Расчет электропривода якорно-швартовного устройства. Расчет электропривода якорношвартовного устройства

Название	Расчет электропривода якорношвартовного устройства
Дата	09.02.2023
Размер	37.19 Kb.
Формат файла
Имя файла	Расчет электропривода якорно-швартовного устройства.docx
Тип	Курсовая #928205

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 Н

Номинальная угловая скорость Wн=Vрег*

, где Wн=0,15*

=12,2 рад/c -обороты в секунду

Номинальная 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,

h1²

Lм=

=0,188*13,69=2,57
8.Зная Fк рассчитаем момент на валу двигателя на 1 стадии:

-Mо

=14,72 Н
9.Рассчитаем Мо, Мо=

, где lц – длина свисающей части цепи в ящике.

=1868,89/167,7=11,144 Н

Рассчитаем 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 н

Третья 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 Н

Расчет 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 минут

Nном=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=109,2

Pн=

=364*109,206/9550=4,16 кВт
При 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.

Расчет времени, затраченного на каждую стадию.

Построение временного графика
На 1 стадии t1=

На 2 стадии n2=

На 3 стадии t3=1 мин
На 4 стадии t4=

N4ср=

, где n4нач = n2ср, n4кон=n1

Общее время сьема с якоря вычислим по формуле:

T=t1+t2+t3+t4=5,43+4,16+1+4,47=15,06 мин

Проверка АД на нагрев методом квадратичного тока

Техника безопасности при работе с АД.

При эксплуатации электродвигателя переменного тока следует соблюдать следующие правила техники безопасности:

- при работе, связанной с прикосновением к токоведущим частям электродвигателя или к вращающимся частям электродвигателя и приводимого им в движение механизма, необходимо остановить электродвигатель и на его пусковом устройстве или ключе управления повесить плакат "Не включать. Работают люди".

при работе на электродвигателе напряжением выше 1000 В или приводимом им в движение механизме, связанной с прикосновением к токоведущим или вращающимся частям, с электродвигателя должно быть снято напряжение согласно пп. Б2.3.4 и Б3.3.4.

при работе на электродвигателе заземление накладывается на кабеле (с отсоединением или без отсоединения его от электродвигателя) или на его присоединении в РУ.

при работе на механизме, если она не связана с прикосновением к вращающимся частям или если рассоединена соединительная муфта, заземлять питающий кабель электропривода не требуется.

перед допуском к работе на электродвигателях насосов, дымососов и вентиляторов, если возможно вращение электродвигателей от соединенных с ними механизмов, должны быть закрыты и заперты на замок задвижки и шиберы последних, а также приняты меры по затормаживанию роторов электродвигателей.
Заключение

В курсовом проекте был произведен расчет электропривода якорно-швартовного устройства сухогрузного теплохода, рассчитаны тяговые усилия и моменты на валу электродвигателя при подъеме одного якоря. Был выбран эл.двигатель асинхронный серии

МАП421-4 мощностью 5 кВТ, с частотой вращения 1460 об/мин.

Цель курсового проекта достигнута.

Список литературы

Учебник «Судовые эл.приводы» Е.Савенко
https://lyambda78.ru/magazin/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/elektrodvigatel-serii-map/ - для выбора эл.двигателя серии МАП