|
|
Угловая колонка является наиболее
совершенным типом пропульсивной установки. Хорошая защита гребного
винта, возможность значительного уменьшения осадки катера при подъеме
колонки, возможность осмотра и смены гребиого винта иа плаву, малый объем,
занимаемый двигателем, оснащенным колонкой, хорошая управляемость и
достаточно высокий общий пропульсивный коэффициент,— все это способствует
росту популярности угловых колонок. Основным же недостатком их является
сложность изготовления и высокая стоимость.
В настоящее время, особенно для двигателей рассматриваемой
мощности, широкое распространение получил тип колонки с передачей крутящего
момента через двойной карданный шарнир двумя парами конических передач,
причем в одной из них — как правило, в верхней — расположена реверсивная
кулачковая или фрикционная муфта. Поворот колонки осуществляется при помощи
румпеля.
По-видимому, основным препятствием для качественного
изготовления угловой колонки в условиях единичного производства является
сложность производства высококачественных конических зубчатых колес. Большие
мощности, передаваемые колонкой, в сочетании с требованием максимального
уменьшения габаритов подводной части вынуждают применять шестерии, работающие
с очень высокой нагрузкой. Такие шестерни должны изготовляться с высокой
точностью из высокопрочных сталей и проходить качественную термическую
обработку. В угловых колонках используют шестерни с прямыми и круговыми
зубьями. Существенным достоинством шестерен с круговыми зубьями и углом наклона
зуба {5 ф sjL о является то, что при работе пятно контакта перемещается вдоль
поверхности зуба и в зацеплении одновременно находится большое число зубьев.
В результате этого чувствительность таких передач к изменениям взаимного
расположения шестерни и колеса (например, вследствие деформации под
нагрузкой, износа подшипников, погрешностей монтажа н т. д.) значительно
меньше, чем у прямозубых колес. Прямозубые высоконагруженные зубчатые колеса
изготовляются, как правило, с бочкообразными зубьями: это предупреждает
концентрацию всей нагрузки у краев зуба и повышает надежность передачи.
Формула получена при расчетном времени работы передачи
1000 ч. Если ограничиться расчетным временем 300 ч и соответственно меньшей
надежностью, размеры шестерен можно уменьшить на 15%.
Для прямозубых передач диаметры шестерен целесообразно
увеличить на 10%. В связи с тем что при единичном изготовлении шестерен, как
правило, не удается выполнить шлифование после термообработки (точность
соответствует 8-му классу), то необходимо производить тщательную обкатку с
контролем по пятну контакта.
Пропульсивный КПД колонки можно повысить не только
за счет уменьшения размеров шестерен, но и за счет улучшения профилирования
подводной части. Так, отношение толщины б к ширине В стойки в районе
ватерлинии должно составлять не менее 0,2, причем форма сечения должна быть
сегментная. Нижерасположенные сечения стойки могут иметь авиационный профиль
-j = 0,15 —ь- 0,25. Отношение диаметра гондолы к длине (включая ступицу и
обтекатель винта) должно составлять 0,30—0,2, а расстояние от входной кромки
виита до стойки — ие менее 1,0—2,0 толщин стойки. Ширина антикавитационной
пластины над винтом составляет 0,4—0,3 диаметра винта, зазор между винтом и
пластиной — примерно 0,1 диаметра винта, расстояние от антикавитациоп- ной
пластины до днища — около 0,1 диаметра винта. Немного выше линии днища
располагается брызго- отбойный козырек (он выступает впереди стойки на 20—30
мм). Во всех случаях расстояние от вепхией кромки винта до КВЛ должно быть не
менее 250 мм. Это предотвращает аэрацию винта (особенно при повороте колонки
и на волнении), характерную для судов, имеющих подъем днища к транцу.
Для тяжелых мореходных катеров при плавании в условиях
волнения управляющие силы, которые может развить колонка традиционной формы,
могут оказаться недостаточными для предотвращения рыскания катера на попутном
волнении. При увеличении угла поворота колонки начинается аэрация стойки, а
затем и аэрация винта. Поэтому для таких катеров целесообразно увеличивать
ширину стойки, особенно нижней ее части, расположенной глубоко под
поверхностью воды. За счет этого увеличится подъемная сила стойки, а следовательно,
для получения одинаковой поперечной силы колонку можно будет повернуть на
меньший угол.
При выборе расстояния между осями гребного вала и верхнего
горизонтального валика, помимо расстояния от нижней точки двигателя до оси
коленчатого вала, следует учитывать осадку кормовой части ватера. Это связано
с тем, что в случае большой осадки транца ось двигателя будет ниже КВЛ. В
результате практически вся колонка и карданные шарниры окажутся при стоянке
под водой. Это значительно усложнит обслуживание, потребует установки
герметичного гибкого ограждения карданных шарниров и т. д.
В связн с этим для колонок единичного производства
двигатель целесообразно размещать так, чтобы его ось была на 100—150 мм выше
КВЛ. Ось поворота колоикн, так же, как ось откидывания, должна проходить
через центр двойного карданного шарнира. Чтобы уменьшить усилие, требуемое
для поворота колонки, ось поворота выполняют наклонной—под углом а (см. 27),
разделяя боковую площадь подводной части колонки на две неравные части — переднюю,
площадь которой составляет 15— 20%, и заднюю, площадью 75—80% (по аналогии с
балансирным рулем)'. Для компенсация реактпв- ного момента применяют
небольшой килек-триммер, изменяя угол поворота которого, можно уменьшить увод
катера с прямого курса.
В настоящее время получили распространение две схемы
подвески колонки ( 27). Основу составляет V-образное коромысло. 100 ;®яо
состоит из трубы, на концах которой расположены шейки подшипников поворота
колонки и рычагов- коромысла; на их концах находятся проушины подшипников
откидывания. В нижней части трубы расположен упорный элемент, передающий упор
винта на транец катера. Как правило, высота упорного элемента регулируется,
за счет чего можно изменять угол наклона колонки. Поворот колонки обычно
осуществляется с помощью трубчатого телескопического румпеля 6, проходящего
через траиец и закрепленного на нем шаровой опорой.
По схеме на 27, б основу конструкции составляет карданное
кольцо. В верхней и нижней частях кольца имеются цапфы поворота колонки, а в
средней части — цапфы, относительно которых откидывается колонка. Так как
положение кольца при откидывании колонки не изменяется, для управления
поворотом достаточно прикрепить к кольцу обычный секторный румпель. Поворот
колонок может осуществляться при помощи ломающегося румпеля ( 27, в) или
обычного сектора, укрепленного иа колонке ( 27, г). В последнем случае сектор должен лежать в плоскости, перпендикулярной оси поворота и
проходящей через точку пересечения осей поворота н откидывания. Чтобы при
откидывании не вменялось натяжение тросов, точки схода тросов с блоков (иа
рисунке обозначены стрелками) должны. лежать на оси откидывания. На элементы
подвески действуют значительные продольные и поперечные нагрузки от упора
винта, особенно при повороте колонки. Поэтому их следует выполнять достаточно
прочными и жесткими.
Все современные колонки имеют устройство для
принудительного откидывания (как правило, на угол Б5Р). Это устройство
обеспечивает катеру важное эксплуатационное преимущество: приподняв колонку
так, чтобы концы лопастей винта немного выступали над поверхностью воды, можио
осуществлять движение на малом ходу (до 8—10 км/ч); при этом о ездка коло нки
пр а ктически не будет превыша ть осадку катера.
В качестве силовых элементов используют 1акже силовые
гидроцилиндры, работающие от специальных гидронасосов. При подвеске по типу
рнс. 27,б откидывание производится при помощи двух гидроцилиндров 5.
Существенным преимуществом гидроцилиндров является то, что они одновременно
являются амортизаторами и смягчают удары колонки до н после откидывания. Для
этого в конструкции цилиндра должны быть предусмотрены специальные
перепускные клапаны. Если к тому же в гидравлической цепи управления
гидроцилиидрамй установить кран, сблокированный с включением заднего хода, то
отпадет необходимость в установке не всегда надежных механических стопоров,
препятствующих откидыванию колонки на заднем ходу. На переднем ходу также
необходимо удерживать колонку от самопроизвольного откидывания (например, в
случае резкого сбрасывания оборотов двигателя). В механических устройствах
это достигается пружинной защелкой, а в гидравлических — клапаном типа
предохранительного. Учитывая, что сопротивление колонки с застопоренным
виитом достигает 100 кгс, можно отказаться от дополнительного стопора заднего
хода (по аналогии со случаем, рассмотренным в §22).
В качестве материала для корпуса колонки применяются
сплавы типа АЛ-8. Корпус можно отливать из сплавов АЛ-9, АЛ-2, а также
сваривать из стали или алюминиевых сплавов типа АМГ. При равной массе
стальной корпус будет более жестким (что благоприятно для работы зубчатых
передач) и более прочным, чем корпус из сплава АЛ-2. Дополнительным
достоинством сварных корпусов является их высокая стойкость к ударным
нагрузкам, а также доступность ремонта. Толщину стенок стоики выбирают
таким образом, чтобы при обсыхании катера с опущенной
колонкой стойка не сломалась.
При разработке кинематической схемы колонки необходимо
обеспечить удобство сборки и регулировки, технологичность и высокую жесткость
установки зубчатых колес. Различия в технологии единичного и массового
производств накладывают определенный огпечагок и на конструкцию колонки. Так,
если в колонках массового производства целесообразно уменьшать число разъемов
за счет усложнения корпусных деталей, то в колонках единичного производства
рационально увеличивать число разъемов в целях упрощения технологии. Чтобы
можно было растачивать корпус на токарном станке, колонка должна состоять из
трех узлов: верхнего и нижнего редукторов и про- ставки. Однако в этом случае
установка среднего подшипника вертикального вала в районе антикави- тационной
плиты потребует дополнительного разъема проставил. На 28 показаны два
варианта компоновки нижнего редуктора. По варианту 28,а для повышения
жесткости консольной шестерни 32 применен игольчатый подшипник, расположенный
как можно ближе к зубьям, причем для уменьшения габаритов внутренним кольцом
подшипника служит шейка шестерни. Участок вала между подшипниками имеет
повышенную жесткость {увеличен диаметр). Поскольку при использовании шестерен
с круговыми зубьями и углом наклонана шестерню действует значительная осевая
нагрузка, в средней опоре приходится размещать, помимо опорного, еще упорный
подшипник (конический, радиально-упорньш или упорный).
При выборе места расположения упорного подшипника следует
учитывать направление наклона зубьев и направление вращения вала. Осевая сила
может быть направлена как к центру зацепления, так и в обратную сторону [12].
В зависимости от направления осевой силы резко изменится н радиальная
нагрузка. При определении нагрузок на подшипники гребного вала
необходимо учесть упор гребного виита. Обычно оптимальным оказывается
вариант, когда осевые нагрузки в зацеплении и от упора винта направлены в
разные стороны.
Рассмотрим систему смазки редукторов. При раздельной
смазке верхнего редуктора из-за малой емкости его масляной ванны и малой
площади охлаждения температура масла бывает весьма неоднородной. Поэтому
масло в районе шестерен оказывается перегретым и, поскольку количество его
мало, быстро теряет свои смазывающие свойства. При нарушении же герметичности
нижней манжеты масло вытекает в нижний редуктор. При единой системе смазки
масло хорошо охлаждается в нижней полости. В верхнюю полость оно подаетси
центробежным насосом, причем возможны два варианта. В первом случае
практически вся колонка заливается маслом, уровень его располагается чуть
ниже первичного валика. От насоса через систему внутренних каналов более
холодное масло подается к верхнему редуктору, а более горячее подсасывается
вниз к насосу. Подвод масла в верхний редуктор происходит через нижний
подшипник, а заборное отверстие отводной трубки расположено иа уровне зубьев
нижней шестерин. Во втором случае уровень масла в колонке находится выше
нижних шестерен (не менее чем иа 20— 30 см), а сливное отверстие в верхнем редукторе расположено чуть ниже первичного валика. Вертикальный вал верхнего
редуктора уплотнен манжетой. В результате после остановки двигателя в полости
верхнего редуктора остается необходимое количество масла для последующего
запуска и прогрева двигатели.
Если длина проставки больше 250 мм, то ее недостаточная жесткость не позволит получить необходимую чистоту поверхности и
точность. В этом случае обработку можно вести с применением дополнительных
опор. Проставку за одно из отверстий зажимают в патроне, другое отверстие
поджимают грибком и выполняют черновую обработку торца. Затем, используя
отверстия во фланцах под болты для сборки колонки, к обработанному торцу
привинчивают точеный диск с отверстием (ширина диска 30 мм, диаметр отверстия превышает диаметр необработанного буртика). Задний конец проставки виовь
поджимают грибком н протачивают начисто наружный диаметр диска, после чего
диск устанавливают в люнет. Отодвигают заднюю бабку и выполняют черновую
обработку отверстия (припуск около 1 мм), срезая н необработанный буртик. Проставку переворачивают и выполняют аналогичные операции для противоположного
фланца, но отверстие растачивают начисто. Затем проставку еще раз
переворачивают, но на этот раз начисто обработанное отверстие зажимают в
разжим проточенными кулачками или устанавливают на проточенную шейку, зажатую
в кулачки. Противоположный конец поджимают грибком и вновь протачивают диск.
Устанавливают его в люнете, после чего начисто обрабатывают отверстие и часть
торца до диска. Затем диск снимают, отверстие поджимают центром и
обрабатывают торец начисто.
|