Рулевое устройство является основным средством, обеспечивающим надежное управление судном при любых условиях плавания. Его конструкция должна удовлетворять требованиям Речного Регистра, предъявляемым к судну данного типа. Оно состоит из руля, рулевого привода, рулевой машинки, аксиометра, а иногда и рулевого указателя. В настоящее время на судах находят применение поворотные насадки, активные рули и подруливающие устройства.

Рули в зависимости от формы и расположения пера по отношению к оси вращения подразделяются на простые, балансирные и полубалансирные (рис. 33).

Простым называется руль, у которого перо расположено по одну сторону оси вращения (баллера). По форме профиля в плане простые рули могут быть плоскими (пластинчатыми) и обтекаемыми. Балансирным называется руль, у которого перо расположено по обе стороны баллера. Передняя по отношению к баллеру часть пера называется балансирной частью. В зависимости от конструкции кормовой части судна балансирные рули могут иметь нижнюю опору крепления или быть подвесными. Подвесной балансирный руль крепится на палубе или в корпусе судна (ахтерпике) на специальном фундаменте.

Полубалансирный отличается от балансирного руля тем, что его балансирная часть меньше по высоте, чем все перо руля, и расположена только в нижней части.

Для обеспечения управляемости на заднем ходу толкачи оборудуются рулями заднего хода (так называемыми фланкирующими), которые устанавливаются впереди гребных винтов с таким расчетом, чтобы поток воды, возникающий при работе винтов на задний ход, был направлен на эти рули.

Поворотная насадка (рис. 34) представляет собой металлический цилиндр, внутри которого находится гребной винт судна. Своей верхней частью цилиндр крепится к баллеру, при помощи которого его можно поворачивать относительно гребного винта.

У выходного отверстия насадки, для большей эффективности ее действия на управляемость судна, укреплен пластинчатый руль, который часто называют стабилизатором. С этой же целью в дополнение к стабилизатору иногда насадки оборудуются радиальными ребрами жесткости и шайбами.

Подруливающее устройство представляет собой трубу, установленную поперек корпуса судна, через которую с борта на борт прокачивается забортная вода с помощью центробежного насоса или винта. В первом случае подруливающее устройство называют насосным, а во втором-туннельным. Выходные отверстия в бортах имеют профилированную наделку и решетки для защиты трубы (туннеля) от попадания посторонних предметов. Принцип действия устройства заключается в том, что при перекачке (прогонке) воды с одного борта на другой вследствие реакции выбрасываемой струи создается упор, перпендикулярный диаметральной плоскости судна, что способствует перемещению судна вправо или влево. При изменении направления выброса струи будет изменяться и направление перемещения судна.

Рулевые приводы служат для передачи усилий от рулевой машины на баллер руля. Наибольшее распространение получили приводы секторного типа с гибкой или жесткой передачей.

Рис. 37. Схема электрогидравлического рулевого устройства

При гибкой передаче, которая получила название штуртросовой, усилие с рулевой машины на сектор передается при помощи цепи, стального гибкого троса или стального прутка. Цепь обычно ставят на участке, проходящем через звездочку рулевой машины, а на прямых участках — стальной трос или пруток. Для соединения отдельных участков штуртроса применяются замки, зажимы и талрепы. Чтобы изменить направление штуртроса, на криволинейных участках ставят направляющие блоки-роульсы, а для предохранения штуртроса от истирания о палубу — палубные катки.

В последнее время на судах находят все большее применение жесткие передачи — валиковые и шестеренчатые.

Валиковая передача (рис. 35) представляет собой систему жестких звеньев валиков, соединенных между собой универсальными шарнирами или коническими зубчатыми шестеренчатыми передачами.

Шестеренчатая передача представляет собой систему шестерен и валиков, при этом усилие рулевой машины передается на сектор руля с помощью червяка через шестерню.

На судах, имеющих два и более рулей, рулевой привод имеет более сложную конструкцию.

Рулевые машины по своей конструкции делятся на ручные, паровые, электрические и гидравлические.

Ручные рулевые машины просты по конструкции, поэтому их устанавливают на небольших судах (катерах) и на несамоходном флоте. Основными элементами ручных рулевых машин являются штурвальное колесо и связанный с ним барабан, на который наматывается цепь или трос (при штуртросной передаче). Если на судне применяется не штуртросная, а валиковая передача усилий от рулевой машины к рулю, то штурвальное колесо соединяется с шестеренчатым или червячным приводом, который механически связан с этой валиковой передачей.

Паровые рулевые машины ставятся на пароходах в качестве основных.

На большинстве современных теплоходов нашли применение электрические рулевые машины. Они устанавливаются в рулевой рубке или в румпельном отделении, находящемся в кормовом отсеке судна. Электродвигатель приводится в действие с пульта управления из рулевой рубки. Пульт управления имеет манипулятор. Поворотом рукоятки манипулятора вправо или влево включаются соответствующие контакты, и вал электродвигателя начинает вращаться в правую или в левую сторону, изменяя положение рулей судна. Если рули повернутся на тот или иной борт до своего крайнего положения, контакты размыкаются и электродвигатель автоматически выключается.

Рис. 38. Схема гидравлического рулевого устройства теплохода "Метеор":
1-цилиндр-исполнитель; 2-гидроусилитель; 3-штурвал; 4-цилиндр-датчик; 5-рулевая машина; 6-расходный бачок; 7-баллон с воздухом; 8-ручной аварийный насос; 9-гидронасос; 10-гидроаккумулятор

На заметку : Киевская Штурман проводит обучение вождению и повышение водительских навыков.

При установке электрических рулевых машин в обязательном порядке предусматривается резервный (запасной) ручной привод рулевого устройства. Чтобы не выполнять каких-либо переключений, при переходе на ручное управление применяют дифференциал Федорицкого.

Этот дифференциал (рис. 36) устроен и работает следующим образом. Червячные шестерни (колеса) 2 и 5 свободно вращаются на вертикальном валу 6. Внутренние торцовые поверхности этих червячных шестерен жестко связаны с коническими шестернями. На вертикальном валу при помощи шпоночного соединения закреплена крестовина 4, на конце которой свободно вращаются конические шестерни-сателлиты 3, связанные с коническими шестернями червячных колес 2 и 5. На верхний конец вала 6 посажена на шпонке цилиндрическая шестерня 7, входящая в зацепление с зубчатым сектором рулевого привода.

Червячный винт 9 вращается электродвигателем рулевого устройства. Червячный винт 8 связан с ручным запасным приводом и при работе электродвигателя неподвижен. Вследствие этого оказывается застопоренной червячная шестерня 5 с прикрепленной к ней снизу конической шестерней. Червячная шестерня 2 вращается винтом 9, а ее коническая верхняя шестерня заставляет вращаться шестерни-сателлиты 3. Но поскольку шестерня 5 застопорена, то шестерни 3 обегают по ее конической части, поворачивая крестовину 4, связанный с ней вал 6 и шестерню 7. Зубчатый сектор, соединенный шестерней 7, поворачивается.

При ручном управлении застопоренной оказывается червячная шестерня 2. Тогда при вращении червячного винта 9 шестерни-сателлиты обегают коническую шестерню червячного колеса 2, за счет чего происходит поворот вала 6.

Дифференциал Федорицкого является одновременно и регулятором, снижающим число оборотов вала 6 по сравнению с оборотами вала электродвигателя (т. е. червячного винта 9). Регулятор заключен в корпус 1.

Гидравлические рулевые машины, несмотря на целый ряд положительных качеств, получили на речном флоте меньшее распространение. Они устанавливаются главным образом на крупных и скоростных судах с подводными крыльями. Принцип их работы заключается в следующем (рис. 37): электродвигатель 1 приводит в действие насос 2, перекачивающий масло в правый 5 или левый 3 гидравлический цилиндр, в результате чего в цилиндрах перемещается поршень 6 и соединенный с ним румпель 4 рулевого привода, осуществляющий поворот рулей судна.

Гидравлический рулевой привод теплохода на подводных крыльях «Метеор» представлен на рис. 38. Он состоит из силовой системы и системы управления гидроусилителем.

В силовую (открытую) систему входят гидронасос с электроприводом, гидроусилитель, гидроаккумуляторы, расходный бак, фильтры, баллон с воздухом емкостью 8 л с давлением 150 кгс/см2, ручной аварийный насос, арматура и трубопроводы.

Система управления гидроусилителем (закрытая) состоит из цилиндров-датчиков, приводимых в действие от штурвала рулевой машины, цилиндров-исполнителей, заполнительного бачка, арматуры и трубопроводов.

В качестве рабочей жидкости в системе применяется авиационная смесь АМГ-10 (авиационное масло для гидравлики).

В рулевом приводе предусмотрено комбинирование ручного и гидравлического управления, что дает возможность в случае отказа гидравлического управления немедленно перейти на ручное.

Все крупные суда независимо от того, имеют ли они паровые, электрические или гидравлические машины, должны иметь запасное ручное управление. Время перехода с основного управления рулем на запасное не должно превышать 1 мин.

Усилие на рукоятке штурвала ручных рулевых приводов не должно превышать 12 кгс.

Продолжительность перекладки руля с борта на борт на самоходных судах с механическими или электрическими машинами не должна превышать 30 с, а с ручными — 1 мин. Аксиометр — механический или электрический прибор, служащий для указания угла отклонения пера руля. На новых судах аксиометр устанавливается на пульте управления.

Рулевые указатели конструктивно связаны только с головкой баллера руля, они показывают истинное положение руля независимо от работы рулевых приводов. Показание электрического рулевого указателя может быть выведено непосредственно в рулевую рубку судна.

§ 31. Рулевое устройство

Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна, обеспечивая перекладку пера руля на некоторый угол в заданный промежуток времени.

Основные элементы рулевого устройства показаны на рис. 54.

Руль - основной орган, обеспечивающий работу устройства. Он действует только на ходу судна и в большинстве случаев располагается в кормовой части. Обычно на судне один руль. Но иногда для упрощения конструкции руля (но не рулевого устройства, которое при этом усложняется) ставят несколько рулей, сумма площадей которых должна быть равной расчетной площади пера руля.

Основной элемент руля - перо. По форме поперечного сечения перо руля может быть: а) пластинчатым или плоским, б) обтекаемым или профилированным.

Преимущество профилированного пера руля в том, что сила давления на него превосходит (на 30% и более) давление на пластинчатый руль, что улучшает поворотливость судна. Отстояние центра давления такого руля от входящей (передней) кромки руля меньше, и момент, необходимый для поворота профилированного руля, также меньше, чем у пластинчатого руля. Следовательно, потребуется и менее мощная рулевая машина. Кроме того, профилированный (обтекаемый) руль улучшает работу винта и создает меньшее сопротивление движению судна.

Форма проекции пера руля на ДП зависит от формы кормового образования корпуса, а площадь - от длины и осадки судна (L и Т). У морских судов площадь пера руля выбирается в пределах 1,7-2,5% от погруженной части площади диаметральной плоскости судна. Ось баллера является осью вращения пера руля.

Баллер руля в кормовой подзор корпуса входит через гельм- портовую трубу. На верхней части баллера (голове) крепится на шпонке рычаг, называемый румпелем , служащий для передачи вращательного момента от привода через баллер на перо руля.

Рис. 54. Рулевое устройство. 1 - перо руля; 2 -баллер; 3 - румпель; 4 - рулевая машина с рулевым приводом; 5 -гельмпортовая труба; 6 - фланцевое соединение; 7 - ручной привод.

Судовые рули принято классифицировать по следующим признакам (рис. 55).

По способу крепления пера руля с корпусом судна различают рули:

А) простые - с опорой на нижнем торце руля или со многими опорами на рудерпосте;

Б) полуподвесные - с опорой на специальном кронштейне в одной промежуточной точке по высоте пера руля;

В) подвесные - висящие на баллере.

По положению оси вращения относительно пера руля различают рули:

А) пебалапсириые - с осью, размещенной у передней (входящей) кромки пера;

Б) полубалансирные - с осью, расположенной на некотором расстоянии от передней кромки руля, и отсутствием площади в верхней части пера руля, в нос от оси вращения;

Рис. 55. Классификация судовых рулей в зависимости от способа крепления их с корпусом и расположения оси поворота: а - небалансирные; б- балансирные. 1 - простой; 2 - полуподвесной; 3 - подвесной.

в) балансирные - с осью, расположенной так же, как у полу- балансирного руля, но с площадью балансирной части пера на всю высоту руля.

Отношение площади балансирной (носовой) части ко всей площади руля называется коэффициентом компенсации, который у морских судов лежит в пределах 0,20-0,35, а у речных 0,10-0,25.

Рулевой привод представляет собой механизм, передающий на руль усилия, развиваемые в рулевых двигателях и машинах.

Рулевая машина на судах приводится в действие электрическими или электрогидравлическими двигателями. На судах длиною менее 60 м разрешается вместо машины установка ручных приводов. Мощность рулевой машины выбирается исходя из расчета перекладки руля на предельный угол до 35° с борта на борт за 30 сек.

Рулевой привод предназначается для передачи команд от штурмана из рулевой рубки к рулевой машине в румпельное отделение. Наибольшее применение находят электрическая или гидравлическая передачи. На малых судах применяются валиковые или тросовые приводы, в последнем случае этот привод называют - штуртросовым.

Рис. 56. Активный руль: а - с конической передачей на винт; б - с электромотором водяного исполнения.

Контрольные приборы следят за положением рулей и исправным действием всего устройства.

Приборы управления передают приказания рулевому при управлении рулем вручную. Рулевое устройство - одно из самых важных устройств, обеспечивающих живучесть судна.

На случай аварии рулевое устройство имеет дублирующий пост управления рулем, состоящий из штурвала и ручного привода, расположенных в румпель- ном отделении или вблизи от него.

На малых ходах судна рулевые устройства становятся недостаточно эффективными и порой делают судно совершенно неуправляемым.

Для повышения маневренности на современных судах некоторых типов (промысловых, буксирах, пассажирских и специальных судах и кораблях) устанавливают активные рули, поворотные насадки, подруливающие устройства или крыльчатые движители. Эти устройства позволяют судам самостоятельно выполнять сложные маневры в открытом море, а также проходить без вспомогательных буксиров узкости, входить на акваторию рейда и гавани и подходить к причалам, разворачиваться и отходить от них, экономя на этом время и средства.

Активный руль (рис. 56) представляет собой перо обтекаемого руля, на задней кромке которого установлена насадка с гребным винтом, приводящимся в движение от валиковой кони- ческой передачи, проходящей через пустотелый баллер и вращающийся от электродвигателя, установленного на голове баллера. Существует тип активного руля с вращением винта от электродвигателя водяного исполнения (работающего в воде) вмонтированного в перо руля.

При перекладке активного руля на борт работающий в нем винт создает упор, разворачивающий корму относительно оси поворота судна. При работе гребного винта активного руля на ходу судна скорость судна увеличивается на 2-3 узла. При остановленных главных двигателях от работы гребного винта активного руля судну сообщается малый ход до 5 узл.

Поворотная насадка , установленная вместо руля, при перекладке на борт отклоняет отбрасываемую гребным винтом струю воды, реакция которой вызывает разворот кормовой оконечности судна. Поворотные насадки преимущественно находят применение на речных судах.

Подруливающие устройства выполняются обычно в виде туннелей, проходящих через корпус, в плоскости шпангоутов, в кормовой и носовой оконечностях судна. В туннелях размещается гребной винт, крыльчатый или водометный движитель, создающие струи воды, реакции которых, направленные от противоположных бортов, разворачивают судно. При работе кормового и носового устройства на один борт судно перемещается лагом (перпендикулярно диаметральной плоскости судна), что очень удобно при подходе или отходе судна от стенки.

Крыльчатые движители, установленные в оконечностях корпуса также увеличивают маневренность судна.

Рулевое устройство подводной лодки обеспечивает более разнообразные ее маневренные качества. Устройство предназначается для обеспечения управляемости подводных лодок в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Управление подводной лодкой в горизонтальной плоскости обеспечивает плавание лодки по заданному курсу и осуществляется вертикальным и рулями , площадь которых несколько больше площади рулей надводных судов и определяется в пределах 2-3% от площади погруженной части диаметральной плоскости лодки.

Управление подводной лодкой в вертикальной плоскости на заданной глубине обеспечивается при помощи горизонтальных рулей.

Рулевое устройство горизонтальных рулей состоит из двух пар рулей с их приводами и передачами. Рули делаются парными, т. е. на одном горизонтальном баллере располагаются по бортам лодки два одинаковых пера руля. Горизонтальные рули бывают кормовыми и носовыми в зависимости от места расположения по длине лодки. Площадь кормовых горизонтальных рулей больше площади носовых рулей в 1,2-1,6 раза. Благодаря этому эффективность кормовых горизонтальных рулей в 2-3 раза выше эффективности носовых. Для увеличения момента, создаваемого кормовыми горизонтальными рулями, их обычно располагают за винтами.

Носовые горизонтальные рули на современных подводных лодках являются вспомогательными, их делают заваливающимися и устанавливают в носовой надстройке выше ватерлинии, чтобы не создавать дополнительного сопротивления и не мешать управлению лодкой при помощи кормовых горизонтальных рулей на больших скоростях подводного хода.

Обычно на полной и средней скорости подводного хода управление подводной лодкой производится при помощи одних кормовых горизонтальных рулей.

При малой скорости хода управление лодкой кормовыми горизонтальными рулями становится невозможным. Скорость, при которой лодка теряет управляемость, называется инверсивной скоростью . На этой скорости лодка должна управляться одновременно кормовыми и носовыми горизонтальными рулями.

Основные составные элементы рулевого устройства горизонтальных рулей и вертикальных рулей однотипны.

Назначение : обеспечение управляемости судна, т.е. его способности двигаться по определённой траектории.

Конструкция рулевого устройства .

Общее расположение одного из вариантов рулевого устройства представлено на рисунке.

Рис. 3.1.1. Схема рулевого устройства:

1- перо руля; 2 – фланцевое соединение; 3- опоры баллера;

4 – голова баллера; 5 – рулевой привод; 6 – рулевая машина;

7- штурвал; 8 – рулевая передача; 9 – баллер; 10 – гельмпортовая труба;

11 – петля пера руля; 12 – штырь; 13 – петля рудерпоста;

14 – рудерпост; 15 – пятка ахтерштевня.

Основным элементом, создающим необходимое для маневра усилие, является перо руля 1. Для поворота пера руля на некоторый угол относительно ДП служит баллер 9 – вал переменного по длине диаметра. Участки с увеличенным по сравнению с расчётным диаметром предусматриваются в местах расположения опор баллера 3 для повышения ремонтопригодности. Для соединения баллера и пера руля чаще всего используют либо фланцевое соединение 2, изображённое на рисунке, либо конусное соединение. Баллер руля входит в кормовой подзор корпуса судна через гельмпортовую трубу 10, обеспечивающую непроницаемость корпуса, и имеет не менее двух опор 3 по высоте. Нижняя опора располагается над гельмпортовой трубой и имеет сальниковое уплотнение, препятствующее попаданию воды в корпус судна. Верхняя опора располагается непосредственно у головы баллера, обычно она воспринимает массу баллера и руля, поэтому на баллере делают кольцевой выступ.

Необходимое для поворота руля усилие на баллере создаётся посредством рулевого привода . В состав рулевого привода входят: рулевая машина 6; средства передачи крутящего момента от рулевой машины голове баллера 4 (рулевой привод - румпель или сектор 5); рулевая передача 8; а так же система дистанционного управления рулевым приводом – устройство для передачи команд по перекладке руля с ходового мостика (от штурвала 7) на органы управления рулевой машины.

Классификация рулей .

По распределению площади пера руля относительно оси вращения выделяют следующие типы рулей (рисунок 3.1.2):

Рис. 3.1.2. Классификация рулей по распределению площади:

1 – перо руля; 2 – противоледовый выступ; 3 – баллер;

4 – рудерпост; 5- кронштейн.

- небалансирный (обычный ) (рис. 3.1.2, а), ось вращения которого близка к передней (носовой) кромке пера руля (отстоит от неё на расстояние, равное радиусу опоры руля);

- балансирный (рис. 3.1.2, б), ось вращения которого смещена ближе к центру гидродинамического давления (отстоит от передней кромки на расстояние, большее радиуса опоры руля), при этом часть площади пера, находящаяся в нос от оси вращения, называется балансирной;

- полубалансирный (рис. 3.1.2, в), у которого распределение площади в нижней части пера руля соответствует балансирному, а в верхней – обычному рулю;

- подвесной (рис. 3.1.2, г), выделяется в классификации традиционно и является тем же балансирным рулём, отличающимся тем, что непосредственно на пере руля опоры не размещаются.

Балансирные и полубалансирные рули характеризуются коэффициентом балансирности k d:

где: F d - часть площади пера руля, находящаяся между передней кромкой и осью вращения (балансирная), м 2 ; F – полная площадь пера руля, м 2 .

Для балансирных рулей обычно k d = 0,21¸0,23, для полубалансирных k d = 0,15.

Достоинство балансирных и полубалансирных рулей: вследствие меньшего отстояния центра давления от оси вращения момент на баллере требуется меньше, чем у небалансирных.

Недостаток – крепление таких рулей к судну сложнее и менее надёжно.

По форме профиля выделяют следующие типы рулей:

- плоские однослойные, из-за своей низкой эффективности применяются редко – в основном на несамоходных судах;

- профилированные двухслойные (обтекаемые ), состоящие из наружной обшивки и внутреннего набора. Набор формируется из горизонтальных рёбёр и вертикальных диафрагм, сваренных друг с другом. Гоизонтальные рёбра крепятся к основе пера руля – рудерпису, представляющему собой массивный вертикальный стержень. Рудерпис изготавливается вместе с петлями для навешивания пера руля на рудерпост. Конкретную форму профиля руля как правило подбирают экспериментально, соответственно, именуют профили по названию лабораторий, в которых они разработаны.

Рулевые приводы, их виды, конструкция и требования к ним .

Рулевой привод предназначен для непосредственного выполнения перекладки руля и контроля его положения.

В составе рулевого привода можно выделить (достаточно условно) следующие элементы:

Устройство для передачи крутящего момента от рулевой машины к баллеру (иногда называемое собственно рулевым приводом);

Рулевая машина – силовая установка, создающая необходимое усилие для поворота баллера;

Рулевая передача, осуществляющая связь между постом управления и рулевой машиной;

Система контроля.

Выделяют следующие основные виды рулевых приводов:

Механические (ручные), к которым относятся румпельно-штуртросовые, секторно-штуртросовые, секторные с валиковой проводкой, винтовые румпельные;

Имеющие источник энергии (гидравлические, электрические, электрогидравлические).

Механические приводы применяются только на малых судах и в качестве вспомогательных рулевых приводов.

Требования к рулевым приводам содержатся в Правилах классификации и постройки морских судов РМРС (том 1, раздел III «Устройства, оборудование и снабжение», п. 2 «Рулевое устройство» и том 2, раздел IX «Механизмы», п.6.2 «Рулевые приводы»). Среди основных требований можно выделить следующие:

1. Все суда должны быть снабжены главным и вспомогательным рулевыми приводами, действующими независимо один от другого.

2. Главный привод и баллер должны обеспечивать перекладку руля с 35 0 одного борта на 30 0 другого борта не более чем за 28 с при максимальной эксплуатационной осадке и скорости переднего хода.

3. Вспомогательный привод должен обеспечивать перекладку руля с 15 0 одного борта на 15 0 другого борта не более чем за 60 с при максимальной эксплуатационной осадке и скорости хода, равной половине максимальной эксплуатационной скорости переднего хода или 7 уз (в зависимости от того что больше).

4. На нефтеналивных судах, газовозах и химовозах валовой вместимостью 10000 и более, на прочих судах вместимостью 70000 и более, а также на всех атомных судах главный рулевой привод должен включать в себя два (или более) одинаковых силовых агрегата. Соответственно, для них должны быть предусмотрены две независимых системы управления с ходового мостика.

5. Управление главным приводом должно быть предусмотрено с ходового мостика и из румпельного отделения.

6. Управление вспомогательным приводом должно быть предусмотрено из румпельного отделения, а в том случае если он действует от источника энергии – должно быть предусмотрено также независимое управление с ходового мостика.

7. Конструкция рулевых приводов должна обеспечивать переход при аварии с главного привода на вспомогательный за время не более 2 мин.

8. Должен быть обеспечен контроль положения руля.

Выделяют следующие типы рулевых приводов:

Продольно-румпельный, в котором одноплечий румпель, насаженный на головку баллера, расположен в продольном направлении (рис. 3.1.3, а);

Поперечно-румпельный, в котором румпель представляет собой двуплечий рычаг (рис. 3.1.3, б) – название при этом условно, т.к. румпель может находиться как вдоль, так и поперёк ДП судна;

Секторный, в котором насаженный на головку баллера сектор поворачивается ведущей шестернёй рулевой машины (рис. 3.1.3, в).

а) б) в)

Рис. 3.1.3 Типы рулевых приводов:

а – продольно-румпельный; б – поперечно-румпельный; в секторный.

В настоящее время на крупных судах получил распространение поперечно-румпельный привод с совмещённой с ним четырёхплунжерной гидравлической рулевой машиной.

Выделяют следующие типы рулевых передач:

Валиковая, при которой связь между постом управления и исполнительным механизмом (например, золотником гидравлической рулевой машины) осуществляется посредством системы стальных валиков (отрезков труб), соединённых между собой с помощью шарниров или конических зубчатых передач;

Гидравлическая, в которой используется объёмный гидропривод;

Электрическая, состоящая из системы самосинхронизирующихся двигателей – при вращении штурвала в роторе передающего двигателя (генератора) возбуждается ток, вызывающей вращение ротора приёмника, соединённого с исполнительным механизмом рулевой машины.

Из различных типов рулевых машин наибольшее распространение получили электрические и электрогидравлические рулевые машины.

Наиболее распространёнными на современных судах являются электрогидравлические четырёхплунжерные рулевые машины с поперечно-румпельным рулевым приводом. Конструкция такой ЭГРМ с механической обратной связью приведена на рисунке 3.1.4.

Рис. 3.1.4 Электрогидравлическая рулевая машина (ЭГРМ)

Два идентичных исполнительных механизма ИМ (приводимых в действие электродвигателями 11 от двух электрических линий управления) работают на один выходной управляющий элемент – шток 12. Перемещение штока h (являющееся заданием на перекладку руля) с помощью рычагов BD и FG, соединённых в точке С, и штанги 17 передаётся насосам регулируемой подачи 8, приводимых в действие электродвигателями 7. Насосы согласно полученным перемещениям е 1 и е 2 регулируемых органов создают подачу Q 1 и Q 2 соответственно.

При работе насосов в цилиндрах рулевой машины 6 создаётся перепад давлений р 1 – р 2 , в результате чего баллер 3 посредством плунжеров 5 и румпеля 2 поворачивается, и руль 1 перекладывается на некоторый угол a.

При этом обратная механическая связь 4 возвращает посредством рычагов DB и FG штангу 17 в исходное среднее положение, в котором суммарное перемещение регулируемых органов насосов е = 0. Давления в полостях цилиндров выравниваются, перемещение руля останавливается и поддерживается заданный угол a. Таким образом, данная ЭГРМ с механической обратной связью представляет собой автономную следящую систему, включённую последовательно замкнутому контуру электрической системы управления.

Указатели положения руля на мостике получают электрический сигнал от датчика 14, приводимого в действие рычагом 13, соединённым со штоком 12.

Для согласования нулевых положений штанги и управляемых органов насосов служит регулировочное устройство, состоящее из винтовых соединений 15 и 16 на концах штанги NL. Серьги AB и HG компенсируют взаимное перемещение рычагов.

В случае отказа дистанционной системы управления рулевая машина приводится в действие штурвалом 10, соединённым с редуктором 9.

(возможность изготовления блоков и секций «под крышей» позволяет повысить качество их сборки и сократить время изготовления). Одновременно со сборкой корпуса его насыщают крупногабаритным оборудованием. Процесс постройки судна на стапеле завершается его спуском .

Итак, стапель по определению - это построечно-спусковое сооружение, представляющее собой наклонную плоскость, на которой производится постройка судна. Спуск судна на воду осуществляется под действием его собственной массы, для чего наклонный стапель оборудуется спусковыми дорожками, по которым на салазках скользит построенное судно. Для обеспечения скольжения на спусковые дорожки наносится слой специальной спусковой насалки или салазок, которые имеют на соприкасающихся плоскостях покрытие из антифрикционных материалов (пластмасс). Различают наклонные стапели - продольные и поперечные, стапель-палубы, а также другие виды стапелей.

Наклонный стапель, как и стапельное место любого другого типа, снабжают подъёмно-транспортным оборудованием (портальными , башенными или козловыми подъёмными кранами), а также инженерными сетями для подачи электроэнергии, сжатого воздуха, газов, пара, воды. Недостатками наклонного стапеля являются: неуправляемый и неконтролируемый спуск судов, значительные усилия, действующие при спуске на корпус судна и спусковое устройство, невозможность нормального спуска судна при некоторых обстоятельствах (выдавливание насалки), необходимость постройки судов в наклонном положении (только для продольных наклонных стапелей), сложность перекрытия эллингами .

Поперечный стапель

Поперечный стапель обеспечивает спуск судна в направлении, перпендикулярном к диаметральной плоскости (боковой спуск). Судно строится в горизонтальном положении, что достигается разновысотностью опорного устройства по разным бортам. Уклон поперечного наклонного стапеля от 1:5 до 1:12. Число спусковых дорожек 2-20. Поперечный наклонный стапель не имеет осушаемой части. Его порог может быть под водой, у уреза воды и над водой.
На поперечном стапеле имеются наклонные спусковые полозья, находящиеся в одной плоскости и параллельные друг другу. В большинстве поперечных стапелях используют слипы.

Слипом (на рис) называют сооружение, состоящее из наклонной плоскости и горизонтальной площадки со стапельными местами. Суда строят и ремонтируют на горизонтальной площадке, а спуск (а также подъем судна на ремонт) производят по наклонной плоскости. На наклонной плоскости слипа уложены рельсовые пути 8, на каждом из которых установлена одна косяковая тележка 1, перемещаемая вверх и вниз тросом тяговой электролебедки 2. 1 - косяковая тележка, 2 - тяговая электролебедка, 3 - подъёмный кран, 4 - стапельные тележки, 5 - электрошпиль, 6, 11 - продольные и поперечные рельсовые пути, 7 - причальная бочка, 8 - рельсовый путь наклонной части, 9 - центральный пульт, 10 - электрораздаточные колонки

На горизонтальной площадке стапеля уложены продольные (откатные) 6 и поперечные (стапельные) 11 рельсовые пути, по которым на стапельных тележках 4 перемещают установленные суда. Управление перемещением косяковых и стапельных тележек осуществляют с центрального поста (пульта) 9, смонтированного на специальной вышке. Перед спуском судно перемещают на стапельных тележках по поперечным рельсовым путям до их пересечения с продольными путями. При помощи гидравлических домкратов стапельные тележки поднимают вместе с судном и разворачивают их рамы, устанавливая колёса на продольные рельсовые пути слипа. По этим путям судно перемещают к наклонной части слипа. Под судно заводят косяковые тележки и опускают его на них гидродомкратами стапельных тележек. Затем тяговыми лебёдками спускают судно в воду, после чего буксиром отводят судно к достроечной стенке, а косяковые тележки поднимают на наклонную плоскость слипа. Число спусковых тележек бывает пять-шесть и более; при строительстве крупных судов количество спусковых тележек доводят до 20. Поперечные стапели слипа обслуживают обычно башенными, портальными и железнодорожными кранами грузоподъёмностью до 25 т, используемыми при постройке и ремонте речных и морских судов длиной до 80-100 м.

Продольный стапель

Продольный стапель обеспечивает спуск судна в направлении его диаметральной плоскости. При этом основная плоскость строящегося на наклонном стапеле судна параллельна плоскости стапеля, которая имеет постоянный уклон в сторону акватории верфи от 1:12 до 1:24 (обычно 1:21-7-1:24). На некоторых продольных наклонных стапелях имеется переменный уклон, прогрессивно возрастающий в сторону акватории. Число спусковых дорожек 2-4. Спусковые дорожки продольного наклонного стапеля имеют надводные и подводные части, называемые фундаментами. Их подводное окончание называется порогом стапеля. Подводная часть спусковых дорожек может осушаться, для чего наклонный стапель в нижней части должен быть подобен сухому доку и иметь днище, стенки и головную часть с затвором.

Стапель-палуба

Стапель-палуба - палуба плавучего дока , на которой набивается килевая дорожка при постановке корабля в док. По сути говоря стапель-палуба - есть одно из важных частей плавучего дока. 1 - кран; 2 - стапель-палуба; 3 - башня; 4 - надстройка; 5 - переходный мостик; 6 - консольная площадка (авандек); 7 - служебные и жилые помещения

Плавучий док - плавучее судоподъёмное сооружение, обладающее способностью манёвра по вертикали. Для приёма корабля док погружается, поэтому он устанавливается на соответствующих глубинах, в котлованах, защищенных от волнения и ветра. Длина дока может быть несколько меньше длины наибольшего из намеченных к докованию кораблей.

Плавучие доки (на рис) изготовляются обычно из железобетона, реже из стали и имеют грузоподъёмность до 100 000 т. Плавучесть дока обеспечивается его понтонной частью. Понтоны сверху покрыты стапель-палубой с килевой дорожкой, состоящей из кильблоков , и клетками , на которые устанавливаются корабли. Жёсткость конструкции и дополнительная плавучесть дока обеспечиваются наличием двух (редко одной) башен.

См. также

Напишите отзыв о статье "Стапель (судостроение)"

Литература

• Александров В. Л. и др . Технология судостроения. - Профессия, 2003. - 342 с.
• Морской энциклопедический словарь в двух томах, том 1. Под редакцией академика Н.Н.Исанина
• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.

Отрывок, характеризующий Стапель (судостроение)

– Денисов, ты этим не шути, – крикнул Ростов, – это такое высокое, такое прекрасное чувство, такое…
– Ве"ю, ве"ю, д"ужок, и "азделяю и одоб"яю…
– Нет, не понимаешь!
И Ростов встал и пошел бродить между костров, мечтая о том, какое было бы счастие умереть, не спасая жизнь (об этом он и не смел мечтать), а просто умереть в глазах государя. Он действительно был влюблен и в царя, и в славу русского оружия, и в надежду будущего торжества. И не он один испытывал это чувство в те памятные дни, предшествующие Аустерлицкому сражению: девять десятых людей русской армии в то время были влюблены, хотя и менее восторженно, в своего царя и в славу русского оружия.

На следующий день государь остановился в Вишау. Лейб медик Вилье несколько раз был призываем к нему. В главной квартире и в ближайших войсках распространилось известие, что государь был нездоров. Он ничего не ел и дурно спал эту ночь, как говорили приближенные. Причина этого нездоровья заключалась в сильном впечатлении, произведенном на чувствительную душу государя видом раненых и убитых.
На заре 17 го числа в Вишау был препровожден с аванпостов французский офицер, приехавший под парламентерским флагом, требуя свидания с русским императором. Офицер этот был Савари. Государь только что заснул, и потому Савари должен был дожидаться. В полдень он был допущен к государю и через час поехал вместе с князем Долгоруковым на аванпосты французской армии.
Как слышно было, цель присылки Савари состояла в предложении свидания императора Александра с Наполеоном. В личном свидании, к радости и гордости всей армии, было отказано, и вместо государя князь Долгоруков, победитель при Вишау, был отправлен вместе с Савари для переговоров с Наполеоном, ежели переговоры эти, против чаяния, имели целью действительное желание мира.
Ввечеру вернулся Долгоруков, прошел прямо к государю и долго пробыл у него наедине.
18 и 19 ноября войска прошли еще два перехода вперед, и неприятельские аванпосты после коротких перестрелок отступали. В высших сферах армии с полдня 19 го числа началось сильное хлопотливо возбужденное движение, продолжавшееся до утра следующего дня, 20 го ноября, в который дано было столь памятное Аустерлицкое сражение.
До полудня 19 числа движение, оживленные разговоры, беготня, посылки адъютантов ограничивались одной главной квартирой императоров; после полудня того же дня движение передалось в главную квартиру Кутузова и в штабы колонных начальников. Вечером через адъютантов разнеслось это движение по всем концам и частям армии, и в ночь с 19 на 20 поднялась с ночлегов, загудела говором и заколыхалась и тронулась громадным девятиверстным холстом 80 титысячная масса союзного войска.
Сосредоточенное движение, начавшееся поутру в главной квартире императоров и давшее толчок всему дальнейшему движению, было похоже на первое движение серединного колеса больших башенных часов. Медленно двинулось одно колесо, повернулось другое, третье, и всё быстрее и быстрее пошли вертеться колеса, блоки, шестерни, начали играть куранты, выскакивать фигуры, и мерно стали подвигаться стрелки, показывая результат движения.
Как в механизме часов, так и в механизме военного дела, так же неудержимо до последнего результата раз данное движение, и так же безучастно неподвижны, за момент до передачи движения, части механизма, до которых еще не дошло дело. Свистят на осях колеса, цепляясь зубьями, шипят от быстроты вертящиеся блоки, а соседнее колесо так же спокойно и неподвижно, как будто оно сотни лет готово простоять этою неподвижностью; но пришел момент – зацепил рычаг, и, покоряясь движению, трещит, поворачиваясь, колесо и сливается в одно действие, результат и цель которого ему непонятны.
Как в часах результат сложного движения бесчисленных различных колес и блоков есть только медленное и уравномеренное движение стрелки, указывающей время, так и результатом всех сложных человеческих движений этих 1000 русских и французов – всех страстей, желаний, раскаяний, унижений, страданий, порывов гордости, страха, восторга этих людей – был только проигрыш Аустерлицкого сражения, так называемого сражения трех императоров, т. е. медленное передвижение всемирно исторической стрелки на циферблате истории человечества.
Князь Андрей был в этот день дежурным и неотлучно при главнокомандующем.
В 6 м часу вечера Кутузов приехал в главную квартиру императоров и, недолго пробыв у государя, пошел к обер гофмаршалу графу Толстому.
Болконский воспользовался этим временем, чтобы зайти к Долгорукову узнать о подробностях дела. Князь Андрей чувствовал, что Кутузов чем то расстроен и недоволен, и что им недовольны в главной квартире, и что все лица императорской главной квартиры имеют с ним тон людей, знающих что то такое, чего другие не знают; и поэтому ему хотелось поговорить с Долгоруковым.
– Ну, здравствуйте, mon cher, – сказал Долгоруков, сидевший с Билибиным за чаем. – Праздник на завтра. Что ваш старик? не в духе?
– Не скажу, чтобы был не в духе, но ему, кажется, хотелось бы, чтоб его выслушали.
– Да его слушали на военном совете и будут слушать, когда он будет говорить дело; но медлить и ждать чего то теперь, когда Бонапарт боится более всего генерального сражения, – невозможно.
– Да вы его видели? – сказал князь Андрей. – Ну, что Бонапарт? Какое впечатление он произвел на вас?
– Да, видел и убедился, что он боится генерального сражения более всего на свете, – повторил Долгоруков, видимо, дорожа этим общим выводом, сделанным им из его свидания с Наполеоном. – Ежели бы он не боялся сражения, для чего бы ему было требовать этого свидания, вести переговоры и, главное, отступать, тогда как отступление так противно всей его методе ведения войны? Поверьте мне: он боится, боится генерального сражения, его час настал. Это я вам говорю.
– Но расскажите, как он, что? – еще спросил князь Андрей.
– Он человек в сером сюртуке, очень желавший, чтобы я ему говорил «ваше величество», но, к огорчению своему, не получивший от меня никакого титула. Вот это какой человек, и больше ничего, – отвечал Долгоруков, оглядываясь с улыбкой на Билибина.
– Несмотря на мое полное уважение к старому Кутузову, – продолжал он, – хороши мы были бы все, ожидая чего то и тем давая ему случай уйти или обмануть нас, тогда как теперь он верно в наших руках. Нет, не надобно забывать Суворова и его правила: не ставить себя в положение атакованного, а атаковать самому. Поверьте, на войне энергия молодых людей часто вернее указывает путь, чем вся опытность старых кунктаторов.
– Но в какой же позиции мы атакуем его? Я был на аванпостах нынче, и нельзя решить, где он именно стоит с главными силами, – сказал князь Андрей.

Судостроительные предприятия имеют одно или несколько пост­роечных мест, которые могут быть наклонными и горизонтальными. Наклонные построечные места могут быть продольными и поперечны­ми. Горизонтальные построечные места, предназначенные и для пост­ройки, и для спуска судов на воду, сухие или наливные строительные доки. Большое количество предприятий имеет отдельные от соо­ружений для спуска судов горизонтальные построечные места.

Рис. 1 Продольный наклонный стапель
1 - батопорт;
2 - бетонная плита — основание;
a - H/L- уклон стапеля

Основной эксплуатационной характеристикой построечного места является допустимая погонная нагрузка на его основание - базовую опорную поверхность, которая в зависимости от длины судна опреде­ляет его предельный спусковой вес. Погонная нагрузка колеблется от 50 до 400 т/пог. м. Поэтому основания построечных мест должны быть прочными и жесткими, для чего их сооружают на мощных свайных фундаментах.

Продольное наклонное построечное место, показанное на рис. 1, состоит из надводной и подводной частей. Продольное на­клонное построечное место называют стапелем. Уклон стапеля состав­ляет 1/16 при его длине до 200 м и 1/20-1/24 при большей длине. Рас­пространены стапели с батопортом, позволяющим осушать подводные части стапеля и спусковых дорожек. К порогу стапеля подводят нахо­дящийся на плаву батопорт, заполняют его балластные отсеки водой и сажают днищем на торец тела стапеля. Воду, находящуюся в огражден­ном ковше стапеля, откачивают насосами. С торца по контуру стенок и днища стапеля установлены деревянные герметизирующие брусья, к которым гидростатическим давлением воды со стороны акватории прижимается батопорт.

В настоящее время строительство новых наклонных стапелей пре­кратилось, а существующие постепенно выводят из эксплуатации.

В связи с увеличением выпуска судов и ростом их размерений мно­гие судостроительные компании активно сооружали сухие строитель­ные доки. Доки по мере накопления опыта их эксплуатации и совер­шенствования методов постройки судов превратились в главный элемент целой построечной системы.

Схема сухого строительного дока показана на рис. 2. Он представ­ляет собой сложное железобетонное гидротехническое сооружение с го­ризонтальным расположением днища.

По тоннажу возможного к постройке судна сухие строительные доки подразделяют на доки для судов дедвейтом до 100 тыс. т, от 100 до 300 тыс. т и от 300 тыс. т до 1-го млн т (супердоки). Длина доков колеблется от 300 м до 1000 м, ширина от 60 м до 100 м, глубина от 6 м до 17 м. Современные сухие доки имеют внутридоковые затворы, которые могут быть установлены по длине дока, образуя две или три строительные камеры.

Возможность образования камер позволя­ет строить одновременно несколько судов или их частей и спускать их на воду в разное время. Доки бывают с одним или двумя входами, которые закрываются батопортом (плавающим затвором) или от­кидным, поворачивающимся вокруг нижней горизонтальной оси затвором, или откатным затвором. Сокращение заказов на крупные суда привело к тому, что развитие и строительство сухих доков за­медлилось.

Рис. 2 Схема строительного дока
1 - портальный кран;
2 - козловой кран

С развитием поточных форм организации постройки судов стали применять горизонтальные построечные места, представляющие собой бетонную площадку, по которой проложены рельсовые пути. По рель­сам на судовозных тележках часть корпуса или весь корпус судна пере­мещают по позициям поточной линии и к спусковым сооружениям. Линейное расположение позиций поточной линии постройки наибо­лее рационально с организационно-технологической точки зрения, но тогда длина построечного места может сильно возрасти. Поэтому по­явились горизонтальные построечные места с параллельным располо­жением позиций.

Построечные места стремятся полностью или частично разместить в зданиях, которые называют эллингом.

Каждое построечное место снабжено подъемно-транспортным обо­рудованием, опорным или опорно-транспортным устройством, стапель­ными лесами и энергоподводами.

Подъемно-транспортное оборудование построечных мест включает подъемные краны и другие грузоподъемные средства (лифты, стрелы).

Наиболее распространенным типом подъемных кранов открытых построечных мест являются портальные краны (рис. 2). Они имеют прямые или шарнирно сочлененные стрелы, которые могут поворачи­ваться на 360° вокруг вертикальной оси. Кран передвигается вдоль по­строенного места по рельсовым крановым путям. Грузоподъемность портальных кранов составляет от 20 до 150 т.

Для обслуживания сухих строительных доков применяют козло­вые краны большой грузоподъемности. Такой кран (рис. 2) пред­ставляет собой мост на опорах-козлах, передвигающихся по рель­сам вдоль построечного места. По мосту крана перемещаются грузовые тележки с 2-3 гаками. Тележек обычно 2 и их суммарная подъемная сила образует грузоподъемность крана, которая может достигать 1500 т. Расстояние между опорами — пролет крана — мо­жет быть до 200 м. Такие краны могут обслуживать не только пост­роечные места, но и преддоковые площадки, расположенные перед и по бокам построечного места. На них осуществляют укрупнение секций, блоков, модулей.

Рис. 3 Схема трансбордера
1 - судовозные рельсы;
2 - рельсы трансбордера;
3 - стальной канат;
4 - трансбордер;
5 - шкив;
6 - трансбордерная яма;
7 - лебедка;
8 - судовозная тележка

Закрытые построечные места в большинстве случаев оборудуют мостовыми кранами, грузоподъемность которых достигает 100 т и бо­лее. Кран представляет собой мост, имеющий по концам катки. Пере­двигается он по рельсовым путям, проложенным на эстакадах, распо­ложенных вдоль стен здания.

В качестве транспортных средств для доставки грузов к построеч­ному месту применяют железнодорожный и автомобильный транспорт. Для перемещения на построечное место секций (блоков) массой до 600 т используют безрельсовые платформы на пневматическом ходу, буксируемые тягачом, или самоходные трейлеры примерно той же грузоподъемности. Грузовую платформу подводят под секцию (блок) и гид­равлическими домкратами снимают ее (его) с опор, пересаживая на платформу.

После транспортировки секцию (блок) устанав­ливают на опоры построечного места, действуя в обратном по­рядке, или снимают с трейлера краном. Длина трейлера дости­гает 22-24 м при ширине до 6 м. Иногда для перемещения блоков или судна в целом применяют трансбордер, показанный на рис 3, представляющий собой сварную ферму, перемещающую­ся на катках по рельсам. Блок (судно) на судовозных тележках накатывается в продольном на­правлении на трансбордер и вме­сте с ним совершает поперечное перемещение. Трансбордер ле­бедками перемещается в трансбордерной яме - заглубленном участке.

Рис. 4 Схема расположения элементов опорного устройства
1 - кильблоки;
2 - клетки;
3 - строительные стрелы;
4 - подставы

Глубина ямы может быть от 0,8 до 1,8 м. Длина трансбордера может достигать 100-150 м и более, грузоподъемность до 2000 т.

Созданы и транспортные средства на воздушной подушке. Для та­ких средств требуются существенно меньшие тяговые усилия.

Опорное устройство предназначено для поддержания в заданном положении на построечном месте как отдельных частей судна, так и всего судна в процессе его постройки. Опорное устройство состоит из кильблоков, клеток, подстав и упоров, а на наклонном продольном ста­пеле, кроме того, из строительных стрел, препятствующих смещению судна. Схема размещения элементов опорного устройства представле­на на рис. 4.

Кильблоки располагают в диаметральной плоскости судна под флора­ми и поперечными переборками. Конструкция кильблоков обеспечивает их фиксацию и быструю разборку перед спуском судна на воду, а также регулировку положения судна, блоков, днищевых секций по высоте.

Простейший кильблок, как следует из рис. 5, представляет со­бой набор металлических сварных тумб, уложенных одна на другую. Регулирование высоты кильблока осуществляют подбивкой пары ду­бовых клиньев. Такие кильблоки не обеспечивают легкой разборки при пересадке судна с опорного на спусковое устройство, работа с ними тре­бует тяжелого ручного труда.

На наклонных продольных стапелях распространены быстроразбор­ные металлические кильблоки. Представленный на рис. 5, б киль­блок имеет две стальные клиновые призмы, соединенные между собой тягой из стального угольника. Тяга стопорится самотормозящимся кли­ном. Для отдачи кильблока клин выбивают.

Применяют также гидравлические кильблоки (рис. 5, в ), состоя­щие из нижней части, имеющей гидравлический домкрат, и верхней сбрасываемой части, состоящей из металлических тумб и деревянной подушки. Гидродомкрат фиксирует верхнюю часть кильблока в преде­лах рабочего хода плунжера. Наличие единой системы подачи масла ко всем домкратам позволяет осуществлять дистанционное управле­ние высотой кильблоков и дает возможность легко пересадить судно с опорного на спусковое устройство путем снятия давления масла.

Рис. 5 Типы кильблоков
а - из металлических тумб;
б - быстро разборный;
в - гидравлический;
1 - сосновая прокладка;
2 - сосновая подушка;
3 - дубовые клинья;
4 - стапельные сварные тумбы;
5 - тяга;
7 - стальной клин;
8 - стопорная планка;
9 - гидравлический домкрат

Клетки обеспечивают устойчивое положение судна на построечном месте и разносят сосредоточенные нагрузки, например, от главных механизмов, от воды при испытании отсеков на непроницаемость на большую площадь. Клетка — часто два кильблока, поставленные рядом. Клетки располагают, как правило, под поперечными переборками.

По мере сборки и сварки секций корпуса на построечном месте устанавливают подставы и упоры — подставы под днищем, упоры по бортам. В качестве подстав и упоров используют сосновые бревна диаметром 250-300 мм. Кильблоки и подставы устанавливают вертикально под жесткие связи днища, а упоры упирают в угольники, привариваемые к наружной обшивке борта. Нижние концы подстав и упоров опирают на деревянные клинья или специальные башмаки, состоящие из двух клиновых призм, стопорящихся металлическим клином. Для отдачи подставы клин выбивают.

Количество кильблоков рассчитывают по эпюре веса судна. Ступенчатую кривую веса судна разделяют по длине на три участка, в пределах которых интенсивность нагрузки усредняют и принимают посто­янной. Для каждого участка количество кильблоков:

n к = Д пу /Q к

• Д пу - вес судна порожнем в пределах соответствующего участка;

Удельное давление на кильблок от действия Q K не должно превос­ходить допустимого давления на материал подушки, которое прини­мают равным половине давления, разрушающего подушку (для ду­ба ≤3,2 МПа). При размере подушки 25×100 см расчетная нагрузка составит 800 кН.

Количество клеток должно составлять не менее трех пар при спус­ковом весе судна до 5 тыс. т, четырех пар - при 5-10 тыс. т и шести пар при весе более 10 тыс. т.

Количество подстав:

n 0 = 0,4 Д пу /Q п

Изложенный подход к проектированию схемы опорного устройства прост, но не учитывает напряженно-деформированное состояние кон­струкций построечного места, опорных элементов и корпуса судна. В ре­зультате спусковой вес судна занижают, а количество опорных эле­ментов завышают. Разботан метод проектирования схемы опорного устройства, позволяющий точно определять соотношение нагрузок в триаде судно - опоры - стапель. Судно рассматривают как балку пе­ременного сечения, покоящуюся на упруго-податливых опорах - киль­блоках, подставах, клетках и упорах, образующих дискретное опорное поле под корпусом судна. Балка загружена распределенной по длине судна весовой нагрузкой и горизонтальными усилиями, возникающи­ми от усадки монтажных сварных швов и воздействия на корпус судна солнечного тепла.

Рис. 6 Типовые опорные схемы по ширине судна
1 - кильблок;
2 - подстава;
3 - клетка;
4 - упор

Реакции опор стапельного опорного устройства (в том числе указанных далее эквивалентных опор) рассчитывают ре­шением системы уравнений для углов поворота сечений корпуса судна на опорах от действия указанных нагрузок - системы модифициро­ванных уравнений пяти моментов. Уравнения упругих просадок эле­ментов системы судно - опоры - стапель решают на ПК с использованием модуля программного комплекса «Стапель». Комплекс позволяет при известной нагрузке от веса судна или его части опреде­лять не только упругие, но и пластические деформации подушек опор. Тем самым рассчитывают необходимое и достаточное количество опор в данный момент времени или, иначе говоря, оптимальный состав опор­ного устройства.

По результатам расчета возможно по ширине и по длине судна ус­танавливать оптимальное количество типовых опорных схем (ТОС), приведенных на рис. 6 и 7.

Схема расстановки опор вычерчивается графопостроителем. Выпол­няют проверочный расчет, который позволяет оценить допустимый спусковой вес судна и наилучшее расположение опор на любой стадии постройки судна. По сравнению с традиционными схемами расстановки опор их количество становится значительно меньше, чем получае­мое при использовании расчетной методики.

Рис. 7 Расстановка опор вдоль судна
а - весовая нагрузка судна и границы опорных участков;
1, 2,…., n, б - интервалы возможного размещения опор;
- флоры, под которыми обязательны регламентируемые сочетания опор

Опорно-транспортное устройство предназначено для поддержания строящегося судна на построечном месте в требуемом положении, пе­ремещения всего судна или его частей (блоков) при поточно-позиционной постройке с одной позиции на другую и для спусков. Основные элементы устройства - судовозные тележки грузоподъемностью от 60 до 320 т. На рис. 8 показаны составляющие опорного модуля опор­но-транспортного устройства.

Несущим элементом служит подкильная стальная балка, которая при постройке судна опирается на металлические (или железобетон­ные) килевой и боковые стулья, а при перемещении судна - на транс­портные (центрирующие) опоры судовозных тележек. В их корпуса встроены гидравлические домкраты, поднимающие и опускающие судно при его пересадке со стульев на тележки и наоборот. Домкраты имеют системы автономного питания маслом от собственного ручно­го масляного насоса и группового централизованного питания от на­сосной станции, перемещающейся в составе судовозного поезда на от­дельной тележке.

Несамоходные поезда тянут тросами с тяговым усилием лебёдок от 50 до 200 кН. Тележки соединяют в судовозный поезд тягами. В состав самоходного поезда входят самоходные тележки с электро или гидроприводами.

Рис. 8 Модули опорно-транспортного устройства
а - построечно-опорный модуль (при постройке судна);
б - транспортно-опорный модуль (при перемещении судна);
1 - боковой стул;
2 - килевой стул;
3 - стальная балка;
4 - сосновая подушка;
5 - стальные клинья;
6 - судовозная тележка;
7 - тран­спортная (центрирующая) опора

Скорость продольного перемещения судов 2-4 м/мин.

Что­бы при перемещении судна поддерживать неизменными нагрузки на те­лежки и устранять крен и дифферент судна после перемещения, тележ­ки объединяют в три группы:

1. Носовую левого и правого бортов;
2. Кормовую левого борта;
3. Кормовую право­го борта.

Цилиндры гидродомкратов в группе соединяют общим маслопроводом, образующим сообщающиеся сосуды, что обеспечивает оди­наковое давление в каждом цилиндре группы, т. е. одинаковые нагрузки на транспортно-опорные модули в пределах группы независимо от об­щих и местных неровностей рельсовых путей. Если групповая система питания отсутствует, то поддерживать требуемое давление в домкра­тах при перемещении судна приходится вручную, стравливая масло из домкратов, в которых давление растет, и подкачивая масло в домкра­ты, в которых давление падает. Такая система несовершенна и не ис­ключает аварийных ситуаций.

При достаточном количестве тележек на заводе судно может стро­иться на тележках (без пересадок), что упрощает его постановку на опо­ры и перемещение. Пока судно строится, гидравлическая система пи­тания гидродомкратов отключена, а плунжеры стопорят.

Необходимое количество транспортных опорных модулей следует определять с учетом типа системы питания гидродомкратов тележек:

n т = К Н Д С /Q т

• Q т - номинальная грузоподъемность транспортно опорного модуля, т;
• Д С - спусковой вес судна,т;
• К Н - коэффициент не­равномерности нагружения транспортных опор.

Для групповой систе­мы питания К Н = 1,25, для автономной К Н = 1,50.

Равномерное нагружение транспортно-опорных модулей обеспечи­вают, размещая их под корпусом судна с переменным шагом, пропор­циональным интенсивности весовой нагрузки по длине судна. По сту­пенчатой кривой спускового веса судна для 20-ти теоретических шпаций строят, как показано на рис. 9, интегральную кривую:

Д С = ∑ i = 1 20 Q i

На горизонтальной оси, кроме теоретических шпангоутов наносят точки и номера конструктивных шпангоутов.

Расчетная нагрузка на транспортно-опорные модули Q pт = Д с /n т (в дальнейшем построечно-опорные и транспортно-опорные модули бу­дем называть просто опорами). Проведя линии, параллельные горизон­тальной оси, на расстояниях, равных Q pт, до пересечения с интеграль­ной кривой веса и опустив перпендикуляры из точек пересечения на горизонтальную ось, получим базовое расположение опор. Первая ли­ния проводится на расстоянии Q pт /2 от оси абсцисс. Расстояние меж­ду последней линией и крайней точкой кривой должно также равнять­ся Q pт /2.

Затем оси опор, оказавшихся между конструктивными шпангоутами или под монтажными стыками секций, смещают под бли­жайшие флоры и поперечные переборки, что обеспечит соосное нагру­жение как опор, так и связей днища, и не будет мешать сборке корпуса. Каждая днищевая секция или блок при установке в процессе форми­рования корпуса должны опираться не менее чем в двух сечениях. При нарушении этого условия вводят дополнительные опоры. Таким обра­зом, получают окончательное расположение опор. Дополнительные опоры после формирования корпуса можно удалить. При групповой системе питания маслом гидродомкратов судовозных тележек реакции R 1 и R 2 транспортных опор статически определимы, так как диаметры цилиндров домкратов и давление масла в них одинаковы. Реакции вы­числяют решением уравнений равновесия судна на опорах:

m T R 1 + (n T — m T) R 2 = D П

R 1 ∑ i = 1 m T Ɩ 1 i + R 2 ∑ j = n T — m T n T Ɩ 2 j = D n × x G

• n т — количество транспортных опор в кормовой группе;
• Ɩ 1i , Ɩ 2i - от­стояние оси i -й и j -й опор от комового перпендикуляра;
• x G - отстоя­ние центра тяжести судна порожнем от кормового перпендикуляра.

При n т опорах существует n т - 1 вариантов их группирования. Оп­тимальным будет вариант, при котором разность между реакциями кор­мовой и носовой групп опор минимальна (∆R = min|R 1 — R 2 |). Во всех вариантах на величину реакции должны быть наложены ограничения 0 < R 1 < Q T и 0 < R 2 < Q T

Рис. 9 Схема определения базового расположения опор по интегральной кривой спусковой массы судна

Реакции построечных и транспортных опор с отключенной гидравликой статически неопределимы. Для их расчета можно исполь­зовать модифицированные уравнения пяти моментов, учитывающие влияние податливостей днищевых перекрытий корпуса, стапельных плит и их свайных или грунтовых оснований на величину и распре деление реакций опор.

При прямолинейной килевой линии корпуса, выравненной гидродомкратами с помощью автономной системы пи­тания, реакции опор также статически неопределимы и могут быть определены с помощью обычных уравнений трех моментов, так как килевая линия корпуса прямолинейна и, следовательно, опоры не имеют разновысотности. При пересадке судна с транспортных на по­строечные опоры без выравнивания килевой линии после перемеще­ния судна реакции построечных опор также статически неопредел и мы и для их определения используют уравнения пяти моментов с разновысотными опорами.

Каждое построечное место оборудуют наружными лесами для прохода на строящееся судно и доступа снаружи к любой части корпуса, где необходимо выполнить работы.

На лесах размещают:

• Магистрали трубопроводов сжатого воздуха;
• Пара;
• Газа;
• Электрокабельную сеть;
• Электросварочное и другое оборудование, предназначенное для обслуживания рабочих мест.

Леса, установленные в отсеках судна, называют внутренними.

На отечественных судостроительных заводах широко применяют показанные на рис. 10 наружные леса башенного типа, состоящие из башен, располагаемых через 6-8 м, и рабочих площадок, укладывае мых на кронштейны между башнями ярусами через 2,5 м. Движение людей происходит по маршевым трапам, смонтированным в отделы ных башнях, или вместо трапов применяют лифты и эскалаторы.

Башенные леса требуют:

• Большого расхода металла и дерева;
• Трудоемки в изготовлении;
• Установке;
• Эксплуатации, при демонтаже перед спуском судна на воду.

Совершенствование конструкций лесов заклю­чается в замене башенных лесов быстроразборными лесами трубчатой конструкции (рис. 10, б ), в отказе от сплошных лесов и переходе к установке в районе работ переносных площадок (этажерок) различной конструкции, которые подают подъемным краном и надежно закреп­ляют к корпусу судна.

Конструкция внутренних лесов определяется в основном высотой отсеков, в отсеках высотой до 3,5 м ставят козлы с деревянными щита­ми, от 3 до 8 м - трубчатые леса со щитовым настилом, более 8 м- леса на кронштейнах, ярусами навешиваемые на приварных зацепах на переборки и борта. На кронштейны укладывают щитовой настил.

Вместо внутренних лесов применяют механизированные устройства (рис. 11), предназначенные для доставки рабочих в район монтаж­ных соединений или в любое другое место внутри отсека. Устройство состоит из неподвижной стойки, устанавливаемой на настиле палубы и платформы, которая вращается вместе с вертикальной колонной, опущенной в подпалубное про­странство.

Рис. 10 Наружные леса
а - башенные;
б - трубчатые и переносные;
1 - башня;
2 - рабочая площадка;
3 - ярусный трап;
4 - башня с маршевым трапом;
5 - стойки трубчатых лесов;
6 - этажерки

По колонне движется каретка, к которой шарнирно при соединена горизонтальная теле скопическая стрела. На конц стрелы закреплена рабочая площадка, где находятся рабочие размещено необходимое технологическое оборудование. Приво подъема каретки установлен на новоротной платформе. На конце телескопической стрелы рядом с рабочей площадкой установлен привод её перемещения в горизон тальной плоскости. Управлени перемещением площадки производят с установленного на ней пульта. Устройство подъемным краном подают в отсек через штатные отверстия в палубе, при этом теле скопическая стрела располагается вдоль вертикальной колонны, а рабочая площадка сложена.

Рис. 11 Устройство для внутреннего доступа в отсек
1 - стойка;
2 - поворотная платформа;
3 - привод подъема каретки;
4 - те­лескопическая стрела;
5 - пульт;
6 - рабо­чая площадка;
7 - энергоподвод;
8 - под­ставка;
9 - колонна;
10 - каретка

Каждое построечное место обо­рудуется системами снабжения:

• Электроэнергией - пере­менным током напряжением 380 В для питания электродвигателей подъемных кранов и сварочных постов, напряжением 220 В для постоянного освещения и питания электродвигателей вентиляторов, отсасывающих вредные газы, выделяемые при сварочных, очистных малярных и других работах, и напряжением 36 В для переносных ламп. Ток подается от трансформаторных подстанций на силовые щиты по строенных мест. Для питания кранов ток подводится по гибким кабе­лям — троллеям, уложенным в троллейных каналах вдоль рельсовых путей крана;
• Сжатым воздухом давлением 0,5-0,6 МПа для работы пневматиче­ского инструмента и краскораспылителей. Воздух подается по постоян­ным магистральным трубопроводам от компрессорной станции через влагомаслоотделители-отстойники на разделительные коробки, к которым присоединяют гибкие переносные шланги, соединенные с инструментом;
• Кислородом и ацетиленом для газовой резки и строжки и для на­грева корпусных конструкций при их правке. К местам выполнения работ кислород и ацетилен подают по трубопроводам либо доставляют в баллонах;
• Углекислым газом и аргоном для сварки, которые подают по тру­бопроводам или от баллонов;
• Паром для отопления судовых помещений в холодное время года;
• Водой для гидравлических испытаний корпусных конструкций на непроницаемость, противопожарных целей и других нужд.

Кабели и трубопроводы прокладывают вдоль всего построечного места с обеих сторон, а посты подключения к магистралям оборудуют на башнях лесов и площадках.