В траловых лебедках используются паровой привод, привод от двигателя внутреннего сгорания, электропривод и гидропривод, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.
Паровой привод от поршневой машины применяется на траловых лебедках паровых траулеров. Основными преимуществами парового привода являются:
высокая эксплуатационная надежность;
простота обслуживания и ремонта;
способность длительное время создавать на неподвижном валу крутящий момент, близкий к максимальному;
возможность регулирования мощности и скорости в широких пределах;
пожарная безопасность канализации энергии.
Наряду с этим паровой привод имеет следующие недостатки:
низкий коэффициент полезного действия;
необходимость прогревания и продувания перед пуском;
опасность выхода из строя при замерзании конденсата в трубопроводах и цилиндрах и связанный с этим непроизводительный расход пара на обогрев привода и паропроводов.
Благодаря автоматическому регулированию силы тяги и скорости при качке корабля, мягкой характеристике, незатруднительному реверсу и малой чувствительности к перегрузкам паровой привод лебедок еще применяется на рыболовных судах. Из-за низкого к. п. д. силовой установки паровые траулеры теперь не строятся, а устанавливать на дизельных траулерах паровые лебедки нецелесообразно. Поэтому паровые траловые лебедки на новых судах не устанавливаются.
Привод траловых лебедок от двигателя внутреннего сгорания применяется, как правило, на малых судах, где для этой цели обычно используется главный двигатель. Сравнительно редко в качестве привода траловой лебедки устанавливается специальный вспомогательный двигатель внутреннего сгорания. Так как в период пуска двигателя внутреннего сгорания его механические параметры теряют устойчивость, двигатель пускают без нагрузки и лишь позднее включают привод лебедки. Передача от двигателя к лебедке состоит из реверсивного механизма и коробки скоростей, чаще всего имеющей две скорости.
Диапазон регулировки режимов работы у двигателя внутреннего сгорания ограничен, с одной стороны, минимальным числом оборотов его вала, обеспечивающим устойчивую работу, а с другой — малой способностью к перегрузкам. Кроме того, при долевых нагрузках частично теряется самое важное преимущество двигателя внутреннего сгорания — его экономичность. Поэтому применение двигателя внутреннего сгорания в качестве привода для траловых лебедок не имеет широких перспектив.
Целесообразность его применения на небольших судах вполне оправдывается простотой всей силовой установки (особенно при отказе от автономного привода для траловой лебедки) и тем, что обычно используемый для привода главный двигатель имеет большую мощность и поэтому легко преодолевает все перегрузки, возникающие при операциях подъема и спуска трала.
В настоящее время наиболее распространен
электрический привод траловых лебедок, имеющий значительные технико-экономические преимущества.
Основные преимущества электрического привода:
высокий коэффициент полезного действия;
простота и удобство канализации энергии; постоянная готовность к действию;
возможность пуска под нагрузкой;
удобство регулирования и реверсирования;
большие возможности применения дистанционного и автоматического управления. Недостатки электропривода:
пожаро- и взрывоопасность привода, аппаратуры управления и канализации энергии;
меньшая (по сравнению с паровым двигателем) эксплуатационная надежность в судовых условиях;
сложность ремонта и обслуживания, требующая высокой квалификации персонала;
влияние, электропривода на работу судовой радиостанции, магнитного компаса и электрокоррозия корпуса судна при утечках тока.
Обычно для привода траловых лебедок применяются электродвигатели постоянного тока со смешанным возбуждением, так как они имеют «мягкую» характеристику и обладают способностью автоматически уменьшать скорость выбирания ваеров с увеличением нагрузки и увеличивать ее с уменьшением нагрузки. «Жесткостью» характеристики называется отношение приращения вращающего момента к приращению числа оборотов. Чем это приращение больше, тем характеристика считается «жестче», чем приращение меньше — тем «мягче» характеристика.
Наиболее распространенным типом электропривода траловой лебедки является система генератор—двигатель, имеющая следующие преимущества:
возможность достаточно плавного регулирования скорости выбирания и травления ваеров в весьма широких пределах (до 1 к 30);
высокая экономичность и надежность в эксплуатации; плавный пуск без резких изменений силы пускового тока; если генератор имеет противокомпаундную обмотку, исполнительный двигатель при внезапной перегрузке может останавливаться, развивая максимальный момент, а после снятия нагрузки — автоматически разгоняться до прежней скорости.
Недостатком системы генератор—двигатель является ее громоздкость и высокая стоимость (3 или 4 машины вместо одного двигателя).
Привод траловых лебедок от гидравлических двигателей применяется у нас сравнительно редко, но все больше привлекает внимание специалистов рыбной промышленности.
Явная тенденция ко все более широкому распространению гидропривода для траловых лебедок объясняется рядом его преимуществ:
1. Гидравлические приводы обладают меньшими габаритами и весом на единицу мощности, чем любые другие приводы. Как следствие, гидравлические приводы вращательного действия обладают весьма малыми моментами инерции вращающихся частей (примерно в 10 раз меньшими, чем электродвигатели той же мощности) .
2. Гидравлическая передача позволяет осуществлять бесступенчатое регулирование скорости привода в весьма широком диапазоне.
Диапазон регулирования скорости вращения вала гидромотора может доходить до 1 к 1000 с плавным переходом от одного режима работы к другому.
3. Гидропередача обладает высокой устойчивостью движения на малых скоростях и дает возможность длительное время создавать максимальное усилие при нулевой скорости рабочего органа.
4. Рабочей жидкостью гидропередачи обычно является минеральное масло, что обеспечивает ее самосмазывание. Это облегчает ее обслуживание и удлиняет срок службы.
Недостатки гидропередачи:
1. Утечки жидкости снижают к. п. д. установки, ограничивают диапазон регулирования скорости и могут потребовать некоторого усложнения установки.
2. Гидропередача требует соответствующих мер (утепления или охлаждения) для поддержания необходимой температуры жидкости или подбора специальной жидкости для данных температурных условий.
3. Гидропривод сравнительно дорого стоит вследствие технологической сложности изготовления гидравлических устройств и повышенных требований к качеству обработки деталей и материалам.
Так как паровые траловые лебедки на новых судах не устанавливаются, ниже рассматривается определение мощности двигателей только электрических и гидравлических лебедок.
Мощность двигателя электрической траловой лебедки определяется обычным методом, принятым при расчете грузоподъемных механизмов.
где Рсум —максимальное суммарное усилие на ваерах, положенное в основу расчета лебедки, кГ; Uв — средняя скорость выбирания ваеров, м/мин; n л — общий к.п. д. механизма лебедки.
По каталогу электродвигателей подбирают двигатель ближайшей большей мощности Nд и, зная его номинальное число оборотов nд , определяют номинальный момент, развиваемый двигателем, равный:
Максимальный момент Ммакс, развиваемый двигателем в период пуска, берется из каталога или определяется по выражению:
где Кn — коэффициент перегрузки двигателя, определяемый по данным каталога.
Для выбирания ваеров с постоянной скоростью необходимо создать на валу электродвигателя некоторый статический момент Мст .
В период пуска электродвигатель должен преодолеть дополнительный момент сопротивления (динамический момент Мд ) для преодоления сил инерции системы ваер-трал и всех вращающихся частей механизма.
Полный момент сопротивления на валу электродвигателя в период пуска равен:
Мс = Мст + Мд.
Выбранный двигатель пригоден при условии, что максимальный момент, развиваемый им, будет больше момента сопротивления, возникающего в период пуска, или, по крайней мере, равен ему:
Ммакс больше или равно Мс .
Статический момент от натяжения ваеров, приведенный к валу двигателя, равен:
где Dcp— средний диаметр навивки ваера на барабане, м; i — общее передаточное число редуктора при выбирании, равное nл/nб (nб — число оборотов ваерного барабана).
Динамический момент, необходимый для преодоления сил инерции вращающихся частей механизма Мдвр и сил инерции системы ваер-трал Мдтр в период пуска, равен:
Мд = Мдвр + Мдтр.
Динамический момент вращающихся частей механизма при увеличении числа оборотов от 0 до n об/мин за время t сек, если принять движение равноускоренным, определяется
выражением:
Сумму моментов инерции ( E1 ) ротора двигателя, муфты, частей редуктора и барабана обычно заменяют выражением:
где K=l,3 /1,5 — коэффициент, компенсирующий инерцию подвижных масс, следующих за ротором; GD2 — маховой момент ротора электродвигателя (по каталогу).
Подставляя в выражение для Мдвр значение
и q = 9,81 м/сек2, получим
Динамический момент инерции поступательно движущихся масс системы ваер—трал в период неустановившегося движения можно приближенно определить на основании уравнения импульса силы:
Динамический момент инерции поступательно движущихся масс системы ваер—трал, приведенный к валу двигателя, равен:
Если вместо Re подставить следующее выражение:
то окончательно
Следовательно, общий динамический момент равен:
Как видно из этого выражения, динамический момент Мд обратно пропорционален времени разгона t сек:
Время разгона обычно принимается в пределах 2—5 сек. С увеличением времени разгона уменьшается динамический момент и, следовательно, уменьшается момент сопротивления на валу двигателя.
Однако максимальное время разгона ограничено (оно должно быть меньше 6 сек), так как при затягивании пускового периода происходит недопустимый перегрев двигателя.
Если при выбранном времени разгона t сек окажется, что Мс меньше Ммакс, то фактическое время разгона будет меньше расчетного.
При запасе максимального момента двигателя последний разгонит механизм быстрее, и фактический динамический момент Мдф увеличится, а следовательно, увеличится и полный момент сопротивления до величины
Пусть при времени разгона t сек
Мс = Мст + Мд меньше Ммакс
Тогда фактический динамический момент
Мдф = Ммакс - Мст
На основании формулы
откуда фактическое время разгона равно:
Максимальный момент на валу электродвигателя с учетом допуска — 10% (по ГОСТу 183—55) и падения напряжения — 6% {по правилам Регистра СССР) должен быть
Тип электродвигателя подбирается обычным порядком по значениям номинальной мощности, номинального числа оборотов и максимального момента М на валу.
У гидравлических лебедок выбор гидромотора производится по величине максимального момента на валу и номинального числа оборотов в минуту.
В отечественной практике для траловых лебедок рекомендуются аксиально-поршневые гидромоторы типа 2М, техническая характеристика которых приведена в таблице 15.
Номинальное давление этих двигателей — 100 кГ/см2; допустимое кратковременное давление — 160 кГ/см2. Если момент на моторном валу редуктора лебедки превышает момент на валу одного гидромотора, ставят два гидромотора, выходные валы которых соединяют с обоими концами моторного вала редуктора лебедки.
В качестве насосов для гидропривода рекомендуется применять аксиально-поршневые насосы типа ПД № 5—50, предназначенные для работы в системах дистанционного управления и снабженные устройствами гидроавтоматики, которые регулируют подачу жидкости маломощными управляющими сигналами. Возможно также управление подачей жидкости от насосов вручную. Техническая характеристика насосов типа ПД приведена в таблице 16.
Номинальное давление насосов — 100 кГ/см2; допустимое кратковременное давление — 160 кГ/см2. Насосные агрегаты могут состоять из нескольких насосов с индивидуальным электроприводом, валики управления которых сблокированы. Например, распространены сдвоенные насосные агрегаты.
При расчетах мощности электродвигателей для насосов гидропривода можно принимать следующие значения коэффициентов полезного действия:
механический к. п. д. гидромотора типа ИМ 0,93
механический к. п. д. цасоса типа ПД 0,93
объемный к. п. д. насоса типа ИД 0,98
объемный к. п. д. трубопровода 0,95
объемный к. п. д. гидромотора типа ИМ 0,98
Выбор мощности и типа электродвигателя можно производить s следующем порядке. По номеру и количеству гидромоторов подбирается номер и количество насосов. Затем определяется момент на валу электродвигателя (или электродвигателей, если насосов несколько) при выбирании ваера на средних витках навивки с наибольшим суммарным усилием Рсум на ваерах.
Для гидромотора типа 2М и насоса типа 2Д механический к. п. д. гидропривода равен:
nmr = 0,93 * 0,93 = 0,865.
Момент на валу электродвигателя проверяется также для других режимов работы лебедки.
Предварительный выбор электродвигателя производится следующим образом. Прежде всего определяется необходимый максимальный момент М электродвигателя из условий недопустимости «опрокидывания» электродвигателя при срабатывании предохранительного клапана гидросистемы.
Если максимальный момент на валу гидромотора по его технической характеристике равен Мгд кГсм, то момент на валу электродвигателя при этом равен:
Максимальный момент на валу электродвигателя с учетом допуска — 10 % (по ГОСТу 183—55) и падения напряжения — 6 % (по правилам Регистра СССР) должен быть
Число оборотов электродвигателя, необходимое для вращения ротора насоса, определяется по технической характеристике насоса. В соответствии с потребным максимальным моментом и числом оборотов ориентировочно выбирают электродвигатель, правильность выбора которого определяют следующим образом.
Прежде всего нужно убедиться, что выбранный электродвигатель обеспечит принятую среднюю скорость выбирания ваера. Зная момент на электродвигателе при выбирании ваеров на средних витках навивки с максимальным расчетным суммарным усилием на ваерах, по характеристике электродвигателя M = F (n) находят его число оборотов nв .
Действительная скорость выбирания ваера на средних витках при выбранном электродвигателе будет равна:
В этом выражении n общ— общий объемный к. п. д. гидросистемы, равный:
no общ = n он* n от * n огд
где n он — объемный к. п. д. насоса;
n от — объемный к. п. д. трубопровода;
n огд — объемный к. п. д. гидромотора.
Для рассматриваемого типа гидропривода значение общего объемного к. п. д. гидросистемы равно:
nо общ = 0,98 * 0,95 * 0,98 = 0,912.
Иногда определяют скорость выбирания ваера, время выбирания ваера при различных слоях навивки и суммарное время выбирания ваера, считая обороты электродвигателя постоянными в пределах допустимого изменения момента. То же определяют и для других режимов работы лебедки — травления ваеров и пр.
Обычно при гидроприводе проверка электродвигателей по пусковому моменту не производится, так как пуск электродвигателей осуществляется без нагрузки при нулевом эксцентриситете насосов. Необходимая скорость выбирания и травления ваеров и других канатов устанавливается путем изменения производительности насосов гидросистемы. Если наибольший момент нагрузки на валу электродвигателя при ваерных операциях не превышает номинальный момент электродвигателя, проверку электродвигателя на нагрев можно не производить. При этом необходимо убедиться в том, что нагрузки при грузовых операциях или других кратковременных режимах работы лебедки существенно не превышают номинальный момент на электродвигателе.
