Все суда морского транспортного флота в настоящее время оборудуются системами автоматического управления (САУ) курсом судна. Основным элементом САУ является прибор управления (авторулевой).
При правильной настройке авторулевой обеспечивает снижение потерь ходового времени до 3 % за счёт более точного удержания судна на заданном курсе и уменьшения тормозящего действия корпуса и руля. Углы перекладки руля при автоматическом управлении на 20 – 30 % меньше, чем при ручном.
В 80-х годах появился новый тип авторулевого – адаптивный, имеющий автоматическую настройку параметров схемы при изменении внешних условий плавания или скорости судна. Это обеспечивает оптимальный режим работы системы без участия человека-оператора.
Адаптивные авторулевые используются главным образом на крупнотоннажных судах для улучшения их управляемости, особенно при движении с малой скоростью, на мелководье и в стеснённых условиях плавания.
В настоящее время большинство транспортных судов оборудовано обычными бесконтактными авторулевыми отечественного производства типа АБР, АР, АТР и “Аист“, а также иностранного АЕГ (ФРГ), РФТ (ГДР), “Аркас” (Дания), “Декка” (Великобритания) и др.
В соответствии с международными требованиями системы автоматического управления курсом должна обеспечивать:
- переход с ручного управления на автоматическое и наоборот, с помощью не более чем двух органов управления за время не более 3с при любом положении пера руля.
- переход с автоматического на ручное управление при любых неисправностях в системе автоматического управления;
- фильтрацию сигналов управления для уменьшения числа кладок руля от рысканья при волнении;
При переходе с ручного управления на автоматическое авторулевой должен автоматически вывести судно на заданный курс.
В соответствии с требованиями Конвенции “Солас – 74” необходимо не более чем за 12 ч до отхода судна в рейс производить проверку работы как основных, так и аварийных каналов управления рулём. При этом должны быть проверены основной и вспомогательный рулевые приводы, система дистанционного управления рулевым приводом, посты управления рулём на ходовом мостике, аварийное энергопитание, указатели положения руля, аварийная сигнализация, работа автоматических ограничителей угла перекладки руля, а также работа средств связи мостика с румпельным отделением.
Необходимо по меньшей мере раза 3 в мес. проводить учения по аварийному управлению рулём, включая непосредственное управление из румпельного отделения по командам с ходового мостика.
В особо опасных в навигационном отношении районах каналы управления рулём левого и правого бортов должны работать одновременно.
Устройство авторулевых
САУ курсом судна состоит из прибора управления (ПУ), который обычно называется авторулевым, рулевого привода (РП) с управляющим органом — рулем, судна как объекта регулирования (ОР), а также внутренней (OC1) и внешней (ОС3) обратных связей (рис. 5.18).
Прибор управления системы представляет собой вычислительное устройство, построенное на электромеханических и электронных элементах и вырабатывающее сигналы управления, пропорциональные по величине углу и угловой скорости отклонения судна от заданного курса. В отечественных авторулевых, кроме того, имеется интегрирующее устройство, вырабатывающее сигнал, устраняющий снос судна при несимметричном рыскании.
На пульте управления авторулевого размещаются все необходимые органы настройки, контроля и управления системы.
На большинстве современных судов в качестве рулевого привода используются электрогидравлические рулевые машины, обеспечивающие перекладку руля со скоростью примерно 2,5—3 град/сек.
При одновременном включении насосов левого и правого бортов скорость перекладки руля увеличивается до 5 град/сек, что- положительно влияет на управляемость судна, особенно на малом ходу.
Внутренняя обратная связь в системе осуществляется с помощью устройства, механически связанного с баллером руля и вырабатывающего электрический сигнал, пропорциональный углу поворота руля.
Внешняя обратная связь обеспечивается гирокомпасом, который преобразует изменение курса судна в угол поворота сельсина-датчика курса, связанного с сельсином-приемником в авторулевом.
Все существующие системы автоматического управления курсом судна, независимо от конструкции отдельных звеньев, работают по принципу отклонения, т. е. в авторулевом непрерывно сравниваются фактическое и заданное значения курса и вырабатывается сигнал управления. Под действием этого сигнала рулевой привод перекладывает руль и возвращает судно к заданному курсу. Сигнал внутренней отрицательной обратной связи останавливает перекладку руля, а затем возвращает руль в среднее положение. Сигнал, пропорциональный скорости поворота судна, повышает чувствительность авторулевого при отклонении судна от заданного курса и обеспечивает сдерживание при возвращении на заданный курс.
Системы автоматического управления курсом удерживают судно на прямом заданном курсе в любую погоду при скорости хода более 5 узлов, а также позволяют изменять заданный курс при введении градусной поправки.
При правильной настройке авторулевой позволяет экономить до 3% ходового времени за счет более точного удержания судна на заданном курсе и уменьшения тормозящего действия корпуса и руля; углы перекладки руля при автоматическом управлении на 20—30% меньше, чем при ручном.
Современные авторулевые обеспечивают:
Автоматическое ведение судна по заданному курсу в течение морских переходов любой продолжительности при любой погоде (авторулевой не рассчитан на работу при движении судна на заднем ходу); управление рулевым приводом в зависимости от угла и скорости ухода судна с курса; автоматическое устранение сноса судна, вызванного несимметричным рысканием под действием ветра, волнения и других причин (кроме АРМ-2); изменение курса судна при автоматическом управлении на любую величину; управление рулевым приводом вручную, пользуясь штурвалом следящего управления (кроме АРМ-2); изменение курса судна при помощи выносных постов управления в случае внезапного появления опасности (в некоторых комплектациях АБР и АР).
Автоматические бесконтактные авторулевые АБР и АР наиболее широко используются в настоящее время на транспортных судах. Принципиальные схемы этих приборов аналогичны. Авторулевые АБР предназначаются для установки на судах, находящихся в эксплуатации либо построенных за рубежом, тогда как авторулевой АР устанавливается на вновь строящихся отечественных судах. АР имеет комбинированный пульт управления, совмещающий в себе схемы автоматического, следящего и штатного ручного управления. Описания этих авторулевых даны в эксплуатационной документации, имеющейся на судах.
Авторулевой типизированного ряда АТР устанавливается только на судах новой постройки, оборудованных электрогидравлическими рулевыми машинами типизированного ряда.
В систему АТР входит пульт управления — основной прибор, с помощью которого производится управление судном в автоматическом, следящем и простом режимах, а также настройка системы в процессе эксплуатации.
Пульт следящего управления—прибор, с помощью которого производится управление судном при следящем и простом режимах работы. Он устанавливается в кормовом запасном посту управления судном.
Исполнительный механизм (ИМ-1), предназначенный для управления насосом переменной производительности, или ИМ-2 — управляющий золотниковым устройством насосного агрегата постоянной производительности. ИМ устанавливается в румпельном отделении. Рулевой датчик, механически связанный с баллером руля, вырабатывает сигналы внутренней отрицательной обратной связи.
Особенность системы АТР состоит в том, что она составляет единый комплекс с рулевой машиной типизированного ряда.
Вычислительная схема авторулевого АТР собрана на бесконтактных сельсинах типа БС-404А и имеет два полностью дублированных канала управления, что значительно повышает ее надежность.
В системе предусмотрены три режима управления: простой, следящий и автоматический. Следящее управление и ввод градусных поправок к заданному курсу осуществляются поворотом штурвала, а простое дистанционное управление — путем нажатия специальных клавиш.
В авторулевом предусмотрен автоматический возврат штурвала в нулевое положение при следящем режиме, что облегчает управление судном вручную.
При эксплуатации системы АТР в режимах «следящий» и «простой» рекомендуется запускать оба насоса рулевого привода, что увеличивает скорость перекладки руля и повышает надежность рулевого управления.
При работе в режиме «Автомат» следует периодически переключать систему с одного насоса на другой для равномерной эксплуатации оборудования.
Подробно устройство системы АТР дано в эксплуатационной документации,
имеющейся на судне. •
Автоматический малогабаритный рулевой АРМ-2 предназначен для установки на судах морского флота среднего и малого тоннажа, а также имеющих нестандартное рулевое устройство. Он может работать от курсоуказателей с дистанционной передачей показаний на частоте 50 и 500 гц.
Комплект авторулевого состоит из четырех основных приборов. Прибор № 1 включает в себя всю механическую схему авторулевого. Он выполняется в двух вариантах: с сельсинами БС-404А (АРМ-2—50) и с сельсинами СС-150 (АРМ-2—600). Устанавливается вместо путевого репитера гирокомпаса в рулевой рубке судна рядом со штатным постом управления рулем.
В приборе № 2 размещена схема формирования сигналов управления, необходимые устройства для настройки авторулевого, а также звуковая и световая сигнализация. Прибор устанавливается на переборке в рулевой рубке.
Прибор № 3 является датчиком сигнала обратной связи, пропорционального углу поворота руля.
Прибор № 4 представляет собой соединительную коробку, служащую для подключения прибора № 1 к схеме.
Если на судне установлен указатель положения руля типа ПК7/ПС или 845/ПС28, то для упрощения монтажа авторулевого взамен прибора № 3 может быть установлен прибор № 5, который выполняет те же функции, но устанавливается в рулевой рубке.
Авторулевой АРМ-2 может также использоваться на малотоннажных судах со штуртросовым рулевым устройством или с гидравлической системой управления рулевой машиной. В этом случае в комплект авторулевого добавляется специальный исполнительный механизм, состоящий из электродвигателя с редуктором и электромагнитной муфты. Выходной вал исполнительного механизма соединяется со штурвалом цепной передачей и включается автоматически при включении авторулевого.
Питание авторулевого осуществляется от преобразователя гирокомпаса. Электродвигатель исполнительного механизма работает на постоянном токе 110/220 в, потребляемая мощность, порядка 300 вт.
Эксплуатация авторулевых
Качества работы системы автоматического управления курсом зависит прежде всего от динамических свойств управляемости судна как объекта регулирования, от состояния погоды и выбора параметров настройки авторулевого. Поэтому однотипные авторулевые, установленные на разнотипных судах, будут, как правило, работать по-разному. Этим з основном и объясняется тот факт, что до настоящего времени не существует каких-либо единых таблиц или графиков, позволяющих определять оптимальные значения параметров настройки авторулевого на судне при изменении условий эксплуатации. Исследования и опыт эксплуатации показали, что настройку авторулевого следует менять в случае:
изменения загрузки судна (порожнем, в балласте, с полным грузом); изменения скорости хода (полный, средний, малый ход); изменения погоды.
При этом необходимо руководствоваться следующими общими положениями:
подбирать параметры настройки авторулевого так, чтобы судно удерживалось на заданном курсе при минимальных углах перекладки руля;
не следует стремиться уменьшать величину рыскания судна на волнении :.путем повышения чувствительности авторулевого, так как при этом резко возрастает количество перекладок руля;
при большом количестве перекладок руля (более 400 в ч) точность удержания судна на курсе не повышается. Это приводит лишь к ускоренному износу рулевого устройства и потере полезной мощности силовой установки судна.
Для настройки авторулевых АБР, АР и АТР в процессе эксплуатации предусмотрена регулировка трех параметров, которыми обеспечивается стабильное качество работы системы при изменении условий плавания судна. Одним из регулируемых параметров является коэффициент обратной связи КОС.
Выбор величины КОС для каждого конкретного судна производится во время приемосдаточных испытаний авторулевого. Для судов морского транспортного флота, как показал опыт эксплуатации, величина КОС устанавливается в пределах от 0,2 до 0,8. При увеличении загрузки судна КОС следует уменьшать.
Вторым регулируемым параметром является коэффициент сигнала тахогенератора K ТГ определяющий крутизну его характеристики. Для повышения чувствительности авторулевого в тихую, погоду K ТГ следует увеличивать, поворачивая рукоятку «СИГНАЛ ТАХОГЕНЕРАТОРА» в сторону «Больше». При этом точность удержания судна на курсе повышается.
При ветре и волнении моря Kтг следует уменьшать, чтобы не перегружать рулевую машину. Если при введении градусной поправки в режиме «Автомат» судно медленно выходит на новый заданный курс, сигнал тахогенератора следует уменьшить. При этом переход судном линии, нового заданного значения курса не должен превышать более чем на 10% величину градусной поправки.
При необходимости изменить курс судна на угол более 30° в режиме «Автомат» следует медленно поворачивать штурвал следящего управления так, чтобы угол рассогласования между неподвижным индексом и курсовой чертой не превышал 10—15°.
Регулятор «ГРУБО — ТОЧНО» меняет коэффициент усиления всей системы. Рукоятку регулятора устанавливают в положение «Грубо» при свежей погоде, когда уменьшение чувствительности регулятором тахогенератора оказывается недостаточным.
Нормальная работа авторулевого обеспечивается при. отклонении напряжения судовой сети не более чем на ±10% и частоты на ±5% от номинальных значений.
Производить какие-либо изменения в монтажной схеме любого авторулевого, а также разбирать его на судне с целью изучения нельзя, так как это нарушает заводскую настройку прибора.
При обнаружении заводских дефектов, а также при выходе авторулевого из строя, необходимо произвести осмотр, составить акт и, придя в порт, вызвать представителя базовой электрорадионавигационной камеры.
