5.2. 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_{выборки} = V_судна + V_{оруд.лова};

Статическая мощность двигателя лебедки

P = Q_кгV_м/с 10^-3/η_м, (5.2.1)

где Q – внешняя нагрузка, V – скорость подъема или перемещения груза, м/с; η_м – общий КПД лебедки.

Двигатель выбирают по "Р" и ПВ% или заданной кратковременной продолжительности включения t_кр. Если известен график Q(t) или Р(t), то двигатель выбирают по эквивалентной мощности. Если неизвестно, как меняется нагрузка Q во времени, то принимают Q_max 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

М_ст = М_б/(i_мη_м) = S_кгД_бмm/(2i_мη_м).

М_б – статический момент на валу барабана;

S – натяжение каната, соответствующее нагрузке Q;

m – число ветвей гибкого элемента, набегающих на барабан;

Д_б – диаметр барабана;

i_м – общее передаточное число лебедки.

Для подъемной лебедки с цилиндрическим барабаном при кратности полиспаста i_п

S = Q / (mi_пη_пη_б²η_{бредукт.}) . (5.2.2)

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 = S_н - S_с,

где S_н и S_с - усилия в набегающей и сбегающей ветвях каната.

Частота вращения барабана

п_б = 60Vi_п / (πД_б), (5.2.3)

где V – скорость выборки каната.

При спуске груза все КПД переходят в числитель. Тормозной момент на валу тормоза подъемной лебедки определяют из условия удержания неподвижно висящего груза с коэффициентом запаса "к_т"

М_т = к_т М_ст^(т) = к_т SД_бпη/2i, (5.2.4)

где М_ст^(т) – статический момент от силы тяжести груза на валу тормоза при торможении;

i и η - передаточное число и КПД передач от вала барабана к валу тормоза;

к_т = 1,5÷2,0 в зависимости от тяжести режима работы.

Выбранный тормоз проверяют на время торможения, пользуясь уравнением моментов для процесса торможения

М_т ± М_ст^(т) = М_д^(т),

где М_т – номинальный тормозной момент, развиваемый тормозом.

М_ст^(т) = SД_бη/2i (5.2.5)

–статический момент от груза.

М_д^(т) = GD²_{привода т}n_д / (375t_т) (5.2.6)

–динамический момент (момент сил инерции привода) при торможении.

М_ст^(т) при торможении поднимаемого груза с "+"; спускаемого груза с "-" из этой формулы:

t_т = GD²_{привода т} · n_д / [375(М_т ± М_ст^(т))] = GD²_пр.тn_д / [375 М_ст^(т)( к_т ± 1)], (5.2.7)

М_т = М_д^(т)- М_ст^(т). (5.2.8)

Так рассчитываются все лебедки.

5.3. Траловые лебедки

Рассчитывают тем же методом, что и тяговые. Динамический характер нагрузок учитывают коэффициентом к_д = 1,6÷2,0.

При равномерно – прямолинейном движении системы судно – трал при заданной скорости траления

Р_е=Q_с+2Q_д+2Q_в+Q_к, (5.3.1)

где Р_е – тяга траулера; Q_с – сопротивление трала; Q_{д –} сопротивление траловых досок; Q_в – сопротивление ваера; Q_к – сопротивление корпуса судна;

сопротивление траловой системы

Q_т = Q_с + 2 Q_д+ 2 Q_в. (5.3.2)

Р_е 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 = к₁ρп²Д⁴, (5.3.3)

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:

Н₁/Д – шаговое отношение нулевого упора; и λ_р – относительная поступь винта;

Н₁/Д=1,035Н/Д+0,05;

Истинный упор винта с учетом числа лопастей "z" и дискового отношения А/А_α, где А_α = πD²; А – площадь всех лопастей.

. (5.3.4)

Тяга винта с учетом коэффициента засасывания "z"

Р_е = Р_z(1 – t), (5.3.5)

где t ≈ 0,15÷0,16.

λр = V_р / (nД), (5.3.6)

где V_р – 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 Р_е и сопротивление корпуса судна Q_к при заданной скорости при ходе без трала находим сопротивление траловой системы Q_т = Р_е - Q_к = Р_р – это тяга судна, расходуемая на 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 = n_шв + . (5.3.7)

Величины V_{полного хода} и соответствующих n_{полного хода} известны. Для определения n_шв выдерживаем условие М_шв ≤ М_п.х или

= к₂ρп_пх²Д⁵,

т.е.

n_шв = n_{п.х ,}

где к₂ и к₂' определяем по диаграмме Пампеля для V = 0 и V_п.х.

Определив зависимости Р_е = f(v) и Q_к = f(v) получим кривую тяги Р_р = f(v).

По этим кривым (рис. 5.3.1) можно определить с каким сопротивлением мы можем взять трал для данной скорости траления и наоборот, какую скорость траления мы можем допустить при данном Q_т, чтобы не перегрузить главный двигатель.

М ощность на валу траловой лебедки, отнесенная к 30-минутному режиму:

P=P_p.нV_н10^-3/η_м,

где P_p.н – номинальное тяговое усилие, Н;

V_н – номинальная скорость выборки ваера на среднем слое навивки на барабане, м/с

η_м = 0,78 – 0,84 – КПД механизма траловой лебедки.

Далее производится выбор двигателя и его проверка по известной уже нам методике.

Рисунок 5.3.1 – Диаграмма мощностей.