Расчет рулевого электропривода с гидравлической передачей

Исходные данные:

- Водоизмещение =3145 т;

-Длина =111,3 м;

- Ширина макс.=17,3 м

-Осадка в грузу носом=6,52 м , кормой=7,29м;

-Тип руля – полубалансирный;

-Максимальная скорость на переднем ходу=15уз.

1.Геометрические характеристики руля.

Высоту руля h_р определяем из условия расположения руля в кормовом подзоре

= м;

где м. – осадка судна в грузу.

Установить площадь рулей S_p в зависимости от типа и размерений судна

=0,033∙111,3∙6,905=25,361 м²;

где =0,033–0,044 – для судов типа БМРТ, ПСТ, СРТ;

L_вл – длина судна по грузовой ватерлинии.

Площадь руля = м²;

где  =1- количество рулей.

Относительное удлинение = , (для морских судов  = 0,5-2,5).

Средняя ширина руля = м;

Степень компенсации полубалансирных рулей определяют по формуле ;

где S_Х – площадь балансирной части руля, м².

k = 0,15–0,35. Принимаем k=0,2

Тогда S_x=k∙S_p=0,2∙25,361=5,072 м².

1.2..Гидродинамический расчет руля.

Исходными данными для расчета являются:

 =1,118- относительное удлинение руля;

Sp=25,361 м² – площадь пера руля;

Vp – скорость обтекания руля при его работе в потоке винта.

=0,515∙15∙(1-0,063)=7,24 м/с;

где V_S=15 уз. – максимальная расчетная скорость движения судна на переднем ходу;

 - коэффициент попутного потока, ;

здесь  - коэффициент общей полноты водоизмещения судна,

;

 - объемное водоизмещение судна, м³, = м³;

здесь D_max=3145 т – весовое водоизмещение судна (максимальное);

 = 1,025 – массовая плотность морской воды, т/м³;

h_P=5,324 м – высота руля;

z =1 – показатель степени (для среднего руля z=1, для бортовых рулей z=2).

Сила нормального давления

кН;

где C_n – безразмерный коэффициент нормальной силы.

= ;

где =1,118 - относительное удлинение руля;

=0,61 рад - угол перекладки.

Гидродинамический момент относительно передней кромки руля

= кНм;

где C_m – безразмерный коэффициент момента относительно передней кромки руля.

= ;

Момент гидродинамической нагрузки на баллере балансирного руля

М_δ=М_nk–NX=1893,399-1043,704∙0,953=899,043 кНм

где Х – ширина компенсационной части руля, м.

= м;

Результаты расчета занесены в табл.1.

Таблица1

α	Cn	Cm	N	Mnk	Mδ, кНм
0	0	0	0	0	0
5	0,197	0,053	133,886	172,762	45,207
10	0,394	0,115	268,394	372,801	117,097
15	0,595	0,186	405,127	602,024	216,051
20	0,803	0,266	546,754	863,608	342,706
25	1,023	0,358	697,011	1 162,006	497,951
30	1,263	0,463	860,703	1 502,939	682,930
35	1,532	0,583	1 043,704	1 893,399	899,043

Диаграмма моментов представлена на рис.1

Рис.1

1.3..Определение диаметра баллера руля.

Определяем значения крутящего момента на баллере руля

=1,15∙899,043=1033,9 кНм;

Рассчитайте диаметр баллера, работающего на кручение:

= м;

где М_кр – расчетный крутящий момент, кНм;

R_ен– предел текучести материала баллера, МПа (для сталей, применяемых для изготовления баллера руля R_ен  390 МПа).

Полученное значение d_ округляем до ближайшего значения из стандартного ряда диаметров баллера руля d_=0,37 м.

2.Расчет электрогидравлического рулевого привода

2.1. Исходные данные:

–Число рулей – 1

–Диаграмма вращающихся моментов на баллере на переднем ходу ,(рис.1)

–Наибольший вращающий момент, на баллере на переднем ходу при _max = 35⁰

=1033,9 кНм

–Время перекладки руля с борта на борт (2_max-5^О) на переднем ходу судна при работе

одного насоса Т=28 с.

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

2.2. Выбор стандартной рулевой гидравлической машины.

По наибольшему вращающему моменту на баллере руля на переднем ходу при _max=35^О выбераем рулевую электрогидравлическую машину:

Тип рулевой машины – Р21

Число цилиндров – 4

Число насосов –2

Тип гидравлического насоса ПД №50

Давление в цилиндрах P_N.KAT =980∙10⁴Н/м²

2.3. Определение основных параметров электрогидравлической рулевой машины.

– Радиус румпеля в среднем положении

м;

– Максимальный ход плунжеров

=0,555 ∙tg35=0,389 м;

– Диаметр цилиндров

D м;

где m=2 – число пар цилиндров;

f = 0,1 – коэффициент трения.

2.4. Определение параметров гидравлического насоса и его выбор.

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

= м³;

–Наибольшая теоретическая производительность насоса

= м³/с;

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

–Номинальная производительность насоса

= м³/с;

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%).

–Максимальное давление в цилиндрах

= Н/м²;

–По P_NKAT. и Q_H. выбераем насос

Тип гидравлического насоса НПМ-5

Наибольшая теоретическая производительность Q_Tmax=6,68∙10^-3м³/с.

Частота вращения приведенного вала n_нас=750 об/мин.