Порядок выполнения лабораторной работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Тема: «ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРИВОДА РУЛЕВОЙ МАШИНЫ. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ, ПРИНЦИПА РАБОТЫ, ПРАВИЛ ЗАПУСКА И ОСТАНОВКИ»

Цель работы

Изучение конструкции и приобретение навыков по обслуживанию гидравлических рулевых машин. Изучение правил представления рулевой установки инспекции Морского Регистра Судоходства.

Краткое описание устройства рулевой машины

В состав рулевой машины входят главный и вспомогательный трубопроводы. В качестве примера на рисунке 6.1 показана схема рулевой машины типа Р13.

Главный трубопровод выполнен из стальных бесшовных труб 1, которые соединяют насосные агрегаты 2 с цилиндрами 3 привода через главную клапанную коробку 4.

Коробка 4 служит для включения любого из насосов и сообщения цилиндров 3 между собой при зарядке или осушении. В корпусе коробки установлено пять клапанов, четыре (клапаны А и Б) для разобщения насосов и один байпасный (перепускной В), служащий для перетекания масла из одного цилиндра в другой при зарядке или осушении. Коробка 5 с предохранительными клапанами предназначена для перетекания масла из цилиндра в цилиндр при повышении давления свыше 15 МПа.

В состав вспомогательного трубопровода входят: трубопровод 6 для заполнения и осушения цилиндров и главного трубопровода, для прокачки масла в системе при его очистке. При потере масла оно наполняется из резервной цистерны 7; трубопровод 8, соединяющий пополнительные баки 9 с корпусами главных насосов 2. Баки 9 компенсируют температурные изменения объема масла в системе. Оба бака 9 сообщены между собой и с насосами; трубопровод цилиндровых манометров 10, который служит также для выпуска воздуха при зарядке маслом; трубопровод насосных манометров 11; трубопровод 12 прокачки, соединяющий трубопровод 6 с трубопроводом 8 дополнительных баков 9 через фильтр 13 для получения замкнутой системы при прокачке масла шестеренным насосом 14 подпитки главных насосов 2; трубопровод 15 резервной цистерны 7, соединяющий цистерну с клапанной коробкой 16 ручного насоса 17; трубопровод 18 ручного насоса 17, который служит для зарядки системы рулевой машины и резервной цистерны маслом из резервуара, находящегося вне румпельного помещения, а также для осушения системы. Зарядка и пополнение системы производятся через фильтр 19 тонкой очистки.

Направление перекладки руля определяется направлением подачи масла главным насосом, которая изменяется поворотом валика управления насосом в ту или иную сторону. Обычная подача насоса меньше максимальной, поэтому наибольший рабочий угол поворота валика ограничен до 18°.

Рисунок 6.1 – Схема гидравлической рулевой машины Р13

В нормальных условиях перекладка руля производится одним насосом, при этом обеспечивается требуемая Регистром длительность перекладки руля. Второй насос обеспечивает 100 %-ный резерв. В случае необходимости (потребность в быстром маневре или при плавании в узкостях) возможна одновременная работа обоих насосов; при этом скорость перекладки несколько возрастает, а внезапный выход из строя одного насоса или его электродвигателя не приводит к прекращению перекладки руля.

Между перекладками главный насос 2 работает вхолостую. Утечки масла из рабочей полости возвращаются в систему шестеренным насосом 14 подпитки. Для замера давления в нагнетательном трубопроводе насоса 14 до фильтра установлены манометры 11 с красной чертой на 2 МПа.

Повышение этого давления свыше 1,1—1,2 МПа указывает на загрязнение фильтра в насосе.

Масса сухой рулевой установки 720 кг.

Масса масла заливаемого в систему 80 кг.

Тип рекомендованного гидравлического масла АУ ГОСТ 1642-75, либо заменитель масла Н20А ГОСТ 20799-75.

Требования Регистра к рулевой машине

Правилами Регистра сформулированы следующие основные требования к рулевому устройству судна.

Рулевое устройство, или устройство с поворотной насадкой, должно иметь два привода: главный и вспомогательный.

При действии главного рулевого привода рулевое устройство должно обеспечить маневрирование судна с перекладкой полностью погруженного руля (насадки) с борта на борт при максимальной скорости переднего хода; при этом время перекладки руля (насадки) с 35° одного борта на 30° другого борта не должно превышать 28 с.

Вспомогательный рулевой привод должен обеспечивать маневрирование судна с перекладкой полностью погруженного руля (насадки) с борта на борт при скорости переднего хода, равной 1/2 максимальной скорости судна, но не менее 7 уз.; при этом время перекладки руля (насадки) с 15° одного борта на 15° другого борта не должно превышать 60с.

Каждый рулевой привод должен иметь конечный выключатель срабатывающий при перекладке руля на 35°.

Время перехода с основного привода на вспомогательный не должно превышать 60с.

Вспомогательного привода не требуется, если главный рулевой привод состоит из двух независимо действующих агрегатов, каждый из которых удовлетворяет требованиям к главному приводу. Двигатели рулевых приводов должны допускать их перегрузку по моменту не менее 1,5 расчетного момента в течение 1 мин.

Вспомогательный ручной привод должен быть самотормозящим или иметь стопорное устройство. Он должен обеспечить требования к нему при работе не более четырех человек с усилием на рукоятках штурвала не более 160 Н на каждого работающего.

Аварийный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля без ограничения по времени, при этом конструкция приводов должна обеспечивать переход с основного рулевого привода на аварийный за время не более 2 мин. Рулевое устройство должно иметь тормоз или иное приспособление, обеспечивающее удержание руля в любом положении. На рулевом приводе должна быть шкала для определения действительного положения руля с ценой деления не более 1°. Указатель положения руля должен быть в рулевой рубке и в румпельном отделении. Точность указателя нормируется: при нахождении пера руля в диаметральной плоскости судна точность указателя должна составлять не более 1°, при отклонении руля на 5° не более1,5°, при больших отклонениях не более 2,5°.

Все детали рулевого привода должны быть рассчитаны на усилия, соответствующие моменту (кНм) на баллере не менее

где d — диаметр головки баллера, см; R_ен — верхний предел текучести материала баллера, МПа.

При этом напряжения в деталях привода не должны превышать 0,95 предела текучести материала.

При действии расчетного крутящего момента приведенные напряжения в деталях рулевых приводов не должны превышать 0,4 предела текучести материала.

Особенности эксплуатации рулевой машины

От безотказности действия рулевого устройства зависят маневренность и безопасность судна, поэтому рулевая машина должна всегда содержаться в полной исправности. Ее эксплуатация и обслуживание производятся в соответствии с правилами обслуживания и инструкцией завода-изготовителя.

Подготовка рулевой машины к действию производится по указанию вахтенного штурмана. Пробные пуски рулевой машины должны производиться за 2 ч до начала ее работы.

При подготовке к действию электрической рулевой машины необходимо:

произвести наружный осмотр машины и убедиться в исправном состоянии всех ее частей и отсутствии вблизи нее посторонних предметов; проверить состояние зубчатых секторов, их шестерен и буферных пружин; проверить наличие масла в корпусах червячных и цилиндрического редукторов; набить густой смазкой и поджать все колпачковые масленки. Смазать густой смазкой вручную секторные передачи механического и ручного приводов, коническую пару конечного выключателя и ручной привод тормоза; убедиться, что ручной тормоз освобожден, механический привод включен, а ручной привод выключен. Нужно убедиться в легкости включения механического и ручного приводов и застопорить рычаги муфт в нужных положениях.

Проверив рулевую машину и состояние ее изоляции, включают электродвигатель и перекладывают руль на правый и левый борта до крайних положений для контроля действия конечных выключателей. Проверяют управление рулевой машиной со всех постов управления. Во время пробных перекладок руля нужно убедиться в отсутствии каких-либо ненормальностей в работе рулевой машины и системы управления.

Во время работы рулевой машины необходимо следить за плавностью ее работы, чтобы перекладка происходила без рывков, ненормального стука и скрипа; следить за смазкой трущихся частей машины, уровнем масла в корпусах редукторов, наличием смазки в колпачковых масленках и на открытых передачах. Нужно следить за состоянием изоляции, показаниями электроприборов, точностью работы указателей положения руля. Исправление повреждений рулевой машины допускается только при ее остановке.

При подготовке гидравлической рулевой машины к действию необходимо произвести наружный осмотр привода к баллеру, убедиться в исправном состоянии всех движущихся частей и отсутствии вблизи них посторонних предметов. Нужно проверить наличие смазки на направляющих балках и поджатие колпачковых масленок, периодически пополнять масленки и возобновлять смазку наружных трущихся частей. Проверяют состояние сальниковых уплотнений и подтягивают крышки сальников в местах появления течи. Нужно проверить уровень масла в пополнительных баках и при необходимости пополнить их маслом. Проверяют герметичность трубопроводов и их соединений, отсутствие течи и подтеканий. Проверяют положение запорных клапанов на трубопроводах согласно инструкции.

Перед пуском обычно проворачивают вручную насосы при нулевой подаче и производят проверку их плотности. Для проверки плотности насоса переменной подачи необходимо установить насос на максимальную подачу и провернуть его вручную при закрытом клапане на нагнетательном трубопроводе. Если насос при этом не проворачивается, то плотность его элементов достаточна.

Производят пробный пуск рулевой машины включением электродвигателей насосов. Производят пробные перекладки руля из среднего положения на правый и левый борта и обратно в среднее положение, работая поочередно насосами № 1 и 2 и управляя ими поочередно со всех постов управления.

Во время пробных перекладок руля необходимо: убедиться в отсутствии каких-либо неисправностей, пропусков масла; проверить согласованность показаний указателей положения руля со всех постов управления. После окончания проверки нужно доложить о готовности рулевой машины к действию.

Во время работы рулевой машины необходимо: следить за тем, чтобы машина работала плавно, без стуков и ненормального шума; следить за смазкой трущихся частей машины, не допуская их чрезмерного нагрева; следить за уровнем масла в пополнительных баках и резервной цистерне; следить за показаниями манометров цилиндров и насосов.

В случае длительной непрерывной работы машины нужно работать поочередно обоими насосами во избежание перегрева масла в работающем насосе, температура которого не должна превышать 50—60 °С.

Толчки и шум при работе насосного агрегата обычно происходят от наличия воздуха в магистрали, соединяющей насос с цилиндрами привода к баллеру. Для устранения этого при работающем насосном агрегате нужно выпустить воздух из системы через клапаны продувки у манометров высокого и низкого давления.

Повышение давления на манометре шестеренного насоса подпитки свыше 1,1—1,3 МПа происходит от засорения рабочего фильтра насоса. Нужно промыть фильтр. Для безотказной работы насосов их рабочие фильтры нужно чистить еженедельно.

Для нормальной работы рулевой машины большое значение имеет чистота масла в гидросистеме машины. Загрязнение масла может привести к выходу из строя насосов переменной производительности.

Для отечественных рулевых машин типа Р в качестве основной рабочей жидкости принято веретенное масло АУ, ГОСТ 1642—75, которое может быть заменено маслом АУ по ТУ 38-1-01-586—75 или маслом ХА (фригус), ГОСТ 5546—66. Для смазки подшипников и открытых трущихся частей применяется смазка «Литол-2Н» по ГОСТ 21150—75, которая может быть заменена на смазку ЭШ-176 или ЦИАТИМ-203.

При обслуживании рулевых машин и уходе за ними кроме общих правил техники безопасности нужно соблюдать следующее. В случае ремонта рулевой машины при нахождении судна в море до начала ремонта необходимо разобщить машину с приводом и застопорить сектор (румпель) руля, чтобы рулевая машина не могла сдвинуться в результате ударов волн о перо руля.

Во избежание несчастных случаев и поломок запрещается производить на ходу обжатие и переборку сальников и арматуры, находящихся под давлением, протирку ветошью движущихся частей, замер зазоров и выборку слабины в узлах, находящихся в движении, и смазку деталей в труднодоступных местах.

Рисунок 6.2 – Схема лабораторной установки

Помещения рулевых машин должны быть оборудованы вдувной и вытяжной вентиляцией и средствами пожаротушения.

При разборке, ремонте, сборке узлов детали промывают бензином или уайт-спиритом. При этом запрещается пользоваться открытым огнем. Работа с электрооборудованием допускается только при снятии напряжения.

Элементы рулевой машины, обозначенные на рисунке 6.2:

1 - баллер; 2 - румпель; 3 - ползун; 4 - гидропоршни;

5 - гидроцилиндры; 6 - ограничитель расхода; 7 - предохранительный клапан;

8 - гидрозамок; 9 - золотник; 10 - сервопривод; 11 - фильтр масла;

12 - насос; 13 - аварийный привод; 14 - насос вспомогательного привода;

15 - насос основного привода; 16 - гидрозамок вспомогательного привода;

17 - штурвал; 18 - цистерна масла; 19 - тумба рулевого привода;

20 - клапаны вспомогательного привода; 21 - клапаны основного привода;

22 - тяги; 23 - рукоятка переключения; 24 - планка с разбивкой;

25 - указатель положения руля; 26 - ползун; 27 - конечные выключатели;

28 - приборы контроля; 29 - байпасный клапан;

30 - цистерна запасного масла; 31 - привод основного насоса;

32 - привод запасного насоса; 32 - привод запасного насоса;

33 - упоры конечных выключателей; 34 - клапан наполнения цистерны;

35 - клапаны насоса основного привода;

36 - клапаны насоса вспомогательного привода; 37 - приёмный клапан насоса.

Лабораторная установка

Лабораторная установка в лаборатории СЭУ создана на базе гидравлической двухплунжерной рулевой машины марки РО1 (см. рисунок 6.2).

Рулевая машина обеспечивает работу рулевого привода - это шестеренный насос постоянной производительности с системой, арматурой, золотником, серво-приводом, цистерной с маслом, контрольно-измерительными приборами (поз. 14, 15, 16, 17, 19, 23).

Масса сухой рулевой установки – 720 кг; масса масла, заливаемого в машину – 80 кг; основное масло АУ ГОСТ 1642-75.

Перекладка руля осуществляется следующим образом. При работе на дистанционном управлении (рукоятка 23 в положении «основной привод») включается насос 12, при этом масло под давлением поступает через предохранительный клапан 7 в распределительный золотник 9. При среднем положении золотника масло переливается в сливную магистраль и через фильтр 11 в расходную цистерну 18. При этом давление, развиваемое насосом, составляет не более 0,5 МПа.. Гидрозамок 8 закрыт и рабочая среда в цилиндры привода не поступает. Поворотом штурвала 17 задается требуемое направление перекладки руля, посредством зубчатой передачи 31 приводится во вращение насосом управления 15, поступает в одну из полостей телемотора 10. Другая полость телемотора соединена с всасывающей полости насоса 15, т.е. насос работает по замкнутому контуру.

Под давлением масла поршень телемотора 10, сжимая пружины, перемещается и передвигает с помощью тяги 22 исток распределительного золотника 9 в одно из кратких положений. При этом напорная магистраль насоса 12 разобщается со сливной и сообщается с гидрозамком 8, который открывается и сообщает напорную магистраль с одним из цилиндров гидропривода. В тоже время другой цилиндр гидропривода сообщается со сливной магистралью. Под действием напора рабочей среды плунжер перемещается и поворачивает руль в заданном направлении. Рабочая среда из противоположного цилиндра через ограничитель расхода 6, гидрозамок 8, распределительный золотник 9 и фильтр 11 вытесняется в расходную цистерну 18.

Перекладка руля продолжается до тех пор, пока рулевой удерживает штурвал. Прекращение перекладки и остановка руля в заданном положении осуществляется отпусканием штурвала или возвратом его в исходное положение. При отпускании штурвала сжатые пружины телемотора 10 возвращают поршень и шток распределительного золотника 9 в исходное положение, разобщая напорную магистраль электронасоса 12 от цилиндров привода и сообщая ее со сливной. Гидрозамок 8 под действием своих пружин закрывается и руль останавливается. Для возврата руля в исходное положение или перекладки на другой борт штурвал 17 необходимо повернуть в соответствующем положении. Угол перекладки контролируется по указателю положения руля 24, 25.

Предотвращение перекладки руля на углы, большие, ±35°, осуществляется гидравлическими ограничителями хода 27, которые представляют собой перепускные клапаны, подключенные параллельно к телемотору 10. При достижении угла перекладки руля 35° любого борта плунжер привода к баллеру своими упорами 33 механически воздействуют на соответствующий перепускной клапан 27, который сообщает напорную полость телемотора сливной, и давления в полостях телемотора выравнивается. Под действием усилия сжатых пружин поршень телемотора и соединенный с ним шток 22 распределительного золотника 9 возвращаются в среднее положение, и перекладка руля прекращается. На цистерне 18 установлены предохранительный клапан 7, распределительный золотник 9, гидрозамок 8, ограничитель расхода 6, фильтр 11, аварийный привод 13, пополнение маслом цистерны 18 осуществляется из напорной цистерны 30 через клапан 34.

Аварийное (местное) управление производится путем воздействия съемной рукояткой на тягу 22 через привод 13. При переходе на аварийное управление необходимо открыть байпасный клапан 29, предназначенный для сообщения полостей телемотора. Аварийное ручное управление применяется при выходе из строя дистанционного управления и опробования работы рулевой установки из румпельного отделения. Для перехода на вспомогательный привод необходимо рукоятку 23 поставить в положение «запасной привод». При вращении штурвала 17 начинает работать насос 14 вспомогательного привода, подавая рабочую среду непосредственно в один из цилиндров привода, одновременно из второго цилиндра насосом всасывается масло. Движение руля продолжается пока вращается штурвал.

Для остановки и удержания руля в требуемом положении вращение штурвала прекращается, гидрозамок 16 ручного привода автоматически закрывается и руль останавливается.

Манометры 28 служат для контроля над давлением рабочей среды в системе.

Техника безопасности

1. К проведению лабораторной работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по безопасным методам обслуживания рулевой установки.

2. Работа выполняется в присутствии и под руководством преподавателя (лаборанта).

3. Перед началом лабораторной работы необходимо проверить:

- наличие и крепление защитного кожуха муфты эл. двигателя и насоса;

- наличие и исправность заземления;

- исправность подводящих эл. проводов;

- сопротивление изоляции приводного эл. двигателя;

- наличие и исправность контрольных приборов;

- уровень масла в баке и рулевой колонке;

- надежность креплений всех элементов установки.

4. При работе рулевой установки запрещается проводить ремонт, поджимать соединения находящиеся под давлением.

Порядок выполнения лабораторной работы

Перед началом лабораторной работы необходимо ознакомить студентов с целью и темой проведения эксперимента, показать рулевое устройство, объяснить его устройство, назначение каждого элемента, а также порядок выполнения работы.

Лабораторная работа проводится в следующей последовательности:

а) настроить установку для работы на основном приводе в следующей последовательности:

- рукоятку 23 установить в положение «основной привод»;

- клапаны 35 в рулевой колонке, 21 на силовых гидроцилиндрах, приемный 37 должны быть открыты;

- клапаны 36 в рулевой колонке, 20 на силовых цилиндрах, безопасный 29 должны быть закрыты;

- включить в работу эл. двигатель насоса 12 и через 2 - 3 минуты произвести пробные перекладки руля на левый и правый борт до 5 - 10° путем поворота в ту или иную сторону штурвального колеса 17;

- установить указатель 25 в положение 35° любого борта и осуществить перекладку руля на 30° другого борта и при этом определить время перекладки руля, которое необходимо записать в итоговую таблицу 1. Перекладку руля с борта на борт необходимо осуществить не менее 3-х раз и сравнить время пе-рекладки с требованиями регистра;

- проверить действие конечных выключателей 27 для чего осуществить перекладку руля с 0° до 35° любого борта, угол срабатывания выключателей 27 занести в таблицу 1;

- выключить электронасос.

б) зафиксировать время перехода с основного на вспомогательный привод для чего необходимо:

- рукоятку 23 установить в положение «запасной» привод;

- клапана в рулевой колонке 36 и 20 на силовых цилиндрах должны быть открыты;

- клапаны 35 в рулевой колонке, 21 на силовом цилиндре, 29 байпасный должны быть закрыты;

- сравнить время перехода с требованием Регистра, записать время перехода в таблицу 6.1.

в) осуществить перекладку руля с 20° одного борта на 20° другого борта вспомогательным приводом, зафиксировать время, и записать в таблицу 6.1, сравнить с требованием Регистра.

г) настроить рулевую установку на аварийный привод, для чего:

- клапаны 21, 29, 37 должны быть открыты;

- включить в работу насос 12;

- воздействуя на сервопривод 10 через тягу 22 аварийным приводом 13, осуществляют перекладку руля;

- зафиксировать время перехода на аварийный привод и время перекладки руля, произвести запись в таблицу 2, сравнить с требованиями Регистра.

Сводные таблицы результатов:

Таблица 6.1

№ п/п	Основной привод			Запасной привод
№ п/п	Время перекладки руля на левый борт	Время перекладки руля на правый борт	Требования Регистра	Время перехода на запасной привод	Требования Регистра	Время перекладки руля на левый борт	Время перекладки руля на правый борт	Требования Регистра
1.	16	18	28	45	60	48	46	60
2.	17	17	28	45	60	47	47	60
3.	18	16	28	45	60	48	47	60

Таблица 6.2

№ п/п	Аварийный привод
№ п/п	Время перехода на аварийный привод	Требования Регистра	Время перекладки руля на левый борт	Время перекладки руля на правый борт	Требования Регистра
1.	60	120	48	50	60
2.	61	120	49	50	60
3.	69	120	48	51	60