Лекция №9. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПРОМЫСЛОВОЙ ЛЕБЕДКИ (2 часа)
Цель занятия: занятия направлены на формирование компетенций
ПК-1. Способен осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание, диагностирование и ремонт судового электрооборудования и средств автоматики в соответствии с международными и национальными требованиями в части знания устройства и принципа работы элементов судовых электроприводов (З-2.2).
ПК-10. Способен осуществлять наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (З-4.1).
Результаты обучения по дисциплине должны обеспечить достижение обучающимися требуемой в соответствии с Таблицей A-III/6 Кодекса ПДНВ компетентности в сфере:
Наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (Судовые электроприводы).
Методические материалы:
1.Савенко А.Е. Судовые электроприводы: учебное пособие для курсантов специальности
26.05.07Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики и направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника / А.Е. Савенко - Керчь: ФГБОУ ВО КГМТУ, 2019.- 208 с.
2.Набор слайдов с иллюстрациями по теме лекции.
Учебное оборудование:
Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном.
Последовательность изложения учебного материала:
Расчет электропривода промысловой лебедки
Основные характеристики лебедки – подъемное и тяговое усилие, скорость выборки, мощность привода в зависимости от внешней нагрузки. Наибольшее влияние на статическое сопротивление орудия лова оказывает скорость (квадратичная зависимость):
V |
V |
в ыборки |
судна |
Vоруд.л ов а
.
Статическая мощность двигателя лебедки:
P |
Q |
V |
10 |
3 |
кг |
|
|||
|
|
|
||
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
,
где Q – внешняя нагрузка; V – скорость подъема или перемещения груза, м/с; ηм – общий КПД лебедки.
Двигатель выбирают по «Р» и ПВ% или заданной кратковременной продолжительности включения tкр. Если известен график Q(t) или Р(t), то двигатель выбирают по эквивалентной мощности. Если неизвестно, как меняется нагрузка Q во времени, то принимают Qmax и при заданном ПВ выбирают ближайший меньший по мощности и ближайший больший. Проверкой на нагрев определяют, какой брать.
Двигатель, работающий в повторно-кратковременном режиме должен быть проверен на продолжительность времени пуска.
Статический момент на валу двигателя при подъеме или перемещении груза:
76
M |
|
|
|
М |
б |
|
|
S |
кг |
Д |
бм |
m |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ст |
|
i |
|
|
|
|
|
2 i |
|
|
|
||
|
|
|
м |
м |
|
|
м |
м |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
,
где Мб – статический момент на валу барабана; S – натяжение каната, соответствующее нагрузке Q; m – число ветвей гибкого элемента, набегающих на барабан; Дб – диаметр барабана; iм – общее передаточное число лебедки.
Для подъемной лебедки с цилиндрическим барабаном при кратности полиспаста iп:
S |
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
m i |
|
|
|
|
|
|
|
n |
б |
|
бредукт. |
||||
n |
|
|
|
|
|||
.
Для тяговых лебедок с закреплением одного конца каната на барабане и для подъемных без полиспаста S = Q.
Для тяговых лебедок с двумя закрепленными концами каната на барабане и для фрикционных лебедок:
S Sн Sc ,
где Sн и Sс – усилия в набегающей и сбегающей ветвях каната. Частота вращения барабана:
где V – скорость выборки каната. При спуске груза все КПД
подъемной лебедки определяют коэффициентом запаса «кт»:
M
n |
|
60 |
V i |
|
|
|
|
n |
, |
||
|
|
|
|
||
б |
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|||
|
|
б |
|
||
|
|
|
|
|
|
переходят в числитель. Тормозной момент на валу тормоза из условия удержания неподвижно висящего груза с
|
к |
|
M |
(т) |
|
к |
т |
S Д |
бn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
||
m |
|
m |
|
ст |
|
|
|
2 i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– статический момент от силы тяжести груза на валу тормоза при торможении; i и – передаточное число и КПД передач от вала барабана к валу тормоза; кт = 1,5÷2,0 в зависимости от тяжести режима работы.
Выбранный тормоз проверяют на время торможения, пользуясь уравнением моментов для процесса торможения:
Mm
где Мт – номинальный тормозной момент, Статический момент от груза
M
Mcm(m) Mд(m) ,
развиваемый тормозом.
(т) |
|
S Д |
|
|
б |
. |
|
|
|
||
ст |
|
2i |
|
|
|
|
Динамический момент (момент сил инерции привода) при торможении
|
|
|
2 |
прив од.т n |
|
M |
(т) |
|
G D |
||
|
|
|
д |
||
|
|
|
|
|
|
|
д |
|
375 t |
|
|
|
|
|
m |
||
|
|
|
|
|
|
.
Мст(т) при торможении поднимаемого груза с плюсом («+»); спускаемого груза с минусом («–») принимается из формулы
|
|
|
G D2прив од.т |
n |
|
|
G D2пр.т n |
|
|
||||||
tm |
|
|
|
|
|
д |
|
|
|
|
д |
|
, |
||
[375 |
(M |
|
M |
(m) |
)] |
[375 M |
(m) |
(к |
|
1)] |
|||||
|
|
m |
cm |
|
cm |
m |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
77 |
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
M |
(m) |
M |
(m) |
|
m |
д |
cm |
||||
|
|
|
Таким образом рассчитываются все лебедки.
.
Траловые лебедки
Рассчитывают тем же методом, что и тяговые. Динамический характер нагрузок учитывают коэффициентом кд = 1,6–2,0.
При равномерно-прямолинейном движении системы судно-трал при заданной скорости траления:
Pe Qc 2Qд 2Qв Qк ,
где Ре – тяга траулера; Qс – сопротивление трала; Qд – сопротивление траловых досок; Qв – сопротивление ваера; Qк – сопротивление корпуса судна.
Сопротивление траловой системы:
Qm Qc 2Qд 2Qв .
Ре в зависимости от скорости с учетом характеристики силовой установки и корпуса судна определяют путем построения паспортной диаграммы. При ее отсутствии можно воспользоваться методом непосредственного расчета тяги в зависимости от скорости.
Упор судового винта:
Р к |
n |
2 |
Д |
4 |
|
|
|
||
1 |
|
|
|
, |
где к1 – коэффициент упора, определяемый по диаграмме Пампеля; ρ – плотность воды, Нс2/м4;
n |
– |
частота |
вращения |
винта, |
1/с; |
Д – диаметр винта, м. |
|
|
|
|
|
Входными данными для диаграммы Пампеля для определения к1 являются:
отношение нулевого упора; и λр – относительная поступь винта:
H |
1 |
|
|
Д |
|
– шаговое
H |
1 |
1,035 |
|
H |
|
|
|
||||
Д |
Д |
||||
|
|
||||
0,05
.
Истинный упор винта с учетом числа лопастей «z» и дискового отношения А/А , где А = D2; А – площадь всех лопастей.
P P |
3 |
|
0,55 |
3 |
|
|
|
|
|
||||
|
A |
|
||||
|
|
|
[ |
] |
||
|
|
|
|
z |
||
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тяга винта с учетом коэффициента засасывания «z»
Pe Pz (1 t) ,
где t ≈ 0,15÷0,16.
.
p |
Vp |
|
n Д , |
||
где Vр – скорость воды, м/с = V(1 – |
ω); n – частота вращения винта, |
|
1/с ; V – скорость судна, м/с; ω – коэффициент попутного потока ≈ 0,2.
Зная Ре и сопротивление корпуса судна Qк при заданной скорости при ходе без трала, находим сопротивление траловой системы Qт = Ре – Qк = Рр – это тяга судна, расходуемая на
78
буксировку траловой системы. Далее находим обороты траловой лебедки. Для определения «n» при заданной скорости траления исходим из допущения, что при номинальном крутящем моменте на валу зависимость n = f(v) при переходе от режима швартового к режиму полного хода является линейной, т.е.
n nшв ( ) (nnx nшв ) .
nx
Величины Vполного хода и
выдерживаем условие Мшв ≤ Мп.х
к 2
т.е
соответствующих
или |
шв Д |
|
n |
|
|
2 |
|
5 |
nполного хода известны. Для определения nшв
к |
|
n nx Д |
|
|
|
|
2 |
5 |
, |
|
2 |
|
|
n |
n |
|
к |
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
шв |
n.x |
|
к |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
,
где к2 и к2' определяем по диаграмме Пампеля для V = 0 и Vп.х.
Определив зависимости Ре = f(v) и Qк = f(v), получим кривую тяги Рр = f(v).
По этим кривым (рис. 9.1) можно определить, с каким сопротивлением мы можем взять трал для данной скорости траления и наоборот, какую скорость траления мы можем допустить при данном Qт, чтобы не перегрузить главный двигатель.
Ре;Рр тяга; |
|
QT2 трал |
QT1 |
|
|
Qк; QT |
|
Ре |
|
|
|
|
|
Рртяга |
|
|
Qкорпус |
V1 |
V |
V |
|
||
Рисунок 9.1 - Диаграмма мощностей траловой лебёдки |
||
Мощность |
на |
валу |
траловой |
|||
30-минутному режиму: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
Р |
|
V |
|
|
|
|
р.н |
н |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
3 |
|
лебедки, |
отнесенная |
к |
,
где Pp.н – номинальное тяговое усилие, Н; Vн – номинальная скорость выборки ваера на среднем слое навивки на барабане, м/с;м = 0,78–0,84 – КПД механизма траловой лебедки.
Далее производится выбор двигателя и его проверка по известной уже нам методике.
79
Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала:
1. Основные характеристики промысловой |
а) подъемное и тяговое усилие |
|||||
лебедки… |
б) скорость выборки |
|||||
|
в) мощность привода в зависимости от внешней нагрузки |
|||||
|
г) верный ответ а), б), в) |
|||||
|
д) нет верного ответа |
|||||
2. Скорость выборки (Vвыборки) трала равна… |
а) Vсудна * Vоруд.лова |
|||||
|
б) Vсудна - Vоруд.лова |
|||||
|
в) Vсудна + Vоруд.лова |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
г) Vсудна / Vоруд.лова |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
3. Формула статической мощности двигателя |
а) P = QV10-6/ηм |
|||||
лебедки … |
б) P = QV10-3/ηм |
|||||
|
в) P = QV10-4/ηм |
|||||
|
г) P = QS10-6/ηм |
|||||
|
где P – мощность двигателя лебедки; |
|||||
|
Q – внешняя нагрузка; |
|||||
|
V – скорость подъема груза; |
|||||
|
ηм – общий КПД лебедки |
|||||
4. Промысловые лебедки по видам лова |
а) траловые |
|||||
подразделяются на… |
б) дрифтерные (шпили) |
|||||
|
в) неводные |
|||||
|
г) все вышеперечисленные варианты |
|||||
5. Двигатель промысловой лебедки выбирают |
а) статической мощности двигателя лебедки Р |
|||||
по… |
б) продолжительности включения ПВ% |
|||||
|
в) кратковременной продолжительности включения tкр |
|||||
|
г) все вышеперечисленные варианты |
|||||
6. Двигатель, работающий в повторно – |
а) продолжительность времени пуска |
|||||
кратковременном режиме должен быть |
б) максимальную частоту вращения |
|||||
проверен на … |
в) исправность работы топливного насоса |
|||||
|
г) продолжительность времени остановки |
|||||
7. Формула статического момента на валу |
а) Мст(т) = SДб20i |
|||||
двигателя лебедки при подъеме или |
б) Мст(т) = SДбη/2i |
|||||
перемещении груза… |
в) Мст = Мб/(iмηм) = SкгДбмm/(2iη) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
г) Мст = SДбm/(2iη) |
|||||
|
где Мст – статический момент на валу двигателя; |
|||||
|
Мб – статический момент на валу барабана; |
|||||
|
S – натяжение каната, соответствующее нагрузке Q; |
|||||
|
m – число ветвей набегающих на барабан; |
|||||
|
Дб – диаметр барабана; |
|||||
|
iм – общее передаточное число лебедки; |
|||||
|
ηм – общий КПД лебедки |
|||||
8. Для промысловых лебедок натяжение |
а) S = Q / (miпηпηб2ηбредукт.) |
|||||
каната (S) с цилиндрическим барабаном при |
б) S = Q |
|
|
|||
кратности полиспаста iп равно… |
в) S = Sн - Sс |
|||||
|
г) S = QVм/с |
|||||
|
где S – натяжение каната; |
|||||
|
Sн – усилия в набегающей ветви каната; |
|||||
|
Sс – усилия сбегающей ветви каната; |
|||||
|
Q – нагрузка; |
|||||
|
V – скорость подъема или перемещения груза; |
|||||
|
m – число ветвей набегающих на барабан; |
|||||
|
iп – кратность полиспаста; |
|||||
|
η – КПД лебедки; |
|||||
|
ηб - КПД передач от вала барабана к валу тормоза; |
|||||
|
ηбредукт – КПД редуктора |
|||||
9. Для промысловых лебедок натяжение |
а) S = Sн - Sс |
|||||
каната (S) с закреплением одного конца каната |
б) S = Q |
|||||
на барабане без полиспаста равно… |
в) S = Q / (miпηпηб2ηбредукт.) |
|||||
|
80 |
|
|
|
||
|
г) S = QV |
||||||
|
где S – натяжение каната; |
||||||
|
|
Sн – усилия в набегающей ветви каната; |
|||||
|
|
Sс – усилия сбегающей ветви каната; |
|||||
|
|
Q – нагрузка; |
|||||
|
|
V – скорость подъема или перемещения груза; |
|||||
|
|
m – число ветвей набегающих на барабан; |
|||||
|
|
in – кратность полиспаста; |
|||||
|
|
η – КПД лебедки; |
|||||
|
|
ηб - КПД передач от вала барабана к валу тормоза; |
|||||
|
|
ηбредукт – КПД редуктора |
|||||
10. Для промысловых лебедок натяжение |
а) S = QV |
||||||
каната(S) с двумя закрепленными концами |
б) S = Q / (miпηпηб2ηбредукт.) |
||||||
каната на барабане равно… |
в) S = Q |
||||||
|
г) S = Sн - Sс |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где S – натяжение каната; |
||||||
|
|
Sн – усилия в набегающей ветви каната; |
|||||
|
|
Sс – усилия сбегающей ветви каната; |
|||||
|
|
Q – нагрузка; |
|||||
|
|
V – скорость подъема или перемещения груза; |
|||||
|
|
m – число ветвей набегающих на барабан; |
|||||
|
|
iп – кратность полиспаста; |
|||||
|
|
η – КПД лебедки; |
|||||
|
|
ηб - КПД передач от вала барабана к валу тормоза; |
|||||
|
|
ηбредукт – КПД редуктора |
|||||
11. Что такое полиспаст? |
а) грузоподъемное устройство, состоящее из блоков, |
||||||
|
соединенных между собой канатом |
||||||
|
б) механизм для передвижения груза, на который при |
||||||
|
вращении наматывается цепь или канат |
||||||
|
в) машина для подъёма якоря с горизонтальным валом |
||||||
|
г) механизм, предназначенный для изменения направления |
||||||
|
хода тросов при их тяге |
||||||
12.Что показывает кратность полиспаста? |
а) во сколько раз требуемое для подъема груза усилие больше |
||||||
|
заданной массы груза |
||||||
|
б) во сколько раз требуемое для подъема груза усилие меньше |
||||||
|
заданной массы груза |
||||||
|
в) как влияет на массу груза требуемое для его подъёма |
||||||
|
усилие |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
13. В формуле частоты вращения барабана: |
а) скорость выборки ваера |
||||||
пб = 60Viп / (πДб) |
б) скорость выборки каната |
||||||
V – описывает… |
в) скорость движения судна |
||||||
г) скорость спуска трала |
|||||||
где пб – частота вращения барабана; |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
in – кратность полиспаста; |
|
|
|
|
|
|
|
π – число Пи; |
|
|
|
|
|
|
|
Дб – диаметр барабана |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
14.Формула тормозного момента лебедки… |
а) Мт = кт SДб |
||||||
|
б) Мт = кт η/2i |
||||||
|
в) Мт = кт Мст(т) |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
г) Мт = кт SДб/2i |
||||||
|
где Мт – тормозной момент; |
||||||
|
|
кт – коэффициент запаса; |
|||||
|
|
Мст(т) – статический момент при торможении; |
|||||
|
|
S – натяжение каната; |
|||||
|
|
Дб – диаметр барабана; |
|||||
|
|
i – передаточное число; |
|||||
|
η – КПД передач от вала барабана к валу тормоза |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
81 |
|
|||||
15. Тормозной момент на валу тормоза |
а) удержания неподвижно висящего груза без выдержки |
промысловой лебедки определяют из |
времени |
условия… |
б) удержания неподвижно висящего груза с выдержкой |
|
времени |
|
в) удержания неподвижно висящего груза без коэффициента |
|
запаса «кт» |
|
г) удержания неподвижно висящего груза с коэффициентом |
|
запаса «кт» |
16. Коэффициентом запаса (кт) в формуле |
а) 0,5÷1,0 |
тормозного момента лебедки, выбирается в |
б) 1,0÷1,5 |
пределах… |
в) 1,5÷2,0 |
|
г) 2,0÷2,5 |
17. Уравнения моментов для процесса |
а) статический момент от силы тяжести груза |
торможения лебедки: Мд(т) = Мт ± Мст(т) |
б) номинальный тормозной момент, развиваемый тормозом |
Мт – описывает… |
в) статический момент на валу барабана |
где Мст(т) – статический момент от силы |
г) номинальный тормозной момент на валу барабана |
тяжести груза на валу тормоза при |
|
торможении; |
|
Мд(т) –динамический момент от силы |
|
тяжести груза на валу тормоза при |
|
торможении |
|
18. Выбранный тормоз лебедки проверяют на |
а) уравнением статических моментов |
время торможения, пользуясь… |
б) уравнением моментов для процесса торможения |
|
в) уравнением силы тяжести груза |
|
г) уравнением скорость выборки каната |
19. Динамический момент при торможении |
а) момент сил инерции привода |
так же называют… |
б) номинальный тормозной момент |
|
в) моментом торможения спускаемого груза |
|
г) статическим моментом на валу барабана |
|
д) моментом торможения поднимаемого груза |
20. Промысловая лебедка состоит из… |
а) электродвигателя, редуктора с тормозным устройством, двух |
|
турачек |
|
б) электродвигателя и муфты |
|
в) электродвигателя, редуктора с тормозным устройством |
|
г) электродвигателя, машины с кулачковыми головками |
82