Расчет рулевого электропривода.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Судовые электроприводы »

Тема: « Расчет рулевой электропривод с электродвигателем постоянного тока на напряжение 220 В для буксирного теплохода – толкача мощностью 600 л. с"

Выполнил______________________

Группа ________________________

Дата защиты____________________

Оценка_________________________

Подпись________________________

Усть-Кут 2013 г.

Задание.

Рассчитать рулевой электропривод с электродвигателем постоянного тока на напряжение 220 В для буксирного теплохода – толкача мощностью 600 л. с. по следующим данным.

1. Водоизмещение D, (в тоннах): 158

2. Длина судна между перпендикулярами L, (метр): 29

3. Ширина судна по мидель-шпангоуту B, (метр): 6,5

4. Осадка судна при max загрузке Т, (метр): 1,5

5. Скорость хода без толкаемого состава на чистой воде V, (км/ч): 17

6. Максимальный угол перекладки руля max, (град или рад):40 градусов или 0,7 радиан.

7. Время перекладки руля Тп, (сек): 30

8. Передаточное число рулевой машины I: 2000

9. КПД рулевой машины: 0,33

10. Время работы при переменных курсах (мин): 60

11. Число перекладок за 1 час, N: 300

12. Средний угол перекладки руля при удержание судна на курсе (градусов или радиан): 5 или 0,05.

Руководитель курсового проекта: И.Я.Сумкина

Раздел I

Рулевое устройство – это основное средство, обеспечивающее надежное управление судном при любых условиях плавания. Рулевое устройство состоит из руля, рулевого привода, рулевой машинки, аксиометра, а иногда и рулевого указателя. В настоящее время на речных судах применяют поворотные винтовые насадки, подруливающие устройства и активные рули.

Рули бывают - простые, балансирные, полубалансирные. Простыми рулями называются рули, у которых перо находится по одну сторону оси вращения (баллера) и ось вращения совпадает с передней кромкой руля. Балансирными рулями называются рули, у которых перо руля располагается по обе стороны баллера полубалансирный руль – его балансирная часть имеет меньшую высоту, чем все перо руля.

Аксиометр – механический или электрический прибор, служащий для указания угла отклонения пера руля.

Рулевые приводы связывают руль с рулевой машиной, и служит для передачи усилий от рулевой машины на баллер руля.

Рулевые машины бывают ручные, электрические и гидравлические. Ручные рулевые машины просты по конструкции, поэтому их устанавливают на небольших судах и на несамоходном флоте. Гидравлические рулевые машины, несмотря на положительные качества, на речном флоте распространены меньше.

На большинстве современных теплоходов применяют электрические рулевые машины. Их устанавливают в рулевой рубке или румпельном отделении, находящемся в кормовом отсеке судна. Электродвигатель приводится в действие из рулевой рубки с пульта управления, у которого имеется манипулятор. Поворотом рукоятки манипулятора вправо или влево включаются соответствующие контакты, и вал электродвигателя начинает вращаться в правую или в левую сторону, изменяя положение рулей судна. Если рули повернуться на борт до своего крайнего положения, контакты разомкнутся и электродвигатель автоматически выключится. При установке электрических рулевых машин обязательно следует предусматривать резервный ручной привод рулевого устройства.

РЭП является наиболее ответственным электроприводом судна, поэтому к нему предъявляются следующие требования Правил речного Регистра:

1. Перекладка руля с борта на борт от -35 до +35 не более 30 секунд.

2. Число включений должно быть не менее 350 включений в час.

3. Должен допускать превышение вращающего момента на валу до 200% от номинального.

4. Допускается стоянка двигателя под током в течение одной минуты (только для электромеханических РЭП).

5. Непрерывная перекладка руля с борта на борт в течении 30 минут при наибольшей скорости и полной осадке судна.

6. Пусковая аппаратура должна обеспечивать повторный автоматический пуск двигателей при восстановлении напряжения.

7. Световая сигнализация должна указывать на положение пера руля «право», «лево», «диаметральная плоскость», на наличие напряжения в цепи питания РЭП, при отключении РЭП и при перегрузке (тепловая защита работает не на размыкание цепи, а на подключение световой сигнализации).

8. Конечные выключатели должны ограничивать перекладку руля на правый и левый борт и не препятствовать перекладке руля в обратном направлении.

9. Питание электроэнергией должно быть предусмотрено от двух источников с автоматическим переключением.

10. РЭП должны обладать большой надежностью, простотой обслуживания, малыми габаритами и массой, возможностью быстрого перехода на резервное питание за время не более 10 секунд.

К резервным РЭП предъявляются следующие правила:

· Перекладка руля с борта на борт на угол 20 за время не более 60 секунд при полной осадке судна и скорости переднего хода равной 0,6 от наибольшей.

· Продолжительность работы источников питания резервного РЭП должна быть не менее 15 минут.

Раздел II

Раздел III

Работа схемы.

Рукоятка в положение «вправо». Получают питание контакторы КМ2 и КМ3. Размыкаются контакты КМ2.2 и КМ2.3 (блокирует включение контактора КМ1). Замыкаются контакты КМ2.1, КМ2.4 (включает лампу индикации завалки руля вправо HL3), КМ3.1, КМ3.2 (выводит резистор R ), КМ3.3. Получает питание обмотка последовательного возбуждения LM1. Двигатель включается и производит перекладку руля вправо.

Яркость горения ламп индикации завалки руля можно регулировать резистором R . Для остановки двигателя переводим рукоятку в положение «0». При этом все контакторы отключаются, размыкаются контакты КМ2.1, КМ2.4, КМ3.1, КМ3.2, КМ3.3, замыкаются контакты КМ2.2 и КМ2.3.

Двигатель крутится по инерции, а резистор R включается в работу и ограничивает тормозной ток.

Разрядный резистор R гасит ЭДС самоиндукции в LM2, которая возникает при отключении LM2 от сети.

Раздел V

Раздел VI

Выбор аппаратуры для схемы.

При выборе аппаратуры для схемы электропривода должны быть удовлетворены следующие требования:

1) Рабочее напряжение сети , при котором будет работать аппарат, но не должно превышать номинального напряжения аппарата U , то есть такого напряжения, на которое этот аппарат рассчитан:

U

2) Рабочий ток силовой сети, в которую включаются элементы главной цепи аппарата, не должна превышать номинального тока аппарата:

3) Номинальная продолжительность включения аппарата должна быть больше или равна действительной продолжительности включения , полученной расчетным путем:

4) Допустимая (номинальная) частота включения аппарата должна быть больше действительной (рабочей) частоты , включающей его при работе электропривода:

Особенности выбора некоторых аппаратов производится ниже:

Выбор командоконтроллера.

Командоконтроллер серии КВО

· Допустимый длительный ток - 10А

· Коммутационная способность – 50А

· Допустимый отключаемый ток при переменном токе и напряжении 380В равен 5А, при постоянном токе 220В и индуктивной нагрузке – 1А

· Выполняется без амперметра

Выбор сигнальных ламп.

Серия - ИН1

I – 2,5А

Минимальное напряжения сети 200В

Диаметр – 30,5 мм

Длина – 65 мм

Заключение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Судовые электроприводы »

Тема: « Расчет рулевой электропривод с электродвигателем постоянного тока на напряжение 220 В для буксирного теплохода – толкача мощностью 600 л. с"

Выполнил______________________

Группа ________________________

Дата защиты____________________

Оценка_________________________

Подпись________________________

Усть-Кут 2013 г.

Задание.

Рассчитать рулевой электропривод с электродвигателем постоянного тока на напряжение 220 В для буксирного теплохода – толкача мощностью 600 л. с. по следующим данным.

1. Водоизмещение D, (в тоннах): 158

2. Длина судна между перпендикулярами L, (метр): 29

3. Ширина судна по мидель-шпангоуту B, (метр): 6,5

4. Осадка судна при max загрузке Т, (метр): 1,5

5. Скорость хода без толкаемого состава на чистой воде V, (км/ч): 17

6. Максимальный угол перекладки руля max, (град или рад):40 градусов или 0,7 радиан.

7. Время перекладки руля Тп, (сек): 30

8. Передаточное число рулевой машины I: 2000

9. КПД рулевой машины: 0,33

10. Время работы при переменных курсах (мин): 60

11. Число перекладок за 1 час, N: 300

12. Средний угол перекладки руля при удержание судна на курсе (градусов или радиан): 5 или 0,05.

Руководитель курсового проекта: И.Я.Сумкина

Раздел I

Рулевое устройство – это основное средство, обеспечивающее надежное управление судном при любых условиях плавания. Рулевое устройство состоит из руля, рулевого привода, рулевой машинки, аксиометра, а иногда и рулевого указателя. В настоящее время на речных судах применяют поворотные винтовые насадки, подруливающие устройства и активные рули.

Рули бывают - простые, балансирные, полубалансирные. Простыми рулями называются рули, у которых перо находится по одну сторону оси вращения (баллера) и ось вращения совпадает с передней кромкой руля. Балансирными рулями называются рули, у которых перо руля располагается по обе стороны баллера полубалансирный руль – его балансирная часть имеет меньшую высоту, чем все перо руля.

Аксиометр – механический или электрический прибор, служащий для указания угла отклонения пера руля.

Рулевые приводы связывают руль с рулевой машиной, и служит для передачи усилий от рулевой машины на баллер руля.

Рулевые машины бывают ручные, электрические и гидравлические. Ручные рулевые машины просты по конструкции, поэтому их устанавливают на небольших судах и на несамоходном флоте. Гидравлические рулевые машины, несмотря на положительные качества, на речном флоте распространены меньше.

На большинстве современных теплоходов применяют электрические рулевые машины. Их устанавливают в рулевой рубке или румпельном отделении, находящемся в кормовом отсеке судна. Электродвигатель приводится в действие из рулевой рубки с пульта управления, у которого имеется манипулятор. Поворотом рукоятки манипулятора вправо или влево включаются соответствующие контакты, и вал электродвигателя начинает вращаться в правую или в левую сторону, изменяя положение рулей судна. Если рули повернуться на борт до своего крайнего положения, контакты разомкнутся и электродвигатель автоматически выключится. При установке электрических рулевых машин обязательно следует предусматривать резервный ручной привод рулевого устройства.

РЭП является наиболее ответственным электроприводом судна, поэтому к нему предъявляются следующие требования Правил речного Регистра:

1. Перекладка руля с борта на борт от -35 до +35 не более 30 секунд.

2. Число включений должно быть не менее 350 включений в час.

3. Должен допускать превышение вращающего момента на валу до 200% от номинального.

4. Допускается стоянка двигателя под током в течение одной минуты (только для электромеханических РЭП).

5. Непрерывная перекладка руля с борта на борт в течении 30 минут при наибольшей скорости и полной осадке судна.

6. Пусковая аппаратура должна обеспечивать повторный автоматический пуск двигателей при восстановлении напряжения.

7. Световая сигнализация должна указывать на положение пера руля «право», «лево», «диаметральная плоскость», на наличие напряжения в цепи питания РЭП, при отключении РЭП и при перегрузке (тепловая защита работает не на размыкание цепи, а на подключение световой сигнализации).

8. Конечные выключатели должны ограничивать перекладку руля на правый и левый борт и не препятствовать перекладке руля в обратном направлении.

9. Питание электроэнергией должно быть предусмотрено от двух источников с автоматическим переключением.

10. РЭП должны обладать большой надежностью, простотой обслуживания, малыми габаритами и массой, возможностью быстрого перехода на резервное питание за время не более 10 секунд.

К резервным РЭП предъявляются следующие правила:

· Перекладка руля с борта на борт на угол 20 за время не более 60 секунд при полной осадке судна и скорости переднего хода равной 0,6 от наибольшей.

· Продолжительность работы источников питания резервного РЭП должна быть не менее 15 минут.

Раздел II

Расчет рулевого электропривода.

1. Рассчитываем площадь пера руля по формуле:

S=LT/ (м ),

где: L-длина судна в метрах;

Т-осадка судна в метрах;

-коэффициент, зависящий от назначения и типа движителей судна, равный для речных винтовых судов 12-22.

S=29*1,5/17=2,55 (м )

Площадь одного пластинчатого руля: S =S/2 (м )

S =2,55/2=1,27 (м ).

2. Задаемся размерами пера руля из условной осадки: h<T, (h=1,27<T=1,0)

где: h-высота руля в метрах;

Т-осадка судна в метрах.

Тогда ширина руля: В= S /h (м),

В=1,27/1,0=1,27 (м).

Форма пластинчатого руля.

3. Сила давления на перо руля определяется по формуле:

где: S -площадь пера руля, м ;

U-скорость хода, м/с;

-угол перекладки руля, градус;

С-коэффициент, который у меня равен 195.

Так как по правилам Речного регистра угол перекладки руля не должен превышать 40 градусов, то задаемся значениями угла перекладки руля равными 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 градусов и определяем значения F для данных углов.

a	sina	0,2+0,3*sina	C/0,2+0,3*sina	S,v2	Fа, H
	0,087	0,226			2155,86
	0,174	0,252			3897,6
	0,259	0,276			5257,7
	0,342	0,305			6320,16
	0,425	0,325
	0,5	0,35
	0,573	0,37			8663,76
	0,643	0,393			9254,05

4. По полученным данным строим зависимость силы давления F на перо руля от угла перекладки: [F =f( )]. Приложние 1

5. Для определения момента на баллере руля необходимо знать силу F давления на перо руля и точку ее приложения С. Расстояние от точки приложения силы давления до передней кромки пера, где укреплен баллер, вокруг которого вращается перо руля, является плечом или радиусом R. Он определяется по формуле:

R=(0,2+0,3sin )*В

Так как величина радиуса R зависит от угла поворота пера руля, то вычисляем его значение для углов =5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 и сводим в таблицу.

aград
R,м	0,28	0,32	0,35	0,38	0,41	0,44	0,46	0,49

6. По полученным данным строим характеристику R=f( ).Приложние 2

7. Момент на баллере руля: М =F *R (Нм).

aград
Мбал	603,6	1247,23	1840,19	2401,6	3024,98	3511,2	3985,32	4534,48

8. Момент, создаваемый от двух рулей на оси сектора рулевой машины, рассчитываем по формуле и заносим в таблицу: М =2* М

aград
Мбал	1207,2	2494,46	3680,38	4803,2	6049,96	7022,4	7970,64	9068,96

9. По данным таблицы момента от двух рулей строим зависимость М =f( ).Приложние 3

10. Определяем максимальный момент на валу электродвигателя:

(Нм)

где: -максимальный момент сопротивления на баллере руля, Нм;

I-передаточное число рулевой машины;

-КПД рулевой машины.

= =13,74 Нм.

11. Определяем момент на валу электродвигателя при холостом ходе рулевого электропривода:

(Нм)

где: =0,1: 0,2; принято

(Нм).

12. Определяем момент на стоянке под током:

=1,6* (Нм)

=1,6*13,74=21,98 (Нм).

13. Скорость вращения при холостом ходу электродвигателя:

(рад/сек)

где -максимальный угол перекладки руля в радианах;

Т-время перекладки руля в секундах.

=127,8 (рад/сек).

14. Номинальный момент на валу электродвигателя:

(Нм)

(Нм).

15. Угловая скорость вращения электродвигателя:

а) при моменте холостого хода:

(рад/сек)

(рад/сек);

б) при номинальном моменте:

(рад/сек)

(рад/сек)

(об/мин)

(об/мин).

16. Номинальная мощность электродвигателя определяется:

(Вт)

(Вт)

Выбираю по каталогу электродвигатель постоянного тока напряжением 220 В исходя из условий: кВт, об/мин.

Параметры выбранного двигателя:

Тип двигателя- П32М;

Мощность- 0,8 кВт;

Ток- 4,8 А;

Частота вращения- 750 об/мин;

КПД- 75,5 %;

Наибольшая частота вращения при ослаблении поля- 1500 об/мин;

Маховый момент- 0,116 кг/м.

17. Номинальный момент выбранного электродвигателя определяем по формуле:

(Нм)

(Нм).

18. Момент инерции, приведенный к валу электродвигателя:

(кг/м)

где: - коэффициент, учитывающий моменты инерции всех вращающихся частей рулевого механизма, =1,3-1,6;

-момент инерции выбранного двигателя, кг/м.

(кг/м)

(кг/м)

(кг/м)

Раздел III