4-я задача по САЭП. Скоркин Ю. А. 08Ксэ635 Расчет электропривода траловой лебёдки

• Название: Скоркин Ю. А. 08Ксэ635 Расчет электропривода траловой лебёдки
• Дата: 25.04.2023
• Размер: 452.5 Kb.
• Имя файла: 4-я задача по САЭП.doc
• Тип: Документы; #1089867

Скоркин Ю.А. 08КСЭ635

Расчет электропривода траловой лебёдки
1.Технические данные для расчёта электропривода траловой лебёдки:

• 
  Тип лебёдки: ваерная
  
• 
  Максимальная скорость судна по переднему ходу: 12 уз
  
• 
  Максимальная тяга на гаке: 40 кН
  
• 
  Глубина траления: 350 м
  
• 
  Условия питания:

380 В

Частота вращения ГД: 300 об/мин

Мощность ГД: 800 кВт

Система управления: Г-Д

Приводной двигатель: ДПТ

Длина между перпендикулярами: 50,4 м

Ширина судна: 9,4 м

Осадка судна в грузу носом: 3,37 м

Осадка судна в грузу кормой: 4,54 м

Весовое водоизмещение: 912 т

Движитель:

• 
  Диаметр: 2,15 м
  
• 
  Шаг: 1,512 м
  
• 
  Дисковое соотношение: 0,5
  
• 
  Число лопастей: 4
  
• 
  Частота вращения: 300 об/мин
  

2.Определение основных характеристик ваера и ваерного барабана.

2.1. Расчет усилия в ваере при буксировке трала.

По кривой избыточной тяги судна Т = f(V_S), задавшись значением максимальной скорости траления V_ТР, определим значение тяги на гаке Т’.

= 12 уз; м/с

≈ м/с

где V’_S – скорость судна при Т-0, м/с.

Усилие в ваере при буксировке трала F’=(0.35÷0.4)T’

F’ = 0,35 · 40 = 15,2 кН.

2.2. Расчёт основных параметров ваера.

Диаметр ваера:





где n – запас прочности (для стальных канатов n=5);

l₂ = 550 Н/мм² – коэффициент прочности.

Основные характеристики ваера занесём в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Тип каната	Диаметр, мм	Масса 1 метра, кг	Разрывное усилие, кН
ЛКЗ	12,5	0,57	99,3

2.3. Определение размеров ваерного барабана.

Диаметр барабана:



- принимаем 250

Шаг укладки ваероукладчика:

t = 1.06 ∙ d_B = 1.06 · 12,5 = 13,25мм.

Приращение диаметров намотки ваеров:





Диаметр первого слоя намотки ваеров:

D₁ = D₀ + d_B = 250 + 12,5 = 262,5 мм.

Расчёт длины ваера. По усилию на ваере F’, принимаем L = 1300 м

Длина ваерного барабана:





Принимаем = 310 мм.

Число витков ваера в одном ряду:



Принимаем Z = 24 витков.

Внешний диаметр намотки ваеров:





Принимаем D=890

Число слоёв укладки ваера:



Принимаем .

Диаметр ваерного барабана на n-слое намотки:

D_n= D₁+(n-1)ΔD,

где n=1,2,3…,n.

Длина ваера на n-слое намотки:



где n=1,2,3…,n.

Зависимость D = f(L) изображена на рис. 5.1.

Таблица 5.2

n	Ln	Dn
1	19,28	0,26
2	40,13	0,28
3	62,53	0,30
4	86,48	0,33
5	112,00	0,35
6	139,07	0,37
7	167,70	0,39
8	197,88	0,41
9	229,63	0,43
10	262,93	0,45
11	297,79	0,47
12	334,20	0,50
13	372,18	0,52
14	411,71	0,54
15	452,80	0,56
16	495,44	0,58
17	539,65	0,60
18	585,41	0,62
19	632,72	0,64
20	681,60	0,67
21	732,03	0,69
22	784,02	0,71
23	837,57	0,73
24	892,68	0,75
25	949,34	0,77
26	1007,56	0,79
27	1067,34	0,81
28	1128,67	0,83
29	1191,56	0,86
30	1256,01	0,88
31	1322,02	0,90

Рис 5.1. График зависимости D = f(L)
Диаметр реборд ваерного барабана





Принимаем Dp=950

Размеры и характеристики ваерного барабана указаны в таблице 5.4.

Таблица 5.4

D0, мм	D1, мм	D, мм	Dp, мм	L, мм	Z	n
250	262,5	890	950	310	24	31

3. Предварительный выбор мощности электродвигателя лебёдки.

3.1. Установление скорости выбирания ваеров:

,

где =(2÷3)м/с.



Принимаем V_н = V_выб = 1 м/с на диаметре обмотки, соответствующим рабочей длине ваеров.

3.2. Номинальное тяговое усилие для траловой лебёдки принимаем:

Q_н=2F’

Q_н = 2 · 15,2 = 30,4 кН.

3.3. Предварительный выбор мощности ЭД лебёдки:



где η – КПД подвесных блоков, барабанов, редуктора (η=0,7-0,8).


При выборе электродвигателя по справочнику мощность его определяется неравенством

; 60,12 кВт > > 54,65 кВт.

где - номинальная мощность электродвигателя в режиме работы 30 мин.

Каталожные данные ЭД занесём в таблицу 5.5.

Таблица 5.5

Тип ЭД	Мощ- ность Рн кВт	Ток Iн А	Частота вращения nн, об/мин	nмакс, об/мин		Rя+Rdp Ом	Rсо, Ом	n %	GD2
ДПМ52	60	310	860	2100	2,3	0,053	0,00091	0,88	7,5

Номинальное напряжение ЭД - 220 В.

Степень защиты ЭД – IР56.

3.4. Выбор редуктора

Определяем передаточное число редуктора:





где - номинальная частота вращения электродвигателя, об/мин;

- номинальная скорость выбирания ваеров, м/с;

=0,65 м - средний рабочий диаметр барабана лебедки; определяется по построенной зависимости для рабочей длины ваеров м,

где - полная длина ваеров.

По частоте вращения входного вала редуктора = 860 об/мин, номинальной мощности = 54,65 кВт, режиму работы выбираем редуктор типа РМ с передаточным отношением =27,15. Режим работы редуктора - кратковременный 30 мин.

Каталожные данные редуктора занесём в таблицу 5.6.

Таблица 5.6

Тип редуктора	Рн, кВт	nр, об/мин	i	η	Режим работы
РМ – 500	60	860	27,15	0,87	30 мин

3.5. Выбор генератора.

Генератор для питания ЭД лебёдки выбирают по номинальному току ЭД.



Генератор должен иметь запас по напряжению не ниже 25%.



С целью уменьшения массогабаритных показателей в качестве генератора выбираются быстроходные машины с частотой вращения

n_нг≥1400÷1500, об/мин

Режим работы генератора – 60 мин.

Степень защиты генератора – IP44.
Каталожные данные генератора занесём в таблицу 5.7.

Таблица 5.7

Тип генератора	Мощность Рн, кВт	Ток Iн, А	Частота вращения nн, об/мин	nmax, об/мин		Rя+Rлп, Ом	Rco, Ом	η	GD2, кгс·м2
П 91М	86	374	1450	1800	2	0,0036	0,00045	0,89	5,9

Сопротивление последовательной обмотки возбуждения - 0,0038 Ом

Сопротивление параллельной обмотки возбуждения – 35,8 Ом

Номинальное напряжение обмоток возбуждения – 220 В

Номинальное напряжение генератора 320 В
3.6. Выбор приводного двигателя.

Мощность приводного ЭД, режим работы - 60 мин.



где: η_нд – КПД ЭД лебёдки,

η_нг – КПД генератора,

Р_д30 – номинальная мощность ЭД лебёдки.

С учётом перегрузок приводного ЭД



Частота вращения приводного ЭД должна равняться частоте вращения генератора.

n_пд = n_нг

Каталожные данные двигателя занесём в таблицу 5.8.


Таблица 5.8

Тип ЭД	Мощность Рн, кВт	Ток Iн, А	Частота вращения, nн, об/мин			сosφн	η	GD2, кгс·м2
4A 250M4 OM2	90	162	1450	1,2	2,2	0,91	0,93	4,7	7

Режим работы электродвигателя – 60 мин.

Степень защиты электродвигателя – IP44.
4. Расчет желаемой механической характеристики, обеспечивающей постоянную скорость выбирания ваеров U_H.

При построении характеристик принимаем следующие допущения: усилие в ваерах в основном зависит от скорости движения трала в воде изменением КПД подвесных блоков редуктора, барабана лебедки пренебречь и считать его равным КПД при номинальной нагрузке.

4.1.Частота вращения электродвигателя на n-слое намотки ваера

, р/с;

где = 27,15 - передаточное число редуктора.

- диаметр барабана лебедки на n-слое, м.

4.2. Момент на валу электродвигателя на n-слое намотки ваера

, Нм;

где - КПД редуктора.

- номинальное тяговое усилие, Н.

Расчетные данные занесены в табл. 5.9.

Таблица 5.9

n	Ω	М
1	226,0949	168,9211
2	209,1995	182,5634
3	194,6537	196,2058
4	181,9992	209,8481
5	170,8895	223,4905
6	161,0582	237,1328
7	152,2965	250,7752
8	144,4389	264,4175
9	137,3524	278,0599
10	130,9287	291,7022
11	125,079	305,3446
12	119,7296	318,9869
13	114,8191	332,6293
14	110,2955	346,2716
15	106,1148	359,9139
16	102,2394	373,5563
17	98,63718	387,1986
18	95,28013	400,841
19	92,14407	414,4833
20	89,20788	428,1257
21	86,45303	441,768
22	83,86322	455,4104
23	81,42407	469,0527
24	79,12279	482,6951
25	76,94802	496,3374
26	74,8896	509,9798
27	72,93844	523,6221
28	71,08637	537,2645
29	69,32603	550,9068
30	67,65076	564,5492
31	66,05455	578,1915

Расчет ведется, начиная с первого слоя, используя зависимость . Механическая характеристика (см. рис. 5.3) строится, используя данные табл. 5.9.



Рис 5.3. Механическая характеристика ДПТ
5. Расчет допустимых значений моментов на валу электродвигателя лебедки.

Момент вращения электродвигателя должен перекрывать предельную нагрузку для возможности трогания электродвигателя с места и создания необходимого динамического момента, обеспечивающего ускорение и разгон электропривода.

5.1. Допустимый момент по коммутационной способности.

Нм,

где - перегрузочная способность электродвигателя лебедки;

- номинальный момент электродвигателя

Нм;

5.2. Допустимый момент по разрывному усилию ваера.

Нм,

где = 99,3 кН - разрывное усилие ваера;

= 0,262 - диаметр первого слоя намотки ваера.

5.3. Допустимый момент на максимальном диаметре при

Нм,

где = 0,65 - средний рабочий диаметр барабана.

5.4. Условия выбора пускового момента:

, если

Выбираем М_п = 750 Нм.

5.5. Формирование областей допустимых частот вращения и моментов на валу электродвигателя лебедки.

5.5.1. На механическую характеристику наносим прямые:

- ограничение по предельной частоте вращения, р/с;

р/с,

5.5.2. Построим характеристику постоянства мощности, проведя через точку с координатами , т.е. (666,57; 54) и задаваясь моментом, рассчитываем

, р/с;

Таблица 5.10

n	Мn, Нм	Ωn, рад/с
1	168,92	207,2
7	250,775	139,567
15	359,914	97,2455
24	482,695	72,5095
31	578,192	60,5336
	666,6	54

Рис 5.4. Характеристика постоянства мощности