Схемы управления рулевыми электроприводами

Управление электромеханическими приводами при непосредственном питании исполнительного электродвигателя (ИД) от цепи осуществляется по контакторной схеме. При переменном токе находят ограниченное применение полюсопереключаемые асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. 

При постоянном токе применяют контакторные схемы с резисторами в цепи якоря, обеспечивающие необходимую мягкую характеристику и возможность стоянки ИД под током. Однако такие схемы применяют при малых мощностях из-за их низкой надежности и неэкономичности, а также в связи с преимущественным распространением переменного тока.

Судовые рулевые электроприводы - виды приводов, режимы работы, требования

Рулевое устройство состоит из руля, передаточного механизма, электродвигателя или нескольких электрических машин и системы управления.

Классификация. Рулевые устройства различают по нескольким признакам.

По виду руля — обычные, активные и рули-насадки. Различают также рули некомпенсированные (простые) и компенсированные (балансирные и полубалансирные), а по профилю — пластинчатые и обтекаемые.

По виду передачи — приводы с механической и гидравлической передачей. Электромеханические (РЭМ) приводы могут быть секторными, винтовыми (рис. 1) и штуртросовыми.

Электрогидравлические (РЭГ) приводы различают по типу гидропривода (лопастные и поршневые) и по типу насоса (с насосами регулируемой и нерегулируемой производительности).

Управление электроприводами рулевых устройств

Системы управления рулевых приводов с механической передачей подразделяются на контакторную и систему Г — Д. Выбор той или иной системы управления определяется специальными требованиями, при отсутствии таковых решающим фактором является мощность электропривода.

Пост управления состоит из органа управления и приборов сигнализации и контроля за работой рулевого привода. В качестве органов управления используют кнопку и командо-аппараты. Кнопки и командо-аппараты имеют самовозврат. Обычно кнопочный пост управления состоит из двух кнопок «право» и «лево», в некоторых случаях устанавливают кнопку «ускоренно». Для исключения возможности воздействия на схему путем одновременного нажатия двух кнопок применяют электрическую или механическую блокировку.

Автоматическое управление рулем. Принцип действия авторулевого

Системы автоматического управления рулевым электроприводом содержат наряду с электрическими механические элементы — редукторы, дифференциалы, рычажные устройства и т. д., поэтому они называются электромеханическими.

Электромеханические авторулевые делятся на контактные и бесконтактные. При уходе судна с прямолинейного курса для автоматического включения рулевой машины, с целью возврата судна на курс, нужно иметь какой-то датчик. Таким датчиком угла отклонения судна от заданного курса обычно служит гирокомпас, поэтому авторулевые иногда называют гирорулевыми.

Корпус гирокомпаса жестко связан с корпусом судна. Внутри корпуса гирокомпаса расположен гироскоп, имеющий три степени свободы и ориентированный относительно плоскости меридиана земли. Гироскоп обладает важным свойством: если он однажды ориентирован относительно меридиана, то в дальнейшем будет удерживаться в этом направлении, нужно только поддержать его вращение. При уходе судна с курса вместе с ним поворачивается корпус гирокомпаса, а его гироскоп остается в прежнем положении, появляется угловое рассогласование, которое после электрических преобразований вводится в систему сельсинов и подается в авторулевой.

Комбинированная схема управления асинхронным короткозамкнутым сервоприводом

Комбинированная схема управления асинхронным короткозамкнутым сервоприводом (рис. 1). Питание на щит, расположенный 1 в румпельном отделении, подается по двум фидерам и включается контакторами К1 или К2. Электродвигатели Ml, М2 насосов переменной подачи пускаются в ход контакторами КЛ, которые включаются переключателем П1 (румпельное) или П2 (пост управления).

Управление манипулятором насосов переменной подачи, т. е. задание команды на перекладку руля, осуществляется серводвигателями CP1, СР2. Серводвигатель СР1 обеспечивает следящий режим работы, а в случае необходимости можно вести простое (кнопочное) управление тем же манипулятором с помощью серводвигателя СР1.

Схемы управления секторными рулевыми электроприводами

В приводах с секторными механизмами задание перекладки, изменения скорости и направления движения руля производится непосредственно исполнительным двигателем.

Контакторная схема управления электроприводом (рис. 1). Компаундный электродвигатель М установлен в румпельном отделении и управляется с поста управления ПУ командоконтроллерного типа. В комплект электрооборудования схемы входит также релейно-контакторная станция, состоящая из контакторов П, Л, КЛ, У и реле РУ, РГ.

В нулевом положении рукоятки ПУ получают питание шунтовая обмотка электродвигателя ШОВ (через добавочный резистор Rд) и катушка реле ускорения РУ. Благодаря резистору, ток через ШОВ идет небольшой, это уменьшает выделение тепла в электродвигателе при неподвижном якоре. Реле ускорения РУ под напряжением, поэтому его контакт РУ в цепи катушки контактора У разомкнут.

Особенности обслуживания электроприводов палубных механизмов и ухода за ними

К палубным механизмам относятся: рулевая машина, брашпиль, шпили, грузовые лебедки и краны, шлюпочные и траповые лебедки.

Наиболее ответственным из всех палубных электроприводов является рулевой привод. Неполадки в его работе могут повлечь за собой серьезную аварию судна. Поэтому рулевой привод должен всегда содержаться в образцовом порядке, а уход за ним должен производиться особенно тщательно.

По «Правилам технической эксплуатации судового электрооборудования» перед каждым выходом в море необходимо тщательно проверить состояние электрических машин рулевого привода, пускорегулирующей аппаратуры, рулевых указателей и ограничителей хода пера руля, включить привод и опробовать его в действии путем перекладки руля с борта на борт.

При осмотре следует обращать внимание на сопротивление изоляции всего рулевого электрооборудования, на чистоту и исправность коллекторов и щеточного аппарата электрических машин, наличие смазки в их подшипниках. У пускорегулирующей аппаратуры должна быть проверена чистота аппаратов, исправность их контактов, надлежащее крепление подводящих и соединительных проводов, наличие искрогасительных камер. Необходимо также проверить рубильники (автоматы) и предохранители на главном и промежуточном распределительных щитах.

Рулевой электрогидравлический привод

Увеличение водоизмещения и скорости движения судов предопределяет существенный рост моментов на баллере руля. Величина моментов для больших судов измеряется десятками и сотнями тонна-сила-метров. Секторная передача в этих условиях становится чрезвычайно громоздкой. Электрическому приводу рулевой электрогидравлической машины отводится роль вращения насосов с неизменной скоростью и управления работой этих насосов.

Электродвигатель насоса переменной или постоянной подачи со схемой его управления собственно представляет собой силовой привод рулевой системы. Схема силового привода предусматривает дистанционные пуск и остановку из рулевой рубки и румпельного отделения. Предусмотрена система звуковой и ламповой сигнализации. Этот электропривод работает в длительном режиме на протяжении всего ходового времени судна, причем с неизменной частотой вращения.

Управление рулевым электроприводом по системе генератор—двигатель

На морских судах применяются два вида электроприводов рулей: электрический с механической передачей и электрогидравлический.

В электрическом приводе одной из частей механической передачи обычно служит зубчатый сектор, закрепляемый при помощи румпеля и буферных пружин на баллере руля. Червяк, скрепленный с валом электродвигателя муфтой, передает вращение вала зубчатому сектору при помощи колеса червячного зацепления.

Гидравлическая система электрогидравлического привода состоит из гидравлической машины, воздействующей плунжерами (поршнями) непосредственно на румпель руля и приводимой в движение насосом (или двумя насосами), который вращается электродвигателем. Различают электрогидравлические приводы с постоянным вращением приводного электродвигателя и с прерывистым вращением.

Для электрических рулевых приводов применяются системы управления: а) генератор — двигатель и б) контакторная.

Различают простую систему управления генератор — двигатель и систему управления следящего действия. При простой системе управления положение штурвала или рукоятки поста управления не определяет положения пера руля, поэтому обязательно приходится применять дополнительно указатели положения руля (аксиометры).

С применением системы управления следящего действия положение штурвала поста управления всегда определяет положение руля, т. е. по положению штурвала можно точно судить о положении руля.

Рулевые телеграфы и рулевые указатели на судне

Рулевые телеграфы применяются для передачи команд из рулевой рубки в румпельное отделение о необходимых перекладках пера руля при переходе на аварийное управление рулем в случае выхода из строя основного дистанционного управления, а рулевые указатели — для контроля на всех постах за перекладкой и положением пера руля.

На рис. 1 показана структурная схема рулевого телеграфа и рулевых указателей. Рулевой телеграф состоит из датчика команд ДК и устройства включения вызывной сигнализации ВС, расположенных в рулевой рубке; приемника команд ПК и электроакустических сигнальных приборов — звонка Зв или ревуна, расположенных в румпельном отделении, и линий связи между ними. Шкалы датчика ДК и приемника ПК обычно имеют градуировку в градусах в пределах от +40 до —40°.

Рулевое устройство. Основные части рулевого устройства

Рулевое устройство служит для обеспечения движения судна по заданной траектории и состоит из следующих основных частей: пост управления; рулевая передача от поста управления к рулевой машине; рулевая машина; рулевой привод - для передачи движения от рулевой машины к баллеру руля; руль, который непосредственно обеспечивает управляемость судна.

Рулевое устройство наиболее ответственное на судне. От его надежности зависят безопасность плавания в открытом море (особенно при плохих гидрометеорологических условиях), маневрирование в узкости фарватера и в порту. Поворотное действие руля проявляется только во время движения судна. При обтекании руля водой на него действует гидродинамическая сила, аналогичная подъемной силе воздуха, поддерживающей крыло самолета в полете. Гидродинамическая сила зависит от угла поворота (перекладки) руля и возрастает при его увеличении до 30°, а затем начинает уменьшаться. Под действием упора гребного винта и гидродинамической силы судно поворачивает - центр его тяжести описывает некоторую кривую - циркуляцию. Ее диаметр, описываемый центром тяжести судна в период установившегося движения, и другие элементы характеризуют поворотливость судна или его способность «слушаться» руля - изменять направление движения при его перекладке.

Система управления электроприводом насосов переменной подачи рулевой электрогидравлической машины

Принципиальная схема электропривода насосов переменной подачи рулевой электрогидравлической машины:

Рис. 1. Принципиальная схема электропривода насосов переменной подачи рулевой электрогидравлической машины

Электрогидравлическая рулевая машина имеет два насоса переменной подачи, которые приводятся в движение асинхронными короткозамкнутыми двигателями М1, М2.

Система дистанционного управления релейно-контакторного типа для электропривода рулевого устройства

Система дистанционного управления релейно-контакторного типа для электропривода рулевого устройства

В состав системы входят: реверсивный электродвигатель Д с обмотками последовательного ПС и независимого НЗ возбуждения, две магнитные станции, в которых установлены линейный контактор КЛ, контакторы направления В и Н, контакторы ускорения У1, У2 с соответствующими удерживающими катушками реле РУ1, РУ2, грузовое реле РГ, предохранители в силовой цепи Пр1 и в цепи управления Пр2; переключатель ПП для переключения главных цепей и цепей управления с одной магнитной станции на другую; пост управления ПУ на четыре рабочих положения в каждую сторону и нулевое положение с тремя встроенными сигнальными лампами ЛЗ, ЛБ, ЛК для сигнализации положения пера руля; механически связанный с баллером руля конечный выключатель ВК на пять цепей I-V, из которых три используются для включения сигнальных ламп и две — для отключения цепи питания контакторов В и Н; комплект пусковых сопротивлений на две ступени , дополнительное сопротивление СД и разрядное сопротивление СР.

Электроприводы рулевых устройств. Электрогидравлические рулевые приводы

Классификация рулевых электроприводов

Основным классификационным признаком рулевых электроприводов является тип передачи крутящего момента от электропривода к баллеру руля. В практике применяются приводы двух основных типов: механические и гидравлические.

Гидравлическая рулевая машина

Наиболее перспективным и широко применяемым типом передаточного механизма является гидравлическая рулевая машина, которой присущи следующие достоинства: возможность создания привода с большими усилиями и крутящими моментами, простота осуществления плавного и точного регулирования привода, обеспечение защиты от перегрузок, сравнительно малые масса и габариты, длительный срок службы и безотказность в условиях повышенной влажности и заливаемости, высокая вибро- и ударостойкость. Но наряду с этим гидравлическим рулевым машинам свойственны некоторые недостатки: небольшой КПД, трудность монтажа трубопроводов большой протяженности, высокие требования к качеству монтажа для исключения возможных утечек рабочей жидкости, а также высокая стоимость основного гидрооборудования. Машины и пускорегулирующая аппаратура легче и занимают меньший объем, чем электрическое оборудование, однако системы передачи гидроэнергии — трубопроводы, арматура и т. д. — тяжелее и больше по объему по сравнению с кабелями электроэнергии.

Защита судов от внешних катаклизмов

Судно представляет собой сложное инженерное сооружение, предназначенное для передвижения по воде с различными грузами. Оно характеризуется рядом мореходных качеств – плавучестью, остойчивостью, непотопляемостью.

Защита судов от внешних катаклизмов осуществляется за счёт правильного соблюдения этих качеств согласно требованиям Правил Регистра и Международной конвенции по охране человеческой жизни на море.

Плавучестью называется способность судна плавать в определённом положении относительно поверхности воды при заданном количестве находящихся на нём грузов.
Для обеспечения безопасности плавания судно должно обладать запасом плавучести, который представляет собой объём водонепроницаемого корпуса выше грузовой ватерлинии. Этот объём образуется помещениями под водонепроницаемой палубой, а также надстройками, имеющими водонепроницаемые закрытия. В случае попадания воды внутрь корпуса при аварии судно погрузится глубже (увеличится осадка), но благодаря запасу плавучести останется на плаву.

Непотопляемостью называется способность судна оставаться на плаву после затопления части отсеков, сохраняя при этом остойчивость и частично другие мореходные качества.
Непотопляемость обеспечивается запасом плавучести, который равен внутреннему объему надводной части корпуса, имеющей водонепроницаемые закрытия. Пробоины в корпусе выше ватерлинии, а также открытые иллюминаторы в надводной части снижают «с плавучести, так как водонепроницаемый надводный объем уменьшается до нижней кромки этих отверстий.

Классификация рулевых электроприводов на судне

Основным классификационным признаком является тип передачи крутящего момента от электропривода к баллеру руля. В практике применяются приводы двух основных типов: механические и гидравлические.

Механические приводы состоят из систем зубчатых передач, дающих постоянное или почти постоянное передаточное число от баллера руля, к валу двигателя.

Механические приводы подразделяются на:
— винтовые;
— секторные, применяемые главным образом на судах транспортного флота;
— штуртросовые, имеющие электрическую рулевую машину, устанавливаемую в рубке, и тросовую передачу от нее к баллеру руля. Эти приводы используются преимущественно на речных судах.

Гидравлические приводы получили наибольшее распространение и являются основными на всех судах. Эти приводы могут быть разделены на две группы:

1) приводы с постоянно установленной гидравлической системой управления и изменением направления движения жидкости путем реверсирования двигателя;

2) приводы с насосом переменной производительности, в которых при постоянном направлении вращения двигателя, соединенного с насосом, изменяется направление движения жидкости в системе путем регулирования в самом насосе. Эта группа приводов наиболее распространена.

Основные требования, предъявляемые к рулевым электроприводам на судне

Рулевой электропривод должен обеспечивать:

— перекладку руля с борта на борт на полном переднем ходу при спецификационной осадке судна за время не более 28 с;
— непрерывную перекладку руля с борта на борт на полном переднем ходу при спецификационной осадке судна в течение 30 мин;
— длительную работу при ходе по курсу в режиме не менее 350 перекладок в час;
— изменение вращающего момента электродвигателя в пределах от 0 до 200% номинального;
— режим стоянки электродвигателя под током в течение 1 мин с нагретого состояния;
— безотказность, надежность и живучесть в течение всего периода эксплуатации судна;
— ограничение момента двигателя при перегрузке или заклинивании руля вплоть до его полной остановки и выхода его на автоматическую характеристику при прекращении перегрузки;
— автоматическое удержание руля на заданном курсе как при отрицательном моменте на баллере, так и при остановке привода без применения механических тормозов;
— удобство, простоту управления и постоянный контроль работы привода;
— возможность управления из разных мест: ходовой рубки, верхнего мостика, румпельного отделения;
— автоматическое ограничение предельных углов перекладки.

Помимо этих требований Международная конвенция по охране человеческих жизней на море (1960 г.) требует наличия вспомогательного рулевого привода, который должен быстро включаться, быть достаточно прочным и надежным, иметь возможность преодоления на баллере управления судном при эксплуатационной скорости.

При выполнении основного привода с двойным комплектом электрических машин и схемы управления согласно этой же конвенции дублирующий привод можно рассматривать как вспомогательный.