Расчет электропривода рулевого устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА КРАСНОЯРСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА - ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему

Расчет электропривода рулевого устройства

Курсант Мильчаков С.А./ группа 41 ЭМ

Руководитель Посконин М.В./

Нормоконтроль Ванагас Т.В./

Красноярск 2021 г

Содержание

Введение

1. Расчет мощности и подбор исполнительного электродвигателя

1.1 Расчет площади пера руля

1.2 Расчет площади одного пера руля

1.3 Принимаем hруля = 1,8 м и определяем ширину пера руля

1.4 Принимаем C= 200 и определяем давление на перо руля

1.5 На основе полученных данных вычислений составляем таблицу

1.6 Определяем ширину балансирной части

1.7 Определяем радиус от центра приложения силы Fб до оси баллера

1.8 На основе полученных данных вычислений составляем таблицу

1.9 Определяем момент на баллере руля

1.10 На основе полученных данных вычислений составляем таблицу и график

1.11 Определяем максимальный момент на валу электродвигателя

1.12 Определяем момент на валу электродвигателя на холостом ходе электропривода

1.13 Определяем момент при стоянке электродвигателя под током

1.14 Определяем номинальный момент на валу электродвигателя

1.15 Определяем угловую скорость вращения электродвигателя при холостом ходе

1.16 Определяем номинальную угловую скорость вращения электродвигателя

1.17 Определяем номинальную мощность электродвигателя

1.18 В каталоге подбираем электродвигатель П52М со смешанным возбуждением

2. Расчет и выбор генератора постоянного тока и его возбудителя

2.1 Определяем номинальный момент электродвигателя

2.2 Определяем мощность питающего генератора

2.3 Для питания исполнительного двигателя системы Г-Д, выбираем генератор постоянного тока типа 2ПН132МУХЛ4

2.4 Рассчитываем мощность возбудителя генератора

2.5 Подбираем в качестве возбудителя, генератор 2ПН100МУХЛ4. Его характеристики

3. Расчет и выбор приводного электродвигателя

3.1 Рассчитываем мощность приводного двигателя

3.2 Подбираем в качестве приводного электродвигателя АМ51-2, переменного тока

4. Схема следящей системы рулевого электропривода

4.1 Составляем схему следящей системы рулевого электропривода с потенциометрическим управлением

5. Подбор электроаппаратуры

5.1 Подбираем АВВ

5.2 Выбираем кнопки

5.3 Выбираем контакторы

5.4 Выбираем тепловое реле

5.5 Выбираем регулировочные реостаты

5.6 Выбираем шунт

5.7 Выбираем предохранители

Заключение

Список использованных источников



Введение

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: электродвигатель генератор ток реостат

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

Число включений должно быть не менее 350 включений в час.

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

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

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

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

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).

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

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

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.



1. Расчет мощности и подбор исполнительного электродвигателя

Таблица 1 - Данные теплохода проекта № 785

Ширина теплохода (В), м	12,55
Длинна теплохода (L), м	80,22
Осадка теплохода при максимальной загрузке (T), м	1,9
Скорость теплохода (v), км/ч (м/c)	20,5 (5,69)
Максимальный угол перекладки руля на борт (бmax), (рад)	40 (0,7)
Передаточное число привода (i)	1300
Время перекладки руля (Tn), сек	30
КПД рулевой машины (?м)	0,35
Число перекладок за час (задаемся) (N)	300
Средний угол перекладки при удержании судна на курсе (бср), (рад)	5 (0,085)
Коэффициент, зависящий от назначения и типа движителей судна (в)	30

1.1 Расчет площади пера руля

(1)

где S - площадь пера руля,;

L - длинна теплохода, м;

T - осадка теплохода при максимальной загрузке, м;

в - коэффициент, зависящий от назначения и типа движителей судна

1.2 Расчет площади одного пера руля

(2)

где S1 - площадь одного пера руля,;

S - площадь пера руля,

1.3 Принимаем hруля = 1,8 м и определяем ширину пера руля

(3)

где b - ширина руля, м;

S1 - площадь одного пера руля, ;

h руля - высота пера руля, м

1.4 Принимаем C= 200 и определяем давление на перо руля

(4)

где Fб - давление на перо руля при угле б, H;

C - коэффициент для двух винтовых судов;

S1 - площадь одного пера руля,;

v - cкорость теплохода, м/c;

б - угол перекладки пера руля,

F5 =

F10 =

F15 =

F20 =

F25 =

F30 =

F35 =

F40 =

1.5 На основе полученных данных вычислений составляем таблицу

Таблица 2 - Давление на перо руля

б	sinб				Fб, H
5	0,087	0,226	885	89	6800
10	0,174	0,252	800		12300
15	0,259	0,276	725		16700
20	0,342	0,305	660		20000
25	0,433	0,325	620		25000
30	0,5	0,35	570		25300
35	0,573	0,37	540		27500
40	0,643	0,393	510		29100

1.6 Определяем ширину балансирной части

(5)

где - ширина балансирной части, м;

b - ширина пера руля, м

(м)



1.7 Определяем радиус от центра приложения силы Fб до оси баллера

(6)

гдеR - радиус от центра приложения силы Fб до оси баллера, м;

б - угол перекладки руля, ;

b - ширина пера руля, м;

- ширина балансирной части, м

R5

R10

R15

R20

R25

R30

R35

R40

1.8 На основе полученных данных вычислений составляем таблицу

Таблица 3 - Радиус от центра приложения силы

б	5	10	15	20	25	30	35	40
R, м	0,02	0,05	0,07	0,10	0,12	0,15	0,17	0,19

1.9 Определяем момент на баллере руля

M?(7)

где M? - момент на баллере руля при угле б, ;

Fб - давление на перо руля при угле б, H;

R - радиус от центра приложения силы Fб до оси баллера, м

М? (5 ) =

М? (10 ) =

М? (15 ) =

М? (20 ) =

М? (25 ) =

М? (30 ) =

М? (35 ) =

М? (40 ) = )

1.10 На основе полученных данных вычислений составляем таблицу и график

Таблица 4 - Момент на баллере руля

б	5	10	15	20	25	30	35	40
М?, H*м	136	615	1169	2000	3000	3795	4675	5529
М=2 М?, H*м	272	1230	2338	4000	6000	7590	9350	11058

Мс = 0,2Мmax (8)

где Мс - среднее значение моментов,;

Мmax - максимальный момент,

Мс=



Рисунок 1 - График момента

По диаграмме б?=8 или 0,14 радиана

1.11 Определяем максимальный момент на валу электродвигателя

Мдв.max(9)

где Мдв.max - максимальный момент на валу электродвигателя, ;

Мбал.max - максимальный момент на двух баллерах, ;

i - передаточное число привода;

?м - КПД рулевой машины, %

Мдв.max

1.12 Определяем момент на валу электродвигателя на холостом ходе электропривода

М0 = Мдв.max (10)

где М0 - момент на валу при х.х. электропривода, ;

Мдв.max - максимальный момент на валу электродвигателя,

М0

1.13 Определяем момент при стоянке электродвигателя под током

. = 1,7Мдв.max (11)

где - момент вовремя стоянки под током, ;

- максимальный момент на валу электродвигателя,

1.14 Определяем номинальный момент на валу электродвигателя

= (12)

где Мном - номинальный момент на валу электродвигателя, ;

Мк.з. - момент вовремя стоянки под током,



1.15 Определяем угловую скорость вращения электродвигателя при холостом ходе

где - угловая скорость вращения при холостом ходе, ;

i - передаточное число;

- момент во время стоянки под током, ;

- время перекладки руля, с;

- максимальный угол перекладки руля, ;

- момент на валу при х.х. электропривода, ;

- максимальный момент на валу,

1.16 Определяем номинальную угловую скорость вращения электродвигателя

где - угловая скорость вращения при холостом ходе, ;

- номинальная угловая скорость,

1.17 Определяем номинальную мощность электродвигателя

где - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- номинальный момент на валу электродвигателя, ;

- номинальная угловая скорость,

1.18 В каталоге подбираем электродвигатель П52М со смешанным возбуждением

Его характеристики

Таблица 5 - Данные электродвигателя П41М

Номинальное напряжение (U), B	220
Ток номинальный (U), А	9,1
Номинальная мощность (P), кВт	1,3
Номинальные обороты (n), об/мин (рад/сек)	750(78)
КПД (?), %	65



2. Расчет и выбор генератора постоянного тока и его возбудителя

2.1 Определяем номинальный момент электродвигателя

где - номинальный момент электродвигателя, ;

- номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- номинальная угловая скорость,

2.2 Определяем мощность питающего генератора

где - мощность питающего генератора, кВт;

- номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- КПД электродвигателя, %

2.3 Для питания исполнительного двигателя системы Г-Д, выбираем генератор постоянного тока типа 2ПН132МУХЛ4

Таблица 6 - Данные генератора постоянного тока 2ПН132МУХЛ4

Номинальная мощность (Р), кВт	2,2
Номинальные обороты (n), об/мин	1500
Напряжение (U), В	230
КПД (?), %	0,75



2.4 Рассчитываем мощность возбудителя генератора

где - мощность возбудителя генератора, кВт;

- мощность генератора, кВт

=0,07*1700=119 (Вт)=0,119 (кВт)

2.5 Подбираем в качестве возбудителя, генератор 2ПН100МУХЛ4. Его характеристики

Таблица 7 - Данные генератора 2ПН100МУХЛ4

Номинальная мощность (Р), кВт	0,37
Номинальные обороты (n), об/мин	1500
КПД (?), %	60
Номинальное напряжение (U), В	230

3. Расчет и выбор приводного электродвигателя

3.1 Рассчитываем мощность приводного двигателя

где - мощность приводного электродвигателя, кВт;

- мощность генератора, кВт;

- КПД генератора, %;

- мощность возбудителя генератора, кВт;

- КПД возбудителя генератора, %

3.2 Подбираем в качестве приводного электродвигателя АМ51-2, переменного тока

Его характеристики:

Таблица 8 - Данные электродвигателя переменного тока АМ51-4

Номинальное напряжение (U), B	380
Ток (I), А	10,7
Номинальная мощность (Р), кВт	4,5
Номинальные обороты (n), об/мин	1420
КПД (?), %	82
Кратность пускового тока ()	5



4. Схема следящей системы рулевого электропривода

4.1 Составляем схему следящей системы рулевого электропривода с потенциометрическим управлением

Рисунок 2 - Схема следящей системы рулевого электропривода

Таблица 9 - Условные обозначения к схеме

Поз.	Наименование	Кол-во	Примечание
QS	Автоматический воздушный выключатель А3324	1
FU	Предохранитель ПР2	2
SB	Кнопка КУ120	2
KM	Контактор КНТ-114М	1
KK	Тепловое реле ТРТ-131	2
M1	Приводной двигатель АМ 51-4	1
G1	Возбудитель 2ПН100МУХЛ4	1
LG	Обмотка возбуждения генератора	4
G2	Генератор 2ПН132МУХЛ4	1
RS	Шунт 75 ШСМ	1
LM	Обмотка возбуждения двигателя	1
M2	Исполнительный двигатель П41М	1
RP	Реостат РП2511	2
ПУ	Пост управления	1



5. Подбор электроаппаратуры

5.1 Подбираем АВВ

где - номинальный ток, А;

- паспортный ток электродвигателя, А

где - ток расцепителя, А;

- ток номинальный, А

Из каталога выбираем АВВ серии А3300, модель А3324, трех-полюсной с комбинированным расцепителем, на = 15 (А) .

5.2 Выбираем кнопки

В качестве кнопок и выбираем кнопки управления КУ120, I = 4 (A), U = 380 (B).

5.3 Выбираем контакторы

В качестве контактора выбираем серию КНТ-114М, ;



5.4 Выбираем тепловое реле

В качестве теплового реле выбираем реле серии ТРТ-131,

5.5 Выбираем регулировочные реостаты

В качестве регулировочных реостатов выбираем РП2511,

5.6 Выбираем шунт

В качестве шунта выбираем 75ШСМ;

5.7 Выбираем предохранители

где - коэффициент, учитывающий пусковой режим электродвигателей;

- рабочий ток электродвигателя, А

В качестве предохранителя выбрали ПР2 (2 габарит), плавкой вставки.

Ток патрона: 60 (А)

Допустимое значение ударного тока: 1800 (А)



Заключение

Во время курсовой работы я рассчитал рулевой электропривод с электродвигателем постоянного тока на напряжение 220В для грузопассажирского дизель-электрохода мощностью 800 э.л.с. по полученным мной данным. По полученным расчетам я выбрал электродвигатель для рулевого электропривода:

Тип: П41М

Частота вращения: 750 (об/мин)

Мощность: 1,3 (кВт)

КПД: 65 %

Ток: 9,1 (А)

Следовательно, мой подбор электродвигателя верен. Далее я начертил схему работы электродвигателя и подобрал для нее аппаратуру.

Курсовой проект показал, что выбранный мной электродвигатель оптимально подходит для электропривода рулевого устройства постоянного тока для грузопассажирского дизель - электрохода мощностью 800 э.л.с.



Список использованных источников

1 Самодолов Т.Т. : Электрооборудование и радиосвязь речных судов. -М. : «Транспорт» 1981 г.

2 Лейкин В.С. : Судовые электрические станции и сети. -М. : «Транспорт» 1982 г.

3 Чаплыгин И.В. : Электрооборудование и электродвижение. -М. : «Транспорт» 1979 г.

4 К. Берков и др. : Справочник электромеханика по судовым электрическим машинам. Одесса, «Маяк» 1979г.

5 Российский Речной Регистр: Правила классификации и постройки судов ВВП.

6 Роджеро Н.И. : Справочник судового электромеханика и электрика.-М. : «Транспорт» 1976.

7 Л.И. Алиев и др. : Электрические аппараты. Справочник. Москва РадиоСофт 2004.

8 Л.А. Лемин и др. : Эксплуатация судовых систем электроснабжения. Санкт-Петербург.

9 Соловьев Н.Н. : Судовые энергетические системы. -М. : «Транспорт» 1987.

10 Китаенко Г.И. : Справочник судового электромеханика. Т.2. «Судовое электрооборудование».

Размещено на Allbest.ru