Расчет электропривода якорно-швартового устройства

Министерство образования и науки Украины

Государственное высшее учебное заведении

Одесское мореходное училище рыбной промышленности

Имени Алексея Соляника 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой проект

по дисциплине: “Судовые автоматизированые электроприводы”

Расчет электропривода якорно-швартового устройства 

                                            Выполнил курсант 222 группы

                                            Переходюк А.П.

                                            Принял Пастухов Г.П. 
 
 
 
 
 
 
 

Одесса 2009

 

      Содержание 

Краткие сведения о судне

Назначение и основные элементы ЯШУ

Классификация ЯШУ и их электроприводов

Кинематическая схема и описание механических частей ЯШУ

Нормативные требования к ЯШУ и их электроприводам

Выбор якорного снабжения

Определение статических моментов

Выбор системы управления (обоснование)

Выбор ИД и построение механической характеристики

Проверка ИД на удовлетворение требований и построение нагрузочной диаграммы

Разработка принципиальной схемы управления ЭП ЯШУ и описание её работы

Выбор аппаратуры управления

Расчёт и выбор питающего кабеля и автомата

Обслуживание и уход за электроприводами ЯШУ

Охрана окружающей среды на судах ФРП

Охрана труда на ФРП

 

     

     1. Назначение и основные элементы ЯШУ 

     Якорно-швартовные устройства (ЯШУ) служат для постановки судов на якорь и для съемки их с якоря, а также для выполнения швартовных операций. При стоянке на рейде сбрасывают один или два якоря, которые, зарываясь в грунт, противодействуют течению, ветру и другим силам, стремящимся привести судно в движение. Нередко судам гражданского флота приходится стоять на якоре то ли в ожидании освобождения причальной линии в порту, то ли при необходимости производить грузовые операции на рейде.

     В якорно-швартовное устройство 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, что устраняет опасность заедания или заклинивания от ржавления. Каждое судно бывает снабжено двумя или тремя так называемыми становыми якорями, расположенными в носовой части судна. Третий якорь считается запасным и носит название штормового.

     Якорные цепи. Роль гибкой связи, соединяющей якорь с корпусом судна, выполняют якорные цепи (цепные канаты). Якорная цель состоит из отдельных частей -- смычек длиной от 20 до 25 м. Звенья якорной цепи имеют распорки (контрфорсы), что увеличивает их прочность примерно на 20%.

     Якорные цепи проходят от якоря через бортовой клюз, стопор и кулачковый барабан якорной лебедки в палубный клюз и цепной ящик, где и укладывается излишек цепи. К стенке цепного ящика конец цепи надежно крепится с помощью жвака-1 галса -- концевой смычки. Жвака-галсовая смычка заканчивается откидным гаком (глаголь-гак), который служитдлябыстрой отдачи якорной цепи.

     Применение цепей в качестве якорного каната обусловливается следующими обстоятельствами. Погонный метр цепи весит в 5--6 раз больше погонного метра равнопрочного ей стального троса той же длины. Благодаря этому якорные цепи обеспечивают получение значительно большей держащей силы, которая, как известно, пропорциональна весу якорного каната. Ярко выраженные буферные свойства якорной цепи уменьшают к тому же размах килевой качки и смягчают рывки и толчки судна от действия волн в свежую погоду. Наконец, якорные цепи меньше стальных тросов подвержены коррозии в морской воде.

     Якорно-швартовные лебедки. Якорно-швартовные лебедки: шпили и брашпили служат для отдачи и подъема якоря, а также для швартовных операций. Их отличие друг от друга состоит в том, что у первых ось кулачкового барабана расположена вертикально, у вторых -- горизонтально.

     И те, и другие располагаются в носовой части судна, но брашпили вместе с основной частью электрооборудования устанавливаются на палубе и почти не занимают внутренних помещений. Эта особенность обеспечила им широкое распространение на судах торгового флота.

     У шпилей на палубе размещаются лишь якорно-швартовный барабан (головка шпиля) и тумба управления. Все остальное оборудование шпилей находится в подпалубных помещениях судна. Ввиду этого шпили целесообразно применять: а) на танкерах, где электродвигатель и аппаратура управления должны быть изолированы от взрывоопасной среды; б) на ледоколах и судах ледового плавания, где такое размещение основных механизмов обеспечивает их защиту от обледенения и облегчает обслуживание; в) на военных судах, где ответственное якорно-швартовное устройство подлежит защите от возможных повреждений. 
 
 
 

     2. Классификация ЯШУ и их электроприводов

     Якорно- швартовные устройства делятся на основные группы:

     Якорно- швартовные и якорные шпили, имеющие вертикальное расположение грузового вала и одну звёздочку.

     Брашпили, имеющие горизонтальное расположение грузового вала и две звёздочки.

     Якорно- швартовные и якорные шпили в свою очередь различаются по:

     Скорости выбирания якорной цепи: с нормальной и повышенной скоростью;

     Конструктивным признакам: на однопалубные (цепная звёздочка, механизм и двигатель размещены на одной палубе); двухпалубные (цепная звёздочка и швартовый барабан размещены на одной палубе, а механизм и двигатель на другой); в свою очередь двухпалубные бывают одинарными (с индивидуальным приводом) и соединённые (соединены общим редуктором).

     Брашпили различаются по:

     Скорости: нормальные и облегчённые (нормальные используются на судах морского флота, а облегчённые на судах речного флота).

     Конструкции.

     Швартовые механизмы подразделяются на:

     1. Швартовые шпили (трос передаётся через швартовый барабан, число витков троса, намотанного на барабан остаётся постоянным в течении всего времени выбирания)

     2. Швартовые лебёдки (на барабане хранится весь запас троса, сдаваемый с барабана или наматываемый на него, в процессе швартовых операций).

     Швартовые шпили делятся на две группы:

     Шпили с грузовым валом, редукторами двигателя (в свою очередь бывают однопалубные и двухпалубные);

     шпили, у которых грузовой вал отсутствует, а двигатель размещается внутри швартового барабана и связывается с ним посредством механической передачи 

     3. Кинематическая схема и описание механических частей ЯШУ 

     На рис. приведена кинематическая схема брашпиля. Брашпиль устроен и работает следующим образом. Движение от двух исполнительных двигателей 6 через цилиндрический редуктор 5 и промежуточную передачу 11 передается на промежуточный вал 12, на концах которого расположены барабаны (турачки) 4, служащие для выполнения швартовных операций. Далее через передачу 3 движение сообщается грузовому валу 14, на который свободно посажены две цепные звездочки 1. Одна из них служит для подъема якоря правого, а другая-- левого борта. Каждая из звездочек соединена через кулачковую муфту 2 с валом привода 7. Ленточные тормоза 13, имеющие маховичковые приводы 8 подтормаживают звездочки, если нужно ограничить скорость вытравливания якорной цепи.

     Брашпиль может приводиться в действие и одним двигателем --переменного тока типа МАП.

     Выключенные двигатели затормаживаются колодочными тормозами 9, которые предназначены для быстрой остановки двигателя и удержания грузового вала от обратного разворота. В последнее время стали широко применять также дисковые тормоза, конструктивно выполняемые за одно целое с двигателем. 
 
 
 
 
 

     4 Расчет якорно-швартового электропривода

     Расчет характеристики снабжения снабжение якорями, якорными цепями и канатами речных судов определяют по Правилам Речного Регистра в зависимости от класса судна по ьхарактеру снабжения

     Nc=L*(D+H)+k*∑*l*h,

     где L,B,H- длина, ширина,высота борта судна до первой расчетной палубы, м

     l,h- длина и средняя высота отдельных надстроек и рубок,м

     k=1 суммарная длина надстроек 1> L0,5 длины судна 

     Nc=104,8*( 16,2+5,0)+ 0,5*12,8*2,6=2238,4 М²

      

     по характеру снабжение из таблиц, приведенных в правилах речного регистра находят число носовых якорей, их суммарную и общую длину цепей.

     для рассчитанной характеристики снабжения

     суммарная маса длины цепей- 300м

     калибр цепи: 40 мм с распорками  при  категории прочности 1.

     1. мощность привода якорно-швартового механизма должна обеспечивать подтягивание судна к якорю, отрыв и подъм любого из якорей со скоростью не менее 0,12 м/с  при номинальном тяговом усилии на звездочке f1,h

     F1=22,6*ḿ*D²,  где   ḿ - коэффициент прочности ,  принимаемый равным 1,0 для цепей с распорками

     F1=22,6*1*40²=36160 
 
 
 
 
 
 

     ВНЕШНИЕ СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА НА СУДНО 

     F'=Fв+F'в+Fг      

     где  ^Fв 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     11. Разработка принципиальной схемы управления электроприводом ЯШУ и описание её работы 

     В состав электропривода брашпиля входят:

     а) два исполнительных электродвигателя постоянного тока с пристроенным дисковым тормозом;

     б) преобразовательный агрегат, состоящий из приводного двигателя (асинхронного с короткозамкнутым ротором),'генератора постоянного тока с независимой, параллельной и проти-вокомпаундной обмотками возбуждения и возбудителя (генератора постоянного тока со смешанным возбуждением);

     в) станция управления переменного тока;

     г) пост управления, представляющий собой кулачковый реверсивный командо-контроллер с одним нулевым и шестью рабочими положениями в каждую сторону;

     д) регулятор возбуждения, включенный в цепь параллельной обмотки возбуждения;

     е) два ящика с сопротивлениями (установочными, регулировочными и разрядными к обмоткам возбуждения генератора, к обмоткам возбуждения исполнительных двигателей и к дисковым тормозам);

     ж) щит питания брашпиля.

     Исполнительные двигатели и тумба управления водозащищенного исполнения расположены на верхней палубе. Все остальное оборудование -- брызгонепроницаемого исполнения; оно находится в помещении брашпиля.

     Схема предусматривает одновременное использование двух последовательно включенных двигателей во всех режимах работы брашпиля, причем в случае выхода из строя одного из них работа привода обеспечивается вторым. Характер нагрузки и скорость двигателей определяются положениями переключателей П I и П II; в шестом положении «Травить» работа одним двигателем не допускается.

     Перед запуском преобразовательного агрегата включают выключатель цепей управления ВУ, а пост управления устанавливают в нулевое положение. Нажатием кнопки КП на станции управления пускают в ход приводной двигатель ПД, вместе с которым начинают вращаться генератор и возбудитель. О самовозбуждении последнего сигнализирует лампа ЛС в тумбе управления брашпиля. С зажимов возбудителя напряжение через дополнительные сопротивления ЗСД и 4СД подается на обмотки возбуждения исполнительных двигателей и катушки реле обрыва поля РП.