2.2.1. Автоматический режим

Судно идет прямым курсом, совершая небольшие рыскания. При отклонении от заданного курса гирокомпас отмечает его с помощью СД_к. СП_кповернется на тот же угол и развернет СД_у. На выходе СД_у появитсяU_Δψ, пропорциональное углуΔψ. Напряжение с СД_упоступает на БК, где вырабатываетсяU_диф, пропорциональноепервой производной отΔψ. СигналыU_ΔψиU_дифсуммируются на "У". Усиленный сигнал поступает на Д_им, который через "Р" поворачивает СД_ими одновременно через РП перемещает шток системы золотник – поршень ГУ. Последний приводит в действие "Н", осуществляющий перекладку пера руля с помощью "ГП".

Сигналы обратной связи, снимаемые с СД_ими СД_рбудут вычитаться из основных сигналов, и когда эта разность будет равна 0, вращение Д_импрекратиться и руль будет переложен на определенный угол. Под действием момента, создаваемого рулем, судно выходит на заданный курс. При этом СД_кначнет вращаться в обратную сторону и СП_кбудет возвращать сельсин СД_ув нулевое положение.

Если судно будет рыскать несимметрично, то начнет работать интегрирующее устройство, сигнал которого U_интсмещает руль на определенный угол так, чтобы компенсировать момент внешних сил. Если судно сносится ветром от заданного курса, то гирокомпас отметит величину и направление сноса и СП_к, связанный с СД_к, повернется на такой же угол и через МП повернет СД_у, сигнал с которого поступит на У и одновременно на БК. С выхода БК

U_инт = поступит так же на У, где просуммируется с основным сигналом. Руль переложится на угол, соответствующий суммарному сигналу. Судно будет возвращаться на заданный курс, а руль займет положение, отличное от нулевого и обусловленного величинойU_инт. Сигнал с СД_убудет равен нулю, аU_интбудет скомпенсировано напряжением обратной связи СД_р.

Изменение курса производится поворотом штурвала, при этом поворачивается СД_уи сигнал поступает на У и Д_ими перекладка руля будет производиться до тех пор, пока судно не начнет поворачиваться в нужную сторону. Тогда СД_кчерез СП_квозвратит СД_ув нулевое положение. К моменту прихода руля в ДП СД_узаймет нулевое положение и судно перейдет на новый курс. В следящем режиме угловое положение руля соответствует положению штурвала. При этом отключается СП_ки БК. В остальном схема работает так же, как при изменении курса.

Ручное управление осуществляется рукояткой, расположенной на приборе ИМ, поворотом которой через механическую передачу будет повернут управляющий орган насоса.

5.5. Нагрузочная диаграмма и расчет исполнительного двигателя брашпиля.

3.1. Расчет и выбор исполнительного двигателя

Для расчета строят нагрузочную диаграмму с учетом процесса снятия судна с якоря.

Рассмотрим процесс снятия с якоря по стадиям (рис.3.1.1):

1стадия – выбирается слабина цепи и лежащая на грунте. На грунте лежит отрезокОВ1, часть цепиА₁В₁=L₁провисает в воде.

- Натяжение цепи у клюза "F_к" направлено касательно к провисающей цепи в точкеА₁.

- Натяжение цепи у грунта "F_я" направлено горизонтально.F_к = q(l₁² + H²)/2Н, (3.1.1)

F_я = q(l₁² - H²)/2Н, (3.1.2)

Рисунок 3.1.1 – Стадии выборки якоря.F_r = F_c + , (3.1.3)

где Д– водоизмещение судна,

g– ускорение, 9,81м/с²,

Vc– скорость судна,

q– удельный вес цепи.

Принимая, что выборка цепи в первой стадии идет с постоянной скоростью, горизонтальная составляющая якорной цепи у клюза F_r = F_c= F_я,гдеF_c= F_ветра + F_трения;F_ветра = к_вS_вV_в²,

где к_в = 0,22Нс²/м⁴– коэффициент удельного давления ветра. Парусная поверхность судна в м²:

S_в = 0,27В₁(Н₂ – Т₁) + вh, (3.1.4)

где V_в– скорость ветра (5-12 м/с);

В₁; Н₂; Т₁– ширина, высота борта, осадка судна,

в,h– ширина и высота надстроек.

F_трения= fΩ(V_c + V_ω)^1,83, (3.1.5)

где f = 0,14 – коэффициент трения,

V_ω– скорость течения, м/с;Ω– площадь подводной части судна, м².

Обычно V_cудна= 0,1 – 0,3 м/с;V_{ωтечения} = 1 – 2 м/с.

Ω = [2Т₁ + 1,37(δ + 0,274)В₁]L.

L– длина судна между перпендикулярами, м.

δ = V/(LB₁T₁)– коэффициент полноты.

V– водоизмещение судна, м³.

l₁ = ,F_к =F_c+ qH.

Зная F_к определяем момент на валу двигателя наIстадии:

М_с1 =FкRзв/i∙η_k∙η_м– М₀ ; (3.1.6)

где η_к= 0,65 ÷ 0,75 – учитывает трение в клюзе,

η_{м =} 0,65 – 0,8КПДмеханической передачи;М₀– момент за счет свисания цепи в цепном ящике;R_зв– радиус звездочки;i- передаточное число редуктора.

М₀ = ql_ця η_к′ R_зв/i_кη_м,

где l_ця– длина свисающей части цепи в ящике.

η_к′= 0,75 – учитывает трение в палубном клюзе.

Длина l_ОВ1цепи, лежащей на грунте, в началеIстадии

l_ОВ1 = l – l₁ = Δl₁,

где l - длина вытравленной за борт цепи,Δl₁– отрезок цепи, выбираемый вIстадии.

Проекция линии А₁В₁на грунт определяется формулой цепной линии:

Х_А1В1 = аℓn[(l₁ + Н)/( l₁ – Н)] = Х_А2,

где - а = F_c / q– параметр цепной линии.

Х_А2– проекция цепной линии в любой момент времени первой стадии.

II стадия. Характеризуется изменяющимся моментом сопротивления на валу двигателя. Судно подтягивается к якорю. Если принять, что на протяжении второй стадии момент сопротивленияМ_С2изменяется по закону прямой линии (показано пунктиром) отМ_С1до значенияМ_С3, соответствующего усилиюF_к3при отрыве якоря от грунта, тоМ_С3можно определить для положения, когда цепная линия будет выглядеть как прямая.

В этом случае можно считать для начала 2 стадии:

Конец t₁;F_к = F_к1;М_С = М_С1и окончание 2^йстадии: началоt₃; т.е. отt₁доt₃или отМ_С1доМ_С3;

F_К = F_К3;М_С = М_maxна звездочке, соответствующийF_К3

F_К3 = [(γ-δ)/γ′](к_яG + qH), (3.1.7)

где G– вес якоря;

к_я = 3 ÷ 4 коэффициент удерживающей силы якоря;

γ = 7,75 – удельный вес материала якоря и цепи;

γ′= 1,025 – удельный вес морской воды.

Тогда

М_С3 = М_{max зв} = F_К3R _зв/iη_кη_м. (3.1.8)

Третья стадия. Для этой стадии t₃принимается равным 1мин, а момент сопротивления =М_С3.

Четвертая стадия. Момент сопротивления четвертой стадии определяют для двух точек, принимая, что характер изменения момента прямолинейный.

М_4нач =[R_зв/ (iη_кη_м)](G + qH)(γ-δ)/γ′, (3.1.9)

М_4кон =R_зв G / (iη_кη_м). (3.1.10)

Для расчета мощности электродвигателя используют начальный момент 4^йстадии.

М_ном =bМ_4нач,

где b≈ 0,6 ÷ 0,9 – зависит от скорости течения, глубины стоянки и т.д.

Для двигателей постоянного тока

М_ном = М_{max зв} /λ,

где λ = 1,5 ÷ 2,2.

Для АД: М_п= 1,25 М_{max зв.}

Обороты электродвигателя выбирают по средней частоте вращения за время "Т" съемки с якоря

n_ср = Li/(2πR_звT), (3.1.11)

где L– длина вытравленной якорной цепи.

Обычно время Т= 20 ÷ 30 мин.n_ном = сn_ср,

где с= 1,0 ÷ 1,25.

Нормы Регистра устанавливают v_ср = 10м/мин = 0,167м/с.

v_ср = 2πR_зв n_ном /i60 = R_зв n_ном / 9,55i, (3.1.12)

тогда n_ном = 1,6i/ R_зв; Р_н = М_нn_н /9550, (3.1.13)

где М– в Нм,n– в об/мин.

Электродвигатель выбирают по Р_н;М_н;n_ндля получасового и часового режима. Затем определяют продолжительность работы на каждой стадии.

Продолжительность в минутах на первой стадии

t₁ = Δl₁i/2πR_звn₁,

n₁≥10м/мин. (3.1.14)

На второй стадии t₂= (l₁ – Н)i/2πR_звn_2ср, n_2ср ≈ n₁ /2, (3.1.15)

где l₁– длина цепи наклонная.

На третьей стадии: t₃ =1 мин.

На четвертой стадии:

t₄ = Hi/2πR_звn_4cp,

где n_4cp = (n_4нач + n_4кон)/2,n_4нач = n_2cp,n_4кон = n₁.

Полное время T = t₁ + t₂ + t₃ + t₄.

Зная моменты и время каждой, стадии строят нагрузочную диаграмму (рис.3.1.2).

Выбранный электродвигатель проверяют на нагрев. Для электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения, работающих в системе Г- Д применяют метод среднеквадратичного момента.

М_экв ≤ М_н =.(3.1.16)

Для ДПТ смешанного возбуждения и АД применяют метод среднеквадратичного тока.

I_экв =. (3.1.17)

При подъеме 2 якорей с 1/2 глубины (по Регистру) проверку на нагрев производят с учетом того, что

М′_нач = [R_зв / (iη_кη_м)]2(G + qH/2)(γ-δ)/γ′, (3.1.18)

М′_кон = [R_зв / (iη_кη_м)]2(G + qL′)(γ-δ)/γ′. (3.1.19)

γ,γ′- удельный вес из материала цепи и воды;

δ = V/LBT.

L′- длина цепи от клюза до звездочки.

Время подъема 2^хякорей

t₂^′ = (Н/2)/v_ср^′ = (Нi₂)/(2πR_звn′_cp),

n′ср = (n′нач + n′кон)/2.

По этим формулам строится нагрузочная характеристика и производится проверка на нагрев.

Рисунок 3.1.2 – Нагрузочная диаграмма.

М′_экв =(3.1.20) илиI′_экв = .

Которые должны быть М′_экв ≤ М_н,I′_экв≤ I_н.

При этом

М′_нач ≤ М′_ном λ,

где λ– перегрузочная способность.t₁ +t₂ + t₃ + t₄ ≤ Т,

n_ср ≥ n_зад = 9,55iv_ср / R_зв,

где v′_ср = 0,15м/с = 9м/мин.

Для швартового барабана:

F_шб = F/η_шcosφ,

η_ш ≈ 0,7 – 0,8. (3.1.22)

φ– угол между направлениями троса и движения судна.

F– усилие, требуемое для подтягивания судна.

F ≈ F_в.

Давление ветра F_в = к_вS_вv_в², (3.1.23)

где к_в= 0,22Нс²/м⁴;

S_в– парусность судна;

v_в = 5÷12 м/с – ветер.

4. Командоконтроллерная схема управления брашпилем на переменном токе.

Схема симметрична, поэтому рассмотрим только "Выбирать" (рис.3.2.1.1).

Замыкают ВУ1. В нулевом положении командоконтроллера: черезКЗзапитываетРН, осуществляющее нулевую защиту.РН1шунтируютКЗ. Одновременно запитывается1РПчерезК10иРГ.1РПвключаетЛС, шунтируетК10и размыкает цепь2Си21С, блокируя от случайного включения.

В положении 1 выбирать: 2р = 16. Замыкаются к7, к4, к5, к10, размыкаетсяКЗ. ЧерезК5запитываетсяВ, замыкая свои контакты в силовой цепи и размыкая цепьН. ЧерезК7запитывается1С(малая скорость), эамыкая контакты1Св силовой цепи (обмотки соединены треугольником) и в цепи3РП, контакт3РПзапитывает "T" и он своим контактом замыкает цепьТМи растормаживает двигатель. Кроме того, контакты1Сразмыкают цепь2Си3С.

В положении 2: 2р = 8

Размыкается К7, обрывая цепь1С, контакты которого подготавливают цепь2Си21С. Остаются замкнутымиК5,К4иК10. ЗамыкаютсяК8иК9.К8замыкают цепь21С, которое своим контактом замыкает цепь2Си они своими контактами размыкают цепь1Си3С. В силовой цепи2Сподключают двигатель по схеме двойная звезда. При повороте маховика контроллера вначале замыкается К8, а затем размыкаетсяК7.

В положении 3: 2р = 4

К8размыкается;К4,К5,К9,К10остаются замкнутыми.

Дополнительно замыкается К11и запитывается3Си подключается быстроходная обмотка двигателя, соединенная звездой.

При перегрузке в положении 3 срабатывает РГи обесточивается1РП. Тогда черезК9и контакт1РПполучают питание21Си2С, и двигатель переключается на меньшую скорость.

При необходимости, невзирая на перегрузку, включают ВУ2– срабатывает2РПи шунтируетРТиРГ.