Размеры кронштейна руля

Распределение изгибающего момента, поперечной силы и крутящего момента может быть вычислено согласно следующей формуле:

Изгибающий момент:

, Нм

, Нм

Поперечная сила:

, Н

Крутящий момент:

, Нм

Для подтверждения установленных размеров, упругостью

кронштейна руля можно пренебречь и реакция опоры B₁ может быть вычислена согласно следующей формуле:

, Н

где: b, c, d, e_(z) смотри рисунок 3 и 4.

Рисунок 3

Рисунок 4

Данные для расчета:

b=3,78 м – положение центра тяжести площади руля;

c=3,15 м;

d=2,97 м;

e_(z)=1,1 м;

z=1,26 м;

C_R=3575,59 Н – сила, действующая на руль на переднем ходу.

Реакция опоры:  Н.

Изгибающий момент:

 Нм;

 Нм.

Поперечная сила:  Н.

Крутящий момент:  Нм.

Момент сопротивления кронштейна руля по оси X любой области может быть не больше чем: , см³

где: k=1 – коэффициент, зависящий от свойств материала

 см³

В поперечном сечении кронштейна руля касательное напряжение от действия поперечной силы не должно превышать величины:

, Н/мм²

где: k=1 – коэффициент, зависящий от свойств материала

 Н/мм²

Нормальные напряжения кронштейна руля не должны превышать:

, Н/мм²

, Н/мм²

, Н/мм²

где:

А_Т – эффективная площадь кронштейна руля, мм²;

t_h – толщина кронштейна руля, мм².

Данные для расчета:

А_Т= 3151768 мм², t_h=215 мм.

 Н/мм²;

 Н/мм²;

, Н/мм²

, Н/мм²

 Н/мм².

Условие прочности выполнено, поэтому примем расчетные габариты кронштейна руля.

Выбор рулевой машины

Рулевой привод

Все судовые рулевые приводы предназначены Для придания вращения баллеру рули, то есть для поворота рулевого органа (руля, насадки) и установки его в необходимое положение. Основным элементом любого рулевого при­вода является румпель, насаженный и жестко закрепленный на баллере. Румпель может выполняться в виде рычага, сектора или диска и соединяться с приводным механизмом (рулевой машиной) гибкой или жесткой связью.

Наиболее распространенными типами рулевого привода являются: штуртросовые, валиковые, винтовые, секторно-зубчатые и гидравлические. Комби­нация привода с рулевой машиной (ручной, электрической, электрогидравлической и так далее) определяет способ приведения руля в действие.

Основные требования

Рулевое устройство любого судна снабжают двумя независимыми приводам - основным и запасным.

Основной рулевой привод предназначен для маневрирования судна при максимальной скорости лереднего хода с помощью поллостью погружен­ного руля (поворотной насадки). Правила предписывают, чтобы время перекладки руля основным приводом с 35° одного борта на 30° другого борта не превышало 28 с. В тех случаях, когда по конструктивным соображениям руль судна имеет угол перекладки δ<35°, время перекладки с 6° одного борта на б—5° другого борта пропорционально уменьшается.

К запасному рулевому приводу требования ниже: он предназначен для маневрирования при половинной скорости (но не менее 7 уз — 3,6 м/с) с по­мощью полностью погруженного руля. Для запасного привода перекладка с 20° одного борта на 20° другого борта осуществляется за 60 с.

В тех случаях, когда на судне установлена рулевая машина, имеющая, два приводных агрегата, действующих независимо один от другого и способных обеспечить за 28 с перекладку руля с 35° одного борта на 30° другого борта, запасной рулевой привод можно не предусматривать. Это допущение полностью применимо к рулевым устройствам пассажирских судов. Для прочих транспортных и промысловых судов запасной привод можно не пре­дусматривать, если устанавливается рулевая машина с двумя независимыми агрегатами, каждый из которых способен переложить руль с 20° одного борта на 20° другого борта за 60 с. Суммарная мощность этих двух aгpeгaтов должна отвечать требованию, предъявляемому к основному рулевому приводу.

При определении степени независимости двух приводных агрегатов ру­левой машины или независимости основного и запасного приводов допускается наличие у них некоторых общих частей, например, румпеля, сектора, редуктора, цилиндрового блока и тому подобное.

Основной рулевой привод должен действовать от источника энергии (то есть иметь электрическую, гидравлическую или иную рулевую машину). Однако для небольших судов допускается применение ручного основного при­вода, если на штурвале достаточна работа одного, человека с усилием 117,5 Н, а частота вращения штурвала не превышает 25 об/мин для того, чтобы переложить руль с 35° одного борта на 30° другого борта.

Основной и запасной рулевой приводы или один из них рекомендуется располагать в месте, находящемся всегда выше самой высокой грузовой ватерлинии судна. Если это оказывается невозможным, то на судне преду­сматривают аварийный рулевой привод, располагаемый выше палубы переборок, то есть палубы, до которой доведены главные поперечные водонепрони­цаемые переборки деления судна на отсеки.

Аварийный рулевой привод должен обеспечивать возможность перекладки руля с борта на борт при скорости переднего хода судна не менее 4 уз (2,06 м/с). Требования по времени перекладки к аварийному приводу не предъявляются.

При проектировании производятся уточнение характеристик основных элементов привода, окончательный выбор гидравлического насоса и электродвигателя, а также определение суммарного времени перекладки руля. Осуществляется проверка двигателя на нагрев и допустимое число включений. Выполняется расчет перегрузок электропривода при заклинивании руля.

В электрогидравлических рулевых приводах обычно применяют плунжерные электрогидравлические машины типов Р01 – Р10 с насосом постоянной подачи или типов Р11—Р22 с насосом регулируемой подачи, которые изготовляются двух- или четырехцилиндровыми. Связь плунжера с баллером осуществляется с помощью шарнира, что обеспечивает возможность перемещения плунжера относительно румпеля в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Электрогидравлические машины могут выполняться с па­раллельным и перпендикулярным относительно диаметральной плоскости судна расположением цилиндров. Установки с параллельным расположением четырех цилиндров применяются на крупных судах и обычно имеют два самостоятельных (резервный и основной) гидравлических насоса, работающих каждый на свою пару цилиндров.

Основные технические характеристики плунжерных электрогидравлических машин типов Р01—Р22 с электроприводом постоянного или переменного тока приведены в таблице 3.

Электрогидравлические плунжерные машины с одним, двумя или четырьмя исполнительными гидроцилиндрами требуют преобразования поступательного движения плунжеров во вращательное движение баллеров, что усложняет конструкцию привода.

Имеются рулевые электрогидравлические машины одинар­ного и сдвоенного типов РГ и 2РГ с плунжерно-реечным приводом баллера с моментами 2,5—80 кНм. Малые габариты и масса рулевых машин с плунжерно-реечным приводом баллера достигнуты благодаря высокому рабочему давлению в цилиндрах (6,5—8,5 МПа), небольшим размерам румпеля (шестерни) и воз­можности установки двух и более моментных цилиндров.

В электрогидравлических рулевых приводах применяют также лопастные электрогидравлические машины. Поворот баллера руля в таких приводах производится в самом исполнительном цилиндре. Цилиндр делится перемычками и лопастями на четыре полости. В одну пару полостей жидкость подводится от насоса под давлением, из другой пары полостей вытесняется во всасывающую часть насоса. Лопасти поворачиваются вместе с баллером, производя перекладку руля. Описан­ный привод представляет собой по существу высокомоментный реверсивный неполноповоротный гидравлический двигатель. Такие двигатели могут быть одно-, двух- и четырехлопастными. Рулевая лопастная электрогидравлическая машина РЭГ-ОВИМУ-7 работает при давлении рабочей жидкости 3,5—5 МПа и развивает вращающий момент на баллере 70—100 кНм.

Исходя из этих рекомендаций, основных технических характеристик рулевых машин (таблица 3) и исходных данных (номинальный крутящий момент рулевой машины М_е =560 кНм), выберем рулевую плунжерную электрогидравлическую машину типа Р18, которая полностью удовлетворяет условия эксплуатации.

Таблица 3.