Электромеханических рулевых устройств

Электрогидравлические рулевые приводы благодаря своей компактности все шире применяются на судах речного флота. Принцип действия электрогидравлических приводов заключается в создании давления жидкости на поршни, связанные с баллером руля.

Мощность электродвигателя для рулевых устройств с гидравлической передачей и насосом постоянной подачи определяют также, как и для рулевых приводов с механической передачей.

В электроприводах с насосами переменной подачи мощность электродвигателя устанавливают по мощности насоса. Из кинематической схемы привода (рис. 22.1)

,

Рис.22.1. Кинематическая схема плунжерного гидравлического

рулевого привода.

где — сила, приложенная к шарниру и перпендикулярная румпелю; изменяющееся расстояние от оси баллера до центра шарнира;

к.п.д. учитывающий потери на трение в сальнике и подшипниках баллера и шарнира .

Сила F_р создается силой F_ц, направленной вдоль оси цилиндра,

F_р = F_ц /cos .

Плечо силы выражается через расстояние oт оси цилиндров до_оси баллера руля формулой

.

тогда

Эту силу, а также силу, вызванную противодавлением в системе трубопроводов, трением плунжеров о стенки цилиндра и сальниковую набивку F_T, должна преодолевать сила давления жидкости в цилиндрах привода

F=F_ц+F_т

Экспериментально установлено, что сила F_т пропорциональна силе давления жидкости F_T = F. Коэффициент пропорциональности по опытным данным составляет 0.04—0,06.

Задаваясь значением , легко получить зависимость между силами F и F_ц:

Сила F пропорциональна давлению в цилиндре и площади плунжера:

,

где р — давление жидкости;

D — диаметр плунжера.

Отсюда давление жидкости

В правой части этого выражения все величины, кроме М₆ и а, постоянны, поэтому зависимость давления в цилиндре р от угла поворота баллера такая же, как зависимость М_B = (), что справедливо для М_б > 0. На первом участке нагрузочной диаграммы, когда руль перекладывается силой давления воды, двигатель работает в режиме, близком к холостому ходу, и можно считать .

Для определения мощности насоса нужно найти его среднее давление и среднюю подачу. На первом участке от — _maх до ₁ давление жидкости может быть принято = 0. На втором участке от ₁ до _maх давление, так же как и момент на баллере, можно принять пропорциональным углу перекладки.

Максимальное давление жидкости в цилиндре соответствует максимальному моменту на баллере:

Средняя подача насоса за время Т перекладки руля с борта на борт

Q_ср=V/T,

где V-объем жидкости, перекачиваемой насосом за это время.

Объем перекачиваемой жидкости

так как согласно схеме, приведенной на рис. 6.6,.

L_max =

Максимальная мощность насоса P_{н max} = _max Q_cp

и мощность электродвигателя

,

где — общий к. п. д. насоса.

Номинальная мощность двигателя с учетом его перегрузочной способ-ности Р_ном=Р_мах/ .

Рулевой электропривод с плунжерной гидравлической передачей (рис. 22.2) состоит из электродвигателя 1, насоса 2, гидравлических цилиндров 3.

Рис. 22.2. Устройство электрогидрав- Рис.22.3. Устройство лопастного лического плунжерного рулевого гидравлического рулевого

привода привода

Принцип действия передачи с насосом переменной подачи состоит в следующем. При нейтральном положении манипулятора 7 насос работает вхолостую, не вызывая нагнетания рабочей жидкости ни в правую, ни в левую ветвь трубопровода 6. При этом баллер руля 5 остается неподвижным.

Отклонение манипулятора в ту или иную сторону вызывает нагнетание рабочей жидкости в соответствующий гидравлический цилиндр 3 и отсасывание ее из противоположного цилиндра. Благодаря этому плунжеры цилиндров начнут перемещаться и поворачивать румпель 5 в заданную сторону.

Движение плунжеров будет продолжаться до тех пор, пока манипулятор не возвратится в нейтральное положение, при котором давление в цилиндрах станет одинаковым. Во избежание чрезмерного повышения давления в рабочих цилиндрах в случае заклинивания рулевого привода устанавливают предохранительный перепускной клапан 4, автоматически открывающийся при давлении жидкости, превышающем рабочее на 10-15 %.

Наряду с плунжерным рулевым приводом применяют лопастной

(рис.22.3). В корпусе гидродвигателя 1 на баллере руля 2 устанавливают лопасти 3.

При нейтральном положении кольца 4 его центр совпадает с центром звезды 1, поэтому поршни 2 остаются неподвижными относительно цилиндров звезды. Насос работает вхолостую. При сдвиге кольца 4 вправо поршни, движущиеся в верхней его части, будут отходить от центра звезды и вызывать всасывание жидкости, а поршни в нижней части будут приближаться к её центру, нагнетая жидкость в нижнюю полость. Таким образом, жидкость из верхней полости будет перекачиваться в нижнюю и по трубопроводу в соответствующий цилиндр 3 рулевого привода.

При сдвиге кольца влево жидкость будет перекачиваться из нижней полости в верхнюю.

Насос переменной подачи приводится во вращение асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Отсутствие частых пусков и реверсов электродвигателя позволяет устанавливать электрические машины меньших габаритных размеров и мощности. В качестве рабочей жидкости в электрогидравлических рулевых приводах применяют специальные минеральные масла.