ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ. Одним из главных элементов катера и моторной лодки является энергетическая установка, с помощью которой обеспечивается движение судна с заданной скоростью.
На моторных лодках для обеспечения движения используют подвесной мотор, представляющий собой единый автономный агрегат со всеми механизмами, обеспечивающими движение лодки,— двигателем, валопроводом и движителем.
На катерах энергетическая установка (рис. 6) представляет собой сложный технический комплекс, в состав которого входят стационарный двигатель вместе с оборудованием, необходимым для его работы, устройство для передачи мощности от двигателя на гребной винт — валопровод, реверсивно-разобщительный механизм.
ДВИГАТЕЛЬ. В энергетической установке в качестве источника механической энергии используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС). В основном это карбюраторные бензиновые двигатели и реже дизельные.
Принципиальное отличие дизелей от карбюраторных двигателей состоит в том, что в их цилиндрах сжимается не горючая смесь, а воздух и только в конце сжатия впрыскивается топливо.
Дизели в сравнении с карбюраторными двигателями имеют большую экономичность. Расход топлива у них почти на 30% меньше, что дает возможность при той же вместимости топливных баков обеспечивать большее время работы.
Тем не менее дизели имеют и недостатки, наиболее существенным из которых является их большая масса. При одинаковой мощности дизель весит почти в 1,5 раза больше карбюраторного двигателя. К недостаткам относятся также и сложность приборов питания, которые требуют при изготовлении высокой точности.
Карбюраторные двигатели в сравнении с дизельными меньше по габаритным размерам и значительно дешевле. Но и у них имеются свои недостатки: многооборотность, что требует установки редуктора, сравнительно большой расход дорогого и опасного в пожарном отношении топлива и др.
ВАЛОПРОВОД. Для передачи мощности двигателя на гребной винт и создаваемого им упора на корпус катера предназначен валопровод. К основным деталям валопровода относятся гребной вал, дейдвудная труба, кронштейн гребного вала, упорный подшипник, соединительная муфта, сальник. В зависимости от расположения двигателя на катере различают валопроводы наклонный (при установке двигателя в носу или в корме), угловой (при установке двигателя в корме) и вертикальный (в подвесных моторах и угловых колонках).
Гребной вал соединяют с двигателем несколькими способами: напрямую с помощью глухой или эластичной муфты — при одинаковой частоте вращения двигателя и гребного винта; через разобщительную муфту, позволяющую разъединять коленчатый и гребной валы без остановки двигателя; с помощью реверс-редуктора, обеспечивающего разобщение валов, снижение частоты вращения гребного вала и реверсирование; с использованием угловой колонки и винта регулируемого шага.
Для обеспечения маневрирования судна и получения переднего, заднего и холостого хода используют реверсивно-разобщительные механизмы.
УГЛОВОЙ РЕВЕРС-РЕДУКТОР. При установке стационарного двигателя в кормовой части катера применяют угловой реверс-редуктор, в котором редуктор и угловая передача объединены в один агрегат, или раздельные реверс-редуктор и угловую передачу, связанные между собой промежуточным валом.
Основным элементом редуктора является корпус, в котором смонтирована шестеренная передача с постоянным зацеплением шестерен. Входной вал и вторичный ведущий вал выполнены заодно с коническими шестернями. На вторичном валу посажены на шпонках цилиндрические шестерни переднего и заднего хода.
На выходном ведомом валу свободно вращаются шестерня переднего и заднего хода в сборе с блокирующими кольцами синхронизатора. На валу между шестернями имеются три впадины, в которые устанавливается ступица скользящей муфты синхронизатора. Синхронизатор предназначен для выравнивания угловых скоростей ведомых шестерен переднего или заднего ходов и ведомого вала в процессе переключения.
Ведущая и ведомая шестерни переднего хода находятся в непосредственном зацеплении, а заднего хода — через промежуточную шестерню.
Система управления реверс-редуктором состоит из рукоятки, жесткой тяги, качалки, тяги и рычага, закрепленного на редукторе. Длина тяги и положения рукоятки регулируются при помощи резьбового наконечника с контргайкой.
Фиксация положений «нейтраль», «вперед», «задний ход» осуществляется шариком, вмонтированным в механизм переключения реверса, который крепится к верхнему разъему корпуса редуктора.
На катере «Чибис» реверс-редуктор реверсивно-разобщительного механизма является самостоятельным элементом и служит для передачи вращения от коленчатого вала двигателя к угловой передаче и гребному валу с понижением частоты вращения, а также для изменения направления вращения гребного вала и разобщения его от коленчатого вала (рис. 7).
Реверс-редуктор состоит из планетарного редуктора и гидравлических тормозов. Корпус 11 реверс-редуктора крепится к картеру маховика с помощью шпилек. Ведущий вал 4 редуктора передачи связан с маховиком 1 двигателя через эластично скрепленный с ним ведущий диск 6. При работе двигателя ведущий вал непрерывно вращается. Водило 12 реверс-редуктора устанавливается в корпусе 11 и крышке 15 на шарикоподшипниках 27. Корончатая шестерня 14 установлена на подшипнике 21, расположенном в крышке. Ведущая шестерня 24 закрепляется на валу с помощью пружинных колец 23. В водиле на осях 19 и 25 устанавливаются сателлиты 20 и 26, смонтированные на шариковых и роликовых подшипниках.
Вал переднего хода 5 устанавливается на подшипниках 7. Гидравлические тормоза состоят из поршней 9 и 18, корпусов гидроцилиндров переднего 10 и заднего 16 и тормозных дисков 8 и 17, посаженных на хвостовики вала переднего хода и корончатой шестерни.
Переключение реверс-редуктора осуществляется через золотниковое устройство, установленное на корпусе И. Масло в золотник подается масляным насосом двигателя. При повороте рычага 13 золотниковое масло через отверстия в корпусе поступает в передний или задний корпус гидроцилиндра. Под давлением масла поршень 9 передвигается и затормаживает диск 8, установленный на валу переднего хода. В этом случае вращение от ведущего вала 4 передается через сателлиты на водило (передний ход). При поступлении масла в задний корпус гидроцилиндра происходит затормаживание корончатой шестерни (задний ход). При переводе рычага 13 золотника в среднее положение поршни 9 и 18 возвращаются в исходное положение (задний ход).
Уплотнения в реверс-редукторе выполнены манжетами 2 и 3, кольцами 22 и 28 и маслоотбойными кольцами. Шестерни и подшипники в реверс-редукторе смазываются разбрызгиванием, для чего в корпусе предусмотрена масляная ванна. Охлаждается масло забортной водой, проходящей через змеевик, расположенный в масляной ванне. В корпуса гидроцилиндров масло подается при помощи золотникового устройства от нижней секции масляного насоса двигателя. Выходной вал реверс-редуктора промежуточным валом связан с ведущим валом угловой передачи.
Угловая передача (рис. 8) состоит из корпуса 4, двух валов — ведущего 1 и ведомого 9, установленных в корпусе на шариковых подшипниках 2 и роликовых игольчатых 5. На валах на шпонках посажены конические шестерни — ведущая 3 и ведомая 6. Выходной ведомый вал угловой передачи соединяется полумуфтами 8 с гребным валом. Шестерни и подшипники передачи смазываются разбрызгиванием маслом, находящимся в масляной ванне 7 корпуса. Охлаждается масло забортной водой, проходящей по змеевику.
УГЛОВЫЕ ОТКИДНЫЕ КОЛОНКИ. Для передачи вращения от вала двигателя на гребной винт применяются вертикальные угловые колонки, которые имеют значительное преимущество перед другими реверсивно-разобщительными механизмами.
Колонка позволяет монтировать двигатель без гребного вала и дейдвудного устройства. С ее помощью осуществляются разобщение, реверс и изменение частоты вращения. Откидная колонка выполняет функцию активного руля. К ее достоинствам относятся: удобство компоновки; отсутствие выступающих частей — гребного вала, руля; хорошая защита гребного вала от повреждений; возможность подхода судна к необорудованному берегу.
На катерах «Амур-2» и «Амур-3» привод гребного винта осуществляется через угловую поворотно-откидную колонку, что придает этим моделям катеров дополнительные положительные качества.
Колонка представляет собой вертикальный реверсивный привод с Z-образной механической передачей; шестерни верхнего редуктора имеют шаровой зуб с торцовым модулем, равным 3,5; шестерни нижнего редуктора — прямозубые с торцовым модулем 3,82. В качестве механизма реверса использована коническая самоблокирующая фрикционная муфта.
Корпус колонки (рис. 9), отлитый из алюминиевого сплава, конструктивно выполнен из трех частей: верхнего редуктора 3, нижнего редуктора 17 и киля 20. В верхнем редукторе размещены ведущая шестерня 11, ведомая шестерня заднего хода 10, ведомая шестерня переднего хода 6, коническая фрикционная муфта 9. Ведомые шестерни вращаются относительно корпуса на шарикоподшипниках, а относительно вала 5 — на игольчатых подшипниках. Подставка 13 разделяет полость газовыхлопа и масляную полость. Выхлопные газы выбрасываются через антикавитационную плиту 2. В передней части корпуса запрессованы две бронзовые втулки 12, в них входят оси, относительно которых колонка откидывается вверх или вниз. Относительно оси осуществляется поворот колонки «вправо» и «влево» вместе с поворотным хомутом 15. В нижнем редукторе расположены шестерни 18 и 22, гребной вал 21, опирающийся на радиально-упорный подшипник 23 и игольчатый подшипник 19. Трехлопастной гребной винт 1 отливают из высокопрочного алюминиевого сплава. Шаг винта 315 мм, диаметр — 300 мм.
Передача мощности от двигателя к ведущей шестерне осуществляется через первичный вал и двойной карданный шарнир. Первичный вал проходит внутрь проставки, которая является опорой двигателя и своим цилиндрическим концом входит в демпфирующее кольцо, закрепленное на транцевой плите. Резиновый чехол защищает карданный вал от попадания воды. Управление реверсом гребного винта осуществляется при помощи скобы 7 и тяги, качалок 4. К одной из них подходят два каната 8 от ручки управления.
Кулачок 14 управляет скобой 16, при помощи которой колонка удерживается от откидывания на заднем ходу. На переднем ходу кулачок отводит скобу и колонка освобождается от «захватов».
Механизм управления реверсом винта и дроссельной заслонкой карбюратора устроен таким образом, что позволяет одной установленной на левом борту у пульта рукояткой управлять реверсом гребного винта и частотой вращения коленчатого вала двигателя, а также прогревать двигатель на холостом ходу.
Основные данные поворотно-откидной колонки
- Максимальная передаваемая мощность, кВт - 55
- Максимальная частота вращения на входном валу, об/мин - 4500
- Передаточное отношение - 1:1,53
- Угол поворота на сторону, град - 20
- Угол откидывания привода, град - 52
- Масса привода (без транцевой плиты), кг - 37
ДВИЖИТЕЛЬ — устройство, преобразующее энергию двигателя в энергию движения судна. Движителями могут быть гребные винты, крыльчатые и водометные устройства, воздушные винты, гребные колеса, паруса, весла. На большинстве моторных маломерных судов в качестве движителя используют гребной винт, имеющий наиболее простую и надежную конструкцию.
Гребной винт (рис. 10) состоит из ступицы и нескольких (чаще 3—5) лопастей, представляющих собой части винтовых поверхностей. Его обычно располагают в кормовой части катера, он приводится в движение через гребной вал. При вращении винта лопасти отбрасывают воду вдоль оси вращения и создают реактивную силу, называемую упором. Упор передается по гребному валу на упорный подшипник, прочно укрепленный в корпусе, и движет катер.
Винты изготовляют из бронзы, латуни, легированной стали, а также из капрона, нейлона, стеклопластика. Основными характеристиками гребного винта являются диаметр, шаг, число лопастей, а также направление вращения и профиль сечения лопасти.
Сторона вращения винта определяется по направлению вращения его при переднем ходе судна, глядя с кормы в нос. Если вращение по часовой стрелке, то винт правого вращения, если против — левого. Профили лопастных сечений винтов чаще всего бывают сегментные, выпукло-вогнутые и типа авиационного крыла.
За диаметр винта принимают диаметр круга, описываемого точкой лопасти, наиболее удаленной от оси вращения. Геометрическим шагом винта Н называют расстояние, которое прошел бы винт при вращении за один оборот в твердой среде. Вращаясь в воде, гребной винт, а следовательно, и судно за один оборот винта проходят путь значительно меньше геометрического шага. Это расстояние называют поступью винта h, а разность между геометрическим шагом и поступью Н — h — скольжением винта.
Скольжение — непременное условие работы гребного винта, так как благодаря скольжению поток воды набегает на лопасть и создает упор. Если бы скольжение было равно нулю, то поступь винта равнялась бы его шагу и упора практически не было. Скольжение винта достигает максимального значения (100%) при работе на швартовах. Наименьшее скольжение (8—15%) имеют винты легких гоночных мотолодок и скутеров; у винтов глиссирующих катеров скольжение составляет 15—25%, у тяжелых водоизмещающих катеров 20—40%.
От диаметра и шага винта зависит наиболее полное использование мощности двигателя и, следовательно, скорость судна. Если шаг винта велик для данной скорости и частоты вращения, лопасти будут захватывать и отбрасывать назад слишком большое количество воды, упор винта возрастает, одновременно увеличится вращающий момент на гребном валу и двигателю не хватит мощности, чтобы развить полные обороты. В этом случае говорят, что винт тяжелый. Наоборот, если шаг мал, двигатель легко будет вращать винт на полной частоте вращения, упор будет невелик, и судно не разовьет проектной скорости. Такой винт считается легким.
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ КАТЕРА. Составной частью энергетической установки, которая обеспечивает электроэнергией всех потребителей тока, связанных между собой электрической цепью, является электрооборудование катера. В качестве основного источника тока на катерах служит генератор двигателя, а в качестве запасного — аккумуляторная батарея. При пуске двигателя и работе его на малой частоте вращения ток поступает в сеть от аккумуляторной батареи, а при работе на нормальной частоте вращения — от генератора.
Постоянное напряжение в сети обычно 6 или 12 В поддерживается реле-регулятором автоматически. На лодках с подвесным мотором, оборудованными электростартером, предусмотрена система отбора электроэнергии для питания сети освещения и сигнальных огней. Потребителями тока являются система зажигания и пуска двигателя, сеть освещения и сигнализация.
Электрические сети на катерах выполняют однопроводными и двухпроводными. При однопроводной системе вместо второго провода используются на металлическом катере его корпус, на деревянном или пластмассовом — двигатель. Когда сети выполняются по двухпроводной системе, то все однозначные провода (обычно «+») соединяются между собой.
Электропроводку на катерах часто выполняют тепловлагостойким лакированным проводом. Для прокладки постоянных электрических сетей используют облегченные кабели в полихлорвиниловом шланге, гибкие кабели в резиновой шланговой оболочке — для фар, переносных ламп и т. п. Монтаж обычно выполняют по панелям проводами, собранными в пучок (жгут). Провода маркируют бирками или набирают с оплеткой разного цвета.
На катерах устанавливают осветительную аппаратуру авиационного или автомобильного типа, а соединительные коробки, выключатели и прочую арматуру — морского типа, в водозащищенном исполнении. Для защиты сети от тока короткого замыкания применяют плавкие предохранители серии ПВ, группируемые в специальных блоках, состоящих из пластмассового основания, зажимов, предохранителей и контактных болтов.
Приборы контроля и управления двигателем, предохранители и выключатели монтируют на общем распределительном щитке. Щиток с приборами освещается специальной осветительной арматурой. На катере «Чибис» электроэнергетическая система двухпроводная изолированная напряжением 12 В постоянного тока.
Схема распределения электроэнергии (рис. 11) предусматривает подачу энергии от двух источников: двухфазного генератора Г-250-Г мощностью 360 Вт, напряжением 12 В с реле-регулятором РР-362 и аккумуляторной стартерной батареи 6СТ-75ЭМС.
Защита генератора от перегрузок, токов короткого замыкания, обратных токов, автоматическое включение и отключение генератора от общей сети, а также поддержание напряжения его в заданных пределах при изменении частоты вращения вала двигателя обеспечиваются реле-регулятором.
Для распределения электроэнергии предназначена панель управления, расположенная справа от штурвала рулевой машины на комбинированном пульте. На панели установлены контрольно-измерительные приборы для контроля параметров двигателя: указатель тахометра, указатели давления масла, температуры масла, температуры воды. Для включения и выключения потребителей на панели установлены также автоматы защиты сети, переключатели для подачи звуковых сигналов.
Литература
Спасательный катер. Устройство и эксплуатация. Печатин А. [1988]
