Если вы сравниваете расценки на руль направления и значения крутящего момента рулевого механизма различаются на 40%, то расхождение обычно не связано с поставщиком. Это тип руля направления, указанный в спецификации. Полубалансирный руль площадью 38 м², подвешенный на скеге, и лопастной руль площадью 38 м² на чертеже выглядят одинаково, однако они нагружают баллер совершенно по-разному: лопатка занимает большую часть своей площади позади баллера и требует привода меньшего размера, в то время как подвешенная на скеге лопасть поддерживается нижней кромкой и передает нагрузку на корпус через штифт.
Ответ в одной строке: типы рулей определяются двумя независимыми осями. Во-первых, как поддерживается лезвие — полностью сбалансированное, полусбалансированное или несбалансированное. Второе — профиль лопасти — плоская пластина, лопата обтекаемой формы, рожок, закрылок или специальный с высоким подъемом. Расположение опор определяет, какой крутящий момент должен создавать ваш рулевой механизм. Профиль определяет, какую боковую силу создает лезвие и как оно ведет себя, когда колесо резко поворачивается.
Если вы перепутаете эти две оси, вы купите неправильный привод, неправильный диаметр штока и руль направления, который либо кажется тяжелым при 30 градусах, либо колеблется под небольшими углами, потому что он перебалансирован.
Краткий обзор основных типов рулей направления
Пять семейств охватывают почти каждый имеющийся сегодня на плаву руль направления, и самый быстрый способ разобраться в спецификации — сопоставить ее с их расположением опор и типичным требуемым крутящим моментом.
| Тип руля | Организация поддержки | Типовые суда | Тенденция крутящего момента на рулевом колесе | Главный компромисс |
|---|---|---|---|---|
| Лопата (полностью сбалансированная) | Отвал консольный только на ложе, без нижней опоры. | Контейнеровозы, паромы, яхты, самый новый тоннаж | Самый низкий для данной площади лезвия | Отличный отклик, нет защиты от заземления |
| Полубалансирный (скеговый) | Нижний подшипник цапфы на неподвижном скеге, часть лопасти впереди ложи. | Рыболовные суда, каботажные суда, портовые буксиры | От умеренного до высокого | Скег защищает лопасть и гребной винт, больше сопротивления и больше деталей. |
| Несбалансированный (рупорный) | Лопасть подвешивается на неподвижном рупоре или рудерпосте, верхней и нижней шкворнях. | Старые одновинтовые грузовые суда, несколько буксиров. | Самый высокий для той же площади лезвия | Простое, надежное, более тяжелое снаряжение и худшее поведение при движении назад. |
| Откидной / шарнирный | Основное лезвие плюс откидная задняя створка | Паромы, Ро-Ро, суда критического маневрирования | Аналогичный крутящий момент, гораздо более высокая подъемная сила | Больше связей и штифтов для обслуживания |
| Специальный подъемник | Выпуклая лопасть или крепление пропеллера к соплу | Толкачи внутреннего плавания, буксиры, рабочие катера | В зависимости от случая | Обычно требуется тестирование модели для подтверждения результатов |
Сбалансированный, полусбалансированный и несбалансированный: ось поддержки
Коэффициент балансировки — доля площади лопасти, находящейся перед баллером руля направления, — это единственное число, которое больше всего меняет размер рулевого механизма.
Соотношение работает просто. Область перед штоком создает момент, который противодействует моменту области позади нее, поэтому привод борется с меньшей результирующей силой. Практические диапазоны, используемые в коммерческом проектировании, довольно последовательны:
- Полностью сбалансированная лопата: примерно на 20–25% площади лезвия впереди ложи. Более низкие передаточные числа делают руль тяжелым; превышение примерно 30% рискует выйти из равновесия, когда руль направления имеет тенденцию поворачиваться на полный угол и может вибрировать под небольшими углами.
- Полубалансированный скег: обычно от 10% до 20%, поскольку скег уже принимает на себя часть нагрузки.
- Несбалансированный рупор: площадь перед штоком небольшая или отсутствует, поэтому вся гидродинамическая сила преобразуется в крутящий момент.
Для покупателя практические последствия очевидны. Если верфь заменяет лопастной руль направления на скеговый руль с той же площадью лопастей без повторной проверки привода, рулевой механизм может в конечном итоге работать с давлением от 80% до 90% от номинального только для того, чтобы держать курс в волнистом море. Это не оставляет запаса для требования к жесткому перекрытию при 35 градусах и сокращает срок службы насоса.
Формы лезвий: лопата, рожок, лоскут и высокий подъем.
Лопатовый руль
Лопата является выбором по умолчанию для нового коммерческого тоннажа, и на это есть веская причина: она обеспечивает самую высокую подъемную силу для своей площади и самый низкий крутящий момент для своего размера.
Поскольку ничто не поддерживает лопасть внизу, весь изгибающий момент плюс крутящий момент приходится на баллер руля направления. Это означает более толстую ложу, более тяжелый верхний подшипник и тщательно обработанное конусное или шпоночное соединение. Секции обычно представляют собой фольгу обтекаемой формы толщиной от 18% до 21% с тупой задней кромкой во избежание кавитации. Компромиссом является защита грунта: если судно берет дно, обычно повреждаются лопасть или ложа.
Руль направления
Рупорный руль по-прежнему распространен на старых одновинтовых грузовых кораблях и на некоторых рабочих лодках, и его выбирают из соображений надежности, а не эффективности.
Фиксированная конструкция рога перед лезвием несет нижнюю цапфу, поэтому ложа гораздо меньше изгибается. Крутящий момент высок, ход назад хуже, потому что звуковой сигнал блокирует поток при реверсе винта, а весь узел увеличивает сопротивление. При ремонте замена руля направления на полусбалансированный скеговый тип часто является одним из самых дешевых изменений, позволяющих экономить топливо, при условии повторной проверки привода и приклада.
Полубалансированный скеговый руль направления
Полубалансированный скеговый руль является стандартным решением там, где гребной винт и лопасть нуждаются в физической защите: рыболовные суда, работающие на мелководье, небольшие каботажные суда и портовые суда, которые регулярно приходят рядом.
По крутящему моменту он находится между двумя другими и обеспечивает предсказуемое рулевое управление, поскольку скег стабилизирует поток в лопасть. Подшипник цапфы является точкой обслуживания, на которую следует обратить внимание: зазор обычно указан в утвержденном классом чертеже, а изношенная цапфа проявляется вибрацией руля направления под небольшими углами задолго до того, как это проявляется в тяжелом рулевом управлении.
Закрылки и шарнирные рули направления
Закрылок руля направления добавляет шарнирную заднюю секцию, которая отклоняется дальше, чем основная лопасть, и может существенно увеличивать подъемную силу при том же угле руля направления, что полезно, когда парому приходится удерживать узкий канал при боковом ветре.
Крутящий момент не увеличивается автоматически, поскольку закрылок также задерживает срыв основного лезвия. Что увеличивает, так это количество частей. Для рычажных механизмов, штифтов и упоров необходимо прописать интервалы проверки в системе планового технического обслуживания, а угол закрылка необходимо установить во время ввода в эксплуатацию, чтобы он соответствовал геометрии, утвержденной классом.
Высокоподъемные и специальные типы
К этой группе относятся выпуклые рули с бульбом обтекаемой формы на передней кромке лопасти, а также рули, установленные за соплом винта.
Они подбираются индивидуально, обычно после CFD или модельного тестирования, поскольку выигрыш зависит от формы корпуса и поля следа. На судах-толкачах и буксирах, предназначенных для внутреннего плавания, дополнительная подъемная сила напрямую увеличивает тормозной путь в шлюзе — это аргумент в пользу безопасности, а не только эффективности.
Как тип руля влияет на выбор рулевого механизма
Как только тип руля направления определен, рулевой механизм следует за крутящим моментом, и две основные гидравлические системы охватывают почти весь коммерческий диапазон.
Привод вилочного типа (также называемый поворотно-лопастным или вилочным) поворачивает баллер руля направления с помощью вилки и румпеля и обычно является выбором для более крупных одиночных рулей направления с выходным усилием примерно от 25 кН·м до примерно 1350 кН·м. Он сохраняет широкий диапазон углов поворота руля направления и выдерживает более высокие крутящие моменты, которые требуются для несбалансированных и больших лопастных рулей направления. Типичные установки такого типа описаны здесь: исполнительные устройства вилочного типа .
В конструкции с поворотным цилиндром используется один или два гидравлических цилиндра, толкающих румпель, и она подходит для рулей меньшего размера, для установок с двумя рулями направления и для помещений, где важна компактность. Обычными являются диапазоны мощности от 8 до 600 кН·м.
Гидравлический рулевой механизм вилочного типа для морских судов Просмотрите варианты вилочного гидравлического рулевого механизма для управления рулем направления морской и авиационной техники со ссылками на контакты поставщиков и списками моделей с 01 по 09. Посмотреть продукт → Соответствие типа руля судну и торговому направлению
Тип судна и характер торговли сужают выбор быстрее, чем любой другой фактор.
- Контейнеровозы и большие паромы: полностью сбалансированный лопастной руль направления, иногда с закрылком, рассчитанный на поворот на 35 градусов на рабочей скорости.
- Рыболовные суда и небольшие каботажные суда: полусбалансированный скеговый руль направления для заземления и защиты гребного винта, с подшипником цапфы, который, где это возможно, можно осмотреть на плаву.
- Портовые и океанские буксиры: закрылки с высокой подъемной силой или рули направления, установленные на соплах, часто в сочетании с рулевым механизмом, рассчитанным на устойчивый высокий крутящий момент, а не на максимальный крутящий момент.
- Двухвинтовые рабочие лодки и малые суда: компактный рулевой механизм с поворотным цилиндром, поскольку двум рулям направления редко требуется крутящий момент одной большой лопаты.
- Парусные и моторные яхты: лопаточный руль направления, тонкие секции крыльев, низкий коэффициент балансировки, позволяющий чувствовать себя за штурвалом.
Для небольших рулей направления и ограниченного машинного отделения активация на основе цилиндра, используемая в приводы поворотного движения часто это практичный путь, поскольку он позволяет переместить оборудование в фактически доступное пространство.
Гидравлический рулевой механизм с поворотным цилиндром для морского рулевого управления Страница продукта для рулевого механизма с поворотным цилиндром автомата перекоса, показаны варианты 01–07 и варианты контактов; подходит для больших судов, которым требуется компактное рулевое управление с высоким крутящим моментом. Посмотреть продукт → Правила, допуски и документация для проверки
Вопрос о том, будет ли принят руль направления и его рулевой механизм, решается двумя документами: утвержденным классом чертежом руля направления и сертификатом утверждения типа рулевого механизма.
Правило SOLAS II-1/29 устанавливает рабочий диапазон, которому должен соответствовать любой тип: главный рулевой механизм должен перемещать руль направления от 35 градусов с одной стороны до 35 градусов с другой на максимальной рабочей скорости, а вспомогательный механизм, если он установлен, должен достигать 15 градусов в каждую сторону в течение определенного времени. Правила класса, основанные на унифицированных требованиях IACS, затем регулируют размер запаса, прочность рупора, а также давление и резервирование гидравлической системы.
В заказ на поставку стоит включить три чека:
- Расчет диаметра заготовки: подтвердите фактор материала и используемый расчетный крутящий момент, а также то, что расчет соответствует фактически заказанному типу руля направления, а не более ранней версии чертежа.
- Калибровка угла и обратной связи: Указатели угла руля и концевые выключатели должны быть установлены напротив механических упоров, а электрический ноль занесен в протокол пуско-наладочных работ.
- Измерение крутящего момента на морских испытаниях: измеренный крутящий момент, который отличается от прогнозируемого значения более чем на 10 %, обычно является поводом для повторной проверки геометрии лопасти, коэффициента балансировки и зазора подшипника.
Сварные швы на соединении лопасти с лопаткой, а также на узле рупора или скега обычно подлежат ультразвуковому или капиллярному контролю, протоколы которого включаются в документацию на поставку вместе с паспортами на материалы.
Ловушки закупок, которые впоследствии будут стоить денег
Большинство проблем с рулем, которые возникают после поставки, связаны с несколькими решениями, принятыми на этапе предложения.
- Сравнение рулей только по площади лопастей. Площадь ничего не говорит о крутящем моменте; соотношение баланса и профиль делают.
- Игнорирование чрезмерного баланса. Руль направления, который слишком легко поворачивается на малых углах, может люфтить, неравномерно нагружать передачу и изнашивать цапфу или верхний подшипник.
- Повторное использование существующего привода при смене руля направления. Новый профиль лопасти с более высоким коэффициентом подъемной силы может превысить запас по давлению старого механизма, даже если площадь не изменилась.
- Пропуск рисунка интерфейса. Конус штока, шпоночный паз, посадка румпеля и центры подшипников должны быть согласованы между поставщиками руля направления и рулевого механизма до их изготовления.
- Предполагается, что одобрение класса распространяется на всю сборку. Руль направления, шток, звуковой сигнал и рулевое устройство могут иметь отдельные одобрения; комбинацию все еще необходимо сверить с обозначением класса судна.
Часто задаваемые вопросы
Какой тип руля направления наиболее эффективен?
Полностью сбалансированный лопастной руль направления обычно обеспечивает максимальную подъемную силу при наименьшем крутящем моменте, поэтому он доминирует в новом коммерческом тоннаже. Однако эффективность в гидродинамическом смысле не то же самое, что пригодность: лопата не защищает, если судно работает на мелководье.
Что на самом деле означает «сбалансированный» на руле направления?
Это относится к доле площади лопасти, расположенной вперед от оси баллера руля направления. Эта область создает противодействующий момент, поэтому сбалансированному рулю направления требуется меньший крутящий момент для поворота при том же размере лопастей. Коэффициенты балансировки в районе 20–25% типичны для лопастных рулей.
Можно ли заменить рупорный руль на лопастной?
Да, и это обычный ремонт, но ложу, подшипники, рулевой механизм и конструкцию корпуса приходится перепроверять. Лопата создает изгибающую нагрузку на ложу, которую раньше нес на себе рожок, поэтому ложа и конструкция верхнего подшипника обычно также меняются.
Какой угол поворота должен обеспечивать рулевой механизм?
SOLAS требует, чтобы главный рулевой механизм поворачивал руль направления на 35 градусов в каждую сторону на максимальной рабочей скорости, а вспомогательные средства - на 15 градусов в каждую сторону в качестве запасного варианта. Многие конструкторы устанавливают механические ограничители немного дальше этого значения, поэтому электрические ограничения всегда срабатывают до контакта с металлом.
