
Приспособление для подъема баллера. Приспособление для частич-
ного подъема баллера необходимо на случай смены упорного подшипника
баллера, разобщения баллера с пером руля и т. д. Такое приспособление
желательно предусматривать на каждом судне, где диаметр головы баллера
больше 100 мм и в качестве упорного подшипника установлен подшипник
качения.
Рымы для подъема руля. Для подъема руля и демонтажа руля обычно
на обшивке корпуса судна предусматривают приварные рымы. В некоторых
случаях эти рымы, как выступающие части, создают помехи при ходе
судна и нередко служат причиной повреждений обшивки, поэтому их
срезают. Во избежание этого на современных отечественных судах стали
устанавливать ввертные рымы. В обшивку корпуса судна вваривается
литой стальной стакан, имеющий внутри нарезку. Одновременно с вверты-
1ллера: а, б — вцд на диаметральную плоскость; в — вид в нос.
1нат с наделенным на одном конце коушем.
211
ванием рыма в стакан ввертывают пробку. Она постоянно находится в ста-
кане и при ввертывании рыма защищает резьбу. Полость отверстия под
пробкой заполняют консистентной смазкой. Количество и места установки
стаканов для рымов определяют прн проектировании движительно>-руле-
вого комплекса и проработке демонтажа руля.
§ 18. МАСЛА И СМАЗКИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В РУЛЕВЫХ УСТРОЙСТВАХ
В рулевых устройствах много деталей и лар трения требуют смазки, а
гидросистемам необходима рабочая жидкость. В зависимости от условий
работы и материала трущейся пары применяют различные смазки. Так,
Рис. 122. Схема смазки
подшипников баллера кор-
мового рули
2 — верхний подшипник
баллера; S — трубопровод
смазки верхнего подшип-
ки нижнего подшипника;
, — 5 — пресс-масленка
например, если подшипники руля расположены за бортом в воде, то
смазкой является вода, окружающая их. К таким подшипникам отно-
сятся подшипники, расположенные в пятках рулей, внутри пера руля и
в гельмпорте (нижние подшипники). Обычно прокачку водой вертикально
расположенных подшипников не предусматривают. Смазка поверхности
трения упорных колец в нижней части руля производится также окру-
жающей водой.
212
213
В современных конструкциях для нижних (в гельмпорте), промежу-
точных и верхних подшипников — упорных, опорно-упорных и опор-
ных — обычно применяют консистентную смазку УС-3 ГОСТ 1033—51
или УСсА ГОСТ 3333—55. Смазка подается индивидуально к каждому
подшипнику по трубопро-
воду от пресс-масленок (см.
рис. 122, 123). В системе
трубопровода предусматри-
вают трехходовые краны,
позволяющие прокачивать
смазку поочередно одной
пресс-масленкой — к двум
подшипникам. Конструкция
пресс-масленки приведена на
рис. 124.
Колпачковые масленки
допустимы только при смазке
подшипников, диаметр кото-
рых не превышает 100 мм.
На современных боль-
шегрузных судах стали пре-
дусматривать автоматичес-
кую подачу смазки к тру-
щимся поверхностям, в том
числе и к подшипникам ру-
лей, расположенным в кор-
пусе судна. Автоматическая
Рис. 124. Пресс-масленки: а — большая; б, в — малые емкостью
500 и 1000 см».
/ — корпус; S — сетка (решетка); 8 — поршень с кожаным уплотне-
нием; 4 — винт; 5 — крышка; 6 — рукоятка (маховик), 7 — стопор;
8 — трубопровод подачи смазки.
подача смазки заслуживает внимания, но она должна быть составной
частью комплексной автоматизации на судах.
В табл. 38 и 39 приведены марки масел, которые рекомендуется
использовать в зависимости от температуры окружающей среды и условий
работы. Особое внимание обращается на то, что масла, применяемые
214
Таблица 38
Масла, рекомендуемые для смазки редукторов, зубчатых передач,
подшипников, резьбовых соединений и других трущихся поверхностей
Основные данные Веретен- АУ* трактор- АКЗп-6 Индуст- риальное 50* Авиационное МС-14 | МС-20
Номер норматива ГОСТ 1642—50 ГОСТ 1862—63 ГОСТ 1707—61 ГОСТ 1013—49
Температура, °C: * застывания не выше вспышки не ниже —45 -г 163 —40 +160 -20 +200 —30 +200 —18 +225
Рекомендуемые температуры при- менения, “С —35 до' + 100 —-30 до +100 —15 до +100 —25 до +80 —12 до +100
сст 12—14 40 42—58 91,7 157
°вт 2.1—2,4 5,7 6—7,8 12,5 2°
Кинематическая вязкость обычные условия + -к + + ' +
тропики + — + - +
• В тропически 50 маскам следует д холод к условиях при в сбавлять ингибито + «обходимое р ржавлен + ‘И к верете + иному АУ + и индуетри ильному
Таблица 39
Масла, рекомендуемые в качестве рабочих жидкостей для гидросистем
Основные данные Масла
АМГ-10 мвп
Номер норматива ГОСТ 67.94—53 ГОСТ 1805—51
Температура, °C: застывания не выше вспышки не ниже -70 +92 —60 +120
Кинематическая вязкость при 50° С ССТ 10 6,3—8,5
°вт 1.9 1,5—1,7
Примечание. В качестве рабочей жидкости гидросистем также может быть ис-
пользовано веретенное масло АУ по. ГОСТ 1642—SO и другие масла.
для смазки трущихся пар при работе в тропических условиях, должны
иметь ингибитор ржавления.
При эксплуатации, ремонте и консервации рулевых устройств при-
меняют, кроме масел, консистентные, консервационные и консистентно-
консервационные смазки. Рекомендуемые смазки приведены в табл. 40.
2J5
Таблица 40
12
сп Рекомендуемые смазки
Основные данные и область применения Консистентные Консерваци- онпая Консистентно-коисервациони ые
универсальная УС-3 графитирован- ная УСсА К-17 АМС-3 ЦИАТИМ-203 канатная ик
Номер нормативн ГОСТ 1033—51 ГОСТ 3333-55 ГОСТ 10877-64 ГОСТ 2712-52 ГОСТ ' 8773-63 ГОСТ 5570—50
Температура каплепадения, °C не ниже +90 + 77 - +95 4150 440
Рекомендуемая температура применения, 'С До +80 До +80 До 4100 До +100 -60 до+120 До +100
Кинематическая вазкость при 50° С СОТ •°вт . - - 9Q—160 12-20 - - 28-90 4-12
Область применения
Смазка подшипников, резьбовых соеди- нений и др. трущихся поверхностей, а также консервация наружных и вну- тренних поверхностей обычные условия - + + + -
тропики — - + -4- + -
холод 4 - + - + -
Смазка открытых зубчатых передач и др. высоконагруженных узлов трения обычные условия — + - - - -
тропики — - — + - -
холод — + — - - —
Смазка и консервация металлических канатов обычные условия - + •' — - + +
тропики — — - + +
холод - - - - + +
Таблица 41
Рекомендуемая вязкость масел для зубчатых передач
Материал зубчатых колес Вязкость, °ВУ при 55° С
Окружная скорость зубьев, м]сек
До 0,5 0,5—1,0 1,0—2,5 2,5—5,0 5,0—12,5
Чугун, бронза, пластмасса Сталь: 24 16 11 8 6
<тв =• 47-ь 100 кгс/мма 36 24 16 11 8
ов — 100-ь 125 кгс/мм9 36 36 24 16 11
се = 125-ь 150 кгс]мл& и все стали, цементированные или закаленные с поверх- ности 60 36 36 24 16
При консервации электрических контактов рекомендуется применять
медицинский вазелин по ГОСТ 3582—52.
В качестве антифрикционных смазочных материалов рекомендуется
применять
для редукторов, зубчатых передач и подшипников скольжения
масла — веретенное АУ, индустриальное — 50, автотракторное АКЗп-6
и авиационное МС-14 и МС-20 при сроке работы без замены — не более
800 час.;
для подшипников качения, резьбовых соединений и деталей, рабо-
тающих с трением, — смазку ЦИАТИМ-203 и АМС-3, при периодическом
добавлении по мере расхода;
для открытых зубчатых передач и других высоконагруженных узлов
трения — смазку УСсА при периодическом добавлении по мере расхода;
для стальных канатов — канатную смазку ИК со сроком действия
в течение трех месяцев.
Срок действия консервационных смазок К-17, АМС-3, ЦИАТИМ-203
и канатной смазки ПК — до одного года.
В качестве рабочих жидкостей гидросистем рекомендуется применять
масла АМГ-10 н МВП (см. табл. 39). ।
Рекомендуемые значения вязкости масел в зависимости от предела
прочности стали зубчатых колес и окружной скорости зубьев приведены
в табл. 41.
Применение иных масел и смазок, кроме указанных, не исключено,
но в то же время нежелательно, так как приводит к увеличению их типов
и марок, осложнению хранения и приобретения.
ГЛАВА V
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ РУЛЕВОГО УСТРОЙСТВА
НА ПРОЧНОСТЬ
Выше в главе IV рассмотрена последовательность расчета основных
деталей руля в соответствии с требованиями некоторых классификацион-
ных обществ, в том числе Регистра СССР и Речного Регистра РСФСР.
Размеры деталей, принятые в соответствии с рекомендациями, приведен-
ными в главе IV, обычно проверяют расчетом на прочность е учетом
механических качеств материала, применяемого для их изготовления^
Однако не для всех категорий судов можно получить размеры деталей
рулевых устройств по рекомендациям, приведенным в главе IV, в некоторых
случаях приходится прибегать к разработке конструкции и выполнять
расчет размеров деталей. Рассмотрим некоторые методы выполнения про-
верочных расчетов деталей рулевого устройства на прочность н расчетов
размеров деталей, не подпадающих под нормы классификационных об-
ществ.
В расчетах деталей рулевого устройства на прочность исходными
данными служат
гидродинамический крутящий момент на голове баллера рулевого
органа;
боковая гидродинамическая сила, действующая на руль (насадку);
механические качества материала, применяемого для изготовления
деталей.
Основные детали рулевого органа рассчитывают на следующие ре-
жимы:
I режим — нормальный, Л1к₽ при номинальном крутящем моменте
на голове баллера;
II режим — максимальный, Мкр.к, обеспечиваемый рулевой ма-
шиной;
III режим — стояночный, Л1ст — при стоянке электродвигателя под
•током (подрыв предохранительных клапанов у электрогидравлических
рулевых машин);
IV режим — аварийный, скручивание «слабого звена» баллера.
В проверочных расчетах основной показатель прочности детали —
коэффициент запаса прочности, который для этих режимов составляет:
при нормальном режиме п 5s 5,0;
при максимальном режиме п 5» 4,0;
при стояночном режиме или
срабатывании .предохрани-
тельных клапанов п 2,0;
при аварийном режиме (кроме
«слабого звена») п 1,5-
Допускаемое напряжение на изгиб принимают
Одон < 800 кгс!см\
218
В современном судостроении в качестве материала основных деталей —
баллера, рудерписа, штырей', соединительных муфт, болтов и т. д. —
применяют стали с пределом прочности при растяжении 44—65 кгс/ммв.
Стремиться к высокому пределу прочности материала не следует, так как
с его увеличением значительно уменьшаются значения относительного
удлинения 6, сужения ф и ударной вязкости а* — критериев качества ма-
териала. Вследствие этого применение сталей с пределом прочности при
растяжении более 70 кгс!ммй не рекомендуется. Окончательный выбор мате-
риала обычно производят после определения диаметра шейки баллера под
румпель рулевой машины, ориентируясь на предел прочности при растя-
жении 44 кгсЬиир. Если диаметр шейки баллера под румпель получается
больше диаметра отверстия под баллер в ступице румпеля, то делают
повторный расчет баллера для мате-
риала повышенной прочности, после
чего окончательно устанавливают
материал поковки баллера.
§ 18. РАСЧЕТ ДИАМЕТРА
БАЛЛЕРА РУЛЯ
В тех случаях, когда элементы
баллера проектируемого руля не
могут быть определены по Прави-
лам Регистра СССР или РСФСР,
их находят расчетным путем.
Рис. 125. Расчетная схема.
t — перо руля: 2 — нижний подшипник;
3 — баллер руля; 4 — румпель; 5 — верх-
ний подшипник; С — пятка руля
Максимальный крутящий момент на
баллере от давления воды на перо
руля Mjq,;
Боковая гидродинамическая сила, дей-
ствующая на перо руля Рп-
Вес пера руля.
Приняв расчетные схемы 19 и
27, приведенные в Справочнике1
(стр. 180), ,в расчете сделаем допу-
щения, что баллер заделан в подшип-
никах, пятка руля — свободная опора, которая не равноценна опоре
в подшипнике, центр давления воды на перо руля совпадает по высоте
с центром тяжести площади пера руля. Расчет ведем для трех характерных
сечений, как наиболее опасных (см. рис. 125).
Изгибающий момент в сечении I—I
Л4нз = ЬРп1г кгс-см.
(159)
где Рп.— боковая гидродинамическая сила, действующая на рулевой
орган;
4 — расстояние между центром нижней опоры и центром тяжести
площади пера руля;
k — коэффициент, учитывающий влияние пятки руля;
k — 1, если пятка руля не участвует в работе, т. е. руль подвесной;
k = 0,5 -=-0,6, если пятка руля участвует в работе.
1 Давыдов В. В., Маттес Н. В., Си в е р цен И. Н. Учебный справоч-
ная во прочности судов внутреннего-плавания. «Речной транспорт», 1958.
219
Если пятка руля представляет собой полноценную опору, то выра-
жение для изгибающего момента примет вид
. р /Й+Й?1—3&\
Л4^3 = ] кгс-см (160)
где I, li — показаны на рис. 125; ________
Л1[ -.= 0,ЗБЛ£, + 0,65 VЛ1Й + ЛЙ,: кгс-см.
Диаметр баллера в сечении I—I
0 Г м1
<161>
где Одоп — допускаемое напряжение для материала баллера,
кгс/сл2;
kt = 1,15 — надбавка, рекомендуемая для судов, плавающих в ледо-
' вых условиях.
Изгибающий момент в сечении П—II по расчетной схеме 27 «Спра-
вочника»
Л1£ « Д,(, — Рг Л <'--!£. кгс-см, (162)
*2
где
Rt = Рс ~ + <4^1. кгС;
Рс = кгс — изгибающая сила на баллере от действия рулевого
привода;
7Икр — максимальный крутящий момент на баллере от дав-
ления воды на перо руля, кгс-см;
R — радиус румпеля, см;
/2, 4 — приведены на рис. 125.
Подставляя в формулу (162) значения Ri, получим
М" = 0.35Л4" + 0,651 (Л1")'‘ + л<;:[ кгс-см.
Необходимый диаметр баллера в сечении II—II
з , и
оД^с“- (1м)
Изгибающий момент в сечении III—III
мй" - />, кгс-см. (165)
12
Шейка баллера в верхнем подшипнике крутящего момента от рулевой
машины не воспринимает, моментом от трения в этом подшипнике прене-
брегаем, из-за малого его значения.
Необходимый диаметр баллера в сечении III—III
где klt aRm — те же, что и в формуле (161).
220
Определение напряжений в материале баллера
при стояночном моменте электродвигателя секторной рулевой машины
Стояночный момент электродвигателя рулевой машины принимают
Л1СТ = (2+2,5) 7Икр.ы кгс‘см, (166)
где AfKp.м — крутящий момент, развиваемый рулевой машиной, кгс-см.
Сила, действующая на перо руля при стояночном моменте.
(167)
Мчах = кгс-см;
ц, — коэффициент, учитывающий потери на трение в подшипниках
баллера;
г — расстояние между центром тяжести пера руля и осью баллера,
см.
Изгибающий момент в сечении I—I
/Ида = 0,5PreaxZt КгС-СМ. (168)
Расчетный момент, суммируюший действие изгиба и кручения,
/Ир — 0,35/Ииа 4- 0,65). (Миэ)2 Ч- Л-Сах кгс-см.
Напряжение материала в сечении I—I
AfJ,
СГтях — —кгс/сж,
,пах 0,14
где 4 — диаметр баллера в сечении I—1.
Запас прочности
(169)
Изгибающий момент в сечении II—II
М" = Р;ах ----1) кгс-см, (170)
Plnax = -^L кгс;
/? — радиус румпеля;
/2, 4— приведены на рис. 125.
Расчетный момент
0,,'Й.И” + 0,65 ] ’ (ЛГЙТ+ЛЙ. юс-см.
Напряжение материала в сечении II—II
°тах = сиЙГ кгс!см
Запас прочности
221
Изгибающий момент в сечении III—III
лИ!1 = ₽„
*2
Напряжение в сечении III—III
ftfin
а"“ = -(ьйГкгЛА
Запас прочности
(171)
§ 20. ПРОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ БАЛЛЕРА
И ДРУГИХ ДЕТАЛЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ
Расчет баллера на прочность
Размеры элементов баллера приняты по Правилам Регистра СССР.
На рис. 126 представлена схема руля, имеющего три опоры. В качестве
рулевой принята секторная рулевая машина. Баллер в соединении с пером
руля рассматриваем как балку, лежащую на трех опорах, нагруженную
рулевой силой Рп, действующей на перо руля, и окружной силой на сек-
торе Рс. Делаем допущение, что силы Рп иРс действуют в одной плоскости.
Такое допущение в конечном результате даст некоторое увеличение запаса
прочности баллера. Кроме сил Рп и Рс в плоскости, перпендикулярной
к ним, действует сила от веса пера руля. Схема действующих сил Рп и Рс
и эпюры изгибающих моментов приведены на рис. 126.
Исходные данные для расчета
Диаметр, мм
баллера в нижнем подшипнике Z)B.n
головы баллера Dr. б
пятки Da
Материал баллера, марка
Предел текучести материала баллера, кгс/см2 ст ,
Номинальный крутящий момент ни баллере руля без учета трения, иге- см Мб
Максимальный крутящий момент, обеспечиваемый рулевой машиной, кгс-см Мкр
Расчетный угол перекладки руля, град. а.
Ниже показана последовательность проверочного расчета табличных
элементов баллера.
Крутящий момент на секторе с учетом потерь на трение в подшипни-
ках скольжения
кгссм, (172)
где 1] — коэффициент полезного действия опор 1 руля.
Окружное усилие на секторе рулевой машины
Р„ = -£кгс. (173)
где Рс — радиус сектора, см.
Для определения момента, действующего на опоре, а также реакций
в опорах используем соотношение углов поворота упругой кривой
222
Полагая — = 2, получим момент на средней опоре
Л1,=
Ма12
---- кгс-см.
(175)
где Рп — максимальное давление на перо руля при его откло-
нении на угол а;
e>; bi, li, 12см— показаны на рис. 126.
Рис. 126. Схемы действия сил и эпюры изгибающих моментов: а — эпюры изгибающих
моментов от действия сил Р„ и Р^б — расположение онор баллера; е—эпюры изгибающих
моментов от действия силы Ср.
1 — пятка руля) 2 — нижний подшипник; 3 — верхний подшнинвк: 4 — бугель; 5 — сек-
тор рулевой машины.
Момент на консоли от окружного усилия на секторе
Л12 = PCZ кгс-м,
где I см — показано на рис. 126.
Максимальный момент в первом пролете (перо^руля)
Л1. = Р„-^—кгс-см. (177)
223
Реакция на пятке руля
Л, = = pj^- — кгс. О78)
Реакция в средней опоре
(179)
Реакция на верхней опоре
/s- /<s™ я- <18°)
Под действием силы веса пера руля баллер будет изгибаться в пло-
скости, перпендикулярной действию рулевой силы. Схема действия
сил и эпюры изгибающих моментов приведены на рис. 126.
Для определения момента, действующего на опоре, а также реакций
в опорах, используем, как и в предыдущем случае, соотношения углов
поворота упругой кривой
Wt Д 3 с, \
6E/t \ 6 / ЗЕ/, ЗЕ/2"
(IM)
пег:
Полагая также, что /, = 27s. получим
ЭД/, I Г „ «И , n/t
где ПЛ — Gfr, кгс-см-,
Gp — вес пера руля, кг;
г — расстояние от центра тяжести пера руля до оси баллера, см.
Максимальный момент в первом пролете
6, М'.а,
Мп =951 ------кгс-см. (183)
Реакция на пятке руля
й=®_„чкгс (184
Реакция на средней опоре
, cm М, М,
+ 085
Реакция на верхней опоре
м\
Рз =----— кгс. * (186
*г
Результирующая реакция на пятке руля
«' = 1- Я? + («Т кгс. (187
Результирующая реакция на средней опоре
У Рг + СРг)2 кгс.
(188
224
Результирующая реакция на верхней опоре
R" = У >з 4- ('й) а кгс. (189)
Момент сопротивления трения в пятке руля
Л£р = кгс-см, (190)
где ft — коэффициент трения для подшипника руля» работающего в кон-
такте с морской водой;
R' — результирующая реакция на пятке руля, кгс;
Г1 — радиус хвостовика (штыря) пятки руля, см.
Момент сопротивления трения в средней опоре
Mip = R"гt кгс • см, (191)
г2 т— радиус шейки баллера в средней опоре, см.
Момент сопротивления трения в верхней опоре
fi^r8 кгс-см, (192)
где ft — коэффициент трения для подшипника, работающего со смазкой
вне контакта с морской водой;
гз — радиус шейки баллера в верхней опоре.
Суммарный момент трения
2Л1тр — М'тр + /Игр ц- Л4,р кгс-см. (193)
Расчетный момент на секторе рулевой машины с учетом трения в под-
шипниках составит
= М6 + Мр кгс-см. (194)
Коэффициент полезного действия опор руля
’1=-^' (195)
Расчетный изгибающий момент в сечении I—I
а) от действия рулевой силы
М, = Н,Г _ — -£*•) I' кгс-ся; (196)
б) от действия веса пера руля
Л1. = R,l'= (-S- — I' кгс-ся. (197)
где Г — см. на рис. 126.
Результирующий изгибающий момент в сечении 1—1
Мо = ]•’ М| 4- Ml кгс-см. (198)
Расчетный изгибающий момент в сечении II—II
/И8 = РС1 кгс-см, (199)
в сечении III—111
/Иг = Pcf кгс-см; (200)
15 Заказ 1836 ’ ^25
За расчетный крутящий момент в сечениях II—II и Ill—III принимают
момент Мс, создаваемый на секторе рулевой машины.
Расчет обычно ведут в табличной форме (см. табл. 42). Если приведен-
ные напряжения не превышают допустимых, то расчет считают закончен-
ным.
Расчет баллера на прочность .
Таблица 42
Величины Сечения
1—7 нн 111—III
Диаметр баллера d Момент сопротивления: изгибу Wi“=O,ld8 скручиванию W — 0,2Л8 Изгибающий момент: в сечении II—И = Рс-1 » » I-I Скручивающий момент на секторе Д4С = _Мб Ч Напряжение: „ /и0 М£ изгиба с = —; с=-^ 7ИС скручивания т — -=тг и г Приведенное напряжение о' — У о2 _|_ 4т2 о °т Запас прочности п — сл? СЛ£® кгс-см кгс-см кгс-см кгс!сл? кгс/слР кгс/слР кгс/смв
Расчет прочности баллера поворотной насадки
при задевании насадкой за грунт
Задевание поворотной направляющей насадкой за грунт может про-
изойти при плавании толкачей с толкаемыми составами на внутренних
водных путях. Рассмотрим два возможных случая задевания насадкой
за грунт:
судно задевает за относительно податливый грунт, представляющий
собой речные наносы или породу размываемого рекой берега; е
судно задевает за твердый скалистый грунт.
В обоих случаях при толкании барж передним ходом корпус толкача
и его насадки будут защищены баржами, осадка которых обычно больше
осадки толкача. При следовании толкача без толкаемых барж задевание
насадкой за подводные предметы возможно при переднем ходе судна,
так как толкач может иметь дифферент на корму, причем его корпус в этом
случае не перекрывает насадку полностью. Рассмотрим приближенный
метод расчета некоторых деталей рулевого устройства при учете задева-
ния насадкой за грунт.
226
Исходные данные, м
Осадка толкача:
носом Т„
нормой Тк
средняя Тс
Дифферент на норму d а.
Длина корпуса толкача L
Разность углубления по отношению к осадке толкача при .миделе
а) нижняя точка насадки
----0,05 а,
(201)
где I — отстояние передней кромки насадки’от миделя, А,
0,05 — отстояние нижней кромки насадки от основной линии, м;
б) нижняя точка k корпуса
Д/в — d м;
(202)
1г — отстояние точки k от миделя (см. рис. 127).
Минимальная высота препятствия, за которое может задеть судно.
h0 = Afx — Д/2 а.
(203)
В расчет принимают высоту препятствия h 2Л0 с учетом диффе-
рента в ходу.
1 случай — задевание насадкой за рыхлый грунт (рис. 127). При заде-
вании за грунт на переднем ходу толкача, идущего без барж, насадка
может снять слой грунта толщиной Л. Сечение слоя будет представлять
собой площадь сегмента радиусом, равным радиусу насадки 7? со стрел-
кой h. Площадь такого сегмента составит
г=4Чт^'ф~51п(р)л<2’
(204)
где q> — центральный угол, опирающийся на дугу сегмента.
Принимая в этом случае работу насадки подобной работе ковша
экскаватора при снятии грунта, определим усилие резания грунта.
В соответствии с рекомендациями Н. Д. Домбровского 1 для «тяже-
лосланцевой глины и мергеля» может быть принято удельное сопротивле-
ние резанию
Ki = 4,0 кзс'са2.
Учитывая, что насадка не имеет острых режущих кромок, принимаем
удельное сопротивление резанию
= 2/(1 = 8 кгс/см2.
Необходимое усилие резания
Р = К,/- кгс.
Изгибающий момент в опасном сечении баллера
/Ииэ - - Р12 кгс-см,
(205)
(206)
где Z2 — расстояние между серединой нижнего подшипника и нижней
кромкой насадки, см.
Домбровский. Н. Д„ Экскаваторы, т. И. 1940.
15*
227
Напряжение от изгиба
где d — диаметр нижней шейки баллера, см.
Запас прочности
п = -^->1,5.
II случай — задевание насадкой (см. рис. 127) за твердый грунт (ci
листый). В этом случае грунт насадкой не срезается, ц предполагаете
что она скользит по его поверхности. Допустим, что грунт имеет мести
подъем, тогда при скольжении насадка будет поднимать корму толка’
Если толкач заденет насадкой за твердый грунт при большой скорости,
228
возникнет удар, определяемый функцией скорости и угла подъема встреч-
ного грунта. Ниже дадим ориентировочную оценку прочности баллера ста-
тически, что в некоторой мере справедливо только для случая малых
скоростей движения.
Исходные данные
Дифферентующий момент ка 1 см, гпм/см, т
Кренящий момент на 1°, тк/ерад, т'
Дифферентующий момент, отнесенный к 1 см вертикального смещения
насадки
. _ wtg6O° (208)
100-^-2л
где В г — расстояние между осями поворотных насадок, м.
Усилие, необходимое для создания дифферента на 1 см,
Р'1 = -^ т/см, (209)
где L — длина судна, м.
Усилие, необходимое для подъема насадки на 1 см при дифференте,
ni'c.u, (210)
где I — расстояние между миделем и передней кромкой насадки, jw.
Усилие, необходимое для подъема насадки на 1 см при крене,
Рй = —~— т/см. (211)
Т*
Усилие Ро, необходимое для подъема насадки на 1 см при одновременном
крене и дифференте,
Р® ~ j- т/см,
где
=-jr +-р^- см.
Принимая высоту препятствия равной h, определим силу, с которой кор-
мовая часть толкача прижимается к грунту
Q == Р0.Л т. (212)
Соответствующее силе Q горизонтальное усилие Р в точке касания насадки
и камня определим из соотношений
Q =~ Ri cos (а + р);
Р = Pi sin (а'ф- р);
-§-_«(» + ₽); ’ <213>
Р = Q tg (а -+ р),
где Рх — результирующая сила, действующая на насадку (см. рис. 127).
229
Принимая реально возможные значения а — 40° и коэффициент тре-
ния стали по камню р, = 0,4, соответствующий углу трения р = 22°.
получим
Р = Q tg (40° ч- 22°) = Q tg 62е Щ. (214;
Тогда изгибающий момент, действующий на баллер в сечении по-
средине нижнего подшипника
= kPt2 кгс-см, (215'
где k = 2,5 — коэффициент, учитывающий динамичность приложение
усилия Р;
/2 — расстояние от середины нижнего подшипника до нижней кромкг
насадки, см.
Напряжение от изгиба в материале баллера у нижнего подшипникг
где d — диаметр баллера в нижнем подшипнике.
Запас прочности
Расчет прочности стоп-румпеля
На судах ледового плавания, на которых установлены электроги
дравлические плунжерные рулевые машины, предусматривают механи-
ческий ограничитель угла перекладки руля. Ограничитель представляв!
Рис. 128. Расчетная схема стоп-
румпеля
собой рычаг, выполненный как одно нело£
с соединительной муфтой — фланцевой илг
цилиндрической сверткой, закрепленной
на баллере руля. Такой ограничител!
(рис. 128) называют стоп-румпелем. Проч
ность стоп-румпеля принимают такой, чтобь
она превышал^ прочность слабого звеш
баллера
Изгибающий момент в сечении А—А
М- = ^1СЯ, (216
где — максимальный крутящий момеш
на голове баллера руля от дей
ствия рулевой машины, кгс-см
I — плечо приложения силы, дейст-
вующей на стоп-румпель, см',
1г — плечо приложения силы, дейст
вующей на Стоп-румпель пс
отношению к сечению А—А, см
Изгибающий момент определяют для трех режимов работы:
при нормальной перекладке руля на полном ходу;
при срабатывании предохранительных клапанов в цилиндрах руле-
вой машины;
при скручивании слабого звена баллера.
Соответственно этим режимам в формулу (216) подставляют поочередне
значения крутящих моментов в первом режиме Мкр, во втором (2,75 -*
230
-т-2,9) 7Икр, в третьем (3,5-^-3,7)Л/кр. Их более точные значения в каждом
. отдельном случае принимают по данным расчета рулевой машины. Напря-
жение от изгиба в сечении А—А
«ш = кгс!см\ (217)
где
b — высота рычага при основании, см-,
h — толщина рычага при основании, см.
Коэффициент запаса прочности k
при нормальной перекладке руля k = 5,0;
при срабатывании предохранительных клапанов рулевой машины
при скручивании (срезе) слабого звена баллера
1,5,
где ит — предел текучести материала стоп-румпеля при растяжении,
кгс!см*.
Расчет на прочность штыря, стопорящего перо руля
Приспособление для стопорения руля конструктивно представляет
собой штырь, который при помощи электроручного привода спускают
в коническое гнездо пера руля и тем самым стопорят его в диаметральной
плоскости.
На рис. 129 приведена схема опускания штыря, в которой принято
несовпадение оси штыря и оси гнезда в пере руля в первоначальный
момент до 2°. Такое отклонение может быть выбрано при учете скольжения
штыря по конической поверхности гнезда. Для обеспечения входа штыря
гнездо выполняют с даумя коническими поверхностями.
.Окружное усилие в месте закрепления штыря
Qi =. №, (218)
где Tt —- Р-^тс — усилие, вызывающее деформацию буферной пружи-
ны рулевой машины;
Р — усилие, вызывающее прогиб буферной пружины ру-
левой машины, тс,
— деформация буферной пружины рулевой машины,
ММ',
R — радиус румпеля, мм\
а — расстояние между осями баллера и штыря, мм
Окружное усилие обычно определяют для отклонений румпеля на
один-два градуса, т. е. в пределах точности показаний приборов, указыва-
ющих положение руля. •
231
Усилие в штыре при его скольжении по наклонной плоскости с уг-
лом «J
Pt = Qi tg («1 Ь <Р) тс, (219)
где = 39 +40° — (см. рис. 129);
И = tg <р — 0,3 — коэффициент трения;
Ф = 17°.
Осевое усилие в стержне штыря
Ра = тс, (220)
Максимальное осевое усилие, .обеспечиваемое электроприводом
штыря,
, Р = (1,4+ 1,5) Р8 тс. £221)
Усилие, изгибающее штырь,
P.-^SLkcc, (222)
где 7Икр — крутящий момент, развиваемый рулевой машиной, кгс-см-,
а — расстояние между осями баллера и штыря, см.
Реакция в нижнем подшипнике штыря (см. рис. 129)
Л = <* + »> кгс. (223)
Реакция в верхнем подшипнике штыря
В = -Ьа. кгс, (224)
где и показаны на рис. 129.
232 . '
Удельное давление на внутренней поверхности втулки подшипника
штыря
9= «гс/сл8, (225)
где dn — внутренний диаметр втулки подшипника, см;
Лв — высота втулки штыря руля, см, принимаемая равной l,2d„.
Напряжение изгиба в сечении А—А штыря
°.. = кгс/см’. (226)
где d — диаметр штыря, см.
Запас прочности
где ит — предел текучести материала штыря, кгс!см*.
ГЛАВА VI
РУЛЕВЫЕ ПРИВОДЫ
§ 21. типы рулевых Приводов
Общее понятие о рулевых приводах
Рулевое устройство морского судна в соответствии с требованиями
Регистра СССР должно иметь три привода: основной, запасной и аварий-
ный, которые должны действовать на баллер руля независимо друг от
друга. Примером такого сочетания приводов может служить рулевое
устройство шаланды „«Черноморская-1», показанное на рис. 7, где основ-
ным приводом служит электрическая секторная рулевая машина, в ка-
честве запасного привода предусмотрен независимый секторно-червячный
привод с валиковой^проводкой от штурвальных колес, а в качестве ава-
рийного привода — румпель-тали, присоединенные к сектору электри-
ческой рулевой машины, при ра-
боте которого другие приводы от
сектора отключаются.
Под рулевым приводом обычно
принято понимать механизм для
передачи движения к рулю. Руле-
вые приводы можно разделить на
шесть групп:
ручные секторные с гибкой
связью, т. е. со штуртросом;
ручные секторные с жесткой
связью: с помощью валиковой про-
водки;
электрические винтовые;
паровые;
электрические румпельно-сек-
торные;
Рис. 130. Руль сухогрузного судна грузо- ‘ электрогидравлические.
подаеыностью 50 т. Простейший первоначальный
рулевой привод, дошедший До на-
ших Дней,— привод (рис. 130), при котором вращение баллера, а сле-
довательно, и руля происходит вследствие усилий человека, прила-
гаемых к одноплечему рычагу — румпелю, закрепленному на голове
баллера.
Сначала усовершенствование рулевого привода заключалось в улуч-
шении условий использования ручного труда. По мере развития техники,
появления парового и других двигателей на судах стали применять
рулевой привод в сочетании с рулевыми машинами.
234
Общие требования .к рулевому приводу морского судна
В любой конструкции рулевого привода необходимо соблюдать
мнемоническое правило: направление вращения штурвального колеса
должно всегда совпадать с направлением перекладки руля.
Основной привод должен обеспечивать непрерывную перекладку
руля с борта на борт при максимальной скорости переднего хода судна
в течение не менее 10 мин. При этом время перекладки руля с 35° одного
борта на 35° другого борта не должно превышать на морских судах 28 сек.
В случае, если угол перекладки ограничен и должен составлять величину
меньшую, чем указано выше, то время, нормируемое на его перекладку,
должно быть пропорционально уменьшено.
Запасной рулевой привод должен обеспечивать непрерывную пере-
кладку руля с борта на борт при скорости переднего хода, равной поло-
вине максимальной скорости хода судна (но не менее 7 узл.) в течение не
менее 10 мин. При этом время перекладки руля с 20е одного борта на 20°
другого борта не должно превышать 60 сек.
Аварийный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля
с борта на борт при скорости хода судна не менее 4 узл. без ограничения
перекладки по времени и усилия на'рукоятках штурвального колеса.
Основной рулевой привод может быть ручным, если перекладка руля
при указанных выше условиях обеспечивается работой одного человека
с усилием на рукоятке штурвала не более 12 кгс и числе оборотов штур-
вала не более 25. Во всех других случаях основной привод должен быть
механизирован.
Запасной рулевой привод также может быть ручным. — на пасса-
жирских судах, если диаметр головы баллера не превышает 230 мм,
и на остальных судах, если диаметр головы баллера не превышает 355 мм.
При этом усилие на рукоятке штурвального колеса не должно быть больше
16 кгс при четырех работающих, обеспечивающих перекладку руля с борта
на борт. Во всех других случаях запасный привод должен работать от
двигателя.
Аварийный рулевой привод может быть ручным.
Румпель-тали в качестве запасного и аварийного рулевого привода
могут быть применены:
на самоходных судах валовой вместимостью не более 500 рег. т
и на несамоходных судах.
На судах с электрогидравлическими рулевыми машинами румпель-
тали не используют.
Если румпель-тали могут быть присоединены к близко расположен-
ному шпилю, брашпилю или лебедке, как это показано на рис. 131, то их
рассматривают как запасной рулевой привод, действующий от дви-
гателя.
Время перехода с основного привода на запасной во всех случаях не
должно превышать двух минут.
Всякий рулевой привод, действующий от двигателя, не должен допу-
скать смещения руля из заданного положения под действием внешних
сил.
Всякий ручной рулевой привод, кроме румпель-талей, должен быть
самотормозя щимся.
В рулевом устройстве должна быть предусмотрена защита рулевого
привода от перегрузки, способная ограничить передаваемый на привод
крутящий момент — прямой и обратный:
прямой — от двигателя при заклинивании руля и в других подобных
случаях;
235
обратный — от баллера при ударе' о руль волн, льдин, навале на
откос канала и т. д.
Рулевой привод защищают, предусматривая муфты предельного мо-
мента, предохранительные клапаны и другие приспособления, допуская
совмещение защиты от прямого и обратного моментов.
За расчетную нагрузку рулевого привода принимают равную номи-
нальному крутящему моменту, который необходимо приложить к голове
баллера для удержания руля, полностью переложенного на борт, на
участке установившейся циркуляции судна при его наибольшей воз-
можной на этом участке скорости и осадке по летнюю грузовую ватер-
линию.
Запас прочности деталей рулевых приводов принимают не менее
2,5 относительно предела текучести материала детали или 0,7 предела
прочности в зависимости от того, что меньше.
Прочность деталей рулевого привода проверяют на действие нагрузок:
прямого крутящего момента, который двигатель способен создать
на саоем валу,
обратного момента от баллера, величину которого находят по формуле
Л1„ = 982<МЙ 10“* кгс-м, (22Т)
где — диаметр головы баллера, принятого для судна, сят,
от — предел текучести материала, принятого для баллера, кгс!см2.
Если на судне предусмотрена защита рулевого привода, за расчетную
нагрузку принимают такую, которая достигается при срабатывании защиты
во время перегрузки. При этом во всех случаях напряжения в деталях
не должны превышать 0,Q5 предела текучести материала детали.
В рулевом устройстве предусматривают установку механического
ограничителя на палубе, баллере, пере руля или ахтерштевне, допу-
скающего перекладку руля на каждый борт только до определенного
угла о^,ах, соответствующего крайнему положению руля на том или
другом борту. Угол атах не должен превышать ±36,5°.
При активном руле, в случае, когда необходима его перекладка на
угол, превышающий максимальный обычный угол, устанавливают специ-
альные ограничители, которые допускают переход за этот предел только
в определенном интервале скоростей переднего и заднего хода судна.
Перекладка руля рулевым .приводом, за исключением ручных, на
тот или другой борт, должна прекращаться раньше, чем руль дойдет до
механического упора, не превышая угол, равный 35°. В рулевых устрой-
ствах с ручным приводом механические ограничители устанавливают на
угол 35°.
Требование уствновки трех независимо действующих рулевых при-
водов относится не ко всем судам. В каждом отдельном случае должны
быть рассмотрены: назначение судна и тип основного рулевого привода,
в зависимости от чего принимают то или иное количество приводов. Так,
например, запасной рулевой привод допускается не устанавливать: __
на пассажирских судах, если их основной рулевой привод состоит
из даух агрегатов, способных действовать независимо один от другого
и каждый из них отвечает своему назначению, указанному выше;
на судах других категорий, если их основной рулеврй привод состоит
из двух агрегатов, способных действовать независимо один от другого и
каждый в отдельности отвечает назначению запасного рулевого привода,
а при работе обоих агрегатов совместно они отвечают назначению основ-
ного рулевого привода.
Аварийный привод не предусматривает в том случае, если основной
или, по крайней мере, запасной рулевой привод расположен в помещениях
237
выше самой высокой грузовой ватерлинии в соленой воде или на открытой
палубе.
Кроме этих отступлений от установки трех независимо действующих
рулевых приводов допускают, что основной, запасной и аварийный руле-
вые приводы или даа агрегата основного привода могут иметь общие части,
такие как румпель, сектор или цилиндровый блок. Конструктивные раз-
меры этих и других частей рулевого привода увеличивают, обеспечивая
необходимый запас прочности.
При установке электрогвдравлических рулевых машин в румпель-
ном помещении необходимо предусматривать отопление, обеспечивающее
плюсовую температуру в помещении. На судах ледового плавания жела-
тельно, кроме основного отопления, предусматривать резервное обогре-
вание.
На судах, плавающих в тропических условиях, необходимо преду-
сматривать надлежащую вентиляцию румпельных помещений и уста-
новку холодильника, обеспечивающего охлаждение рабочей жидкости
(масла) рулевой электрогидравлической машины, желательно, чтобы тем-
пература ее не превышала 50е С.
Требования к рулевым приводам судов внутреннего плавания
В отличие от морских судов все суда внутреннего плавания, самоход-
ные и несамоходные, буксируемые на канате, должны иметь рулевое
устройство с основным и дапасным приводами, а суда разряда М дополни-
тельно снабжают румпель-талями. При этом управление основным и запас-
ным приводами происходит из рулевой рубки без каких-либо переклю-
чений.
Основной рулевой привод выполняют электрическим или электроги-
дравлическим; он должен обеспечивать перекладку рулей (поворотных
насадок) на угол ±35° при полной скорости хода судна за время не более
30 сек.
Основной рулевой привод может быть ручным, если перекладка
рулей (поворотных насадок) на полной скорости хода судна обеспечивается
работой одного человека за время, не превышающее 60 сек., при усилии
на рукоятках штурвального колеса 12 кгс и окружной скорости не более
1,8 м/сек
Запасной рулевой привод должен быть механическим, он должен
обеспечивать перекладку рулей (поворотных насадок) с борта на борт
при скорости переднего хода, равной 0,6 максимальной скорости хода
судна, но не менее 6 км/час. При этом время перекладки руля (насадки)
на угол ±20° не должно превышать 60 сек.
Запасной привод может быть ручным, если перекладка (насадки)
руля при указанных выше условиях обеспечивается работой одного
человека при усилии на рукоятке штурвального колеса не более 12 кгс
и окружной скорости не более 1,8 м/сек.
Запасной рулевой привод не предусматривают на судах:
а) имеющих более одного руля (поворотных насадок) при независи-
мых основных рулевых приводах;
б)? с независимыми бортовыми движителями;
в) с одной электрогидравлической рулевой машиной при двух неза-
висимых гидронасосах;
г) с ручным основным рулевым приводом.
Основной и запасной рулевые приводы должны быть самотормозя-
щимися.
На штурвальном колесе не должно работать более двух человек.
238
Требования к рулевым приводам со штуртросной проводкой
Штуртросная проводка должна быть прямой с возможно малым
числом резких поворотов, в ней необходимо предусматривать приспособ-
ления для выбирания слабины проводки.
Талрепы, установленные в каждой ветви проводки, должны, иметь
рабочий ход такой длины, чтобы можно было уменьшить общую длину
каждой ветви проводки не менее чем на длину двух звеньев цепи штур-
троса или на эквивалентную им длину стального каната. В талрепах
необходимо предусматривать стопоры против самопроизвольной отдачи.
В каждой ветви штуртроса для защиты рулевого привода от прямого
и обратного моментов предусматривают буферную пружину (амортизатор),
работающую на сжатие.
Буферная пружина имеет начальное сжатие, обеспечивающее натяг
проводки.
Если буферная пружина установлена вне сектора в специальном
корпусе, в нижней части этого корпуса необходимо предусматривать
ролики для перемещения по направляющим.
Крайние направляющие блоки в линии штуртроса должны разме-
щаться возможно ближе к концам штуртросной проводки.
На судах, перевозящих нефтепродукты первой категории, штур-
тросная проводка должна проходить над палубой в желобах. Желоба,
направляющие блоки и ролики штуртросной проводки, необходимо из-
готовлять из материалов, не вызывающих искрообразование при ударе.
Требования к рулевым приводам с валиковой проводкой
Вилки шарнирных муфт после сборки должны легко проворачиваться
относительно друг друга на угол 30® под действием собственного веса.
При повороте одной из вилок вокруг своей продольной оси на 36®
положение осей вилок относительно друг друга должно оставаться неиз-
менным.
В передаче каждый валик должен легко и плавно поворачиваться за
хвостовик.
Необходимо предусматривать компенсацию продольных смещений
валиков путем установки по концам скользящих (ходовых) муфт.
Зубчатые и червячные передачи должны быть собраны в корпусах
литой или сварной конструкции, предупреждающих возможность сме-
щения и защемления шестерен (червяка).
Расстояние между опорами валиков не должно превышать 70—80
диаметров валика.
Требования к электрическим румпельно-секторным приводам
(электрическим секторным рулевым машинам)
Электрические секторные рулевые машины по назначению должны
разделяться на «речные» и «морские». На основе изучения опыта эксплуа-
тации выработаны следующие требования к этим рулевым машинам.
Запасной привод «речных» машин должен быть всегда готов к действию
без дополнительных переключений, т. е. должен иметь дифференциаль-
ный редуктор.
Запасной привод рулевых машин должен быть;
а) у «морских» и «речных» рулевых машин до Мкр — 1,Ьтс-м-,
включительно — ручным;
б) у «речных» рулевых машин с МКр = 2,5 до 16,0 тс-м — меха-
ническим (электрическим), действующим на основной сектор; у «морских»
239
рулевых машин с /Икр = 2,5 до 16,0 тс-я, запасной привод предусма-
триваться не должен.
«Морские» рулевые машины с 7Икр = 2,5 до 16,0 тс-м должны иметь
два автономных электропривода, обеспечивающих 100% резерв. Сов-
местная работа электроприводов не должна предусматриваться; приводы
должны быть самотормозящимися.
Крутящий момент, развиваемый запасным приводом, для обычных ру-
левых машин должен быть 0,25 номинального крутящего момента машины.
Для обычных рулевых машин угол перейладки руля, обеспечивае-
мый запасным приводом, должен быть:
а) у «морских» машин 2Х35С;
б) у «речных» машин 2x45°.
Управление запасным ручным приводом должно быть местным из
румпельного отделения или дистанционным. *
В «морских» рулевых машинах переключение с основного на запас-
ной привод должно предусматриваться только местное — в румпельном
отделении.
Номинальный рабочий'угол перекладки руля для обычных рулевых
машин при работе основного привода, должен быть: для «морских» машин—
2 X 35°, для «речных» машин — 2 X 45°.
Время-перекладки руля с борта на борт на заднем ходу не норми-
руется.
Тормоз обычных рулевых машин должен обеспечивать удержание руля
при действии момента, равного 0,25 номинального крутящего • момента,
развиваемого машиной.
Детали рулевых машин должны иметь запас прочности не менее пяти-
кратного по отношению к пределу прочности материала детали — при
номинальной (расчетной) нагрузке и не более 0,9 от предела текучести
материала детали — при нагрузке, соответствующей моменту стоянки
электродвигателя под током.
Шарико- и роликоподшипники основного привода должны рассчи-
тываться не менее чем на 8000 час. непрерывной работы при нагрузке
соответствующей 0,25 номинального крутящего момента, развиваемой
рулевой машиной.
Электрооборудование должно быть рассчитано для работы;
а) основного привода от судовой сети 380 в переменного тока 50 гц
б) запасного механического привода от судовой сети переменной
тока 220 в или от источника постоянного тока 220 в.
Электродвигатель должен иметь пусковой момент (стояночный момент'
не менее 1,3 от момента на валу электродвигателя, соответствующей
номинальному моменту рулевой машины.
Номинальный расчетный момент часового режима исполнительной
электродвигателя должен быть не менее 0,65 крутящего момента на вал]
электродвигателя, соответствующего номинальному крутящему момент]
рулевой машины.
Все электрические машины, входящие в электропривод обычных'руле
вых машин, должны быть водозащищенного исполнения, в отдельны:
случаях может быть допуЦено применение исполнительных электродви
гателей в брызгозащищенном исполнении.
Выполнение основного электропривода «морских» и «речных» рулевы:
машин по системе генератор — двигатель (Г—Д) необязательно.
Управление пуском и остановкой приводного электродвигателя пре
образователя (если он есть) должно быть местное и дистанционное. Выклк
чатель местного управления и переключатель на дистанционное управле
ние должны быть совмещены в одном аппарате.
240
Система управления основным приводом должна быть:
а) автоматической (авторулевой), обеспечивающей автоматическое,
симпатическое (следящее по пути) и •'Простое (по времени) управление;
б)-дистанционной (без авторулевого), обеспечивающей симпатиче-
ское и простое (по времени) управление.
Авторулевой должен предусматриваться на «морских» машинах с номи-
нальным крутящим моментом Л1ир = 2,5 тс-/л и выше и на «речных»
машинах с номинальным крутящим моментом, начиная с того же значе-
ния .— по особому требованию заказчика.
Система управления должна быть самосинхронизирующейся, т. е.
все оперативные переключения: переход с одного вида управления на дру-
гой, переход с одного электропривода на другой — должны- выполняться
при любом положении рулевого органа и не требовать дополнительных
операций по согласованию системы.
При достижении рулевым органом крайнего положения рулевая
машина должна автоматически отключаться, что позволит избежать
поломок в рулевом устройстве.
Система управления должна выполняться на единое напряжение
127 в 50 гц.
Авторулевой при скорости хода не менее 6 узл. должен обеспечивать:
а) удержание судна на курсе со статической ошибкой не более 4-0,2°
(без учета ошибки гирокомпаса);
б) среднюю величину рыскания в полном грузу — при плохой погоде
±1”, при волнении 4—6 баллов ±2°.
Ошибка отработки заданного угла перекладки рулевого органа на
борт при симпатическом управлении не должна превосходить ±1,5°.
Точность установки рулевого органа 0° должна быть в пределах ±2°.
Для рулевых машин должны быть предусмотрены посты управления
согласно табл. 43, где ПУ — посты, имеющие автоматическое (авторуле-
вой), симпатическое и простое электрические управления; ППУ — посты,
имеющие симпатическое и простое электрическое управление.
Таблица 43
Посты управления электрическими
секторными рулевыми машинами
Номиналь- ный крутя- Рулевые машины
«речные» «морские»
. Управление
на баллере рулевого органа, тс-м симпатиче- ское и про- стое автоматическое
симпатическое и простое ское и про- стое
ППУ ПУ ППУ ППУ
0,63—1,6 2,5—4,0 6,3—16,0 1 1 2 1 1 I 1 1 1 - « 1 1 2
Для электрического запасного привода «речных» рулевых машин
должна применяться контроллерная или контакторная система с дистан-
ционным управлением при помощи трехпозиционного аппарата, имею-
16 Заказ 1636 . 241
щего рабочие положения «Право», «Стоп» и «Лево», устанавливаемого
отдельно от постов управления основным приводом. Контроллеры, кон-
такторные станции или магнитные пускатели этих систем дублироваться
не должны.
Электрические секторные рулевые машины в соответствии с пере-
численными выше требованиями должны изготовляться по следующему
ряду.
Дополнительные требования к электрогидравлическим
рулевым машинам
Рулевые машины должны быть надежны и безопасны в эксплуатации,
просты и удобны в обслуживании и их габариты и вес должны быть воз-
можно меньшими.
Для предотвращения компрессии жидкости при сильных динамиче-
ских нагрузках на рулевой орган рулевые машины должны иметь пере-
пускное устройство.
Машины должны иметь приспособление, ограничивающее угол пере’
кладки рулевого органа.
Количество манометров высокого давления должно быть равно числ)
цилиндров машины.
Уплотнение в сальниках должно быть таким, чтобы утечка рабоче?
жидкости не превышала 0,2—0,25 л!сутки.
Каждый пост управления рулевой машиной должен быть снабжен
амперметром.
Рулевые машины для судов внутреннего плавания должны допускал
переход с основного на запасной привод в рулевой рубке за время, не пре
вышающее 30 сек.
Расхождение между показаниями стрелок заданного и исполненной
положения рулевого органа в посту управления не должно быть боле1
±2°.
§ 22. СЕКТОРНЫЕ ПРИВОДЫ СО ШТУРТРОСНОЙ ПРОВОДКОЙ
Секторным приводам более 100 лет тому назад предшествовали рум
пельные приводы, нашедшие в прошлом широкое применение на -суда1
внутреннего плавания. Простейшая схема ручного румпельного привода
используемая в настоящее время на несамоходных судах речного и при
брежного плавания грузоподъемностью до 50 tn, приведена на рис. 130
242
Подъем пера руля в данном случае предусматривается для того, чтобы
предохранить его при проходе через отмели и волочении судна для его
обсушки.
В связи с тем, что человек, работающий на подобном приводе, не
может долго прикладывать к рукоятке усилие 12кгси более, было признано
целесообразным румпельный и секторный приводы выполнять в сочетании
с ручным штурвалом и штуртросной проводкой.
Румпель представляет собой одноплечий или двуплечий рычаг.
Румпель выполняют кованым, литым или сварным с цельной или разъем-
ной ступицей. На конце румпель имеет отверстие для присоединения
сопрягаемых с ним деталей и одно отверстие — для штыревого стопора.
Румпель стопорят при ремонте рулевого органа или при длительной
стоянке судна. Для этого в диаметральной плоскости судна под румпелем
устанавливают скамейку, имеющую отверстие под отверстием в румпеле.
При стопорении штырь пропускают через оба отверстия. Основные размеры
элементов румпеля приведены в табл. 44—46. Румпель крепят на голове
баллера на квадрате или-на шейке с помощью шпонок.
Таблица 44
Детали соединения ступиц секторов (румпелей) на морских судах
(размеры в мм)
Диаметр баллера Число болтов с каждой стороны Толщина фланца
1 9 4
Диаметр Расстоя- ние меж- ду цент- рами болтов Диаметр Расстоя- ние меж- ду цент- рами болтов Расстояние между центрами болтов
внут- ренними наруж- ными
50 25 250 23 210 15 150 240 30
75 36 280 30 1 250 20 200 320 35
100 44 305 35 280 23 250 350 40
125 58 355 44 330 28 300 450 45
150 70 z 420 52 380 35 350 550 50
175 82 485 58 440 40 400 650 55
200 05 550 68 500 48 470 750 60
225 100 600 75 560 52 530 850 65
250 — — 82 620 58 600 950 70
275 — — 90 680 65 650 1050 75
300 — 98 740 70 700 1100 80
325 — — 105 800 75 750 1200 85
350 — — 115 860 80 800 1300 85
375 — 125 920 85 850 1400 90
100 — — 135 990 95 950 1500 95
425 — — — — 100 1000 1600 100
450 — — — 105 1050 1700 105
475 — — — — ПО 1100 1800 ПО
500 — — — 115 1150 1900 115
525 — — 125 1250 2000 120
550 — — 130 1300 2000 120
16*
243
244
Рис. 132. Схема
секторного привода
со штуртросной
проводкой: а — к
одному рулю; б —
к двум рулям.
1 — сектор; 2 — сое.
дивитальная тяга;
3 — горизонтальный
, блок, 4 — упор; S —
вертикальный блок,
6 — цепь; 7 — тал-
реп; в— рулев'ая ма-
шина; 9 — кожух.
10 — каток,
стопор.
Таблица 45
Размеры спиц сектора (румпеля) в зависимости от диаметра баллера D
Число спиц Размеры спиц
ширина высота
На расстоянии 2 О от центра ступицы
На морских судах
1 (румпель) 1,05 D 0,60 D
2 0,87 D 0,45 D
3 0,75 D 0,40 D
4 0,70 D 0,35 D
На суд ах внутреннего пл звания
1 1,05 D (0,6—0,575) D
2 (0.8—0,87) D (0,5—0,47) D
3 D 0,420
Таблица 46
Основные размеры румпелей (секторов), рулевых цепей, штуртроса
по данным Речного Регистра, мм
Диаметр баллера Длина румпеля (радиус сектора) Диаметр Ступица румпеля сектора Размеры сечения румпеля (спицы сектора) на расстоянии от оси бал- лера, равном двум диаметрам баллера
i штур троса (прутка) высота наруж- диаметр 1 спица (румпель) 2 слипы 3 спины
50 75 100 125 150 175 200 750 900 1000 1100 1200 1300 1400 КО ПО Ml е и 16 19 22 25 29 иенту< 8 14 20 24 28 31 36 >противл 60 75 1.00 125 150 175 200 чения спиц иия площе 95 140 185 230 275 320 365 могут быт ци сечения 65' 35 85.<50 105X65 130X80 155X95 185/100 210X115 приняты инь ни должны быт 80/50 105X65 130X80 155X85 175X95 е, чем указан с эквивалентны 140X85 в таблице, табличным.
Не останавливаясь на детальном рассмотрении'румпельного привода,
отметим, что он имеет существенный недостаток, заключающийся р следу-
ющем-. при перекладке руля конец румпеля поворачивается по окруж-
ности, а гибкая связь штуртроса перемещается по прямой линии. Вслед-
ствие этого свободная от натяжения ветвь гибкой связи отстает в прой-
денном пути и получает слабину. Слабина в штуртросной проводке, в свою
очередь, может привести к повреждению проводки при ударе волн о руль
и отрицательно сказывается на своевременности поворота руля. Слабину
можно уменьшить, рационально размещая бортовые направляющие блоки.
Однако полностью исключить слабину в ветвях штуртроса при такой
схеме привода не представляется возможным. Поэтому такая схема при-
246
вода нашла ограниченное применение и не может быть рекомендована для
использования в новом судостроении.
Для устранения недостатков румпельного привода в сочетании со
штуртросной проводкой в прошлом был предложен ряд схем компенса-
ционно-штуртросных приводов. Эти приводы в технической литературе
получили название уравнительных, -
однако в современном t судострое
нии они также применения не на-
шли.
На рис. 132 показана " схема
секторного привода соjштуртрос-
ной проводкой. В такую схему вхо-
дят: сектор, гибкая связь, напра-
вляющие блоки, лотки, талрепы, бу-
ферные пружины и другие детали.
Сектор закреплен на голове баллера
рулевого органа. Гибкая связь про-
пущена через направляющие блоки,
которые она охватывает под различ-
ными углами, и звездочку рулевой
машины, огибаемую под углом 180°.
Коренные концы гибкой связи закре-
пляют на секторе так, чтобы конец
ветви правого борта был закреплен
ИНГ
на секторе со стороны левого
борта, а ветвь левого борта — со
стороны правого борта. Ниже
рассмотрим некоторые особен-
ности деталей, входящих в сек-
торный привод.
Для выигрыша в силе при
использовании более быстро-
ходных рулевых машин приме-
няют штуртросную проводку с
подвижными блоками (см.
рис. 133). При нескольких бара-
банах, расположенных в разных
местах, штуртросную проводку
делают дифференциальной. Этот
принцип выполнения передачи
при двух двигателях удобен
тем, что не нужны приспособ-
ления для перехода от управ-
ления при помощи одного дви-
Рис 133. Штуртросная проводка с подвижными
блоками, установленная на катере.
1 — штурвви: S — барабан d, = 85 жж, d = 70 жж;
3 — стальной канет диаметром 3,6 мм дифференци-
б — стальной канат диаметром 5,1 жж;
— направляющий блок а — 125 мм.
Р. = 390 кг. Р,, — 780 кг
гателя к управлению при по-
мощи другого. Дифференциальный принцип передачи в рулевых устрой-
ствах встречается часто, но его конструктивное оформление может быть
различным.
Секторный привод со штуртросной проводкой применяют на несамо-
ходных судах морских и внутреннего плавания, на буксирах, шаландах
и им подобных судах в качестве основного привода. Такой привод может
быть использован также и в качестве запасного, к применению в совре-
менном судостроении он допускается.
247
Сектор
Сектор состоит из обода, спиц и ступицы. Его выполняют литым или ,
сварным. При сопряжении сектора со штуртросной проводкой обод его '
выполняют в виде двух ручьев, по одному проходит ветвь штуртроса пра-.
вого, по другому — ветвь левого борта. При сопряжении сектора с меха-
ническим и другими приводами обод сектора выполняют зубчатым. В этом j
случае сектор делают сварным, ступицу и обод — коваными, все осталь-
ные детали — из проката. Зубчатый обод крепят к сектору при помощи ;
болтов или путем сварки. В современной практике преобладает крепление '
об.ода при помощи сварки.
Дуга, образующая обод сектора, обычно имеет центральный угол «
более 2^тах> гае атах — максимальный угол перекладки руля на один
борт.
На некоторых судах внутреннего плавания’сектор выполняют в виде
цилиндрического зубчатого колеса, положение которого на баллере меняют .
по мере износа зубьев.
При ремонте руля, привода или во время длительной стоянки сектор Ч
стопорят в желаемом положении, обычно в диаметральной плоскости.
Для этого предусматривают стопор штыревой или в виде тормоза. Тормоз 1
состоит из тормозного диска (сектора), колодок и рычажно-винторого }
привода. Тормозной диск (сектор) гладкий или клинообразный. Его перво- ?
начально располагали в нижней части сектора или на специальном секторе, I
расположенном с противоположной стороны основного сектора. К тормоз- $
ному диску с помощью рычажно-винтового привода прижималась дере- j
вянная (дубовая) или металлическая колодка, что позволяло стопорить *
(тормозить) руль в желаемом положении. Такая конструкция тормоза, 5
однако, нерациональна, так как под действием тормоза баллер рулевого ч
органа работает на изгиб.
Позднее тормозной диск стали предусматривать непосредственно на .
ступице сектора в нижней ее части. Это приводит к некоторому удлине-
нию ступицы, но устраняет отмеченный недостаток. Тормозной диск охва-
тывают две клинообразные металлические колодки, которые приводятся
в движение с помощью рычажно-винтового привода.
Размеры ступиц секторов для морских судов и судов внутреннего
плавания принимают в зависимости от диаметра баллера следую- ;
щими:
.высота ступицы h = 1,0D;
наружный диаметр ступицы Do = 1,8D, где D—диаметр шейки
баллера в месте посадки ступнцы сектора. Ступицы могут быть цельными
и разъемными. Размеры деталей соединения ступиц секторов (румпелей)
приведены в табл. 44 и 46, а размеры спиц секторов (румпелей) — в табд. 45.
Ступицу сектора растачивают так, чтобы обеспечить напряженную
посадку на голову (шейку) баллера. Кроме того, на внутренней поверх-
ности ступицы предусматривают шпоночный паз для крепления сектора
(румпеля) на голове баллера при помощи клиновой шпонки.
Для присоединения штуртроса и румпель-талей на секторе преду-
сматривают обухи с наружной стороны, а для присоединения буферных
пружин — с внутренней стороны. Кроме того, на ободе сектора обычно
закрепляют лимб с нанесенной градуировкой — углов перекладки руля.
Градуировку лимба производит после монтажа рулевого устройства и про-
верки правильности отклонения руля. Разница в показаниях на лимбе,
закрепленном на секторе, и лимбе поста управления не должна превы-
шать ±1° — при электрическом указателе и ±2° — при механическом
указателе-
248
Штуртросная проводка
В современном судостроении штуртросную проводку применяют
в комплексе с сектором и реже с румпелем на буксирах, шаландах, баржах,
катерах и других судах, где нельзя использовать рулевую машину, дей-
ствующую непосредственно на сектор (румпель), закрепленный на бал-
лере руля. Конструкция штуртросной проводки, представляющей собой
механическую связь между рулем и рулевой машиной, во многом зависит от
места расположения рулевой машины. Рулевая машина в сочетании со
штуртросной проводкой может быть установлена:
в корме вблизи от баллера руля;
в рулевой рубке или под ней и
в шахте машинного отделения.
Из этих трех вариантов расположения рулевой машины предпочти-
тельнее первый. При первом варианте штуртросная проводка может быть
выполнена в комплексе с рулевой машиной любого типа, если она имеет
барабан или цепную звездочку. Второй вариант расположения рулевой
машины значительно усложняет конструкцию штуртросной проводки,
и он не может быть рекомендован к применению в современном судострое-
нии. Третий вариант расположения рулевой машины нашел широкое при-
менение на паровых пассажирских судах внутреннего плавания. При таком
расположении рулевая машина все время находится под наблюдением
обслуживающего персонала, а для подвода пара к ней нужен трубопровод
минимальной длины. В современном судостроении паровые рулевые
машины применяют очень редко, следовательно и эту схему нельзя реко-
мендовать для широкого применения.
В состав штуртросной проводки обычно входят: гибкая связь, блоки,
прутки, поддерживающие ролики, буферные пружины, направляющие
лотки и другие детали.
В качестве гибкой связи штуртросной проводки применяют в зависи-
мости от категории судна стальные оцинкованные канаты и короткозвен-
ные цепи. На катерах и других судах малого водоизмещения в качестве
гибкой связи используют стальные оцинкованные канаты по ГОСТ
3066—55 и ГОСТ 3067—55 с пределом прочности 130—150 кгс1см2, име-
ющие покрытие ЖС. Основные характеристики этих^ канатов приведены
в табл. 47, 48. Отметим преимущество стального каната; его применение
позволяет передавать усилия к румпелю (сектору) бесшумно при малом
весе перемещаемой гибкой связи. Стальной канат в качестве штуртроса
применяют также:
на озерных и морских самоходных судах длиной не более 30 л и на
несамоходных судах длиной до 50 м, при этом коэффициент запаса проч-
ности стального каната принимают п 6;
на речных судах разрядов Р и Л при условии, что разрывное усилие
выбранного стального каната в 1,5 раза больше усилия, разрывающего
пруток, присоединенный к цепи штуртроса, на прямолинейных участках
его движения. Необходимые диаметры прутков, включаемых в систему
штуртросной проводки, приведены в табл. 49 и 50. Стальной канат, при-
нятый в качестве гибкой свази штуртроса, должен быть покрыт слоем
смазки, восстанавливаемым еженедельно, о чем обычно указывают в экс-
плуатационно-технической документации. На судах, предназначенных
для работы в тропических условиях, применять стальной канат в штур-
тросе не рекомендуется. ,
Стальной канат соединяется с деталями штуртроса (см. рис. 134)
при помощи огона и скобы (см. табл. 51) или проушины с пальцем. Огон
должен иметь заделанный коуш (см. табл. 52). Заделка коуша может быть
249
Таблица 47
Основные технические характеристики стальных канатов конструкции
7X7 = 49 по ГОСТ 3066—55
Диаметр, мм Расчет- ный вес 100 лог. м смазан- каната. Разрывное усилие каната в целом, кгс, при расчетных пределах прочности проволоки на растяжение, кгс/лш2
каната прово- 120 130 140 150 160 170
1.8 0,20 1,38 — 218 232
1,98 0,22 1,67 -— — —— 264 281
3,06 0,34 3,98 — — 552 592 632 671
3,6 0,40 5,53 —— — 768 823 878 932
4.5 0,5 8,61 — 1 100 1 190 1 280 1 360 1450
5,4 0,6 12,44 1 470 1 600 1 720 1850 1 970 2 100
6,3 0,7 16,91 2 010 2 180 2 350 2 510 2 670 2 840
7.2 0,8 22,11 2 620 2 840 3070 3 280 3 500 3 720
8,1 0,9 27.94 3 320 3 600 3 880 4 150 4 430 4 700
9,0 1.0 34,50 4 100 4 450 4 780 5 120 5 470 5 810
9,9 1,1 41,75 4 960 5380 5790 6210 6 620 7040
П 1,2 49,65 5 910 6 390 6 890 7380 7 870 8 370
12 1,3 58.31 6 940 7 520 8 090 8 670 9 250 9 830
13 L4 67,67 .8 050 8 730 9 380 10 050 10 700 11350
14,5 1,6 88,33 10500 11 350 12 200 13 100 14 000 14 850
15,5 1,7 99,7 11800, 12 800 13 800 14 800 15 750 16 800
16,5 1.8 111,6 12 700 14 300 15 450 16 550 17 700 18 800
18 2.0 137,9 16 400 17 800 19 100 20 500 21 850 23 250
20 2,2 166,9 19 800 21 500 23 150 24 800 25 450 28 150
22 2,4 198,6 23 600 25 550 27 550 29500 31 500 33 500
23,5 2,6 233.3 27 750 30 050 32 350 34 700 37 000 39 300
25,5 2.8 270,2 32 150 34 800 37 500 40 200 42850 45 550
27,0 3,0 310,6 38 950 40 050 43 150 46 200 49 300 52 350
Таблица 48
Основные технические характеристики стальных канатов
конструкции 7X19 — 133 но ГОСТ 3067—55
Диаметр, мм Расчет- ный вес 100 лог. л! смазан- ного каната, кг Разрывное усилие каната в целом, кге, при расчетвых пределах прочности проволоки на растяжение, кгс/мм?
каната прово- локи 120 130 140 150 160 170
3,0 0,20 3,70 568 . 604
4,65 0.31 8,90 .— — .— 1 270 1 360 1 440
6,0 0,4 14.85 —. — 1 980 2130 2 270 2 410
7,5 0,5 23,10 2 870 3 100 3 320 3 540 3 760
9,0 0,6 33,35 3 830 4 150 4 470 4 790 5 ПО 5 430
10,5 0,7 45,36 5 210 5 650 6 080 6 520 6 960 7 390
12,0 0,8 59,27 6 810 7 380 7 950 8 500 9090 9 640
15.0 1,0 92,50 10 600 11 500 12 400 13300 14 150 15 000
18,0 1,2 133,1 15 300 16 550 17 850 19 100 20 400 21 650
21.0 1,4 181,4 20 850 22 600 24 350 26 050 27 800 29550
24.0 1,6 236,8 27 200 29500 31 750 34 050 36 300 38 550
27,0 1.8 299,3 34 400 37 300 40 150 43 050 45 900 48 750
30,0 2,0 370,0 42 550 46 100 49 650 53 200 56 750 60 300
33,0 2,2 447,7 51 500 55 800 60 100 64 400 68 700 73 000
36,0 2,4 532,6 61 250 66 400 71 500 76 600 81700 86 700
39,0 2,6 625,7 71 950 78 090 84 000 89 650 95 600 102 U00
42,0 2.8 724,7 83 400 90 100 97 300 10-1 0W 110 500 118 000
45,0 3,0 833J 95 600 103 500 111 500 119500 127 500 135 500
250
Таблица 49
Размеры штуртроса для судов морских и внутреннего плавания
по данным Регистра СССР и Речного Регистра, мм
Диаметр баллера* Радиус сектора (румпеля) Калибр цепи штуртроса без распорок Диаметр прутков штуртроса Данные Бюро Веритас
морские суда** суда внут- реннего плава- ния морские суда суда внут- реннего плава- морские суда суда внут- реннего плава- ния калибр цепи троса диаметр прутков штур-
50 750 750 6 6 8 8 6 8
75 900 900 II И 14 14 11 14
100 1000 1000 15 16 19 20 16 21
125 1100 1100 19 19 23 21 20 25
150 1200 1200 22 22 27 28 24 29
175 1300 1200 25 25 30 31 27 33
200 1450*** (14U0) 1300 29 29 35 , 36 30 37
225 1600 — 31 — 39 — 34 42
250 1800 — 34 — 43 — 37 48
275 2000 — 37 46 — 40 50
300 2250 — 40 - 50 — 43 54
• При промежуточных значениях диаметра баллера размеры штур делиться линейной интерполяцией • • По данным Регистра СССР и Бюро Беритас. По данным Бюро Веритас. роса должны опре-
Таблица 50
Элементы штуртросной проводки на мелких судах
(все размеры в мм)
Диаметр Диаметр Калибр
баллера стального кваата Калибр цепи баллера стального каната
30 6 4.0 50 8 6
35 6 4,6 55 9
40 6 5,0 50 10 8
45 6 5,5
выполнена при помощи сплесени (см. табл. 53) или зажимов (см. табл. 54).
Число зажимов, устанавливаемых в соединении, принимают в соответствии
с рекомендациями, приведенными в табл. 55. Для оклетневки сплесени
применяют стальной канат по ГОСТ 3062—55 с расчетным пределом проч-
ности проволоки при растяжении 120—140 кгскм2 (см. табл. 56).
На судах морских и внутреннего плавания (разрядов М и О) само-
ходных и несамоходных длиной более 30 м в качестве штуртроса на прямо-
251
Рис. 134. Детали соединения штуртросной проводки: а — соедини-
тельная скоба; б — коуш; в — соединительное звено цепи штуртроса;
г — тросовый зажим; д — огоне зажимами; в — размеры оклетневки;
ж — талреп.
252s
Основные характеристику соединительных скоб (рис. 184)
(все размеры в мм)
Таблица 5i
Допускае- мая нагрузка, кгс Диаметр стального каната, мм В d Н Ъ D Вес. кг
250 3,7—4,7 12 6 Зб' 8 16 0,04
400 4,8—6,5 16 8 45 10 20 0,09
600 7,5—8,5 20 10 50 12 24 0,16
.900 9,0—9,5 24 12 60 16 30 0,29
1 250 11 28 14 70 18 35 0,46
1 750 12—13 - 32 16 30 20 40 0,70
2 100 14—15 36 20 90 24 45 1,10
2 750 15,5—17,5 40 22 100 28 50 1,55
3 500 18,5—19,5 45 24 НО 32 60 2,21
4 500 20—22 50 28 120 36 68 3,22
6000 22,5—26 58 32 130 40 75 4,59
7 500 28 64 36 150 45 . 80 6,22
9 500 31 70 40 170 50 90 8,67
11 000 34 80 45 190 55 100 12,1
14 000 37—40 90 48 215 80 по 15,7
Таблица 52
Основные характеристику коушей (рис. 184)
(все -размеры в мм)
Диаметр 1 стального каната D - £ В *1 Вес. кг
4,8 16 27 8 3,5 3 0,022
6.1 22 36 10 4,5 4 0,061
8.4 27 45 13 5 5 0,12
9.3 30 50 15 7 5,5 ‘ 0,20
- 11,0 35 58 17 8 6.5 0,32
13,0 41 68 19 9 7,5 0,50
15,5 46 77 22 10 8,5 0,70
17,5 52 86 25 11 9,5 1,00
19,5 57 95 27 12 10,5 1,28
22,5 64 106 31 14 12 1,90
26,0 73 122 36 16. 13,5 2,95
28,5 .82 135 39 17 15 3,70
31,0 92 152 ' 43 19 17 5,20
35,0 98 162 46 21 18 6,50
39,0 ПО 185 52 23 20,5 9.40
253
Таблица 53
Рекомендуемые размеры оклетневки сплесени и длины бензеля,
необходимого для оклетневки при заделке коуша (рис. 134)
Диаметр каната, ям Длина, мм Длила бепзеля для оклетневки одной сплесени, м
конца каната, необходимая для заделки коуша оклетневки сплесени при диаметре бензеля (по ГОСТ 3062—55). м
1,95 3.0 4.8
11 500 250 5 —
13 500 250 6 — —
15.5 550 300 10 — —
18,5 600 320 — 13 —
18,5 600 350 — 13 —
23—24 700 •100 20 —
33,5 1300 500 — .—. 25
39,0 1500 550 — — 30
Таблица 54
Дуговые зажимы для стальных канатов (рис. 134) (все размеры в мм)
Диаметр стального каната А с а В И s h d Вес. кг
4.8—6,2 28 13 у 14 35 10 1.5 Мб 0,04
7.7—9.2 35 18 10 18 45 12 2,5 М8 0.08
11—12,5 45 24 14 22 60 14 3 мю 0,18
15,5 65 31 19 28 75 16 3.5 М12 0,33
18,5—21,5 75 39 23 34 95 18 4.5 М16 0,63
Таблица 55
Рекомендуемое число зажимов для стального каната
Диаметр ка- ната, ММ До 9,5 13 16 19 22 25 28 32 35 39
Число зажимов 2 3 3 4 4 5 6 7 7 8
, Таблица 56
Основные технические характеристики канатов по ГОСТ 3062—55
Диаметр, мм Расчетный вес 100 пог. м Разрывное усилие каната в целом кгь, при расчетном пределе прочности проволоки на растяжение, кге/мм2
каната проволоки каната, кг 120 130 140
1,95 0,65 1,99 256 277 298
2.10 0,70 2.3 396 322 346
2,4 0,80 3,01 388 420 458
2,7 0,9 3,87 491 532 573
3,0 ’ 1,0 4,70 605 657 706
3,3 1.1 5,69 734 795 856
3,6 1.2 6.77 873 940 1010
3,9 1,3 7,95 1020 1100 1190
4,2 1 4 9.23 1080 1280 1380 ‘
4.5 1.5 10,55 1350 1470 1580
4,8 1,6 12,05 1540 1670 1810
254
линейных участках применяют короткозвенные цепи без распорок по
ГОСТ 2319—55 (см. табл. 57). Преимущества цепей — большая долговеч-
ность, чем у стальных канатов, к их недостаткам следует отнести — боль-
шой ве.с и шум, создаваемый при перекладке руля. На судах, предназна-
ченных для работы в тропических условиях, желательно применять цепи
повышенной прочности.
Таблица 57
Основные характеристики звеньев цепи по ГОСТ 2819—55
Калибр цепи, .км Нагрузка разрывная, тс Наружные раз- меры эвена, лгл I 4 "1 « | Калибр цепи, мм Bi- Я « U Е З.Е Наружные раз- меры звена, «л I
В L в L
5 0,64 19 29 0,010 19 13,6 67 88 0,410
6 1,0 21 31 0,015 22 18,30 77 101 0,630
7 1,6 24 35 0,020 25 23.60 '88 115 0.930
8 2.4 27 39 0,030 28 29,60 98 129 1,300
9 3,1 32 48 0,050 31 36.30 109 143 1,810
И 4.6 39 55 0,090 34 43,70 119 157 2.330
13 6.4 46 60 0,130 37 51.80 130 171 3,070
15 8,5 53 69 0,200 40 51,80 140 185 3,100
17 10,9 60 78 0,290
На криволинейных участках, в районе звездочек рулевых машин,
применяют пластинчатые или калиброванные цепи. Длину участка цепи
в этом районе принимают, обеспечивая заданный угол перекладки руля
плюс свободный конец цепи с каждого борта не менее 50 мм для соединения
с участками гибкой связи штуртроса. Из пластинчатых цепей целесо-
образно принимать простую по ГОСТ 191—52, которая допускает нормаль-
ную работу при скорости в 6,25 м!сек, поскольку скорость перемещения
штуртроса редко превышает 0,15л«/сек. В стесненных условиях разме-
щения лучшее и более надежное средство связи в районе рулевой машины—
калиброванная цепь по ГОСТ 2319—55. Она удовлетворительно служит
при любом расположении как тягового органа (звездочки), так и ближай-
ших к нему направляющих блоков Преимущество цепей, используемых
в качестве штуртросной проводки, и в том, что лопнувшее звено всегда
можно заменить специальным соединительным звеном (см. рис. 134),
стальной проволокой или иными средствами, что не может быть сделано
при обрыве стального каната или пр утка, ремонт которых в эксплуатацион-
ных условиях сложнее.
На прямых участках линии штуртроса гибкую связь заменяют сталь-
ным прутком, представляющим собой наиболее простое и дешевое средство
связи. Размеры прутка, заменяющего цепь, приведены в табл. 49. На
каждом конце прутка есть вилка, щеки ее с внутренней стороны имеют
фаску для входа горизонтально расположенного звена. Это дает возмож-
ность соединять цепь с прутком без применения удлиненного звена на кон-
цах участков цепей.
Направляющие лотки
Для направления цепи штуртроса применяют направляющие лотки.
Лоток (рис. 135), выполненный из корытообразного желоба, устанавливают
на скобах, приваренных к палубе. Сверху лоток закрывают схемным
кожухом, который крепят при помощи винтов или болтов. При движении
цепи металлический лоток создает шум; там, где шум недопустим, лоток
выполняют деревянным из сосны второго сорта. Деревянный лоток, (доску)
крепят на скобах, приваренных к палубе, закрывая его сверху съемными
кожухами.
Рис. 135. Лотки для направления штуртроса с кожухом: а, б, в —лоток
с кожухом для направления цепи, каната, прутка штуртроса; г — напра-
вляющие для буферной пружины.
! — деревянная подушка (направляющие полосы): 3,3 — болт с гайкой; 4 — по-
лосы (угольник); 5 — кожух. б — буферная пружина.
Допускается в местах переходов с одной палубы на другую (из руле
вой рубки на палубу) пропускать цегГь штуртроса не по лоткам, а внутр
стальной трубы, которая одновременно служит направляющим лотко!
и кожухом. Диаметр трубы должен быть равен 7 калибрам цепи. Пере
постановкой труба с внутренней и внешней стороны должна быть окрг
шена. Ширину, лотка принимают равной С — (2-г-3) В, где В — ширин
звена цепи штуртро'са. Если цепь заменена прутком, то ширину лотк
принимают исходя из размера ширины вилки прутка, к которой присо<
динена цепь штуртроса. Между вилкой прутка и стенкой кожуха лотк
должен быть зазор не менее 30 мм. Расположение направляющего лотк
по высоте определяется направлением цепи (каната), сходящей с сектор
и вертикальных блоков. Толщину деревянного' лотка принимают 30-
50 лии. Кожух направляющего лотка выполняют из листовой стали то;
щиной 2 мм. Высота кожуха определяется конструктивно исходя и
высоты движущихся (перемещающихся) по лотку деталей штуртроса.
256
/ Направляющие катки
Для поддержания и направления стального прутка применяют
чугунные катки. Диаметр катка (ролика) выполняют равным (4-t-5) d,
где d — диаметр стального прутка. Катки вращаются на осях, закреплен-
ных с помощью ригелей в корытообразных обоймах (см- рис. 136), которые
приваривают к палубе или фундаментам. Высота расположения катков
определяется линией расположения цепи штуртроса. Такие катки допу-
скается устанавливать и для поддержания цепи штуртроса, в этом случае
катки устанавливают парными (см. рис. 137), чтобы цепь плавко сходила
и выходила на каток.
Катки врезают в направляющий лоток, выдерживая между ними рас-
стояние 2—3 м. По высоте их располагают так, чтобы рабочая поверх-
ность катка выступала над поверхностью, лотка не более .чем на 1—2
калибра цепи штуртроса.
Направляющие блоки
Кроме лотков и катков, для направления цепи штуртроса исполь-
зуют горизонтальные' и вертикальные направляющие блоки, которые
размещают в одной плоскости с гибкой связью штуртроса. Крайние направ-
ляющие блоки размещают возможно ближе к концам Штуртросной про-
водки. Диаметр блока©, измеренный по центрам лежащего на блоке сталь-
ного каната, принимают D= ©б + dK = (15-J-20) dK и цепи—D =
= ©+©! = (12-^16)<1ц, где dK — диаметр стального каната; dn — диа-
метр (калибр) цепи; Bt = 0,707 (В — d^) *}- В — ширина звена цепи.
Если цель штуртроса огибает блок под углом больше 120', то диаметр
блока принимают равным 14НЦ, если под углом меньше 120°, то диаметр
блока принимают равным 20Нд, а диаметр оси блока — равным не менее
2,54ц; во всех других случаях диаметр оси блока должен быть не менее 2du,
Основные характеристики блоков, рекомендуемые классификационными
обществами, приведены в табл. 58. Вертикально расположенные блоки
выполняют с ребордами одного диаметра, горизонтально расположенные
блоки должны иметь нижнюю реборду по наружному диаметру больше
диаметра верхней реборды на 1,5—2,0 калибра'цепи (диаметра капата).
Это необходимо для того, чтобы цепь (канат) штуртроса, получившая сла-
бину, не сошла с блока.
Блоки выполняют сварными нли литыми. Предпочтительнее литые.
В ступицы блоков запрессовывают бронзовые или капроновые втулки,
а на малых судах в блоках, служащих для поддержания и направления
стального каната штуртроса, предусматривают шариковые опоры.
Направляющие блоки имеют обоймы сварной конструкции (см.
рис. 136). Конструкция обойм зависит от места их расположения и способа
крепления. Блоки защищают от попадания посторонних предметов и грязи
специальными кожухами.
Блок с обоймой обычно устанавливают на наварышах или специаль-
ных фундаментах, приваренных к палубе или стенке надстройки, и крепят
при помощи болтов или сваркой.
Общая площадь поперечного сечения болтов, крепящих обойму
блока, должна быть не меньше определенной по формуле
2 Fc = 0,0254 (228)
где du — калибр цепи штуртроса, мм.
Талрепы. Для периодического выбирания слабины, образующейся со
временем от вытягивания каната (цепи) штуртроса под влиянием нагрузки,
17 Закаа 1636 ' 257
Таблица 58
Характеристики блоков для гибкой связи штуртроса, рекомендуемые
классификационными обществами
Характеристики Ниппон Кейджи Киокай (Япония) Американское бюро судоходства Бюро Веритас Норвеж- ский Веритас Регистр СССР Английский Ллойд
Диаметр блоков для цепи штур- троса D для цепи штур- троса при угле обхвата 120’1 для стальных канатов штур- Радиус канавки бло- ка под канат штуртроса Диаметр оси блока ^16rf₽ 20d„ dK 0,8 мм ^(2-2,5)^ а 5 S <ю- а? JO S О го з л + л 16^ 2d^ >15rfy 25dK 2dy 16rf₽ 14^ 2^ 1W, 2d₽
— калибр цели штуртроса, — диаметр каната штуртроса; 46ал — диаметр головы баллера рулевого органа.
Таблица 59
Основные характеристики талрепов ВВ (рис. 134)
размер Допу- скаемая нагрузка. Диаметр стального каната Резьба талрепа d Ход талрепа L -01 Вес кг
кгс .им
0,1 100 3,1 Мб 75 230 155 0,14
0,2 250 4,8 М8 112 324 212 0,37
0,4 400 6,1 М10 112 341 229 0,50
0,6 600 8,4 Ml 2 140 421 281 0,92
0,9 90!) 9,3 М14 140 434 294 1,10
1,2 1250 п,о М16 168 524 356 1,90
1,7 1750 13,0 М18 168 542 374 2,26
2,1 2100 15.5 М20 185 603 418 3,00
2,7 2750 17,5 М22 135 629 444 3,80
3,5 3500 19,5 М24 212 719 507 5,80
4.5 4500 22 5 М27 212 757 545 6,90
6.0 6000 28.0 МЗЗ 248 881 633 12.80
17*
259-
устанавливают талрепы (ГОСТ 9960—61). Талрепы ставят в каждой ветви
проводки (на каждом борту). Длина рабочего хода талрепов должна быть
такой, чтобы можно было уменьшить общую длину каждой ветви проводки
не менее чем на два звена цепи или на эквивалентную им длину стального1
каната. Талрепы должны быть снабжены стопорами против самопроиз-
вольной отдачи. Основные размеры талрепов приведены в табл. 59.
Буферные пружины
При работе судна на волнении руль воспринимает удары волн,
вследствие чего .штуртрос испытывает рывки. Для предохранения рулевой
машины от динамического действия волн в линии штуртроса на каждом
борту устанавливают буферные пружины. Для удобства эксплуатации
буферные пружины целесообразнее располагать на секторе, непосред-
ственно у места закрепления цепи (каната) штуртроса.
Однако большей частью их устанавливают в районе прямолинейного,
участка штуртросной проводки. Это вызвано тем, что роль буферных
пружин в составе проводки не ограничивается предохранением рулевой
машины от толчков со стороны руля:- пружина, поставленная на прямо-
линейном участие проводки с известной первоначальной затяжкой, будет
автоматически содействовать выбиранию постоянно образующейся сла-
бины в проводке и тем самым позволит сохранить нормальную чувстви-
тельность рулевого управления. Аналогичный эффект, но в меньшей мере
вследствие трения цепи о направляющий ручей обода, дает установка"
тех пружин, которые для экономии места на палубе располагают непо-
средственно у сектора.
Рекомендуется применять цилиндрические или тарельчатые пружины
достаточно тугве (жесткие), помня о том, что слабая пружина, легко
поддающаяся деформации при нормальной нагрузке, может оказать на
чувствительность рулевого управления отрицательное действие.
При нагрузке на ветвь штуртроса до 500 кг в качестве буферной пру-
жины допускается принимать буфер, выполненный из литой резины.
Резина должна быть помещена в цилиндрический корпус, в противнрм
случае она выжимается. Резиновый буфер допустимо использовать только
на судах внутреннего плавания.
Буферные пружины устанааливают в специальном корпусе (см,
рис. 135), который имеет в нижней части четыре катка (ролика), служа-
щие для облегчения перемещения буферной пружины по палубе судна.
Цепь штуртроса или стальной пруток со стороны носа судна присоеди-
няют к стержню пружины, а со стороны кормы — к корпусу пружины,
Пружины должны быть сконструированы таким обравом, чтобы они
не сжимались вплотную при ’/8 пробной нагрузки, предназначенной дл?
данной цепи штуртроса. На корпусе пружины предусматривают указа-
тель сжатия пружины, показывающий сжатие при 25, 50, 75 и 80% проб-
ной нагрузки.
Буферные пружины устанавливают на морских судах и судах вну
треннего плавания разрядов М и О. Также рекомендуется установи
буферных пружин на судах разряда Р, выходящих в водохранилища
Штуртрос
Штуртрос, цепной или канатный, до сдачи в эксплуатацию проходи*
обязательное испытание согласно «Правилам испытания и приемки мате
риалов» Регистра СССР, на что выдается свидетельство по установленной
форме. Стальной канат, принятый вместо цепи штуртроса, до передачи н,
260
судно подвергается предварительной вытяжке при нагрузке 1,25 Р, где Р—
рабочая нагрузка.
Для повышения надежности, долговечности и облегчения труда
работающего на штурвале штуртрос необходимо обильно смазывать уни-
версальной смазкой УС-3 по ГОСТ 1033—51 как перед началом его испы-
тания, так и в эксплуатации.
Валиковая проводка
Секторные приводы с валиковой проводкой применяют в качестве
основного привода на катерах, буксирах, самоходных и несамоходных
судах морского и внутреннего плавания, а также в качестве запасного
привода на судах морских и внутреннего плавания. На тех и других судах
применение этого привода ограничено величиной крутящего момента
на ведущем баллере рулевого органа. Она, как правило, не должна быть
Рис. 139 Шарнирная и ходовая муфта: а со штампованными вилками; 6 —
с тонкими вилками; в — ходовая муфта.
больше 0,4 тс-м. При этом диаметр головы баллера не должен превосхо-
дить 110 мм. Такое ограничение вызвано стремлением сократить область
применения ручного труда.
Валиковую проводку (рис. 138) комплектуют из следующих основных
деталей: из штурвальной колонки, штурвального колеса, закрепленного
на хвостовике горизонтального валика штурвальной колонки, секторной
передачи, сектора, угловых передач, путевых подшипников, ходовых и
шарнирных муфт, валиков и т. д. Штурвальная колонка при помощи кони-
ческих передач, валиков и муфт соединяется с сектором, закрепленным
шпонкой на головке баллера руля.
Отдельные валики соединяют при помощи шарнирных и ходовых
муфт. Шарнирные муфты (рис. 139) допускают излом валиковой проводки
до 30°, но рассчитывать на такой угол не следует. Ходовые муфты в вали-
ковой проводке предназначены для предотвращения заклинивания. Каж-
дая ходовая муфта допускает рабочий ход 70 мм. В системе валиковой
проводки эти муфты располагают так, чтобы они участвовали в работе при
262
изгибе корпуса судна, т. е. ход муфты должен быть ±35 мм. При уста-
новке всех деталей, входящих в валиковую проводку, необходимо соблю-
дать соосность, нормы которой обычно оговаривают в чертежах.
При проектировании валиковой проводки необходимо стремиться
к тому, чтобы число угловых передач и шарнирных соединений было мини-
мальным. Однако не следует также допускать, чтобы длина каждого валика
превосходила 3—4 м. С другой Стороны, чем меньше соединений, тем
меньше величина люфта в валиковой проводке и меньше расхождение
между действительным отклонением руля и показаниями аксиометра.
Это расхождение в эксплуатационных условиях допускается в пределах
одного градуса.
При монтаже валиковой проводки необходимо убедиться в отсутствии
заклинивания (защемления) ее вращающихся частей. Для этого прово-
рачивают вручную каждый валик, а затем последовательно их соединяют
и проворачивают вручную без применения каких-либо приспособлений.
Если валиковая проводка прокручивается вручную свободно, то к ней
подсоединяют штурвальную колонку и проворачивают привод не менее 10
раз на левый и правый борт. Убедившись в правильности монтажа валико-
вой проводки, ее подсоединяют к секторной передаче и снова прокручи-
вают не менее 10 раз на каждый борт. Эти условия обычно оговаривают
в монтажных чертежах проводки.
Детали валиковой проводки должны иметь размеры, обеспечивающие
достаточную прочность при передаче крутящего момента. Коэффициент
запаса прочности по пределу текучести не должен быть меньше 2,5.
Штурвальная колонка. Штурвальная колонка — это механизм, пере-
дающий вращение рулевому органу. Конструкция этого механизма зави-
сит от числа постов, предусматриваемых для управления судом и может
быть двух типов. При однопостовом управлении используют колонку
•(см. рис. 140, 141), в конструкции которой не предусмотрено подсоедине-
ние второй колонки (колонку первого типа). При двухпостовом управлении
устанавливают на крыще рулевой рубки штурвальную колонку этого же
типа, а в рулевой рубке — колонку другого типа (см. рис. 140). Колонка
второго типа имеет угловую передачу, закрепленную на ее корпусе и пред-
назначенную для подсоединения колонки, расположенной на крыше руле-
вой рубки. На вертикальном валике этой передачи установлена зубчатая
муфта, предназначенная для включения и отключения привода тумбы
поста, расположенного на крыше рулевой рубки.
Штурвальная колонка состоит из тумбы и головки Головка в свою
очередь состоит из корпуса, пары конических шестерен, закрепленных на
горизонтальном и вертикальном валиках. На хвостовике горизонтального
валика с наружной стороны закрепляется штурвальное колесо. Размеры
штурвальных колес (см. рис. 142) приведены в табл. 60. На крышке головки
Таблица 60
Основные характеристики штурвальных колес (рис. 142)
Расчетный диаметр D Допускаемый крутящий момент, лгс.л Наружный диаметр колес Вес, кг
D, тип I тип II
500 8,0 600 678 3.7 11
700 11,2 838 878 5,9 14
Q00 14.4 1038 1078 8.5 17
1200 29.0 1338 1378 12.0 21
263
штурвальной колонки установлен аксиометр, привод к которому преду-
смотрен от горизонтального валика. Отметим, что передаточное число
аксиометра должно соответствовать общему передаточному числу привода.
Головку штурвальной колонки можно устанавливать на специальном
фундаменте без применения тумбы, что оговаривается в рабочих чертежах.
Она может быть правой и
левой модели.
Штурвальную колон-
ку обычно устанавливают
в диаметральной плоско-
сти судна, располагая ее
по длине судна так, чтобы
между ободом штурваль-
ного колеса и компасом
было расстояние не менее
одного метра. Если ком-
паса нет, она должна быть
установлена по возможно-
сти ближе к передней стен-
ке рулевой рубки, нотак,
чтобы не мешать откры-
ванию окон (иллюминато-
ров). Ось штурвального
колеса по высоте распола-
гают так, чтобы расстоя-
ние между ней и палубой
(еланью, решеткой) было
в пределах 900—1000 мм.
Применяют штурваль-
ные колеса двух типов:
тип 1 — деревянные, ру-
коятки расположены на
внешней стороне обода;
тип II — металлические,
рукоятки расположены с
внутренней стороны обода.
Второй тип в отношении
безопасности предпочти-
тельней. На ободе штур-
вального колеса или на
Рис. 142. Штурвальное колесо: а — тип 1; б— тип II
секторе между спицами
предусматривается отки-
дывающаяся рукоятка, позволяющая при малых нагрузках вращать
штурвальное колесо с большей скоростью.
Секторная передача. Секторная передача (см. рис. 143) представляет
собой самотормозящуюся червячную пару, на квадрате вертикального
валика которой посажена цилиндрическая шестерня. Шестерня все время
находится в зацеплении с ободом сектора, однако предусмотрена возмож-
ность отключения сектора от валикового привода при подъеме шестерни на
величину несколько большую, чем высота шейки, имеющей квадрат.
Секторная передача при помощи шарнирной муфты, закрепленной на
хвостовике червяка, подсоединяется к валиковой проводке. Введение
в секторную передачу самотормозящейся червячной пары, вместо кониче-
ской пары, резко снизило коэффициент полезного действия этого привода
с 0,7 до 0,42, но позволило сделать привод безопасным. Если ввести в ввли-
265
ковую проводку надежно работающий тормоз, то можно червячную пару
заменить конической парой и тогда коэффициент полезного действия этого
привода станет 0,65—0,70, т. е. равноценным коэффициенту полезного
действия секторного привода со штуртросной проводкой. Такие конструк-
ции в речном судостроении нашли применение.1
Секторная передача устанавливается обычно в диаметральной пло-
скости судна так, чтобы ось вертикального валика совпадала с продоль-
ной осью сектора, проходящей
через центр зубчатого обода.
Секторы, применяемые в
валиковой приводке, могутбыть
трех типов (рис. 144):
1 тип — без амортизатора
(рис. 144), рассчи-
тан на передачу
крутящего момен-
та 0,160тс-м при
диаметре баллера
не более 70 мм;
II тип — с одним амортиза-
тором (рис. 144),
рассчитан на пе-
редачу крутящего
момента0,250тс-м
при диаметре бал-
лера не более
ПО мм;
III тип — с двумя амортиза-
торами (рис. 144),
рассчитан на пере-
дачу крутящего
момента 0,400тс-м
при диаметре бал-
лера не более
110 мм.
Секторы выполняют саар-
ной конструкции с неразъем-
ной ступицей, однако II и III
типы могут быть выполнены и
с разъемной ступицей.
Угловая передача. На
рис. 145 приведена конструк-
ция угловой передачи. Ее корпус обычно крепят к специальному фунда-
менту на металлических прокладках. На хвостовиках валиков передачи
закрепляют шарнирные муфты, при помощи которых угловая передача
соединяется с валиками проводки. В качестве валиков используют сталь-
ные трубы по ГОСТ 8734—58 наружным диаметром 38 мм с толщиной
стенки 4,5 мм. Внутреннюю полость концов труб обрабатывают для соеди-
нения под диаметр 30 мм. В качестве опор валиков применяют шарико-
вые подшипники по типу, приведенному на рис. 146
Основные характеристики секторного привода с валиковой провод-
кой приведены в табл. 61. Проводку комплектуют с учетом особенностей
каждого судна в соответствии с требованиями Регистра СССР.
’Краковский И. И. Судовые вспомогательные механизмы, ч. I. «Речной
транспорт», 1955.
266
Рис. 144. Секторы; а
тип I; б — тип II; в —
тип III. Модуль зубчатой
передачи т~ 8.
267
Рис. 146. Подшипники валиковой проводки: а — подшипник одинарный с вертикальным
креплением; б — подшипник одинарный с горизонтальным креплением; в — подшипник
te- й сдвоенный с вертикальным креплением.
268
Таблица 61
Основные характеристики ручных секторных рулевых приводов
с валиковой проводкой *
Расчетный крутящий момент на ведущем баллере, кгс-м Расчетный диаметр штурвального колеса, мм Сектор баллера Общее передаточное число рулевого привода Наибольшее усилие «а рукоятках штурвала, кгс Время (сек.) перекладки руля с борта на борт при средней окружной скорости на рукоятках 1,8 м/сек на угол ±35° вала при перекладке руля на угол ±35°
aJ с. gg радиус начальной I окружности зуб- чатого зацепле- ния. мм
65 500 5,33 448 75 ’8,5 13 15
100 500 5.33 448 75 13 13 15
160 700 8 672 112 10 27 23
250 900 8 672 112 12 35 23
400 1200 8 672 112 14 46 23
* Передаточное число штурвальной колонки 1; секторной передачи 28. угловой пере-
В монтажных чертежах указывается, что детали зубчатых и червячных
передач при сборке должны быть обильно покрыты консистентной смазкой
марки УС-3 по ГОСТ 1033—51, этой же смазкой должны быть набиты
полости подщипников в передачах и корпусах путевых подшипников
§ 23. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ
Винтовой привод
В судостроении винтовые рулевые приводы начали применять с 1839 г.,
хотя с тех пор винтовой привод, конечно, значительно видоизменился.
Большинство 'этих приводов имело двуплечий рычаг — румпель, наса-
женный на голову баллера руля и соединенный при помощи тяг с ходо-
выми гайками вннтов. Винты вращались при помощи ручного штурвала
или через редуктор при помощи даигателя, при этом ходовые гайки пере-
мещались вдоль винтов и посредством тяг, соединенных с румпелем, обес-
печивалось отклонение румпеля, а следовательно, и самого руля.
Известно много типов винтовых приводов, но в отечественном судо-
строении применялся винтовой привод Девиса в комплексе с муфтой Федо-
рицкого н двумя электродвигателями постоянного тока. Такой привод,
благодаря введению в него муфты Федорицкого, позволял перекладывать
руль, как при помощи двух, так и при помощи одного (из даух) электро-
двигателя. Приводй этого типа предусматривали на морских судах до
50-х годов нашего века. Их преимущество по сравнению с другими —
малый вес и незначительные габариты, допускающие установку рулевой
машины в кормовой части судна. В дальнейшем винтовые привод^ были
вытеснены секторными и электрогидравлическими приводами, имеющими
больший коэффициент полезного действия.
На судах внутреннего плавания винтовой привод применения не нашел
в-основном из-за низкого коэффициента полезного действия, характерного
для работы всякой винтовой пары. В современном отечественном судо-
строении этот тип привода к применению не рекомендуется.
269
Паровой привод
Паровой привод находил широкое применение на морских и внутрен-
него плавания судах до второй половины нашего столетия. По мере совер-
шенствования судовых палубных механизмов становилось выгоднее уста-
навливать на судах более экономичные и надежные приводы — электри-
ческие и электрогидравлические, которые заменили паровые. В современ-
ном отечественном судостроении применение парового привода допускается
только в исключительных случаях, при этом должна быть тщательно
экономически обоснована рентабельность такого привода.
Электрический румпельно-секторный привод
В этом приводе связь между сектором и рулевой машиной практи-
чески можно обеспечить не только при помощи штуртросной и валиковой
проводок. В тех случаях, когда рулевую машину устанавливают в кормо-
вой части судна, обод сектора выполняют зубчатым. Шестерня механизма
рулевой машины вводится в зацепление с ободом сектора, минуя какие-
либо промежуточные средства саязи. В результате благодаря сокраще-
нию штуртроса (или валиков) получается экономия в весе и в расходе
энергии, затрачиваемой на перекладку руля. В современном судостроении
румпельный и секторный привода часто объединяют.
Румпель закрепляют на баллере рулевого органа жестко, а сектор
насаживают свободно. Обод сектора выполняют зубчатым. Румпель
получает движение от сектора через буферные пружины, которые, кроме
того, поглощают толчки, воспринимаемые рулем. При стоянке судна устой-
чивое положение руля обеспечивается стопорением сектора клиновым
колодочным тормозом с ручным рычажно-винтовым приводом.
Кроме основного электропривода, руль приводится в действие запас-
ным электрическим или ручным приводом, установленным также в кормо-
вой части судна, или ручным приводом — при помощи валиковой про-
водки, штурвальная тумба расположена в рулевой рубке. В современных
установках переход на запасный привод не требует переключения руле-
вой машины с одного привода на другой. Если штурвальная тумба ручного
привода или пульт управления электрическим приводом размещены в руле-
вой рубке, то такой переход совершается за 5—10 сек.
Электрогидравлический привод
Электрогидравлический привод получил широкое применение в руле-
вых устройствах современных судов.
В этот привод входит румпель, закрепляемый на баллере руля.
Если в рассмотренных выше приводах передача усилий к румпелю (сек-
тору) происходила через штуртросную или валиковую проводку, то в этом
приводе усилия от рулевой машины передаются непосредственно румпелю,
являющемуся составной частью рулевой машины. Основные конструктив-
ные особенности рулевых машин рассмотрены в главе VII.
ГЛАВА VI1
РУЛЕВЫЕ МАШИНЫ
Рулевая машина — один из основных механизмов судна, обеспечива-
ощих безопасность его плавания. Она входит в состав рулевого устройства
и предназначена для перекладки руля.
В отечественном и иностранном судостроении применяют большое
количество различных рулевых машин, которые по роду используемой
энергии разделяют на ручные, паровые, электрические и электрогидравли-
хеские.
Можно дать следующую классификацию современных рулевых машин:
1) ручные
с тяговым органом (барабаном или звездочкой);
без тягового органа;
с гидравлической передачей (гидравлические);
2) паровые поршневые
с вертикальным расположением цилиндров;
с горизонтальным расположением цилиндров;
3) электрические
секторные;
винто-зубчатые;
4) электрогидравлические
плунжерные;
лопастные;
сегментные;
винтовые поршневые;
с качающимися цилиндрами и др.
Проектирование рулевых машин представляет собой специальный
курс и в этой книге не рассматривается. Ниже будут приведены общие
данные о рулевых машинах и рекомендации относительно использования
сдельных конструкций.
В современном отечественном судостроении используют только оправ-
хавшие себя при длительной эксплуатации типы рулевых машин. К таким
машинам относят:
ручные, электрические секторные и электрогидравлические плунжер-
хые при ограниченном числе типоразмеров.
Применение новых типов рулевых машин допускается только в том
:лучае, если их опытные образцы прошли проверку в эксплуатации.
§ 24. РУЧНЫЕ РУЛЕВЫЕ МАШИНЫ
До начала XVI века руль и румпель на судах оставались неизменными,
i перекладку руля выполняли вручную на угол ±5ч-6°. При увеличении
хазмеров судна такая перекладка стала трудной, и к румпелю начали
христраивать таль для управления при помощи ворота.
271
В начале XVII века был применен штурвал, который представлял
собой значительное усовершествование рулевого устройства. Штурвал
позволил рулевому находиться на палубе и значительно увеличить угод
перекладки руля. В дальнейшем замена румпеля сектором, неподвижно
укрепленным на баллере, дала возможность получить любые углы пере-
кладки при скорости движения руля, пропорциональной скорости вра-
щения штурвала. Конструкция штурвала совершенствовалась, и сочета-
ние ее с механической передачей привело к появлению ручной рулевой
машины.
Ручные рулевые машины с тяговым органом — барабаном или звез-
дочкой. На рис. 147, а приведена простейшая конструкция рулевой
машины, предназначенной для передачи усилий к румпелю (сектору) при
помощи стального каната диаметром 6 мм, принятого в качестве штур-
троса, а на рис. 147, б —• конструкция ручной рулевой машины, в которой
вместо барабана установлена звездочка для пластинчатой цепи, соединя-
ющейся со стальным канатиком штуртроса. Такие рулевые машины реко-
мендуется использовать на катерах, если крутящий момент на баллере ие
превышает 0,16 тс 'М. В противном случае рекомендуется ручная руле-
вая машина РР-1 (см. рис. 147, в) с цилиндрической передачей и звездоч-
кой для пластинчатой цепи t — 25 мм (ГОСТ 2599—50), имеющей z = 10
и DH0 = 80,9 мм. Такая рулевая машина обеспечивает крутящий момент
на баллере до 0,25 тс-м. Ее применяют на буксирах и катерах, вес машины
с деревянным штурвальным колесом диаметром 500 или 750 мм соответ-
ственно 13,8 и 17,8 кг, с металлическим штурвалом тех же размеров ее
вес соответственно 12,1 и 16,9 кг. Основные характеристики этих машин
приведены в табл. 62.-
На тех же судах может быть применена рулевая машина (см. рис. 147,г),
которая представляет собой составную часть схемы рулевого устройства,
приведенной на рис. 133.
На катерах и буксирах наряду с рассматриваемыми машинами при-
меняют ручные рулевые машины с самотормозящейся червячной переда-
чей без тормоза и стопора (см. рис. 148, а) и со стопором (см. рис. 148, б).
Основные характеристики их приведены в табл. 62. Введение в конструк-,
цию рулевой машины РРЗ самотормозящейся червячной пары позволило
применить ее при крутящем моменте на баллере руля до 0,50 тс-м к обес-
печить продолжительность перекладки на угол ±35° за 30 сек. при числе
оборотов штурвального колеса не более 23.
Недостаток рулевых машин типа РРЗ — многооборотность штурваль-
ного колеса.
Ручные рулевые машины с тяговым органом — звездочкой под калиб-
рованную цепь и цилиндрической передачей. Ручные рулевые машины
с цилиндрической передачей (см. рис. 149) находили применение большей
частью на несамоходных судах и выпускались четырех типоразмеров с од-
ним, двумя и тремя штурвальными колесами. Они обеспечивали при 2—4
работающих крутящий момент на баллере от 0,90 до 2,70 тс-м. Машина
этого типа имеет станину сварной конструкции, в щеках станины установ-
лены подшипники скольжения для вала штурвального колеса и вала
тягового органа — звездочки, на котором закреплено ведомое цилиндри-
ческое колесо. В нижней части станины с помощью ригелей закреплены
ося направляющих (отводных) блоков штуртросной цепи. При вращении
штурвального колеса, на валу которого закреплена ведущая цилиндри-
ческая шестерня, находящаяся в зацеплении с ведомой шестерней, проис-
ходит вращение звездочки, закрепленной на валу ведомой шестерни, пере-
мещение цепи штуртроса, а следовательно, и поворот сектора. В необходи-
мых случаях штурвальное колесо стопорят за одну из его спиц с помощь^
272
18 Заказ 1836
273
§
Таблица 62
Основные характеристики ручных рулевых машин для катеров, буксиров и несамоходных судов
(рис. 147—149)
Характеристики Рулевые машины
с бара- баном со звездочкой для пластинчатой цепи вертикальные водозащищенные с червячной пе- редачей и бара- баном (рис 148)
(рис. 147, с) (рве 147, б) (рис. 147, в) звездочкой для калиброванной цепи (рис. 49)
Индекс машины
PPJ РРЗ РРЗ РР7-9.5 PP7-I1 РР8-13 РР8-15 РР9-17 I РР9 19
Максимальное натяжение штуртроса перед барабаном (звездочкой), кгс 100 100 500 730 1000 600 900 1300 1700 2200 2700
Усилие на рукоятке штур- вала, ксс 12 12 16 16 16 20 20 20 20 20 20
Передаточное число передачи — — 15 15 15 5 5 5 5 5 5
Наибольший рабочий ход штуртроса, мм Количество оборотов штур- вального колеса при рабочем ходе штуртроса Диаметр, мм1 775 • 3 1070 1120 1150 23 1150 23 1180 12,5 1180 12,5 1320 16 1320 14 2040 16,5 2670 20,5
барабана звездочки 76 85 80,9 238 238 149 149 132 199 194
стального каната штур- 4—6 4—6 11 13 13 — — —
(калибр) штуртросной не- — — — — — 9,3 11 13 15 17 19
Угол перекладки руля, град. Диаметр штурвального ко- леся, мм Количество работающих, чел. ±35 440 ±35 440 ±35 500-750 ±35 750 ±35 1000 ±35 1000 ±35 1000 ±35 1300 ±35 1500 ±35 1600 ±35 1600
1 1 1 1 2 2 2 3 4
Максимальный вес рулевой машины, кг 15 15 18 78 82 130 130 235 235 400 400
закладного стопора, закрепленного на щеке станины, что облегчает усло-
вия груда рулевого. На верхней части станины рулевой машины уста-
новлен указатель положения руля — аксиометр. Передаточное число
привода аксиометра равно общему передаточному числу рулевого привода.
Основные характеристики рулевых машин этого типа приведены
в табл. 62. В новом отечественном судостроении эти рулевые машины могут
быть применены в расчете на кру-
тящий момент не более 0,9 тс -м.
На судах, находящихся в эксплуа-
тации, и на вновь строящихся
судах рекомендуется вместо них
применять машины более совер-
шенной конструкции с гидравли-
ческой системой передачи.
Рассмотренные ручные руле-
вые машины рассчитаны на пе-
редачу усилий от штурвального
колеса к сектору баллера при помощи штуртроса.
Ручные рулевые машины без тягового органа. Эти машины (см.
рис. 140) применяются при передаче усилий от штурвального колеса к сек-
тору, закрепленному на баллере рулевого органа при помощи валиковой
проводки. Конструкция рулевой машины — штурвальной головки—
рассмотрена в главе VI, так как она входит в состав секторного привода
с валиковой проводкой.
Такие машины рекомендуется использовать в качестве как основного,
так и запасного привода на тех судах, где нет энергетической установки
или она недостаточно мощная. Основные характеристики ручных рулевых
машин с валиковой проводкой приведены в табл. 61.
18*
275
Рис. 149. Ручные рулевые машины с тяговым органом — звездочкой и цилиндри-
ческой передачей: а — на тяговое усилие 900 кгс, б — на тяговое усилие 1700 кгс,
в — на тяговое усилие 2700 кгс.
276
277
Ручные гидравлические рулевые машины (см. рис. 150) устанавли-
вают на судах малого тоннажа, где из-за недостаточной мощности энерге-
тической установки или из-за ее отсутствия целесообразно использовать
ручной привод: Гидравлическая система позволяет получить между
рулевым органом и насосом гидросистемы любое передаточное отношение
при высоком коэффициенте полезного действия. Рабочее давление жид-
кости в гидросистеме принимают в пределах 25—30 кгс!см2.
Плунжерные ручные гидравлические рулевые машины обычно выпол-
няют двухцилиндровыми (см. рис. 150). Рабочая жидкость подается
в цилиндры при помощи ручного насоса, встроенного в штурвал'ьную
тумбу, расположенную в рулевой рубке. Насос используют ротационный
аксиально-плунжерный. Его приводят в действие вручную, вращая штур-
вальное колесо. Насос трубопроводом рабочей жидкости соединен с цилин-
драми машины. Подачу рабочей жидкости регулируют при помощи рас-
пределительного золотника, установленного в распределительной коробке.
Запас рабочей жидкости хранится в цистерне, помещенной в основании
штурвальной тумбы. Основные характеристики некоторых ручных гидрав-
лических рулевых машин приведены в табл. 63. Их применение в новом
отечественном судостроении рекомендуется в тех случаях, когда надо
обеспечить следующие значения крутящего момента на баллере: 0,063;
0,10; 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1.0; 1,6; 2,5 и 4.0 m см.
Таблица 63
Основные характеристики ручных гидравлических рулевых машин
(двухцилиндровое исполнение)
Обеспечи- ваемый крутящий момент на баллере руля, том Диаметр баллера, Перекладка руля Давление рабочей жидкости, кгс/см* Вес, кг
наиболь- ший угол, град. время перекладки,
0,5 130 ±35 120 до 30,0 600
0,8 135 ±35 60 до 30.0 590 (без труГюпроводов)
§ 25. ПАРОВЫЕ РУЛЕВЫЕ МАШИНЫ
В начале XIX века на судах были впервые установлены паровые
рулевые машины, во второй половине XIX столетия, эти машины пред-
ставляли собой механизм следящего типа, обеспечивающий соответствие
положений руля и румпеля. Позднее паровые рулевые машины были усо-
вершенствованы и нашли широкое применение, и только в начале второй
половины нашего века они уступают место более совершенным машинам.
Паровые рулевые машины обычно делятся на
паровые поршневые и
пароручные поршневые.
И в тех и в других расположение паровых цилиндров может быть как
вертикальным, так и горизонтальным.
На судах^ отечественной постройки широко использовали пароручные
рулевые машины в комплексе со штуртросной проводкой, которые и сей-
час находятся в эксплуатации. Со второй половины XX столетия приме-
нение пароручных рулевых машин прекратилось и в новом судостроении
их установку допускают только в исключительных случаях, так как эти
278
машины имеют низкий коэффициент полезного действия, значительный
вес как самой машины, так и парового трубопровода с арматурой. На
рис. 151 представлена одна из моделей пароручных рулевых машин РПР-1
с вертикальным расположением паровых цилиндров. Машина имеет сталь-
ную литую фундаментную плиту, на которой жестко закреплены передняя
и задняя станины. Грузовой вал опирается на подшипники скольжения,-
закрепленные в станинах. На грузовом валу установлены: звездочка для
цепи штуртроса, червячное колесо машинного привода и зубчатое цилин-
дрическое колесо ручного привода. На валу звездочка закреплена при
Рис. 151. Пароручиая рулевая ма-
шина РПР-1 с тяговым усилием
7000 кгс.
/ —- станина; 2 — штурвальное колесо,
ч — паровой цилиндр, 4 — аксио-
метр. 5 — звездочка для цепи, 6 —
направляющий ролик: 7 — грузовая
передача. Л — кривошипный вал, 9 —
впуск пара, 10 — пусковой золотник.
it — выпуск пара. 12 — клапан зко-
цънип.
помощи двух шпонок, червячное колесо свободно проворачивается и удер-
живается от осевого перемещения, а цилиндрическое колесо, соединенное
с валом при помощи двух шпонок, может перемещаться вдоль оси вала.
На торцах ступиц червячного и цилиндрического колес, обращенных друг
к Другу, предусмотрены кулачки для соединения колес посредством пере-
мещения цилиндрического колеса при помощи переводного рычага,
вручную,
В нижней части машины установлены отводные ролики для цепи
штуртроса. Осн роликов закреплены неподвижно.
Паровые цилиндры расположены в верхней части машины, их изго-
товляют литыми из чугуна, каждый отдельно, но заодно с золотниковыми
коробками. Пусковой золотник расположен в верхней части машины между
паровыми цилиндрами. Золотники — распределительные и пусковой —
выполняют цилиндрическими из чугуна так же, как дисковые поршни
и уплотнительные кольца.
279'
Механизм управления паровой машиной и ручной привод распола-
гают или непосредственно у машины или вне ее, на соответствующем -I
посту, а воздействуют на них при помощи штурвалов. Передачу сигна- ’
лов управления от поста к машине осуществляют при помощи валиков; J
Переключение с машинного управления на ручное и наоборот производят ]
вручную у самой машины или с поста управления. '
Машина снабжена: клапаном экономии, который установлен на золот- ]
никовой коробке пускового золотника, и аксиометром, расположенным ’1
вертикально у машины за штурвальным колесом ручного привода.
Такую рулевую машину устанавливали на буксирных, сухогрузных, 4
наливных, самоходных и несамоходных судах морских и внутреннего j
плавания. Машина пароручная с вертикальным расположением цилиндров J
имеет следующие основные характеристики.
Вес рулевой машины, кг . 1065 !
Габаритные размеры, м
длина . 1080 j.
ширина 1170
высота . 1685
Высота от основания до оси штурвального колеса, мм 685
Усилие в иггуртросноЙ цепи при давлении пара перед клапаном |
экономии 12 ата, кгс . .». . . . 7000 j
Калибр цепи штуртроса (звездочки сменные), мм 19—22—25
Число оборотов машинного вала, об/мин . , 175
Внутренний диаметр паровых цилиндров, мм . 130
Ход поршня, мм ... . .... ПО
Число цилиндров ... . 2
Котельное давление, ата ... . 16,0
Расчетное давление насыщенного или слабо перегретого пара
(20—30е С) перед клдпаном экономии, ата ...... 12,0
Расход пара на 1 и. л. с., кг1час....................... 30,4 ’
Противодавление (при выхлопе в атмосферу), ата 1,2
Скорость выбирания штуртроса, м)мин , . . , До 3,0
При давлении пара перед клапаном экономии 11 ата машина создает тяго-
вое усилие на звездочке не менее 5,0 тс.
Такую машину обычно размещали на главной палубе. В этом случае ’
цепь штуртроса от рулевой машины проходит по каждому борту через
стенки надстройки и уплотнить места прохода цепи весьма трудно. Во
избежание этого на морских судах вал машины удлиняют, его консольный
конец пропускаю^ через стенку надстройки и закрепляют на нем звез- ;
дочку. Проход вала через стенку надстройки уплотняют с помощью саль-
ника. В этом случае вес рулевой машины с установкой дополнительных
отводных роликов вне надстройки составляет 1422 кг.
В иностранном судостроении применяют паровые рулевые машины
различных модификаций: секторные с телемоторной передачей, секторные
со штуртросной (целной) передачей и другие.
§ 26. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РУЛЕВЫЕ МАШИНЫ
Электрические рулевые машины подразделяют на винтовые, секторные
и винто-зубчатые.
Винтовые машины
Эти машины применяли в отечественном судостроении в первой
половине текущего столетия. На рис. 152 представлена типичная электри-
ческая винтовая рулевая машина РЭР2, имеющая следующие основные
характеристики.
280
Наибольший крутящий момент на голове баллера, т-см . 1,56
Угол поворота 'рулевого органа, град...................... ±35
Время перекладки рулевого органа на угол ±35э, обеспечи-
ваемое рулевой машиной, сек.:
одним электродвигателем .... 1 40
двумя электродвигателями............ 20
ручным приводом при двух работающих 90
Электродвигатель водозащищенный:
тип..................................................... . ПНЗ-17,5
часовая мощность, кет . 1,2
число оборотов, мин. 1380
род тока ......................................... . Постоянный
напряжение, в . 220
Вес машины, кг
механической части . 540
с электрооборудованием 935
Электродвигатель выдерживает 300 пусков в течение одного часа при
моменте 0,3 кгс-м и стоянку под током в течение 60 сек. при стояночном
моменте М„ — 1,86 кгс-м.
281
Машина состоит из следующих основных деталей: дифференциаль-
ного редуктора Федорицкого, имеющего две червячные пары и кониче-
ский дифференциал. В нижней червячной паре - два червяка, к хвосто-
викам которых присоединены электродвигатели. Червяк верхней пары
имеет дра хвостовика, на один конец его свободно насажено штурвальное
колесо, на другом — закреплена цилиндрическая шестерня, находящаяся
в зацеплении с шестерней, насаженной на хвостовике червяка винтового
привода. Штурвальное колесо при ручном приводе включают в работу при
помощи кулачковой муфты. В винтовом приводе есть две ходовые бронзо-
вые гайки: одна — с правой, другая — с левой трапецеидальной нарезкой
соответственно нарезке винта, выполненного из стали марки Ст.6 (ГОСТ
360—60). Для предотвращения заклинивания привода из-за косвенного
влияния тяг винт имеет возможность небольшого осевого перемещения.
Гайки соединены с одноплечими рычагами, а рычаги — через тяги со сталь-
ным литым румпелем, закрепленным на баллере руля. Машина снабжена
конечным выключателем и датчиком электрического указателя положения
руля. Тормоз — колодочный, охватывает в нижней части ступицу рум-
пеля. Машины этого типоразмера находятся в эксплуатации более 25 лет,
случаи использования ручного привода были весьма редкими. Машина
надежна, но из-за малого коэффициента полезного действия не рекомен-
дуется для применения в новом судостроении. На смену этим машинам при-
шли более экономичные электрические секторные рулевые машины.
Секторные машины
В отечественном судостроении (с конца первой половины XX сто-
летия) широко используют секторные электрические рулевые машины.
По назначению электрические секторные рулевые машины подраз-
деляют на «морские», предназначенные для установки на морских судах
и «речные», предназначенные для установки на судах внутреннего плавания.
По конструкции различают машины пяти типов:
I тип — машины одинарные «морские» -с одним электродвигателем
и червячным редуктором основного привода. Запасной привод автономный,
действующий независимо на баллер руля, выполнен отдельно. Машины
предназначены для обслуживания одного или двух рулей.
II тип — машины одинарные «речные» с одним электродвигателем
основного привода и дифференциальным редуктором. К хвостовикам чер-
вяков редуктора присоединяют механизмы основного и запасного приво-
дов. Машины предназначены для обслуживания одного или двух рулей.
Ill тип — машины одинарные «морские» с даумя электродвигателями
и червячным редуктором основного привода. Запасной привод здесь не
предусматривается. Машины предназначены для обслуживания одного
или двух рулей.
IV тип — машины одинарные «речные» с двумя электродвигателями
и червячным редуктором основного привода. Запасной привод не преду-
сматривается. Машины предназначены для обслуживания одного и двух
рулей.
V тип — машины сдвоенные «речные», состоящие из двух одинарных
машин* II типа, у которых электродвигатели основного привода имеют
два выходных конца вала: один подсоединен к хвостовику червяка редук-
тора, а другие концы, обращенные к диаметральной плоскости, соединены
между собой при помощи электромагнитной муфты, допускающей раздель-
ную работу одинарных рулевых м^шин.
По роду используемого тока различают:
282
секторные машины с электроприводом постоянного тока напряже-
нием 220 в, напряжение 110 в допускается только в исключительных слу-
чаях;
секторные машины с электроприводом переменного- тока напряже-
нием 380 в, напряжение 220 в допускается только в Исключительных
случаях.
Принимают запасной электропривод переменного тока напряжением
В зависимости от числа постов управления машины разделяют на
однопостовые и многопостовые (2—3 поста).
Электрические секторные рулевые машины .выполняют с зубчатыми
секторами, обеспечивающими перекладку руля' на углы ±35; ±45” и
в отдельных случаях ±60 и ±90и.
Электрическая секторная рулевая машина, предназначенная для
обслуживания одного руля, имеет румпель, закрепленный с помощью
шпонок на баллере, и сектор, насаживаемый вхолостую. Сектор с румпелем
соединены двумя пружинами-амортизаторами. В нижней части румпеля
предусмотрена кольцевая клиновая канавка для установки тормоза.
Обод сектора поддерживается несколькими роликами, установленными
на судовых фундаментах.
В машинах, предназначенных для перекладки двух рулей, сектор
насаживается вхолостую на фальшбаллер, выполненный в виде стойки.
Румпели закреплены на баллерах при помоши шпонок, в нижней части
ступицы имеют кольцевые клиновые канавки для установки тормозов.
Румпели соединяют с сектором при помощи тяг с пружинными амортиза-
торами.
Секторные рулевые машины для морских судов и судов внутреннего
плавания, рассчитанные на одинаковое значение крутящего момента на
баллере, отличаются друг от друга обычно только размерами секторов,
предназначенных соответственно для углов перекладки ±35 и ±45°.
Остальные узлы обеих машин одинаковы.
В этих машинах в качестве исполнительных применяют электро-
двигатели морской серии П и ДПМ, скоростные и тихоходные, которые
дают возможность принять общее передаточное число соответственно 1800
и 900. При выборе систем привода и управления могут быть рассмотрены
следующие варианты:
электропривода по системе генератор—двигатель;
одномашинного электропривода с короткозамкнутым асинхронным
электродвигателем при контакторном и контроллерном управлении.
Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки.
Привод по системе генератор—двигатель, как показал опыт эксплуа-
тации, очень надежен. Он достаточно прост в эксплуатации, несмотря на
машины постоянного тока. Управление многими процессами: пуска, регу-
лирования скорости, реверса и торможения — перенесено в цепи возбу-
ждения, благодаря чему облегчается аппаратура управления, а также
исключены большие потери и «толчки» тока при пуске. Эту систему широко
используют в электроприводах секторных рулевых машин, устанавли-
ваемых на отечественных и зарубежных судах, она дает возможность в ши-
роких пределах унифицировать систему управления, включая автору-
левой.
Одномашинный электропривод с асинхронным короткозамкнутым
двигателем имеет существенные недостатки, основные из которых сле-
дующие:
при весьма большой частоте включений рулевых электроприводов
[при авторулевом), доходящей до 2000 включений в час, короткозамкну-
283
тый электродвигатель работает практически непрерывно в пусковом ре-|
жиме, что создает неблагоприятные условия для судовой сети, а также и я
для самого электродвигателя; |
силовая контроллерная и контакторная аппаратура, применяемая'^
в этом электроприводе, не может работать надежно с авторулевыми. Кроме.3
того, даже при простом управлении (по времени) контакторные системы!
электропривода согласно требованиям Регистра СССР должны быть дуб-1
лированы, т. е. иметь две магнитные станции или состоять из двух само-й
стоятельных приводов, что усложняет и удорожает схему. |
Надежность электрооборудования на переменном токе (по сравнению 3
с электрооборудованием на постоянном токе) при числе включений меха-1
низмов, превышающих 300 в час, значительно снижается.
Поэтому в настоящее время признано целесообразным в секторных*
рулевых машинах привод выполнять по системе двигатель—генератор.а
Поиски конструкции более совершенного, экономичного и надежного|
привода продолжаются. ?
Каждая электрическая секторная рулевая машина снабжена элек-*
трическим датчиком — указателем положения руля — и электрическим#
ограничителем его перекладки. |
Ниже приводим основные характеристики электрических секторных!
рулевых машин отечественной конструкции, разработанных под руко-4
водством инженеров И. С. Клячко, Б. В. Лер, К- К. Воробьева и др.!
Машины прошли длительное испытание, их эксплуатировали на судахз
морских и внутреннего плавания. Они показали себя как надежный меха-3
низмы, безотказно действующие в любых климатических условиях, неЗ
требующие высококвалифицированного ухода и длительное время (10—q
15 лет) не нуждающиеся в ремонте. |
Тип 1. Электрическая секторная рулевая машина (рис. 153). :
В редукторе предусмотрена только одна червячная передача, он не(
имеет дифференциала, вследствие чего машина используется только в каче*|
стве основного привода руля. В этом случае, в соответствии с требова-1
ниями Регистра СССР, в румпельном отделении предусматривают авто-|
номный запасной привод, действующий независимо на баллер руля,|
Такую машину используют на морских судах для обслуживания одного!
и двух рулей (см. рис. 154). На челночных судах в каждой оконечности^
судна устанавливают подобную рулевую машину, но без запасного при-1
вода, а в качестве аварийного привода предусматривают румпель-талн|
(см. рис. 155). I
Тип 11. Электрическая секторная одинарная машина (см. рис. 15&А
с редуктором основного и запасного приводов. Основное отличие рулевом
машины этого типа от приреденной выше — редуктор, состоящий из двум
червячных передач и конического дифференциала. Нижняя червячнаж
пара относится к основному, а верхняя — к запасному приводам. Дифф&|
ренциал, расположенный между червячными парами, позволяет работали
тем или'иным приводом без каких-либо переключений в рулевой машине®
что повышает надежность работы рулевого устройства. Электродвигм
тель основного привода имеет один выгодной конец вала, который прж
помощи эластичной муфты соединен с хвостовиком червяка редукторам
Основной и запасной приводы осуществляют вращение баллера руля черет
один сектор. Сектор, румпель и другие детали сектора имеют повышеннукй
прочность. I
В качестве запасного привода применяют ручной; штурвальное колеси
устанавливают непосредственно на хвостовике червяка редуктора — у ма-Ц
лых рулевых машин (рис. 156) или на хвостовике червяка закрепляют
звездочку, которую с помощью пластинчатой цепи соединяют со звездочя
284
кой штурвальной тумбы (рис. 157), расположенной в румпельном отделе-
нии. Применение штурвальной тумбы дает возможность увеличить пере-
даточное число и снизить усилие на рукоятках штурвального колеса.
Управление запасным приводом может быть вынесено из румпельного
отделения. В этом случае хвостовик червяка редуктора и штурвальную
тумбу, установленную в ходовой рубке или другом удобном для работы
месте, соединяют при помощи валиковой проводки, что позволяет пере-
кладку руля производить дистанционно. Конструкция валиковой проводки
однотипна с описанной в главе VI.
Стремление ограничить применение ручного труда при перекладке
руля обусловило широкое использование электрического привода в каче-
Рис. 155. Расположение и крепление румпель-талей в румпельном помещении автомобиль-
ного челночного парома.
стве запасного (смгрис. 158). Вал электродвигателя в этот» случае при по-
мощи эластичной муфты соединяют с хвостовиком червяка запасного при-
вода. Одна из полойин муфты служит диском колодочного тормоза, кото-
рый представляет собой неотъемлемую часть этого привода. Управление
запасным приводом осуществляют дистанционно, из ходовой рубки без
каких-либо переключений в рулевой машине. Такую машину широко
применяют на судах внутреннего плавания, она также может быть исполь-
зована и на морских судах для обслуживания одного или двух рулей
(см. рис. 158).
Тип III и IV. Электрическая секторная рулевая машина с двумя
электродвигателями и червячным редуктором основного привода. Отличи-
тельная особенность этой машины — она имеет два электродвигателя
одинаковой мощности, соединенные с червяком редуктора при помощи
эластичных муфт. Одновременная работа обоих двигателей под нагрузкой
не предусматривается. При работе' одного электродвигателя второй вра-
щается вхолостую, это допускается для того, чтобы износ подшипников
287'
I — электродвигатель;
2 — цилиндрический ре-
дуктор, 3 — двфферен-
выключатель:
руля; S — румпель:
10—фундаментная плита.
Рис. J57. Электричес-
кая секторная одинар-
ная рулевая машина
РЭРП/а с дифферен-
циальным редуктором
основного и запасного §
приводов.
19 Заказ 1836
289
был равномерным. Эксплуатация таких машин показала, что если оди$
двигатель затормозить, а другой нагрузить до момента, не превышающего
значения номинального момента, то через некоторое время у нерабога^
|ющего электродвигателя подшипники будут иметь неравномерную выра»'!
^ботку (износ), значительно превышающую выработку подшипников работ?
тающего электродвигателя.
Рис. 158. Электрическая секторная сречнея» рулевая машина на крутящий момент
2,5 тс-м.
I — однорулевея! 2 — доухрулеввя.
Машины такого типа могут быть использованы на судах морских,
смешанного плавания и внутреннего плавания в рулевых устройствах,
с одним или двумя рулевыми органами. На рис. 159 представлена такая
машина, рассчитанная на момент Л1кр — 2,5 тс-м.
Тип V. Электрическая секторная сдвоенная рулевая машина
(рис. 160), обеспечивающая раздельное управление рулями, состоит из;
двух одинарных секторных рулевых машин. Выходные концы валов элек-,
тродвигателей, обращенные к диаметральной плоскости, соединены между,
собой с помощью карданных валов автомобильного типа. Между кардан^
ными валами установлена электромагнитная муфта, которая позволяет
290 ' 1
291
Основные характеристики некоторых в,
Рулевые машины Крутящий момент, обеспечиваемый рулевой метиной. * § il li Исполнительн
тип модель привод основного привода
S 1 3 п || S
Однорулевые 1Ф-102 1.0 0,25 РТ* 70—100 ±35 ПНЗ-17,5 1.2 13
РЭР11-3 2.0 0,5 РТ 140 ±35 ПНЗ-68 1,35 6.
РЭРЗ-6 3,0 0,9 РТ 150—185 ±35 П42М 3,0 1С
РЭР5-3 5,0 1,25 РТ 175—195 ±35 ПНЗ-145 4,2
РЭР7.5-4 .7,5 1,65 РТ 200—240 ±35 ПНЗ-145 6,2
РЭР15 15,0 2,0 РТ 350—370 ±35 ПНЗ-290 9,3
Двухрулевые РЭРЗ-3 3,0 - 0,6 РТ 110—220 ±45 ПНЗ-85 2,0
РЭР7.5-3 7,5 2,0 РТ 300 ±45 ^ПНЗ-145 6,2
РЭР10-2 10,0 9,0 2,5 150, 280 ±35 ПНЗ-145 6,2
РЭР15-3 15 6,3 - 300 ±45 ПНЗ-290 9,3
Двухрулевые с раздельным управлением РЭРЗ-5 2x3,0 2X0,9 - •190—220 ±45 ПНЗ-85 2,0
РЭР7.5-16 2X7,5 2X6,5 300 ±45 ПН-145 6,2
* РТ — румпель-талн
292
Таблица 64
шеских секторных рулевых машин
гектродвигатель Род тока и напряжение судовой сети,а Длительность перекледки руля (насадки). а i Й se Габариты, мм
випасного привода привод 1 а S |
к h й I 1 i 1 g 3
Ручной привод = 220 - 30" 2x25° 90* 1182 2000 1550 700
Ручной привод рл 380 - 30" 2x35° 60" 1900 1925 2220 1050
Ручной привод ей 380 «220 - 30" 2x20е 60" 2000 1920 1930 1050
Ручной привод «220 - 30" 2X20° 60" 3430 3885 2545 2090
Ручной привод ps 380 «220 - 30" 2x20° 60" 4200 3135 2595 1135
Ручной привод «380 = 220 - 30" 2x15° 60' 7400 3985 2540 1960
Ручной привод «220 - 30’ 2x25° 120" 3130 5110 2200 1200
Ручной привод «220 - 30’ 2X25° 120’ 5300 6370 2250 -1277
ПНЗ-145 6.2 840 «220 «380 «220 «380 30" 2x20° 75’ 3940 4620 2920 1530
Ручной привод « 220 30" 2x12,5° 150" 7110 8820 2790 1276
ПНЗ-17,5 1,2 1380 = 220 = 110 30’ 2X25° 60" 5000 5385 2190 1053
ПНЗ-17,5 1.2 1380 «в 220 = 110 30" 2X12,5° 60' 8000 7100 10100 11500 2550 1175
29а
обеспечить как синхронную, так и раздельную перекладку рулей, чт
является основным отличительным признаком этих машин.
Машины этого типа обеспечивают повышенную надежность управле
иия по сравнению с рассмотренными выше секторными рулевыми маши
нами других типов и позволяют значительно улучшить маневренные кач«
ства судна.
Применение машин этого типа исключает установку запасного при
вода. Однако, в связи с повышенными требованиями к маневренност
судов внутреннего плавания и обеспечению безаварийной их эксплуата
ции, сочтено целесообразным в каждой одинарной рулевой машине, исполе
зуемой иа судах внутреннего плавания, предусмотреть запасный электрл
ческий привод. •
Такая рулевая машина
1) при помощи основного привода обеспечивает:
синхронную перекладку рулей;
раздельную перекладку рулей;
синхронную перекладку рулей при 0,5 максимальной скорости ход
судна — в случае выхода из строя одного привода, так как включаете
в работу второй привод;
управляемость судна — в случае выхода из строя одного руля и ег
привода, тар как будет включен в работу второй рулевой комплекс;
2) при помощи запасного привода она обеспечивает:
синхронную перекладку рулей при максимальной скорости ход
продолжительностью 30 мин., если питание от аккумуляторов, и беспс
ребойную в течение часа, если питание от судовой силовой сети;
раздельную перекладку рулей при тех же условиях;
. управляемость судна при скорости хода, равной половине максу
мальной, — в случае выхода из строя одного из рулей с его приводен
так как включается в работу второй привод.
Рулевые машины РЭРЗ-5 (РЭР7, 5-15) этого типа рекомендуется yew
навливать на вновь строящихся и капитально ремонтируемых судах вну
треннего плавания и морских каботажных судах, имеющих два рулу
К таким судам следует отнести буксирные, сухогрузные, наливные
шаланды и т. д., т. е. суда, которые должны иметь повышенную me
невренность. Основные характеристики машин этого типа приведены
табл. 64.
Электрическая секторная сдвоенная рулевая машина состоит из дву
одинарных секторных рулевых машин. В отличне от описанной выше сдв<
енной рулевой машины, выходные концы валов, обращенные к днаме
тральной плоскости, в этом случае жестко соединены между собой пр
помощи одного сплошного (трубчатого) валика или даух карданных вале
автомобильного типа. Другие концы валов электродвигателей с помощы
эластичных муфт соединены с хвостовиками червяков редукторов. Жестко
соединение валов электродвигателей обеспечивает синхронную пере
кладку рулей на заданный угол.
При установке иа судне секторной сдвоенной рулевой машины с же
стким соединением валов электродвигателей нет необходимости пред$
сматривать дублирующий (резервный) привод, так как основные привод!
одинарных рулевых машин могут:
а) обеспечить синхронную перекладку рулей;
б) в случае выхода из строя одной из одинарных рулевых машин -
обеспечить перекладку рулей благодаря работе другой одинарной рулево
машины при скорости хода, равной половине максимальной, но не мене
6 уэл., или перекладку одного (своего) руля при другом отключенном -
на скорости хода до максимальной.
294
Электрическая- секторная рулевая машина с предохранительным зве-
ном (фрикционной муфтой). На рис. 161 приведена секторная рулевая
машина, установленная на пассажирских судах типа «Забайкалье». Основ-
ная особенность этой машины — в ее конструкции предусмотрено предо-
хранительное звено от чрезмерных перегрузок при навале кормы'судна на
Рис, 161. Электрическая секторная рулевая машина РЭР22 с предохранитель-
ной фрикционной муфтой.
берег или заклинивании руля в ледовых условиях. Предохранительное
звено состоит из фрикционной муфты, установленной, как показано на
рисунке, и рассчитанной на полуторакратиый номинальный крутящий
момент на баллере. На судах ледового плавания секторные рулевые ма-
шины снабжают независимо от величины крутящего момента таким пре-
дохранительным звеном.
Подобные секторные электрические рулевые машины выпускает
фирма «Атлас—Верке», их характеристики приведены в табл. 65. В маши-
нах этого типа, предназначенных для обеспечения крутящего момента на
298
Таблица 65
Основные характеристики электрических секторных рулевых машин
фирмы «Атлас—Верке»
Модель p3 w Диаметр баллера, мм § 8II i.S isi ifi Габариты с уче- том сектора, мм Вес машины, кг
3 1- Iе S а -S £
1 Крутящий 1 | баллере, тс I а 3
RQGO-1,6 1,6 135—160 м 650 1470 1160 700 1000
RQGO-2,5 ' 2,5 160—185 2,2 650 1620 1185 700 1230
RQGO-4,0 4,0 185—215 3,8 590 1850 1360 850 J840
RQGO-6,3 6.3 215-250 6,2 590 2050 1460 850 2100
RQGO-IO 10 250—290 10 550 2400 1240 1000 3 800
RQGO-16 16 290-340 16 550 2800 1270 1000 5500
RQGO-25 25 340—400 27 530 3450 1480 1200 8100
40 400—460 45 510 3500 2100 1700 10000
Таблица 66
Основные размеры электрических секторных рулевых машин,
принятые в ГДР (рис. 162), мм
Номинальный момент иа баллере, тем -е’ со Диаметр баллера Мощность приводного элек- ' тродвигателя (напряжение 220 в. 600 об/мин), кет Штурваль- ные колеса
со h 3 £ S К
0,63 1,0 1.6 2.5 4.0 6,3 10,0 16,0 1090 1060 1240 1250 1600 2350 2450 2670 2810 779 818 903 956 1175 1225 1336 1405 82 82 116 116 134 134 154 175 211 211 281 281 340 340 387 430 475 475 570 570 670 670 740 855 127 150 176 205 236 275 320 375 1450 1480 1820 1850 2270 2,300 2690 3050 852 852 1065 1065 1278 1278 1491 1704 800 800 1000 1000 1200 1200 1400 1600 30 36 40 — 145 165 190 215 245 280 820 *370 115 135 160 185 215 250 290 340 0,67 1,1 1,7 2,6 4,2 6,7 н,о 16,5 1 1 1 1 2 300 800 1800 1600 1250
Примечание. А — сектор для перекладки рулевого органа 2Х 80°; В — сектор для перекладки рулевого органа 2X36°.
296
297
Рис.' 163. Электрическая винто-зубчатая рулевая
машина.
/ — нас л днепроницаемый корпус; 2 — буферные пру-
жины; 3 — червяк; 4 — аубчетвя передача: 6 — элек-
тродвигатель; 6 — червячные колеса; 7 — цилиндри-
ческие шестерни; 8 — обод с алутренннм зацеплением:
баллере руля более 10 тс -м, фирма предусматривает установку предохра-
нительного звена от чрезмерных перегрузок, рассчитанного на полутора-
кратиый номинальный крутящий момент на баллере.
Ниже приводим основные данные о электрнческах секторных руле- ,
вых машинах, применяемых в судостроении ГДР (см. рис. 162, табл. 66).
Машины выполняют с секторами для обеспечения перекладки руля на
угол 2x90° — вариант Л, и на угол 2x35° — вариант В. -г
Характерная особенность этих машин — вращение баллера с помощью,-!!
основного и запасного приводов происходит через сектор основного при- •
вода. Для машин варианта А и В в качестве резервного привода принят j
ручной штурвал, которым снабжены машины, имеющие номинальной мо- |
,мент на баллере до 4тс-м включительно. Ручной привод подсоединяют при |
помощи валиковой проводки к ’
вертикальному валу редуктора.
(см. размер S). Машины вари-
анта В выполняют с двумя элек- 1
тродвигателями равной мощно-
с-ти, один из которых — запас-^
ной. Одновременная работа двух ’
электродвигателей под нагруэ- 1
кой исключена. При работе
одного электродвигателя под
нагрузкой второй вращается
вхолостую. Это позволяет ‘
сохранить подшипники элек-
тродвигателя запасного при- „5
вода. Обычно запасный злею i
тропривод и основной двига- 5
тель имеют разные источ- 3
ники питания. Зубчатые сек-
торы выполняют с разъем- q
ной ступицей. На секторах 1
приварены обушки для под-1
соединения талей аварий- ;
него привода. •
Винто-зубчатые машины
В этой конструкции ру-1
левую машину (рис. 163, |
табл. 67) вместе с электро-i
двигателем ’ устанавливают j
непосредственно на баллере,
причем баллер испытывает j
только скручивающие, но не Я
изгибающие напряжения/»
Корпус привода устанавли-1
вают упруго-подвижно отно- Я
сительно палубы. Толчки i
от удвров волн о руль, вы- J
зывающие в баллере скручивающие напряжения, передаются на корпус
рулевой машины и здесь поглощаются пружинными амортизаторами и не-1
подвижными упорами иа палубе. ' j
На баллере при помощи конуса и призматической шпонки крепится 1
круглый по форме диск — румпель, имеющий зубчатый обод с внутренним |
зацеплением; кроме того, на нем может быть предусмотрен стопор. ।
298 ' 1
Таблица 67
Основные данные о електрических винто-зубчатых рулевых машинах
фирмы «Капнагель Шерфе»
Номинальный момент на баллере, тем Диаметр баллера. мм J3ee, кг Габариты, мм
длина ширина высота
0,63 др 115 500 1200 1500 520
1.0 115—135 800 1360 1620 580
1.6 135—160 ибо 1590 1780 640
2.5 160—185 1500 1810 1930 715
4.0 185—215 2000 2130 2160 800
6,3 215—250 2400 2360 2310 860
10,0 250—290 3000 2600 2600 1000
16,0 290—340 5000 2810 2870 1110
Зубчатый обод сопрягается с двумя планетарными шестернями, на
валах которых насажены червячные колеса, вращаемые самотормозя-
щимися ходовыми-червяками. Червячный вал приводится через проме-
жуточную цилиндрическую зубчатую передачу электродвигателем, кото-
рый крепят фланцем к корпусу рулевой машины. На румпеле предусмо-
трены пружинные амортизаторы для механических -ограничителей. При
выходе из строя электрического привода румпель можно поворачивать
вручную посредством шестерен, муфты н наружного зацепления. Зубча-
тый обод может не быть полной окружностью, он может представлять
собой дугу.ие менее 70° соответственно принятому углу поворота баллера
руля. При полном зубчатом ободе в случае износа можно перестввить
планетарные шестерни в другое положение. Хотя монтаж рулевой машины
этого типа удобен, ее расположение не вызывает затруднений и габариты
невелики, она сложна и дорога-из-за применения червячных и зубчатых
передач из высокопрочных материалов. Для получения больших момен-
тов на баллере рулевые машины этого типа вообще непригодны,, как и
механические приводы с зубчатым сектором.
Рулевые машины этого типа не используют в отечественном судострое-
нии, однако они заслуживают некоторого внимания.
§ 27. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РУЛЕВЫЕ МАШИНЫ
В отечественном судостроении, как и в других отраслях промышлен-
ности, все шире применяют гидроприводы. Гидравлический привод широко
используют в рулевых машинах-. За последние 10 лет гидроприводы суще-
ственно усовершенствованы: они, обеспечивая высокую надежность, имеют
небольшой вес и размеры, что в судостроении весьма существенно.
К преимуществам гидроприводе рулевых машин следует отнести
возможность получения больших усилий и крутящих моментов;
малые веса и габариты на единицу мощности;
плавное, бесшумное изменение скорости в широких пределах;
высокий коэффициент полезного действия, например коэффициент
полезного действия плунжерных машин в пределах угла перекладки
0—5° равен 0,84;
достижение простым способом больших передаточных чисел и измене-
ния их;
299
надежную смазку трущихся частей маслом, применяемым в качестве
рабочей жидкости;
достижение больших ускорений и замедлений вследствие малых
вращающихся масс. Это происходит благодаря тому, что в машинах пре-
дусмотрены насосы, вращающиеся при работе непрерывно в одном направ-
лении. Тормозящее влияние на реверс оказывает лишь масса рабочей
жидкости, инерция которой преодолевается легко;
возможность простой и надежной защиты от перегрузки;
простоту и надежность регулируемых систем;
большую живучесть, обеспечиваемую дублированием основных узлов;
отсутствие потерь мощности;
отсутствие трудностей, связанных с изоляцией при установке меха-
низма на открытой палубе.
К основным недостаткам гидравлического привода рулевых машин
следует отнести относительную сложность его изготовления, наладки и
регулировки.
В электрогидравлических рулевых машинах электрическая энергия
превращается при помощи электродвигателей и насосов в гидравлическую.
Такие машины представляют собой агрегат, состоящий из трех основных
элементов:
привода к баллеру руля;
насосов переменной или постоянной производительности;
системы управления.
Отметим, что распределение гидравлической энергии по трубопрово-
дам менее выгодно, чем передача электроэнергии. Однако при умеренной
длине трубопровода, в пределах до 30 м, и применении малогабаритных
систем высокого давления с более высоким коэффициентом полезного дей-
ствия этот недостаток не имеет значения.
Сложные задачи управления и регулирования в рулевых устройствах,
особенно при автоматическом управлении, успешно разрешаются при
использовании обоих видов энергии: гидроэнергия используется для уве-
личения усилий и передачи их, а электроэнергия — для превращения заме-
ренной величины отключения от курса в импульс, обеспечивающий необ-
ходимый угол перекладки, и для дистанционной передачи этого импульса
к силовой установке. Такое совместное использование гидроэнергии и
электроэнергии в рулевых машинах позволяет обеспечить надежность
работы рулевой машины и уменьшить вес конструкции.
В силу конструктивных особенностей этих машин привод к баллеру —
единственный элемент в комплексе рулевой машины, который ие дубли-
руется. Следовательно, обеспечение абсолютной надежности и долговеч-
ности — определяющее требование при выборе конструктивного типа
привода к баллеру руля. Обращаем на это внимание потому, что при выборе
рулевой машины этой группы не во всех машинах этого типа одинакова
надежность привода.
Гидравлические приводы к баллеру, применяемые в отечественном
и иностранном судостроении, по конструктивным признакам можно раз-
делить на следующие группы:
открытые;
закрытые.
В иностранном судостроении предпочтение оказывается приводам
закрытого типа, защищенным от механических повреждений и коррозии.
Наряду с этим продолжают изготовлять машины с открытым гидропри-
водом.
По способу преобразования электрической энергии в гидравлическую
рулевые машины могут быть разделены на две группы.
300
Первая группа — объединяет машины, в которых давление рабочей
жидкости вызывает сначала поступательное движение поршня (плун-
жера), а затем через механическую передачу это движение преобразуется
во вращательное движение румпеля и баллера. К этой группе относятся
машины плунжерного и поршневого типов.
Вторая группа объединяет машины, в которых давление рабочей
жидкости непосредственно вызывает вращательное движение румпеля.
К этой группе относят машины лопастного, «сегментного» и винто-порш-
невого типов. Каждый из перечисленных типов машин имеет свои преиму-
щества и недостатки.
Эксплуатация электрогидравлических рулевых машин показала, что
надежность работы рулевых машин в различных условиях зависит от каче-
ства насосов, входящих в комплекс этих машин. Все известные недостатки
плунжерных рулевых машин касаются только работы насосов и элементов
систем управления. Так, например, неотфильтрованное масло, залитое
в гидросистему, окалина, оставшаяся в трубах, металлическая стружка,
оставшаяся во внутренних полостях деталей, могут служить причиной
выхода из строя насосов и системы управления рулевой машиной. Сам же
плунжерный привод надежен и долговечен.
Насосы, входящие в комплекс злектрогидравлических рулевых машин,
делят на две группы: переменной и постоянной производительности. Основ-
ной тип насоса для электрогидравлических рулевых машин — насос пере-
менной производительности, обеспечивающий устойчивую работу при-
вода. Применение насосов переменной производительности позволяет
автоматически регулировать производительность и давление в зависимости
от заданного режима работы, что приводит к уменьшению мощности, по-
требляемой рулевой машиной, и обеспечивает более надежную работу при
простой схеме управления.
Насосы постоянной производительности по конструкции проще насо-
сов переменной производительности, но при их использовании значи-
тельно усложняется гидравлическая схема. В схеме должны быть пре-
дусмотрены:
предохранительные клапаны;
запорные клапаны;
распределительный золотник с системой разгрузки, устанавливаемый
между насосом и приводом;
блокировочные клапаны;
клапаны торможения слива (дроссельные) рабочей жидкости;
расходные цистерны большой емкости.
В приводах рулевых машин с насосами переменной произво-
дительности устанавливают только предохранительные и запор-
ные клапаны и цистерны небольшой емкости. Кроме того, приводы
с насосами постоянной производительности обладают следующими недо-
статками:
они потребляют значительно большую мощность, которая дополни-
тельно затрачивается на преодоление сопротивлений в разгрузочном
устройстве при холостом ходе, в блокировочных и дроссельных клапанах
во время цикла перекладки, а также на дросселирование рабочей жидкости
в щелях золотника в моменты начала и конца перекладки. Увеличение
расхода мощности особенно заметно в рулевых машинах, рассчитанных
на большие крутящие моменты;
приводы менее чувствительные и менее точны в исполнении перекладки
руля, так как на их работу оказывает влияние гидросхема, величина
хода распределительного золотника, размеры перекрыт и ширина разгру-
зочной щели;
301
потери мощности в основном вызваны дросселированием рабочей
жидкости в щелях распределительного золотника (в моменты включения
и выключения), в окнах разгрузочного золотника и в дроссельных клапа-
нах на сливе. Следствием этого дросселирования будет нагрев масла, что
может сделать необходимой установку расходных цистерн большой емко-
сти, а в рулевых машинах, рассчитанных на большие крутящие моменты*
может потребоваться установка системы охлаждения рабочей жидкости,
что еще больше усложнит гидросхему.
Как правило, электрогидравлические рулевые машины проектируют
в расчете на использование насосов переменной производительности.
Эта тенденция определилась как в отечественном, так и в зарубежном судо-
строении.
Применение насосов постоянной производительности может быть,
как исключение, допущено только в рулевых машинах, рассчитанных
на крутящие моменты до 4 тс-м включительно.
, Машины плунжерного типа
Эти рулевые машины впервые были изготовлены отечественной про-
мышленностью в конце прошлого столетия и установлены на яхте «Штан-
дарт» и крейсере «Боярин». Был применен плунжерный привод с предо-
хранительными клапанами, он получал питание от насоса через управ-
ляющий золотник, была использована система обратной связи. Современные. -
машины представляют собой общеизвестный привод Рапсона (см. рис. 164),
кинематическая схема которого обеспечивает возрастание крутящего
момента на баллере руля при увеличении угла его перекладки. Рулевые
машины этого типа широко используют на судах отечественной и зарубеж-
ной постройки, это основной тип рулевых машин, применяемых в новом
судостроении.
Конструкции отечественных плунжерных электрогидравлических ру-
левых машин разработаны под руководством инженеров В. Д. Гаврилова,
И. С. Клячко, К. К. Воробьева, А. А. Тараканова и др.
Отечественная промышленность выпускает малые рулевые машины
в двухцилиндровом исполнении (см. рис. 164—166) и большие — в четы- :
рехцилиндровом исполнении (см. рис. 167). В зависимости от числа обслу-
живаемых рулей различают машины однорулевые, рассчитанные на кру-
тящий момент от 0,63 до 200 тс-м, и двухрулевые, рассчитанные на кру-
тящий момент от 0,63 до 10 тс-м.
По числу постов управления машины могут быть однопостовыми и
многопостовыми.
В табл. 68 и 69 приведены основные характеристики ряда электро- ;
гидравлических рулевых машин, рассчитанных на крутящий момент от -i
0,63 до 125 tnc-м. Как показывают таблицы, машины обеспечивают пере- <
кладку руля на угол ±35° за время, не превышающее 28 сек. При этом ;
крутящий момент на баллере руля, развиваемый рулевой машиной, ме- ।
няется в зависимости от угла перекладки: '
у рулевых машин Р01, РОЗ, РОб, Р07, РОЭ, Р11, Р13, Р15, Р19 и--'
Р21 — по кривой 1 (см. рис. 168), от минимума (<~76%) в начальный
момент перекладки до 100% в конце перекладки;
У рулевых машин Р02, Р04, Р06, Р08, РЮ, Р12 и Р14 — по кривой 3 '
от максимального значения (~ 122%) в начале перекладки до 100 % в конце 1
перекладки.
Эти изменения крутящего момента соответствуют наибольшему рабо- !
чему давлению в цилиндрах рулевой машины.
302 •• .
Для рулевых машин при моменте свыше 4 тс-м приняты аксиально-
поршневые насосы1 регулируемой производительности, с электродвига-
телями переменного тока 380 в или постоянного тока 220 в, с электрической
системой управления насосами, обеспечивающей дистанционное управ-
ление из внешних постов и ручное местное управление насосом.
Рис. 164. Электрогвдравлическая плунжерная однорулевая машина с
одним агрегат-насосом.
Машины, рассчитанные на крутящий момент до 4,0 тс-м включи-
тельно, имеют аварийный (запасной) ручной гидравлический привод;
машины, рассчитанные на крутящий момент 6,3 тс-м и более, имеют
злектрогадравлический аварийный (запасной) привод. Давление рабочей
жидкости в системе запасного привода принято 25 кгс!см?. Основные харак-
теристики запасного привода приведены в табл. 70. В отдельных случаях
по требованию заказчика машины поставляются без аварийного (запас-
ного) привода, если на судне нет необходимости в его установке.
1 «Гидравлические приводы». Каталог. Изд. Дома техники, М., 1960.
303
В табл. 68 приведен сухой вес рулевой машины, в который не вклю-
чены веса запасных частей, инструмента, фундаментных болтов, прокла-’
док и упоров, масляных трубопроводов, монтируемых на судне, а также
аппаратуры системы управления, что необходимо учитывать при оценке
весов рулевых устройств.
Рассмотрим несколько подробнее электрогидравлическую плунжерную
рулевую машину в четырехцилиидровом исполнении, представленную
Рис. 165. Электрогидравлическая плунжерная рулевая машина для одного рулевого
органа с двумя агрегат-насосами.
1 — цилиндровый блок; 2 — агрегат-насос: 3 — румпель: 4 — датчик указатели положения
руля; 5 — распределительная коробка.
на рис. 167. Она состоит из следующих основных частей: привода к баллеру,
двух насосных агрегатов, электропривода насосов, системы электриче-
ского управления, аварийного агрегата, масляного трубопровода с ци-
стернами, бачками, клапанными коробками, ручным насосом и прочей
аппаратурой.
Привод к баллеру представляет собой блок из четырех цилиндров,
в центре которого находится румпель. Румпель, насаженный на голову
баллера руля на шпонках, поворачивается вокруг вертикальной оси при
движении плунжеров в цилиндрах привода. Движение плунжеров про-
исходит под напором рабочей жидкости, нагнетаемой насосами регулируе-
мой производительности в два цилиндра привода, расположенных по
диагонали; из остальных двух цилиндров рабочая жидкость насосами вса-
сывается.
Направление перекладки руля' определяется направлением подачи
масла насосом, которое может быть изменено при повороте валика
304
Рсновные характеристики влектрогидра
Индекс машины Номинальный крутящий момент, развиваемый машиной, тс-м Длительность перекладки руля с борта на борт основным приводом Диаметр балле- ра в районе закрепления румпеля. Высота ступицы румпеля
одворулевой даухрулевой
аварийным приводом, сек.
Р01 0,63 - 28/60 95—105—115 140
Р02 0,63 28/60 80—95 НО
РОЗ 1,0 28/60 115—125—135 160
Р04 1,0 28/60 95—105—115 125
Р05 1.6 28/60 135—145—160 185
Р06 1,6 28/60 115—125—135 150
Р07 2,5 - 28/60 160—170—185 210
Р08 _г 2.5 28/60 135-145—165 170
РОЭ 4,0 28/60 185—200—220 235
РЮ - 4.0 28/60 160—170—185 210
Р11 6,3 28/60 220—235—250 250
PI2 - 6,3 28/60 185—200—220 245
PI3 10,0 - 28/60 250—270—290 290
Р14 - 10,0 28/60 220—235—250 280
Р15 16 - 28/60 290—310—340 360
Р16 25 - 28/60 340—370— 380—400 400
Р17 40 — 28/60 400-420—460 480
Р18 63 - 28/60 460—480— 500—540 590
Р19 80 — 28/60 540—560—590 590
Р21 125 - 28/60 630—650—680 650
Наибольший рабочей угол перекладки руля 36° . предельный ЗВ*
306
влнческих плунжерных рулевых машин * Таблица 68
Давление е цилиндрах основного привода. Вес бса системы управления, кг Габариты, мм
машины в рабочем в том числе элек- трооборудования длина ширина В высота Н
номинальное менном на посто- янном
70 105+10 530 630 30 38 1180 1125 885
100 150*10 580 660 30 38 2530 880 885
70 105+и 670 750 30 58 1430 1240 885
1OD 150*“ 625 705 30 58 2900 940 885
70 105*10 850 940 30 58 1650 1450 980
100 150*“ 800 890 30 58 3250 985 1010
70 105*“ 1040 1140 30 68 1850 1480 1010
100 150*“ 1040 1140 30 68 3740 1035 1010
70 105*“ 1425 1605 80 68 2210 1565 юоо
100 150*“ 1455 1635 30 82 4440 1075 1090
100 150*“ 2510 2690 123 100 3240 1520 1305
100 150*“ 2440 2620 176 150 5600 1100 915
100 150*“ 3170 3370 176 150 3600 1700 1365
100 150*“ 3150 3350 200 200 6520 1100 915
100 150*10 4750 5000 200 200 3390 2020 1310
100 150*“ 6450 6750 282 232 3760 2190 1510
100 150*“ 9900 10450 330 520 4380 2550 1875
100 150+“ 14150 14750 578 572 5090 2980 1745
100 150+10 18600 19500 810 1400 5490 3273 2000
100 150*“ 25400 26700 922 6200 3680 1135
307
308
Таблица 69
Основные характеристики приводов плунжерных электрогидравлических машин
S Номинальный кру- тящий момект, развиваемый машиной,, тем Насосы ЭлЁнтродеигателн основных насосов1 is Р 4 * COZ В
Я | g 3 3 й Sc. ha- sii й III iis ОСНОВНОЙ привод аварийный (ааовеной) привод ||» Нё ОЬ Ё | г | OS с-5.
01 02 03 04 05 СБ 07 D8 09 10 11 12 18 14 1S 16 17 18 19 21 (ена 0,63 1,0 1,6 2,5 4,0 6,3 10,0 16 23 40 63 60 125 1 в чи теле — 0,63 1,0 1,6 2,5 4,0 6.3 10,0 лителе данные. 0,15 6,15 0,25 0,25 0,4 0,4 0,63 0,63* 1,0 1,0 1,6 1.6 2,5 2,5 4,0 6,3 10,0 16,0 £0,0 31,5 привед относя i i i 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ны дан щиеся ИМ Д'» 0,5 ИМ № 0,5 ИМ J* 0,5 ИМ № 0,5 ншю ИМ As 0,5 ИМ А» 1,5 ИМ № 0,5 ИМ ТА 1,5 ИМ № 0,5 ИМ № 1,5 ИМ № 0.5 ИМ № 2,6 ИМ № 1,5 ИМ № 2,5 ИМ № 1,5 11Д № 5 IIP N; 1,5 ИД № 5 ПР Mi> 1,5 ПД № 5 ПР № 1,5 11Д № 5 ПР № 1,6 ПД № 5 ПР № 1,5 ПД № 10 ПР № 2,5 ПД № 20 ПР № 5,0 ИД № 20 IIP -Vs 5 ПД № 30 UP № 10 ПД № 50 ПР № 10 ые, относящие электродвигат 4,2 4,2 7,5 7,5 7,5 7.5 12,8 12,8 22,0 22,0 34,0 34,0 40,0 40,0 63,0 104,0 161,0 243,0 320,0 465 СЯ К ЭЛ АОМ22-4 П12М АОМ22-4 П12М АОМ22-4 П21М АОМ22-4 П21М АОМ41-4 П21М АОМ42-6 П31М АОМ41-4 П31М АОМ41-4 П31М АОМ42-4 П32М АОМ42-4 П32М АМ70-6 П51М АМ70 6 П51М АМ70-6 П.51М АМ70-6 П61М AM7I 6 П61М АМ81-6 П62М АМ82-6 П72М АМ101-6 П82М AMI 11-8 ПН750 АМН! 8 ктродвдгат — 220 9. 0,7 0,44 0,7 0,44 0,7 0,66 0,7 0.66 2,2 0,66 2,2 0,75 2,2 2,2 3,2 2,2 3,2 2,2 8,0 4,2 8,0 4,2 8,0 4.2 8,0 4,2 11.0 7,9 19,0 8,6 27,0 16,0 55,0 27,0 72,0 36,0 72.0 1385/1600 1385/1500 1385/1500 1385/1500 1420/1500 930/100 4420/1680 1420/1500 1410/1500 1410/1600 950/1000 950/1000 950/1000 950/1000 955'1000 965/1000 965/1000 970/1000 735/ 735 « 380 е, и 80 80 80 80 90 90 100 180 160 180 180 160 200 200 250 300 560 600 900 1300
В36
309
Таблица 70
Основные данные об аварийном (запасном) ручном приводе
злектрсгидравлических влунжерных рулевых машин
Номинальный крутящий момент, развиваемый ма- шиной, tnc-м Штурвальное колесо Насос
И с. >.Э н И 3 3 1 аварийный 1 (запасной) привод диаметр мм тип phi 1 s s
0.63 0,15 600 5Д) ИМ № 0,5 0,75
— 0,63 0,15 600 5.0 ИМ № 0,5 0,75
1,0 — 0,25 600 8.0 ИМ № 0,5 1,2
— 1.0 0,25 600 8,0 НМ № 0,Б 1.2
1,6 — 0 4 600 11,0 НМ Ко 0,5 1.8
— 1.6 0,4 600 13,0 НМ № 0.5 1.9
2.5 — 0,65 840 13,0 НМ № 0,5 2,8
— 2,5 0.65 840 13,0 НМ № 0.5 3,0
4,0 — 1,0 840 13.0 НМ Ks 1,5 4,6
- 4,0 1.0 840 14,0 ИМ № 1,5 4.7
Примечания, 1 Давление нагнетания насоса равно 25 кес{см*. 2. Длительность перекладки руля на 2x20° составляет 60 сек.
управления насоса в ту или другую сторону. При этом производитель-
ность насоса изменяется в зависимости от угла поворота валика управления
насоса. Так, например, у насосов ПД максимальной производительности
соответствует угол поворота валика на ±30с. Однако в каждой машине
этого типа производительность насосов принимают несколько больше необ-
ходимой, поэтому наибольший рабочий угол поворота валика управления
ограничивают и устанавливают его равным 20°. В нормальных условиях
перекладку руля обычно производят при работе одного насоса, обеспечи-
вающего длительность перекладки на угол ±35°, приведенную выше
(28 сек.). Второй насос обеспечивает 100%-ный резерв, что повышает на-
дежность работы рулевого устройства. Однако второй насос может быть
использован и для одновременной работы при плавании судна в узкостях,
при быстром маневрировании ив других случаях. При работе двух насосов
скорость перекладки руля несколько возрастает. Установка двух насосов
на рулевой машине обеспечивает надежную работу рулевого устройства
и даже при внезапном выходе из строя одного из насосов не приводит
к прекращению перекладки руля.
Управление насосами регулируемой производительности, как указы-
валось выше, производится путем поворота валика управления насоса.
Поворот валика осуществляется специальным прибором ИМ, устанавли- ’
ваемым на корпусе насоса и входящим в состав аппаратуры электрической
системы управления. Прибор получает импульс при заданном угле пере-
кладки от внешнего пульта управления, и обратный импульс — от элек-
трического датчика РД, установленного на приводе к баллеру. В резуль- .
тате совместного приложения импульсов валик насоса, повернутый на тот
или иной заданный угол, будет возвращен в среднее нейтральное Положе-
310
me при подходе руля к нужному положению, и подача рабочей жидкости
засосом, а следовательно, и перекладка руля прекратятся.
В приборах управления предусмотрена также рукоятка для ручного
/правления, которое предназначено для использования при выходе из
~троя аппаратуры дистанционной системы электрического управления,
три опробовании машины и управления непосредственно из румпельного
помещения, при зарядке гидравлической системы машины рабочей жид-
костью и других подобных случаях.
В системе трубопровода рабочей жидкости установлена главная кла-
панная коробка, навешенная на передней балке рулевой машины. Пере-
ключая клапаны на главной клапанной коробке, можно отключать любой
насос регулируемой производительности и любую пару смежных или соос-
ных цилиндров привода к баллеру, что может потребоваться при времен-
ных неполадках в машине. Такое расположение клапанов допускает ра-
боту рулевой машины при двух цилиндрах вместо четырех, при этом мо-
мент, развиваемый машиной, уменьшится в два раза, а скорость перекладки
руля по сравнению с обычной возрастет.
Контроль за перекладкой руля ведут по электрическим приборам —
указателям, расположенным в постах управления судна. Точность пока-
заний указателя положения руля считают нормальной-, если отклонение
от истинного положения руля не превышает ±1°. Эти приборы связаны
с датчиком, установленным на приводе к баллеру. Таким образом, датчик
имеет два назначения: показание угла перекладки и дачу обратных импуль-
сов приборам управления насосами.
Общий принцип действия рулевой машины заключается в следующем:
рулевой или авторулевой при автоматическом управлении задает угол
перекладки приборам управления насосами. Валики насосов поворачи-
ваются, включенный насос, работавший до этого вхолостую, начинает
подавать рабочую жидкость в цилиндры привода. При подходе руля к за-
данному положению прибор управления под действием датчика на машине
возвращает валики насосов в исходное нейтральное положение, подача
рабочей жидкости от включенного насоса прекращается и руль останавли-
вается. В перерыве между перекладками насос работает вхолостую.
В качестве рабочей жидкости в плунжерных машинах применяют
следующие масла:
веретенное АУ ГОСТ 1642—50;
АМГ ТУ МНП457-53;
индустриальное ДГе 20 ГОСТ 1707—51;
трансформаторное ГОСТ 982—56.
Лопастные машины
Кинематическая схема (рис. 169) машины этого типа наиболее проста,
поэтому она привлекает внимание и заставляет вести поиски ее наиболее
удачного конструктивного воплощения. Эти машины по назначению и
характеру работы относятся к механизмам, работающим при ручном
управлении — в режиме, следящем по углу перекладки, а при автомати-
ческом и ходе по курсу — в следящем по углу и времени перекладки. Сле-
довательно, машины такого типа должны выполняться в комплексе с на-
сосами регулируемой производительности.
Поворотные лопасти машины закреплены на ступице и поворачиваются
в цилиндрическом корпусе, разделенном на две полости перегородками.
Поворот лопастей происходит под давлением рабочей жидкости, подавае-
мой в одну полость, в то время как из другой полости рабочая жидкость
отсасывается. Возникающий перепад давлений вызывает даижение ло-
пастей, которые вращают ступицу, прочно соединенную с баллером руля.
311
Руль поворачивается из нулевого положения в крайнее левое или правое
положение на угол 35°.
В рулевой машине этого типа наиболее ответственный конструктивный
узел — уплотнение кромок лопастей, от которого зависит качество и на-
дежность работы машины как механизма. Обычное уплотнение, применяе-
мое в гидравлических машинах, для лопастной машины непригодно. На
рис. 1'70, а показана эластичная схема уплотнения с помощью резинового
шнура, который прижимает металлическую пластину к уплотняемой
поверхности, а на рис. 170, б — схема уплотнения при помощи профильной
резины с металлической проставкой. Соединение резины с металлом в этом
случае получено путем вулканизации. Для создания прижимающего
усилия в этих схемах можно использовать давление рабочей жидкости
(рис. 170, е) или пружины (рис. 170, а).
Эти схемы уплотнений требуют тща-
тельной подгонки трущихся поверхно-
стей. За границей в большинстве кон-
струкций таких машин применяют
уплотнение, приведенное на рис. 170, а.
в) #
Трудности уплотнения в лопаст-
ном приводе вынуждают снижать дав-
ление в гидроприводе, ставить насосы
большей производительности, чем при
плунжерном приводе, увеличивать со-
ответственно сечения труб, арматуры
и емкость цистерны.
К преимуществам рулевых машин
этого типа следует отнести
относительно малый вес;
сравнительно малые габариты,
вследствие чего для их размещения
нужна небольшая площадь румпель-
Рис. 170. Схемы уплотнений: а, б —
резино-металлические; в — с помощью
масла; г — пружинное.
1 — металлическая пластина; 2 — вул.
канизнрованняя резина; 3 — резивя со
стельной пластиной-, 4 — пружина.
него помещения;
баллер руля не нагружается поперечными усилиями (за исключением
случая применения однолопастного привода);
дистанционное и автоматическое управление.
Недостатками этих машин следует считать
сложность создания уплотнения лопастей и перегородок между ними,
особенно уплотнений в местах, где стыкуются линейные уплотнительные
выступы с цилиндрическим уплотнением корпуса;
значительные утечки рабочей жидкости через уплотнения;
необходимость высокой чистоты обработки криволинейных поверх-
ностей;
недоступность наружного осмотра уплотнений; их состояние нельзя
непосредственно контролировать при эксплуатации;
сложность замены уплотнений, связанной с полной разборкой привода
и все вытекающие из этого последствия.
Несмотря на эти недостатки, лопастные машины устанавливают на
иностранных судах различных назначений, учитывая их преимущества,
отмеченные выше. Основные характеристики этих машин по данным
фирмы AEG приведены в табл. 71. В отечественном судостроении подобна,я
машина установлена на пароходе «Чусовой» по предложению инж. В. В. За-
вита. Машина получила положительную оценку при эксплуатации. В оте-
чественной промышленности элементы подобных машин не стандартизованы,
Машины этого типа заслуживают внимания и дальнейшей конструк-
тивной отработки.
313
Таблица 71
Основные характеристики электрогтщравлических лопастных рулевых
машин фирмы AEG
Крутящий момент, тс-м Габариты, мм Вес, кг
номиналь- ный максималь- ный длина L ширина В высота И Машины (сухой) масла, за- ливаемого в систему
1.6 2,5 1990 2470 891 1600 55
2,5 4,0 1990 2470 891 1900 60
4,0 6.3 2120 2750 1010 2150 70
6,3 10,0 21'50 2750 1120 2600 100
10,0 16,0 2510 3400 1344 3300 150
16,0 25,0 2550 3820 1344 4300 200
20,0 30,0 2565 3825 1360 4350 250
25,0 40,0 2630 3840 1650 6300 300
32,0 S0.0 2700 4500 1750 7500 380
40,0 -63,0 2950 5000 1805 9500 450
«Сегментная машина»
По кинематической схеме (рис. 171) «сегментная» рулевая машина
несколько сложнее машины лопастного типа. Однако по весовым и габа-
ритным характеристикам они почти равноценны.
Рис. 171. Электрогидравлическая «сегментная» рулевая машина:
с—вид сверху со снятой крышкой; б — габаритные размеры.
/ — шайба для крепления уплотнения; 2 — перемычка; 3 — цилиндр.
4 — уплотнение; 5, 7 — пустотелый плунжер, 6 — румпель.
Рулевая машина разработана ing. Т. Dahls Shipservice А/S (Дания),
имеет поршни сегментной формы, которые скользят в каналах соответ-
ствующей конфигурации с камерами рабочей жидкости. Поршни воздей-
ствуют на румпель, что вызывает перекладку руля. Поршни не связаны
314
с румпелем жестко, и потому ненормально большие внешние нагрузки на
руль не могут повредить рулевой машине.
Румпель установлен в подшипнике, в центре рулевой машины, и имеет
уплотнение, препятствующее попаданию воды в машину.
Уплотнение рабочих полостей обеспечивается проще, чем в лопаст-
ных приводах, однако создание надежного и долговечного уплотнения —
сложная техническая задача. В связи с этим давление рабочей жидкости
в таких приводах принимают так же. как и в лопастных в пределах 40—
60 кгс!смй.
Машину поставляют
с гидроручным управлением; в этом случае перекладка руля проис-
ходит вследствие давления рабочей жидкости, подаваемой в ту или другую
полость ручным шестеренчатым масляным насосом. Насос приводят в дей-
ствие при помощи штурвала, установленного непосредственно на валу на-
соса;
с электрогидравлическим управлением; в зтрм случае давление рабо-
чей жидкости создается масляным винтовым насосом с электроприводом,
устанавливаемым в машинном отделении.
Машина имеет указатель положения руля с датчиком и приемником,
соединенными электрическим путем. Указатель положения руля состоит
из потенциометрического датчика, входящего в состав рулевой машины,
и магнитоэлектрического приемника, находящегося в ходовой рубке.
Указатель положения руля работает на постоянном токе 24 в. Основные
характеристики машин приведены в табл. 72.
Таблица 72
Основные характеристики элоярогадравлических «сегментных» рулевых машин,
поставляемых датской фирмой ing. Т. Dahls Shipservice A/S
(см. рис. 171)
2 £ й Ж Ч 2° жЙ I* Угол переклад- ки рулевого органа, град. Габариты, мм Я
Тип маш Момент 1 баллере, печиваем шиной, г h5 у S ст длина А ширина £ высота С наруж- ный диа- метр сту- 1
50 0,4 76 2X40 420 420 210 170 170
76 0,8 76 2X40 558 558 240 160 225
102 1,2 102 2X40 685 685 270 220 390
115 1,45 115 2X40 685 685 290 220 390
130 2.Q 130 2X40 830 830 330 235 585
150 3,0 150 2X40 1015 1015 395 284 1060
170 6,0 170 2X40 1240 1240 450 300 1310
200 10,0 200 2X40 1280 1280 485 350 1500
Достоинства машин этого типа те же, что и у лопастных машин, а не-
достатки дополняются тем, что, кроме крутящего момента, на баллер
передается изгибающий момент. Хотя машины этого типа и не получили
широкого распространения, они заслуживают внимания.
315
Винтовая поршневая машина
В конструкции этой рулевой машины (рис. 172) налицо удачное соче-
такие гидравлических и механических элементов, что позволило получить
компактную установку. Принцип действия машины сводится к следую-
ющему: под давлением рабочей жидкости поршень, имеющий в верхней
части внутреннюю нарезку, может перемещаться вверх или вниз, вращаясь
на резьбовой нарезке стенки цилиндра. Вращение поршня передается
баллеру руля через продольные пазы
нижней части поршня. Гидравлические
винтовые поршневые рулевые машины
отдельными иностранными фирмами
типизированы. Их основные харак-
теристики приведены в табл. 73.
На основании сравнительных ис-
пытаний лопастной и поршневой ма-
шин установлено, что общий коэффи-
циент полезного • действия винтовой
поршневой машины равен 0,7 (объем-
ный 1,0), а у лопастной машины он
составляет 0,6—0,7, однако механичес-
кий коэффициент полезного действия у
лопастной машины выше.
Конструкция винтовых порШневых
рулевых машин допускает использова-
ние высоких давлений рабочей жидко-
сти в пределах 100—160 кгс/см*. Соче-
тание высоких рабочих давлений с пре-
образованием поступательного движе-
ния поршня во вращательное движение
румпеля, при помощи винтовой пары,,
дает наибольший выигрыш в весе и
габаритах по сравнению с .машинами
других типов.
Машины этого типа еще не нашли
Рис. 172. Электрогндравлическая вин-
товая поршневая рулевая машина
I — корпус и цилиндр; 2 — кольцевой
поршень с крутой внутренней резьбой и
шлицевой частью; 3 — крышка корпуса с
крутой наружной резьбой; 4 шлицевая
втулка, устаравливаемен НВ баллере на
призматической шпонке; 5 — баллер. 6 —
призматическая шпонка. 7 — уплотнение
кольцевого поршня и цилиндре, В — на-
ружное уплотнение поршня; 9 — квадрат
на баллере.
широкого применения, но их конструк-
ция наиболее прогрессивна и заслужи-
вает особого внимания.
Преимущества винтовых поршне-
вых рулевых машин состоят в сле-
дующем: '
рулевая машина компактна, для ее
размещения нужна сравнительно не-
большая площадь румпельного поме-
щения;
винтовой привод рулевой машины имеет объемный коэффициент полез-
ного действия, близкий к единице, что допускает работу привода при высо-
ком давлении рабочей жидкости (100—150 кгс/ли2);
нет внутренних утечек в винтовом приводе, что обеспечивает устой-
чивость работы привода, т. е. исключает качания руля в конце перекладки
у заданного положения;-
исключена возможность сползания руля из среднего положения при
неработающих насосах рулевой машины;
вес машины меньше веса электрогидравлических рулевых машин
других типов.
316
Таблица 73
Основные характеристики элаарогидравлических бинтовых
поршневых рулевых машин (см. рис. 172)
Крутящий момент, тс-м Давление рабочей жид- кости, жас/сн® Предельный угол пере- кладки руля, град. Габариты, мм
номиХа.Чь- НЫЙ максималь- номинальное максималь- ное высота А диаметр основа- ния Б
0,63 1,0 — 480 400
1.0 1.5 77 115,5 ±35 =2 490 460
1,6 2,5 51 76,5 ±35 ±2 570 520
2,5 3,75 57 85,5 ±35 ±2 615 600
4,0 6,0 71 107 ±35 ±2 711 680
6,3 9,5 76,5 115 ±35 ±2 766 745=
10,0 15,0 60 90 ±35 ±2 911 890
16,0 25,0 100 150 ±35 ±2 950 922
28,0 37,0 100 150 ±85 ±2 1030 1120,
•40,0 600 100 150 ±35 ±2 1150 1260
К недостаткам рулевых машин этого типа следует отнести сложность
изготовления деталей с винтовой нарезкой;
конструкции фундамента под рулевую машину;
работы уплотнения, которое работает одновременно при поступа-
тельном и вращательном движении. Кроме того, уплотнения расположены
внутри корпуса рулевой машины, поэтому трудно контролировать их со-
стояние и заменять их;
монтажа рулевой машины на судне и ее выверки на фундаменте, так
,как этот Тип привода допускает малую свободу перемещений баллера.
Поршневые машины с качающимися цилиндрами
Рулевые машины этого типа находят применение в отечественном
и зарубежном судостроении. В отечественном судостроении чаще всего
их устанавливают на судах типа «Метеор» (с подводными крыльями) и др.
Рулевая машина (рис. 173 и 174) в этом исполнении состоит из следу-
ющих основных узлов: привода к баллеру; насосного агрегата; масляного
трубопровода с распределительной арматурой; аварийного насосного
привода; электрооборудования насосов; системы электрического дистан-
ционного управления.
Привод к баллеру состоит из двух поворотных (качающихся) цилин-
дров, каждый из которых устанавливают на двух опорах, расположенных
по концам, цилиндра. В цилиндры заводятся поршни с двухсторонним
уплотнением, соединенные со штоками. Поскольку привод имеет два
цилиндра, работающих в разных направлениях, суммарная площадь двух
поршней при работе машины в обе стороны сохраняется постоянной, что
обеспечивает равенство расходов рабочей жидкости на перекладку и ра;
венство моментов, развиваемых машиной в обоих направлениях пере-
кладки. В случае выхода одного из цилиндров из строя его можно отклю-
чить’ и машина будет работать на одном цилиндре. Конструкцию привода
317
к баллеру как для одного руля, так и для двух выполняют одинаковой,
но для двухбаллерных установок в комплект машины вводится дополни-
тельная тяга, соединяющая румпели и синхронизирующая их поворот.
Конструкция этих рулевых машин заслуживает дальнейшей разра-
ботки и совершенствования.
Рассмотрим ее преимущества:
поршневой привод, в отличие от плунжерных приводов, позволяет
использовать силовые цилиндры как в прямом, так и в обратном направ-
лении;
шарнирное закрепление цилиндров исключает возникновение попереч-
ных усилий;
привод имеет сравнительно малые габариты и вес;
применение в приводе двух цилиндров двойного действия и двухпле-
чего румпеля сводит к минимуму радиальную силу на баллере;
Рис. 173. Гидравлическая поршневая рулевая машина с качающимися цилиндрами для
одного руля.
— гидравлический привод: 2 — румпель: 3 — исполнительный мехенизм электрического
ионного управления с аолотнпковым распределителен; 4 — трубопровод; 5 — распредели-
тельная клапанная коробка.
применение в приводе двух одинаковых цилиндров повышает его
надежность;
привод можно использовать для обслуживания одного и двух рулей,
а также для раздельного управления ими, и др.
Эти машины имеют также следующие недостатки:
по мере увеличения угла перекладки уменьшается момент, передавае-
мый на баллер;
привод требует уплотнения большого количества поверхностей,
некоторые из них недоступны для наружного осмотра;
рабочая жидкость высокого давления подводится через подвижные
соединения или через гибкие шланги;
цилиндры привода требуют высокой чистоты и точности обработки
внутренних поверхностей.
Основные (ориентировочные) характеристики этих машин приведены
в табл. 74 и 75.
Несмотря на перечисленные недостатки машины этого типа целе-
сообразно выпускать с расчетом на Мкр от 0,63 до 1,6 тс-м. Их
318
Таблица 74
Основные (ориентировочные) характеристики влектрогидравлических
рулевых поршневых машин с качающимися цилиндрами для одного руля
(см. рис. 173)
Номинальный крутящий момент на баллере, тс-м Габариты, мм Диаметр от- верстия под баллер d Радиус румпели * Характеристика привода Вес сухой руле> вой машины без вания и рабочей жидкости, кг |
L В н диаметр рабочий ход поршня 2X35°
поршня штока
0,63 1.0 1.6 2,5 4,0 6,3 16,0 16,0 525 0'10 1120 1330 1355 1665 1975 2400 340 480 430 600 540 790 730 1070 470 470 510 510 735 735 790 790 95—115 115—135 135—160 160—185 185-220 220—250 250—290 290—340 135 210 165 250 210 335 285 455 70 70 100 100 140 149 190 190 30 30 40 40 60 60 85 85 155 210 190 288 242 385 328 524 335 345 400 460 740 925 1430 1690
Примечание. Рабочее давление в цилиндрах 100 кгс/см*, предельное давление в цилиндрах 1Б0 кгс]си?.
Таблица 75
Основные (ориентировочные) характеристики влектрогидравлических
рулевых поршневых машин с качающимися цилиндрами для двух рулей
(см. рис. 174)
н Габариты, мм Характеристика привода
Й'О ’Я ® Дааметр теля R диаметр S <Ьо । "Вес сухой рулево! шины без электро! 1 дования, кг
Номинальнь щий момент ре, тс-м 1 L В н баллера d Радиус рум1 I I ill
0,63 2200—894 2415 340 310 80—95 ‘ 135 70 30 155 360
1,0 2500—1580 2800 480 310 95—115 210 70 30 240 375
1,6 2200—2010 3090 430 350 115—135 165 100 40 190 440
2,5 3200—2350 3588 600 350 135-160 250 100 40 250 530
4,0 3800—2430 4162 540 575 160—185 210 140 60 242 820
6,3 4800—2900 5305 790 575 185—220 335 140 60 385 1075
10 5600-3120 6088 730 635 220—250 285 190 85 328 1670
примечание. ^аооеее давление в цилиндрах ISO кгс/см1.
320
рекомендуется устанавливать на тех судах, где весовые показатели
имеют первостепенное значение.
За рубежом такие машины используют наравне с плунжерными маши-
нами. Их поставляют фирмы «Ойл Гир» (США), «Сеффле» (Швеция) и др.
§ 28. ВЫБОР ТИПА РУЛЕВОЙ МАШИНЫ
Выбор типа рулевой машины прежде всего зависит от источника ее
питания. При отсутствии источника питания или его недостаточности на
судне должна быть установлена ручная рулевая машина. Из рассмотрен'
ных выше ручных рулевых машин предпочтение следует отдать машине
с гидравлической системой. Однако если судно не эксплуатируется кругло-
суточно, то на нем может быть установлена ручная рулевая машина с меха-
нической передачей, со штуртросной или валиковой проводкой, обеспе-
чивающая допустимые крутящие моменты (см. табл. 64). При выборе типа
рулевой машины всегда стремятся к сокращению ручного труда, поэтому
на ручных рулевых машинах останавливаются только в тех случаях, когда
нельзя принять другой механический привод.
Рациональный тип рулевой машины для судов, имеющих достаточно
мощный источник питания, выбирают в зависимости от следующих основ-
ных показателей:
относительной мощности рулевой машины ;
GMk₽
относительного веса рулевой машины Мм ;
относительной площади, занимаемой рулевой машиной
расхода рабочей жидкости, л!мин; ₽
стоимости изготовления.
Кроме этих показателей, должны быть учтены: уровень автоматизации
управления, надежность и долговечность машины. Только после оценки
всех показателей выбирают тип рулевой машины Для данного судна. Во
всех случаях надежность и долговечность рулевой машины должны быть
обеспечены.
Основные характеристики рулевых машин и рекомендации по их при-
менению приведены выше. Из рассмотренных выше машин для применения
в новом отечественном судостроении были рекомендованы:
ручные рулевые машины со штуртросной или валиковой проводкой,
рассчитанные на Л4кр до 0,63 тс-м;
ручные с гидравлической системой, рассчитанные на Л4кр до 4,0 тс-м;
электрические секторные рулевые машины одинарные с Л4кр от 0,63
до 16,0 тс-м и сдвоенные с Л4кр от 2 X 0,63 до 2 X 16,0 тс-м;
электрогидравлические плунжерные однорулевые машины с Л4кр от
0,63 до 200,0 тс-м и двухрулевые с Л4Кр от 0,63 до 10,0 тс-м.
Если необходимо создавать крутящие моменты, превышающие
16,0 тс-м, то можно рекомендовать только один тип машин — электро-
гидравлические плунжерные рулевые машины.
Мы назвали основные типы рулевых машин, испытанных в эксплуа-
тационных условиях. Электрические секторные и электрогидравлические
рулевые машины по отдельным показателям сопоставимы между собой.
Стоимость изготовления электрогидравлических рулевых машин выше.
Если на судах есть только один вид энергии — электрический, а
команда небольшая, то, по нашему мнению, следует выбрать электриче-
ские секторные рулевые машины. Такими судами могут быть буксиры,
шаланды, сухогрузы, плавучие краны, крановые суда и т. д., где кру-
21 Заказ 1835
321
тящий момент на баллере руля не превышает 16 тс -м — при одинарной
рулевой машине и 32,0 тс-м — при сдвоенной.
Для аналогичных судов, работающих в тропических условиях, сле-
дует без каких-либо сомнений выбирать (в диапазоне крутящих моментов
на баллере руля от 0,63 до 16,0 тс-м) только электрические секторные
рулевые машины с основным и запасным приводами. Применение этих
машин в тропических условиях повышает надежность работы рулевого
устройства и требует минимального ухода.
Для судов внутреннего плавания и морских судов прибрежного пла-
вания, имеющих два руля (поворотные насадки), могут быть рекомендо-
ваны только сдвоенные электрические секторные рулевые машины с раз-
дельным управлением, что повышает не только надежность, но и маневрен-
ные качества судов.
При выборе типа рулевой машины для транспортных морских судов,
на которых суммарный крутящий момент на баллере руля составляет
°1 Ifi 25 Ч SJ К 16 2S W
Рис. 175. Вес рулевых машин в
функции от крутящего момента на
баллере GM = f (AfK₽) по данным
иностранных фирм.
I — плунжерные машины, 2 — сек.
торные. 3 — лопастные, 4 — винтовые
Рис. 176. Площадь, занимаемая
рулевыми машинами, в функции
от крутящего момента на баллере
F = f(MKp).
дани им К. Готвальда, 2 -
ные; 3 — плунжерные AEG;
более 16 тс-м, следует применять только электрогидравлические плун-
жерные рулевые машины.
Для судов на подводных крыльях, рулевой привод которых должен
иметь минимальный вес и сравнительно малую продолжительность пере-
кладки, целесообразно выбирать гидравлические поршневые рулевые ма-
шины с качающимися цилиндрами.
На рис. 176 приведена зависимость площади, занимаемой рулевой
машиной, от крутящего момента на баллере руля F = f (AfKp)- Наиболь-
шую площадь, как видно, занимают электро-гидравлические плунжерные
рулевые машины, а наименьшую — гидравлические винтовые поршне-
вые рулевые машины. В отношении весовых характеристик наблюдается
примерно та же закономерность (рис. 175).
Следовательно, наиболее металлоемкими и, значит, тяжелыми яв-
ляются электрогидравлические плунжерные рулевые машины. Несмотря
на это, они получили широкое применение и, вероятно, их долго будут
устанавливать на современных судах. Заменить их, по нашему мнению,
после отработки и длительной проверки в эксплуатации могут электро- ’
гидравлические машины лопастного типа и гидравлические винтовые пор-
шневые рулевые машины. !
322
Градация крутящих моментов, рекомендуемых для различных руле-
1ых машин, приведена в табл. 76. Рулевой комплекс, рекомендуемый для
1рименения в новом судостроении, приведен в табл. 77.
Совершенствование рулевых машин. При постройке новых судов
i первую очередь должно быть обращено внимание на совершенствование
екторных и электрогидравлических плунжерных рулевых машин. Необ-
годимо добиваться снижения их веса, уменьшения габаритов, повыше-
!ия надежности. Одновременно следует совершенствовать’ конструкции
лектрогидравлических лопастных, винтовых поршневых и поршневых
качающимися цилиндрами рулевых машин. Считаем полезным привести
ледующие рекомендации.
Углы перекладки руля. Современные обычные (не специальные) руле-
ые машины имеют наибольшие и предельные углы перекладки руля
t35° и ±38 соответственно. Это считалось и считается допустимым на
тносительно тихоходных судах и судах среднего водоизмещения. В совре-
менном судостроении наблюдается тенденция к повышению скорости хода
увеличению водоизмещения судов. Для обеспечения маневренности та-
их судов появилась необходимость довести углы перекладки руля до
3—45е и одновременно улучшить гидродинамические качества рулевого
омплекса.
Длительность перекладки руля на угол 2x35°. Современные рулевые
гашины обеспечивают перекладку руля на угол 2 X 35° за время, не пре-
ышающее 28 сек. — на морских судах и 30 сек. — на судах внутреннего
лавания. Для скоростных судов, плавающих на подводных крыльях,
[ судов на воздушной подушке длительность перекладки руля должна
ыть примерно в два раза меньше, чем для водоизмещающих судов. В связи
этим продолжительность перекладки руля должна быть регламентиро-
ана в зависимости от скорости хода и типа судна. В зарубежном судострое-
ии (Япония) изготовляют рулевые машины малой мощности с Л1Кр до
,5 тс-м, обеспечивающие перекладку руля на угол 2 - 35° за время,
е превышающее 15 сек. Такие машины поставляет фирма «Кава-
аки».
Номинальное давление рабочей жидкости в цилиндрах совре-
генных машин, изготовляемых отечественной промышленностью, г!ри-
[ято:
у плунжерных — 70—100 кгс1см*;
у лопастных — 60 кгс1см?.
В зарубежном судостроении машины большой мощности работают
ри пониженном давлении, а малой — при повышенном давлении. В оте-
ественных машинах принято обратное соотношение. Кроме того, за ру-
ежом наблюдается тенденция к повышению давления рабочей жидкости
о 315 кгс!смг (США).
По нашему мнению, целесообразно повышать номинальное давление
абочей жидкости в электрогидравлических плунжерных машинах до
00 кгс!см\ причем давление рабочей жидкости в рулевых машинах для
ихоходных судов должно быть ниже, чем в машинах для быстроходных
удов.
Предельное давление рабочей жидкости не должно резко отличаться
о величине от номинального давления. Разница между номинальным и
редельным давлением должна, по нашему мнению, находиться в пределах
0—15%. При большей разнице этих давлений происходит неоправданная
атрата металла на изготовление рулевых машин. Машины получаются
яжелыми.
Длительность работы. Современные рулевые машины должны рабо-
ать без заводского ремонта не менее 40 000 час.
21*
323
Таблица 76
Градация номинальных крутящих моментов, рекомендуемых для различных рулевых машин
Номинальные крутящие моменты, обеспечиваемые рулевыми машинами, тс.м
0,063 | 0.10 | 0.16 | 0,25 | 0,40 | 0,63 | 1,0 | 1,6 | 2,5 | 4,0 | 6.3 | 10,0 | 16,0 [ 25,0 | 40,0 | 63,0 | 80,0 | 100,0 | 160 | 200
+ 1 + •Ь 1 + 1 + Ручные с тяговым органом — барабаном (звездочкой) 1 - 1 - 1 - 1 -1 - 1 1 - 1 - 1 - - - 1 - 1 - -
+ 1 + + + • + Ручные без тягового органа — с валиковой проводкой l-l-l-l-l-l-l 1-1- - -1 — 1 - -
+ 1 + + I -L 1 + + Ручные гидравлические l + l + l-4 + l- l- l- l- l- - - 1 - 1 - -
— - 1 — 1 + Электрические секторные одинарные 1 + 1 + 1 + 1 + 1 ч + 1 -ч - '1 - - 1 — 1 - -
— 1 — - 1 — 1 - + Электрические секторные сдвоенные1 | + |+ |-Ь| + | + | + } + |“|- - - 1 — 1 - —
— 1 - - 1 — 1 + Электрогидравиические плунжерные 2-цилиндровые l+1+l+l+l+l+l-l-l- - - - 1 -
— 1 — - 1 — 1 — - Электрогидравлические плунжерные 4-цилиидровые 1 - 1 - 1 - i - 1 - 1 - 1 -ч + 1 + + +1 + 1 + +
— 1 — - 1 - 1 — + Электрогидравлические лопастные И 1 -Ч + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 Ч + + +1 + 1 +
- 1 - 1 - - Электрогидравлические винтовые поршневые ЧЧ+1 + 1ЧЧЧ+Ч I-1 + 1 + +
* Сдвоеяиые состоят из двух одинарных машин. 2X0,63; 2X1.0; 2X1.6; 2X2.6; 2X4.0; 2X6,3; 2X10.0; 2X16.0
Таблица 77
Рулевой комплекс, рекомендуемый для применения в новом судостроении
Судно Тип рулевого органа Рулевой привод
тип мощность или водоизмещение основной запасной аварийный
Буксиры и толкачи До 300 л. с. П Руль; 2) поворотная направляющая насадка Ручная рулевая машина со штуртрос ной илн валиковой про- водкой Румпель, насаженный из квад- рат головы баллера Не тре- буется
От 300 до 1500 л. е. 1) Рули; 2) постоянно закрепленные на- правляющие насадки с рулями обтекаемо!! формы, установлен- ными за насадками Электрическая, секторная руле- вая машина с синхронной пере- кладкой рулей Электрический через дифферен- циал редуктора основного при вода Румпель- та л и
3) поворотные .направляющие насадки То же с раздельным управле- нием поворотными насадками
1500 л. с. и более В Рули; 2) постоянно закрепленные на- правляющие насадки в комплексе с рулями обтекаемой формы, уста- новленными за наеадкемя; Элехтрогидравлическая плун- жерная рулевая маш нал Электрогндравлическяй аг- регат Не тре- буется
3) поворотные направляющие насадки Электрическая секторная ма шина с раздельным управлением поворотными насадками То же с синхронной переклад- кой яасадок Электрический через дифферен- циал редуктора основного при- вода Не тре- буется
Электрогидравлическая плун- жерная рулевая машина регат
Продолжение табл. 77
Судно Тип рулевого органа Рулевой привод
тно мощность или водоизмещения основной запасной аварийный
Суда самоход- ные внутренне го плавания’ • сухогрузные наливные (тан- керы) пассажирские Поворотные направляющие на- садки Электрячеекая секторная ру- левая машина с раздельным уп- равлением насадками Электрический через диффе- ренциал редуктора основного при Не тре- буется
Рули Электрическая рулевая ма- Гидравлическая колонка со штурвалом Не тре-
Суда внутрен- него плавания несамоходные дня толкания Постоянно закрепленные стаби- лизаторы - - -
Суда морские саноходи ые транспортные До 10 000 т 1) Рули балансирные с одним или двумя штырями; 2) рули полубалаисионыо на кронштейне,’ 3) рули типа Симплекс Электрогидравлпческая руле- вая машина - 1) Гидравлическая колонка со штурвалом. 2) элсктрогидраианческия аг- Не тре- буется
Свыше 10 000 т 1) Рули лолубаланоирные на кронштейне; 2) рули балансирные с одним или двумя штырями; 3) рули типа Симплекс Электрогидраианческая руле- вая изшиаа Электрогидравлически й аг- Не тре-
Ледоколы мор скна линейные Рули небалвпеириые Электрогидраалическая руле- вая машина Электрогидраиапческий аг- буе?га
Совершенствование конструкций, а также кинематических схем руле-
вых машин должно быть непрерывным. Использование материалов повы-
шенной прочности, новых приборов, оборудования поможет находить оп-
тимальные решения.
§ 29. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РУЛЕВЫХ ПРИВОДОВ
И РУЛЕВЫХ МАШИН
При проектировании, судов не всегда можно <подобрать. стандартные
детали рулевых приводов и стандартную рулевую-машину того или иного
типа. Ниже приведем методы приближенного определения основных пара-
метров (применяемые в эскизной стадии проектирования) некоторых типов
рулевых приводов и рулевых машин. Более точные решения при определе-
нии параметров рулевых машин приведены в трудах И. И. Краковского
и В. В. Завита *.
Основные параметры секторного привода
, с валиковой проводкой
Исходные данные:
Максимальный момент на ведущем баллере руля с учетом трения
в опорах Mfi;-
расчетный радиус штурвального колеса 7?ш;
схема валиковой проводки, в которой должно быть указано число
входящих в нее угловых передав, путевых подшипников, тип секторной
передачи и штурвальной колонки.
Общий коэффициент полезного действия привода
(229)
где i]x = 0,97 — коэффициент полезного действия угловой передачи;
=5= 0,99 — коэффициент полезного действия путевого шарнирного
подшипника;
Т]а = 0,97 — коэффициент полезного действия штурвальной колонки;
lit “ 0,46 — коэффициент полезного действия секторной самотормо-
зящей червячной передачи с учетом потерь в цилиндри-
ческой паре;
т|5 — 0,90 — коэффициент полезного действия соединительных муфт
(шарнирных, путевых).
Общее передаточное число привода
i0 = Шэ, (230)
где ii — передаточное число червячной пары секторной передачи;
ta — передаточное число секторной пары;
i3 — передаточное число угловых передач.
Средние значения передаточных чисел приведены в табл. 61.
Необходимый момент на валу штурвального колеса при перекладке
руля на угол а
' м^~~^Гкгс'м- (231)
Необходимое усилие на рукоятке (ободе) штурввльного колеса
(232)
1 Краковский И. И. Судовые вспомогательные механизмы. «Речной транс-
порт», 1955. Завиша В. В. Гидравлические рулевые машины «Траиспорт», 1965.
327
где Rw — радиус штурвального колеса, который принимают по табл. 60; )
Рш — не должно быть более Мэкгс—при кратковременной работе и 12кзс—
при длительной работе одного человека.
Необходимое число оборотов штурвального колеса для перекладки
руля с борта на борт
= :(233)
где а — угол перекладки руля на один борт, град.
Средняя окружность на рукоятках штурвального колеса принимается
равной
оср — 1,5 —1,8 м!сек.
Время, затрачиваемое на перекладку руля с борта на борт,
t = г.,: сек (234)
Основные параметры ручных рулевых машин
с валиковой проводкой
Принимаем в расчете за исходную величину усилие, прикладываемое
к рукоятке штурвального колеса = 16 кгс.
Момент на валу штурвального колеса
кгс-м, (235)
где — количество работающих на штурвальном колесе, чел.;
— расчетный диаметр штурвального колеса, который принимают
равным 500, 700, 900, 1200, 1500 и 1800 мм.
Момент, развиваемый на секторе руля,
М6 — ЛУоЧо кгс-л, (236) ч
где I — общее передаточное число валикового привода, которое прини-
мают:
.£>ш 500 700 900 1200 1500 1800
*0 48—55 48—55 48-55 72—144 72—144 144—224
i]o = 0,65+0,70 — общий коэффициент полезного действия валико- ,
вой проводки (без червячного редуктора).
Полное число оборотов штурвального колеса для перекладки руля
на угол 2 а определяют по формуле (233).
Число оборотов, штурвального колеса в секунду
п — об/сек. (237)
где оср = 1,5+1,8 м/сек — средняя окужная скорость вращения штур- г
вального колеса.
Время перекладки руля на угол 2а j
^=-^-сек. (238) ’
328
При расчете деталей на прочность усилие, прикладываемое к рукоятке
реального колеса, принимают равным Рш — 50 кгс, при этом допу-
от коэффициент запаса прочности по отношению к пределу текучести
фиала детали п = 2,5.
Основные параметры секторного привода
со штуртросной проводкой
На основании опыта эксплуатации рулевых устройств со штуртрос-
й проводкой установлена зависимость между диаметром баллера руля
калибром цепи штуртроса для определенного радиуса сектора. Эта
висимость найдена для диаметров баллера от 50 до 300 мм при секторах
диусом от 750 до 2250 мм — на морских судах, а также для диаметров
ллера от 50 до 200 мм при радиусе сектора от 750 до 1300 мм (см.
бл. 46) — на судах внутреннего плавания. Подобная зависимость уста-
влена и для мелкий судов. Если радиус сектора для принятого баллера
ля’ берется отличающимся от указанных в табл. 46, то необходимый
либр цепи определяют по формуле
(239)
i d0 и 7?о — калибр цепи и радиус сектора, указанные в табл. 46, мм;
R — фактический радиус сектора, мм.
Калибр цепи штуртроса рекомендуется принимать на судах малого
юизмещения не менее 4,0 мм, на судах морских и внутреннего плава-
я — не менее 6 мм. При необходимости калибр цепи штуртроса можно
йти по формуле
<гц .0,38|/ ^ (240)
i dn — калибр цепи штуртроса, мм;
d$ — диаметр головы баллера, лш;
Rc — длина румпеля или радиус сектора, измеренные от баллера до
оси цепи штуртроса, мм
В табл. 46 приведены размеры цепи штуртроса при одном руле, при-
жимом в действие одним штуртросом. Если судно имеет два или три
гя, приводимых в действие одним штуртросом, то калибр цепи по срав-
ню с табличными размерами увеличивают соответственно в 1,4 и 1,75
а.
Определив окончательно калибр цепи, можно по ее разрывной на-
гзке Ppd8 и коэффициенту запаса прочности штуртроса найти расчет-
: усилие Р для всех деталей, входящих в штуртросную проводку,
Р (241)
Табличные размеры цепей, канатов и прутков штуртросной проводки
пзеряют на прочность, определяя фактические коэффициенты запаса
>чности:
для участков, работающих на секторе,
я==
(242)
329
для участков, работающих у тягового органа (звездочки, барабана). .
рулевой машины,
(243) "
где и P„iax — фактически действующие усилия.
Принятые размеры цепей, канатов и прутков штуртросной проводки
считают достаточными, если запас прочности будет не менее п — 4 — у це-
’пей и п = 6 — у канатов. Прочность прутков штуртроса проверяют, вы-
числяя напряжения, возникающие под действием передаваемой нагрузки.
Прочность их считается достаточной, если напряжения не будут превы-
шать 500—750 кгс!см2.
На морских судах прочность стального каната, принятого в качестве
гибкой связи штуртроса, дополнительно проверяют, определяя напряже-
ния, возникающие при одновременном действии растяжения и изгиба на
окружности направляющих блоков и барабана.
Обычно при проектировании расчетные усилия определяют в такой
последовательности.
Цепь штуртроса, идущая от сектора к рулевой машине, имеет пере-
гибы, вследствие чего на ее перемещение затрачиваются дополнительные
усилия. Учитывая это, тяговое усилие’ на звездочке рулевой машины,
необходимое для перекладки руля, можно найти по формуле
Л™ = ~ кгс, (244) ,
где Р — усилие на ободе сектора, кг; ;
Лш — общий коэффициент полезного действия штуртросной проводки. •
Общий коэффициент полезного действия штуртросной проводки нахо-
дят как произведение коэффициентов полезного действия направляющих ;
блоков, роликов и лотков
Пш = ПЛаЛЛЛб, (245) i
где tjx, 1]а, ца. — коэффициенты полезного действия блоков (роли- ,
’ ков); ’
т)5 — коэффициент полезного действия направляющих ’
лотков.
Коэффициент полезного действия блоков определяют в зависимости,
от угла обхвата блока цепью штуртроса. Обычно его принимают
т]6 = 0,95-5-0,96 — при углах обхвата до 45°; ?
= 0,92-5-0,93 — при углах обхвата от 45 до 90°; ?
т]б — 0,88-5-0,90 — при углах обхвата, близких к 180°.
Коэффициент полезного действия направляющих лотков принимают ;<
I] = 0,94. j
Значения общего коэффициента полезного действия штуртросной про- '•
водки обычно получаются в пределах i]I!r =?= 0,6-5-0,7. =
Ради уменьшения энергии, затрачиваемой на перекладку руля, сле-
дует всемерно сокращать число крутых перегибов и направляющих бло-
ков, выпрямляя проводку везде, где только можно.
Усилие на ободе сектора >
р-.—^кгс, (246)'
где Л46 — крутящий, момент на баллере руля с учетом трения в опорах.:
баллера, кгс-м;
Рс — радиус сектора, измеренный по центру лежащей на ободе сек- -
тора цепи и равный
- R.-R.+ (247)
330
здесь 7?с — радиус сектора, м;
Вх - 0,707 (В — dj 4- dn, см;
В — ширина звена цепи, см; — калибр цепи, см.
При определении усилия иа ободе сектора руля морских судов сле-
дует пользоваться формулой
Т = (248)
где т — 1,3-5-1,5 — коэффициент, учитывающий динамичность усилий от
действия волн, прикладываемых .к рулю.
Цепь штуртроса выбирают по ее разрывной нагрузке, для чего нахо-
дят
~ юоо тС'
где Рра3 — разрывная нагрузка цепи, тс;
р — усклие на ободе сектора, кгс;
п — коэффициент запаса прочности цепи штуртроса.
Если вместо цепи штуртроса принят стальной канат, усилия в штур-
тросе находят по приведенным формулам, за исключением формулы (247),
которая примет вид
/С = К.+-^-л. (250)
где dK — диаметр каната штуртроса, м.
Максимальное усилие, возникающее на ободе сектора, определяемое
по формуле (244), служит расчетной нагрузкой при проверке деталей сек-
тора на прочность.
Обухи, предназначенные для крепления штуртроса, рассчитывают
на нагрузку, равную разрывной нагрузке цепи (каната, прутка) штур-
троса.
Детали тормоза (стопора) сектора рассчитывают исходя из момента,
равного 0,25 Л4кр, где Л4кр — максимальный крутящий момент на баллере
руля. Для судов смешанного плавания за расчетный момент принимают
(0,4-s-0,5) Л4кр, [где Л4кр — максимальный крутящий момент на баллере
руля.
Все прочие детали, входящие в штуртросную проводку, рассчиты-
вают на усилие Ртах, при этом их коэффициент запаса прочности не должен
быть меньше коэффициента запаса прочности цепи (каната) штуртроса.
Слабым звеном в штуртросной -проводке должна быть цепь, повреждение
которой устраняется легче, чем других деталей.
Основные параметры ручных рулевых машин
с тяговым барабаном-звездочкой для штуртроса
Принимаем допускаемое окружное усилие на цепном барабане-звез-
дочке Рт1Х — кгс, где Рр8а — разрывная нагрузка цепи штур-
троса.
Крутящий момент на валу звездочки
Мс = 0,5Preax-DKO кгсм, (251)
где DH0 — расчетный диаметр звездочки (барабана, D6), м.
331
Число оборотов штурвального колеса
60fCp ,
" “ “ЯГ об/мин, (252)
где ticp = 0.8-s-1,5 м/сек — средняя окружная скорость вращения штур*
вального колеса при штуртросной проводке;
£>ш — расчетный диаметр штурвального колеса, м-
Крутящий момент на валу штурвального колеса
Л4Ш = кгс-м, (253)
‘очо
где 10 — 5^-6 — передаточное число машины;
1]0 — общий коэффициент полезного действия рулевой машины.
Усилие на рукоятке штурвального колеса, приходящееся на одного
работающего,
р.^'у-кк, (254)'
где пч — количество работающих на штурвальном колесе.
Диаметр барабана Do рулевой машины для навивки каната штур-
троса берут в зависимости от толщины проволоки С каната. Обычно при-
нимают
Об = (4004-500) 6. (255)
Диаметр начальной окружности звездочки, используемой для работы
с пластинчатой цепью, определяют по известной формуле
Mio ~ jggS- > (255)
sin----
где t — шаг звена, устанавливаемый при выборе цепи;
z — число зубцов на звездочке, практически принимаемое от 12 до 15.
У этой звездочки число звеньев, укладывающихся за один оборот,
равно числу зубцов, т. е. а = г.
Диаметр начальной окружности звездочки Рио, принимаемой для
калиброванной цепи, связан с размерами цепного звена известной зависи*
мостыо
где I — внутренняя длина звена;
— калибр цепи;
г — число кулачков-выступов на звездочке, которое, как правило,
принимается равным пяти и реже шести-семи, во избежание не-
целесообразного увеличения размеров звездочки. При расчетах
величину в этой формуле не следует смешивать с числом звеньев а,
укладывающихся на звездочке за один полный оборот, т. е. в дан-
ном случае
а = 2z.
332
Основные параметры электрических секторных рулевых машин
Последовательность определения основных параметров секторных
рулевых машин рассмотрим на примере, относящемся к машинам РЭР7,5.
Кинематическая схема (рис. 177).
Максимальный крутящий момент на голове бал-
лера руля, тс-м:
при работе основного электропривода .
» » запасного привода ..............
Наибольший угол перекладки руля на борт, град.:
при работе основного электропривода . . .
» » запасного привода...............
Время перекладки руля с борта на борт на перед-
нем ходу, сек,:
при работе основного электропривода (2Х
Х35°).................................
при работе запасного привода (2X20°) .
Род тока и напряжение, е
Тип запасного привода
30
12
. . я=>220 или =220
. . Ручной, действующий не-
посредственно на баллер
руля, с самотормозящейся
червячной и секторной пе-
редачами и штурвалами
Усилие, прикладываемое к рукоятке штурвального
колеса одним работающим, кгс................
Число работающих на штурвале, чел...........
Определение передаточных чисел и коэф-
фициента полезного действия рулевой маши-
ны. Принимаем следующие передаточные
числа.
Рис. 177. Кинематическая схема электрической секторной рулевой машины.
I — основной привод, 2 — запасный привод.
Механический привод
Секторная передача — 169 : 15 = 11,26;
червячная передача i8 = 60 : 1 = 60;
цилиндрическая передача is — 51 : 19 = 2,68.
Общее передаточное число
iu = tjtais ~ 1800.
Ручной привод
Секторная передача i4 = 92 : 21 = 4,35;
червячная передача is — 30 : 1 = 30.
ззз
Общее передаточное число
ip - i<h> = 130,5.
Коэффициент полезного действия машины находим по следующим фор-
мулам. ,
Механический привод
Коэффициенты полезного действия:
опор сектора с учетом трения поддерживающих роликов гц = 0,98;
зубчатой передачи сектора i)a = 0,96;
червячного редуктора ч]8 = т)4т]ът]в = 0,445,
где ч]4 = (1 — 0,2р:<) — коэффициент полезного действия
червячной передачи;
у — угол подъема винтовой линии червяка, который при модуле
зацепления tn — 10 и диаметре начальной окружности червяка
dao =110 мм равен
v = arc,g^=ar,:t6TTO-5°’
р- — 0,1 — коэффициент трения скольжения;
р = 5° 43' — угол трения, соответствующий коэффициенту трения
р- = 0,1;
т)в = 0,99 — коэффициент полезного действия опор вала червяка;
Т|в = 0,98 — коэффициент полезного действия опор вала червячного
колеса.
Коэффициент полезного действия цилиндрического редуктора
П? = ’la’le = 0,95,
-где чв = 0,96 — коэффициент полезного действия зубчатого зацепления;
т)9 = 0,99 —• коэффициент полезного действия опор валов редуктбра.
Обший коэффициент полезного действия механического привода ма-
шины
Пм = ПхЧаПаПт = 0,40.
Ручной привод
Коэффициенты полезного действия:
зубчатой секторной передачи тц = 0,96;
опор вертикального вала червячной тумбы т]2 = 0,98;
червячного редуктора г]з = = 0,465,
где тн = tg р) (1—0,2 ц8) — коэффициент полезного действия
червячной передачи;
ц — 0,1 — коэффициент трения скольжения;
р = 5°43' — угол трения, соответствующий коэффициенту трения-
ц - 0,1;
= 0,475;
ч)5 = 0,98 —’коэффициент полезного действия опор'Червяка и соеди-
ненного с ним вала со втулкой подшипника.
Общий коэффициент полезного действия ручного привода машины
Чр = W4s = 0,437.
Определение мощности и крутящих моментов. Мощность электродви-
гателя рассчитывают в такой последовательности,
334 '
Наибольший крутящий момент, потребный на валу электродвигателя
(соответствующий крутящему моменту 7.5 тс-м на голове баллера руля),
М — . -7500 — 10 4 кгс-м
- I* “ 1800.0,4 - 1U'4 КгС
Среднее необходимое число оборотов вала электродвигателя при пе-
рекладке руля с борта на борт (2 х 35°) и времени перекладки t = 30 сек.
2а-60 . 2-35.6.0.1800 _пп ,,
3604 “ 360.30 — 700 об^мин-
Наибольшая потребная мощность электродвигателя при среднем числе
оборотов п3 = 700 об/мин’
ЛГ 10,4.700 _
N, = = —Jjg— " 7,46 кт,.
На основании расчета электрооборудования выбран исполнительный
электродвигатель постоянного тока ПНЗ-145 часовой мощности N =
= 6,2 кет при 860 об/мин.
Момент стоянки электродвигателя под током
Л4СТ = 15.0 кгс-м.
Коэффициент перегрузки
Ь Мет
**- = 144
10,4 Ч-
Затем определяют арутящие моменты, передаваемые механическим
приводом.
Максимальный крутящий момент:
на голове баллера руля
= 750 000 кгс -см;
на секторе
Л4,= =5^=765000 кгссм;
на вертикальном валу червячного редуктора
/И, = rZS°°% - 70800 кгс-ск
а I Щц 11,26.0,96
на валу червяка
на валу электродвигателя
Продолжительность перекладки руля ручным приводом. Для ручного
привода приняты следующие величины:
штурвальное колесо диаметром 1300 мм, расчетный диаметр Вш =
— 1200 мм;
средняя окружная скорость на рукоятках штурвального колеса
оСр = 0,9 м!сек;
1р = 130,5 — общее передаточное число ручного привода.
335
Продолжительность перекладки руля с борта на борт (2 X 20°) руч-
ным приводом
2шр лВш 2,20.130,5 3,14-1,2 СЛ
* “ 360 ' t>ep ~ 360 ~ 0,9 ^50 СеК‘
Далее находят крутящие моменты, передаваемые ручным приводом.
. Усилие, развиваемое работающими на штурвале, — 12 кгс, на двух
штурвальных колесах работают 4 человека.
Суммарное усилие на валу штурвальных колес
== 4 • 12 = 48,0 кг.
Крутящие моменты:
на валу червяка (штурвалов)
P.i. 48-S1 = 2880 кгс-см;
на вертикальном валу червячной тумбы
Л4' = = 2880.30-0,465 = 40200 кгс-см;
на секторе
Л4^р = = 40 200-4,35.0,98-0,96 = 164 500 кгс-см\
что удовлетворяет заданным условиям
1,64 < 1,65 тс-м.
Основные параметры электрогидравлических плунжерных рулевых машин
Исходные данные
Параметры рулевой машины
Угол перекладки руля с борта на борт 2аяих, гРаД- - - 2X35
Продолжительность перекладки руля с 35° одного борта
на 30° другого борта на полном переднем ходу Уд, сек. . . 28
Номинальные крутящие моменты (тс.м) на голове баллера
при наибольшем угле перекладки руля а = amax^ 35° Л4кр
Давление рабочей среды в цилиндрах привода, нес!см2-.
рабочее (номинальное) Рд .............. . . 70-ь 100
при подрыве предохранительных клапанов Рц . 105*10-5-160i10
» гидравлическом испытании Pft . . . 157^-225
Род тока в судовой сети . Переменный
(постоянный)
Напряжение тока V, в:
переменного . . . . 220/380
постоянного ................................. . 220
Конструктивная схема привода к баллеру приведена на рис. 167.
Значения крутящих моментов на голове баллера принимаются с гра-
фика, задаваемого проектантом судна.
Коэффициент полезного действия привода дан с учетом потерь в саль-
никах цилиндров.
Параметры привода к баллеру
(см. рис. 167)
Расстояние между осевыми линиями цилиндров 2я0, см.
Диаметр плунжера Dn, см.
Площадь плунжера
Гп = 0,25л-Г2 см*. (2
Объемный параметр привода
Vo = 2a0F„ см*. (2,
336
Рабочий объем цилиндров, соответствующий перекладке руля 2 а =
- 2 х 35°
Vp = V2 tg 35е = 1,4У0. (260)
Величина Размерность Крутящий момент AfKp, тс-м
16 » 40 63 80
2а0 см 85 93 108 130 140
On CM 15 18 21 24 26
Fn см? 176,7 254,7 346,3 *452,3 530,0
V» см? 15 000 23 600 37 400 58 800 74 300
vP л 21 33 52,4 82,3 , 104
Параметры основных агрегат-насосов. Обычно каждая, за некоторым
исключением, электрогидравлическая плунжерная рулевая машина
имеет два основных агрегат-насоса, причем все спецификационные харак-
теристики рулевой машины в работе должен обеспечивать один агрегат-
насос. Каждый агрегат-насос состоит из насоса регулируемой производи-
тельности, марка которого рекомендована в табл. 69, и электродвигателя
переменного или постоянного тока в зависимости от рода тока судовой
силовой сети. Все эксплуатационные характеристики насосов обычно
принимают по данным каталога «Гидравлические приводы», изд. Дома
техники, I960.
В табл. 78 представлена зависимость коэффициента полезного дей-
ствия (объемного и механического) от давления и относительной произво-
дительности насосов. Относительная производительность
й s= Q.TA' Qr> (261)
где — наибольшая производительность насоса (см. табл. 79) при
фтет = 30°, л!мин-,
Qta — рабочая производительность насоса при ф = фд;
= lOOOfeL л/мин С262)
q — максимальная производительность насоса за один оборот вала
при фтах = 30°, с№/об;
Пр — расчетное число оборотов приводного вала насоса, обычно при-
нимаемое равным числу оборотов электродвигателя, об/мин.
Вместе с тем расчетное число оборотов приводного вала насоса
в рулевых машинах принимают на 30—40% ниже указанных по
каталогу на насосы, что облегчает выбор электродвигателя и
повышает моторесурс насоса;
фл~ действительный угол поворота валика управления насосом,
град.;
Фшах — 30° — максимальный угол поворота валика упрааления насо-
сом.
Параметры системы управления основными агрегат-насосами. В не-
которых случаях, при установке машины унифицированного ряда, прихо-
дится выполнять проверочный расчет времени перекладки руля и момента
на валу, насоса. Это делается в том случае, когда заменяется электродви-
22 Заказ 1836 337
Таблица 78
Объемный nv и механический цм коэффициенты полезного действия насосов
в зависимости от давлений и относительной производительности
Тип насоса к -Ь 5 4 Sg h- fig-s Обозначение ко- эффициентов по- лезного действия При давлении к цилиндре, кгс/сл?
—40 —20 0 20 40 60 80 100' 120
ПР № 2,5 0,47 Чу 1,02 1,01 0 0,995 0,99 0,980 0,97 0.96' 0,96
Чм — 0,48 0,57 0,64 0,70 0,74 0,78 0,82
ПР № 5 0,617 Чу 1,01 1,005 0 0,995 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95
Чм — — ' 0,72 0,80 0,86 0,91 0,95 0,97 0,99
ПР № 10 0,392 Пу 1,01 1,005 0 0,995 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95
Нм — 0,65 0,72 0,79 0,64 0,88 0,92 0,94
ПД № 5 0,625 Чу 1,01 1,005 0 0,995 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95
Чм — 0,68 0,76 0,83 0,88 0,92 0,95 0,97
ПД № 10 0,49 Чу 1,01 1.005 о’ 0.995 0,99 0.98 0.975 0.96 0.94
Чм — — 0,65 0,72 0,79 0,85 0,90 0,93 0.96
0,445 Чу 1,015 1,01 0 0,995 0,99 0,98 0,97 0,96 Ь,94
ПД № 20 Чм — — 0,65 0,73 0,78 0,82 0,84 0,91 0,95
0,675 Чу 1,015 1,01 0 0,995 0,99 0,98 0,975 0,97 0,96
Чм — — 0,73 0,79 0,83 0,87 0,92 0,95 0,97
ПД № 30 0,65 Чу 1,015, 1,01 0 0,995 0,99 0,98 0,975 0,97 0,96
Чм — 0.7 0,77 0,82 0,87 0,91 0,94 0,97
гатель насоса или момент на баллере несколько превышает расчетный мо-
мент для машины.
Управление насосами в рулевых машинах этого типа (отечественного
производства) обычно принимают электрическое из внешних постов через
приборы, установленные на насосах, с электрическими обратными свя-
зями, которые допускают управление насосами вручную.
Система управления должна обеспечивать дистанционное управле-
ние насосами: простое, следящее (симпатическое) и автоматическое
(авторулевой).Система дистанционного управления обычно оговаривается
при заказе рулевой машины.
Насосы включаются исполнительным механизмом — прибором ИМ,
в состав которого входит: управляемый электродвигатель АДП, сельсин БД
338
Таблица 79
Основные характеристики насосов основных приводов
некоторых электрогидравлических плунжерных рулевых машин
а 2* с.- 2 я fcs II ИЛ “со К Расчетное число оборотов при- водного вала насоса Лр, об/мнн Рабочие угол наклона люльки насоеа чЦ, град. Производительность ввсоса Электродвигатель
теоретическая относительная й=<?7-д:0т переменный ток постоянный ток
и sg- 11^ *mr/v a0 o0E=m,<i i Hdo аетчиодиси рабочая при ♦=*д<?ул. Л /ж ин с ofc || е ii
16 ИД № 5 955 28 71 102 63,6 0,625 АМ71-6 955 П61М 1000
25 ПД № 10 965 22 142 204 100 0,49 АМ81-6 965 П62М 1000
40 ИД № 20 965 20 251 861 161 0,445 АМ82-6 965 П72М 1000
63 ПД № 20 970 30 251 361 243 0,675 АМЮ1-6 970 П32М 1000
80 ПД № 30 735 26 601 491 318 0,65 AMII1-8 735 ПН750 720
и нулевой установитель (НУ) пружинного типа. Все эти узлы механиче-
ски связаны с валиком управления насосом.
Передаточное число к валику управления составляет:
от электродвигателя АДП ia = 530;
от сельсина БД ic = 3.
Тогда расчетную продолжительность включения насоса ф = 0 до
ф = 'Фгаах — 30° можно определить по формуле
= «к., (263)
где п — число оборотов электродвигателя АДП, об/мин.
Практически в диапазоне указанных углов поворота валика управле-
ния насосом продолжительность включения принимают
= 2,0 сек.
Насосы включаются также прибором ИМ, но тогда сигнал поступает
в прибор не с пульта управления (как при включении), а от прибора РД
(через усилитель), в состав котор ого входит дифференциальный сельсин БД,,
связанней с румпелем механической передачей с передаточным числом
i0 = 0,50.
Параметры перепускного золотника. Отметим, что валик управления
насоса типа ПД (см. табл. 79) не имеет фиксированных положений, при
которых производительность насоса равна нулю.
Зона, охватывающая ряд таких положений валика, может достигать
30 мин. при Р 40,0 кгс1см\ Кроме того, исполнительный механизм
(прибор ИМ) возвращает в нулевое положение валик управления с точ-
22*
339
иостью ±20'. Все это обусловливает некоторую «остаточную» производи-
тельность при положении валика управления на нуле, которая приводит
к постепенному сползанию руля на борт.
Для устранения этого явления в электрогидравлических плунжерных
рулевых машинах обычно предусматривают специальный перепускной
золотник, который закрывается при давлении, достигающем 0,4Рл, где
РА — рабочее (номинальное) давление в цилиндрах привода.
Заметим, что при низких давлениях золотник перепускает часть рабо-
чей жидкости из нагнетательной полости во всасывающую, что несколько
снижает объемный коэффициент полезного действия насоса, но зато спол-
зания руля на борт не происходит. Размеры золотника зависят от произво-
дительности иасоса, т. е. его размеры индивидуальны для каждого номера
насоса. Расход рабочей жидкости через перепускной золотник может быть
ориентировочно принят по следующей табличке.
Расход через перепускной золотник <2ЭЛ, смя1сек
Тип насоса при давлении В цилиндре, кгс!см9
10 20 30 40
ПД № 5 25 30 44 50
ПД № 10 40 58 70 80
ПД № 20 51 72 68 130
ПД № 30 70 100 120 138
Расчет общей продолжительности перекладки руля с борта на борт и
момента на приводном валу насоса.
Давление в цилиндрах привода определяют по формуле при Л1Кр > 0
/>„ = кгс/сл,’; (264)
при Л4кр < 0
Ро Т)- кгсfСМ1, (265)
где i]0 — коэффициент полезного действия привода к баллеру при Л1Кр=0;
»]’ — коэффициент полезного действия привода к баллеру при
Мкр < 0.
Значение коэффициентов т)0 и г)0 можно ориентировочно принимать
следующими.
Угол -пере- кладки руля а 0 5 ° 15 20 25 30 35
По 0 0,84 0,83 0,81 0,79 0,77 0,74 0,72
Чо 0 0,82 0,80 0,78 0,75 0,73 0,70 0,63
340
Давление в насосах находит по формуле
Р = Ро 4- ДРтр кгс/см2, (266)
где ДРтр — потеря давления в трубопроводе, составляющая при полной
подаче масла
ДР др 0.5 ч-1,0 кгс!см2.
Продолжительность перекладки руля с борта на борт обычно опреде-
ляют для следящего управления.
При простом управлении насос выключается нулевым установителем
за сравнительно малое время, поэтому время перекладки будет меньше,
чем при следящем управлении, где выключение производится действием
обратной связи.
Автоматическое управление рулевыми машинами предусматривают
при ходе по курсу. В этом случае поворот руля на общий угол 2атах
требует трех последовательных операций: включения насоса, его работы
с полной производительностью и, наконец, выключения. Необходимое
время определяется в такой последовательности.
Продолжительность включения насоса
7л = (ф-(,,(1-^-)сек., (267)
где и tp — фактическая и расчетная продолжительность включения
насоса, сек.
При включении насоса давление рабочей жидкости в нем будет на пе-
реднем ходу около 0,4РЛ, а на заднем ходу — около 0,9Рл кгс/см2, по-
этому перепускной золотник закрыт и фактическую производительность
находят по формуле
Оф = 0,5Qr/iiizcp л/мин. (268)
Угол отклонения руля в момент полного включения насоса опреде-
ляется на переднем и заднем ходу по уравнению
। ^-(е35°+ (269)
где — объемный коэффициент полезного действия насоса, который
зависит от типа насоса, давления и относительной произво-
дительности. Принимается по каталогу «Гидравлические при-
воды». В табл. 78 приведены величины T]Vcp для насоса ИД
№ 20.
В интервале перекладки от ад и ав (углы отклонения руля в моменты
полного включения и начала выключения насоса) насос работает с полной
производительностью. Перекладку в этом интервале надо рассматривать
по участкам. Продолжительность перекладки на произвольно выделен-
ном участке в пределах от аг до at 4- Да находят по уравнению
сек., (270)
Ь'ф
где
Д tg а = tg (а,- 4- Да) — tg а{;
Оф — фактический объем рабочей жидкости в единицу времени, по-
ступающей в цилиндры привода к баллеру;
при Р > 0,4Ра
Оф = ОтлПГср л/мин-, (271)
341
при Р < 0,4Рл *
<2ф = СглЧУср — Сал л/мин-, (272)
при Р > —0,4Рл
<2ф = QtWcp + Сзл Л/мин, (273)
где Qan — расход рабочей жидкости через перепускной золотник (см.
стр. 340).
Угол отклонения руля в момент полного включения или начала вы-
ключения насоса- определяется по выражению
V1'» ГраД" <274>
где ic и ie - передаточные числа.
Скорость перемещения плунжера на заднем ходу при Р > — О АР а
и открытом золотнике
(275>
Угловая скорость перекладки руля О-ТАЧу , Ф , Сэл „ (276)
Угловая скорость ^в = валика управления насосом Qta']v „ «С -JT- — -COS^CC-: г- 4/ Уо фд te
— %a-cos“ai. »0 10 (277)
Обозначая . QtA Чу в *с Д — ~-cos2a~- Vo to
B = Sf -cos’ci-t-,
получим *г.=-йл+в).
После интегрирования (продолжительность выключения) получим
‘ ^ОСТ qb « , О
^-”41п«Л + В)| —у In , (278)
^А
где In — натуральный логарифм;
Фост — остаточный угол поворота валика управления насосом, при кото»
ром насос развивает производительность, покрывающую вну-
тренние утечки и расход рабочей жидкости через перепускной
золотник. Этот остаточный угол поворота должен иметь знак,
обратный знаку того угла, на который был повернут валик уп-
равления насосом, так кай в режиме заднего хода при выключе-
нии насос работает как гидромотор.
342
Остаточный угол поворота валика управления насосом на заднем ходу
можно определить пр формуле
tg = tg (чу - 1 + • (279)
Режим переднего хода при выключении. В режиме переднего хода
в процессе выключения давление в насосе Р >• -f- 0,4Рд кгс!см2, поэтому
перепускной золотник закрыт. В этом случае время выключения насоса
находят по выражению
h. =4- Inсек. (280)
Л УОСТ
Остаточный угол поворота валика управления насосом в процессе
выключения на переднем ходу можно определить по формуле
tg Фои = tg фл (1 — 4v) град. ' (281)
Общая продолжительность перекладки руля с борта на борт
гв
7„ = + S Л* + ‘с сек. (282)
*А
Момент на приводном валу насоса, равный номинальному моменту
электродвигателя,
(283)
Чм
где я — число оборотов электродвигателя;
цм — механический коэффициент полезного действия насоса, который
берется с положительным показателем степени, если Р > О,
и с отрицательным, если Р <0. Он зависит от давления в цилиндре
и относительной производительности. В табл. 78 приведены его
некоторые значения.
Дальнейший расчет обычно ведут для переднего и заднего хода в та-
бличной форме (табл. 80). При этом вне табличной формы определяют:
продолжительность включения насоса tA — по формуле (267);
угол ад отклонения руля в момент полного включения насоса на пе-
реднем ходу (ПХ) и на заднем ходу (ЗХ);
угол отклонения руля в момент полного выключения насоса —
по формуле (274);
остаточный угол поворота валика управления насосом на переднем
ходу (ПХ) — по формуле (281) и на заднем ходу — по формуле (279);
продолжительность выключения насоса на переднем ходу (ПХ) — по
формуле (280) и на заднем ходу (ЗХ) -г- по формуле (278).
После выполнения расчета по табличной форме (см. табл. 80) опреде-
ляют полную продолжительность перекладки руля с борта на борт на пе-
реднем ходу (Тпх), на заднем ходу (Тэх) и на переднем ходу при перекладке
руля с 35° -одного борта на 30° другого борта (Т„х)- В последующем при
известном Л1Э выбирают электродвигатель и рассчитывают детали руле-
вой машины на прочность. ,
Основные данные для расчета прочности. Номинальный крутящий
момент на баллере руля, развиваемый рулевой машиной,, определяют по
формуле
= <284>
343
Таблица SO
Определение момента на приводном валу насоса н продолжительности
перекладки руля с борта на борт
Л tgO£. град. кгс/см- Сал» слр/сек. Vo Cep сек. 2Х сек. Чм § S Л1з
-35 Включение насоса
—32,3
-30
—25
—20
—15
—10
-5
0
-К
+ю
+15
+20
+25
+30,35
Выключение насоса
+35
где Ра — рабочее (номинальное) давление масла в цилиндрах при-
вода;
V© — объемный параметр привода, который находят по формуле
Цо — коэффициент полезного действия привода к баллеру (см.
стр. 340);
«шах — максимальный угол перекладки руля.
Предельный крутящий момент на баллере руля (от действия внеш-
них сил на руль)
Л1„р= /"f8 кгс-м, (285)
Чо«»г«шах
344
где Рпр = Рб — предельное давление масла в цилиндрах, соответствую-
щее срабатыванию предохранительных клапанов ма-
шины, кгс (см. стр. 336);
Чд — коэффициент полезного действия привода при передаче
движения от баллера к плунжеру привода (см. стр. 340);
Усилие, действующее по оси плунжера в цилиндре,
Р = РА —4е- кгс, (286)
где D„ — диаметр плунжера.
Усилие, действующее по оси плунжера в цилиндре .в условиях пре-
дельной нагрузки
Р'= кгс, (287)
где = 0,9 — коэффициент полезного действия сальников цилиндров
привода.
Поперечные усилия плунжера
А = Рч}с tg а[пах кгс. (288)
Поперечные усилия плунжера при предельной нагрузке
А' = Р' tg amax, кгс. (289)
Окружное усилие на плече румпеля
t,__ ^А COS Пщах
—2а0 ’
где а0 — плечо румпеля в среднем положении (расстояние между осями
румпеля и цилиндров).
Время перекладки руля и моменты на валу электродвигателя аварий-
ного (запасного) агрегата. Продолжительность перекладки руля ава-
рийным агрегатом рассчитывают в режиме переднего хода при половинной
скорости судна. Учитывая, что крутящий момент на баллере руля прямо
пропорционален квадрату скорости хода судна, получим, что в данном ре-
жиме скорости хода моменты 'на баллере равны х/4 соответствующих зна-
чений в режиме полного переднего хода.
Основные характеристики электрогидравлических рулевых плунжер-
ных машин при работе аварийных агрегатов. При расчете необходимо
знать следующие исходные данные. .
Угол перекладки руля с борта на борт 2<Xn,ax> град. 2.<35
Продолжительность перекладки руля с борта на борт Т&,
сек. ... .............................<60
Давление масляной среды в цилиндрах привода, кгс/см2:
рабочее номинальное . . . . ... 25.0
при подрыве предохранительных клапанов РБ . . 40.0
Аварийные агрегаты состоят из насосов регулируемой производитель-
ности типа ПР и электродвигателей переменного или постоянного тока —
в зависимости от рода-тока судовой силовой сети. Примерное сочетание
насоса и электродвигателя показано в табл. 81 в зависимости от номиналь-
ного крутящего момента на баллере, развиваемого рулевой машиной.
В’ табл. 78 приведены некоторые значения объемного и механического
коэффициентов полезного действия насосов.
345
Таблица 81
Основные характеристики насосов и электродвигателей
аварийных агрегатов
«S Р li И: i ч| Производительность насоса Электродвигатель
теоретическая переменного тока постоянного тока
1 I. &3 наибольшая при у=:Ю’ QT, л/ чин рабочая при с ii- 3» |[ с g о* 5-
16 25 ПР № 2,5 ПР №2.5 1390 1390 30 120 30 120 16 16 47 47 22,2 22,2 0,47 0,47 АОМ32-4 1390 П22М 1500
40 63 ПР № 5 ПР №5 935 935 28 112 28 112 71 71 102 102 62 62 0,617 0,617 АМ51-6 935 П41М 1000
80 ПР № 10 940 18 72 142 204 80 0,392 АМ61-6 940 П42М 1000
Давление в цилиндрах привода к баллеру определяется по следую-
щим формулам
при Л1Кр > О
кгс,'см2;
1 Мкр cos® а
4 14
(290)
при Д1кр < О
кгс/см2.
(291)
Давление в насосах определяют по формуле
Р — Pv + kP'tj, кгс1см*,
где ДР^,р = 0,5 кгс!см* — потеря давления в трубопроводе.
Продолжительность перекладки руля с борта на борт определяется
в той же последоиательности, как и при расчете для основного агрегата.
Учитывая, что управление насосом ручное, продолжительность включе-
ния и выключения насоса можно принять раввой
tA — 1б == 1 сек.
346
Величину угла отклонения руля в момент полного включения (или
начала выключения) насоса находят по формуле
~ ал = -|- % - tgCCmax — ГРаД’ <292)
где <2Ф — фактический объем рабочей жидкости, поступающей в' единицу
времени в цилиндры привода к баллеру, определяемый по фор-
муле (277).
Далее последовательность расчета основных параметров аварийного
агрегата совпадает с последовательностью определения параметров основ-
ного агрегата.
Производительность насоса для лопастной
электрогидравлической рулевой машины
Исходные данные
Рис. 178. Расчетная схема лопастной электро-
гидравлической рулевой машины.
(см. рис. 178)
Расчетный крутящий момент на баллере руля Мб, тс-м.
Дааметр шейки баллера в районе рабочего цилиндра Dg, см
Рабочее давление масла (рабочей жидкости) Р, кгс!см?
Радиус рабочего цилиндра рулевой машины R — —см
Наружный радиус ступицы лопастей г — , см
Высота лопасти Н, см.
Время i перекладки руля на угол ±35°, сек.
Расчет основных характеристик. Расчет ведут в такой последователь-
ности. Давление рабочей жидкости на одну лопасть
Pi = (R — г) HP кгс. (293)
Плечо приложения равно-
действующей сил давления отно-
сительно оси баллера
R(,=^(R~r) см. (294)
Крутящий момент на бал-
лере, создаваемый давлением
рабочей жидкости на лопасти,
Мкр = 2/\Я0 =
2[Ra—r*)HPx
2
= (Яа — г2) HPt кгс-м. (295)
Во всех случаях должно быть
Мкр > 7Иб.
Выбор гидравлического насоса. При поворота руля с борта на борт,
т. е. на угол 2а гидравлический насос должен заполнить две полости ци-
линдра рулевой машины за время t.
Объем одной полости
V = 0,785 (DJ — <£) I! ~ (296)
Производительность насоса без учета потерь на утечки и перетекания
рабочей жидкости из рабочей полости в нерабочую
„ 2V60
<2о =---7-л/мин.
347
При учете потерь рабочей жидкости (10%) необходимая производи-
тельность насоса составит
<2 = -7^- Л]мин, (297)
где — 0,90 — коэффициент, учитывающий потерю рабочей жидкости
при работе рулевой машины.
По установленному давлению Ру и необходимой производительности -
выбирают гидравлический насос в соответствии табл. 69, в которой при-
ведены основные характеристики насосов.
Обычно принимают такой насос, который может обеспечить макси-
мальное рабочее давление Ртах = (1,5-ь-1,75) Pt.
Основные характеристики поршневых рулевых машин
с качающимися цилиндрами
Исходные данные
Расчетный крутящий момент на баллере руля с уче-
том трения в опорах Мв, тс-м.
Диаметр, см: '
цилиндра Рц;
штока поршня
Радиус румпеля гр, с.к.
Угол перекладки руля а, град.
Время t перекладки на угол ±а, сек.
Расчет основных характеристик
Рабочая площадь поршня в передней полости цилиндра
Рабочая площадь поршня в задней полости цилиндра
F2 = 0,785(ZF—d^) см*. (299)
Суммарная площадь поршня
Fo = Fi + F2 сл«. (300)
Рабочий ход поршня при перекладке руля на угол от + а до —а
Si = 2rp-sin 35° см (301)
Усилие, необходимое для обеспечения перекладки руля на угол а,
Р = —кг. (302)
rp cos а ' ‘
Необходимое давление рабочей жидкости
^Р===“^Г кгс'см?’ (303)
где Чц = 0,92 — коэффициент полезного действия цилиндра..
Количество рабочей жидкости, обеспечивающее один рабочий ход,
Qi = л. (304)
348
Количество рабочей жидкости, обеспечивающее перекладку руля на
гач ± а,
Qi=k~- ^мин, (305)
k = 1,1-И ,12 — коэффициент, учитывающий расход жидкости в пе-
риод управления — включения и выключения ее подачи в ци-
линдры.
Мощность привода
(30°
Ин —..коэффициент полезного действия насоса — величина перемен-
ная, которая в среднем составляет 0,7.
1836
ГЛАВА VIII
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ РУЛЕВОГО УСТРОЙСТВА
§ 30. МАТЕРИАЛЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Выбор материала деталей рулевого устройства составляет одну из
ответственных задач при его проектировании. Материал для изготовле-
ния баллеров (рудерписов) рулей (насадок) характеризуется следующими
свойствами:
прочностью, определяемой пределом прочности оЕ и пределом теку-
чести <гт;
пластичностью, определяемой относительным сужением ф, относи-
тельным удлинением 6, а также пробой на загиб;
сопротивлением усталости, определяемым пределом выносливости
при кручении т_х;
однородностью структуры, отсутствием внутренних пороков и оста-
точных напряжений; *
податливостью механической обработке.
Решающие качества материала, идущего на изготовление этих деталей,
прочность и пластичность—для судов внутреннего плавания;
прочность, пластичность и коррозийная стойкость — для мррских
судов.
При подборе материала для изготовления деталей рулевых устройств
учитываются его механические качества, а если они предназначены для
морских судов, — дополнительно еще и химический состав.
Баллеры, рудерписы и штыри, как правило, выполняют коваными,
для изготовления этих деталей малого диаметра Регистр СССР допускает
использовать прокат (катаная сталь) в качестве заготовки диаметром не
более 100 мм. Норвежский! Веритас дойускает изготовление рудерписов из
проката (степень проката 1 : 3), если их окончательный диаметр не превы-
шает 200 мм, при условии, что будет снят поверхностный слой толщиной
не менее 4% от поперечного диаметра материала. Таким образом, оконча-
тельный диаметр детали, выполненной из проката должен быть по крайней
мере нд 8% меньше первоначального диаметра заготовки. При этом мате-
риал должен иметь прочность на разрыв в пределах 44—66 кгс!мм2.
Материал поковок (или проката) назначают в соответствии с установ-
ленными нормами механических свойств, а выбор марок сталей, удовлетво-
ряющих этим нормам, обычно предоставляется заводам — поставщикам
поковок. Такая система заказа материала представляет большое удобство
для заводов, так как марку стали и технологический процесс, обеспечива-
ющий необходимые механические свойства, выбирает завод—изготовитель
заготовок деталей рулевого устройства по своему усмотрению, сообразно
с местными условиями.
350
Для изготовления баллеров (рудерписов) широко используют каче-
ственную углеродистую сталь, как наиболее дешевую. На крупнотоннаж-
ных судах для снижения веса эти детали изготовляют из более дорогих,
легированных сталей. Стали с высоким пределом прочности применяют
только в тех случаях, когда нельзя использовать углеродистые стали.
При этом обращается внимание на то, что стали с повышенным пределом
прочности более чувствительны ко всякого рода надрезам (шпоночные
пазы), переходам от одного диаметра К другому и поверхностным поврежде-
ниям. Коэффициент концентрации напряжений у таких сталей выше, чем
у углеродистых. Кроме того, стали с высокой прочностью требуют особенно'
тщательной механической обработки, так как только при этом условии
могут быть полностью использованы все их преимущества.
Детали рулевого устройства для большинства современных судов
могут быть изготовлены из углеродистых или слаболегированных сталей,
соединяющих дешевизну с меньшей склонностью ко внутренним дефектам,
т. е. с большей надежностью
Слаболегированные и углеродистые стали по стойкости против корро-
зии равноценны. Только стали с содержанием хрома 8% и более приобре-
тают противокоррозийную устойчивость.
В расчетах деталей рулевых устройств на прочность обычно учиты-
вают механические свойства сталей, выбранные по соответствующим нор-
мам и гарантированные заводом—изготовителем поковок. Чаще всего
заданные проектантом механические качества поковок заводы-поставщики
перекрывают, что служит резервом надежности. Учитывая.тяжелые усло-
вия работы рулевых устройств, поковки для большинства их деталей отно-
сят к категории специального назначения, их изготовляют по специаль-
ным техническим условиям, разрабатываемым проектантом судна сов-
местно с поставщиками поковок.
Стальные поковки-. В соответствии с Правилами Регистра СССР1
поковки баллеров, рудерписов, румпелей, штырей, секторов и деталей ру^
левых рам должны быть выполнены по группе В, из качественной углеро-
дистой или из легированной стали, как особо ответственные поковки, рабо-
тающие в условиях сложного напряженного состояния и подвергающиеся
ударам и вибрации. По механическим свойствам и химическому составу
сталь поковок группы В делится на восемь категорий. Основные характери-
стики этих сталей приведены в табл. 82.
Материал поковок в зависимости от их диаметра (толщины) должен
удовлетворять нормам, приведенным в табл. 83 и 84. Кроме того, поковки
из углеродистой стали, предназначенные для изготовления деталей руле-
вых устройств судов, строящихся на класс Регистра СССР, должны иметь
ударную вязкость не менее 5,0 кгс-м1см*. Механические свойства сталей,
приведенные в этих таблицах, относятся к нормальному цилиндрическому
пятикратному образцу диаметром 10 мм и ударному образцу типа I (ГОСТ
9454—60). В этих таблицах КП означает «категория прочности».
В табл. 84 каждая категория прочности по степени пластических
свойств материала разделяется на два вида: А — повышенные и Б — нор-
мальные пластические свойства. Тот или другой вид прочности выбирает
проектант поковки в зависимости от условий эксплуатации судна.
Наряду с высокими требованиями к прочностным характеристикам
материалов, идущих для изготовления баллеров (рудерписов) рулей,
выдвигается требование к их противокоррозийной стойкости, если устрой-
ство предназначено для морских судов. Эти поковки баллеров (рудерписов)
1 Правила испытаний судостроительных и машиностроительных материалов и изде-
лий. Морской Регистр СССР. «Морской транспорт», 1952.
351
Таблица 82
Механические характеристики, установленные классификационными
обществами для стальных поковок рулевых устройств
Классификационные вещества Категория стали Предел прочности ов, кгс!мя? Предел текучести от, кге/лш® ленее Относитель- ное удли- нение д6, %
Регистр СССР III IV V VI VII V111 IX X 48 60 60 65 75 - 85 90 100 25 35 35 40 50 60 75 . 80 22 14 17 15 15 12 13 15
Английский Ллойд (АЛ) 44—63 —
Американское бю- ро судоходства (АБС) 42 21
Бюро Веритас (БВ) 41-80
Норвежский Вери- тас (НВ) 44—115 (0,5—0,6)ав
Таблица 83
Механические свойства поковок из углеродистой стали
Категория прочности Механические свойства \
Е £ Й 6-8 предел прочности 1 кес/мм* 1 относитель- ное удлине- ние в6, % относительное сужение ф, % ударная вязкость кгс-м/сл^ Твердость НВ
' Дням етр или толщина п термообработкой оковки перед мм
До 100 1 1 т 2 До 100 1 8 7 Г 8 7 До 100 £ 2 201-400 8 7
не менее
КП 20 20 40 25 22 20 18 55 50 45 38 5,5 5.0 4,5 4,0 111—156
КП 22 22 44 22 20 18 16 53 48 40 35 5,5 4,5 4,0 3,5 123—167
КП 25 25 .50 20 18 16 14 48 42 35 30 4,0 3,5 3,0 3,0 140—179
КП 28 28 56 18 16 14 12 40 38 32 30 4,0 3,5 3.0 3,0 156—197
КП 35 35 67 14 12 11 10 35 32 30 28 — — - — 187—229
352
Таблица 84
Механические свойства поковок из легированной стали
Категория прочности Механические свойства Твердость НВ
Г h предел прочности ов, кгс/мм* 1 .Относительное удлинение 6В, % относительное сужение ф, % ударная вязкость а„, кгс-м/с/^
Диаметр или толщина поковки перед термоотработкой, мм
До 100 I ! ! ° До 100 J ! § , 001 ОД ! S осф—оог ।
НЕ менее
КП36 А 36 60 18 14 15 10 45 42 42 40 40 35 6,0 5,5 5,5 5,0 5,0 4,0 174—217
кшо А 40 63 17 13 16 12 14 10 45 42 42 40 40 35 6,0 5,5 5,5 5,0 5,0 4,0 187—229
КП50 А SO 70 16 12 14 11 12 9 45 42 42 40 40 35 6,0 5,5 5,5 5,0 5,0 4,0 212—248
кпео А 60 80 14 12 13 11 11 9 45 42 42 40 40 35 6,5 5,0 6,0 4,5 5,5 4,0 235—277
КП67 А 67 88 13 10 12 9 11 8 42 38 40 35 38 33 6,5 5,0 6,0 4,5 5,5 4,0 262—302
и штырей выполняют из нержавеющей стали по ГОСТ 5632—61, облада-
ющей одновременно, и высокими механическими свойствами, и стойкостью
против коррозии. Высоколегированные стали могут быть выбраны по
ГОСТ 4543—61 «Сталь конструкционная легированная сортовая».
Поковки баллеров (рудерписов) и штырей для некоторых судов изго-
товляют из углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380—60,
марки Ст.4 и Ст.5 или из качественных сталей по ГОСТ 1050—60 марки 25,
30 и 35.
Во всех случаях при выборе материала для поковки категорию проч-
ности принимают ту, при которой предел текучести равен пределу текуче-
сти соответствующей группы по нормам, приведенным в табл. 83. или
больше него.
Стальные отливки применяют для изготовления рулевой рамы корпу-
сов подшипников, гельмпортовых труб, ступиц поворотных насадок, рум-
пелей, секторовдругих деталей. Отливки этих деталей выполняют по II
и III категории (табл. 85), а по механическим качествам и химическому
составу они не должны быть отличными от приведенных в табл. 86.
Листовая сталь, применяемая для обшивки пера руля, по нормам
Регистра СССР должна иметь характеристики не ниже приведенных
в табл. 87. В основном применение нашла сталь трех категорий:
III категория—листы, не подвергающиеся фланцеванию;
IV категория — листы, подвергающиеся холодному фланцеванию;
V категория — листы, применяемые для обшивки рулей судов ледо-
вого плавания.
S3 Закаа 1636
353
Таблица 87
Механические характеристики, установленные классификационными
обществами для листовой и профильной сталей,
используемых в конструкциях рулей
Таблица 85
Механические характеристики, установленные классификационными
обществами для стальных отливок, идущих на изготовление
рулевой рамы корпусов подшипников, гельмпортовых труб и т. д.
Классификационное общество Катего- рия стали Предел прочнос- ти <TR, кее/ммъ Предел текучести От. кгс/мм2 Относи тельное уддинс- НИС 6». 94
епое
Регистр СССР II 45 23 22
Ш 50 25 15
Английский Ллойд (АЛ) Американское Бюро Судо- ходства (АБС) Бюро Веритас (БВ) Норвежский Веритас (НВ) IV 50 41-55 42 41-55 41-51 27 21 20
Классификацией ное общество Катего- рия Стали Предел прочнос- ти <ТЕ, ЬЛ’/.«Ла Предел текучес- ти ат, кгс/мм,2 Относи- тельное удлине- ние при толщине более 8 .«и б!0, ".
не енее
Регистр СССР III 41—52 24 20
IV 41—47 24 20
V 42—50 25 20
Английский Ллойд (АЛ) 41—20 ,—,
Американское Бюро Су- доходства (АБС) 41—50 —
Бюро Веритас (Б В) 41—52 —
Норвежский Веритас (НВ) 41—50 —
Таблица 86
Химический состав и механические свойства углеродистой стали для судостроительных отливок по ГОСТ 977—58
Марка стали Химический состав Механические свойства
с Мп S! С, Ni Си предел текучести предел прочности «в- . кгс/см' относи- тельное удиннеине «в- % относи- тельное сужение % ударная вязкость хг а)с'мЛ твердость НВ
не более нс менее
15Л 25Л 35Л 55Л 0,12—0,20 0,22 0,30 0,32-0,40 0,52-0,60 ,35-0,65 ,50 0,80 ,50-0,80 ,50-0,80 0 0 0 0 17—0,37 17—0,37 17—0,37 17-0,37 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0, 0, о, 0, 20 24 28 35 40 45 50 60 24 19 15 10 35 30 25 18 5 4 3 2 0 0 5 5 <’143 124—179 138-190 170—229
В листовой и профильной углеродистой стали, предназначенной для
конструкций сварных рулей, должно содержаться не более О,27?6 углерода
и не более 0,7% марганца.
По правилам иностранных классификационных обществ листовая
сталь, подвергающаяся холодной гибке (фланцовке), может иметь предел
прочности 41—47 кгс! мм*.
В отечественной судостроительной практике обычно для изготовле-
ния рулей и насадок Применяют стали тех марок,которые используют для
изготовления самого корпуса судна и судовых корпусных конструкций.
Цветные сплавы используют для изготовления втулок подшипников,
нажимных втулок сальников, рубашек баллеров, рудерписов, штырей
и др. деталей. Цветные сплавы должны быть стойкими против коррозии,
износостойкими, обладать хорошими литейными качествами. В отечествен-
ном судостроении для изготовления деталей рулевых устройств использо-
вали цветные сплавы марок БрОЦЮ-2, ЛМц58-2, БрАМц9-2, БрАМц10-2
и др. Сплавы этих марок применяли для изготовления деталей рулевых
устройств морских судов и судов внутреннего плавания. Для изготовления
рубашек баллеров, рудерписов и штырей, работающих в паре с бакаутом
или лигнофолем, кроме нержавеющей стали OX18HIOT применяют цвет-
ные сплавы ЛМц58-2 и БрАМц9-2 по ГОСТ 1019—47. Для изготовления
втулок подшипников, работающих в паре с деталями, имеющими рубашии
из нержавеющей стали, рекомендуется бронза БрАМц9-2. Цветные сплавы
этих марок могут быть также применены для изготовления втулок подшип-
ников, футерованных бакаутовыми, лигнофолевыми и резино-металличе-
скими сегментами, как на морских судах, так и на судах внутреннего пла-
вания.
§ 31» ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ЗАГОТОВКИ БАЛЛЕРОВ
(РУДЕРПИСОВ) И ДРУГИХ ДЕТАЛЕЙ РУЛЕВОГО УСТРОЙСТВА
Технические условия на изготовление поковок. Поковки деталей руле-
вых устройств изготовляют из стали, полученной в мартеновских или
электрических печах на кислом или основном поду. Химический состав
сталей для изготовления поковок обычно выбирается по усмотрению за-
вода—изготовителя поковок; для углеродистых сталей — по ГОСТ
1050—60, а для легированных сталей — по ГОСТ 4543—61 или ГОСТ
5632—61.
Обязательное условие — ограничение содержвния вредных примесей
серы (S) и фосфора (Р). Содержание их допускается в качественной углеро-
дистой стали 0,045% каждого, в качественной легированной стали —
не более 0,04%. В высококачественной легированной стали должно быть
серы не более 0,03% и фосфора не более 0,035%. В углеродистой стали
допускается следующее содержание посторонних примесей: хрома — до
0,3%, никеля — до 0,7%. В легированной стали, не содержащей никель
в качестве специальной примеси, допускается содержание 0,5% никеля.
Негодные верхние и нижние части слитка, предназначенного для по-
ковки, должны быть удалены с таким расчетом, чтобы на торцах поковок
не было усадочных раковин, пузырей, расслоений, трещин, неметалличе-
ских включений и других пороков.
При изготовлении поковок непосредственно из слитков, уковка
должна быть не менее 3, считая по сечению основного тела, и не менее 1,5 —
для фланцев и других выступов. Ось поковки должна примерно совпадать
с осью слитка.
После ковки поковку подвергают термической обработке. Режим тер-
мической обработки, как и технологический процесс ковки, устанавли-
23* 355
вается заводом—изготовителем поковки и должен обеспечивать снятие
внутренних напряжений и получение мелкокристаллической равномерной
структуры по всей длине поковки. Термическая обработка должна проис-
ходить в специальных печах, которые позволяют равномерно нагревать
поковку.
Допустимы дефекты, обнаруженные на наружной поверхности поко-
вок, подлежащих механической обработке, если их глубина, определяемая
контрольной вырубкой или зачисткой, не превышает 75% припуска.
После окончательной термической обработки поковки приступают к ее
механической обработке. Если баллер руля или иная деталь запроекти-
рованы полыми, то в первую очередь просверливается или растачивается
и окончательно обрабатывается цилиндрическая внутренняя поверхность
поковки, обычно с чистотой \7б. При сверлении двух отверстий разных
диаметров или одного диаметра, но с двух концов баллера, допускается
расхождение осей не более чем на 0,0002 длины баллера. Переходы внутри
баллера от одной цилиндрической поверхности к другой, а также от цилин-
дрической поверхности к конусной должны быть постепенными, плавными.
Предварительная грубая механическая обработка наружной поверхности
поковки обычно выполняется с чистотой V3.
При остаточных внутренних напряжениях поковка баллера или (ру-
дерписа) в пропессе ее механической обработки может искривляться.
Правка поковок баллеров диаметром'не более 200 мм допускается в холод-
ном состоянии без отпуска для снятия напряжений — при условии, что
стрела прогиба поковки не превышает 1 мм на 1 пог. м ее длины. Если
искривление поковки баллера превышает эту норму, то выправленная
в холодном состоянии поковка должна.быть подвергнута отпуску для
снятия напряжений, полученных во время правки.
После окончательной механической обработки баллера (рудерписа)
и штыря на их наружной (для полого баллера) и на внутренней поверх-
ности не должно быть трещин, плен, неметаллических включений, закатов
и волосовин.
Контроль качества стальных поковок
Поковки баллеров (рудерписов) подвергают индивидуальным испыта-
ниям поштучно после предварительной механической обработки и правки,
если она потребовалась. Размеры поковки должны соответствовать ука-
занным на чертеже.
Механические свойства поковок должны полностью соответствовать
нормам, установленным в технических условиях. До проведения механи-
ческихщспытаний проверяют правильность термической обработки, делая
анализ структуры металла под микроскопом. После этого от поковок выре-
зают образцы для испытаний и проб:
на растяжение — по одному продольному образцу от каждого конца"
поковки;
на ударную вязкость — по два продольных образца с каждого конца
поковки;
на изгиб в холодном состоянии — один продольный образец от конца
поковки, соответствующего верху слитка.
Угол загиба должен быть а = 180°. Для выполнения загиба диаметр d
оправки принимают в зависимости от толщины а образца: для углероди-
стых сталейd = 2а — при<тЕ == 25кг1мм2 nd = За — приов = 35кг/мм2.
Для всех легированных сталей d — 4а. Испытания производят согласно
ОСТ 1683.
Образцы вырезают из припусков на расстоянии одной трети радиуса
сплошного баллера (рудерписа) или на расстоянии половины толщины
356
оковки полого баллера. Все пробные планки отделяют от поковки холод-
им способом, обеспечивающим сохранение механических свойств, прису-
щие испытуемой поковке, после ее окончательной термической обработки.
Сдаточными характеристиками являются величины: предела проч-
ости ов, предела текучести от, относительного сужения ф, ударной вяз-
ости и результаты пробц на загиб. Значения твердости НВ и относитель-
ого удлинения 6В — факультативные. Испытания на растяжение прово-
ят по ГОСТ 1497—42, ударную вязкость определяют по ГОСТ 1524—42,
твердость по Бринеллю — по ОСТ Г0241—40.
Химический состав проверяют по плавочной пробе. При сомнении
достоверности данных делают контрольный химический анализ поковки,
внутренние поверхности полых баллеров после их окончательной меха-
ичёской обработки подвергают перископическому осмотру. Для контроля
ачества баллеров проверяют сталь на сегрегацию серы с конца поковки,
оответствующего верхнему концу слитка. При проверке исследуют отре-
анные от поковки поперечные диски или полудиски. Проверяя поковки из
егированной стали, необходимо убедиться в отсутствии флокенов путем
равления и излома темплетов, обрезаемых с конца поковки.
Проектирование стальных поковок
Крупные поковки как полых, так и сплошных баллеров (рудерписов)
[ других деталей металлургические заводы должны поставлять в грубо
(бработанном виде снаружи, цо поверхность внутреннего отверстия бал-
tepa или другой детали должна быть окончательно обработана и готова
с приемке. В связи р этим на крупные поковки баллеров (особенно полых)
проектант судна составляет специальный чертеж (см. рис. 179) для метал-
лургического завода. На этом чертеже проставляют все необходимые раз-
меры с допусками; кроме того, указывают:
технические условия, которым должна отвечать поковка;
окончательные размеры с допусками и класс чистоты обработки вну-
тренней поверхности баллера;
необходимость оставить припуск для пробных планок и место располо-
жений этих припусков (торцы баллера);
357
знак обработки наружной поверхности под грубую обдирку (обычно
V3);
радиусы закруглений;
общий вид поковки;
количество поковок, изготовляемых по данному чертежу для одного
судна.
Размеры на предварительную обдирочную обработку поковки указы-
вают с припусками на последующую механическую обработку. Для балле-
ров рулей диаметром от 100 до 600 мм эти припуски на диаметр или тол-
щину фланца лежат соответственно в пределах от 5 до 10 мм. Этот чер-
теж служит металлургическому заводу основанием для разработки доку-
ментации на поковочную заготовку. Поковки баллеров и других деталей
должны иметь на концах припуски достаточной величины для изготовле-
ния из них всех необходимых образцов для механических испытаний и
анализа микроструктуры. Ориентировочно припуск на одну сторону по-
ковки равен 300—400 мм. Форма и размеры поперечного сечения и уковка
припусков должны быть такими же, как и для основного тела поковки.
Технические условия на заготовку баллеров (рудерписов)
сварной конструкции
Баллеры (рудерписы), имеющие большие размеры фланцев, нередко
изготовляют сварными, так как целая поковка менее технологична, более
металлоемка и состоит значительно дороже. На рис. 180 представлена заго-
товка баллера, выполненная путем электросварки из двух кованых частей:
стержня и фланца.
По механическим свойствам поковки стержней и фланцев относятся
к одной из категорий прочности (см. табл. 83), например КП-25. При этой
категории прочности поковки фланцев и стержней должны обеспечивать
после сварки и термообработки:
предел текучести сг 25,0 кгс/лси2;
предел прочности оЕ 5s 48,0 кгс/мм2;
относительное сужение ф 40%;
ударную вязкость ак = 5,0 кгс -м/см2;
твердость по Бринеллю НВ = 156—197.
Материал поковок в холодном состоянии должен выдерживать пробу
на загиб на 180° образца толщиной а при толщине оправки = 2а. Испыта-
ния механических свойств проводятся на нормальных продольных образ-
цах в соответствии с ГОСТ 8536—57.
Химический состав стали поковок должен удовлетворять следующим
нормам: в ней допустимо содержание углерода — не более 0,27%; фос-
фора и серы — не более 0,04% каждого; марганца — не более О,О7?о;
хрома {I никеля — не более 0,3% каждого.
При выполнении заготовки баллера из двух частей — стержня из сор-
тового горячего проката и кованого фланца — стержень, поставляейый
согласно ГОСТ 2590—57, должен по механическим свойствам и химиче-
скому составу отвечать нормам для стали 25 (ГОСТ 1050—60) с ограниче-
ниями по содержанию углерода — не более 0,27%, серы и фосфора —
не более 0,04 ?о каждого и марганца — не более О',7%. После сварки
образцы должны испытываться на соответствие нормам ГОСТ 8536—57.
Кривизна стержня при поставке (перед сваркой) не должна превышать
2,0 мм на 1 пог. м.
При ручной электродуговой сварке применяют электроды марки
Э42А ГОСТ 2533—51. Сварку стержня и фланца и термическую обработку
заготовки после сварки выполняют по технологии, принятой па заводе—
изготовителе заготовки. В технологическом процессе обязателен подогрев
358
поковок до температуры не ниже 200° С, предшествующий сварке, и медлен-
ное охлаждение после сварки с последующим отжигом. Тип профилировки'
канавок для сварки показан на рис. 181.
При проверке сварной шов подвергается 100%-ному просвечиванию
рентгеновскими или гамма-лучами. Требования к макроструктуре, внеш-
нему виду, поверхностным дефектам и допускам на размеры и форму загото-
вок должны выполняться в соответствии с ГОСТ 8536—57.
Рис. 180. Заготовка
баллера сварном кон*
струкцин.
Z — стержень; 2 — фла-
Рис. 181. Узел приварки фланца к стержню
баллера.
4 — разделки
Испытания механических свойств сварного соединения проводят
параллельно со сваркой баллера на образцах-планках, сваренных из
того же металла (из прибыльной части), в том же положении, теми же
электродами и с тем же флюсом, что и свариваемое изделие. Сдаточными
характеристиками механических свойств-заготовки в целом являются: пре-
дел текучести, относительное сужение, ударная вязкость, результат пробы
на загиб в холодном состоянии, а также результаты рентгенографирова-
ния (или иного метода контроля) сварного шва.
После сварки и термической обработки заготовка подвергается допол-
нительным испытаниям на проверку качества сварного шва, при котором
389
наклоненный баллер бросают на твердую плиту. Баллер перед бросанием
Наклоняют (поднимают один конец так, чтобы фланец его был на высоте
2 л).
Выше был рассмотрен способ изготовления сварного баллера из кова-
ных деталей — стержня баллера и фланца. В отечественном судостроении
нашли широкое применение баллеры криволинейной конфигурации (изо-
гнутые). Изготовление поковки таких баллеров, особенно для крупнотон-
нажных судов, сопряжено с большими трудностями, что до некоторой сте-
пени тормозит их применение. Для упрощения изготовления баллеров
такой конфигурации сочтено целесообразным нижнюю часть баллера
(лапу) изготовлять путем отливки, а сам стержень баллера — путем по-
ковки, затем обе. части сваривают. Такая конструкция баллера в лито-ко-
вано-сварном исполнении позволит расширить их применение и упростить
изготовление поковки.
Изготовление баллеров в лито-ковано-еварном исполнении дает
значительную экономию металла, - сокращает трудоемкость изготовления
конструкции. Отливку и поковку соединяют при помощи электрошлак свой
сварки. Так же, как и в предыдущем случае, материал для литой и кованой
частей баллера необходимо выбирать в зависимости от требований к катего-
рии прочности баллера^ Так, для баллеров с категорией прочности КП-25
отливки и поковки могут изготовляться из углеродистой стали соответ-
ственно марок 35Л и 35, а отливки и поковки для баллеров с категорией
прочности КП-35 — из низколегированной стали марки 08ГДНФ.
При этом следует до электрошлаковой сварки поковку штока баллера
и отливку лапы подвергнуть полному циклу термической обработки (нор-
мализация с последующим отпуском). То же должно быть сделало и после
алектрошлаковой сварки: нормализация при температуре нагрёва 940—
650° С с выдержкой в течение 3 час. и охлаждением на воздухе; отпуск при
температуре 620—640° С е выдержкой 8 час. и охлаждением на воздухе.
Сварное соединение из стали 08ГДНФ должно иметь
предел текучести 2^ 30 кгс/мм2;
предел прочности 2я 40 кгс/мм2;
удлинение 20%;
сужение 2s 40%;
ударную вязкость при —40° С 3,0 кгс -м/см2.