МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

КРАСНОЯРСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА – ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему

Расчет электропривода рулевого устройства

проекта № Фин. 1000/100

26.02.03 КР-20 15.00.00.ПЗ

Курсант ________________________ / Сергеев С. Ю./ группа 41ЭМ

подпись

Руководитель ________________________ / Посконин М.В./

подпись

Нормоконтроль ________________________ / Ванагас Т.В. /

подпись

Красноярск 2021

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание 2

Введение 3

Задание на курсовую работу 4

1 Расчет мощности и выбор исполнительного электродвигателя 5

2 Расчет и выбор генератора постоянного

тока и его возбудителя 11

3 Расчет и выбор приводного электродвигателя 13

4 Схема следящей системы рулевого электропривода 14

5 Подбираем электроаппаратуру 16

Список использованных источников 17

Лист замечаний 18

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ

1.РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ПОДБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Таблица 1 – Данные теплохода проекта № Фин. 1000/100

Данные теплохода проекта № Фин. 1000/100

Ширина теплохода (В), м	11,3
Длина теплохода (L)	79,8
Осадка теплохода при максимальной загрузке (Т), м	2,4
Скорость теплохода (v), км/ч (м/с)	18,5(5,14)
Максимальный угол перекладки руля на борт (ɑ_max) ^o , (рад)	40(0,7)
Передаточное число привода (i)
Время перекладки руля (T_п), сек
КПД рулевой машины (ƞ_м)	0,35
Число перекладок за час (N)
Средний угол перекладки при удержании судна на курсе (ɑ_ср) ^о, рад	5(0,085)
Коэффициент, зависящий от назначения и типа движетелей судна (β)

Расчет площади пера руля:

(1)

где S–площадь пера руля, м²;

L–длинна теплохода, м;

T – осадка теплохода при максимальной загрузке, м;

β – коэффициент, зависящий от назначения и типа движителей судна.

S= =6,3 (м²)

Расчет площади одного пера руля:

(2)

Где S₁–площадь одного пера руля, м²;

S–площадь пера руля, м².

(м²)

Принимаем h_руля= 2 м и определяем ширину пера руля:

(3)

Где b – ширина руля, м;

S₁–площадь одного пера руля, м²;

h_руля – высота пера руля, м.

м)

Принимаем C= 200 и определяем давление на перо руля:

(4)

Где F_α – давление на перо руля при угле α, Н;

C – коэффициент для двух винтовых судов;

S₁–площадь одного пера руля, м²;

v–скорость теплохода, м/с;

α- угол перекладки пера руля, рад.

F₅= (Н)

F₁₀= = 800* *0,174 = 11580 (Н)

F₁₅= *0,259 = 725* *0,259 = 15620 (Н)

F₂₀= 0,342 = 660* *0,342 = 18770 (Н)

F₂₅= 0,433 = 620* *0,433 = 22330 (Н)

F₃₀= *0,5 = 570* *0,5 = 23700 (Н)

F₃₅= 0,573 = 540* * 0,573 = 25740 (Н)

F₄₀= 0,643 = 510* *0,643 = 27280 (Н)

На основе полученных данных вычислений, составляем таблицу:

Таблица 2 – Давление на перо руля

	0,2+0,3*	S₁*v²	F_a,Н
0,087	0,226	83,2
0,174	0,252
0,259	0,276
0,342	0,305
0,433	0,325
0,5	0,35
0,573	0,37
0,643	0,393

Определяем ширину балансирной части:

(5)

Где - ширина балансирной части, м;

b–ширина пера руля, м.

Определяем радиус от центра приложения силы F_αдо оси баллера:

(6)

Где R – радиус от центра приложения силы F_α до оси баллера, м;

α – угол перекладки руля, рад;

b–ширина пера руля, м;

- ширина балансирной части, м.

= 0,03 (м)

= = 0,07 (м)

= (м)

= = 0,15 (м)

= 0,19 (м)

= = 0,22 (м)

= = 0,25 (м)

= = 0,28 (м)

На основе полученных данных вычислений составляем таблицу:

Таблица 3 - Радиус от центра приложения силы до оси баллера


R, м	0,03	0,07	0,11	0,15	0,19	0,22	0,25	0,28

Определяем момент на баллере руля:

M₁ (7)

Где M₁ - момент на баллере руля при угле α, Н м;

Fα - давление на перо руля при угле α, Н;

R – радиус от центра приложения силы F_αдо оси баллера, м.

М_{1 (5)}=

М_{1 (10)} =

М_{1 (15)} =

М_{1 (20)} = 0,15 = 2815

М_{1 (25)} =

М_{1 (30)} =

М_{1 (35)} =

М_{1 (40)} = *0,28 = 7638

На основе полученных данных вычислений составляем таблицу и график:

ɑ⁰
М₁, Н*м
М=2М₁, Н*м

Таблица 4 – Момент на баллере руля

М_с= 0,2М_max= 0,2 15276 = 3055 (H м)

Рисунок 1-Зависимость момента сопротивления на баллере балансирного пластинчатого руля от угла перекладки пера руля

По диаграмме ɑ₁=8˚ или 0,14 радиана.

Определяем максимальный момент на валу электродвигателя:

М_дв_.max (9)

Где М_дв._max– максимальный момент на валу электродвигателя, Н м;

М_бал._max–максимальный момент на двух баллерах, Н ;

i -передаточное число привода;

ŋ_м– КПД рулевой машины, %.

М_дв.max=15276/(1300∙0,35)= 33,5 (H∙м)

Определяем момент на валу электродвигателя на холостом ходе электропривода:

М₀= М_дв._max (10)

Где М₀– момент на валу при х.х. электропривода, Н ;

М_дв._max–максимальный момент на валу электродвигателя, Н .

М₀= 0,14 ∙ 33,5 = 4,7 (Н ∙ м)

Определяем момент при стоянке электродвигателя под током:

_.= 1,7М_дв._max (11)

Где – момент вовремя стоянки под током, Н ;

– максимальный момент на валу эле6ктродвигателя, Н ∙м.

=1,7 33,5 = 57 (H м)

Определяем номинальный момент на валу электродвигателя:

= (12)

Где М_ном – номинальный момент на валу электродвигателя, H∙м ;

М_к.з. – момент вовремя стоянки под током, H∙м.

Определяем угловую скорость вращения электродвигателя при холостом ходе:

Где – угловая скорость вращения при холостом ходе, рад/сек;

i–передаточное число;

– момент во время стоянки под током, H∙м;

– время перекладки руля, сек;

– максимальный угол перекладки руля, град.;

– момент на валу при х.х. электропривода, H∙м;

– максимальный момент на валу, H∙м.

Определяем номинальную угловую скорость вращения электродвигателя:

(14)

Где – угловая скорость вращения при холостом ходе, рад/сек;

– номинальная угловая скорость, рад/сек.

Определяем номинальную мощность электродвигателя:

(15)

Где – номинальная мощность электродвигателя, кВт;

– номинальный момент на валу электродвигателя, H∙м;

– номинальная угловая скорость, рад/сек.

В каталоге подбираем электродвигатель П32М со смешанным возбуждением. Его характеристики:

Таблица 5- Характеристики электродвигателя П32М

Номинальное напряжение (U), B
Ток номинальный (U), А	11,3
Номинальная мощность (P), кВт	1,73
Номинальные обороты (n), об/мин (рад/сек)	750(78)
КПД (ŋ), %

2 РАСЧЕТ И ВЫБОР ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА И ЕГО ВОЗБУДИТЕЛЬ

Определяем номинальный момент электродвигателя:

(16)

Где – номинальный момент электродвигателя, H∙м;

– номинальная мощность электродвигателя, кВт;

– номинальная угловая скорость, рад/сек.

Определяем мощность питающего генератора:

(17)

Где – мощность питающего генератора, кВт;

– номинальная мощность электродвигателя, кВт;

– КПД электродвигателя, %.

Для питания исполнительного двигателя системы Г-Д, выбираем генератор постоянного тока типа 2ПН132МУХЛ4. Его характеристики:

Таблица 6- Характеристики генератора 2ПН132МУХЛ4

Номинальная мощность (Р), кВт	2,2
Номинальные обороты (n), об/мин
Напряжение (U), В
КПД(ŋ), %

Рассчитываем мощность возбудителя генератора:

(18)

Где – мощность возбудителя генератора,кВт;

– мощность генератора, кВт.

Подбираем в качестве возбудителя, генератор 2ПН100МУХЛ4. Его характеристики:

Таблица 7-Характеристики генератор 2ПН100LУХЛ4

Номинальная мощность (Р), кВт	0,55
Номинальные обороты (n), об/мин
КПД (ŋ), %	61,5
Номинальное напряжение (U), В

3 РАСЧЕТ И ВЫБОР ПРИВОДНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Рассчитываем мощность приводного двигателя:

(22)

Где – мощность приводного электродвигателя, кВт;

– мощность генератора, кВт;

– КПД генератора, %;

– мощность возбудителя генератора, кВт;

– КПД возбудителя генератора, %.

Подбираем в качестве приводного электродвигателя АМ51-4, переменного тока. Его характеристики:

Таблица 8- Характеристики приводного электродвигателя АМ51-4

Номинальное напряжение (U), B
Ток (I), А	10,7
Номинальная мощность (Р), кВт	4,5
Номинальные обороты (n), об/мин
КПД (ŋ), %
Кратность пускового тока ( )	5

4 СХЕМА СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ РУЛЕВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Составляем схему следящей системы рулевого электропривода с потенциометрическим управлением.

Рисунок 2- схему следящей системы рулевого электропривода с потенциометрическим управлением.

Таблица 9- Состав следящей системы рулевого электропривода с потенциометрическим управлением

Поз.	Наименование	Кол-во	Примечание
QS	Автоматический воздушный выключатель А3144
FU	Предохранитель ПР2
SB	Кнопка КУ120
KM	Контактор КНТ-213М
KK	Тепловое реле ТРТ-136
M1	Приводной двигатель АМ 51-2
G1	Возбудитель П21М
LG	Обмотка возбуждения генератора
G2	Генератор П40М
RS	Шунт 75 ШСМ
LM	Обмотка возбуждения двигателя
M2	Исполнительный двигатель П62М
RP	Реостат РП2511
ПУ	Пост управления