3.Определение диаметра баллера руля.

Определяем значения крутящего момента на баллера руля

=1,1∙479,383=526,983 кНм;

Рассчитаем 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_=0,31 м.

4. Расчет электромеханического рулевого привода. Исходные данные:

– максимальный момент на баллере руля М_бmax =479,383 кНм;

– максимальный угол перекладки α_max=35^o;

– заданное число включений при удержании судна на курсе =290;

– время перекладки с борта на борт на переднем ходу Т=28с;

– передаточное число привода i=2100;

– общий КПД  =0,85;

– время переходного процесса (разгона и торможения) t_п.п.=2с.;

– момент при α_max =479,383 кНм;

– средний угол перекладки _ср=5^о;

– перегрузочная способность двигателя λ=2,3;

– номинальное скольжение двигателя в системе Г-Д S_н=0,25;

– потери при холостом ходе m_о=0,15;

– момент сопротивления на валу электродвигателя _с=_бmax/(i^.)= 479,383/(2100∙0,85)=269 Нм

а) Расчет первого приближении

1.Номинальный расчетный момент двигателя определяется в зависимости от максимально возможного момента на баллере _бmax и перегрузочной способности двигателя :

Нм (4.2)

2.Номинальная расчетная частота вращения электродвигателя определяется заданным временем перекладки :

с^-1; (4.3)

где  - функционал, учитывающий переменный характер момента сопротивления и изменения

частоты вращения двигателя.

Для упрощения расчетов можно принять, что момент сопротивления при перекладке полубалансирного руля от борта до угла =2∙₁ остается постоянным и далее прямолинейно возрастает, а механическая характеристика двигателя носит прямолинейный характер, то  будет определяться по формуле:

; (4.4)

где

S_н - номинальное скольжение двигателя;

m₀ - относительное значение момента при прохождение пера руля через ДП, определяемое потерями холостого хода;

m_{смакс} –относительное значение момента сопротивления при максимальном угле перекладки;

₁=5^о-угол перекладки, соответствующий для полубалансирного руля минимальному значению момента.

3.Номинальная расчетная мощность исполнительного двигателя определяется по выражению:

кВт; (4.5)

где _нр- номинальный расчетный момент исполнительного двигателя, [Н^.м];

n_нр- номинальная частота вращения,[c^-1];

4. По каталогу выбираем двигатель в соответствии с полученной расчетной мощностью

Тип электродвигателя	ДПМ 32
Мощность Р, кВт	14,2
Ток I, А	79
Частота вращения n, об/мин	700
Максимально допустимая частота вращения nо, об/мин	2300
Маховой момент J, кг∙м2	1,7
Режим работы	30 мин
КПД η, %	82

5. Мощность генератора в системе Г-Д выбираем, исходя из необходимости обеспечить заданную частоту вращения холостого хода электродвигателя n₀ и номинальный момент М_нр.

; (4.6)

Тип генератора	П81М
Мощность Р, кВт	16
Частота вращения n, об/мин	1000
КПД η, %	81
Номинальное напряжение UН, В	230
Ток I, А	90

Мощность приводного двигателя к генератору Р_нд определяют с учетом КПД генератора _г и КПД двигателя рулевого устройства _а, тогда:

; (4.7)

Частоту вращения приводного двигателя n_пд принимают равной частоте вращения генератора n_г, т.е. n_пд=1000 об/мин.

б)Расчет второго приближения.

1. По данным кривой момента на баллере M_() строим зависимость m_c()=M_б()/i^.^.M_H. На этом же рисунке строим естественную характеристику m_e(n) выбранного электродвигателя, а также наносим искусственные характеристики разгона m_uk(n) и торможения m_T(n).

Так как выбранный электродвигатель является ДПТ, то его естественная характеристика m_e(n) – прямая линия, проходящая через точку холостого хода и точку номинального режима.

,

где - номинальное напряжение статора электродвигателя,

- сопротивление якоря электродвигателя;

- номинальный момент ЭД.

Тогда .

Задаваясь моментом, строим естественную характеристику m_e(n):

ωН, рад/с	Мн, Н/м	nН, об/мин
240,84	0,00	2300,00
81,64	193,73	700,00
71,14	445,58	679,39

Искусственные характеристики:

,

где и - добавочные сопротивления.

Результаты вычислений сведем в таблицу

ω1, рад/с	ω2, рад/с	Мн, Н/м	nН1, об/мин	nН2, об/мин
240,83	240,83	0	2300	2300
50,71	65,53	193,73	567,37	715,04
0	0	445,58	0	0

Для характеристики тормозного момента:

,

где -тормозное сопротивление.

ωт, рад/с	Мт, Н/м	nт, об/мин
0	0	0
108,32	193,73	1115

По данным таблицам строим естественную характеристику выбранного ЭД, а также искусственные характеристики разгона и , а также характеристику торможения (см. рис.) , соблюдая условия, что максимальный момент не превосходит 1,6, а момент соответствующий точке переключения с одной характеристики на другую, не превосходит 1,1.

Механические характеристики M=f(Ω) ДПТ

2. Для нахождения исходной расчетной точки определяют момент

m_c[-35^о]=

Остальные расчеты сведены в табл.1.

α	Mδ, Нм	mc(α), Нм
-35	479,383	1,437
-30	360,908	1,082
-25	260,899	0,782
-20	177,509	0,532
-15	108,894	0,326
-10	56,898	0,171
-5	20,907	0,063
0	0,000	0,000
5	20,907	0,063
10	56,898	0,171
15	108,894	0,326
20	177,509	0,532
25	260,899	0,782
30	360,908	1,082
35	479,383	1,437

По кривой определяем исходную расчетную точку при .

3. Далее по первой искусственной характеристике для начального условия определяем .

4. Задаваясь шагом интегрирования t₁=0,1с., определяем значение частоты вращения двигателя и значение угла перекладки руля в конце первого шага.

; (4.9)

Для найденного значения n₁ по графикам функций m_и1(n) и m_с(α) определяем значения m₁=m[n(0+t₁)]=2,268 и m_c1=m_c[(0+t₁)]=1,92.

5. Аналогично производим расчет для каждого последующего шага интегрирования t_j, результаты которого сведены в табл.3

j	α(j)	mcj	mj	nj(рад/с)	nj(об/мин)	Δt	t	mj2Δt
0	-35,00	2,077	2,5	0,800	7,6	0,1	0,1	0,625
1	-33,56	1,920	2,268	8,800	84,0	1	1,1	3,144
2	-32,57	1,850	2,088	12,091	115,5	2	1,6	0,180
3	-25,67	1,220	1,836	21,094	201,4	2	3,6	3,742
4	-20,31	0,850	1,602	32,744	312,7	1	4,6	0,566
5	-17,05	0,640	1,476	39,855	380,6	0,5	5,1	0,089
6	-13,14	0,430	1,332	47,761	456,1	0,5	5,6	0,887
7	-8,53	0,250	1,152	56,291	537,6	0,5	6,1	0,664
8	3,47	0,075	1	73,351	700,5	1	7,1	1,000
9	10,19	0,310	1,494	82,098	784,0	1	7,6	1,116
10	13,02	0,430	1,44	86,577	826,8	0,5	7,8	0,415
11	20,89	0,870	1,044	96,128	918,0	1	8,3	0,545
12	28,89	1,490	1	97,773	933,7	1	8,8	0,500
13	30,47	1,650	1,836	96,846	924,9	0,2	8,9	0,337
14	32,06	1,800	1,35	97,198	928,2	0,1	9	0,182
15	33,64	1,930	-0,774	96,347	920,1	0,1	9,1	0,060
16	33,79	1,950	-0,378	46,251	441,7	0,02	9,12	0,003
17	34,28	2,000	-0,234	29,815	284,7	0,1	9,22	0,005
18	35,00	0,000	0	0,000	0,0	0,1	9,32	0,000
					Сумма	15,12	122,06	14,06

Разгон по искусственным характеристикам заканчивается при . Этой частоте вращения соответствует момент . Далее переходим на естественную характеристику , при работе на которой двигатель перекладывает руль через ДП . При переходим на характеристику динамического торможения и далее до n=0, когда α .

Фактическое время перекладки руля . Т.к. , то двигатель удовлетворяет заданному . (4.10)

в)Проверка выбранного двигателя заданным параметрам.

Проверка двигателя по условиям нагрева.

Проверка двигателя по условиям нагрева ведется для режима маневрирования судна и режима удержания его на заданном курсе. При этом проверка для ДПТ ведется методом эквивалентного момента.

, (4.12)

Т.к. m_экв<1, то двигатель удовлетворяет условиям нагрева.

Проверка на допустимое число включений.

(4.14)

где P_H,, P_P, P_T – переменные потери мощности в обмотке двигателя соответственно при номинальном режиме, во время разгона двигателя, и при торможении;

С₁=0,350,5 – коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи в период паузы;

t_O =t_ц-t_р-t_т=18-2,9-0,42=14,68с – время паузы;

t_Ц=18с – продолжительность цикла;

t_Р=2,9с и t_T=0,42с – время разгона и торможения;

С₂=0,50,8 – коэффициент учитывающий ухудшение теплоотдачи в период разгона и торможения.

P_ – суммарные потери мощности в номинальном режиме

кВт (4.15)

∆Р_н – переменные потери в номинальном режиме

кВт

∆Р_т – переменные потери за время торможения

кВт

∆Р_р – переменные потери за время разгона

кВт

m_экв.т – среднеэквивалентный момент за время торможения

m_экв.р – среднеэквивалентный момент за время разгона

Т.к. допустимое число включений оказалось больше заданного, то двигатель выбран правильно.