РефератыТранспортРаРасчёт электропривода якорно-швартового механизма

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)






(1.1)



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






(2.1)



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






(2.2)



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





,


(2.3)



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



2.1.4 Мощность двигателя





, Вт.


(2.4)




2.1.5 Расчетное тяговое усилие на звёздочке при работе на малой скорости






, H


(2.5)



– удельное тяговое усилие,кгс ;




2.1.6 Момент на валу двигателя при работе на малой скорости:





, Н∙м.


(2.6)




2.1.7 Частота вращения двигателя при работе на малой скорости:





, рад/с


(2.7)




2.1.8 Мощность двигателя при работе на малой скорости:





, Вт.


(2.8)




2.1.9 Пусковой момент при работе двигателя на основной скорости:






(2.9)




2.1.10 Расчётный момент при выбирании швартовного каната:





, Н∙м


(2.10)



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:





, Н


(2.11)



где k
= 2



2.1.12 Требуемый тормозной момент тормоза:





, Н∙м


(2.12)



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:






(2.13)



Для четырех - полюсной обмотки:



Для восьми - полюсной обмотки:



2.2.2. Определяем номинальное скольжение:






(2.14)



– 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:






(2.15)



Для четырех - полюсной обмотки:



Для восьми - полюсной обмотки:



2.2.4. Определяем критическое скольжение:






(2.16)





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:






(2.17)



2.2.6. Построим электромеханической (скоростной) характеристику I

(S
) используя выражение:






(2.18)



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 .













































Таблица 1.


S


M, Н∙м


I, А


W,рад/с


0,02


27,478


10


153,9


0,06


79,93


23,8


147,6


0,1


125,6


37,5


141,3


0,18


188,3


61


128,8


0,26


25,47


78,6


116,24


0,34


219,55


90,6


103,6


1


127,4


118,1




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.





, Н∙м.


(3.1)



,


3.2. Номинальные скорости выбирания якорной цепи;





, м/с


(3.2)







, м/с


(3.3)




4. Проверка выбранного двигателя по скорости выбирания швартовного каната



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





Mш.м
= 0,75∙Mш
, Н∙м


(4.1)




4.2. Тоже наибольшей скоростью (ненагруженного каната)





Mш.б
= 0,2 Mш
, Н∙м.


(4.2)



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






(4.3)








(4.4)




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






(5.1)







6. Определение скорости травления двигателем цепи наибольшего калибра.



6.1 Расчетная нагрузка на звёздочке при травлении





, Н.


(6.1)



,


6.2 Расчётный момент на валу двигателя при травлении





, Н∙м.


(6.2)




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


ωтр. = 156,3 рад/с


6.4. Скорость травления цепи двигателем






(6.3)




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



9.1 Тяговое усилие в начале подъёма на звездочке.





, Н.


(7.1)




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





, Н∙м.


(7.2)




9.3 Усилие в конце подъёма





, Н.


(7.3)







9.4 Моменты в конце подъёма


, Н∙м


(7.4)




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.





, мин.


(7.5)




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


9.7 Среднеквадратичный ток





, А


(7.6)




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





, Н.


(8.1)




8.2 Усилие в конце подъёма





, Н.


(8.2)




8.3 Моменты в начале и конце подъёма








, Н∙м.


(8.3)


, Н∙м.


(8.4)





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.





, мин.


(8.5)




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


8.7 Среднеквадратичный ток





, А


(8.6)




.


(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.






(9.1)



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





, м.


(9.2)



полная наибольшая длина якорной цепи, м.



7.3 Длина в метрах цепи, выбираемой при переменном тяговом усилии





, м


(9.3)



, 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

(S
) и I

(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






(9.4)



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.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Расчёт электропривода якорно-швартового механизма

Слов:4110
Символов:40450
Размер:79.00 Кб.