Сравнительная характеристика якорно швартовных механизмов. Назначение и состав якорного устройства

Общие сведения. Якорное устройство судна — это совокупность приспособлений и механизмов, служащих для удержания судна на якоре, его подъёма, отдачи и хранения. Якорное устройство включает: якоря; якорные цепи; якорные и палубные клюзы; винтовые стопора, закрепляющие якорь и цепь; подъёмный механизм — якорная лебёдка (брашпиль, или шпиль с тормозами и счётчиками длины вытравленной цепи); цепной ящик с устройствами крепления и отдачи якорных цепей (жвако-галс и глаголь-гак).

Швартовное устройство судна — совокупность приспособлений и механизмов для удержания судна во время стоянки судна у причала или у борта другого судна. Швартовное устройство включает швартовы, кнехты, утки, киповые планки, швартовные клюзы, вьюшки, швартовные лебёдки или шпили.

Основными типами якорно-швартовных механизмов являются якорно-швартовный брашпиль или якорно-швартовные шпили.

Схемы брашпиля и шпиля приведены на рисунках:

Техническое обслуживание брашпиля и шпиля включает:

Наружный осмотр брашпиля и шпиля;

Проверка уровня масла в редукторах;

Проворачивание брашпиля и шпиля в течение 1-2 минут на полной скорости вращения с целью предупреждения контактных повреждений в зубчатых передачах и шарикоподшипниках;

Шприцевание стопоров якорных цепей, приводов тормозных и разобщительных устройств якорных цепей. Особенно тщательно необходимо смазать внутренние втулки цепных звёздочек через установленные на их верхних буртах колпачковые маслёнки;

Слив отстоя масла из редукторов и пополнение его до рабочего уровня (при наличии в отстое металлических включений вскрыть редуктор соответствующего механизма, найти и устранить причину повышенного износа деталей);

Проверка состояния резьбовых соединений;

Замена масла в редукторах брашпиля и шпиля через каждые два года.

Дефектоскопия и ремонт якорного устройства.

Определяющими дефектами якорного устройства являются: механическое и коррозионное изнашивание якорей, цепей, цепного ящика, жвака-галса, глаголь-гака, бортовых клюзов, стопоров. Дефекты якорного устройства определяют внешним осмотром и измерением.

Якорь заменяют, если его первоначальная масса из-за коррозии и изнашивания уменьшится более чем на 20%. При ремонте якорей допускается по согласованию с Российским морским Регистром судоходства применение сварки при устранении трещин в сварных швах (сварных конструкциях). Отремонтированные якоря испытывают бросанием на стальную плиту толщиной 100 мм с высоты от 3,5 до 4,5 м в зависимости от массы якоря. После испытаний якорь подвешивают, обстукивают и по звуку определяют наличие трещин.

Звенья цепей и другие элементы цепей с трещинами и износами свыше 10% калибра цепи заменяют на новые. Отремонтированные цепи испытывают по смычкам пробной нагрузкой на цепопробных станах. Величина нагрузки зависит от калибра и категории цепи (по ГОСТ 228-79).

Цепной ящик, палубные клюзы следует периодически очищать от грязи и ржавчины и окрашивать.

Специальное устройство для быстрой отдачи коренного конца якорной цепи должно быть хорошо расхожено и смазано в трущихся частях.

Изношенные и повреждённые детали якорных цепей (жвака-галс, глаголь-гак, вертлюга, скобы) либо восстанавливают электросваркой, либо заменяют.

Дефектоскопия и ремонт швартовного устройства.

К характерным дефектам швартовного устройства относят: изнашивание швартовных клюзов, кнехтов, киповых планок и направляющих роульсов, а также трещины и поломки. Стальные кнехты, киповые планки и клюзы ремонтируют электросваркой, а чугунные — заменяют.

Стальные тросы заменяют, если число лопнувших проволок составляет более 10% их количества в тросе на длине равной восьми его диаметрам.

Дефектоскопия и ремонт брашпиля и шпиля.

Фундаментная рама брашпиля и стальные литые стойки практически не изнашиваются при хорошем уходе за ними. У стоек фундаментной рамы возможно изнашивание поверхностей, на которых установлены постели подшипников. На этих опорных поверхностях, из-за ослабления посадки подшипников в своих постелях, образуются наклёп и вмятины. Эти дефекты устраняют способом калибровки постелей подшипников. Если вмятины и наклеп невелики, то ограничиваются ручной калибровкой. Снимают грузовые валы, стойки прочно крепят к раме. Изготавливают фальшвал, подобный грузовому валу, и укладывают его в подшипники. Покрытые краской шейки фалышвала оставляют следы на поверхности подшипников. Эти неровности шабрят одновременно на всех подшипниках. Операцию повторяют до тех пор, пока фальшвал не ляжет в подшипники. Такая укладка фальшвала гарантирует правильную геометрическую форму и соосность постелей на всех стойках. В случае больших деформаций раму с прочно скреплёнными стойками устанавливают на плите расточного станка и поверхности протачивают с одной установки, после чего постели подшипников калибруют с помощью фальшвала. Трудоёмкость ручных работ в этом случае значительно сокращается.

Подшипники, имеющие изнашивание на внутренней поверхности, в случае, если валы ремонтируют наплавкой шеек, можно расточить (если это позволяет толщина стенки вкладыша), а вал наплавить и проточить с учётом диаметра расточенного подшипника. Если же вал в хорошем состоянии, заменяют вкладыши подшипников на новые. Подшипники, ослабленные в постели, подлежат замене.

В судовом машиностроении всё больше внедряют подшипники качения вместо подшипников скольжения, что упрощает ремонт, который состоит в их замене.

Ремонт вала, имеющего изнашивание шеек и изгиб, выполняют в следующей последовательности. Вал устанавливают на станок в центрах, проворачивают и с помощью индикатора и линейки определяют величину изгиба. Если изгиб настолько велик, что вал установить в центрах невозможно, его укладывают на призмы плиты, нагревают в районе изгиба и гидравлическим прессом устраняют изгиб. Затем, проворачивая вал в центрах на станке, следят за результатами правки. Вал с устранённым изгибом Считают выправленным, если биение не превышает 1 мм. После правки на станке протачивают изношенные рабочие шейки на 10-12 мм под дуговую наплавку, желательно автоматическую, которую производят в три слоя. После неё вал подвергают термической обработке, режим которой устанавливают, уточнив химический состав стали. Затем вал снова устанавливают на станок и проверяют биение, если он деформировался, вал снова правят и приступают к токарной обработке и фрезерованию шпоночных пазов.

При дефектоскопии следует знать предельно допустимые износы: для шеек грузового вала овальность равна 0,25 мм, конусообразность — 0,15 мм; для шеек промежуточного вала — овальность 0,30 мм, конусообразность — 0,15 мм; для вала редуктора — овальность и конусообразность составляет 0,06-0,8 мм.

Задиры, риски и забоины, обнаруженные на валах шестерён, шлифуют на токарном станке, или вручную с помощью наждачного полотна, смоченного в масле, а затем окончательно обрабатывают пастой ГОИ.

Зубчатые колёса и шестерни, имеющие значительные повреждения (трещины, большое изнашивание зубьев), заменяют на новые.

Дефекты кулачковых и зубчатых муфт: смятия, задиры, изнашивание рабочих поверхностей кулачков, звёздочек и зубьев, ослабление посадки полумуфт на валах, поломка кулачков и зубьев и т.п. Задиры и смятие кулачков и зубьев исправляют опиловкой и шабрением. При значительном изнашивании кулачков восстановление их толщины производят электронаплавкой с последующей обработкой на строгальном станке. Затем рабочие поверхности кулачков пригоняют на краску по кулачкам полумуфт с точностью два-три пятна на 1 см2. Боковой зазор между кулачками у отремонтированных муфт с нерабочей стороны должен быть в пределах 1,5-2 мм.

Ослабление посадки полумуфт на валах устраняют электронаплавкой с последующей расточкой под посадочный размер. Звёздочки и полумуфты со значительным изнашиванием, трещинами, поломанными кулачками и зубьями заменяют новыми. Монтируя муфты, необходимо выдержать параллельность плоскостей соединения полумуфт и их перпендикулярность осям валов с точностью 0,02 мм на 1 м длины.

У упругих втулочно-пальцевых муфт возможно изнашивание упругих колец, погнутость пальцев, выработка отверстий под пальцы. Изнашивание упругих колец и выработка отверстий под пальцы допускаются до 2 мм на диаметр.

Зазор между упругим элементом и отверстием не должен превышать 1-2 мм. При замене упругих колец они должны быть посажены на пальцы плотно, без зазора.

Погнутые пальцы заменяют. Разработанные отверстия под пальцы развёртывают на больший диаметр, или отверстия заваривают электросваркой с последующим сверлением новых. Для увеличения срока службы пальцев эластичных муфт можно их периодически поворачивать.

В устройствах дистанционной отдачи якоря в основном используются электропневмогидравлические и элекгрогидравлические системы. Одна из таких систем представлена на рисунке 2.6. В состав устройства входит силовой гидроцилиндр 22 с пружиной 23, приводимый в действие электропневмогидравлической системой с панели дистанционного управления ПДУ В ходовом режиме тормозной барабан 20 якорного шпиля зажат ленточным тормозом 19 с помощью ручного валикового привода 17 и червячной передачи 24. Один конец ленты с гайкой 18 жёстко связан с корпусом шпиля, другой - с подвижным гидроцилиндром 22. Усилие зажатия ленточного тормоза определяется степенью первоначального сжатия силовой пружины 23 ручным приводом. При вращении валика 17 резьбовой шток

1. 
   жёстко соединённый с червячным колесом, будет вворачиваться в гайку 18, стягивая тормозную ленту.

Рассматриваемая система позволяет производить аварийную и автоматизированную дистанционную отдачу якоря. В первом случае на ПДУ нажимается кнопка 11 аварийной отдачи якоря, и якорная цепь вытравливается до тех пор, пока утоплена кнопка. Во втором случае переключателем 12 устанавливается требуемая длина вытравливаемой части якорной цепи, а затем нажимается кнопка 13 автоматической отдачи якоря.

Длина вытравленной цепи контролируется по свечению лампы 15 и шкале указателя 14. Лампа загорается при нажатии любой из кнопок и гаснет после того, как якорь опустился ниже клюза на 2 м. После этого загорается лампа 16, что указывает на готовность отдачи якоря. Лампы управляются с помощью микровыключателей 31, приводимых в действие кулачком 30, который поворачивается через редуктор Р, передачу 32 от грузового вала шпиля. От этой же передачи вращается якорь сельсин-датчика СД, подающего электрический сигнал на указатель длины вытравленной цепи. В автоматическом режиме по сигналу от СД подаётся управляющий импульс на торможение барабана шпиля при достижении установленной ранее длины вытравленной цепи.

Система управления работает одинаково при любом режиме отдачи якоря. При нажатии кнопки 13 автоматической отдачи якоря получает питание катушка соленоида 6, якорь которой перемещает золотник 5 вниз, преодолевая действие пружины. Вследствие этого воздух из напорной магистрали через редукционный клапан 2, сепаратор 4 и золотник 5 подаётся на золотник 3, который давлением управляющего воздуха смещается влево, преодолевая действие возвратной пружины и открывая путь сжатому воздуху в пневмогидравлический дифференциальный цилиндр 7.

Под давлением воздуха поршень в дифференциальном цилиндре перемещается и вытесняет масло из нижней полости с давлением обратно пропорциональным соотношению площадей цилиндров. Масло через невозвратный клапан 8 подаётся в гидроцилиндр 22, который, преодолевая действие силовой пружины 23, перемещается относительно поршня, ослабляет ленточный тормоз, растормаживая барабан 20. Под действием силы тяжести якоря барабан начинает вращаться, а якорная цепь - вытравливаться.

От барабана шпиля 20 через вал приводится в действие шестерённый насос 25, являющийся чувствительным элементом отрицательной жесткой гидравлической обратной связи. Масло этим насосом через невозвратный клапан 26 подаётся в верхнюю полость гидроцилиндра 22 и к регулирующему клапану 27. Давление, создаваемое насосом, определяется частотой вращения барабана 20 и соответственно сила, действующая на поршень и гидроцилиндр. Эта сила, складываясь с силой действия пружины, перемещает цилиндр вверх и притормаживает барабан, уменьшая скорость отдачи якоря. Из нижней полости гидроцилиндра масло вытесняется, запирает невозвратный клапан 8 и перетекает в дифференциальный цилиндр 7 через регулирующий клапан 9. Плавность рассматриваемого процесса определяется степенью открытия регулирующего клапана 9, а также давлением масла, создаваемого насосом 25. Это давление, в свою очередь, регулируется проходным сечением регулирующего клапана 27. Система настраивается на скорость отдачи якоря 2,3 м/с, что должно соответствовать давлению масла 12-15 МПа. При превышении максимального давления масло через предохранительный клапан 28 перепускается во всасывающую магистраль насоса. Фильтр 29 служит для очистки от механических примесей масла, идущего на рециркуляцию от насоса 25 и верхней полости гидроцилиндра

22.

При достижении заданной длины вытравленной цепи по сигналу от СД из ПДУ подаётся команда на отключение питания соленоида 6. Золотники

1. 
   и 5 под действием возвратных пружин вернутся в первоначальное положение, и воздух из верхней полости дифференциального цилиндра 7 стравится в атмосферу. Давлением масла в верхней полости и силой действия пружины гидроцилиндр 22 переместится и окончательно затормозит барабан 20. Масло из нижней полости гидроцилиндра через регулирующий клапан 9 перетечёт под поршень дифференциального цилиндра 7, поставив его в исходное положение.

Приведённая схема автоматизации якорного механизма полностью не устраняет применение ручных операций. Для их исключения необходимо автоматизировать процесс отдачи и затяжки винтового стопора якорной цепи.

Для упрощения и ускорения швартовных операций на крупнотоннажных морских судах получили применение автоматические швартовные лебёдки, которые обеспечивают не только подтягивание судна, но и удержание его с постоянным заданным натяжением швартовного троса. Автоматическое управление лебёдкой обеспечивает выбирание троса и вытравливание его. Это особенно важно в процессах погрузки-выгрузки, связанных со значительным изменением осадки судна.

При автоматическом управлении лебёдка должна: травить швартов при увеличении усилия выше заданного верхнего предела; удерживать швартов при уменьшении нагрузки ниже заданного нижнего предела; удерживать швартов при нагрузках, не превосходящих суммарный предел натяжения каната. Длина стравливаемого каната (при увеличении нагрузки) ограничивается некоторыми пределами, которые можно задавать при включении лебёдки на автоматическую работу. Последнее вызвано необходимостью предотвратить самопроизвольный отход судна от причала, который возможен, например, при внезапном увеличении ветра.

По принципу автоматического устройства лебёдки подразделяются на два типа: со взвешивающим устройством и работающие по принципу уравнивания моментов, возникающих со стороны швартовного троса и приводного двигателя. Устройства второго типа применяются с приводными паровыми машинами. Устройства первого типа аналогичны устройствам автоматических буксирных лебёдок, рассматриваемых в следующей теме.

На судах внутреннего и смешанного плавания автоматические швартовные лебёдки широкого применения не получили.
Тема 2.4 Автоматизация рулевых устройств
Для облегчения труда вахтенных рулевых на судах озёрного и смешанного «река- море» плавания применяются авторулевые, использование которых началось с 1950-х годов. Все авторулевые по основной выполняемой функции можно разделить на две группы. К первой относятся авторулевые, обеспечивающие прямолинейное движение судна по заданному курсу. Его изменение осуществляется вручную вахтенным начальником путём задания нового курса. Режим работы авторулевого в этом случае называется «следящим». Вторая группа включает авторулевые, которые обеспечивают перемещение судна из одного пункта в другой по заданной программе, которая вводится вахтенным начальником. Режим работы авторулевого называют «программным регулированием».

В процессе работы система автоматического регулирования подвергается внешним воздействиям:

а) возмущающим воздействиям f ( t ) (например, действие на корпус судна волн, ветра, течений);

б) управляющим воздействием ф (t ) (введение поправок по курсу

судна).

Управляющие воздействия задаются человеком (вахтенным начальником, рулевым) на вход системы, а возмущающие воздействия направлены к объекту регулирования (судну).

Для эффективного решения задач слежения (точная и быстрая реакция на управляющие воздействия) и регулирования (устранение влияния возмущающих воздействий) в современных авторулевых используется пропорционально- интегрально- дифференциалный (ПИД) закон управления

где в - угол поворота руля;

а - угол рассогласования (ошибка), равный а = а з -а и ; а з - заданный курс судна; а - истинный курс судна.

Введение производной при А 2 ^ 0 (сигнал, пропорциональный скорости отклонения судна от заданного курса) уменьшает колебания судна около установившегося значения (рыскание), время затухания переходных процессов и повышает чувствительность авторулевого.

Интегральная составляющая в законе управления при А 3 ^ 0 вводится для повышения точности удержания судна на заданном курсе при наличии

возмущающих воздействий, имеющих постоянную составляющую момента (ветер, разность частоты вращения гребных винтов и т. д.).

На судах применяются авторулевые различных типов. Авторулевые типа АТР и «Аист» предназначены для стабилизации судна на заданном курсе и устанавливаются на судах неограниченного района плавания. Авторулевой «Печора» предназначен для стабилизации судна на заданном курсе, изменения курса с заданной угловой скоростью; устанавливаются на судах внутреннего и смешанного плавания. Авторулевые обеспечивают разные режимы работы (виды управления). Например, авторулевой «Печора» выполняет семь видов управления: «Автомат», «Циркуляция», «Следящий», «Следящий синхронно», «Следящий раздельно», «Простой», «Ручной».

Рассмотрим упрощенную структурную схему авторулевого при виде управления «Автомат», представленную на рисунке 2.7. Чувствительным элементом системы является гирокомпас ГК. Он измеряет истинный курс

Рисунок 2.7 - Упрощенная структурная схема авторулевого

17

судна и через синхронную передачу передаёт угол поворота судна по курсу в авторулевой.

Сельсин-приёмник СП курса через необратимую передачу НП поворачивает вал механического дифференциала МД. На второй вал МД от штурвала подаётся заданное значение курса а з . На выходном третьем валу МД получается разность между заданным и истинным значением курса, т. е. угол а.

Выходной вал МД поворачивает датчик курса ДК, который вырабатывает сигнал, пропорциональный углу рассогласования судна по курсу

где a 1 - коэффициент передачи ДК.

Таким образом на входе У суммируются три сигнала

Этот сигнал подаётся на вход усилителя У Дифференцирующим ДУ и интегрирующим ИУ устройствами вырабатываются дополнительные сигналы соответственно пропорциональные скорости отклонения судна от заданного курса и интеграла от угла отклонения судна

Усилитель У, исполнительный двигатель ИД, рулевая машина РМ, датчик насоса ДН от ИД и рулевого датчика РД образуют следящий рулевой привод, который поворачивает руль судна на угол, пропорциональный суммарному входному сигналу U , поступающему на вход усилителя. В нём этот сигнал усиливается. Напряжение с У поступает на ИД, поворачивающий управляющий орган насоса РМ. При этом на вход У подаётся сигнал отрицательной обратной связи, вырабатываемый ДН. Этот сигнал вычитается из управляющего сигнала У Когда величина отрицательной обратной связи станет равной управляющему сигналу на входе У, разность напряжений станет равной нулю, а, следовательно, и напряжение, подаваемое на ИД, тоже станет равным нулю. Исполнительный двигатель ИД остановится, а управляющий орган насоса повернётся на определённый угол. Насос РМ в соответствии с положением управляющего органа приведёт в движение поршни силового цилиндра СЦ рулевой машины, которые будут поворачивать руль судна с определённой скоростью.

При повороте руля на вход усилителя подаётся сигнал отрицательной обратной связи, вырабатываемый рулевым датчиком РД. Он также вычитается

из управляющего сигнала усилителя. Поскольку в рассматриваемый момент разность сигналов на усилителе была равна нулю, то под действием сигнала от РД усилитель будет вырабатывать напряжение противоположной фазы, ИД будет вращаться в обратную сторону и перемещать управляющий орган насоса Н к нулевому положению, при этом сигнал обратной связи датчика насоса ДН будет соответственно уменьшаться. Когда управляющий орган Н вернётся в нулевое положение, РМ прекратит движение, руль остановится в определённом положении, сигнал ДН будет равен нулю, сигнал РД станет равным по величине управляющему напряжению и противоположен по знаку. Разность сигналов на входе У опять будет равна нулю. При этом положение руля определяется величиной поступившего управляющего сигнала и коэффициента передачи КОС (коэффициента обратной связи) датчика РД обратной связи по рулю. КОС - это отношение величины угла отклонения судна от заданного курса к величине угла перекладки руля при отключённом сигнале производной, т. е. КОС равен а/в. Чем меньше КОС, тем на больший угол необходимо повернуть руль, чтобы выработать напряжение обратной связи, равное управляющему напряжению, то есть наблюдается обратно пропорциональная зависимость. Опытные данные показывают, что при уменьшении КОС судно быстрее отрабатывает заданное значение поправки к курсу, но при этом увеличивается перерегулирование и число колебаний судна. Настройка системы управления осуществляется при испытании на стендах и в эксплуатационных условиях.

Якорные механизмы

Якорные механизмы предназначены для отдачи якоря и якорной цепи при постановке судна на якорь; стопорения якорного каната при стоянке судна на якоре; снятия с якоря - подтягивания судна к якорю, выбирания цепи и якоря и втягивания якоря в клюз. Рабочим органом якорного механизма является цепной кулачковый барабан - звездочка.

В зависимости от расположения оси звездочки якорные механизмы делят на брашпили, у которых она расположена горизонтально, и шпили с вертикальным расположением оси звез­дочки. Наибольшее распространение получили брашпили, предназначенные для обслуживания цепей левого и правого бортов и выполнения швартовных операций. На крупнотоннажных судах стали применять по два полубрашпиля (брашпили с одной звездочкой) или якорно-швартовные лебедки, имеющие звездочку и швартовный барабан, смещенные к бортам, что удобно для судов с бульбовым носом.

Брашпили и полубрашпили размещены на палубе, что упрощает их обслуживание, осмотр и ремонт.

Шпиль предназначен для работы с одной цепью и обычно имеет швартовный барабан, который располагается на палубе, а привод - в помещении под палубой. Вертикальная ось барабана позволяет подводить к нему швартов с любой стороны.

Якорные механизмы обеспечивают безопасность плавания судна, поэтому по требованиям Регистра СССР привод этого механизма должен обеспечить выбирание одной якорной цепи вместе с якорем со средней скоростью не менее 0,15 м/с (9 м/мин) при регламентированном тяговом усилии на звездочке в течение 30 мин без перерыва. Скорость втягивания якоря в клюз должна быть не более 0,12 м/с (7 м/мин). Для отрыва якоря от грунта привод в течение 2 мин должен создать на одной звездочке тяговое усилие не менее 1,5 расчетного. Якорные звездочки должны иметь разобщительные муфты и тормозы, обеспечивающие удержание цепи при усилии, равном 0,8 ее разрывной нагрузки. Усилие на рукоятке привода тормоза не должно превышать 740 Н. Якорные механизмы с несамоюрмозящейся передачей должны иметь автоматические тормоза, включающиеся при отключении или выходе из строя при­вода и создающие тормозной момент, соответствующий усилию в цепи на 30 % выше номинального. Угол охвата цепью звездочки брашпиля должен быть не менее 115°, а для шпиля - не менее 150°. Конструкция звездочки не должна допускать пере­скакивания звеньев через кулачки на всех режимах работы механизма. Приведенные напряжения в деталях механизма, которые могут возникать при разрывной нагрузке цепи, не должны превышать 0,95 предела текучести материала. При номиналь­ном натяжении цепи эти напряжения не должны превышать 0,4лредела текучести.

В качестве привода якорных машин используются электро­двигатели и гидропривод. Для сокращения стояночного времени некоторые механизмы приспособлены для частичной автоматизации якорно-швартовных операций. В современных отечествен­ных и зарубежных стандартах за определяющий параметр якорных механизмов принимают калибр якорной цепи - детали, непосредственно связанной с механизмом.

Швартовные механизмы

Операцию подтягивания и крепления судна к причалам называют швартовкой, а механизмы, предназначенные для выби­рания швартовных тросов и подтягивания судна к причалу, называют швартовными. В качестве швартовных механизмов применяют швартовные шпили и швартовные лебедки.

На морских судах наибольшее распространение получили электрические швартовные шпили, применяют и шпили с гидроприводом. Различают шпили однопалубные, смонтированные на одной палубе, и двухпалубные шпили, у которых привод установлен на палубе, находящейся ниже палубы, на которой находится голова шпиля. Швартовные лебедки имеют электрический или гидравлический привод. Они бывают автоматическими и неавтоматическими - простыми.

Правилами Регистра СССР к швартовным механизмам предъ­являются следующие основные требования.

Номинальное тяговое усилие механизма не должно превышать 1/3 разрывного усилия швартовного троса в целом, принятого по таблице Регистра СССР. Привод должен обеспе­чивать непрерывное выбирание швартовного троса при этом усилии с номинальной скоростью в течение не менее 30 мин.

Скорость выбирания швартовного троса при номинальном тяговом усилии на первом слое навивки троса на барабан не должна превышать 0,3 м/с (18 м/мин).

Требования к приводу швартовных механизмов и прочности их узлов аналогичны требованиям к якорным механизмам.

Самым распространенным швартовным механизмом на новых судах является безбаллерный электрический шпиль. На рис.62.1. показаны кинематическая схема и общий вид шпиля типа Ш5, установленного на судах типа БАТ.

На рис.30. Кинематическая схема и общий вид шпиля типа Ш5

Основанием шпилю служит сварной корпус 9 редуктора, на крышке 8 которого крепится электродвигатель 4 с дисковым тормозом. Стальной литой швартовный барабан 5 свободно вра­щается на стакане 17, закрепленном на крышке 8. Радиальные усилия на барабане воспринимаются бронзовой втулкой 3 стакана, а ступица барабана опирается на бронзовые секторы 6.

Барабан 5 закрыт крышкой 1 с отверстием для заливки смазки. Подъем барабана ограничен фланцем маслосборника 2. В основание барабана 5 запрессован зубчатый венец 7, который вращается шестерней 16 вала, имеющего зубчатое колесо 14. Вал-шестерня 16 уложен на роликоподшипниках 15. Колесо 14 вращается шестерней 21, насаженной вместе с колесом 19 на вал 20, уложенный на шарикоподшипниках. Колесо 19 вращается шестерней 13 вала, который зубчатой муфтой 12 соединен с валом электродвигателя 4.

Лючки 10 служат для осмотра передач и обслуживания клеммной панели 11. Масло для смазки шестерен и подшипников редуктора заливается в его корпус. Опоры барабана и открытую грузовую передачу смазывают густой смазкой через масленки 19. Конденсат из полостей электродвигателя удаляют через 17 и трубки 18, а от клеммной панели - через отверстие с пробкой.

3.3. Судовые подъемно-транспортные механизмы

Грузовые устройства промысловых судов предназначены для перегрузочных операций в море и порту, выполнения вспомогательных работ с орудиями лова, постановки и снятия кранцевой защиты и пересадки людей с судна на судно. Перегрузочные операции в открытом море характеризуются высокой интенсивностью, поэтому их вынуждены проводить на волнении, при ветре и качке судна. Для этих условий наиболее приемлемыми оказываются устройства с грузовыми стрелами, которые получили широкое распространение на промысловых судах. Для выполнения грузовых операций такие устройства оснащены системой блоков и тросов, закрепленных вне стрелы на неподвижных судовых конструкциях - мачтах, колоннах, палубах и т. д. Чтобы сократить время на перегрузочные работы в море, из стреловых грузовых устройств судов создаются специальные перегрузочные комплексы, состав и оснастка которых зависят от размеров и общего расположения ошвартованных друг к другу судов, массы передаваемых грузов, волнения, ветра и т. п.

Морские суда некоторых типов оборудуются грузовыми устройствами с кранами. Краны в отличие от стрел не нуждаются в системе блоков и тросов, закрепленных на неподвижных судовых конструкциях. Их производительность выше, чем грузовых стрел. Однако из-за высокой стоимости и неудобства в работе, даже на небольшом волнении, краны на промысловых судах устанавливают крайне редко.

Большое распространение на промысловых судах получили грузовые устройства, предназначенные для перемещения грузов по судну: транспортеры, рольганги, лотки, элеваторы, тележки, тельферы и т. д.

Плавучие базы некоторых типов имеют специальные грузовые устройства для спуска и подъема на борт судов-ловцов. Наконец, на промысле находят использование бесконтактные способы передачи улова с добывающих судов на производственные рефрижераторы и плавучие базы.

Нормальная эксплуатация современного транспортного судна невозможна без подъемных механизмов, служащих для выполнения грузовых операций и обслуживающих промысловое, шлюпочное и другие устройства. Порты не всегда могут обеспечить своими средствами судовые погрузочно-разгрузочные работы, а рыбный промысел и его обслуживание неизбежно связаны с производством грузовых операций и перемещениями грузов на судне в открытом море. На промысловых судах все вспомогательные промысловые работы - выливка рыбы из орудий лова, смена промвооружения и др. - неизбежно связаны с использованием подъемных механизмов.

По конструктивному выполнению судовые подъемные механизмы можно разделить на три основные группы лебедки, краны и подъемники

Судовые лебедки по назначению разделяют на грузовые и специальные. К последним относятся шлюпочные, буксирные, топенантные и другие лебедки. В зависимости от типа привода лебедки бывают паровыми, электрическими и гидравлическими.

Судовые подъемные краны подразделяются на стреловые, поворотные и козловые, получившие в последнее время распространение на контейнеровозах По роду привода краны делятся на электрические и гидравлические.

К группе подъемников относятся лифты и элеваторы Лифты подразделяются на пассажирские, грузовые и грузопассажирские Подъемники имеют преимущественно электрический привод

Грузоподъемные устройства грузоподъемностью 10 кН и более, предназначенные для погрузки, выгрузки или перемещения груза на судне, подлежат надзору Регистра СССР и проходят ежегодный осмотр Направление движе­ния органов управления грузоподъемными механизмами должно соответствовать движению груза вращение маховика по часовой стрелке соответствует подъему груза, подъему стрелы и повороту вправо, перемещение вертикального рычага на себя или горизонтально вверх - подъему груза или подъему стрелы, перемещение рычага вправо - повороту вправо Органы управления должны иметь обозначения, фиксироваться в нулевом положении и надежно стопориться

Механизмы с гидроприводом должны иметь устройство, исключающее падение груза или самопроизвольное движение стрелы или крана при падении давления в гидросистеме Опускание груза или стрелы должно быть возможно только приводом. Каждый грузоподъемный механизм должен иметь тормоз, обеспечивающий торможение с запасом, который у грузовых и топенантных лебедок должен быть не менее 50 %. У кранов запас должен быть не менее 50% у механизмов подъема груза и не менее 100%- у механизмов подъема стрелы у механизмов поворота запаса может и не быть. Усилие на рукоятке тормоза не должно превышать 160 Н, а на педали - 310 Н. Для тормозов, регулярно применяемых при обычном режиме, эти усилия должны быть уменьшены, по крайней мере, в 2 раза

Краны и подъемники с электрическим приводом должны иметь концевые, выключатели для автоматической остановки механизмов в их крайних положениях.

Проверка обеспечения безопасности эксплуатации грузоподъемных механизмов производится испытаниями и освидетельствованиями. Перед вводом в эксплуатацию все краны, подъемники и стрелы с лебедками должны испытываться пробной нагрузкой, превышающей на 25 % при грузоподъемности менее 200 кН, 50 кН при грузоподъемности от 200 до 500 кН и на 10 % при большей грузоподъемности

Надзору Регистра СССР подлежат судовые электроприводные пассажир­ские и грузовые лифты грузоподъемностью 2,5 кН и более, движение которых осуществляется с помощью тросов ее скоростью подъема и спуска не более 1 м/с

Важными элементами якорного устройства являются якорные механизмы, предназначенные для подъема и отдачи становых якорей и удержания якорной цепи при стоянке судна на якоре.

Поскольку эти механизмы используются также для выбирания швартовных тросов, их часто называют якорно-швартовными.

К ним относятся машины с горизонтальным цепным барабаном - брашпили и якорно-швартовные лебедки и с вертикальным - шпили. Они приводятся в действие с помощью парового, электрического или электрогидравлического приводов. На судах транспортного флота наиболее широкое распространение получили якорные механизмы с электрическими приводами.

Брашпиль с электрическим приводом показан на рис. 33. Вращение электродвигателя 1 через редуктор 2 и систему зубчатых колес 3 передается главному валу 4, уложенному в подшипниках на станине.
На главном валу свободно насажены два цепных барабана - звездочки 5, имеющие углубления для захвата якорной цепи. Звездочки соединяются с валом при помощи кулачковых или фрикционных муфт.
Каждая звездочка имеет ленточный стопор (рис. 34). Его стальная лента 1 охватывает почти всю окружность тормозного диска 2, жестко соединенного со звездочкой. Вращением рукоятки винтового привода 3 по часовой стрелке стягиваются концы стальной ленты, и она надежно зажимает диск звездочки, исключая ее вращение на валу при разобщенных муфтах. Для выбирания швартовных тросов на концах главного или вспомогательного вала имеются вспомогательные швартовные барабаны-турачки.

На судах с бульбообразной формой носовой оконечности часто вместо обычного брашпиля устанавливают в районе якорных клюзов раздельные якорно-швартовные лебедки. Эти лебедки, как и брашпили на современных судах, имеют дистанционное управление из рулевой рубки.

Якорно-швартовный шпиль (рис. 35) с электрическим приводом принципиально отличается от брашпиля лишь тем, что имеет вертикально расположенный главный вал и один цепной барабан (звездочку), т. е. он предназначен для отдачи и подъема одного якоря.
На главном валу выше звездочки имеется швартовный барабан. Звездочка соединяется с валом при помощи муфты и имеет ленточный стопор.

Шпиль устанавливается обычно на кормовой палубе вблизи кормового якорного клюза, а электрический привод - под палубой, что повышает надежность работы электродвигателя, особенно при низких температурах воздуха, и создает лучшие условия для производства швартовных операций.

Снабжение судов якорями, якорными цепями и канатами

Снабжение якорями, якорными цепями и канатами речных судов определяют по Правилам Российского речного Регистра (Глава: Снабжение судов) в зависимости от типа и класса судна но характеристике снабжения N c , м 2

где L, B, H - соответственно длина, ширина, высота борта судна до первой расчётной палубы, м;

l, h - длина и средняя высота отдельных надстроек и рубок, м;

N C =78*(11,8+3,5)+1*(74*2,5+20*5,0)=1478,4 м 2

Количество и длину швартовых канатов на судне выбирают в зависимости от типа судна и условий плавания. Согласно требованиям Российского Речного Регистра разрывное усилие стального швартового каната должно быть не менее, кН

· для судов с характеристикой снабжения более 1000 м 2

F раз =171+3,92*10 -2 (1478,4-1000)= 189,7 кН

калибр цепи d=25 мм

масса одного метра цепи - 14,9 кг

масса каждого якоря - 570кг

количество якорей - 2

Требования Российского речного Регистра к якорно-швартовным механизмам

Требования к якорно-швартовным механизмам и его приводу излагаются в действующих Правилах Российского речного Регистра, которые издаются каждые пять лет.

Согласно Правил для отдачи и подъема якорей массой 50 кг и более, а также удержания судна на якорной стоянке должен быть установлен шпиль или брашпиль. При массе якоря 150 кг и более на этих механизмах должны быть звёздочки.

На буксирах-толкачах всех классов до 590 кВт включительно, оборудованных буксирными лебёдками, допускается замена якорных цепей стальными канатами в кормовом якорном устройстве и использовать в качестве механизма подъема якоря буксирные лебёдки.

На малых судах при применении вместо цепей канатов, разрешается установка якорных лебёдок. На самоходных судах длиной более 60 м, несамоходных толкаемых судах, предназначенных для перевозки воспламеняющихся жидкостей, и толкачах, тормоза механизмов подъёма якорей должны быть оборудованы устройством дистанционной отдачи якоря, исключающим самопроизвольную отдачу якоря..

Устройства дистанционной отдачи якорей должны обеспечивать:

· управление из рулевой рубки (на несамоходных судах - из рулевой рубки толкача) отдачей правого носового, а для толкачей и кормового якоря;

· возможность остановки из рулевой рубки якорной цепи при любой вытравленной её длине;

· продолжительность отдачи якоря не более 15 с, с момента включения дистанционного управления отдачей якоря.

Стопоры и другое якорное оборудование, для которого предусматривается дистанционное управление, должны иметь местное ручное управление. Конструкция якорного оборудования и узлов его местного ручного управления должны обеспечивать нормальную работу при выходе из строя отдельных узлов или всей системы дистанционного управления.

Привод якорно-швартовных механизмов должен соответствовать следующим требованиям:

1. Мощность привода якорно-швартовного механизма должна обеспечивать подтягивание судна к якорю, отрыв и подъём любого из якорей со скоростью не менее 0,12 м/с при номинальном тяговом усилии на звёздочке F 1 , H

F 1 = 22,6 m d 2

где m - коэффициент прочности, принимаемый равным 1,0 - для цепей с распорками; 0,9 - для цепей без распорок;

2. Привод должен обеспечивать выбирание якорной цепи с указанной скоростью и тяговым усилием F 1 в течение не менее 30 минут без перерыва, а также спуск одного якоря на расчетную глубину якорной стоянки.

3. Пусковой момент привода якорного механизма должен создавать тяговое усилие на звёздочке при неподвижной якорной цепи не менее 2F 1 .

4. Привод якорного механизма должен обеспечивать одновременный подъем свободно висящих якорей с половины расчётной глубины якорной стоянки.

5. При подходе якоря к клюзу привод должен обеспечивать скорость выбирания цепи не более 0,12 м/с.

6. Привод швартовного механизма должен обеспечивать непрерывное выбирание швартовного каната при номинальном тяговом усилии с номинальной скоростью не менее 30 минут.

7. Скорость выбирания швартовного каната, как правило не должна превышать 0,3 м/с при номинальном тяговом усилии. Кроме того должна быть обеспечена возможность выбирания каната со скоростью не более 0,15 м/с.

8. Привод швартовного механизма должен быть способен создавать усилие не менее двукратного номинального тягового усилия в течении 15 с.

Внешние силы, действующие на судно

Воздействие ветра и течения на судно вызывает основную нагрузку на якорную цепь при стоянке и определяет статический момент сопротивления на валу электродвигателя в процессе съемки с якоря, когда судно подтягивается к месту заложения якоря.

На стоянке при совпадении по направлению ветра и течения возникает наибольшее воздействие внешних сил на судно и обобщенная сила для винтовых судов определяется арифметической суммой трех составляющих

F " = F B + F " T + F " Г

где F B - сила ветрового воздействия на надводную часть судна;

F" T - сила течения действующая на подводную часть судна;

F" Г - сила течения действующая на неподвижные винты.

Сила ветрового воздействия на надводную часть судна F B зависит от скорости и направления ветра, формы надводной части корпуса, размеров и расположения надстроек. Расчетное значение усилия от ветра можно определить по формуле, Н

F B = К н р в S н

где К н = 0,5 ? 0,8 - коэффициент обтекания надводной части корпуса

р в = сV 2 / 2 - давление ветра, Па;

с = 1,29 - плотность воздуха, кг/м 3 ;

V - скорость ветра, м/с

р в =1,29*10 2 /2=64,5Па

Площадь проекции надводной части судна на миделевое сечение, м 2:

B - ширина судна, м;

H - высота борта, м;

T - осадка, м;

b, h - соответственно ширина и высота судовых надстроек, м.

S н =11,6*(3,5-2,5)+11*2,5+10,5*5 =91,6 м 2

F B =0,5*64,5*91,6=2954,1 Н

Сопротивление корпуса, обусловленное течением, учитывается только сопротивлением трения, так как все другие виды сопротивления (волновое, вихревое) практически отсутствуют вследствие малой скорости течения, Н

где К Т = 1,4 - коэффициент трения;

S см = L (д B + 1,7 T)

Площадь смачиваемой поверхности судна, м 2

Здесь д = 0,75 ? 0,85 - коэффициент полноты водоизмещения;

L, B, T - главные размерения судна, м;

S см =78*(0,8 4 *11,6+1,7*2,5)= 1055,34 м 2

V T - скорость течения воды, м/с.(1,38м/с)

F " T =1,4*1055,34*1,38 1,83 =2663,7 Н

где Z Г - число гребных винтов;

C Г = 200 ? 300 - параметр, увеличивающийся с возрастанием дискового отношения гребного винта, кг/м 3 ;

D В - наружный диаметр гребного винта (насадки), м.

F " Г =2*200*1,5 2 *1,38 2 = 1713 , 96 Н

F "=2954,1+2663,7+1713,96=7331,96 Н

Состояние якорной цепи при съеме судна с якоря

При подтягивании судна к месту заложения якоря изменяется состояние якорной цепи, что приводит к изменению нагрузки электропривода. Для облегчения анализа работы якорного механизма и оценки усилий на клюзе рассматриваемый процесс условно разделяют на четыре стадии.

I стадия - выбирание лежащей на грунте цепи.

С включением якорного механизма судно начинает разгонятся до постоянной скорости, равной скорости выбирания цепи, и подтягиваться к месту заложения якоря. Сила внешнего воздействия увеличивается за счёт увеличения относительной скорости течения и определяется уравнением, Н

F = F B + F T + F Г

Здесь для расчета силы сопротивления корпуса и силы воздействия потока на гребные винты, относительная скорость течения определяется арифметической суммой скорости течения V T и абсолютной скорости подтягивания V П. Скорость подтягивания судна находится в пределах 0,1 ? 0,3 м/с.

V ? =1,38+0,3=1,68м/с

Уравнения (1) и (2) примут вид

F T =1,4*1055,34*1,68 1,83 =3818 Н

F Г =2*200*1,5 2 *1,68 2 =2540,16 Н

F =2954,1+3818+2540,16= 9312,26 Н

Увеличивается длина провисающей части цепи и на клюзе устанавливается равновесие горизонтальных сил.

Держащая сила якоря возрастает и становится равной обобщенной силе внешних воздействий в новых условиях.

Т 0 = F=9312,26 Н

Отсюда, на основании уравнения определяется длина провисающей части цепи L 2 , м

где: b - высота клюза над водой, м.

m ц - линейная плотность цепи, кг/м: при отсутствии справочных данных может быть определена по эмпирической формуле m ц = 0,0215 d 2 , где d - калибр цепи, мм.

Длина цепи лежащей на грунте L 1 , м

L 1 = L - L 2

L 1 = 200-142,2=57,8 м

где L - длина вытравленной якорной цепи, обычно принимается при расчётах равной полной длине цепи правого якоря, м. L=2,5h

Длина выбираемой части цепи на этапе L I = L 1 .

При установившейся скорости движения судна тяговое усилие на цепной звездочке постоянно, Н

T з1 =1,3*0,87*9,81*13,4 * =24352,9 Н

где f кл = 1,28 ? 1,35 - коэффициент потерь на трение от клюза до цепной звёздочки.

II стадия - спрямление провисающей части цепи.

После поднятия последнего звена цепи, лежащего на грунте, якорная цепь укорачивается, натягивается.

L II = L 2 - h

L II = 142,2 -80= 62,2 м

Силы натяжения и углы их приложения постоянно меняются, усилия на клюзе и на цепной звездочке возрастают. Наступает момент, когда происходит отрыв якоря, означающий конец второй стадии. Значение отрывной силы зависит от характера сцепления якоря с грунтом и в конкретных случаях является трудноопределимым. Российский речной Регистр на основании статистических исследований позволяет считать силу подрыва якоря Холла равной его двойному весу. С учетом выше сказанного усилие на цепной звездочке в момент отрыва определится уравнением, Н

T з2 =1,3* = 32756 Н

где m я - масса якоря, кг.

III стадия - отрыв якоря от грунта.

Является наиболее напряженной стадией. Начинается после подрыва якоря от грунта. Электропривод работает со скоростью, соответствующей отрывной нагрузке. Происходит волочение якоря по грунту на встречу судну.

Учитывая известную неопределённость отрывного усилия, граница между II и III стадиями является условной. При неблагоприятных случаях заклинивания якоря в крупно каменистом грунте усилие на звездочке может значительно превысить отрывное расчетное значение. Электропривод постепенно затормаживается. Отрыв якоря происходит вследствие кинетической энергии судна, проходящего на некоторой скорости над местом заложения якоря. При расчете и построении зависимости Т з = f(L) считают, что усилие на звездочке при волочении якоря по грунту равно усилию Т з II , а длина цепи за время III стадии не изменяется.

IV стадия - подъем свободно висящего якоря.

Начинается с момента, когда оторванный от грунта якорь повисает на цепи. Тяговое усилие на цепной звездочке резко уменьшается, Н

T з3 =1,3*0,87*9,81*(570 + 13,4 *80)= 18218 Н

Происходит подъем якоря. Работа электропривода здесь не связана с движением судна. Тяговое усилие равномерно убывает по мере подъема якоря. При выходе якоря из воды четвертая стадия заканчивается.

Тяговое усилие на цепной звездочке, Н

T з4 =1,3*9,81* 570 = 7269,2 Н

Длина выбранной цепи на этапе, м

L IV = h =80 м

В дальнейшем якорь на малой скорости втягивается в клюз. Облегчённая и непродолжительная работа электропривода на этом участке при энергетических расчетах, как правило, не учитывается. Графическое изображение реальных усилий на цепной звездочке по мере выбирания якорной цепи затруднено из-за возникновения колебания цепи при пуске электродвигателя и приближении судна к якорю, неопределённых и случайных значениях момента при волочении и отрыве якоря от грунта.

В практике расчета якорного электропривода принято пользоваться упрощенной зависимостью усилий на звёздочке от длины якорной цепи. Для упрощенного графического построения принимают:

· усилие на первой стадии постоянно и равно усилию на цепной звёздочке при установившемся движении судна к якорю;

· усилие на второй стадии изменяется линейно и заканчивается усилием на цепной звездочке при отрыве якоря от грунта;

· длина цепи за время третьей стадии не изменяется, т.е. отрыв якоря происходит мгновенно и волочение якоря отсутствует;

· за расчётное значение длины якорной цепи принимается полная длина цепи правого якоря.

Упрощенная диаграмма усилия на звездочке якорного устройства при съемке судна с якоря.

Кроме рассмотренного режима снятия с якоря Правилами предусматривается осуществление электроприводом одновременного подъема двух якорей с половины глубины якорной стоянки.

Усиление на звездочке якорного устройства в начале режима

T 5 =1,3*087*9,81*(2* 570 + 13,4 *200)= 42383,3 Н

в конце режима

T 6 =2*1,3*9,81* 570 = 14538,4 Н

При расчетах электропривода в данном режиме работы глубину якорной стоянки принимают равной длине цепи правого якоря.

Диаграмма усилий на цепной звёздочке при одновременном поднятии двух якорей.

При построении графика зависимости усилий на цепной звездочке от длины вытравленной цепи необходимо помнить, что происходит одновременный подъем двух якорей, что длина цепи каждого из них при этом равна половине длины цепи правого якоря.

Нагрузочные диаграммы якорных электроприводов

Характеристики состояния якорной цепи в процессе съёмки судна с якоря являются основными промежуточными параметрами, позволяющими осуществить построение нагрузочных диаграмм электропривода. Обычно используются упрощенные графические диаграммы зависимостей усилий на цепной звездочке в функции длины якорной цепи (рис. 5.3, 5.4).

Момент на звездочке определяется произведением усилия на звездочке на её радиус

М зв1 = = 4140 Н*м

М зв2 = = 5568,52 Н*м

М зв3 = = 3097 Н*м

М зв4 = = 1235,7 Н*м

М зв5 = = 7205,1 Н*м

М зв6 = = 2471,5 Н*м

где Т з i - текущее значение усилия натяжения на звездочке, Н;

D з - диаметр цепной звездочки, м: диаметр пятикулачковой звездочки, чаще всего применяемой на якорных устройствах речных судов, может быть определён по формуле

D з = 13,7 d =13,7*0,02 5=0, 34 м

где d - калибр цепи, мм.

Момент на валу электродвигателя определяется известным из механики уравнением

M 1 = = 34,7 Н*м

M 2 = = 46,7 Н*м

M 3 = = 26 Н*м

M 4 = = 10,3 Н*м

M 5 = = 60,5 Н*м

M 6 = = 20,7 Н*м

где i - передаточное число редуктора;

з мех - механический коэффициент полезного действия передачи.

Для предварительной оценки передаточного числа задаются скоростью выбирания якорной цепи и частотой вращения электродвигателя.

i = = 142

где n" ном = 670 ? 1400 - ориентировочное значение номинальной частоты вращения электродвигателя, об/мин;

V - скорость выбирания якорной цепи, м/с: согласно требованиям российского Речного Регистра должна быть больше 0,12 м/с и при практических расчетах принимается в пределах (0,14 ? 0,17) м/с.

Полученное значение передаточного числа уточняют по справочнику.

i = 170

Механический коэффициент полезного действия якорно-швартовых механизмов обычно находится в пределах з мех = 0,7 ? 0,75.

Используя данные уравнения получают граничные значения моментов на валу двигателя в процессе съемки судна с якоря.

При построении нагрузочных диаграмм (для якорных механизмов это зависимость момента на валу исполнительного электродвигателя от длины якорной цепи) в масштабе по оси ординат откладывают рассчитанные значения моментов, по оси абсцисс длину выбираемой на каждой стадии якорной цепи.

Нагрузочная диаграмма якорного электропривода при съемке судна с якоря.

Нагрузочная диаграмма якорного электропривода при одновременном поднятии двух якорей.

Определение мощности электродвигателя

швартовой якорный электропривод судно

Предварительный расчёт мощности и выбор электрод

В практике определения мощности исполнительных электродвигателей якорных и якорно-швартовых механизмов расчётное значение номинального момента устанавливают по наибольшему моменту М 2 нагрузочной диаграммы.

При трогании двигателя оказываются повышенными статические коэффициенты трения отдельных пар механизма передачи. Кроме того, необходим некоторый запас на создание активного момента для разгона системы. По опыту завода "Динамо" общий необходимый избыток пускового момента оценивается в 50%: =1,5* 46,7 = 70 Н*м

Тогда, учитывая требования Российского речного Регистра, расчетное значение номинального момента может быть определено по выражению

где л м = 2 ? 2,5 - перегрузочная способность двигателя;

К u = 0,9 - коэффициент запаса на падение напряжения;

К м = 0,9 - коэффициент запаса на механический износ.

Расчетное значение мощности используемого электродвигателя, кВт

где n" ном - расчетное значение номинальной частоты вращения; принималось при определении передаточного числа редуктора.

Двигатель выбирается из каталогов специальных серий, выпускаемых промышленностью для якорно-швартовных механизмов, типа МАП и ДПМ, в зависимости от рода тока и величины номинального напряжения судовой сети. При этом должно выполнятся условие, где Р ном30 - номинальная мощность выбранного электродвигателя в тридцатиминутном режиме работы.

Номинальная частота вращения выбранного электродвигателя n ном должна быть примерно равна расчетному значению номинальной частоты вращения

Тип двигателя- МАП421-4/8

Мощность - 7 кВт

Режим работы - 30-ти минутный на основной частоте вращения

Частота вращения - 1400 об/мин

Напряжение - 380 В

Номинальный ток статора -18,3 А

Пусковой ток - 95 А

Максимальный момент - 145 Н*м cos 9 - 0.84

Опыт расчёта и построения механических характеристик этих двигателей показывает, что наиболее точный результат в области рабочих скольжений дает упрощенная формула Клосса.

где M к = M max = 145 - критический или максимальный момент двигателя, Н м;

0,06- номинальное скольжение;

1500- частота вращения поля статора, об/мин;

3- кратность максимального момента;

47,7 Н*м - номинальный момент, Н м;

Критическое скольжение.

n к = n 0 *(1- S k )=1500*(1-0,34)=990- частота вращения при критическом скольжении

Механическая характеристика асинхронного двигателя.

Проверка выбранного электрод вигателя для якорных механизмов

Проверка на нагрев

Проверка на нагрев электродвигателей якорного механизма проводится при работе привода в двух режимах: съемке с якоря при стоянке на расчетной глубине и подъеме одного якоря; одновременному подъему двух якорей с половины глубины якорной стоянки. Оба режима осуществляются при работе двигателей постоянного тока на естественной характеристике, асинхронных двигателей - на основных обмотках.

Съемка с якоря при стоянке на расчетной глубине.

По значениям моментов М 1 , М 2 , М 3 , М 4 определяются соответствующие значения частоты вращения n 1 , n 2 , n 3 , n 4 , и тока I 1 , I 2 , I 3 , I 4 .

n 1 = 87 0 об/мин

n 2 = 850 об/мин

n 3 = 900 об/мин

n 4 = 930 об/мин

к= = = 0,32 ;

I A 1 = M 1 *к= 34,7 * 0,32 = 11,1 А

I A 2 = M 2 *к= 46,7 *0,32= 14,9 А

I A 3 = M 3 *к=26*0,32=8,32А

I A 4 = M 4 *к=10,3*0,32= 3,2 А

I р = I н * sin ? =18,3* sin 33=9, 9А

I 1 = = = 14, 8A

I 2 = = =17, 8 A

I 3 = = =12, 9 A

I 4 = = = 10,4 A

Рассчитывается время выбирания цепи на отдельных стадиях.

На первой стадии при постоянстве момента М 1 частота вращения n 1 постоянна и время работы, мин

t 1 = = 8,8 мин

На второй стадии момент возрастает линейно от значения М 1 до М 2 , а частота вращения уменьшается от n 1 до n 2 . Средняя частота вращения, об/мин

n 12 = =860 об/мин

Время работы электродвигателя на второй стадии, мин

t 2 = = 9,3 мин

Время отрыва якоря от грунта и характер изменения момента при этом определить достаточно трудно: практически двигатель может остановиться. Поэтому, при расчете на нагрев двигателей якорных и якорно-швартовных механизмов значения момента и тока на 3-ей стадии принимаются равными пусковым значениям, а время стадии - 0,5 мин. На четвёртой стадии момент меняется от значения М 3 до М 4 , частота вращения увеличивается от n 3 до n 4 .

Среднее значение частоты вращения, об/мин.

n 34 = 915 об/мин

время работы электродвигателя, мин

t 4 = =11 мин

Общее время работы электродвигателя при съемке с якоря, мин,

T = 8,8 + 9,3 +0,5+ 11 = 29,6 мин

Диаграмма I = f(t) при съеме судна с якоря.

Эквивалентный ток двигателя при работе по съемке судна с якоря, А

Для речных судов время съемки с якоря не превышает 15 - 20 минут. Согласно отраслевых требований электропривод должен обеспечить последовательно два подъема якоря с расчетной глубины якорной стоянки, при этом стоянка под током в течении 30 с учитывается только один раз. Эквивалентный ток двигателя при последовательной двукратной съемке с якоря, А

Мощность двигателя для якорных и якорно-швартовных механизмов выбирается по 30 минутному режиму работы, поэтому эквивалентный ток необходимо привести к 30 минутному режиму, если время работы при последовательной двукратной съемке с якоря будет больше или меньше 30 минут.

T экв =2*8,8+2*9,3+0,5+2*11= 58.7мин

I экв 30 =16,6* =18,1

Двигатель проходит проверку на нагрев при работе по съемке судна с якоря, если выполняется условие

Подъем двух якорей с половины расчетной глубины якорной стоянки.

По значения моментов М 5 и М 6 (рис 5.6) определяют соответствующие значения частоты вращения n 5 и n 6 и значения токов I 5 и I 6 .

N 5 =780 об/мин

n 6 =910 об/мин

I A 5 = M 5 *к=60,5*0,32=19.3А

I A 6 = M 6 *к=20,7*0,32=6,6А

I 5 = = =21,6 А

I 6 = = = 11,8 А

n 34 = 845 об/мин

время работы в режиме одновременного подъема двух якорей, мин.

t 56 = = 15,6 мин

Диаграмма I = f(t 5) при одновременном подъеме двух якорей.

Эквивалентный ток при одновременном подъеме двух якорей, А

Электродвигатель проходит проверку на нагрев, если выполняется условие

I ном30 =16,9* = 12,1 А

где I ном - номинальный ток электродвигателя в 30-минутном режиме работы, А

Схе ма управления электродвигателем

Выбираем схему кулачковых контроллеров с тиристорными коммутаторами для управления двухскоростного электродвигателя:

Работа схемы:

При переводе маховичка контроллера в рабочее положение (1,2 или 3) сначала замыкаются без тока реверсивные контакты Q3, Q4 или Q5, Q6 (на положении 1) и контакты Q9, Q10 или Q11, Q12 (на положении 2 или 3). Промежуточные положения П являются нефиксированными.

Включение электродвигателя тиристорными коммутаторами ТК происходит только после замыкания контактов S1 и S2. При переводе маховика контроллера в нулевое положение, наоборот, первыми размыкаются контакты S1 и S2, в результате чего тиристоры блока ТК закрываются. Контакты скорости Q9, Q10, а также реверсивные контакты контроллера размыкаются уже при отсутствии тока в цепи. Состояние тиристоров силового блока контролируется реле KV (блок K), контакты которого включены в управляющие цепи тиристорного коммутатора тормоза YB. Силовой тиристорный блок ТК, блок тормоза ТК, а также блоки контроля К и защиты от перенапряжения ЗП размещаются в отдельном шкафу контроллера.

Блок ЗП предназначен для защиты тиристоров силового блока и блока тормоза от кратковременных, но значительных перенапряжений, которые могут возникать в сети, питающий данный привод. Принцип действия защиты основан на том, что конденсатор, включенный на выходе выпрямительного моста, представляет малое сопротивление для импульсов переменного тока.

Выбор аппаратов управления.

Выбираем:1) тиристорный коммутатор сериии ТК-0,4-150:

Номинальное напряжение - 380в

Пусковой ток - 150А

2)Автоматический выключатель серии ВА 57-31

Номинальнай ток - 25А

3)Тепловое реле марки РТЛ-1022 18-25А

Литература

1. Шмаков М.Г. Климов А.С. Якорные и швартовные устройства. - Л.: Судостроение, 1964. - 415с.

2. Чиняев И.А. Судовые вспомогательные механизмы. - М.: Транспорт, 1989. - 294с.

3. Судовые электроустановки и их автоматизация. /К.Т. Витюк, П.И. Гриценко, П.К. Коробов, В.В. Тихонов/ 2-е изд. - М.: Транспорт, 1986. - 448 с.

4. Бабаев А.М. Ягодкин В.Я. Автоматизированные судовые приводы. - М.: Транспорт, 1986. - 448 с.

5. Головин Ю.К. Судовые электрические приводы. - М.: Транспорт, 1991. - 327 с.

6. Российский речной Регистр. Правила (в 3-х т.). Т.1.- М: Марин инжиниринг сервис, 1995. - 329 с.

7. Российский речной Регистр. Правила (в 3-х т.). Т.2.- М: Марин инжиниринг сервис, 1995. - 432 с.

8. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей. - М.: Госэнергоиздат, 1963. - 528 с.

9. Яуре А.Г. Покрасс И.И. Белый В.А. Электроприводы палубных механизмов. - Л.: Судостроение, 1967. - 314 с.

10. Чиликин М.Г. Сандлер А.С. Общий курс электропривода. - М.: Энергоиздат, 1981 - 576 с.

11. Судовые электроприводы. Справочник /А.П. Богословский, Е.М. Певзнер, И.Р. Фрейдзон, А.Г. Яуре/. Т1 - Л.: Судостроение, 1983. - 352с.

12. Судовые электроприводы. Справочник /А.П. Богословский, Е.М. Певзнер, И.Р. Фрейдзон, А.Г. Яуре/. Т2 - Л.: Судостроение 1983. - 384с.

13. Справочник судового электротехника /Китаенко Г.И./. (в 3-х т) т1 - Л.: Судостроение, 1980. - 528 с.

Подобные документы

Определение массового водоизмещения проектируемого буксирного судна; его главных размеров, коэффициентов полноты водоизмещения, конструктивной ватерлинии и мидель-шпангоута. Уточнение величины осадки. Проверка выполнения требований Речного Регистра.

контрольная работа , добавлен 15.09.2012


Судна, в которых применяется продольная система набора. Оценка плавучести судна и особенности нормирования этого качества. Регламентирование грузовой марки. Назначение якорного устройства, его составные части и расположение. Движители быстроходных судов.

контрольная работа , добавлен 17.05.2013


Вероятность опрокидывания судна. Расчётная ситуация "Критерий погоды" в Требованиях Российского Морского Регистра судоходства. Определение опрокидывающего момента и вероятности выживания судна. Требования к посадке и остойчивости повреждённого судна.

презентация , добавлен 16.04.2011


Определение длины якорной цепи, необходимой для удержания судна на якоре и силы ее наибольшего натяжения у клюза; радиуса окружности, которую будет описывать корма; сил ветра и течения, действующих на сухогруз. Сумма действующих на судно внешних сил.

лабораторная работа , добавлен 19.03.2015


Подготовка судна к сдаточным испытаниям. Швартовные испытания, проверка качества постройки судна, монтажа и регулировки оборудования. Ходовые испытания и сдача судна. Ревизия главных и вспомогательных механизмов и устройств. Контрольный выход судна.

реферат , добавлен 09.07.2009


Расчет продолжительности рейса судна. Судовые запасы на рейс: топливо, смазочное масло, пресная вода и продовольствие для нужд экипажа. Размещение запасов. Таблица вместимости грузовых танков. Построение диаграмм статической и динамической остойчивости.

курсовая работа , добавлен 31.10.2012


Определение инерционных характеристик судна. Выбор его курса, скорости хода в штормовых условиях. Расчет ледопроходимости корабля при движении в ледовом канале. Построение диаграмм статической и динамической остойчивости. Определение веса палубного груза.

курсовая работа , добавлен 05.01.2015


Действия капитана при постановки судна на якорь. Подход к месту якорной стоянки и маневрирование при отдаче якоря при наличии ветра и течения. Маневрирование при развороте судна в узкости. Перетяжка судов вдоль причала. Перешвартовка к другому причалу.

реферат , добавлен 02.10.2008


Общие характеристики судна-прототипа, его вспомогательных механизмов, систем и устройств. Выбор рулевой машины, якорно-швартовного, спасательного, буксирного устройства. Оборудование и механизмы общесудовых и специальных систем. Расчет якорного брашпиля.

курсовая работа , добавлен 19.04.2013


Схема плавания судна при отрицательных температурах. Оценка опасностей и возможных аварийных случаев на предмет частоты возникновения и серьёзности последствий. Ответные меры, направленные на их устранение. Определение степени риска морских операций.