По своему конструктивному исполнению шпили бывают швартовные и якорно-швартовные. Швартовный шпиль имеет сидящий на баллере (вертикальном валу) барабан, предназначенный для выполнения швартовных операций. Баллер якорно-швартовного шпиля несет также цепную звездочку, обеспечивающую якорные операции. Кроме того, конструктивной особенностью шпилей может быть отсутствие баллера. Безбаллерные шпили появились на судах сравнительно недавно, но в последнее время получают все большее распространение. Двигатели шпилей — паровая машина, электродвигатель гидравлический и, реже, пневматический двигатель. Отечественные электрические и паровые шпили обозначаются ШЭ, ШП и ШЭР с добавлением числового индекса. Электрические шпили обеспечивают скорость выбирания швартовного каната 10—15 м/мин и имеют удельную мощность ог 3 до 4 кВт на 1 тс тягового усилия. Широко распространены шпили с тяговым усилием 3000, 5000, 8000 кгс.
По своей конструкции судовые швартовные шпили подразделяются на двухпалубные и однопалубные. У первых на верхней палубе размещается только головка (барабан), а электродвигатель и редуктор располагаются в подпалубном помещении. У вторых же электродвигатель, редуктор и швартовный барабан размещены на фундаментной раме, причем электродвигатель может располагаться над палубой или под ней. Чаще устанавливаются однопалубные шпили с электродвигателем над палубой и червячным редуктором. При подпалубном расположении электродвигателя, при котором электродвигатель и редуктор устанавливают в подвешенном положении с ниж-
Рис. 1. Якорно-швартовное устройство с двумя шпилями
Рис. 2. Шпиль ШЭР-11:
1, 5 — рукоятка и гнездо рукоятки ручного привода; 2 — резьбовая втулка; 3 —крышка; 4 — маховик; 6 — палец; 7 — зубчатый венец; « — сателлит; 9 — червячный вал; 10 — баллер; —червяк электропривода; 12 — собачка; 13 — грузовой барабан; 14 — фланец; 15 — центральная шестерня
Якорно-швартовные шпили имеют ручной запасный привод, если они предназначены для работы с якорными цепями калибром до 28 мм — в морских условиях и калибром до 34 мм — в речных
условиях. Все другие модели шпилей запасный привод, в том числе и ручной, иметь не должны. На рис. 1 показано современное якорно-швартовное устройство с двумя шпилями, применяемое на морских лайнерах и ледоколах. На палубе находятся головка шпиля и тормозная тумба, под палубой расположены редуктор и тормозное устройство. Чтобы отдать якорь, необходимо зажать ленточным тормозом диск, снять с цепи стопор и разъединить звездочку со швартовным барабаном. После этого масса якоря воспринимается цепной звездочкой. От звездочки вниз идет палгед (удлиненная втулка), на который и насажен диск. Если ослабить тормоз, диск начнет вращаться, якорь вывалится из клюза и пойдет вниз. Цепь из цепного ящика по трубе проходит на звездочку и через клюз за борт. Для подъема якоря надо соединить звездочку со швартовным барабаном, полностью освободить тормоз и включить электродвигатель. Вал начнет вращаться вместе с палгедом, и звездочка будет выбирать цепь вместе с якорем. Якорная цепь со звездочки по трубе будет поступать в цепной ящик.
Электроручной шпиль ШЭР-11 является однопалубным якорно-швартовным шпилем, нижняя часть которого представляет корпус редуктора, заполняемый смазочным маслом для непрерывной смазки червячного колеса и червяка, расположенных в масляной ванне.
Вертикальный полый баллер закреплен в корпусе редуктора неподвижно на шпонке при помощи гайки. В верхней части на баллер насажен фланец на шпонке, во фланце закреплены три вертикальных пальца, являющихся осями сателлитов (промежуточных шестерен). Сателлиты оборудованы подшипниками скольжения. Подшипники смазываются густой смазкой, подаваемой через отверстия в пальцах. Внутри баллера проходит вертикальный червячный вал с двумя подшипниками скольжения. На нижнем конце вала на шпонке при помощи гайки закреплено червячное колесо. Верхний конец вала имеет кулачки для зацепления с осью ведущей шестерни. Ось имеет собственный подшипник скольжения. Смазка этого и верхнего подшипников вертикального вала производится тавотом, набиваемым внутрь маховика и выдавли-влемым из него к подшипникам по центральному сверлению оси и вала ввинчиванием крышки. Маховик шпиля зафиксирован от осевого перемещения, и при вращении его центральная шестерня навинчивается на втулку маховика или свинчивается с нее.
К верхней части барабана присоединен зубчатый венец, к нижней части — шесть собачек, опирающихся на специальные поддержки. При работе шпиля от электродвигателя центральная шестерня перемещается вниз до отказа и вводится в зацепление с вертикальным валом. Вращение передается швартовному барабану через червяк, червячное колесо, червячный вал, центральную шестерню, сателлиты и зубчатый венец.
При работе шпиля от ручного привода центральная шестерня поднимается вверх и выводится из зацепления с вертикальным ва-оМ Вращение передается барабану через центральную шестерню сателлиты и зубчатый венец.
Зубья шестерен и венца верхней передачи покрывают периодической густой смазкой.
Помимо кулачкового соединения, на ряде конструкции шпилей сцепление барабана шпиля с его баллером осуществляется дисками трения. Недостатком конструкций шпилей с цельнолитыми звездочкой и швартовным барабаном является необходимость снятия якорной цепи для возможности проведения швартовных операций. Швартовные шпили, аналогично якорно-швартовным, по конструкции подразделяются на двухпалубные и однопалубные. В качестве двигателя для швартовных шпилей в настоящее время применяют главным образом электродвигатель. Приведенный на рис. 3 швартовный двухпалубный шпиль состоит из швартовного барабана, электродвигателя, редуктора, вертикального вала и дискового электромагнитного тормоза.
Рис. 3. Швартовный электрический шпиль
Рис. 4. Механическая передача двухпалубного электрического швартовного шпиля
Рис. 5. Устройство безбаллерного шпиля
Швартовный барабан получает вращение от электродвигателя механическую передачу. Вращающий момент Электродвигателя передается через конические зубчатые шестерни, вал (на противоположном от шестерни конце которого насажен червяк), червячную пару с червячной шестерней, закреплённой на шпонке на вертикальном валу.
При остановке электродвигателя на дисковый тормоз автоматически нажимает электромагнит, червяк, сидящий на валу, тормозится. Продольные усилия, действующие на червяк при его работе, воспринимаются шариковыми подшипниками, которые одновременно являются опорными и упорными. Вертикальный вал шпиля внизу упирается в подшипник. Вся механическая передача шпиля (редуктор) заключена в герметичный кожух, в который наливается масло. Электродвигатель шпиля поставлен вертикально для уменьшения габаритных размеров всей установки.
В качестве однопалубных шпилей в последнее время широкое распространение получили безбаллерные шпили. На рис. 94 показано устройство безбаллерного шпиля отечественного производства В этих шпилях электродвигатель расположен вертикально и смонтирован внутри головки, а корпус редуктора является одновременно фундаментной рамой шпиля. Швартовный без-баллерный шпиль состоит из неподвижного остова, включающего корпус редуктора с крышкой, опорного стакана, приводного вертикального электродвигателя, присоединенного к приливу крышки редуктора, швартовного барабана, вращающегося на шейках опорного стакана, и зубчатой передачи от вала электродвигателя к швартовному барабану.
Зубчатая передача состоит из трех пар цилиндрических косо-зубых шестерен, заключенных в залитый маслом корпус редуктора, и одной прямозубой пары шестерен (зубчатый обод, запрессованный в нижнюю часть швартовного барабана, и входящая с ним в зацепление шестерня).
Редуктор рассматриваемого шпиля имеет высокий механический к. п. д., так как все его валы установлены на шариковых подшипниках качения. Швартовный барабан, воспринимая горизонтальную нагрузку, передает ее на стакан. Вертикальная нагрузка швартовного барабана также воспринимается стаканом, для чего на его нижнем фланце установлены бронзовые сегменты, создающие опорную поверхность скольжения. Шайба, прикрепленная винтами к верхней торцевой части стакана, предотвращает смещение швартовного барабана вверх. Эта шайба установлена таким образом, что ее выступающий козырек предотвращает возможность попадания на электрооборудование масла, заливаемого через пробку в крышке для смазки подшипников скольжения. Последняя закреплена на швартовном барабане винтами и защищает головку шпиля от попадания воды. Для смазки зубчатого обода и шестерни предусмотрены пресс-масленки, через которые подается густая смазка.
Преимущества безбаллерных шпилей, обусловившие их широкое распространение на судах зарубежной постройки, сводятся к следующему:
1) эти шпили имеют меньшие габаритные размеры за счет расположения электродвигателя и редуктора внутри барабана шпиля;
2) при монтаже безбаллерных шпилей нет нужды нарушать палубу, занимать помещение под верхней палубой и производить центровочные и пригоночные работы;
3) применяемый передаточный механизм в данных шпилях имеет высокий к. п. д.;
4) количество деталей по сравнению со шпилями обычной конструкции уменьшено на 20—40%;
5) простота конструкции шпиля обеспечивает легкую его разборку.