На какое время постоянной работы рассчитываются якорно швартовные механизмы с механическим приводом

Назовите режимы работы якорно-швартовых механизмов.

Приводные двигатели якорно-швартовных механизмов должны осуществлять следующие режимы работы:
1. Номинальный — основной режим, обеспечивающий расчетное тяговое усилие и скорость выбирания якорь-цепи при подтягивании судна к якорю во время его подъема. Эта часть операции происходит при наибольшей нагрузке и рассчитана на 30 мин у механизмов первой и третьей групп и на 15 мин у механизмов второй группы. Предельное усилие в якорь-цепи возникает при отрыве якоря от грунта. В этот период электродвигатель должен развивать пусковой момент, а гидродвигатель — крутящий момент, который не менее чем вдвое превышает номинальный. Электродвигатель при этом останавливается и находится под током, а при остановке гидродвигателя происходит перепуск рабочей жидкости через предохранительный клапан. Двигатели рассчитываются на работу в этом режиме в продолжение не менее 30 с.

2. Выбирание якорь-цепи с малой скоростью и пониженным тяговым усилием при втягивании якоря в клюз. Время работы в этом режиме не менее 3 мин.
3. Выбирание швартовного каната с номинальным тяговым усилием и номинальной скоростью до 0,3 м/с у большинства моделей якорно-швартовных механизмов рассчитано на 30 мин. Номинальное тяговое усилие у разных моделей колеблется от 8 до 140 кН.
4. Выбирание швартовного каната с малой скоростью, не превышающей 0,15 м/с, при работе вблизи причала с тяговым усилием на турачке не менее 0,75 номинального в течение 3-5 мин.
5. Выбирание ненагруженного каната при условном расчетном тяговом усилии, равном 0,2 номинального, с повышенной скоростью 0,40-0,67 м/с в течение 10 мин.
Для некоторых моделей механизмов второй, четвертый и пятый режимы не предусматриваются.
Осуществление операций с помощью якорно-швартовных механизмов и выбор необходимого режима выполняются поворотом маховиков и перемещением рукояток на посту управления. Направление их движения регламентировано требованиями Регистра и государственных стандартов. Выбирание якорь-цепи или швартовного каната осуществляется поворотом маховика управления по часовой стрелке или перемещением рукоятки на себя. Для травления якорь-цепи или швартовного каната органы управления перемещают в противоположном направлении. Затормаживание механизма осуществляется вращением маховика по часовой стрелке, при этом усилие на маховике ручного тормоза не должно превышать 0,65 кН для механизмов первой и второй групп и 0,5 кН-для механизмов третьей группы.

Каковы мероприятия по обслуживанию брашпиля с электрическим приводом?

Выбранный якорь удерживается затянутым ленточным тормозом звездочки и включенными палубными стопорами. Для отдачи якоря электродвигателем снимают палубные стопоры, включают муфту и растормаживают ленточный тормоз звездочки, которая теперь удерживается дисковым тормозом электродвигателя до момента его включения. Другая муфта остается разобщенной, а ленточный тормоз удерживает ее звездочку относительно вращающегося вала. Аналогично производят отдачу второго якоря. Выбирание якоря выполняется при таком же положении органов управления. После его завершения затягивается ленточный тормоз звездочки и разобщается ее кулачковая муфта.
При отдаче якоря свободным травлением цепи муфты остаются выключенными, а управление отдачей осуществляется растормаживанием ленточного тормоза и его подтормаживанием для регулирования скорости травления цепи.
Включение и выключение кулачковых муфт производятся при остановленном электродвигателе и заторможенных цепных звездочках.
Ленточный тормоз затягивают и отпускают при остановленном электродвигателе.
Электродвигатель включается при разобщенных муфтах и заторможенных звездочках или при включенных муфтах и расторможенных звездочках.

Расчет якорно-швартового устройства

1. Расчет электропривода
якорно-швартового устройства

Якорно-швартовые механизмы
обеспечивают оперативное выполнение якорно-швартовных операций, в значительной
степени определяющих мореходные качества судна, а также его
техническо-экономические показатели.

Электроприводы якорно-швартовых
устройств должны обеспечивать:

·  
возможность использования якорно-швартовых устройств /ЯШУ/ при
тяжелых состояниях погоды и моря и его высокую надежность;

·  
возможность запуска электродвигателя при полной нагрузке;

·  
поддержание необходимого тягового усилия при пониженных частотах
вращения исполнительного двигателя и при остановке;

·  
стоянку двигателя под током в течение З0 сек с нагретого
состояния;

·  
удержание якоря на весу при снятом напряжении;

·  
безопасность отдачи якоря;

·  
наличие у электропривода диапазона скоростей, включая
нормированную скорость подъема одного якоря c расчетной глубины и минимальную
скорость подхода якоря к клюзу;

·  
минимальную массу и оптимальную комплектность.

Работа ЯШУ регламентируется требованием
морского Регистра и при ежегодных осмотрах производится освидетельствование
инспектором Регистра ЯШУ с последующим разрешением на его дальнейшую
эксплуатацию. В качестве якорных механизмов на судах применяются брашпили и
якорные шпили.

Основные параметры брашпилей
стандартизируются. Для судов создан нормализированный ряд отечественных
электрических брашпилей. Ряд состоит из 13 моделей Б-1…Б-13 для цепей с
калибром от 15 до 92 мм.

Шпили, применяемые в якорных
устройствах, имеют вертикальное расположение оси. При этом основная частота
передаточного механизма и электрооборудование находится под палубой.
Расположение исполнительных двигателей под палубой имеет большие преимущества и
увеличивает надежность работы якорных шпилей, особенно в период зимних обледенений.

Передаточные механизмы ЯШУ
комплектуются в основном из цилиндрических пар и снабжаются отдельными
червячными парами для связи их с электродвигателями.

Шпили и брашпили имеют высокий КПД,
не ниже 0,75, и не являются самотормозящими.

В обычных условиях, при постановке
судна на якорь, его отдача выполняется свободным травлением якорного каната. В
передаточном механизме обязательно предусматривается для этого муфта сцепления
дискового или кулачкового типа. Расцепление производится с помощью маховиков или
рычажно-винтовых связей.

. Характеристики
якорного снабжения

Характеристика якорного снабжения
для всех судов определяется по формуле:

где D=2357,5т — весовое водоизмещение судна при осадке по летнюю
грузовую марку;

В=7 м — ширина судна наибольшая;

r=1,025 т/м³ —
плотность морской воды;

h=5 м — высота по летней грузовой ватерлинии до верхней кромки
настила палубы самой высокой рубки;

А=460 м² — площадь
парусности в пределах длины судна L=95 м, определяется по диаметральной плоскости судна в пределах от
летней грузовой ватерлинии.

По результатам расчета выберем из
таблицы цепь 3^ей категории.

Характеристики якорного устройства:

·  
калибр якорной цепи: 24 мм;

·  
суммарная длина цепей: 357,5 м;

·  
количество цепей: 2 шт.;

·  
количество якорей: 2 шт. (+1 запасной);

·  
масса якоря: 900 кг.

. Выбор двигателя

Согласно требованиям
Регистра, мощность двигателя якорного механизма должна обеспечивать непрерывное
выбирание якорной цепи со скоростью 0,15 м/с при тяговом усилии: .

, где

а=46,6 — коэффициент для
цепей 3 категории прочности, электросварные обыкновенные.

Номинальный момент исполнительного
двигателя:

R_зв
— расчетный радиус якорной звездочки;

a=36°
— угол звездочки.

, где

i
= 150 — передаточное число механизма брашпиля;

h_пер=0,8
— номинальный КПД механизма передачи;

f_К=1,35
— коэффициент учитывающий трение цепи в клюзе.

Пусковой момент:

Номинальная частота
вращения двигателя должна отвечать нормированной скорости выбирания цепи при
расчетной нагрузке: .

Угловая скорость
электропривода:

.

Минимально необходимая
скорость двигателя:

Номинальная мощность
двигателя:

двигатель
якорный снабжение нагрузочный

По полученным данным выбираем
двигатель серии МАП422-4/8.

4. Расчет и построение
характеристик АД ЯШУ

Для построения механических
характеристик воспользуемся формулой Клосса — Чекунова.

Где:  —
перегрузочная способность по моменту,

 — номинальное
скольжение,

 — критическое
скольжение,

 — поправочный
коэффициент,

 — коэффициент,
выражающий соотношение между пусковым и максимальным моментом,

Ток холостого хода:

Для проверки АД на нагрев необходимо
от моментов перейти к соответствующим значениям тока:

, А

Расчет токов I₁ сведем в таблицу:

По полученным значениям строим
механическую характеристику АД.

. Построение нагрузочной
диаграммы

Когда судно стоит на якоре на него
действуют: сила ветра F_В, сила течения F_Т. Их равнодействующая F относит судно от места залегания якоря и
вызывает натяжение цепи.

При съемке судна с якоря и выбирания
якорной цепи на первой стадии к тормозящим силам добавляется еще и сила
сопротивления винта главного двигателя F_ВТ.

Для определения равнодействующей
силы рассчитываем каждую из тормозящих сил отдельно.

Сопротивление потока воды подтягиванию
судна:

где К_К=1 —
поправочный коэффициент на влияние кривизны судна, которая учитывается
отношением длины судна к его ширине;

 — коэффициент трения о
воду. Он зависит от характера обтекания судна потоком воды. Определяется числом
Рейнольдса;

L
— длина судна;

V_в=V_теч+V_c=1,8+0,2=2 — скорость набегания воды
на судно при съемке с якоря, м/с;

n=0,01×10^-4
м²/с — кинематический коэффициент вязкости морской воды;

Dx_f=1×10^-3
— надбавка к коэффициенту трения, учитывающая шероховатость судна.

S_см
— смоченная поверхность корпуса судна. Находится по формуле:

Сопротивление
подтягиванию судна, встречного ветра

При подтягивании судна к
месту залегания якоря ветер дует в лобовую надстройку. Сила сопротивления
встречному ветру:

где К_В.=0,4 —
коэффициент удельного давления ветра. Его величина устанавливается в результате
продувки моделей судов, располагаемых под различными углами к направлению
воздушного потока. Наибольшая сила ветрового сопротивления возникает при
направлении ветра под углом 27°¸30° к диаметральной,
плоскости судна. В расчетах следует учитывать встречный ветер, что
соответствует обычным условиям съемки судна о якоря;

V_вет=10
м/с — скорость ветра;

Сопротивление со стороны
винта.

При подтягивании судна
винты, особенно в застопоренном состоянии, оказывают существенное сопротивление
движению судна. На основании экспериментальных и статических данных принято
учитывать это сопротивление как процентную надбавку к сопротивлению воды F_Т:

F_ВИНТ=25%
F_Т=0,25×8,16=2,04 Н

Равнодействующая сила
сопротивления подтягивания судна к месту залегания якоря:

F=
F_Т+ F_В+
F_ВИНТ=8,16+1800+2,04=1810,2 Н

Введем следующие
обозначения участков цепи, выбираемой при съемке судна с якоря:

L_ц=178,75
м — общая длина цепи одного якоря;

L₀=168,75
м — длина цепи от клюза до якоря;

 — свободно провисающая
часть цепи;

где h=80 м — расчетная глубина стоянки;

 — вес одного погонного
метра якорной цепи;

g=7,8 — плотность якорной
стали, т/м³.

Длина лежащей на грунте
цепи:

L₁=L₀-L_св=168,75-85,32=83,43 м

. Определение тяговых
усилий и моментов при подъеме одного якоря с расчетной глубины

На первой стадии съемки
с якоря усилие у клюза остается постоянным. Оно состоит из горизонтальной
составляющей N₁, идущей на преодоление сопротивления воды, ветра, винтов и
вертикальной составляющей, образованной весом провисающей части цепи, G_ц.

Тяговое усилие у клюза
при отрыве якоря от грунта:

где G_я — вес якоря, Н.

Тяговое усилие у клюза
на второй стадии принимается линейно возрастающим от F₁
до F₃.

7. Расчет моментов
сопротивления на валу двигателя

Момент сопротивления при
подтягивании судна к якорю:

где h_кл=0,75 — КПД клюза;

h_пер=0,8 — КПД передачи;

Момент на валу электродвигателя при
отрыве якоря от грунта:

Момент на валу
электродвигателя при подъеме якоря после отрыва от грунта:

Момент на валу двигателя
при подходе якоря к клюзу:

Одновременный подъем
двух якорей с половины номинальной расчетной глубины якорной стоянки.

Усилие у клюза в начале
подъема:

Усилие в конце подъема:

Момент на валу
электродвигателя в начале и конце подъема:

Аварийный подъем якоря с
большой глубины.

Усилие у клюза в начале
подъема создается весом якоря и вытравленной цепи:

В конце подъема:

F_ав.кон
= G_я =
9000Н

8. Определение скорости
выбирания цепи и время работы электродвигателя

Воспользовавшись
полученными механическим характеристиками M=f(n) для выбранных электродвигателей и задаваясь полученными
величинами моментов M₁¸M₄, находим по кривым величину скорости n₁¸n₄:

Определив по графику частоту
вращения двигателя, определяем скорость выбирания якорной цепи по стадиям:

И при выбирании
одновременно двух якорей с половинной глубины:

Продолжительность каждой
стадии:

t₃
— принимается равным 30 сек — время стоянки двигателя под током.

Полное расчетное время
съемки судна с якоря:

Расчетное время выборки
якоря не должно превышать 30 мин.

По полученным расчетным
данным строим нагрузочную диаграмму якорного устройства M=f(t).

. Проверка выбранного
электродвигателя
на нагрев

Соответствие выбранного двигателя
условиям нагрева проверяют, сравнивая среднеквадратичный ток или момент с
соответствующими номинальными значениями.

Для двигателя переменного тока
удобно производить проверку методом среднеквадратичного момента.

При выбирании двух
якорей с половинной глубины:

Двигатель выбран
правильно, если М_Н>М_ЭКВ; 87,08>47,67.

При условии расчета и
проверки двигателя методом среднеквадратичного тока можно воспользоваться
формулой:

В случае аварийного
подъема двух якорей с половинной глубины:

. Проверка двигателя на
максимальную скорость при отдаче якоря

При постановке судна на
якорь при значительных глубинах и неизученном дне, стоянку производят с помощью
электропривода.

Максимальное тяговое
усилие у клюза, вызывающее ускорение у двигателя:

Этому усилию будет
соответствовать момент на валу двигателя:

, где

h_кл’
— КПД клюза при спуске якоря;

h_пер’
— КПД передаточного механизма при спуске якоря.

Значению момента М_сп
соответствует скорость, определяемая из тормозной характеристики двигателя.

В качестве якорных механизмов используются брашпили (полубрашпили), якорные или якорно-швартовные шпили и якорно-швартовные лебедки.

Определяющим для выбора механизмов якорных устройств и расчета мощности является режим их работы при снятии судна с якоря, который условно можно разделить на следующие основные периоды: I — выбирание цепи, когда часть ее лежит на грунте; II — выбирание цепи, когда вся якорная цепь поднята с грунта; III — отрыв якоря от грунта; IV — выбирание цепи и свободно-висящего якоря после отрыва от грунта; V — втягивание якоря в клюз.

Основным элементом любого якорного механизма, работающего с цепью, является цепной кулачковый барабан-звездочка. Горизонтальное положение оси звездочки свойственно брашпилям, вертикальное — шпилям. У некоторых современных судов устанавливают якорно-швартовные лебедки. Лебедки устанавливают также при комбинированных канатах (для глубоководной стоянки).

По скорости выбирания цепи V_m, якорные механизмы делятся на две группы: с нормальной скоростью выбирания (0,17 м/с) и с повышенной скоростью выбирания (не менее 0,4 м/с). Якорные механизмы большинства морских транспортных судов относятся к первой группе. Якорные механизмы второй группы устанавливают на судах, где требуется быстрое снятие с якоря.

Брашпили предназначены для обслуживания цепей левого и правого бортов. Сравнительно недавно на крупнотоннажных судах стали применять раздельные полубрашпили (с одной звездочкой), смещенные к соответствующим бортам. Полубрашпили применяют также на катамаранах. Брашпили и полубрашпили, размещаясь на палубе, не занимают внутренних помещений, значительно упрощается обслуживание механизмов, осмотр и ремонт, сокращается количество обслуживающего персонала. Брашпили обеспечивают раздельную работу звездочек левого и правого бортов. Использование фрикционных муфт позволяет смягчать ударные нагрузки и обеспечить плавное включение звездочек. Отдача якоря производится за счет его собственного веса и веса цепи. Скорость при этом регулируется ленточным тормозом.

Брашпиль (рис. 15.53) состоит из двигателя, редуктора и размещенных на грузовом валу цепных звездочек и турачек. Звездочки сидят на валу свободно и при работе двигателя могут вращаться только тогда, когда они соединены с грузовым валом специальными кулачковыми муфтами. Турачки сидят на грузовом или промежуточном валу жестко и всегда вращаются при включенном двигателе. Каждая звездочка снабжена шкивом с ленточным тормозом. При увеличении размеров судов рационально спроектировать якорное устройство с брашпилями не удается.

Шпиль обычно разделен на две части: звездочка и швартовный барабан располагаются на палубе, а редуктор и двигатель — в помещении под палубой. Вертикальная ось звездочки позволяет неограниченно варьировать в горизонтальной плоскости направление движения цепи. Наряду с освобождением верхней палубы это является существенным преимуществом шпиля над брашпилем. К преимуществам шпиля следует отнести также низкое положение центра тяжести, более простую конструкцию фундаментов, относительно малую массу. Часто якорный и швартовный механизмы объединяют в одном якорно-швартовном шпиле. На рис. 15.54 показан шпиль, двигатель которого закреплен под палубой.

Якорно-швартовные лебедки, включающие в себя звездочку и швартовный барабан, находят все большее применение на морских транспортных судах (рис.15.55). Они отличаются высоким КПД, меньшей массой и безопасностью в работе. На плавучих кранах, землечерпательных снарядах, плавучих буровых установках и т. д. применяют якорно-швартовные лебедки, у которых на одной раме размещены цилиндрический швартовный барабан и якорная звездочка, имеющие общий грузовой вал и привод от одного двигателя.

На судах с глубоководным якорным устройством канат выбирают с помощью якорной глубоководной лебедки, имеющей цилиндрический барабан. Иногда на таких судах ставят два якорных механизма: брашпиль (шпиль) для стоянки на глубинах до 200 м и глубоководную якорную лебедку.

Звездочка (рис. 15.56) является одной из самых важных деталей любого якорного механизма. Надежное перемещение цепи достигается только тогда, когда не менее чем два выступа звездочки находятся в зацеплении с цепью. Достигается это увеличением угла охвата звездочки цепью и числа кулачков. У шпилей с большим углом охвата (до 180°) применяют звездочки с четырьмя кулачками, у брашпилей угол охвата составляет примерно 130° и число кулачков увеличивается до пяти-шести. Кулачки разделены канавкой, в которой размещены звенья, ориентированные перпендикулярно к ведомым звеньям. При вращении звездочки кулачки упираются в ведомые звенья и перемещают цепь.

По типу привода якорные механизмы делят на паровые, электрические и электрогидравлические.

Преимущества парового привода — способность выдерживать большие перегрузки и возможность работать во взрывоопасной зоне. К основным недостаткам этого привода относятся: сложность передачи пара и большие потери в паропроводах; необходимость предварительного прогрева всей системы, что значительно задерживает пуск механизмов, особенно в холодное время года; сложность регулирования скоростей; необходимость предусматривать специальные источники пара на судах с двигателями внутреннего сгорания. Из-за этих недостатков паровой привод применяется только на нефтеналивных судах.

Электрический привод обеспечивает постоянную готовность механизма к работе, высокое значение КПД, незначительные потери энергии при ее передаче. Если для якорных механизмов принят электрический привод, то следует выбрать, на каком токе он будет работать — на постоянном или переменном. Регулировка скорости в электродвигателях постоянного тока очень проста, и они могут работать в различных режимах с большой эффективностью. Однако электродвигатели переменного тока дешевле, надежнее в эксплуатации, лучше сочетаются с общесудовой системой электроснабжения.

Преимущества электродвигателей переменного тока позволяют с большой эффективностью применять комбинированный электрогидравлический привод, который обеспечивает хорошую регулировку скорости, воспринимает значительные и длительные перегрузки. Недостаток этого привода — большая стоимость.

Для якорных механизмов не требуется широкого диапазона регулировки скоростей. В связи с тем, что цепь при отдаче движется под действием собственного веса, отпадает необходимость холостого хода. Это позволяет отдать предпочтение электродвигателям переменного тока.

Курсовая работа: Расчёт электропривода якорно-швартового механизма

Министерство транспорта Российской федерации

Служба речного флота

Новосибирская Государственная академия водного транспорта Омский филиал

Проект защищен

Оценка

Подпись

Дата

Расчетно-пояснительная

Записка

К курсовому проекту

По дисциплине: ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ РУЛЕВЫХ

УСТРОЙСТВ И ЯКОРНО-ШВАРТОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Тема: РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЯКОРНО-ШВАРТОВНОГО МЕХАНИЗМА

180404.КП.САЭП.08.12 ПЗ

Руководитель: Студент:

ЭМ – 41у

Ученая степень (курс, шифр)

Селиванов П.П. Моисеев К.В.

Ф.И.О. Ф.И.О.

Омск 2008

ЗАДАНИЕ В№12

1. Тип судна: П;

2. Класс по регистру: О;

3. Длина, L (м): 96;

4. Ширина, В (м): 12;

5. Высота борта, Н (м): 4,3;

6. Осадка, Т (м): 2,4;

7. Длина I дека, l1 (м): 85;

8. Ширина I дека, b1 (м): 11;

9. Высота I дека, h1 (м): 2,2;

10. Длина II дека, l2 (м): 82;

11. Ширина II дека, b2 (м): 10;

12. Высота II дека, h2 (м): 2,2;

13. Длина III дека, l3 (м): 78;

14. Ширина III дека, b3 (м): 9,5;

15. Высота III дека, h3 (м): 2,2;

16. Водоизмещение, V (т): 1473;

17. Скорость хода, υ (км/ч): 20;

18. Тип якорно – швартовного механизма: Брашпиль;

19. Швартовный канат: Пеньковый;

20. Напряжение сети, U (В): 380;

21. Род тока: переменный трехфазный;

22. Система управления: контакторная;

23. Дистанционная отдача якоря: нет.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВЫБОР ЯКОРНО-ШВАРТОВНОГО МЕХАНИЗМА. 4

2. Расчёт мощности электродвигателя якорно-Швартовных механизмов. 6

3. Проверка выбранного электродвигателя на обеспечение скоростей выбирания якорной цепи… 13

4. Проверка выбранного двигателя по скорости выбирания швартовного каната… 14

5. Определение наибольшего усилия в якорных цепях при действии пускового момента двигателя. 15

6. Определение скорости травления двигателем цепи наибольшего калибра. 16

7. Проверка двигателя на обеспечение подъёма 2якоруй с половины глубины……………………………………………………………………………………………17

8. Проверка двигателя на обеспечение подъёма якоря с полностью вытравленной цепью (аварийный режим) 20

8. Проверка двигателя на нагрев… 23

9. Разработка схемы управления. 28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ… 34

1. ВЫБОР ЯКОРНО-ШВАРТОВНОГО МЕХАНИЗМА.

1.1 Определяем якорную характеристику (характеристику снабжения)

L – длина судна, м;

B – ширина судна, м;

T – осадка судна, м;

H – высота борта, м;

l1 – длина надстройки первого дека (яруса);

h1 – высота надстройки первого дека (яруса);

l2 – длина надстройки второго дека;

h2 – ширина надстройки второго дека и т.д.;

k = 1

.

1.2 Исходя из величины якорной характеристики, типа судна и его класса по Регистру, в соответствии требований Речного Регистра, выбираем число якорей, суммарную массу якорей и суммарную длину якорной цепи.

Число якорей: 2;

Суммарная масса якорей: 2150 кГ;

Суммарная длина цепей: 225 м.

1.3. В зависимости от веса якоря выбираем калибр якорной цепи.

Масса якоря: 1250 кГ;

Калибр: 34 мм.

1.4 Зная калибр цепи производим выбор якорно-швартовного механизма .

Группа: III;

Расчетная глубина стоянки: 60 м;

Тип шпиля: Б3Р;

Диаметр звездочки: 430 мм;

Удельное тяговое усилие:

с номинальной скоростью: a= 2,3 кгс

с малой скоростью: a`=1,6 кгс

Коэффициент прочности якорной цепи: .

2. Расчёт мощности электродвигателя якорно-Швартов­ных механизмов.

2.1 Предварительный выбор мощности электродвигателя.

2.1.1 Расчетное номинальное тяговое усилие на звездочке

где a – удельное тяговое усилие, МПа;

m – коэффициент прочности якорной цепи;

d – калибр цепи, мм;

.

F ном.расч необходимо проверить на соответствие нормам Российского Речного Регистра по формуле:

,

2.1.2 Момент на валу двигателя

где , мм – диаметр цепной звёздочки,

i я = 200 – передаточное число от вала двигателя к звёздочке брашпиля;

η я =0,8 – к.п.д. якорного механизма

2.1.3 Частота вращения двигателя

где v – скорость выбирания якорной цепи, м/с;

2.1.4 Мощность двигателя

2.1.5 Расчетное тяговое усилие на звёздочке при работе на малой скорости

– удельное тяговое усилие, кгс ;

2.1.6 Момент на валу двигателя при работе на малой скорости:

2.1.7 Частота вращения двигателя при работе на малой скорости:

2.1.8 Мощность двигателя при работе на малой скорости:

2.1.9 Пусковой момент при работе двигателя на основной скорости:

2.1.10 Расчётный момент при выбирании швартовного каната:

где F ш – номинальное тяговое усилие на швартовном барабане, Н;

i ш = 0,5 i я =125- передаточное число от вала дв-ля к валу швартовного барабана

η ш – к.п.д. швартовного механизма, принимаем η ш = η я ;

uш.н. = номинальная скорость выбирания швартовного каната, м/мин. 0,13 м/с.

, м;

2.1.11 Расчётное тяговое усилие на звёздочке, удерживаемое тормозом:

где k = 2

2.1.12 Требуемый тормозной момент тормоза:

где – обратный к.п.д.;

.

2.1.13 На основании полученных данных выбираем электродвигатель 30-минутного режима на основной частоте вращения серии МАП и записываем все параметры:

Тип двигателя: МАП 422 — 4/8 ОМ1;

Мощность, кВт: 12/8;

Напряжение, В: 380;

Режим работы, мин: 30/30;

Частота вращения, об/мин: 1390/645;

Ток статора номинальный, А: 24,5/21,6,

Ток статора пусковой, А: 142/75;

Момент пусковой, кгс∙м:20/29;

Момент максимальный, кгс∙м:22/30;

Маховой момент с тормозом, Н∙м: 4,91

Маховой момент, кгс∙м2: 100. Cosφ=0.9/0.78

2.2. Построение механической и электромеханической характеристик.

2.2.1. Определяем номинальный момент:

Для четырех — полюсной обмотки:

Для восьми — полюсной обмотки:

2.2.2. Определяем номинальное скольжение:

– синхронная скорость вращения двигателя, рад/с;

– скорость вращения ротора, рад/с;

Для четырех — полюсной обмотки:

Для восьми — полюсной обмотки:

2.2.3. Вычисляем перегрузочную способность двигателя:

Для четырех — полюсной обмотки:

Для восьми — полюсной обмотки:

2.2.4. Определяем критическое скольжение:

2.2.5. Задаваясь S = 0; 0,01; 0,03; 0,05 и т.д. до Sкр определяем момент M на валу электродвигателя по формуле Клосса:

2.2.6. Построим электромеханической (скоростной) характеристику I =ƒ (S ) используя выражение:

где I н – номинальный ток, А;

– ток холостого хода, =6,3А.

Расчетные данные сведем в таблицу 1.

На основании полученных данных построим характеристики в программе MATHCAD .

Рис.1. Механические характеристики электродвигателя.

Рис.2. Электромеханическая характеристика.

2.2.7. Проверка электродвигателя на удовлетворение предъявляемым требованиям:

а). номинальный 30-минутный момент электродвигателя на основной частоте вращения для механизмов первой и третьей групп должен быть не менее 0,7 номинального расчетного

и не менее момента при выбирании швартовного каната с номинальным тяговым усилием

82.44 > 60

б). каталоженный пусковой момент электродвигателя на основной частоте вращения должен быть не менее двойного расчётного момента

200 > 2∙62

200 > 124

г). момент электромагнитного тормоза

2.3. Выбор тормоза.

Тип тормоза: ТМТ 6;

Тормозной момент, Н∙м, в режиме 30 мин: 75;

Энергия торможения при повторно-кратковременном режиме, Вт: 380;

Время, с:

включения: 0,015;

отключения: 0,013;

Число дисков: 4;

Средний радиус кольца, см: 15,0;

Поверхность кольца, см2: 377;

Ход тормоза начальный, мм: 2,5;

Ход тормоза максимальный, мм: 5;

Число тысяч торможений до смены дисков

при номинальной частоте вращения, об/мин: 80.

3. Проверка выбранного электродвигателя на обеспечение скоростей выбирания якорной цепи

3.1. Расчётные моменты на валу электродвигателя при выбирании якорной цепи, отнесённые к каждому калибру цепи данной модели.

,

3.2. Номинальные скорости выбирания якорной цепи;

4. Проверка выбранного двигателя по скорости выбирания швартовного каната

4.1. Расчётный момент на валу электродвигателя при выбирании швартовного каната с малой скоростью

4.2. Тоже наибольшей скоростью (ненагруженного каната)

Mш.б = 0,2∙60 = 42 Н∙м.

4.3. По характеристикам M = ƒ(S ) определяем

n ш.м . = 1260 об/мин;

n ш.б . = 1340 об/мин;

4.4. Скорости выбирания канатов

Как видно из расчёта при жесткой механической характеристике двигателя разница в скоростях не значительная.

5. Определение наибольшего усилия в якорных цепях при действии пускового момента двигателя.

5.1 Наибольшее усилие в якорных цепях

6. Определение скорости травления двигателем цепи наибольшего калибра.

6.1 Расчетная нагрузка на звёздочке при травлении

,

6.2 Расчётный момент на валу двигателя при травлении

6.3. Частоту вращения определяем по характеристике M = ƒ(S)

ωтр. = 156,3 рад/с

6.4. Скорость травления цепи двигателем

9. Проверка двигателя на обеспечение подъёма 2 якорей с половинной глубины.

9.1 Тяговое усилие в начале подъёма на звездочке.

кг/м – масса одного погонного метра цепи с учетомплотности воды.

=1,28- коэф. трения на клюзе

=0,9- для пресной воды

9.2 Моменты в начале и конце подъёма

9.3 Усилие в конце подъёма

9.5 Определяем частоты вращения ωнач. и ωкон и токи I нач и I кон по W=f(S) и I=f(S)

ωнач = 137.7 рад/с;

ωкон = 151.2 рад/с.

9.5 Время подъёма якорей.

9.6 Строится нагрузочная диаграмма и тахограмма. (см. приложение 1).

9.7 Среднеквадратичный ток

Iср.кв ≤ Iном

23,8 < 24,5

(7.7)

Iср.кв ≤ Iдоп

23,8 < 69,7

8. Проверка двигателя на обеспечение подъёма якоря с полностью вытравленной цепью (аварийный режим)

8.1 Тяговое усилие в начале подъёма якоря висящего на полностью вытравленной цепи

8.2 Усилие в конце подъёма

8.3 Моменты в начале и конце подъёма

8.4 Определяем частоты вращения ωнач. и ωкон и токи I нач и I кон по хар-кам.

ωнач = 140,2 рад/с;

ωкон = 153,8 рад/с.

8.5 Время подъёма якоря.

8.6 Строится нагрузочная диаграмма и тахограмма. (см. приложение 2).

8.7 Среднеквадратичный ток

.

(8.7)

Iср.кв ≤ Iном

23,6 < 24,5

Iср.кв ≤ Iдоп

23,6 < 48,6

8.8 Кроме этого в аварийном режиме шпиля следует проверить двигатель по пусковому моменту:

Mпуск.кат. > 1,5∙Mнач.

200 > 195

7. Проверка двигателя на нагрев

7.1 Длина цепной линии.

где – усилие на клюзе, Н;

– сила течения воды, омывающей корпус судна, Н;

– сила, создаваемая ветровой нагрузкой, Н;

– расчетная глубина стоянки судна на якоре, м.

кг/м – масса одного погонного метра цепи с учетом плотности воды.

, Н

– коэффициент трения судна о воду.

– скорость движения воды относительно судна, м/с,

– смоченная поверхность судна, .

и – соответственно длина между перпендикулярами, ширина и осадка судна, м.

– коэффициент полноты водоизмещения. Обычно .

V– водоизмещение,м .

, Н

– коэффициент удельного давления ветра, кг/;

скорость ветра, м/с;

– парусящая поверхность судна, .

B , H и T – главные размеренные корпуса судна, м.

b , h – ширина и высота надстроек.

7.2 Длина цепи лежащей на грунте

полная наибольшая длина якорной цепи, м.

7.3 Длина в метрах цепи, выбираемой при переменном тяговом усилии

, м

7.4 Усилие на звёздочке при подъёме якоря:

– при подтягивании к месту заложения якоря

, Н.

– при отрыве якоря от грунта

, Н.

– в начале подъёма свободно висящего якоря

, Н.

– при подходе якоря к клюзу

, Н.

7.5 Моменты для указанных стадий М 1 ;М 3; М 4нач и М 4кон определяют по выше указанным формулам.

, Н∙м;

, Н∙м;

, Н∙м.

, Н∙м.

7.6. Частоты вращения и токи определяем по характеристике M =ƒ (S ) и I =ƒ (S ) на основной частоте вращения

ω 1 = 149 рад/с; ω 3 = 141,6 рад/с; ω 4нач = 144,3рад/с; ω 4кон = 152,1 рад/с;

I 1 = 18,76А; I 3 = 37А; I 4нач = 24,2А; I 4кон = 13,6А;

7.7. Время подъёма якоря на отдельных стадиях:

, мин

, мин

t 3 = стоянка двигателя под током (0,5…1) мин. при (30…60) с.

Так как отрыв якоря от грунта осуществляется обычно на тихоходной обмотке, то нужно при проектировании учитывать это обстоятельство.

,

– общее время подъёма в с.

7.8 Строится нагрузочная диаграмма и тахограмма. (см. приложение 3).

7.9 Среднеквадратичный ток двигателя

Токи I 1; I 3; I 4нач; I 4кон, определяются по электромеханической характеристике, построенной для выбранного двигателя.

Iср.кв ≤ Iном

24,1< 24,5

Iдоп ≥ Iср.кв

где I доп = I ном ∙– допустимый ток, А.

10. Разработка схемы управления.

При разработке схемы управления следует руководствоваться следующими соображениями:

– при местном управлении и мощности электродвигателя до (10…15) кВт целесообразно применять контроллерную систему управления (контроллеры серий КВ 1000 и КВ 2000), – см. приложение 11, табл.1 и 2.

– при дистанционном управлении, что имеет место очень редкое применение, и при мощности более (10…15) кВт следует применять контакторную систему управления (магнитные контроллеры постоянного тока типа БП и ВП и переменного тока типа БТ и ВТ).

Выбор аппаратуры управления должен производиться по номинальному току с учётом возможной перегрузки и термической устойчивости.

Коммутационная аппаратура силовых цепей должна отвечать следующим условиям:

1) для якорно-швартовных механизмов ток при нагрузке в якорной цепи равной 35·m d 2, Н не должен быть выше номинального тока аппарата, работающего в длительном режиме. Для определения выполнения этого требования необходимо определить усилие в цепи якоря , Н и момент на валу двигателя , Н.

Затем по построенной электромеханической характеристике при частоте вращения соответствующей M дв определить ток двигателя;

2) пусковой ток двигателя при работе на характеристике, обеспечивающей отрыв якоря от грунта не должен быть выше 80% расчетного тока включения аппарата. Номинальный ток аппарата в режиме 30-минут при работе на той же характеристике не должен быть ниже 130% номинального тока обмоток электродвигателя в режиме 30-минут;

3) контакты аппарата переменного тока должны допускать протекание тока перегрузки в течение времени

,

где I н 60 – номинальный ток аппарата длительного режима, А;

I ст – ток стоянки двигателя, А;

t ст – время стоянки двигателя под током, с.

Для якорно-швартовного механизма t ст = (30…60) с.

Для защиты обмоток короткозамкнутого асинхронного двигателя от перегрузок применяют тепловые реле типа ТРТ и другие подобные им.

При выборе тепловых реле следует учитывать, что эти реле:

– не должны срабатывать при токе I нср = 1,1∙I н двигателя, что гарантирует не срабатывание его при повышении напряжения до 110% номинального;

– должны срабатывать при токе I ср = (1,3…1,4)∙ I н в течение (10…30) мин;

– должны в нагретом состоянии обеспечить подряд два пуска I п двигателя без срабатывания;

– должны отключать двигатель при стоянки под током I ст в течение (8…12) с. с холодного состояния.

Эти требования необходимо проверить по ампер-секундной характеристике, теплового реле. (см. приложение 12).

Для защиты двигателей постоянного тока применяют реле типа РЭМ 651 и РЭМ 65, катушки, которых включают последовательно с обмоткой якоря двигателя.

Шкала номинальных токов реле РЭМ 651: 2,5; 5; 10; 25; 50; 100; 150; 300 и 600 А, а реле РЭМ65: 2,5; 5; 10; 15; 50 и 100 А.

В качестве реле напряжения для контроля величины напряжения можно применять реле РЭМ 232, которое отключается при снижении напряжения на катушке до 40% от напряжения срабатывания. Последнее может регулироваться в пределах (60…85)%.

Для контроля наличия напряжения применяются нулевые реле, которыми могут служить то же реле РЭМ 232 (его модификация) с регулировкой на напряжение отключения в пределах (0,08…0,3)∙U кат ,

где U кат – номинальное напряжение катушки, В.

По требованиям правил Российского Речного Регистра один из якорей должен быть оборудован дистанционной отдачей, из рулевой рубки и устройством замера длины вытравленной цепи. Обычно дистанционной отдачей оборудуется правый якорь.

Дистанционная отдача выполняется открытием ленточного тормоза звёздочки, для чего к приводу тормоза пристраивается пневматический или гидравлический цилиндр. При подаче в цилиндр воздуха (масла) плунжер перемещается и открывает тормоз, благодаря чему звёздочка освобождается и под весом якоря вращается в сторону “травить”. Кроме пневматических и гидравлических находят применение электромагнитные и электродвигательные системы управления тормозом, хотя как показала практика, они менее надёжны и применяются в основном на маломощных якорно-швартовных механизмах. Иногда находит применение дистанционная отдача обоих якорей.

Дистанционный замер длины вытравленной части якорной цепи осуществляют на основе сельсинной или потенциометрической связи, а также с применением электронных схем.

После разработки схемы следует составить краткую инструкцию по эксплуатации и техническому обслуживанию электропривода с приведением характерных неисправностей и методов их устранения, а также мер, направленных на безопасность обслуживания.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ.

На переменном токе в электроприводах брашпилей широко используются двух скоростные двигатели с контроллерным и контакторным пуском. На рисунке изображена принципиальная схема контроллерного управления эл. привода брашпиля с двухскоростным асинхронным двигателем.

Основные элементы схемы: двухскоростной эл. двигатель с кз ротором, кулачковый контроллер на два положения в обе стороны, линейный контактор КЛ, тепловые реле РТ1, РТ2, РТ3, и РТ4, электромагнитный тормоз ТМ, сигнальная лампа ЛБ, аварийная кнопка АК, выключатель ВК.

Схема работает следующим образом. При повороте пакетного выключателя получает питание катушка линейного контактора КЛ, контактор замыкает главные контакты КЛ в цепи статора двигателя и блок – контакт КЛ, шунтирующий контакт К1 контроллера. Схема подготовлена к пуску. Загорается сигнальная лампа ЛБ.

При повороте рукоятки контроллера в положение 1, например выбирать, размыкаются контакты К 2, К 5, К 6, К 7. К 8 контроллера. Двигатель подключается к сети и начинает вращаться в режиме выбирать с малой скоростью. В положении 2 рукоятки останутся замкнутыми контакты К 9, К 10, К 11 контроллера. В результате произойдет переключение фаз статорной обмотки со схемы малой скорости на схему большой скорости. Для перемены направления вращения двигателя и перехода на режим травить рукоятка контроллера поворачивается в обратном по отношению к нулевому положению направлении. В этом случае вместо контактов К 2 и К 5 замкнутся контакты К 3 и К4.Произойдет переключение фаз ( фазы А на фазу С, фазы С на фазу А ), и двигатель изменит направление вращения. Переключение скоростей производится в описанном – в положении 1 рукоятки контроллера замкнутся контакты К6, К7, К8 и обмотка статора будет включена по схеме малой скорости, в положении 2 рукоятки контроллера замкнутся контакты К9, К10, К11, и фазы обмотки статора будут включены по схеме большой скорости.

В схеме предусмотрена защита от перегрузок с помощью тепловых реле и нулевая защита ( от повторного включения ) посредством линейного контактора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. М. Энергия 1977 432с.

2.Витюк К.Т. и др. Судовые электроустановки и их автоматизация. М. Транспорт. 1977 486с.

3.ГОСТ 2.722-68; 723-68; (727-68…730-68); 732-68; 742-68; 750-68; 751-68;

755-68; 756-68 – условные обозначения

ГОСТ 761-61 – якоря

ГОСТ 228-79 – пробная нагрузка на якорные цепи

ГОСТ 3083-88 и 30055-93 – канаты

ГОСТ 6345-65 – пробные усилия

ГОСТ 5875-77 – механизмы якорно-швартовные.

ГОСТ 9891-66 – шпили швартовные.

4.Качаловский М.С. Теория и устройство судов. М. Транспорт 1968 198с.

5.Краковский И.И. Судовые вспомогательные механизмы. М. Транспорт. 1972 380с.

6.Константинов. Системы и устройства судов. Л. Судостроение. 1972 352с.

7.Кузьменков О.П. и др. Методическое пособие по курсовому проектированию Н. 1993 66с.

8.Лесюков В.А. Теория и устройство судов внутреннего плавания. М. Транспорт. 1974 320с.

9.Справочник судового электротехника, том2. Судовое электро -оборудование под редакцией Г.И. Китаенко. Л. Судостроение 1980 528с.

10. Судовые электроприводы. Справочник т.т.1,2 Л. Судостроение 1983

11. ЧекуновК.А. Судовые электроприводы и электродвижение судов. Л. Судостроение 1969 462с.

12. Шмаков М.Г. Рулевые устройства судов. М. Транспорт. 1977 280с.

Скоркин
Ю.А.
08КСЭ635

Расчет
электропривода якорно-швартового
механизма

Исходные данные:

– Длина
по грузовой ватерлинии
= 100 м.

– Длина
между перпендикулярами
= 89 м.

– Ширина
максимальная
= 15 м.

– Осадка
в грузу, носом
= 5,1 м.

– Осадка
в грузу, кормой
= 5,4 м.

– Весовое
водоизмещение
= 4000 т.

– Высота
от ватерлинии до верхней палубы
=9,5 м.

– Тип
механической передачи
– самотормозящая.

– Передаточное
число = 150.

– Система
управления – релейно-контакторная.

– Питающая
сеть – переменного тока.

а)
Характеристика якорного снабжения.

,

где

—
весовое водоизмещение судна при осадке
по летнюю грузовую ватерлинию, тс;

—
ширина судна, м;

—
условная высота от летней грузовой
ватерлинии до верхней кромки настила
палубы;

—
площадь парусности в пределах длины
судна, считая от летней грузовой
ватерлинии, м².

;

м²

б)
Якорное вооружение

Выбирается
по табл. по характеристике якорного
снабжения N_c:

Количество
якорей n = 3.

Масса
якоря Холла m_a
=1900 кг.

Наименьшая
длина двух якорных цепей

=
460м.

Калибр
якорной цепи d =46
мм.

Категория
прочности 1.

Разрывное
усилие цепи Q_разр=
840 кН.

Пробная
нагрузка цепи Qпр
= 600 кН.

Группа
якорных механизмов VI

Диаметр
цепной звездочки
D_зв
= 0,585 м.

Масса
одного метра цепи m_у
= 43,7 кг.

Глубина
якорной стоянки Н
= 100 м .

Номинальное
тяговое усилие при выбирании якорной
цепи со средней скоростью
,
Н;

Н;

где

= 36,8 – цепь категории 1;

—
калибр цепи, мм.

в)
Характеристики швартовного снабжения:

Число,
длина и разрывное усилие

должны определяться для всех судов по
характеристике якорного снабжения

.

Число
швартовных тросов 4.

Длина
каждого троса

=
176 м.

Разрывное
усилие троса в целом

=
250 кН.

Диаметр
швартовного троса

=
25 мм.

Диаметр
швартовного барабана

=440
мм.

Номинальное
тяговое усилие на швартовном барабане
должно быть не выше 1/3 разрывного усилия
троса

кН;

кН;

г)
Определение скоростных параметров:

Средняя
скорость подъема якоря после отрыва с
номинальной глубины при усилии

:

м/с.

Скорость
втягивания якоря в клюз

м/с

Скорость
выбирания троса с помощью швартовной
головки:

– при
номинальном тяговом усилии

:

м/с,

– при
выбирании ненагруженного троса:

м/с,

– при
малой скорости выбирания:

м/с.

2.Расчет мощности электродвигателя

а)
При выбирании якорной цепи

,

кВт,

где

— КПД передачи, для механизмов с зубчатыми
редукторами

=0,75¸0,77;

выбираем

=0,75.

б)
При выбирании нагруженного швартовного
каната

,

кВт;

3. Предварительный выбор электродвигателя

а)
Пусковой момент электродвигателя:

;

;

Нм

б)
Расчетное тяговое усилие на звездочке,
удерживаемое электромеханическим
тормозом на валу электродвигателя:

Н;

в)
В случае судовых сетей переменного тока
для всех типов брашпилей и шпилей в
пределах калибров цепи 100 мм наиболее
целесообразно применение электродвигателей
серии МАП.

В
случае судовых сетей постоянного тока
для всех типов брашпилей и шпилей
наиболее целесообразно применение
электродвигателей смешанного возбуждения
серии ДПМ.

Применение
систем генератор-двигатель (Г-Д) может
быть оправдано только в случае, когда
мощность электродвигателя

выше 25% мощности судовой электростанции.

Выбранные
электродвигатели, допускающие
нормированную величину времени стоянки
под током, должны реализовывать
номинальную мощность в течение 30 мин
при номинальной частоте вращения.

Условие
выбора электродвигателя

Данные
выбранного электродвигателя заносим
в табл.1

Таблица
1.

г)
Для выбранного электродвигателя
необходимо определить передаточное
число механизма:

;

где

—
номинальная частота вращения
электродвигателя, об/мин .

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #

  08.02.2016964.1 Кб111.doc

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #