Реферат Расчёт электропривода якорно-швартового механизма
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Министерство транспорта Российской федерации
Служба речного флота
Новосибирская Государственная академия водного транспорта Омский филиал
Проект защищен
Оценка
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)
Омск 2008
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) |
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:
Суммарная длина цепей:
1.3. В зависимости от веса якоря выбираем калибр якорной цепи.
Масса якоря: 1250 кГ;
Калибр:
1.4 Зная калибр цепи производим выбор якорно-швартовного механизма .
Группа: III;
Расчетная глубина стоянки:
Диаметр звездочки:
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
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
| | (2.4) |
2.1.5 Расчетное тяговое усилие на звёздочке при работе на малой скорости
| | (2.5) |
2.1.6 Момент на валу двигателя при работе на малой скорости:
| | (2.6) |
2.1.7 Частота вращения двигателя при работе на малой скорости:
| | (2.7) |
2.1.8 Мощность двигателя при работе на малой скорости:
| | (2.8) |
2.1.9 Пусковой момент при работе двигателя на основной скорости:
| | (2.9) |
2.1.10 Расчётный момент при выбирании швартовного каната:
| | (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 ηш = ηя;
uш.н. = номинальная скорость выбирания швартовного каната, м/мин. 0,13 м/с.
| | (2.11) |
где k = 2
2.1.12 Требуемый тормозной момент тормоза:
| | (2.12) |
где
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) |
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
=ƒ(S) используя выражение:
| | (2.18) |
где I
н – номинальный ток, А;
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
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.
| | (3.1) |
3.2. Номинальные скорости выбирания якорной цепи;
| | (3.2) |
| | (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
| | (6.1) |
6.2 Расчётный момент на валу двигателя при травлении
| | (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.
| | (7.1) |
9.2 Моменты в начале и конце подъёма
| | (7.2) |
9.3 Усилие в конце подъёма
| | (7.3) |
| 9.4 Моменты в конце подъёма | (7.4) |
9.5 Определяем частоты вращения ωнач. и ωкон и токи Iнач и Iкон по W=f(S) и I=f(S)
ωнач = 137.7 рад/с;
9.5 Время подъёма якорей.
| | (7.5) |
9.6 Строится нагрузочная диаграмма и тахограмма. (см. приложение 1).
9.7 Среднеквадратичный ток
| | (7.6) |
Iср.кв ≤ Iном
23,8 < 24,5
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
| | (8.1) |
8.2 Усилие в конце подъёма
| | (8.2) |
8.3 Моменты в начале и конце подъёма
| | (8.3) |
| | (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.
| | (8.5) |
8.7 Среднеквадратичный ток
| | (8.6) |
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
V– водоизмещение, м
B
,
H
и T – главные размеренные корпуса судна, м.
,
h – ширина и высота надстроек.
7.2 Длина цепи лежащей на грунте
| | (9.2) |
7.3 Длина в метрах цепи, выбираемой при переменном тяговом усилии
| | (9.3) |
7.4 Усилие на звёздочке при подъёме якоря:
– при подтягивании к месту заложения якоря
– при отрыве якоря от грунта
– в начале подъёма свободно висящего якоря
– при подходе якоря к клюзу
7.5 Моменты для указанных стадий М1; М3; М4нач и М4кон определяют по выше указанным формулам.
7.6. Частоты вращения и токи определяем по характеристике M
=ƒ(S) и I
=ƒ(S) на основной частоте вращения
ω1 = 149 рад/с; ω3 = 141,6 рад/с; ω4нач = 144,3рад/с; ω4кон = 152,1 рад/с;
I1 = 18,76А; I3 = 37А; I4нач = 24,2А; I4кон = 13,6А;
7.7. Время подъёма якоря на отдельных стадиях:
t3 = 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.
7.8 Строится нагрузочная диаграмма и тахограмма. (см. приложение 3).
7.9 Среднеквадратичный ток двигателя
| | (9.4) |
Токи I1; I3; I4нач; I4кон, определяются по электромеханической характеристике, построенной для выбранного двигателя.
Iср.кв ≤ Iном
24,1< 24,5
Iдоп ≥ Iср.кв
где I
доп = I
ном∙
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·md2, Н не должен быть выше номинального тока аппарата, работающего в длительном режиме. Для определения выполнения этого требования необходимо определить усилие в цепи якоря
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;
где I
н60 – 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)%.
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.
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.
