Взаимодействие руля с потоком воды. Нагрузка рулевого привода

Современные суда снабжаются небалансирными или балансирными обтекаемыми рулями симметричного профиля.

У небалансирных рулей ось совпадает с передней кромкой, у балансирных рулей ось находится за передней кромкой. Когда такой руль находится в потоке воды, как изолированная пластина, обе его плоскости обтекаются потоком воды с одинаковой скоростью. Возникающие гидродинамические силы, действующие на плоскость руля, взаимно уравновешиваются. Когда руль повёрнут и находится под углом атаки к потоку, условия обтекания плоскости руля изменяются. Объясняется это тем, что обтекание профиля сопровождается интенсивным вихреобразованием в пограничном слое. При этом образуется циркуляционное движение воды вблизи профиля, направленного при положительном угле атаки против часовой стрелки, а при отрицательном – по часовой стрелке. Циркуляционное движение накладывается на основной поток, что приводит к изменению скоростей обтекания плоскостей руля, давления на плоскости и возникновению гидродинамической силы давления на руль , приложенной в центре гидродинамического давления. Сила раскладывается в двух координатных системах: в системе потока и в системе руля.

В системе потока одна из осей совпадает с вектором , а сила раскладывается на подъёмную силу , направленную перпендикулярно и силу сопротивления, совпадающую по направлению с .

В системе руля сила раскладывается на нормальную гидродинамическую силу давления на руль, перпендикулярно хорде профиля, и тангенциальную силу по хорде профиля. Сила создаёт крен судна и дрейф судна на циркуляции.

Силы и увеличивают боковое сопротивление судну. Сила создаёт два гидродинамических момента:

– момент относительно оси руля,

– относительно оси судна

.

Силы, действующие в рулевом приводе, момент рулевого привода, мощность рулевой машины.

На примере плунжерной ГРМ. Вектор силы давления масла на плунжер – Р

Главный насос подает масло в цилиндр 1. В цилиндре 1 масло давит на плунжер с силой Р=Пd²*Pi ∕ 4 (d –диаметр плунжера,Pi- давление насоса ),под действием этой силы плунжеры двигаются в осевом направлении и через муфту румпеля давят на цапфу румпеля с силой Q, направленной перпендикулярно оси румпеля , эта сила имеет две составляющие –осевую Q′ и поперечную N. Осевая составляющая Q′ = Рηпп, где ηпп – КПД плунжерного рулевого привода, учитывает потери на приодаление трения в движужихся соединениях рулевого привода (уплотнение плунжера, муфта румпеля, ползун). С учетом этого величина Q= Q′ ∕ cosα , сила N= Q*sinα . С целью разгрузки плунжера от этой силы N она с помощью ползуна переводится на парралель . Сила Q создает момент необходимый для поворота руля Мкр=Ма+Мтр= Q*Rα ,где Ма-гидродинамический момент относительно оси руля , Мтр- момент трения в опорах и подшипниках руля.

Приводом ГРМ является насос , следовательно задача определения ее мощности является определение мощности насоса .Nн=QHρg∕ηн ,где Q- подача, H-напор, ηн- КПД насоса

Угол поворота руля зависит от величины хода плунжера. Ход плунжера зависит от кол-ва масла которое подается в цилиндр.

Устройство,основные элементы и системы ЭГРМ , их функциональные связи и последовательность

Основными элементами гидравлической схемы являются: плун­жерный привод с цилиндрами Ц1—Ц4, главные насосы 3 регулируе­мой подачи с приводными электродвигателями 4, следящие гидроуси­лители (1, 2), блок клапанов 7, вспомогательные насосы постоянной подачи, аварийный насос регулируемой подачи 31, пополнительные ба­ки 23, 34 и резервная цистерна 36, а также различная предохранитель­ная, регулирующая и запорная гидравлическая аппаратура

Гидравлическими узлами схемы являются: силовой контур (обозначен жирными линиями), состоящий из плунжерного привода, главных насосов 3 и блоков клапанов 6 и 7; контуры управления главными насосами, состоящие из вспомогательных насосов 5, приводимых в действие электродвигателями главных насосов, золотников 1 и цилиндров 2; система подпитки силового контура от насоса 25 и контур ава­рийного насоса 31..

В основном режиме перекладки руля, например от правого глав­ного насоса, гидравлическая схема работает следующим образом. Сиг­нал на перекладку руля поступает от электрической системы управления на правый исполнительный механизм ИМ, выходной валик которого механически соединен с золотником 1. При перемещении золот­ника из нулевого положения, например вправо на некоторое расстоя­ние, рабочая жидкость сливается из правой полости цилиндра гидро­усилителя в нополнительный бак 23, дифференциальный поршень цилиндра 2 под давлением 0,8—1,5 МПа (регулируется редукционным клапаном 24) в левой полости цилиндра перемещается вправо до пере­крытия рабочих каналов золотника (т. е. на расстояние хода золот­ника), задавая эксцентриситет правого главного насоса 3.

Рабочая жидкость силового контура от насоса 3 через клапаны 8, 13 и 15 подается в цилиндры Ц1 и Ц4, руль при этом перекладывает­ся по часовой стрелке. Поворот руля происходит до тех пор, пока (см. рис. 5.1) обратные связи C_h и С_а (связь С_а входит в состав рулево­го датчика РД, см. рис. 5.5) не возвратят золотник 1 в среднее (нуле­вое) положение. Это же положение займут вместе с золотником пор­шень 2 и регулируемый орган насоса 3.

Для возвращения руля в нулевое положение (в диаметральную пло­скость) необходим новый электрический сигнал (поворот штурвала) того же значения, но противоположный по знаку. При этом золотник перемещается из нулевого положения влево и рабочая жидкость кон­тура управления поступает в правую полость цилиндра.