Электропривод судовой грузовой лебёдки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1.Исходные данные к курсовой работе

Вариант №6

Электро привод грузовой лебёдки:

Мощьность: Р1=2 кВт;

Р2=1,6 кВт;

Р3=1,5 кВт.

Время циклов работы: t1=15 с;

t2=15 с;

t3=6 с;

ty=100 c.

Частота вращения: n=1360 об/мин.[7]

Рис. 1. Нагрузочная диаграмма

2.Основные этапы работы электропривода

Большинство судов оборудованы грузоподъёмными устройствами и механизмами, обеспечивающими выполнение погрузочно-разгрузочных операций по перемещению различных предметов: грузовые лебедки и краны, шлюпочные, буксирные, на рыболовецких судах - траловые лебёдки, лифты и т. д.

Наибольшее распространение получили многоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, предназначенные для судовых грузовых лебедок.

Грузовой цикл состоит из подъема груза (например, с трюма), поворота стрелы; спуска груза; выгрузки, подъема гака без груза, поворота стрелы; спуска гака, погрузки и т. д. Каждому этапу соответствует определенная нагрузка электродвигателя.

Грузовые операции, выполняемые с помощью лебёдки, можно разделить на 2 типа:

1.Перемещение больших количеств однотипных грузов при разгрузках трюмов, например при передачи улова с траулера на транспортную базу; в этом случае траловая лебёдка многократно повторяет одинаковые циклы грузовых операций, и затраты времени на каждый циклимеют при этом существенное технико-экономическое значение;

2.Подъём и перемещение единичных грузов, в том числе и очень тяжолых и требующих к себе бережного отношения, при выполнении которых затрата по времени, как правило, решающей роли не играет.

Чтобы не допустить ударных механических перегрузок пакетов грузов, стрел и редукторов лебёдок, нельзя разгонять и тормозить с черезмерно большими ускорениями. Поэтому практически реализуемые номинальные скорости лебёдок 0,75….1,0 м/с

Опускать груз можно со скоростями до 1,5…1,0 м/с, но в конце спуска необходимо затормозить его до посадочной скорости не более 0,1….0,25 м/с. Сравнив посадочную скорость с допустимыми скоростями опускания груза, можно сделать вывод, что для осуществления оптимального режима спуска электропривод должен обеспечивать регулирование частоты вращения 8:1 и более. Для сокращений продолжительности операций спуска и подъёма пустого гака желательно производить их со скоростями 2,0…2,5 м/с.

Таким образом, работа грузоподъёмного механизма грузовой лебёдки характеризуется повторно-кратковременным режимом с заданной продолжительностью включения ПВ не менее 40 %.

Грузовые операции могут быть выполнены как с помощью одной лебедкой и одной стрелы, так и двух лебедок, работающих с двумя стрелами на один гак. Обычно при перегрузках для этого используют по одной стреле и лебедке на загружаемом судне и на принимающей базе. Грузовые стрелы на обоих судах с помощью растяжек и топенантов закрепляют неподвижно так, что ноки находятся над центрами просветов грузовых люков. Шкентели обеих лебедок закрепляют на общем гаке. Лебедки перемещают гак с укрепленным на нем грузом с траулера на базу, а затем переводят порожний гак обратно в трюм разгружаемого судна.

Такой способ перегрузки получил название работы по системе «Телефон». Работая с двумя стрелами, можно переносить груз по горизонтали, на большее расстояние, чем с одной. При этом процесс перегрузки ускоряется, так как все перемещения груза производятся эл. двигателями. при работе одной стрелой горизонтальное перемещение груза осуществляется поворотом стрелы, а на это требуется дополнительное время. Морская практика показала, что при работе одной стрелой цикл передачи груза занимает до 4-5 минут, в то время как работая по системе «Телефон» цикл можно выполнить за 60-80 секунд.

Таблица 1. Работа по схеме телефон

Операция	Отрезок времени на нагрузочной диаграмме	Состояние лебедки траулера	Состояние лебедки транспортной базы
застропка груза	Т1	заторможена	заторможена
обтягивание стропа или троса	Т2	работает на подъем, развивая момент М1т	работает на подъем, развивая момент М1б
подъем груза из трюма траулера	Т3	подъем груза из трюма траулера с моментом М2т	выбирает слабину шкентеля, развивает момент М2б
горизонтальное перемещение груза	Т4	работает на спуск, развивая момент М3т	работает на подъем, развивая момент М3б
опускание груза в трюм базы	Т5	вытраливает шкентель с моментом М4т	работает на вертикальный спуск груза под тормозным моментом М4б
расстропка груза	Т6	заторможена	заторможена
подъем холостого хода	Т7	выбираем слабину шкентеля, развивает момент М5т	поднимает порожний гак, развивая момент М5б
горизонтальное перемещение пустого гака	Т8	выбирает шкентель, перетягивает в сторону траулера, развивая момент М6т	травит мотором шкентель, создавая нужную слабину, развивая момент М6б
опускание пустого гака в трюм траулера	Т9	травит мотором шкентель, опуская гак и развивая момент М7т	Травит мотором шкентель, обеспечивая достаточную слабину для вертикального перемещения гака в трюм, развивая момент М7б

Рис. 2. Нагрузочная диаграмма работы электропривода лебёдки по принципу телефон

Недостатками системы «Телефон» является то, что при горизонтальном перемещении груза на шкентелях возникает повышенная нагрузка. Из-за этого грузоподъемность системы стрел и лебедок может быть ниже паспортной на 40-60%.[1]

3. Требования, предъявляемые к данному типу электропривода

Многолетняя практика использования на судах грузовых лебедок показывает, что их электроприводы должны:

быть способными работать в повторно-кратковременном режиме с ПВ не менее 40%, при многочисленных пусках, реверсах и остановках, непрерывно повторяющихся циклах, числом до 30-60 за 1 ч;

обеспечивать посадочную скорость груза не более 0,10-0,25 м/с и иметь широкий диапазон регулирования скорости для обеспечения достаточной производительности лебедки;

иметь такое число ступеней регулирования скорости, чтобы было обеспечено ускорение и замедление груза без резких рывков, способных вызвать раскачивание груза и механические повреждения электродвигателя и лебедки; иметь оптимальное соотношение скоростей, чтобы разгоны и торможения происходили с минимальными динамическими потерями энергии и динамическими нагрузками;

обеспечивать лебедке достаточные пусковые и перегрузочные моменты;

обеспечивать эффективное регулируемое электрическое торможение при опускании груза и надежное затормаживание электродвигателя при отключении электропитания;

иметь независимую от массы поднимаемого груза малую начальную скорость подъема, обеспечивающую плавное трогание груза с места;

работать в широком диапазоне возможных нагрузок, будучи приспособленными как к длительной многократной переноске грузов, так и к однократным подъемам грузов повышенной массы;

иметь систему управления, обеспечивающую удобство и безопасность обслуживающего персонала; иногда это требование дополняется требованием возможности управления одновременно с одного поста, в том числе дистанционного управления с переносного поста, двумя лебедками, работающими по системе «Телефон»;

быть надежными, экономичными и не требовать большой затраты труда на обслуживание;

иметь, по возможности, минимальные габариты и массу.

При применении автоматических устройств для регулировке натяжного троса, должна быть обеспечена возможностью контроля тягового усилия, действующая в данный момент. Указатели должны быть установлены около лебедки.

Должна быть предусмотрена звуковая предупредительная сигнализация, срабатывающая при максимально допускаемой длине работы троса.

Барабаны лебедок должны быть снабжены троссоукладчиками.

Лебедка должна иметь автоматическое тормозное устройство, удерживающее трос при тяговом усилии, равном не менее 1.25-кратному номинальному усилию при исчезновении или отключении энергии приводной лебедки.

Тросовый барабан лебедки должен иметь тормоз, удерживающий без скольжения, и при отсоединенном от привода барабане усилие не меньше чем нагрузка, разрывающая трос.[3]

4. Выбор электродвигателя по нагрузочной диаграмме

В данной курсовой работе предлагается произвести выбор электродвигателя грузовой лебёдки по упрощенной нагрузочной диаграмме. Следует ответить, что выбор двигателя по нагрузочной диаграмме является приближенным методом расчета, так как диаграмма не учитывает переходные процессы, связанные с разгоном и торможением электропривода, которые значительно усложняют весь расчет.

Нагрузочная диаграмма позволяет проверить выбранный двигатель по условиям нагрева по методу эквивалентной мощности:

=1,7кВт;

Для нормальной работы электродвигателя без перегрева необходимо, чтобы Рном ? Рэкв.

По нагрузочной диаграмме необходимо определить расчетный коэффициент продолжительности включения

ПВрас = = = 0,36 = 36 %.

и расчетную производительность грузоподъёмного устройства, обусловленную числом грузовых циклов в час:

N = = = 36;

Если окажется, что расчетное ПВрас отличается от стандартного(в этом режиме ПВст=40%), то мощность электродвмгателя пересчитывают на ближайшее стандартное ПВ по формуле:

;

где, Рст - мощность двигателя для стандартного и расчетного значения ПВ.

Расчётное число включённый в час (производительность)также не должно превысить каталожные данные.[7]

Выбираем электродвигатель (с соблюдением условия Рном ? Рэкв) 4А90L4Y3, с техническими характеристиками:

Мощность: P=2,2 кВт;

Номинальный ток: Iн=5,1 А;

Скольжение магнитного поля: S=5,4%;

К.П.Д.: з=80%;

соsц=0,83;

Отношение максимального момента к номинальному: Mmax/Mном=2,2;

Отношение момента пускового к номинальному: Мп/Мном=2;

Отношение минимального момента к номинальному: Mmin/Mном=1,6;

Отношение пускового тока к номинальному: Iп/Iном=6;

Синхронная частота вращения: nсинх=1500 об/мин.[2]

5. Расшифровка типоразмера двигателя

Условное обозначение двигателя: 4А90L4Y3

Расшифровка:

4А - название серии;

_ - степень защиты IP44;

_ - станина и щитки из чугуна или стали;

90 - высота оси вращения 90мм;

L - большой установочный размер по длине станины;

_ - в данном установочном размере выполняется только одна длина сердечника;

4 - число полюсов(4 полюса)

У3 - климатическое испытание и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Степень защиты: IP44

Расшифровка:

4 - защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и от проникновения твёрдых тел размером больше 1 мм;

4 - защита от брызг: вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направлении, не должна оказать вредное влияние на издение.

Климатическое испытание и категория размещения по ГОСТ 15150-69(У3)

Расшифровка:

У - ЭМ, предназначена для эксплуатации на суше, реках, озёрах для микроклиматических районов с умеренным климатом;

3 - для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических усилий.[2]

6. Расчет механической характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Номинальный момент:

= =14,8 (Нм).

Кратность максимального момента: лм = 2,2.

Максимальный вращательный момент:

лм, => (Нм)

.



Номинальная частота вращения ротора:

n2 = n1н (1 - S)=1500(1-0,54)=1419 об/мин,

где n1н - синхронная частота вращения, берется из таблицы ближайшее большее число к n2н в соответствии с числом пар полюсов р при промышленной частоте f=50 Гц.[7]

Таблица 2. Ступени скоростей

р	1	2	3	4
n1н ,об/мин	3000	1500	1000	750

Критическое скольжение:

= .

Значение моментов для механической характеристики:

;

М = .

М = .

М = .

М = .

М = .

М = .

М = .

М = .

М = .

Значение частот вращения ротора n2 для механической характеристики[7]:

n2 = n1н (1 - S).

При номинальном скольжении n2 =1500 (1 - 0,054) =1419 ,об/мин.

При критическом скольжении n2 =1500 (1 - 0.123) =1315, об/мин.

При s =0.1; n2 =1350, об/мин.

При s =0.2;n2 =1200, об/мин.

При s =0.4;n2 =900, об/мин.

При s =0.6;n2 =600, об/мин.

При s =0.8;n2 =300, об/мин.

При s =1.0;n2 =0, об/мин.

При s =0; n2 =1500, об/мин.[7]

Результаты расчетов по формулам сводим в таблицу:

Таблица 3. Данные для построения механической характеристики.

S			0.1	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0
М, Н*м	14,8	32,57	24,17	32,16	27,83	21,5	16,8	14
n2, об/мин	1419	1162,5	1350	1200	900	600	300	0

По данным табл. строим механическую характеристику электродвигателя:

Рис. 3. Механическая характеристика асинхронного двигателя (4A90L4Y3)

7. Электрическая схема управления электропривода грузоподъёмной лебёдки

Рис. 4. Электрическая схема автоматизации пуска и реверса электропривода грузоподъёмной лебёдки в функции тока

Описание работы схемы

Пуск двигателя:

Включаем автомат QF, на цепь управления ЭД поступает ток, на катушку контактора КМ3 поступает питание главные контакты контактора КМ3 замыкаются, обводя питание мимо реостатов добавочного сопротивления. Затем нажимая кнопку SB1 подаём питание на катушку контактора КМ1, замыкются главные контакты контактора КМ1, размыкается вспомогательный размыкающий контакт КМ1 и замыкается вспомогательный замыкающий контакт КМ1. Питание поступает на двигатель. Максимальное токовое реле КА1 срабатывает на превышение тока в цепи и размыкает размыкающий контакт КА1, в цепи управления, катушка контактора КМ3 обесточивается и главные контакты контактора КМ3 размыкаются. Ток проходит через добавочное сопротивление. После разгона двигателя ток в цепи уменьшается и токовое теле КА1 срабатывает и возврашает замыкающий контакт КА1 в нулевое положение, замыкая его, питание поступает на катушку контактора КМ3 которая замыкает главные контакты контактора КМ3.

Реверс двигателя:

Нажатием на кнопку SB3 отключаем питание катушек контакторов КМ1и КМ3, главные контакты контакторов КМ1 и КМ3 размыкаются, и двигатель обесточивается. После того как мы отпустили кнопку SB3 питание снова поступает на катушку контактора КМ3 и он замыкает главные контакты контактора КМ3. Затем нажимая кнопку SB2 подаём питание на катушку контактора КМ2, замыкются главные контакты контактора КМ2, размыкается вспомогательный размыкающий контакт КМ2 и замыкается вспомогательный замыкающий контакт КМ2. Питание поступает на двигатель. Максимальное токовое реле КА1 срабатывает на превышение тока в цепи и размыкает размыкающий контакт КА1, в цепи управления, катушка контактора КМ3 обесточивается и главные контакты контактора КМ3 размыкаются. Ток проходит через добавочное сопротивление. После разгона двигателя ток в цепи уменьшается и токовое теле КА1 срабатывает и возврашает замыкающий контакт КА1 в нулевое положение, замыкая его, питание поступает на катушку контактора КМ3 которая замыкает главные контакты контактора КМ3.

В системе предусмотрены следующие виды защит:

*тепловая :

В системе питания ЭД имеются 2 тепловых реле КК1 и КК2, которые в случае длительной но не значительной перегрузки размыкают размыкающие контакты КК1 и КК2 и этим обесточивают цепь управления ЭД.

*от обрыва фаз:

В системе на 2 произвольные фазы установлены тепловые реле КК1 и КК2 которые в случае обрыва одной из фаз срабатывают на перегрев одной из фаз цепи питания за счёт незначительного но вредоносного превышения тока и размыкают размыкающие контакты КК1 и КК2 и этим обесточивают цепь управления ЭД.

*от короткого замыкания

Защита от короткого замыкания в цепи выполняется автоматическим воздушным выключателем QF. При коротком замыкании контакты QF размыкаются и цепи управления и питания ЭД обесточиваются.[5]

8. Выбор аппаратов управления

Автоматический выключатель: выбираем из условий

Iн.р. ? 1.15*в*Imax;

Iн.р. ? 1.15*1*30.6= 35.2 А;

где

Imax= Iп=6*Iном=5,1*6=30,6А (т.к. Iп/Iном=6);

Iн.р. - номинальный ток расцепления;

в - коэффициент, добавляемый для защиты двигателя от перегрузки (в=1при лёгких условиях пуска).

Условие Iн.р. ? 35.2 Iном ;

По справочнику принимаем автоматический выключатель серии АМ35-13/7, с номинальным током расцепления 160А.

Автоматические выключатели серии АМ35 предназначены для максимально-токовой защиты электрических установок и кабелей при перегрузках и замыканиях, а так же для нечастых оперативных включений и отключений этих цепей.

Расшифровка типоразмера:

Автоматический воздушный расцепитель А35-13/7

А35- серия автоматического воздушного расцепителя;

1-Сила тока расцепления 160А;

3- число полюсов(3 полюса);

7- обозначение неавтомотического выключения.

Контактор:

Принимаем контактор КНТ 021-М, предназначенный для цепей постоянного тока и напряжения U=220В;

Расшифровка типоразмера:

Контактор КНТ 021-М:

КНТ- серия;

0- IН=10А;

2- Uцу=220В;

1- 1 размыкающий и 1 замыкающий вспомогательные контакты;

М- морское исполнение.

Тепловое реле:

Iн=5А следует что, Iкк~6А;

Принимаем тепловое реле ТРТ-114 с током расцепления 5,8А.[4]



Список литературы

Быховский Ю.И., Шеинцев Е.А. Электрооборудование судов рыбной промышленности. М,: Колос, 1996.

Справочник по электрическим машинам: В 2 т./С74 под общ. Ред. Копылова И. П., Клокова Б.К.. Т. 1.-М.: Энергоатомиздат, 1988.-456 с.: ил. ISBN 5-283-00500-3

Правила классификации и постройки морских судов. Регистр СССР. М.: Транспорт, 1990. Т. 2.

Справочник судового электротехника: В 3 т. / Под общ. ред. Г.И. Ката-енко. Л.: Судостроение, 1990. Т. 2.

Матафонова Е.П. Аппаратура управления и защиты. Виды защит в электроприводе: Метод, пос. к практ. занятиям. Владивосток: Дальрыбвтуз, 1998. электропривод лебедка двигатель ротор

Белова М.В., Матафонова Е.П. Типовые схемы управления электроприводом: Метод, пос. к практ. занятиям. Владивосток: Дальрыбвтуз, 1999.

Белова М.В. Электрические схемы производственных механизмов: Метод, пос. к практ. занятиям. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2001.

Размещено на Allbest.ru

...