О перспективности этого вида пропульсивных установок свидетельствуют, например, неуклонное возрастание их мощности — до 390 л. с., увеличение типоразмеров и количества выпускаемых моделей и, что немаловажно, все возрастающее число патентов, выдаваемых в этой области патентными ведомствами многих стран. Растущая популярность колонок за рубежом, несмотря на их высокую стоимость, хорошо иллюстрируется цифрами: в 1971 г. их было продано около 44000, в то время как в 1963 г. — только 8000.
Что же собой представляют современные поворотно-откидные колонки?
Все их можно разделить на две группы:
- а) колонки с Z-образной передачей традиционной формы, в которой все три вала расположены под прямыми углами друг к другу;
- б) колонки с наклонным под углом 110—130° к гребному промежуточным валом.
Наибольшее распространение в настоящее время получили колонки первого типа (рис. 1).
Типичной такой конструкцией является последняя модель колонки фирмы «Вольво Пента 280», в которой воплощен почти 70-летний опыт фирмы в этой области. На модели «280» впервые применен широко рекламируемый механизм для подъема и силового удержания колонки, встроенный в опорную плиту. С водительского места можно менять угловое положение колонки в зависимости от нагрузки и скорости катера. Антикавитационная плита имеет отверстие для выхлопа отработавших газов и снабжена регулируемым триммером для корректировки хода судна по курсу. У колонки усилена противокоррозионная защита — корпусные детали изготавливаются из специального противокоррозионного сплава, а поверхности покрываются не менее чем шестью слоями различных антикоррозионных красок. Кроме того, применяются протекторы — цинковое кольцо, установленное перед гребным винтом, и цинковая пластина под установочным кольцом.
Информация об изображении
Рис. 2. Конструкция верхнего редуктора и конусной муфты колонки «Вольво Пента»
Еще одна отличительная особенность колонок «Вольво Пента» — запатентованные конусные реверс-муфты, устанавливаемые в верхнем редукторе колонки и обеспечивающие бесшумность и плавность переключения передач на передний или задний ход.
Рис. 2. Конструкция верхнего редуктора и конусной муфты колонки «Вольво Пента»
Запатентованная в 1970 г. конусная муфта (рис. 2) состоит из двух полумуфт 3 и 5, закрепленных на шестернях 2 и 6 переднего и заднего хода, и подвижной конусной втулки 4. При перемещении втулки шипом 11 до сцепления с одной из полумуфт происходит включение муфты и соединение соответствующей шестерни с вертикальным валом. На конусных поверхностях сцепления нарезаны мелкие канавки, в которых накапливается отбрасываемое центробежной силой масло, смягчающее силу удара в момент сцепления конусных поверхностей.
Новинкой фирмы является также колонка модели «100S» для парусных яхт (рис. 3), созданная на базе модели «Акваматик 100». Колонка «100S» комплектуется или дизелем мощностью 10 л. с., или бензиновым двигателем мощностью 15 л. с. Двигатель поставляется с фундаментной плитой из пластика, конфигурацию которой можно подогнать для любого судна. Кроме того, двигатель может быть установлен как перед колонкой, так и за ней. Агрегат компактен и легок — с двигателем мощностью 15 л.с. он весит около 140 кг.
Не меньшей популярностью пользуются и колонки фирмы «Меркюри». Оригинальна система подвески колонки «Меркруйзер» (рис, 4): четыре подушки из мягкой резины образуют опоры, поддерживающие двигатель на внутренней стороне транца; оси опор пересекаются в центре тяжести двигателя, и сама колонка уравновешивает его вес. Карданное кольцо овальной формы (рис. 5), установленное в опорной плите на двух вертикальных осях, поворачивается вместе с колонкой, а откидывается она на двух горизонтальных осях этого кольца. Таким образом управлять катером можно и в том случае, когда колонка откинута. Крутящий момент передается упругой муфтой и сдвоенным универсальным шарниром. Упругие элементы предохраняют вал двигателя от поломки при ударе винта о твердые предметы. Предусмотрен автоматический выключатель, прерывающий цепь зажигания при выходе гребного винта из воды во время откидывания и восстанавливающий зажигание при погружении его в воду.
Принудительное откидывание и опускание колонок «Меркруйзер» производится двумя силовыми гидроцилиндрами, расположенными параллельно друг другу с обеих сторон колонки; они же смягчают удары при наезде на подводные препятствия.
Для всех колонок фирмы «Меркюри» характерен выпуск отработавших газов через ступицу гребного винта, что значительно снижает шум и уменьшает кавитацию.
Коррозионная защита колонок «Меркруизер» осуществляется с помощью специальной системы «Мер-катод», состоящей из катода и анода, смонтированных на транцевой доске ниже ватерлинии и соединенных с электросистемой внутри судна, которая питается от аккумуляторной батареи. Система создает слабый электрический ток, который компенсирует разность потенциалов разнородных металлов и препятствует тем самым коррозии. Для защиты алюминиевых частей колонок применяются также цинковые протекторы. Приняты и конструктивные меры от коррозии — корпуса колонок изготовляются с минимальным количеством соединений, а корпус нижнего редуктора выполнен цельным без разъемов, Наружные поверхности колонок покрываются краской, в состав которой входят компоненты, препятствующие обрастанию погруженных в воду частей. Общая толщина наружного покрытия достигает 0,08 мм.
Первым прототипом наклонных к транцу колонок является, вероятно, установка «JNU-45°», выпускаемая шведской фирмой «Кресчент» (см. №7 за 1966 год).
В настоящее время многие зарубежные фирмы, занятые проектированием и изготовлением колонок и подвесных моторов, имеют патенты на колонки такого типа.
В запатентованной фирмой «Вольво Пента» конструкции наклонной колонки (рис. 6) крутящий момент от двигателя передается на гребной вал через ведущий вал 1, коническую шестерню 2, реверсивную передачу верхнего редуктора, расположенную в корпусе 3, зубчатое коническое колесо 4, промежуточный наклонный вал 6, коническую шестерню нижнего редуктора и плоское коническое колесо, установленное на гребном валу.
Для компенсации реактивного момента от гребного винта угол наклона промежуточного вала выбран таким, что точка пересечения его оси с осью гребного вала лежит в плоскости начальной окружности большого колеса конической передачи. Косинус тупого угла между осями гребного и промежуточного валов равен отношению скоростей этих валов.
Корпус верхнего редуктора 3 установлен в транце судна и имеет цилиндрическую ферму. Забортная часть колонки состоит в свою очередь из двух частей: верхней 7, которая может поворачиваться в корпусе 3 вокруг горизонтальной поперечной оси для откидывания колонки, и нижней 8, которая может вращаться вокруг оси наклонного вала 6 с помощью системы шарнирно соединенных рычагов 5 для управления катером.
В корпусе верхнего редуктора колонки (рис. 7) закреплены опорные втулки, в которых на шарикоподшипниках установлены конические колеса 3, ведомые шестерней 2. Сквозь ступицы колес проходит установленный на подшипниках скольжения вал 4. На концах ступиц закреплены наружные полумуфты 5 конусной муфты, а на концах вала 4 установлены на резьбе внутренние полумуфты. 6. Эти полумуфты жестко скреплены между собой сквозным болтом, проходящим сквозь вал и шайбы муфт. Включается конусная муфта поворотным рычагом 9 с профильным шипом, входящим в паз конусной полумуфты. При повороте рычага поворачиваются на резьбе одновременно обе внутренние полумуфты, причем одна из них сцепляется со своей наружной полумуфтой, и вал 4 вращается в нужном направлении. На валу установлено коническое колесо 8, передающее крутящий момент шестерне 7. Для обеспечения постоянного зацепления шестерен и предотвращения прогиба вала 4 его средняя часть поддерживается промежуточной опорой 10 с упорными шарикоподшипниками.
Гидравлический механизм откидывания колонки (рис. 9) состоит из двух силовых гидроцилиндров: гидроцилиндра 1 для подъема и опускания колонки и гидроцилиндра 6 для регулировки наклона. Поршень гидроцилиндра 1 связан с откидываемой частью корпуса колонки через шток и нажимной рычаг 4. При движении поршня со штоком вниз колонка откидывается. Для удержания колонки в рабочем положении при реверсе, когда упор гребного винта стремится ее откинуть, масло запирается в камере 3. Однако при движении запорный клапан камеры 3 открыт, чтобы колонка могла откинуться при наезде на препятствие. Постоянный контроль и регулировка углового положения колонки осуществляются следящей системой, состоящей из копира, удерживающего палец 5 в определенной точке профильного кулачка (показанного на рисунке пунктиром) и насоса, подающего масло в гидроцилиндры через распределительное клапанное устройство.
Компактную конструкцию наклонной колонки запатентовала также фирма «ОМС» (рис. 8). Нижняя часть колонки поворачивается с помощью ременной зубчатой передачи, связанной с рулевым валом системы дистанционного управления.
Откидывание колонки производится силовым гидроцилиндром. Двигатель устанавливается параллельно транцу с любой стороны колонки. Вращение от ведущего вала двигателя передается коническим шестерням верхнего редуктора посредством пары цилиндрических зубчатых колес. Переключение передач на передний ход или реверс осуществляется кулачковой муфтой верхнего редуктора.
Фирма «Меркюри» запатентовала наклонную колонку, двигатель которой расположен на одной оси с наклонным валом (рис. 10). Нижняя часть колонки может поворачиваться вместе с цилиндрической втулкой 5 в верхнем цилиндрическом корпусе 2. Верхняя часть корпуса 3 выполнена в форме сферического подшипника и установлена на опорной плите 7 на двух цапфах, вокруг которых колонка поворачивается при откидывании. Устройство снабжено амортизатором ударов 6 с дополнительной наружной пружиной 4 для предотвращения заедания при откидывании колонки в крайнее верхнее положение. Транцевое отверстие дополнительно уплотнено сильфоном 8.
На рис. 11 показана колонка фирмы «Дана Корпорейшн» с наклонным валом. Крутящий момент двигателя, расположенного горизонтально, передается на гребной вал через систему универсальных шарниров, наклонный вал и пару конических зубчатых колес. Транцевое отверстие герметизировано резиновыми уплотнениями, а также сильфоном 3. Откидывание колонки производится гидроцилиндром 1, шток которого шарнирно соединен с кронштейном поворотной части колонки 5. Управление катером осуществляется ее поворотом вокруг оси, проходящей через центр двойного универсального шарнира 4.
Следует отметить, что в каталогах фирм на 1974 г. не приводится сведений об изготовлении наклонных колонок, несмотря на значительное количество выданных в этой области патентов. Зато «изогнутую» в виде буквы Z колонку модели «250» мощностью 250 л. с. с промежуточным валом, наклонным к транцу, изготовляет все та же «Вольво Пента». Она выпускается с 1972 г. и предназначена для больших глиссирующих катеров. Особенность колонки — гидравлическая система поворота и откидывания, содержащая насос, рулевую подсистему и подсистему откидывания. В рулевую подсистему входит гидроцилиндр двойного действия, в который подается гидравлическая смесь от насоса (рис. 12).
Двигатель 2 имеет передачу переднего хода, нейтраль и реверс, переключаемые рычагом 3 с помощью тяги, идущей от пульта управления. С этим же рычагом тягой связан реверсивный запорный клапан гидроцилиндра откидывания 4, благодаря чему клапан запирает жидкость в гидроцилиндре одновременно с переключением винта на задний ход.
Крутящий момент на гребной вал 7 передается от ведущего через двойной универсальный шарнир, верхнюю пару конических шестерен, наклонный вал 5 и нижнюю коническую пару 6.
Верхняя часть колонки, установленная цапфами в опорной раме 1, поворачиваясь вокруг горизонтальной оси, может менять угол наклона, а также откидываться при наезде на подводное препятствие. Гидроцилиндр откидывания 4 шарнирно соединен с опорной рамой.
Нижняя часть корпуса колонки 8 может поворачиваться с баллером 9 на подшипниках вокруг оси наклонного вала. Верхняя часть баллера проходит через заполненную маслом полость; примерно на половине окружности на ней нарезаны зубья, которые входят в зацепление с зубчатой рейкой 10, на обоих концах которой установлены гидроцилиндры поворота. Перемещение рейки и поворот баллера в необходимом направлении производится подачей масла из гидросистемы в правый или левый гидроцилиндр.
Несмотря на большое разнообразие выпускаемых промышленностью колонок и множество запатентованных конструктивных решений их узлов и механизмов, существует общая направленность дальнейшего развития этих пропульсивных установок.
Как правило, в поворотно-откидных колонках крутящий момент двигателя передается на гребной вал с помощью универсальных шарниров и двух конических передач, одна из которых содержит реверсивную муфту — конусную или кулачковую. Предлагавшиеся в 60-х годах другие решения не нашли широкого распространения (например, запатентованные фирмой «ОМС» зубчатые колеса с шаровым зубом вместо универсального шарнира).
Реверсивная передача чаще всего располагается в верхней части колонки, в отличие от многих первоначальных конструкций с муфтой реверса в гондоле — подводной части колонки — решение, перешедшее «по инерции» от подвесных моторов. Верхнее расположение реверсивной передачи позволяет придать нижней части колонки более выгодную с точки зрения гидродинамики форму, а также облегчить ее подъем из воды.
Конические колеса Z-образной передачи выполняются со спиральным зубом для обеспечения бесшумности работы колонки.
Лучшим решением устройства для откидывания и фиксации колонок в нужном положении является на сегодняшний день применение гидросистем силового удержания, которая пришла на смену механическим устройствам с различного рода защелками и замками. Такие системы широко известны под названием «пауэр трим». Они содержат силовые гидроцилиндры, которые с помощью насоса и клапанных устройств не только откидывают и опускают колонку, но и удерживают ее от откидывания при реверсе, а также смягчают удары после откидывания. Предусмотрено также автоматическое выключение зажигания при выходе гребного винта из воды.
На большинстве современных колонок выхлопные газы выводятся в воду через ступицу винта или специальный выхлопной патрубок. В последние годы появился целый ряд усовершенствований системы газовыхлопа через ступицу гребного винта, предотвращающих повышенную кавитацию. Для этого используются различные диффузоры, отбойные кольца, насадки и т. д.
Большие перспективы у колонок с наклонным вертикальным валом благодаря таким их преимуществам, как компактность и новое решение проблем поворота — он осуществляется только нижней частью колонки — и компенсации реактивного момента винта.
Очевидно стремление к увеличению мощностей колонок. За последние 15 лет они возросли в 4—5 раз. Об этом же свидетельствуют поиски новых компоновок колонок и появление патентов на двух- и многовальные колонки, способные передавать значительные мощности.
Все современные колонки имеют дистанционное управление. Поиск в этой области сводится к уменьшению количества движущихся частей и рычагов, к отказу от различных тросиков в оболочке и т. д. Такова гидравлическая система фирмы «Меркюри» «Мертранс II» с электрическим управлением, применяемая на моделях мощностью 225 и 255 л. с.
На колонках широко применяются конвертированные автомобильные двигатели легкого топлива и дизели, имеющие небольшой вес и высокое число оборотов.
Следует отметить растущий интерес к роторному двигателю Ванкеля. С ним уже поставляются колонки английской фирмы «Перкинс» и западногерманские колонки «ZF». Появились и уникальные установки с газотурбинными двигателями.
У нас любители водно-моторного спорта проявляют горячий интерес к первым отечественным разработкам катерных колонок. Правда, в настоящее время серийно изготовляется только двухвальная установка мощностью 250 л. с. для катеров на подводных крыльях. Колонка «ПОК100», о которой уже писали в сборнике, модернизирована и проходит испытания, однако вопрос о серийном ее изготовлении пока не решен.