Расчет рулевого устройства

Размещено на http://allbest.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

КРАСНОЯРСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА - ФИЛИАЛ ФГБОУ ВО «СГУВТ»

Курсовая работа

Расчет рулевого устройства

По дисциплине (модулю): ПМ.01 «Техническая эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»

Красноярск 2020 г.



Содержание

Введение

1. Расчет мощности и выбор исполнительного электродвигателя

2. Рассчитываем и выбираем и выбираем генератор постоянного тока и его возбудитель

3. Рассчитываем и выбираем приводной электродвигатель

4. Схема следящей системы рулевого электропривода

5.. Подбираем электроаппаратуру

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: управление судно руль электродвигатель теплоход

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.



1. Расчет мощности и подбор исполнительного электродвигателя

Данные теплохода проекта № 1743

Ширина теплохода (В), м	15
Длинна теплохода (L), м	108,4
Осадка теплохода при максимальной загрузке (T), м	2,51
Скорость теплохода (v), км/ч (м/c)	19,5 (5,41)
Максимальный угол перекладки руля на борт (бmax), є (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), є (рад)	5 (0,085)
Коэффициент, зависящий от назначения и типа движителей судна (в)	30

1. Расчет площади пера руля:

(м²) (1)

где S - площадь пера руля; L - длинна теплохода; T - осадка теплохода при максимальной загрузке; в - коэффициент, зависящий от назначения и типа движителей судна.

2. Расчет площади одного пера руля:

(м²) (2)

где S₁ - площадь одного пера руля; S - площадь пера руля.

3. Принимаем h_руля = 2,2 м и определяем ширину пера руля:

м) (3)



где b - ширина руля; S₁ - площадь одного пера руля; h_руля - высота пера руля.

4. Принимаем C= 200 и определяем давление на перо руля:

(4)

где F_б - давление на перо руля при угле б; C - коэффициент для двух винтовых судов; S₁ - площадь одного пера руля; v - скорость теплохода; б- угол перекладки пера руля.

F_5° =

F_10° =

F_15° =

F_20° =

F_25° =

F_30° =

F_35° =

F_40° =



5. На основе полученных данных вычислений составляем таблицу:

б°	sinб				Fб, H
5	0,087	0,226	885	132	10163
10	0,174	0,252	800		18374
15	0,259	0,276	725		24786
20	0,342	0,305	660		29795
25	0,433	0,325	620		35436
30	0,5	0,35	570		37050
35	0,573	0,37	540		40843
40	0,643	0,393	510		43286

6. Определяем ширину балансирной части:

(5)

где - ширина балансирной части; b - ширина пера руля.

7.Определяем радиус от центра приложения силы F_б до оси баллера:

(6)

гдеR - радиус от центра приложения силы F_б до оси баллера; б - угол перекладки руля; b - ширина пера руля; - ширина балансирной части.

R_5°

R_10°

R_15°

R_20°

R_25°

R_30°

R_35°

R_40°



8. На основе полученных данных вычислений составляем таблицу:

б°	5	10	15	20	25	30	35	40
R, м	0,05	0,10	0,15	0,21	0,26	0,30	0,35	0,39

9. Определяем момент на баллере руля:

M?(7)

где M? - момент на баллере руля при угле б; F_б давление на перо руля при угле б; R - радиус от центра приложения силы F_б до оси баллера.

М? _(5°) =

М? _(10°) =

М? _(15°) =

М? _(20°) =

М? _(25°) =

М? _(30°) =

М? _(35°) =

М? _(40°) = )

10. На основе полученных данных вычислений составляем таблицу и график:

б°	5	10	15	20	25	30	35	40
М?, H*м	508	1837	3717	6256	9213	11115	14295	16881
М=2 М?, H*м	1006	3674	7434	12512	18426	22230	28590	33762

М_с = 0,2М_max= 0,2*33762 = 6752 (H*м) (8)



Рис.1.

По диаграмме б?=13°или 0,22 радиана

11. Определяем максимальный момент на валу электродвигателя:

М_дв.max(9)

где М_дв.max - максимальный момент на валу электродвигателя; М_бал.max - максимальный момент на двух баллерах; i - передаточное число привода;

?_м - КПД рулевой машины.

12. Определяем момент на валу электродвигателя на холостом ходе электропривода:

М₀ = М_дв.max = (10)

где М₀ - момент на валу при х.х. электропривода; М_дв.max - максимальный момент на валу электродвигателя.

13. Определяем момент при стоянке электродвигателя под током:

_. = 1,7М_дв.max (11)

где - момент вовремя стоянки под током; - максимальный момент на валу электродвигателя.

14. Определяем номинальный момент на валу электродвигателя:

= (12)

где М_ном - номинальный момент на валу электродвигателя; М_к.з. - момент вовремя стоянки под током.

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;

- максимальный угол перекладки руля;

- момент на валу при х.х. электропривода;

- максимальный момент на валу.

16. Определяем номинальную угловую скорость вращения электродвигателя:

где - угловая скорость вращения при холостом ходе;

- номинальная угловая скорость.

17. Определяем номинальную мощность электродвигателя:

где - номинальная мощность электродвигателя;

- номинальный момент на валу электродвигателя;

- номинальная угловая скорость.

18. В каталоге подбираем электродвигатель П52М со смешанным возбуждением.

Его характеристики:



Номинальное напряжение (U), B	220
Ток номинальный (U), А	20,8
Номинальная мощность (P), кВт	3,4
Номинальные обороты (n), об/мин (рад/сек)	750(78)
КПД (?), %	74,5

2. Рассчитываем и выбираем генератор постоянного тока и его возбудитель

19. Определяем номинальный момент электродвигателя:

где - номинальный момент электродвигателя; - номинальная мощность электродвигателя; - номинальная угловая скорость.

20. Определяем мощность питающего генератора:

где - мощность питающего генератора; - номинальная мощность электродвигателя; - КПД электродвигателя.

21. Для питания исполнительного двигателя системы Г-Д, выбираем генератор постоянного тока типа 2ПН112LYXМ4. Его характеристики:

Номинальная мощность (Р), кВт	4
Номинальные обороты (n), об/мин	3000
Напряжение (U), В	230
КПД(?), %	80,5



22. Рассчитываем мощность возбудителя генератора:

где - мощность возбудителя генератора; - мощность генератора.

23. Подбираем в качестве возбудителя, генератор 2ПН100МУХЛ4 . Его характеристики:

Номинальная мощность (Р), кВт	1,1
Номинальные обороты (n), об/мин	3000
КПД (?), %	74
Номинальное напряжение (U), В	220

3. Рассчитываем и выбираем приводной электродвигатель

24. Рассчитываем мощность приводного двигателя:

где - мощность приводного электродвигателя; - мощность генератора;

- КПД генератора; - мощность возбудителя генератора; - КПД возбудителя генератора.

25. Подбираем в качестве приводного электродвигателя АМ51-2, переменного тока.

Его характеристики:



Номинальное напряжение (U), B	380
Ток (I), А	12,14
Номинальная мощность (Р), кВт	6
Номинальные обороты (n), об/мин	2900
КПД (?), %	83
Кратность пускового тока ()	6,6

4. Схема следящей системы рулевого электропривода

26. Составляем схему следящей системы рулевого электропривода с потенциометрическим управлением.



Поз.	Наименование	Кол-во	Примечание
QS	Автоматический воздушный выключатель А3323	1
FU	Предохранитель ПР2	2
SB	Кнопка КУ120	2
KM	Контактор КНТ-213М	1
KK	Тепловое реле ТРТ-131	2
M1	Приводной двигатель АМ 51-2	1
G1	Возбудитель 2ПН100МУХЛ4	1
LG	Обмотка возбуждения генератора	4
G2	Генератор 2ПН112LYXМ4	1
RS	Шунт 75 ШСМ	1
LM	Обмотка возбуждения двигателя	1
M2	Исполнительный двигатель П52М	1
RP	Реостат РП2511	2
ПУ	Пост управления	1

5. Подбираем электроаппаратуру

26. Подбираем АВВ.

где - номинальный ток; - паспортный ток электродвигателя.

где - ток расцепителя; - ток номинальный.

Из каталога выбираем АВВ серии А3300, модель А3323, трех-полюсной с электромагнитным расцепителем, на = 20 (А)

27. Выбираем кнопки.

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

28. Выбираем контакторы.

В качестве контактора выбираем серию КНТ-114М, ;

29. Выбираем тепловое реле.

В качестве теплового реле выбираем реле серии ТРТ-131,

30. Выбираем регулировочные реостаты.

В качестве регулировочных реостатов выбираем РП2511,

31. Выбираем шунт.

В качестве шунта выбираем 75ШСМ;

32. Выбираем предохранители.

где - коэффициент, учитывающий пусковой режим электродвигателей; - рабочий ток электродвигателя.

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

Ток патрона: 60 (А)

Допустимое значение ударного тока: 1800 (А)



Список литературы

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 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