Расчетная часть

1. Площадь пера руля

S = LT/β = 80*2/15 = 10,6 м²

2. Конструктивно такой руль для речных судов, имеющих малую осадку, не пригоден, а потому выполняем его в виде двух рулей равной площади, т.е.

S₁ = S/2 = 10,6/2=5,3 м²

S₁ – площадь одного руля.

Задаемся конструктивными размерами руля: из условий осадки принимаем высоту руля h = 1.76 м, тогда ширина руля

b= S₁/h = 5.3/1.76 = 3 м

3. Принимаем коэффициент С = 200 и определяем зависимость силы F_а давления на перо руля от угла его перекладки F_а = ϯ(α)

F_а = S_1*U²*

				S1*U2	Fа
5	0,087	0,226	885	132	10163
10	0,174	0,252	800	132	18400
15	0,259	0,276	725	132	24800
20	0,342	0,305	660	132	29800
25	0,423	0,325	620	132	35500
30	0,5	0,33	570	132	37600
35	0,573	0,37	540	132	40800
40	0,643	0,393	510	132	43300

4. По полученным данным строим характеристику F_а = ϯ(α)

График: Зависимость силы давления воды на перо балансирнного руля от угла перекладки

5. Растояние (радиус) от центра приложения силы F_а до оси баллера, у балансирных рулей определяеться по формуле:

r =[ ( ) * b-l ]

	5	10	15	20	25	30	35	40
r	0,078	0,156	0,228	0,315	0,375	0,45	0,51	0.58

6. Принимаем отношение S_б/S₁=0.2 и определяем r для углов поворота от 0 до 40. Ширина балансирной части при этом

l =0,2*b =0.2*3 =0.6

7. Зная зависимость F_а = ϯ(α) и r = ϯ(α), определяем момент на баллере руля

М₁= F_а r

Произведенные вычисления сведем в таблицу по которой построим график, приняв момент холостого хода M₀=0.2*M_max=0,2*50200=10040 н*м

	5	10	15	20	25	30	35	40
М1 ;н*м	792	2870	5650	9400	13300	17000	20800	25100
М=2М1; н*м	1584	5740	11300	18800	26600	34000	41600	50200

8. По диограмме находим угол α₁, при котором момент переходит через 0 при переднем ходе судна; α₁=13, или 0,23 рад.

График: зависимость момента сопротивления на баллере руля от от угла перекладки руля

9. Максимальный момент на валу электродвигателя

М_{дв.макс.}= = = 105 Н*м

10. Момент на валу электродвигателя при холостом ходе электропривода

М_о = 0,23 * М_{дв.макс} = 0,23 * 105 = 24 Н*м

11. Момент стоянки электродвигателя под током

М_к.з = 1,7 М_{дв.макс} = 1,7 * 105 = 178,5 Н*м

12. Номинальный момент на валу электродвигателя

М_ном=2*М_кз/3=2*178,5/3=119 Н*м

13. Угловая скорость вращения электродвигателя при холостом ходе

ω_х.х = * ( – lg ) = *( - *lg )= 82 рад/сек

14. Номинальная угловая скорость вращения электродвигателя

ω_ном = ω_х.х/ = 47 рад/сек

15. Номинальная мощность электродвигателя

P_ном = М_ном * ω_ном = 119 * 47 = 5600 кВт

16. Выбираем по каталогу электродвигатель постоянного тока типа 2ПБ200LYXЛ4; «напряжением 110В со смешанным возбуждением, мощность 6 кВт при 800 об/мин , маховый момент GD² = 0,5; J_дв=0,125; η = 83,5%

Pном.,кВт	Uном,	nном, об/мин	nmax.	ном	Инд.цепи якоря	Сопротивление обмотки
						якоря	Доб. полюсов	Возбужд.
6,0	110 В	800	3000	83,5	2,4	0,055	0,037	137

17. Номинальный момент электродвигатель

М_{ном =} P_ном/ ω_ном = 5600/84 = 71,5 Н*м

18. Момент энерции приведённый к валу электродвигателя принимаем

J = 1,4*J_дв = 0,175 кг/м²

Проверяем выбранный электродвигатель по режимам работы (время,момент,нагрев)

Период I – включение электродвигателя и его разгон до установившейся скорости ω_о при постоянном моменте М_ном сопротивления

а) t_р = J* ln = J* 2,3lg = 0,2 сек

б) Угол на который будет переложен руль при разгоне

α_бал = = = 0,0048 рад

^рад/_сек

в) Среднеквадратичный момент М_экв за I период работы при изменении момента на двигателе от до

M_экв = = =88,5 Н*м

Период II – установившееся движение электродвигателя: а) время за которое руль будет переложен от борта до диаметральной плоскости при постоянном моменте М_о сопротивления

T_y = = 13,7 сек

б) t₁ = t_p+t_y = 0,2+13,7 = 13,9 сек - общее время разгона и перекидки руля от борта до диаметральной плоскости судна.

в) α_бал1 = α_{бал р} + α _{бал у} = 0,7 рад

г) Эквивалентный момент электродвигателя II периода

М_{экв 2} = М_о = 24 Н*м

Период III – работа электродвигателя при изменении момента сопротивления от М_о до М_max с изменяющейся скоростью вращения электродвигателя от ω_о до ω_min

а) время перекладки от диаметральной плоскости на борт

t₂ = = -26,34 * (-0,476) = 19,5 сек

б) среднеквадратичный момент на валу электродвигателя за II период

М_экв= =

в) угловая скорость вращения в конце 3 периода

ω₃ = = 82*  = 34 рад/сек

Период IV – торможение электродвигателя во время периода IV электродвигателя отключается от сети и тормозится моментом сопротивления М_{о max} от скорости ω₃ до 0

а) время торможения с учетом дополнительного момента М_т который принимаем равным 0,5 М_кз

t₃ = -J_t * = 0,09 сек

б) среднеквадратичный момент периода IV

М_{экв 4} = = = 40 Н*м

в) угол поворота пера руля за время торможения

α_т = = = 0,00073 рад

г) эквивалентная скорость за IV период

ω₄ = = = 11,4 рад/сек

общее время перекладки руля с борта на борт

Т_п = t_р+t_y+t₂+t₃ = 0,2+13,7+19+0,09 = 33 сек

(Уменьшим возбуждение двигателя 10%, тогда время Т_п не будет прывышать 30 сек)

Требованием Речного Регистра удовлетворяет

д) эквивалентный момент при перекладке с борта на борт

М_экв = = =52 Н*м

Средняя скорость развиваемая электродвигателем за период перекладки руля с борта на борт

ω_ср = = = 72 рад/сек

Эквивалентная мощность электродвигателя за период перекладки руля с борта на борт

P_экв = М_экв * ω_ср = 52 * 72 = 3,74 кВт

Это не превышает мощности электродвигателя.