СУДОВОЕ РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к судостроению, в частности к рулевым устройствам морских и речных судов.
Для обеспечения безаварийной работы рулевых устройств их снабжают двумя независимыми приводами - основным (главным) и запасным (вспомогательным). Основной рулевой привод включает: механизмы, исполнительные приводы перекладки руля, силовые агрегаты рулевого привода, а также вспомогательное оборудование и средства перекладки руля для управления судном в нормальных условиях эксплуатации. Запасный рулевой привод представляет собой оборудование, необходимое для управления судном в случае выхода из строя основного рулевого привода.
Известно рулевое устройство по патенту RU №2283260, МПК В63Н 25/06, опуб. 10.09.2005, которое содержит N пар (по числу рулей) кнопок «Лево», «Право», нормально замкнутые переключаемые контакты которых подключены к шине логического нуля, а нормально разомкнутые - к шине логической единицы. Не переключаемые контакты кнопок соединены с соответствующими входами первой группы вычислителя согласования рулей и с первыми входами соответствующих элементов «ИЛИ», вторые входы которых подключены к соответствующим управляющим входам вычислителя согласования рулей. Выходы элементов подключены к соответствующим управляющим входам N пар оптореле, объединенных по выходу в каждой паре и подключенных к соответствующим электрогидроприводам рулей, механически связанным с соответствующими рулями и датчиками положения руля (ДПР). ДПР подключены к соответствующим указателям положения руля и к соответствующим входам второй группы вычислителя согласования рулей, управляющий вход которого подключен к шине режима управления. Входы управляющего напряжения всех первых оптореле в каждой паре подключены к шине первого управляющего напряжения, а входы управляющего напряжения всех вторых оптореле в каждой паре подключены к шине второго управляющего напряжения.
Данное рулевое устройство позволяет управлять судном, оборудованным несколькими рулями, однако его применение имеет существенный недостаток - при выходе из строя одного из электрогидроприводов, например, при заклинивании, произойдет потеря управляемости всего судна.
Наиболее близким по совокупности признаков является рулевое устройство, описанное в книге «Судовые электроустановки и их автоматизация». Учебник для институтов водного транспорта / К.Т. Витюк, П.И. Гриценко, П.К. Коробов, В.В. Тихонов. 2-е изд., перераб. и доп. - М: Транспорт, 1986, 448 с (с. 297). Устройство содержит основной и запасный рулевые приводы, которые управляются от блока управления и имеют независимые блоки питания: основной привод подключен к основному источнику электроснабжения (главному распределительному щиту - ГРЩ), и запасный рулевой электропривод - к аварийному источнику электроснабжения (аварийному распределительному щиту - АРЩ). Блок управления содержит органы управления (кнопки «Лево», «Право», тумблер на три положения с самовозвратом или джойстик и т.д.) и переключатель режимов (автоматический, следящий, простой). При этом валы основного (ОРЭП) и запасного (ЗРЭП) рулевых электроприводов соединены с одной рулевой машиной (РМ).
Недостатком прототипа является недостаточная надежность работы рулевого устройства, имеющего в своем составе одну РМ, при выходе из строя ЗРЭП. В этом случае отказ ЗРЭП (например, при заклинивании электродвигателя), может привести к выходу из строя РМ и ОРЭП.
Заявляемая полезная модель позволяет решить проблему повышения надежности эксплуатации рулевого устройства за счет исключения влияния ЗРЭП на РМ и ОРЭП при выходе ЗРЭП из строя.
Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: судовое рулевое устройство, (содержащее так же, как и прототип, основной и запасный рулевые электроприводы, управляемые входы которых соединены с независимыми выходами блока управления, а входы питания - с выходами соответственно основного и аварийного источников электроснабжения, при этом валы обоих электроприводов подключены к рулевой машине) в отличие от прототипа дополнительно содержит управляемую соединительную муфту, через которую вал запасного рулевого электропривода, состоящий из двух частей, соединен с рулевой машиной, при этом управляющий вход управляемой соединительной муфты соединен с выходом запасного рулевого электропривода.
Сущность полезной модели заключается в том, что при нормальной работе основного электропривода управляемая соединительная муфта в составе запасного рулевого электропривода находится в разомкнутом состоянии и вал электродвигателя запасного рулевого электропривода оказывается отсоединенным от рулевой машины. При этом блок управления отключает питание электродвигателя запасного рулевого электропривода, ЗРЭП оказывается электрически и механически отключенным от ОРЭП и РМ и любая его неисправность не в состоянии вызвать отказ в работе РМ и нарушения работы ОРЭП. В случае неисправности в ОРЭП (например, при выходе из строя аппаратуры управления, повреждении кабеля или обесточивании судна), автоматически или по команде экипажа блок управления произведет подключение запасного электропривода к блоку питания и одновременное включение управляемой соединительной муфты. При этом вал ЗРЭП механически соединится с рулевой машиной.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача - повышение надежности эксплуатации судового устройства за счет исключения влияния ЗРЭП на РМ и ОРЭП, при выходе ЗРЭП из строя, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого судового рулевого устройства,
на фиг. 2 - принципиальная схема ЗРЭП.
Устройство содержит блок управления 1, ОРЭП 2, основной источник электроснабжения 3. ЗРЭП 4, аварийный источник электроснабжения 5, управляемую соединительную муфту 6, РМ 7, при этом блок управления 1 электрически связан с ОРЭП 2 и ЗРЭП 4, ОРЭП 2 подключен к основному источнику электроснабжения судна 3, ЗРЭП 4 подключен к аварийному источнику электроснабжения судна 5, вал ОРЭП 2 механически связан с РМ 7, вал ЗРЭП 4 состоит из двух частей и механически связан с РМ 7 через управляемую соединительную муфту 6, ЗРЭП 4 электрически связан с управляющим входом управляемой муфты 6.
Блок управления 1 обеспечивает формирование команды на включение и выключение ОРЭП и ЗРЭП и управление направлением вращения руля. Блок 1 содержит (фиг. 2): переключатель 8 режимов работы «ОРЭП» и «ЗРЭП» с замыкающим контактом 8.1 и размыкающим контактом 8.2, кнопки «Лево» 9 и «Право» 10 управления ОРЭП, кнопки «Лево» 11 и «Право» 12 управления ЗРЭП. ОРЭП 2 содержит коммутационную аппаратуру и аппаратуру управления основным рулевым электродвигателем, вращение вала которого обеспечивает работу РМ в заданном направлении. Основной источник электроснабжения 3 обеспечивает подачу электропитания на РУ в обычном режиме, в качестве такого блока можно использовать шины ГРЩ. ЗРЭП 4 содержит коммутационную аппаратуру и аппаратуру управления запасным рулевым электродвигателем, вращение вала которого обеспечивает работу РМ в аварийном режиме и, в отличие от существующих рулевых электроприводов, дополнительно формирует сигнал на управление управляемой соединительной муфтой 6. ЗРЭП 4 (фиг. 2) может быть выполнен в виде: линейного контактора с катушкой 13.1 и сдвоенными замыкающими контактами 13.2; контактора «Лево» с катушкой 14.1, размыкающими контактами 14.2, 14.3 и замыкающим контактом 14.4; контактора «Право» с катушкой 15.1, размыкающими контактами 15.2, 15.3 и замыкающим контактом 15.4; автоматического выключателя 16; запасного рулевого электродвигателя постоянного тока смешанного возбуждения 17.1, с параллельной обмоткой возбуждения 17.2 и последовательной обмоткой возбуждения 17.3; тормозного резистора 18. Аварийный источник электроснабжения 5 обеспечивает подачу электропитания на РУ в аварийном режиме, (например, при исчезновении напряжения на шинах ГРЩ), в качестве такого блока можно использовать шины АРЩ или аварийные аккумуляторные батареи 19.1. и 19.2. Управляемая соединительная муфта 6 обеспечивает соединение валов ЗРЭП и РМ в случае поступления сигнала на ее управляющий вход. В качестве управляемой соединительной муфты может быть использована, например, электромагнитная соединительная муфта с катушкой 20.1 и фрикционным диском 20.2. Рулевая машина 7 через привод руля, например, зубчатый секторный привод, передает усилие от вала электропривода к рулю судна.
Блоки, представленные на фиг. 2, работают следующим образом. При работе ОРЭП переключатель режимов 8 блока управления 1 находится в положении «ОРЭП», при котором его замыкающий контакт 8.1 разомкнут, а размыкающий контакт 8.2 замкнут. В этом случае основной источник электроснабжения подключен к ОРЭП и управление РМ осуществляется кнопками 9 и 10 блока управления 1. В случае возникновения неисправности в ОРЭП или исчезновения напряжения на шинах ГРЩ переключатель режимов 8 переводится в положение «ЗРЭП». при котором его контакт 8.1 замкнут, а контакт 8.2 разомкнут. Этим достигается блокировка одновременного включения ОРЭП и ЗРЭП при внезапном восстановлении питания от основного источника электроснабжения. При замыкании контакта 8.1 катушка линейного контактора 13.1 ЗРЭП 4 оказывается под напряжением, поступающим от аварийного источника питания 5, через замкнутый автоматический выключатель 16, обеспечивающий защиту устройства от короткого замыкания. Линейный контактор срабатывает и замыкает контакты 13.2. При этом питания поступает на катушку управления 20.1 электромагнитной соединительной муфты, выполняющей роль управляемой соединительной муфты 6, ее фрикционные диски 20.2 притягиваются, соединяя обе части вала ЗРЭП 4 и обеспечивая механическую связь ЗРЭП с РМ. Одновременно питание поступает и на параллельную обмотку запасного рулевого электродвигателя 17.3. ЗРЭП 4 готов к работе.
При нажатии кнопки «Лево» 11 блока управления 1 через контакт 13.2 и контакт 15.2 напряжение питания поступает на катушку контактора «Лево» 14.1, он срабатывает и размыкает контакты 14.2. 14.3 и замыкает контакт 14.4. Контакт 14.2 обеспечивает блокировку подачи питания на катушку контактора «Право» 15.1 при ошибочном нажатии кнопки «Право» 12 при нажатой кнопке «Лево» 11 блока управления 1. При этом с контакта 13.2 питание поступает на запасный рулевой электродвигатель 17.1 по цепи: замкнутый замыкающий контакт 14.4 - запасный рулевой электродвигатель 17.1 - тормозной резистор 18 - контакт 15.3 - последовательная обмотка возбуждения запасного рулевого электродвигателя 17.3. Запасный рулевой электродвигатель 17.1 начинает вращаться в направлении, соответствующем перекладке руля влево. При отпускании кнопки «Лево» 11 блока управления 1 обесточивается катушка контактора «Лево» 14.1, контакты 14.2, 14.3 замыкаются, а контакт 14.4 размыкается. В этом случае запасный рулевой электродвигатель 17.1 через замкнутые контакты 14.3 и 15.3 подключается тормозному резистору 18, происходит его динамическое торможение, руль оказывается в зафиксированном положении.
При нажатии кнопки «Право» 12 блока управления 1 через контакт 13.2 и контакт 14.2 питание поступает на катушку контактора «Право» 15.1, он срабатывает и размыкает контакты 15.2, 15.3 и замыкает контакт 15.4. Контакт 15.2 обеспечивает блокировку питания на катушку контактора «Лево» 14.1 при ошибочном нажатии кнопки «Лево» 11 при нажатой кнопке «Право» 12 блока управления 1. При этом с контакта 13.2 питание поступает на запасный рулевой электродвигатель 17.1 по цепи: замкнутый замыкающий контакт 15.4 - тормозной резистор 18 - запасный рулевой электродвигатель 17.1 - контакт 14.3 - последовательная обмотка возбуждения запасного рулевого электродвигателя 17.3. Запасный рулевой электродвигатель 17.1 начинает вращаться в направлении, соответствующем перекладке руля вправо. При отпускании кнопки «Право» 12 блока управления 1 обесточивается катушка контактора «Право» 15.1, контакты 15.2, 15.3 замыкаются, а контакт 15.4 размыкается. Запасный рулевой электродвигатель 17.1 через контакты 14.3 и 15.3 подключается к тормозному резистору 18, происходит его динамическое торможение, руль оказывается в зафиксированном положении.
В случае восстановления работоспособности ОРЭП 2 и питания от основного источника электроснабжения 3 (фиг. 1) переключатель 8 блока управления 1 (фиг. 2) устанавливается в положение «ОРЭП». При этом контакт 8.1 размыкается, а контакт 8.2 замыкается. При размыкании контакта 8.1 обесточивается катушка линейного контактора 13.1 и контакты 13.2 размыкаются. Одновременно обесточивается катушка управления 20.1 электромагнитной соединительной муфты 6 и ее фрикционные диски 20.2 разжимаются, части вала ЗРЭП 4 разъединяются, ЗРЭП 4 механически отсоединяется от РМ 7 и отказ в его работе никак не скажется на техническом состоянии РМ 7 и ОРЭП 2.
Рулевое устройство (фиг. 1) работает следующим образом. В нормальном режиме работы ОРЭП 2 получает питание от основного источника питания 3, при этом с блока управления 1 на ОРЭП 2 поступают команды на перекладку руля в ту или иную сторону, в соответствие с которыми изменяется направление вращения вала ОРЭП, которое передается на РМ 7 и осуществляется перекладка руля. При этом вал ЗРЭП 4, состоящий из двух частей, оказывается в разъединенном состоянии и ЗРЭП 4 не влияет на работу ОРЭП 2. В случае исчезновения напряжения от основного источника питания 3 или выхода из строя ОРЭП 2, по команде от блока управления 1 происходит переход на работу ЗРЭП 4 и отключение ОРЭП 2. При этом на ЗРЭП 4 поступает питание от аварийного источника питания 5 и с выхода ЗРЭП 4 поступает напряжение на управляющий вход управляемой соединительной муфты 6, которая срабатывает и соединяет части вала ЗРЭП 4, подсоединяя его к РМ 7. С блока управления 1 на ЗРЭП 4 поступают команды на перекладку руля в ту или иную сторону, в соответствие с которыми изменяется направление вращения вала ЗРЭП, которое передается на РМ 7, при этом осуществляется перекладка руля в нужном направлении.
Предлагаемая полезная модель была создана в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Судовых автоматизированных электроэнергетических систем» ФБГОУ ВО «Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования заявляемого устройства в судовых установках, что с учетом выше изложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.