Расчет якорно-швартовного устройства

Министерство  образования и науки Украины

Государственное высшее учебное заведении

Одесское  мореходное училище рыбной промышленности

им. Алексея Соляника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой  проект

по  дисциплине: “Судовые автоматизированые  электроприводы”

Расчет электропривода якорно-швартового устройства

 

Выполнил  курсант 232 группы

Дмитренко Д.А.

Принял  Пастухов Г.П.

 

 

 

 

 

 

 

 

2011года

 

Содержание

 

1. Краткие сведения о судне
2. Назначение и основные элементы ЯШУ
3. Классификация ЯШУ и их электроприводов
4. Кинематическая схема и описание механических частей ЯШУ
5. Нормативные требования к ЯШУ и их электроприводам
6. Выбор якорного снабжения
7. Определение статических моментов
8. Выбор системы управления (обоснование)
9. Выбор ИД и построение механической характеристики
10. Проверка ИД на удовлетворение требований и построение нагрузочной диаграммы
11. Разработка принципиальной схемы управления ЭП ЯШУ и описание её работы
12. Выбор аппаратуры управления
13. Расчёт и выбор питающего кабеля и автомата
14. Обслуживание и уход за электроприводами ЯШУ
15. Охрана окружающей среды на судах ФРП
16. Охрана труда на ФРП

 

1. Краткие сведения  о судне

 

№ п/п	Наименование величины	Обозна-чения	Единица измерения	Вариант №11
1	Тип судна	-	-	БМРТ «Лучегорск»
2	Длина судна	L	м	83.57
3	Ширина по миделю	B	м	14.1
4	Высота борта	H	м	10.01
5	Осадка	T	м	5.68
6	Длина средней надстройки	l	м	19
7	Высота средней надстройки	h	м	10.5
8	Ширина средней надстройки	b	м	12.4
9	Диаметр цепной звёздочки брашпиля	DЗВ	м	13,6 d 10-3
10	КПД передаточного механизма на брашпиля	ηПЕР		0.82
11	КПД клюза	ηКЛ		0,76
12	Передаточное число механизма  для режима «Нормальная работа»	i		205
13	Передаточное число механизма  для режима «Аварийная работа»	iAB		350
14	Напряжение судовой сети	U	В	380
15	Наибольшее водоизмещение судна	D	т	3725
16	Скорость хода судна	υ	узлы	12.5

 

2. Назначение и основные  элементы ЯШУ

Якорно-швартовные устройства (ЯШУ) служат для постановки судов на якорь  и для съемки их с якоря, а также  для выполнения швартовных операций. При стоянке на рейде сбрасывают один или два якоря, которые, зарываясь  в грунт, противодействуют течению, ветру и другим силам, стремящимся  привести судно в движение. Нередко  судам гражданского флота приходится стоять на якоре то ли в ожидании освобождения причальной линии в  порту, то ли при необходимости производить  грузовые операции на рейде.

В якорно-швартовное устройство входят якоря, якорные цепи, якорно-

швартовная  лебедка, исполнительный двигатель  и система управления.

 

Якоря. В настоящее время чаще всего применяют якоря с поворотными лапами (якоря Холла), которые обладают большой держащей силой, легко укладываются по-походному и состоят из небольшого числа грубо обработанных деталей, что устраняет опасность заедания или заклинивания от ржавления. Каждое судно бывает снабжено двумя или тремя так называемыми становыми якорями, расположенными в носовой части судна. Третий якорь считается запасным и носит название штормового.

Якорные цепи. Роль гибкой связи, соединяющей якорь с корпусом судна, выполняют якорные цепи (цепные канаты). Якорная цель состоит из отдельных частей — смычек длиной от 20 до 25 м. Звенья якорной цепи имеют распорки (контрфорсы), что увеличивает их прочность примерно на 20%.

Якорные цепи проходят от якоря через  бортовой клюз, стопор и кулачковый барабан якорной лебедки в  палубный клюз и цепной ящик, где  и укладывается излишек цепи. К  стенке цепного ящика конец цепи надежно крепится с помощью жвака-1 галса — концевой смычки. Жвака-галсовая смычка заканчивается откидным гаком (глаголь-гак), который служит для  быстрой отдачи якорной цепи.

Применение цепей в качестве якорного каната обусловливается следующими обстоятельствами. Погонный метр цепи весит в 5—6 раз больше погонного  метра равнопрочного ей стального  троса той же длины. Благодаря  этому якорные цепи обеспечивают получение значительно большей  держащей силы, которая, как известно, пропорциональна весу якорного каната. Ярко выраженные буферные свойства якорной  цепи уменьшают к тому же размах килевой качки и смягчают рывки  и толчки судна от действия волн в свежую погоду. Наконец, якорные  цепи меньше стальных тросов подвержены коррозии в морской воде.

Якорно-швартовные лебедки. Якорно-швартовные лебедки: шпили и брашпили служат для отдачи и подъема якоря, а также для швартовных операций. Их отличие друг от друга состоит в том, что у первых ось кулачкового барабана расположена вертикально, у вторых — горизонтально.

И те, и другие располагаются в  носовой части судна, но брашпили вместе с основной частью электрооборудования  устанавливаются на палубе и почти  не занимают внутренних помещений. Эта  особенность обеспечила им широкое  распространение на судах торгового  флота.

У шпилей на палубе размещаются лишь якорно-швартовный барабан (головка шпиля) и тумба управления. Все остальное оборудование шпилей находится в подпалубных помещениях судна. Ввиду этого шпили целесообразно применять: а) на танкерах, где электродвигатель и аппаратура управления должны быть изолированы от взрывоопасной среды; б) на ледоколах и судах ледового плавания, где такое размещение основных механизмов обеспечивает их защиту от обледенения и облегчает обслуживание; в) на военных судах, где ответственное якорно-швартовное устройство подлежит защите от возможных повреждений.

 

3. Классификация ЯШУ  и их электроприводов

 

Якорно- швартовные устройства делятся  на основные группы:

1. Якорно- швартовные и якорные шпили, имеющие вертикальное расположение грузового вала и одну звёздочку.
2. Брашпили, имеющие горизонтальное расположение грузового вала и две звёздочки.

Якорно- швартовные и якорные шпили  в свою очередь различаются по:

1. скорости выбирания якорной цепи: с нормальной и повышенной скоростью;
2. конструктивным признакам: на однопалубные (цепная звёздочка, механизм и двигатель размещены на одной палубе); двухпалубные (цепная звёздочка и швартовый барабан размещены на одной палубе, а механизм и двигатель на другой); в свою очередь двухпалубные бывают одинарными (с индивидуальным приводом) и соединённые (соединены общим редуктором).

Брашпили различаются по:

1. скорости: нормальные и облегчённые (нормальные используются на судах морского флота, а облегчённые на судах речного флота).
2. конструкции.

Швартовые механизмы подразделяются на:

1. швартовые шпили (трос передаётся  через швартовый барабан, число  витков троса, намотанного на  барабан остаётся постоянным  в течении всего времени выбирания)

2. швартовые лебёдки (на барабане  хранится весь запас троса,  сдаваемый с барабана или наматываемый  на него, в процессе швартовых  операций).

Швартовые шпили делятся на две  группы:

1. шпили с грузовым валом, редукторами двигателя (в свою очередь бывают однопалубные и двухпалубные);
2. шпили, у которых грузовой вал отсутствует, а двигатель размещается внутри швартового барабана и связывается с ним посредством механической передачи

 

4. Кинематическая схема  и описание механических частей  ЯШУ

 

На рис. 1 приведена кинематическая схема брашпиля. Брашпиль устроен и работает следующим образом. Движение от двух исполнительных двигателей 6 через цилиндрический редуктор 5 и промежуточную передачу 11 передается на промежуточный вал 12, на концах которого расположены барабаны (турачки) 4, служащие для выполнения швартовных операций. Далее через передачу 3 движение сообщается грузовому валу 14, на который свободно посажены две цепные звездочки 1. Одна из них служит для подъема якоря правого, а другая— левого борта. Каждая из звездочек соединена через кулачковую муфту 2 с валом привода 7. Ленточные тормоза 13, имеющие маховичковые приводы 8 подтормаживают звездочки, если нужно ограничить скорость вытравливания якорной цепи.

В качестве исполнительных двигателей обычно используют два двигателя  постоянного тока типа П или ДПМ, работающие на один вал. В редукторе  брашпиля имеется переключатель  скоростей 10, установка которого на положение «Аварийная работа» позволяет  увеличить передаточное число от двигателя к грузовому валу. Такой  режим допускается только в двух случаях: если надо поднять двумя  двигателями якорь, висящий на полностью  вытравленной цепи, или же поднять  якорь с нормальной глубины одним  двигателем, при выходе из строя  другого.

Брашпиль может приводиться  в действие также и одним двигателем — постоянного тока типа ДПМ или  переменного тока типа МАП.

Выключенные двигатели затормаживаются  колодочными тормозами 9, которые  предназначены для быстрой остановки  двигателя и удержания грузового  вала от обратного разворота. В последнее  время стали широко применять  также дисковые тормоза, конструктивно  выполняемые за одно целое с двигателем.

На рис. 2 показан якорно-швартовного шпиль. Общий вид якорно-швартовного шпиля приведен на рис. 2. Он состоит из швартовного барабана 2, звездочки 3, баллера 5, соединенного зубчатой муфтой с грузовым колесом 6, редуктора 7, получающего вращение через эластично-фрикционную муфту 9 от электродвигателя 10 с тормозом. Грузовое колесо, редуктор и двигатель расположены на общей фундаментной раме 8.

Цепная звездочка насажена на баллер свободно, что позволяет выполнять  швартовные операции и стравливать  якорную цепь, пользуясь одной  лишь силой тяжести якоря. Когда  же возникает необходимость в  движении от баллера, звездочку соединяют  кулачковой муфтой со швартовным барабаном. Этот барабан посредством маховичка, имеющегося на крышке, можно поднимать  и опускать по направляющей шпонке баллера.

Для ограничения скорости стравливания якорной цепи служит ленточный тормоз 4 с приводом 11. На случай выхода из строя  электропривода предусмотрено вращение головки шпиля вручную — с помощью вымбовок 1, вставляемых в гнезда на крышке швартовного барабана. Нормальная работа шпиля в случае деформации палубы обеспечивается тем, что в месте прохода баллера в палубу вмонтирован сферический подшипник.

В настоящее время шпили и  брашпили выполняются с несамотормозящимися  червячными редукторами, что объясняется  желанием повысить к. п. д. установки.

На крупных судах устанавливают  два якорно-швартовных шпиля —  по числу якорей. На мелких же судах  обходятся одним шпилем, используя  его для поочередного подъема  обоих якорей.

Многие суда имеют, помимо якорно-швартовных шпилей в носовой части, еще и  по два швартовных шпиля в кормовой части. В отличие от носовых, они  лишены цепных звёздочек.

 

Рис 1. Кинематическая схема брашпиля.

Рис. 2 Якорно – швартовый шпиль.

 

5. Нормативные требования  к ЯШУ и их электроприводам

Мощность приводного двигателя  якорно- швартового механизма должна обеспечить непрерывное выбирание  в течение 30 мин одной якорной  цепи с якорем нормальной держащей силы со скоростью не менее 0.15 м/с  при тяговом усилии Р₁, Н на звёздочке (Р₁ зависит от категории цепи и калибра).

Привод швартового механизма должен обеспечить непрерывное выбирание  швартового троса при номинальном  тяговом усилии с номинальной  скоростью в течении не менее 30 мин. Скорость выбирания швартового троса на первом слое набивки на барабане зависит для каждого  конкретного случая от тягового усилия. Скорость выбирания троса с помощью  швартовной головки при номинальном  тяговом усилии должна быть не более 0.3.

При применении электродвигателей  переменного тока с короткозамкнутым ротором электроприводы якорно- швартового устройства после 30 мин работы при  номинальной нагрузке должны обеспечивать возможность стоянки под током  электродвигателя при номинальном  напряжении в течении не менее 30с  для якорных механизмов и 15с для  швартовых механизмов. Для двигателей с переключаемыми полюсами, это требование действительно для работы двигателей с обмоткой создающей наибольший пусковой момент.

Электродвигатели постоянного  тока и переменного тока с фазным ротором должны выдерживать указанный  выше режим стоянки под током, но при моменте, в два раза превышающий  номинальный, причём напряжение может  быть ниже номинального.