Проектирование электромеханического

Рулевого привода

При расчете данного типа электропривода следует воспользоваться пунктами 3.1, 3.3, 3.4, 3.5 излагаемых в п.3 "Проектирование электропривода рулевого устройства". Вместо раздела 3.2 следует произвести следующие расчеты (более подробно излагается в литературе [4]).

4.2 Расчет электромеханического рулевого привода.

4.2.1 Исходные данные.

4.2.2 Расчет первого приближения.

4.2.3 Расчет второго приближения.

4.2.4 Проверка электродвигателя на продолжительность перекладки.

4.2.5 Проверка электродвигателя на нагрев.

4.2.6 Проверка на допустимое число вычислений.

Примечание. Технические данные судна для расчета рулевого электропривода с механической передачей взять из табл. 2.3.

4.2 Расчет электромеханического рулевого привода.

4.2.1 Исходными данными для расчета являются:

4.2.1.1 Опорный момент — максимально возможный момент на баллере M _бmaкс; максимальный угол перекладки a _макс и соответствующий ему момент M _{б a макс}; время перекладки с борта на борт на переднем ходу T; передаточное число привода i; общий КПД h; момент инерции привода, приведенный к валу двигателя J_пр; заданное число включений при удержании судна на курсе Z при среднем угле перекладки a _ср. Для определения момента сопротивления на валу двигателя используется выражение: M _с = M _б /(i^. h).

Общее передаточное число привода равно произведению передаточных чисел его отдельных звеньев i=i1*i2*i3.

Общий КПД привода, состоящего из последовательно соединенных звеньев, равен произведению КПД отдельных звеньев.

В приближенных расчетах КПД на основании опытных данных принимают равным 0,9 ¸ 0,8 и учитывают только трение скольжения зубьев. Для отрицательного момента КПД всех звеньев передачи вычисляются по формуле:

,                                                                               (4.1)

справедливой при условии что h £ 0,5.

КПД червячной передачи принимаем h _ч =0,35 ¸ 0,4.

4.2.1.2 Номинальный расчетный момент двигателя определяется в зависимости от максимально возможного момента на баллере M _бmax и перегрузочной способности двигателя l:

,                                                          (4.2)

где l =1,6 ¸ 2,0 для ДПТ;

l =1,2 ¸ 1,4 для двигателей переменного тока.

4.2.1.3 Номинальная расчетная частота вращения электродвигателя определяется заданным временем перекладки:

,                                           (4.3)

где y - функционал, учитывающий переменный характер момента сопротивления и изменения частоты вращения двигателя. Числовое значение y =1,2 ¸ 2,5 в зависимости от типов руля и двигателя. Для двигателя с абсолютно жесткой характеристикой с Sн=0, y =2.

Для упрощения расчетов можно принять, что момент сопротивления при перекладке обыкновенного руля от борта к ДП или балансирного руля от борта до угла a =2* a ₁ остается постоянным и далее прямолинейно возрастает, а МХ двигателя носит прямолинейный характер, то y будет определяться по формуле:

,                            (4.4)

 

где ,

S_н - номинальное скольжение двигателя;

м₀ - относительное значение момента при прохождение пера руля через ДП, определяемое потерями холостого хода и принимающее значение в пределах от 0,1 при h =0,45 до 0,3 при h =0,25;

,

где м_сaмакс –относительное значение момента сопротивления при максимальном угле перекладки;

a ₁ -угол перекладки, соответствующий для балансирного руля минимальному значению момента.

4.2.1.4 Номинальная расчетная мощность ИД определяется по выражению:

,                                    (4.5)

где M _нр - номинальный расчетный момент ИД, [Н^.м];

n_нр - номинальная частота вращения,[c^-1].

4.2.1.5 По каталогу выбираем двигатель в соответствии с полученной расчетной мощностью Р_нр; заданной формой исполнения (IP44, IP55, ip56); номинальным режимом (обычно принимают кратковременный режим продолжительностью 30-60 мин); изоляцией обмотки (водостойкая и влагостойкая); температурой окружающей среды 40^°С, при этом необходимо выполнение условий:

n_нкат ³ n_{нр , ,}

М_нкат ³ М_{нр .}

4.2.1.6 Мощность генератора в системе Г-Д выбирают, исходя из необходимости обеспечить заданную частоту вращения холостого хода электродвигателя n₀ и номинальный момент М_нр.

.                            (4.6)

Мощность приводного двигателя к генератору Р_нд определяют с учетом КПД генератора h _г и КПД двигателя рулевого устройства h _а, тогда:

.                                           (4.7)

Частоту вращения приводного двигателя n_пд принимают равной частоте вращения генератора n_г.

4.3 Расчет второго приближения.

4.3.1 По данным кривой момента на баллере M _d (a) строят зависимость m_c(a)=M_б(a)/i^. h ^. M_H. На том же рисунке строят естественную характеристику m_e(n) выбранного электродвигателя. Кроме того, в случае необходимости наносят искусственные характеристики разгона m_uk(n) и торможения m_T(n).

4.3.2 Для нахождения первой расчетной точки определяют момент m_c[ a (0)].

4.3.3 По первой искусственной характеристике двигателя m_u1(n) определяют движущий момент m[n(0)] при n(0)=0.

4.3.4 Задаются шагом интегрирования D t₁ и определяют значение частоты вращения двигателя и значение угла перекладки руля в конце первого шага.

          (4.8)

.                           (4.9)

Для найденного значения n₁ по m(n) определяют m₁=m[n(0+ D t)]; по статической характеристике m_c(a) для a (0+ D t) определяют соответствующее m_c1=m_c[ a (0+ D t₁)].

4.3.5 Аналогично производят расчет для каждого последующего шага интегрирования D t_j.

Условием перехода с К-й искусственной характеристике m_uk(a) на (К+1)-ю и с последней, N-й искусственной характеристики на естественную (m_c=m_N+1) является достижение такой частоты вращения n_k, которой на характеристике m_uk+1 соответствует максимально допустимый момент m_макс. Условием перехода с естественной характеристики (m_N+1) на характеристику динамического торможения (m_T=m_N+2) является углом перекладки a заданного значения q, близкого к конечному значению a _кон. Условием окончания расчета по характеристике динамического торможения является n=0 (полная остановка привода), когда a» a _кон.

Вычисления следует вести в табличной форме, по которой необходимо построить графики a (t), n(t), m(t).

4.4 Проверка выбранного двигателя заданным параметрам.

4.4.1 На основании данных расчета рассчитывают фактическое время перекладки по формуле:

,                                  (4.10)

где t ₀ – время паузы.

Если T £ T₃ двигатель удовлетворяет заданному времени. Если T значительно меньше или больше заданного, необходимо выбрать другой двигатель.

4.4.2 Временем разгона приближенно можно считать суммарное время работы по всем искусственным характеристикам, т.е.

.                                                               (4.11)

Время установившегося движения t _уст равно продолжительности работы на естественной характеристике, время торможения t_т равно продолжительности работы на характеристике динамического торможения.

4.4.3 Проверка двигателя по условиям нагрева.

Проверка двигателя по условиям нагрева ведется для режима маневрирования судна и режима удержания его на заданном курсе. При этом проверка для ДПТ ведется методом эквивалентного момента, а двигателя переменного тока – методом эквивалентного тока.

Проверяя двигатель в режиме маневрирования судна, рассчитывают m², D t или i², D t для каждого шага. Эквивалентные значения момента или тока определяют по выражениям:

,                                                 (4.12)

.                                              (4.13)

4.4. Проверка на допустимое число включений.

Если m_экв или i_экв меньше допустимых, то .

5 Проектирование электропривода