МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

Филиал федерального государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Московская государственная академия водного транспорта»

(Рыбинское речное училище имени В.И.Калашникова)

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Судовые электроприводы»

тема: Расчет якорно-швартового механизма

Специальность 190501 Эксплуатация транспортного оборудования

(по видам транспорта) (на водном транспорте)

Курсант: Ершов К.И. гр. 42-ЭМ

Преподаватель: Доминич Н.П.

Рыбинск 2012

Содержание

1. Введение.

2. Данные для расчета.

3. Расчеты сил, действующих в якорной цепи при стоянии судна на якоре.

4. Определение тяговых усилий и моментов при подъеме одного якоря с нормативной глубины стоянки.

5. Определение тяговых усилий и моментов при подъеме двух якорей с половины нормальной глубины якорной стоянки.

6. Подъем якоря с глубины, превышающей полную длину якорной цепи – аварийный режим для морских судов.

7. Предварительный выбор электродвигателя.

8. Расчет и построение n = f(M).

9. Расчет и построение М = f(t).

10. Проверка выбранного двигателя на нагрев.

11. Проверка выбранного двигателя на дополнительные требования Российского речного регистра.

12. Список литературы.

Введение.

1.Назначение и особенности работы.

Якорно-швартовные устройства предназначены для опускания и поднятия якорей при постановке судна на якорь и съемки с якоря, для обеспечения надежной стоянки судна, а также для выполнения швартовных операций. Якорно-швартовные устройства включают в себя исполнительный двигатель с аппаратурой управления, якорно-швартовную лебедку, якорные цепи и якоря. К якорно-швартовным лебедкам относятся: брашпили, шпили и швартовные лебедки. Несмотря на конструктивное различие механизмов, электроприводы их имеют много общего. Некоторые различия имеются в электроприводах автоматических швартовных лебедок, которые снабжены дополнительными устройствами слежения за натяжением в швартовном тросе и для автоматического включения двигателя в случае необходимости.

С помощью якорно-швартовных механизмов выполняются следующие основные операции:

- отдача якоря (посредством электропривода, свободным травлением и свободным травлением с подтормаживанием тормозов звездочки);

- съемки с якоря – подтягивание судна к якорю, отрыв и подъем якоря, втягивание якоря в клюз;

-одновременный подъем двух якорей с половины расчетной глубины стоянки при неодновременном их отрыве от грунта;

- обеспечение швартовки судна при ветре 5 баллов.

Характерными особенностями электроприводов якорно-швартовных механизмов являются:

- кратковременный режим работы (20-40 минут), стандартная продолжительность цикла принята равной 30 минутам;

- широкое изменение нагрузки на валу электродвигателя (30-200%);

- возможность стоянки двигателя под током (0,5-1 мин);

- частые пуски электродвигателя ( до 120 пусков и торможений в течении часа и возможные реверсы);

- суммарная продолжительность включения швартовного механизма за сутки 40-50 минут;

-необходимость саморегулирования частоты вращения электродвигателя при изменении момента сопротивления на его валу;

- общее число часов работы в год якорно-швартовых механизмов колеблется в пределах 100-200, при этом осуществляется 1200-1500 включений и остановок электропривода (в числе этих операций возможны до 100 отключений предельного тока или тока установки грузовой защиты для двигателя постоянного тока).

2. Требования Российского Речного Регистра к швартовно-якорным электроприводам.

- мощность электропривода якорного механизма должна обеспечивать выбирание якорной цепи со скоростью не меньшей 0,17м/с при тяговом усилии на звездочке не менее определяемого по формуле: Т1=11,2(рh+G) (H)

Указанную мощность электродвигатель якорного устройства должен развивать в течение не менее 30с

- пусковой момент электропривода должен обеспечить тяговое усилие не менее 2Т1.

- привод якорно-швартовного механизма должен обеспечивать одновременное выбирание двух свободно висящих якорей с половины номинальной глубины стоянки. Эта нагрузка создает усилие Т2=1,32Т1. Таким образом, выполнение данного требования регламентирует пуск привода при моменте статической нагрузки не ниже 130% номинального.

- при подходе якоря к клюзу привод должен развивать скорость цепи не выше 0,17 м/с. Предпочтительней является скорость 0,12 м/с.

- питание электроприводов якорно-швартовных механизмов должно производиться от ГРЩ.

-привод швартовного механизма должен обеспечивать непрерывное выбирание швартовного троса при номинальном тяговом усилии с номинальной скоростью в течении не менее 30 минут. Скорость выбирания при этом не должна превышать 0,3 м/с.

- привод швартовного механизма должен развивать кратковременно (около 15с) усилие не менее двукратного номинального и не выше четырехкратного номинального.

- у якорно-швартовных шпилей, брашпилей и лебедок на ступенях скоростей, предназначенных только для швартовых операций, должна быть предусмотрена соответствующая защита от перегрузки электропривода.

- стоянка под током при номинальном напряжении для электродвигателей швартовных механизмов должна составлять не менее 15с после 30 минут работы при номинальной нагрузке.

Данные для расчета.

1 Тип судна- буксир рейдовой Т/Х 800 л.с. № Р131

2 Главные размеры в м :

-длина L=34,7

-ширина B= 8,3

-осадка T=2

3 Размеры надстройки, м:

- длина l= 32.5

-ширина b=8

-высота h=7,6

4 Высота борта H=3,1м

5 Калибр якорной цепи d=19 мм

6 Длина цепи L_ц=100 м

7 Количество и масса якорей: n=2, G_я=300 кг*9,81=2943Н

8 Расчетная глубина стоянки: Н_о=20 м

9 Диаметр цепной звездочки: D_зв=343 мм=0,343м

10 Передаточное число якорного механизма: i=145

11 КПД якорного механизма, : 0,81

12 Род тока и напряжения: _˜ 220 В

РАСЧЕТ:

1 Силы, действующие в якорной цепи при стоянии судна на якоре.

1. вес одного погонного метра якорной цепи Р:

Р=0,215d²=0.215*19²=77.62 Н

2. вес одного погонного метра якорной цепи, погруженной в воду Р₁:

Р₁= Р( ) ,

где = 7,8 т/м³ – удельный вес якорного железа;

= 1 т/м³ – удельный вес воды.

Р₁= 77.62*(7,8-1)/7,8=67.67 Н

1.3 длина не смачиваемого участка цепи L_нс определяется как сумма

расстояния от якорной лебедки до клюза и высоты борта, м .

L_нс=1/2*8.3+2=6.15 м

1.4 длина вытравленной цепи L₀:

L₀=L_ц-L_нс=100-6,15=93,85 м

1.5 смоченная поверхность корпуса судна S_см:

S_см L₀( B+1.7T)=93.85(0.75*8.3+1.7*2)=903.3 м²,

где - коэффициент полноты водоизмещения судна равен 0,75

1.6 сила сопротивления воды, обусловленная течением и подтягиванием

судна:

F_T=(К_к + )S_см(pv₃²)/2,

где К_к поправочный коэффициент на влияние

кривизны корпуса судна, который учитывает отношение длины L к

ширине B.

L/B=34,7/8,3=4,18, К_к=1,05

= 1,14*10^-3 - коэффициент трения о воду

= 0,7*10^-3 - надбавка к коэффициенту трения, учитывающая

шероховатость корпуса судна

р- массовая плотность воды, 1,02*10³ Н*с²/м⁴

v₃= v_T +v_nT – суммарная скорость потока, действующая на судно, м/с

v_T= 3 - скорость течения воды, м/с

v_nT= 0,1 -абсолютная скорость подтягивания судна к месту заложения

якоря.

F_Т =(1,05*0,00114+0,0007)*903,3*1,02*10³*(3+0,1)² /2=

1,9*10^-3*903,3*1,02*10³*9,61/2=16823.2/2=8411.6 Н

1.7 парусящая поверхность судна S_пар , м²

S_пар= 0,27*В(Н-Т)+bh= 0.27*8.3(3.1-2)+8*7.6=63.27 м²

1.8 сила ветрового сопротивления F_B, H

F_B= К_в* S_пар*v_в²

Где К_в= 0,5 - коэффициент ветрового давления.

v_в- скорость ветра (12 м/с)

F_B =0,5*63,27*12²= 4555,4 Н

1.9 равнодействующая внешних сил F, Н при совпадении направления:

F= F_T+F_B = 8411.6+4555,4=12967 Н

1.10 длина свободно провисающей части цепи L_св , м

L_св= 2hp*F/(Р*0.87)+hp²= 2*20*12967/ 77.62*0,87 +20² =

=518680/467.5 = 1109.5= 33.5 м

hp- расчётная глубина стоянки, (20м)

1.11 длина цепи, лежащей на грунте L₁ , м

L₁= L₀-L_cв =93,85-33.5=60.4 м

1.12 длина части цепи, выбираемая во второй стадии, съёмки судна с якоря,

L₂ , м

L₂= L_св-hp=33.5-20= 13.5м

2. Определение тяговых усилий и моментов при подъёме одного якоря с нормативной глубины стоянки.

2.1 тяговое усилие на звёздочке брашпиля на первой стадии съёмки судна с

якоря F₁, Н:

F₁=f_клP₁*(L²_св+hp²)/2hp= 1.3*67.67*(33.5²+20²)/2*20=133913.85/40=3348 Н

где f= 1,3- коэффициент потерь на трение от клюза до цепной

звёздочки ( бортовой клюз, якорная труба, палубный клюз, стопор)

2.2 тяговое усилие на звёздочке барабана брашпиля при отрыве якоря от

грунта F₃, Н:

F₃=f_кл (G_я+Ph_p) +2G_я =1,3* (2943+77.62*20)*(7,8-1)/7,8+2*2943

=1,3*(2560,4+5886)=12736 Н

2.3 усилие на звёздочке барабана брашпиля после отрыва якоря от грунта

F_4нач. , Н:

F_4нач.= f_кл (G_я+Ph_p) =1,3 (2943+77.62*20)*(7,8- 1)/7,8 =

=1,3*4495.4*0,87=5084 Н

2.4 усилие на звёздочке барабана брашпиля при подходе якоря к клюзу F_4кон.,

Н:

F_4кон.=f_клG_я =1,3*2943=3826 Н

2.5 момент на валу электродвигателя на первой стадии М1, Нм ,

М1=F₁D_3в/2In= 3348*0,343/2*145*0,81=1148.36/234,9=4.9 Нм

2.6 момент на валу электродвигателя при отрыве якоря от грунта М3, Нм ,

М3=F₃D_3в/2In =12736*0,343/2*145*0,81=4368.45/234,9=18.6 Нм

2.7 момент на валу электродвигателя при подъёме одного якоря после

отрыва его от грунта М4_нач. , Нм:

М_4нач.=F_4нач.D_зв./ 2In=5084*0,343/2*145*0,81=1743.8/234,9=7.4 Нм

2.8 момент на валу электродвигателя М4_кон. , Нм:

М_4кон.=F_4кон.D_зв. / 2In=3826*0,343/2*145*0,81=1312,3/234,9=5.6 Нм