2.3.2. Исходные данные для расчета:

1. Грузоподъемность ; Q_; т

2. Вес гака и стропов; Q_0; кг

3. Скорость подъема и спуска грузов; ₁; м/с

4. Скорость подъема и спуска гака; u_0; м/с

5. Высота подъема груза из трюма; Н_1; м

6. Высота спускания груза; Н_2; м

7. Передаточное число редуктора; i;

8. КПД механических передач; _М;

9. Радиус барабана; R_Б; м

10. Напряжение судовой сети; U; В

2.3.3. Порядок расчета электродвигателя судовой грузовой лебедки. При расчете принимаются дополнительные условия:

1. торможение при остановке механическое;

2. опускание груза производится под действием силы собственного веса и гака на механическом тормозе при включенном электродвигателе;

3. опускание холостого гака производится работающим электродвигателем (силовой спуск).

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Выбираем мощность электродвигателя по максимальным параметрам (подъем номинального груза):

1). Вращающий момент (Нм) на валу электродвигателя – постоянный:

2). Скорость вращения (рад/с) электродвигателя при установившемся движении .

3). Статическая мощность (Вт) на валу электродвигателя при подъеме полного груза .

4). Выбираем по каталогу электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением с номинальными данными: U_Н; Р_Н; n_Н; _Н, GD² с продолжительностью включения ПВ.

5). Номинальный момент на валу выбранного электродвигателя

М_ном = Р_ном / _ном.

ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

ПЕРИОД 1. Подъем с грузом.

1). Вращающий момент (Нм) на валу электродвигателя в период разгона:

М_1max = (2  3) М_Н.

2). Динамический (избыточный) момент (Нм) при разгоне

М_1дин = М_1max  М_1ст.

3). Приведенным момент инерции к валу электродвигателя с учетом моментов инерции механических передач и груза J =  J_дв.

 выбираем из условия:

 = 1,1  1,3 для механизмов подъема, поворота, передвижения кранов, лебедки, шпиля, брашпиля с i  25;

 = 1,25  1,4 для механизмов непрерывного транспорта, компрессоров, работающих через редуктор с i  25.

4). Время разгона (с) электродвигателя:

.

Остановка поднимаемого груза происходит при выключенном электродвигателе под действием сил тяжести груза.

5). Тормозной момент (Нм), приведенный к валу электродвигателя, от силы тяжести груза,

.

6). Потери в электродвигателе (кВт):

.

Для двигателей средней мощности постоянный потери Р_пот1, создающие дополнительный тормозной момент, принимаются равными переменным потерям Р_пот2, т.е. Р_пот = Р_пот1 + Р_пот2, где Р_пот1 = Р_пот2 = Р_пот / 2, (кВт).

7). Тормозной момент (Нм) в электродвигателе, вызываемый постоянными потерями,

.

8). Время (с) остановки поднимаемого груза:

.

9). Путь (м), пройденный грузом при его разгоне и остановке во время подъема,

.

10). Время (с) подъема груза при установившемся режиме:

.

ПЕРИОД 2. Тормозной спуск с грузом.

Разгон груза в начале спуска производится за счет силы его тяжести.

1). Статический момент (Нм), создаваемый силой тяжести груза при спуске и приведенный к валу электродвигателя,

.

2). Тормозной момент (Нм) от постоянных потерь в электродвигателе, противодействующий опусканию груза: .

3). Время разгона (с) груза при тормозном спуске с полным грузом:

.

Остановка груза при спуске производится динамическим торможением электродвигателя, тормозной момент которого зависит от величины вводимого в цепь якоря сопротивления. Примем тормозной момент, создаваемый электродвигателем, М_2Т = 2 М_Н, (Нм).

4). Динамический момент (Нм) торможения М_2дин = М_2Т – М_2ст.

5). Время остановки (с) спускаемого груза: .

6). Путь (м), пройденный грузом за время его разгона и остановки,

.

7). Время (с) установившегося движения груза при тормозном спуске последнего

ПЕРИОД 3. Подъем холостого гака.

Рис. 2.11. Зависимость КПД механизма от загрузки: Fх – действительная и Fн – номинальная загрузка механизма

1). Статический момент (Нм) сопротивления при подъеме гака, приведенный к валу электродвигателя,

, где - кпд механической передачи при холостом ходе, определяется по кривым рис. 2.11

2). Вращающий момент (Нм) на валу электродвигателя при разгоне гака так же, как и при подъеме груза:

М_3Р = (2  3) М_Н.

3). Динамический момент (Нм) в период разгона гака

М_3ДИН = М_3Р - М_3СТ

По характеристикам выбранного электродвигателя (см. рис. 2.1) определяем скорость вращения электродвигателя, соответствующую моменту на валу при подъеме холостого гака, ; по графику определяем ; , (рад/с)

4). Время разгона (с) .

Остановка холостого гака при подъеме производится при отключенном электродвигателе за счет тормозящего действия от постоянных потерь в двигателе и механической передаче, работы механического тормоза и противодействующего момента, создаваемого силой тяжести гака.

5). Примем время, необходимое для остановки холостого гака, (с), тогда суммарный тормозной момент (Нм)

6). Скорость (м/с) подъема холостого гака при ₃

7). Путь (м), пройденный холостым гаком за время его разгона и остановки

8). Время (с) установившегося движения при подъеме холостого гака

ПЕРИОД 4. Силовой спуск холостого гака.

1). Статический момент (Нм) сопротивления при силовом спуске холостого гака

2). Вращающий момент (Нм) электродвигателя при разгоне холостого гака на спуске принимается равным 2М_НОМ, т.е. М_4Р = 2М_НОМ

3). Динамический момент в период разгона

М_4ДИН = М_4Р  М_4СТ , Нм

4). Скорость вращения электродвигателя в конце разгона при установившейся скорости спуска холостого гака находим по характеристическим кривым (рис. 1) для статического момента сопротивления ; по графику находим ; , рад/с.

5). Время разгона , с

6). Остановку холостого гака при спуске принимаем аналогично остановке его при подъеме, т.е. (с), тогда М_4Т = М_3Т, Нм.

7). Скорость спуска холостого гака практически будет равна скорости его подъема, т.е. , м/с.

8). Путь (м), пройденный холостым гаком за время его разгона и остановки

9). Время (с) установившегося движения при спуске гака .

Принимая время погрузки и разгрузки по 60с, а время поворота стрелы за 10с, строим нагрузочную диаграмму лебедки (см. рис. 2.12)

ПРОВЕРЯЕМ ВЫБРАННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПО ЗАДАННОМУ РЕЖИМУ

1). Продолжительность одного цикла работы лебедки

, С

2). Действительная продолжительность включения электродвигателя , %, где , с

3). Среднеквадратичный (эквивалентный) момент (Нм) электродвигателя , где

;

Для нормальной работы электродвигателя без перегревания необходимо, чтобы . Если двигатель удовлетворяет этому условию, расчет заканчивается.

Рис. 2.12. Диаграмма моментов за один цикл работы грузовой лебедки: t1 – время подъема гака с грузом, t01 – время поворота стрелы с грузом, t2 – время тормозного спуска груза, t02 – время разгрузки, t3 – время подъема холостого гака, t03 – время поворота стрелы без груза, t4 – время силового спуска холостого гака, t04 – время погрузки, пример

ПРИМЕР 2.3. Рассчитать мощность электродвигателя судовой грузовой лебедки.

Исходные данные

1	Грузоподъемность	Q	3	т
2	Вес гака и стропов	Q0	60	кг
3	Скорость подъема и спуска грузов	1	0,6	м/с
4	Скорость подъема и спуска гака	u0	1	м/с
5	Высота подъема груза из трюма	Н1	10	м
6	Высота спускания груза	Н2	6,5	м
7	Передаточное число редуктора	i	21
8	КПД механических передач	М	0,75
9	Радиус барабана лебедки	RБ	0,225	м
10	Напряжение судовой сети	U	220	В

Усилие подъема

Сила тяжести

Дополнительные условия:

1. торможение при остановке механическое;

2. опускание груза производится под действием силы собственного веса и гака на механическом тормозе при включенном электродвигателе;

3. опускание холостого гака производится работающим электродвигателем (силовой спуск).

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Выбираем мощность электродвигателя по максимальным параметрам (подъем номинального груза):

1). Вращающий момент (Нм) на валу электродвигателя – постоянный:

2). Скорость вращения (рад/с) электродвигателя при установившемся движении

.

3). Статическая мощность (Вт) на валу электродвигателя при подъеме полного груза

.

4). Выбираем по каталогу электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением с номинальным напряжением 220В, типа МП-51, мощностью Р_ном = 24кВт при ПВ=25%, номинальная скорость вращения п_ном = 580об/мин (61рад/с), КПД =0,85, GD² = 9,4кГм² (J=2,35кгм²) водозащищенного исполнения. Характеристики двигателя приведены на рис. 1

5). Номинальный момент на валу выбранного электродвигателя

ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

ПЕРИОД 1. Подъем с грузом.

1). Вращающий момент (Нм) на валу электродвигателя в период разгона:

2). Динамический (избыточный) момент (Нм) при разгоне

3). Приведенным момент инерции к валу электродвигателя с учетом моментов инерции механических передач и груза , где  - коэффициент, учитывающий механические передачи и груз, принимаем равным 1,3.

4). Время разгона (с) электродвигателя:

.

Остановка поднимаемого груза происходит при выключенном электродвигателе под действием сил тяжести груза.

5). Тормозной момент (Нм), приведенный к валу электродвигателя, от силы тяжести груза,

.

6). Потери в электродвигателе (кВт):

.

Для двигателей средней мощности постоянный потери Р_пот1, создающие дополнительный тормозной момент, принимаются равными переменным потерям Р_пот2, т.е. Р_пот = Р_пот1 + Р_пот2, где Р_пот1 = Р_пот2 = Р_пот / 2 = 2,12 кВт.

7). Тормозной момент (Нм) в электродвигателе, вызываемый постоянными потерями,

.

8). Время (с) остановки поднимаемого груза:

.

9). Путь (м), пройденный грузом при его разгоне и остановке во время подъема,

.

10). Время (с) подъема груза при установившемся режиме:

.

ПЕРИОД 2. Тормозной спуск с грузом.

Разгон груза в начале спуска производится за счет силы его тяжести.

1). Статический момент (Нм), создаваемый силой тяжести груза при спуске и приведенный к валу электродвигателя,

.

2). Тормозной момент (Нм) от постоянных потерь в электродвигателе, противодействующий опусканию груза: .

3). Время разгона (с) груза при тормозном спуске с полным грузом:

.

Остановка груза при спуске производится динамическим торможением электродвигателя, тормозной момент которого зависит от величины вводимого в цепь якоря сопротивления. Примем тормозной момент, создаваемый электродвигателем,

М_2Т = 2 М_Н = 2 393 = 786 Нм.

4). Динамический момент (Нм) торможения М_2дин = М_2Т – М_2ст = 786 – 214 = 572 Нм.

5). Время остановки (с) спускаемого груза: .

6). Путь (м), пройденный грузом за время его разгона и остановки,

.

7). Время (с) установившегося движения груза при тормозном спуске последнего

ПЕРИОД 3. Подъем холостого гака.

1). Статический момент (Нм) сопротивления при подъеме гака, приведенный к валу электродвигателя,

,

где - КПД механической передачи при холостом ходе, определяется по кривым рис. 2

2). Вращающий момент (Нм) на валу электродвигателя при разгоне гака так же, как и при подъеме груза:

3). Динамический момент (Нм) в период разгона гака

М_3дин = М_3Р – М_3ст = 786 – 90 = 696 Нм.

По характеристикам выбранного электродвигателя (см. рис. 1) определяем скорость вращения электродвигателя, соответствующую моменту на валу при подъеме холостого гака, , ; по графику определяем ; тогда , (рад/с)

4). Время разгона (с) .

Остановка холостого гака при подъеме производится при отключенном электродвигателе за счет тормозящего действия от постоянных потерь в двигателе и механической передаче, работы механического тормоза и противодействующего момента, создаваемого силой тяжести гака.

5). Примем время, необходимое для остановки холостого гака, (с), тогда суммарный тормозной момент (Нм)

6). Скорость (м/с) подъема холостого гака при ₃

7). Путь (м), пройденный холостым гаком за время его разгона и остановки

8). Время (с) установившегося движения при подъеме холостого гака

ПЕРИОД 4. Силовой спуск холостого гака.

1). Статический момент (Нм) сопротивления при силовом спуске холостого гака

2). Вращающий момент (Нм) электродвигателя при разгоне холостого гака на спуске принимается равным 2М_НОМ, т.е. М_4Р = 2М_НОМ = 2  393 = 786 Нм

3). Динамический момент в период разгона

М_4ДИН = М_4Р  М_4СТ = 786 – (-78) = 864 Нм

4). Скорость вращения электродвигателя в конце разгона при установившейся скорости спуска холостого гака находим по характеристическим кривым (рис. 1) для статического момента сопротивления , ; по графику находим ;

5). Время разгона

6). Остановку холостого гака при спуске принимаем аналогично остановке его при подъеме, т.е. (с), тогда М_4Т = М_3Т = 238 Нм.

7). Скорость спуска холостого гака практически будет равна скорости его подъема, т.е.

8). Путь (м), пройденный холостым гаком за время его разгона и остановки

9). Время (с) установившегося движения при спуске гака

.

Принимая время погрузки и разгрузки по 60с, а время поворота стрелы за 10с, строим нагрузочную диаграмму лебедки

ПРОВЕРЯЕМ ВЫБРАННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПО ЗАДАННОМУ РЕЖИМУ

1). Продолжительность одного цикла работы лебедки

2). Действительная продолжительность включения электродвигателя

,

где с

3). Среднеквадратичный (эквивалентный) момент (Нм) электродвигателя

, где

Коэффициенты 0,75 и 0,5 в знаменателе подкоренного выражения учиты­вают ухудшение условий охлаждения электродвигателя при разгоне и торможении (0,75) и остановке (0,5), когда навешенный на вал двигателя вентилятор вращается с меньшей скоростью и не подает необходимого количества охлаждающего воздуха на обмотки машины. Для электродвигателей с неза­висимым охлаждением от вентилятора, приводимого вспомогательным элек­тродвигателем, указанные коэффициенты вводить в формулу не следует.

Учитывая, что при опускании груза и торможении холостого гака, элек­тродвигатель отключается от сети, в числителе подкоренного выражения чле­ны

должны быть исключены, так как эти операции выполняются механическим тормозом.

Номинальный момент выбранного электродвигателя более чем в два раза превышает полученный расчетом эквивалентный момент: , что при соответствии принятой и расчетной продолжительности включения ПВ свидетельствует о необходимости выбрать электродвигатель меньшей мощности.

Ближайшим по каталогу является электродвигатель типа МП-42 смешан­ного возбуждения, мощностью 16 кВт, 700 об/мин (73,5 рад/сек), ПВ = 25%, напряжением 220 В постоянного тока.

1. Номинальный момент нового электродвигателя , что больше эквивалентного момента.

2. Максимальный, момент электродвигателя следует уточнить по каталогу, но даже при его значении он будет больше максимального момента, необходимого для подъема груза. Максимальный момент электро­двигателя влияет на время разгона и остановки электропривода, поэтому после уточнения его величины по каталогу необходимо произвести повторный расчет для определения времени переходных процессов электропривода лебед­ки и корректировки действительного ПВ механизма.

3. Несоответствие скорости вращения электродвигателя требуемой ско­рости вращения механизма может быть устранено путем изменения переда­точного числа редуктора или включением в цепь якоря электродвигателя постоянного сопротивления, либо, наконец, незначительной корректировкой задания на проектирование.

4. После уточнения мощности электродвигателя следует определить число пусковых ступеней и величину их сопротивлений.

5. Зная мощность электродвигателя и число пусковых ступеней, выби­рают контроллер или командоконтроллер с магнитным контроллером. Кулач­ковые контроллеры применяют для судовых лебедок, мощность электродвига­телей которых не превышает 10 — 15 кВт. Для более мощных электродвигате­лей применяют магнитные контроллеры с управлением при помощи командоконтроллеров.