1.1.4 Определение диаметра баллера руля.

Гидродинамический расчет, в результате которого определяется значения крутящего момента на баллере руля, является предварительным и не учитывает некоторых возможных в эксплуатации дополнительных внешних нагрузок.

Определяем значения крутящего момента на баллере руля:

Рассчитайте диаметр баллера, работающего на кручение:

где М_кр – расчетный крутящий момент, кНм; R_ен– предел текучести материала баллера, МПа (для сталей, применяемых для изготовления баллера руля Rен  390 МПа).

Полученное значение d_ округляем до ближайшего значения из стандартного ряда диаметров баллера руля d_=0,95 м.

1.2 Расчет электрогидравлического рулевого привода.

Диаграмма вращающихся моментов на баллере на переднем ходу

Рисунок 1 - Диаграмма вращающихся моментов на баллере на переднем ходу

Наибольший вращающий момент, на баллере на переднем ходу при _max = 35^о.

Род тока и напряжение судовой сети – 380 В, 50 Гц.

Выбор стандартной рулевой гидравлической машины.

Тип рулевой машины,	Р05
Число цилиндров,	2
Число насосов,	1
Тип гидравлического насоса,	ПМ№0,5
Давление в цилиндрах PN,KAT,, Н/м2,	686⋅104

1.2.2 Определение основных параметров электрогидравлической рулевой машины.

1.2.2.1 Радиус румпеля в среднем положении:

1.2.2.2 Максимальный ход плунжеров:

1.2.2.3 Диаметр цилиндров:

кр

м,

где m = 1 – число пар цилиндров; f = 0,1 – коэффициент трения.

1.2.4 Определение параметров гидравлического насоса и выбор его по каталогу,

1.2.4.1 Объем перекачиваемой насосом рабочей жидкости при перекладке руля с борта на борт:

1.2.4.2 Наибольшая теоретическая производительность насоса:

где η_Vср = 0,7 – 0,85 – средний объемный КПД насоса.

1.2.4.3 Номинальная производительность насоса:

где k₀ = 1,11 - 1,25 – коэффициент неравномерности передачи; k_рез = 1 или 0,5 – коэффициент резервирования (100% или 50%); k_n = 0,7 – 0,6 – скоростной коэффициент (рекомендуется для повышения ресурса насоса уменьшать частоту вращения насоса на 30-40%).

1.2.4.4 Максимальное давление в цилиндрах:

1.2.4.5 По P_NKAT. и Q_H. выбираем насос:

Тип гидравлического насоса,	НПМ-8
Наибольшая теоретическая производительность QTmax,	3,34⋅10-4 м3/с
Максимальное давление в цилиндрах PNKAT,	13,23⋅106 Н/м2
Частота вращения приведенного вала nнас, об/мин, КПД механическое и обьёмное ηмех	980 0,57; ηV=0.6

1.2.5 Предварительное определение номинальных параметров электродвигателя гидравлического насоса.

1.2.5.1 Обороты электродвигателя выберите по номинальным оборотам насоса с учетом принятого запаса для повышения его ресурса:

1.2.5.2 Мощность, необходимую для вращения насоса при номинальном давлении P_N,KAT. и = 0,9-0,95, определяют по формуле:

1.2.5.3 Двигатель выбирают по каталогу.

Двигатель асинхронный 4А 90L2 OM2

Таблица 2 - Двигатель асинхронный

Тип двигателя	Рн, кВт	nH, об/мин	UН, В	 %	In Iн	Mn Mн	Mmax Мн	cos Н	Iн, А
4А 180S2 OM2	3	2840	380	0,845	2,3	2,1	2,5	0,88	6,1

1.2.6 Проверка электродвигателя на продолжительность перекладки руля.

При максимальной скорости переднего хода судна руль должен перекладываться с 35^О одного борта на 30^О другого не более, чем за 28 с.

1.2.6.1 Определите рабочее давление насоса P_p = f(α):

P_p = P_c + P_тр,

где Ртр – потери в трубопроводах, Н/м², Pтр = (0,1-0,2)Рн_КАТ = 0,1∙6,86∙10⁶ = 6,86∙10⁵ Н/м²; Рс – величина основного давления, Н/м²:

Таблица 3 – Данные для диаграммы моментов

			N, ⋅104 Н	⋅104 Нм		106
-35	1,337	0,161	27,924	9,679	12,765	7,082
-30	1,201	0,173	25,086	10,383	9,78	6,345
-25	1,032	0,17	21,559	10,196	7,132	5,278
-20	0,843	0,154	17,621	9,265	4,897	4,034
-15	0,641	0,128	13,394	7,707	3,058	2,747
-10	0,428	0,093	8,952	5,584	1,611	1,55
-5	0,214	0,05	4,486	3,009	5,964	0,603
0	0	0	0	0	0	0
5	0.215	0.0573	4.4894	3.4319	-0.17656	-0,188
10	0.431	0.1218	8.9995	7.2987	0.6521	0,069
15	0.6531	0.1951	13.637	11.691	0.73064	0,771
20	0.8805	0.2765	18.386	16.575	1.7969	1,842
25	1.1218	0.3685	23.423	22.085	3.2584	3,195
30	1.3876	0.474	28.975	327,91	5.1248	4,719

1.2.6.2 Определение момента сопротивления на валу М_С=f():

где Q_уст=Q_ТКАТ = 3,34⋅10^-4 м³/с; _Н = 297,4041 рад/с – номинальная частота вращения электродвигателя; Р_Р – рабочее давление, Н/м²; _МЕХ = 0,95 – механический КПД насоса.

Полученные данные занесены в табл. 3.

1.2.6.3 Определение действительной частоты вращения электродвигателя в зависимости от угла поворота баллера руля по М_С=f() и механической характеристике Ω = f(М).

Расчет механических характеристик  = f(M) двигателя по каталожным данным.

Номинальный момент электродвигателя:

где

Номинальное скольжение:

где

- число пар полюсов

Критическое скольжение:

где

Критическая частота вращения:

где – частота сети; – число пар полюсов.

Пусковой момент:

где

Критическая частота вращения:

Рисунок 2 – Механическая характеристика ЭД

1.2.6.4 Определение действительной производительности насоса:

где – объемный КПД насоса; – номинальная частота вращения насоса, р/с.

Полученные данные занесены в табл. 4.

Таблица 4 - Действительная производительность насоса

α	Рр, 106 Н/м2	Мс,Нм	Ω, р/с	Qд, м3/с
-35	7,7686	15,3063	311,7507	0,0006
-30	7,0319	13,854	312,2743	0,0006
-25	5,964	11,751	312,7979	0,0006
-20	4,72	9,299	313,3215	0,0006
-15	3,4331	6,764	313,6357	0,0006
-10	2,2361	4,405	313,8451	0,0006
-5	1,2895	2,54	313,9498	0,0006
0	0,686	1,351	313,8975	0,0006
5	0,49773	0,98	313,9498	0,0006
10	0,75572	1,489	313,8451	0,0006
15	1,457	2,87	313,6357	0,0006
20	2,528	4,982	313,3215	0,0006
25	3,881	7,646	312,7979	0,0006
30	5,405	10,651	312,2743	0,0006

Рисунок 3 - Рабочее давление насоса Pp = f()

Рисунок 4 - Момент сопротивления на валу М_С=f()

Рисунок 5 - Действительной производительности насоса Q_Д = f()

1.2.6.5 График зависимости Q_Д = f() разбиваем на зоны и определяем время работы электродвигателя в каждой зоне.

Ход плунжеров, м:

H_i=R₀ (tg ₀ - tg _i ),

где ₀, _i – углы, ограничивающие зону и отсчитываемые от диаметральной плоскости судна.

Объем рабочей жидкости, перекачиваемой в пределах зоны, м³:

Время перекладки руля в зоне, с:

где - среднее значение действительной производительности в зоне, м³/с.

Полученные данные занесены в табл.5.

Таблица 5 - Продолжительность перекладки руля

Зона	Граничные углы	Hi,m3	Vi, 10-4 m3/c	Qd,cp,i	ti,c
I	-35 и -20	0,018	13,25	0.0006	8,5857
II	-20 и -10	0,0157	11.333	0.0006	3,5814
III	-10 и 0	0,0149	11	0.0006	3,4514
IV	0 и 10	0,0152	11	0,0006	3,5814
V	10 и 20	0,0165	11,666	0.0006	3,921
VI	20 и 30	0,0191	13	0.0006	2,024
				tp=	25,346

Рисунок 6 - Пути, проходимые плунжером при перекладке руля

1.2.6.6 Условие проверки двигателя на продолжительность перекладки руля:

1.2.7 Проверка электродвигателя на нагрев при удержании судна на курсе и при перекладках руля на малые углы не производится, так как электродвигатель насоса работает на холостом ходу.

1.2.8 Проверка электродвигателя на нагрев для режима маневрирования судна.

1.2.8.1 Определите число перекладок руля в час:

1.2.8.2 В случае отсутствия кривой зависимость КПД от мощности на валу электродвигателя рассчитайте, используя формулу:

где , - степень загрузки электродвигателя; = 0,83 - КПД двигателя при номинальной мощности Р_Н на валу.

Полученные данные занесены в табл.6.

Таблица 6 – Данные, полученные расчетами

Pi	a	B	ηi
3615,4	1,2051	1,0175	0,8427
2731	0,9103	1,0044	0,8444
1893,2	0,6311	1,1079	0,8311
1185,6	0,3952	1,4627	0,7884
665,5458	0,2218	2,3647	0,6975
380,1419	0,1267	4,0093	0,5762
351,7101	0,1172	4,3235	0,5577
351,7101	0,1172	4,3235	0,5577
380,1419	0,1267	4,0093	4,0093
665,5458	0,2218	2,3647	2,3647
1185,6	0,3952	1,4627	1,4627
1893,2	0,6311	1,1079	1,1079
2731	0,9103	1,0044	1,0044
3615,4	1,2051	1,0175	1,0175

1.2.8.3 Расчет мощности электродвигателя при перекладке руля с борта на борт, т,е, :

где n - в об/мин.

1.2.8.4 Используя зависимости , рассчитываем потери мощности электродвигателя:

Полученные данные занесены в табл.7.

Таблица 7 – Данные, полученные расчетами

α	, Вт	, кВт
-35	674,7565	3,6154
-30	503,1603	2,731
-25	384,7208	1,8932
-20	318,1247	1,1856
-15	288,6898	0,665
-10	279,5658	0,380
-5	278,9297	0,351
0	278,9297	0,351
5	279,5658	0,380
10	288,6898	0,665
15	318,1247	1,1856
20	384,7208	1,8932
25	503,1603	2,731
30	674,7565	3,6154

1.2.8.5 По данным табл, 7 строим зависимость = f(t).

Рисунок 7 - Зависимость = f(t)

Рисунок 8 - Зависимость

1.2.8.6 Определяем исполнительные потери энергии при одной перекладке руля:

1.2.8.7 Определяем номинальные потери мощности электродвигателя:

1.2.8.8 Определяем потери мощности электродвигателя в режиме холостого хода

где Р_Х = (0,15 - 0,35) Р_Н = 0,25⋅3⋅10³ = 750 Вт; – КПД электродвигателя при мощности на валу, равной РХ (находится по зависимости = f(P)).

Рисунок 8 - Зависимость = f(P)

1.2.8.9 Определяем время работы электродвигателя на холостом ходу tx, используя зависимость = f(t) из рис, 7, где tx = 1 с.

1.2.8.10 При правильно выбранном электродвигателе должно выполняться следующее неравенство:

1,9811⋅10⁶ 1.4132⋅10⁶ - условие выполняется.