Файл: Расчет электропривода якорношвартовного устройства.docx
Добавлен: 27.03.2024
Просмотров: 16
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Пермский филиал
Волжского государственного университета водного транспорта
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: Судовые электроприводы
на тему: «Расчет электропривода якорно-швартовного устройства»
Вариант №7
Выполнил:
студент 4 курса, гр. 41-ЭМ-19
Юсько Виталий Сергеевич
Проверил:
Шаров М.Т.
Пермь, 2023
Содержание
1.Введение
2.Входные данные
3.Типы электроприводов якорно-швартовных механизмов
4. Расчет тяговых усилий и моментов на валу электродвигателя при подъеме якоря с нормальной глубины якорной стоянки
5.Выбор эл.двигателя
6. Построение нагрузочной диаграммы электропривода
7. Проверка выбранного электродвигателя на нагрев
9.Техника безопасности при эксплуатации электродвигателей переменного тока
10.Заключение
11.Список литературы
Введение
Электропривод представляет собой электромеханическую систему, состоящую из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением. Современное машинное устройство или, как его называют иначе, производственный агрегат состоит из большого числа разнообразных деталей, отдельных машин и аппаратов, выполняющих различные функции. Все они в совокупности совершают работу, направленную на обеспечение определенного производственного процесса. Необходимо хорошо знать назначение отдельных элементов, составляющих машинное устройство, так как без этого невозможно проектировать и создавать машину, а также невозможно правильно обслуживать ее в эксплуатации.
Цель курсового проекта - рассчитать электропривод якорно-швартовного устройства зерновоза. Для этого необходимо: выбрать якоря и якорные цепи, рассчитать тяговые усилия и моменты на валу, по полученным расчетным данным выбрать подходящий двигатель, построить механическую и электромеханическую характеристику, а также построить нагрузочные диаграммы и выбрать схему управления электроприводом ЯШУ сухогруза.
Входные данные
| Тип судна | Сухогрузный т/х |
| Длина судна(L) | 65,2 м |
| Ширина судна(B) | 12 м |
| Осадка судна(T) | 2,7 м |
| Длина надстройки(l) | 15 м |
| Высота надстройки(h) | 5,2 м |
| Ширина надстройки(b) | 10,7 м |
| Количество якорей | 1 якорь |
| Масса якоря(G) | 7357,5 Н |
| Длина якорной цепи(L) | 100 м |
| Калибр якорной цепи(d) | 32 мм |
| Расчетная глубина стоянки(h2) | 35 м |
| Диаметр звездочки(D) | 630 мм |
| Передаточное число(i) | 256 |
| Масса погонного метра цепи(q) | 219,74 Н/м |
| КПД якорного механизма(n) | 0,78 |
| Высота борта(h1) | 3,7 м |
| Водоизмещение(DW) | 1550 тонн |
| Длина провисания цепи от клюза до грунта | 41 м |
| Напряжение сети переменного тока | 230 В |
Типы электроприводов якорно-швартовных механизмов
Якорно-швартовное устройство является одним из наиболее важных судовых устройств, обеспечивающих безопасность эксплуатации судна. Шпилевые и брашпильные устройства предназначены для выбирания и спуска якорей, для выполнения швартовных и других операций. Работа каждого шпилевого и брашпильного электропривода определяется величиной тягового усилия, скоростью выбирания якорной цепи или швартовного троса, длительностью рабочего периода.
С помощью якорно-швартовных механизмов выполняются следующие основные операции:
отдача якоря (посредством электропривода, свободным травлением и свободным травлением с подтормаживаем тормозом звездочки);
стоянка на якоре на тормозе цепной звездочки;
съемка с якоря - подтягивание судна к якорю
, отрыв и подъем якоря, втягивание якоря в клюз;
одновременный подъем двух якорей (только для брашпилей) с половины расчетной глубины стоянки при неодновременном их отрыве от грунта;
обеспечение швартовки судна при отжимном ветре 5 баллов
Характерными особенностями электроприводов якорно-швартовных механизмов являются:
кратковременный режим работы (20-40 мин);
стандартная продолжительность одного цикла принята равной 30 мин;
широкое изменение нагрузки на валу электродвигателя (30-200% номинальной);
возможность стоянки двигателя под током (0,5-1,0 мин);
частые пуски электродвигателя (до 120 пусков и торможений в течение часа) и возможные реверсы;
суммарная продолжительность включения двигателя швартовного механизма за сутки 40-50 мин;
необходимость саморегулирования частоты вращения электродвигателя при изменении момента сопротивления на его валу.
Для якорно-швартовных механизмов рекомендуются три основные группы электроприводов:
с двигателями постоянного тока, питающимися от сети;
с двигателями переменного тока, питающимися от сети;
с двигателями постоянного тока, питающимися от автономных преобразователей - электромашинных (системы Г - Д) или статических.
Для двух первых групп применяются силовые кулачковые контроллеры или магнитные контроллеры с дистанционным управлением. Группа электроприводов по системе Г - Д имеет обычно дистанционное управление.
Все три группы электроприводов могут иметь один или два приводных электродвигателя. Приводы с двумя электродвигателями применяются только для крупных якорных и якорно-швартовных механизмов с калибром цепи свыше 62 мм. На постоянном токе используются двигатели смешанного возбуждения серии ДПМ, характеристики которых специально подобраны исходя из требований, предъявляемых к электроприводам палубных механизмов. Из двигателей переменного тока преимущественно применяются короткозамкнутые асинхронные двигатели. Для нормальных якорно-швартовных шпилей с калибром цепи до 28 мм, всех облегченных механизмов и швартовных шпилей с тяговым усилием до 3000 кгс рекомендуются двухскоростные двигатели; для всех остальных механизмов целесообразно использование трехскоростных двигателей. В отечественной серии МАП предусмотрены двухскоростные двигатели на мощность 2-10 кВт и трехскоростные - на мощность 10-60 кВт.
Расчет тяговых усилий и моментов на валу электродвигателя
Для начала найдем тяговое усилие на звездочке по формуле F=1,13*(g*h+G), где g – вес
погонного метра якорной цепи, н/м; h – глубина якорной стоянки, м; G – вес якоря, ньютоны
F=1,13*(219,74*35+7357,5)
F=17004,7 Н или F=17,004 кН
Номинальный момент Мн может быть найден, исходя из расчетного тягового усилия Трег, в зависимости от категории используемой цепи:
, где fк – коэффициент учитывающий трение цепи в клюзе, fк = 1,35; Rзв – радиус якорной звездочки; I и n – передаточное число и кпд якорного механизма. Трег – тяговое усилие расчетное, считаю, что можем взять тяговое усилие F и считать его как Трег. Rзв = Dзв:2=630:2=315 мм.
Мн=364 ННоминальная угловая скорость Wн=Vрег*
, где Wн=0,15*
=12,2 рад/c -обороты в секундуНоминальная мощность определяется номинальным моментом Мн и угловой скоростью Wн
Pн=Мн*Wн*10-3
Рн=364*12,2*10-3
Рн=4,4408 Вт
Расчеты для выбора ИД, для составления графика
Рассчитаем силу трения(Fтрен), силу ветра(Fветра),L1, парусную поверхность судна(Sв), коэффициент удельного давление ветра(Кв) равен 0,22 Нс2/м4 ,скорость ветра (Vветра) возьмем 6 м/с. Скорость течения (Vтеч) возьмем для расчетов 1,5 м/c, скорость судна (Vсуд) возьмем 0,2 м/c. DW - водоизмещение судна, q- удельный вес погонного метра цепи.
1.Рассчитаем парусную поверхность судна S(в)=0,27*B*(h1-T)+b*h, где B – ширина судна, h1 – высота борта, T – осадка судна; b – ширина надстройки, h – высота надстройки.
S(в)=0,27*12(3,7-2,7)+10,7*5,2=3,24+55,64=58,88
2.Рассчитаем силу подводную площадь судна Q, Q={2*T+1,37(Q1+0,274)*B}*L, где L-длина судна между перпендикулярами, Q1=DW/(LBT) – коэффициент полноты, DW – водоизмещение судна. Q1 = 1550/(65,2*12*2,7) Q1=1550/2112,48=0,73
Q ={2*2,7+1,37(0,73+0,274)*12}*65,2
Q ={5,4+1,38*12}*65,2=21,96*65,2=1431,8 м2.
3.Рассчитаем силу трения (Fтрен), Fтрен = fк*Q*(Vсуд*Vтеч)1,83
Fтрен=1,35*1431,8*(0,2*1,5)=579,9
4.Рассчитаем Fветра, Fветр=Кв*Sв*V2ветр
Fветр=0,22*58,88*36=466,33
5.Рассчитаем Fc, Fc=Fветра+Fтрен
Fc=579,9+466,33=1046,23=1,046 Кн
6.Рассчитаем Fк, Fк=Fc+q*h1
Fк=1046,23+219,74*3,7=1859,27 Н=1,86 кН
7.Рассчитаем lм,
h12Lм=
= 0,188*13,69=2,578.Зная Fк рассчитаем момент на валу двигателя на 1 стадии:
-Mо
=14,72 Н9.Рассчитаем Мо, Мо=
, где lц – длина свисающей части цепи в ящике.
=1868,89/167,7=11,144 НРассчитаем длину цепи лежащей на грунте Lо=l-l1=L1
Lo=41-35=6м – длина цепи выбираемая в первой стадии.
Вторая стадия
Мс=Мс1, кончается 2 стадия началом t3 т.е от t1 до t3 или от Mc1 до Mc3, Fk=Fkз
Fкз=(Y-Q1)/Y1(Кя*G+q*h1), где G-вес якоря, Кя – коэффициент удерживающей силы якоря (равен 3), Y-удельный вес материала якоря и цепи (равен 7,75), Y1=1,025, удельный вес морской воды.
Fкз=(7,75-0,73)/1,025(3*7,375+219,74*3,7)=6,85*835,163=5720,87=5,7287 Кн
Мс3=Мmaxзв=
5720,87*3,15)/(215*1,35*0,78)=18020,74/226,395=79,59 нТретья стадия
Для этой стадии t3 принимается равным одной минуте, а момент сопротивления равным Mc3.
Четвертая стадия
Момент сопротивления определяют для двух точек, принимая, что характер изменения момента прямолинейный.
= 642,4 Н
=3,15*7375,5/215*1,35*0,78=2323,125/226,395=102,63 НРасчет мощности электродвигателя и выбор эл.двигателя
Mном=b*M4нач1=0,7*642,4=449,68, где b=0,6/0,9, зависит от скорости течения и глубины стоянки
Для АД: Mn=1,25*Mmaxзв=1,25*79,59=99,4875 Н
Обороты электродвигателя выбираем по средней частоте вращения за t сьемки с якоря.
Nср=
=
, где t- время сьемки, я взял 25 минутNном=c*Ncр=16,737, где c = 1,0/1,25, я взял 1,1
Нормы регистра устанавливают, что Vср1=10м/мин=0,167 м/с
Vcр1
, тогда Nном=
=344/3,15=109,2Pн=
=364*109,206/9550=4,16 кВтПри мощности в 4,16 кВт считаю возможным выбрать эл.двигатель асинхронный серии
МАП421-4 мощностью 5 кВТ, с частотой вращения 1460 об/мин, степень защиты IP56
Электродвигатели серии МАП разработаны для привода судовых палубных механизмов, которые работают в повторно-кратковременном (S3) и кратковременном (S2) режимах на морских судах неограниченного района плавания.