Усилие натяжения у клюза на различных стадиях съемки судна с якоря.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Назначение и основные элементы якорно-швартовых устройств........3

1.2. Требования Регистра РФ.........................................5

1.3. Метод выбора электродвигателя якорно-швартовного устройства...... 3

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Расчет якорного снабжения.......................................6

2.2. Расчет электропривода якорно-швартового устройства................ 6

2.3. Расчет и построение характеристик асинхронного двигателя...........14

2.4. Итоговый выбор двигателя........................................25

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Анализ систем управления......................................... 25

3.2. Анализ и описание работы схемы...................................27

3.3. Анализ защиты электродвигателей...................................29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................... 31

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................32

 

 

 

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 правильно обслуживать ее в эксплуатации.

Цель курсового проекта – рассчитать электропривод якорно-швартового устройства судна. 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 якорно-швартового устройства судна.

 

 

ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В состав якорно-швартовного устройства входят якоря, якорные цепи, якорно-швартовная лебедка, исполнительный двигатель и система управления.

Якоря. В настоящее время чаще всего применяют якоря с поворотными лапами (якоря Холла), которые обладают большой держащей силой, легко укладываются по-походному и состоят из небольшого числа грубо обработанных деталей. Каждое судно снабжают двумя или тремя так называемыми становыми якорями, расположенными в носовой части судна. Третий якорь считается запасным и носит название штормового.

Количество и массу становых якорей и цепей определяют по таблицам в зависимости от так называемой характеристики якорного снабжения судна:

где - весовое водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую марку, т.;

В - ширина судна наибольшая, м

h - высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы самой.высокой рубки, м;

А - площадь парусности в пределах длины судна L, определяется по диаметральной плоскости судна в пределах от летней грузовой ватерлинии, м2.

Якорные цепи. Роль гибкой связи, соединяющий якорь с судном, выполняют якорные цепи (цепные канаты). Якорная цепь состоит из

 

отдельных частей – смычек длиной от 20 до 25 м. Звенья якорной цепи имеют распорки (контрфорсы), что увеличивает их прочность примерно на 20 %.

Общую длину и калибр якорной цепи определяют по указанной выше характеристике якорного снабжения N_c. Под калибром d принято понимать диаметр ценного железа, который колеблется в переделах от 30 до 100 мм. Калибр цепи находят по таблицам или легко определяют (в миллиметрах) по формуле:

,

где - масса якоря, кг.

Применение цепей в качестве якорного каната обуславливается следующими причинами. Метр цепи весит в 5 – 6 раз больше метра равнопрочного стального троса той же длины, благодаря этому якорные цепи обеспечивают получение значительно большей держащей силы. Буферные свойства цепи уменьшают размах килевой качки и меньше подвержены коррозии в морской воде.

Якорно-швартовные лебедки. Для отдачи и подъема якоря, а также для швартовных операций служат якорно-швартовные лебедки: шпили и брашпили, различающиеся тем, что у первых ось кулачкового барабана расположена вертикально, а у вторых – горизонтально. И те, и другие располагают в носовой части судна, но брашпили вместе с основной частью электрооборудования устанавливают на палубе и почти не занимают внутренних помещений. Эта особенность обеспечила им широкое распространение на судах торгового флота. У шпилей на палубе размещают лишь якорно-швартовный барабан и тумбу управления. Все остальное оборудование находится в подпалубных помещениях судна.

Брашпиль обычно приводится в движение трехскоростным асинхронным двигателем типа МАП.

В настоящее время шпили и брашпили выполняют с не самотормозящимися червячными редукторами, что объясняется желанием повысить КПД установки. На крупных судах устанавливают два якорно-швартовных шпиля – по числу якорей. На мелких судах один шпиль используют для поочередного подъема обоих якорей.

Электропривод якорно-швартовных устройств служит для подъема и опускания якорей, а также для подтягивания судна к берегу при выполнении швартовных операций. На стоянках глубиной свыше 50 м скорость опускания якоря регулируют электродвигателем, который разгоняясь, переходит в режим рекуперативного торможения.

По правилам Регистра РФ, съемка судна с якоря должна длится не более 30 мин. Следовательно, исполнительный двигатель якорно-швартовного устройства всегда работает в кратковременном режиме. Якорный электропривод – одно из наиболее ответственных судовых устройств, определяющий безопасность мореплавания. К нему предъявляются жесткие требования, согласно которым электопривод должен обепечивать:

· съемку судна с якоря при любом состоянии погоды и моря

· стоянку двигателя под током в течении 30 с

· широкий диапазон и достаточную плавность регулирования скорости исполнительного двигателя

· удержание якоря на весу при снятом напряжении.

Основным режимом работы электропривода якорно-швартовного устройства принято считать подъем одного якоря с нормальной глубины стоянки.

 

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Характеристика якорного снабжения для всех судов определяется по формуле:

где Δ – весовое водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую марку, т;

B – ширина судна наибольшая, м;

h – высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы самой высокой рубки, м;

A – площадь парусности в переделах длины судна L, определяется по диаметральной плоскости судна в пределах от летней ватерлинии, м².

Усилие натяжения у клюза на различных стадиях съемки судна с якоря.

Введем следующие обозначения участков цепи, выбираемой при съемке судна с якоря:

– общая длина цепи одного якоря

– не смачиваемый участок цепи от жвакогалса до клюза

– длина вытравленной цепы (длина цепи на клюзе)

– длина свободно провисающей цепи от клюза до грунта.

L₁, L₂, L₃, L₄ – участки цепи, выбираемые на соответствующих стадиях съемки судна с якоря.

Воспользовавшись этими обозначениями можно написать

где - глубина постановки, выбираемая в зависимости от калибра цепи.

принять в курсовом проекте равным 2Т, где Т – осадка (м)

Отсюда

(м)

Длину свободно провисающей цепи находим из уравнения

Где равнодействующая ветра и течения.

Силу течения находят из формулы Фруда

(кг)

- коэффициент трения о воду

- скорость движения воды относительно судна

– смоченная поверхность корпуса судна, определяется из формулы Семеки

(м²)

L, B, T – длина, ширина и осадка судна (м)

коэффициент полноты водоизмещения

(м²) – водоизмещение судна

кг/м³ – плотность морской воды или Т_ц /м³

Отсюда, характеристика якорного снабжения судна равна:

127,2+78+40=245,2

Калибр цепи: 28 мм

Число якорей: 3

Средняя масса якоря: 800 кг

Наименьшая длина двух цепей: 340 м

Расчетная глубина стоянки: 100 м

- смоченная поверхность корпуса судна

Найдем силу течения по формуле Фруда:

Сила ветра находится по формуле:

(кг)

– коэффициент удельного давления ветра

– парусящая поверхность судна

В – ширина надстройки. В курсовом проекте принять в=B (м)

h – высота надстройки (м)

Равнодействующая ветра и течения равна:

Вес одного погонного метра цепи определяется из формулы

(кг)

где – вес погонного метра погруженной в воду якорной цепи

кг/м³ – удельный вес якорной стали

кг/м³ – удельный вес морской воды

– вес погонного метра якорной цепи с распорками

= 28 мм – калибр цепи

(кг)

Длина свободно провисающей цепи находим

(м)

(м)

(м)

 

 

На первой стадии съемки судна с якоря, усилие у клюза является постоянным. Оно состоит из горизонтальной составляющей N, идущей на преодоление силы сопротивления ветра и течения F, и вертикальной составляющей, образованной весом провисающей части цепи

(кг)

На второй стадии съемки судна с якоря натяжение у клюза изменяется от F₁ до F₃. Для упрощения расчета принимаем, что это изменение происходит по линейному закону.

На третьей стадии полагаем, что F₃ = const считаем, что двигатель находится в режиме короткого замыкания. Следовательно, L₃ = 0. Усилие в момент срыва якоря от грунта, сильно зависящее от характера грунта и других, трудно учитываемых условий, поддается лишь ориентировочному определению и принимается равным

ро

(кг)

После отрыва якоря от грунта усилие у клюза резко уменьшается.

В начале четвертой стадии оно определяется весом якоря и свободно висящего участка цепи:

,

(кг)

По мере уменьшения этого участка цепи усилие на клюзе линейно уменьшается до значения в конце периода:

(кг)