Управление электроприводами якорно-швартовных устройств

Назначение и классификация. Якорно-швартовные устройства, предназначенные для выполнения операций по постановке судна на якорь, съемки с якоря, швартовки, различаются: по расположению основного вала — шпили и брашпили, по выполняемым операциям — якорные, швартовные и якорно-швартовные. Брашпили предназначены для якорных и швартовных операций, шпили могут быть якорными, швартовными и якорно-швартовными. Для швартовных операций часто устанавливают специальные швартовные лебедки. Электроприводы этих механизмов различают по системе электропривода (контроллерные, контакторные, Г-Д), по роду тока, по степени автоматизации (обычные и автоматизированные).

На рис. 1, а представлена кинематическая: схема шпиля. Вращение электродвигателя 1 через червячный редуктор 2 передается вертикальному валу, на верхнем конце которого укреплен швартовный барабан 3, имеющий ленточный тормоз и стопор. В электроприводе брашпиля (рис. 1, б) вращение двух исполнительных двигателей 1 через цилиндрический редуктор 3 передается валу с двумя швартовными барабанами 4, далее — через цилиндрическую пару — валу цепных звездочек 6. 

Схемы управления электроприводами шпилей и брашпилей

Для управления электродвигателями якорно-швартовных устройств применяют контроллерные и контакторные схемы.

Наиболее простые контроллерные схемы используют для электроприводов малой мощности, так как при увеличении ее возрастают масса и габаритные размеры контроллеров, затрудняется подвод силовых цепей, увеличиваются усилия, необходимые для манипулирования контроллерами.

Контакторные схемы для двигателей большой мощности обеспечивают автоматизацию процесса пуска, ограничение момента при заторможенном двигателе и снижают усилия, необходимые оператору для управления электроприводом. Недостатками контакторных систем следует считать большую сложность электрических соединений, большие габаритные размеры аппаратуры управления и большую стоимость. Несмотря на это контакторные схемы находят широкое применение на современных судах.

Электроприводы грузовых и якорно-швартовных устройств

На судах внутреннего и морского плавания применяют грузоподъемные устройства различного назначения: грузовые лебедки и краны для погрузочно-разгрузочных операций; оперативные лебедки земснарядов; лебедки и краны для специальных операций: шлюпочные, буксирные, траловые; лифты.

Грузовые лебедки устанавливают на судах, имеющих собственные краны и стрелы. Обычно в крупных портах и пристанях эти операции производят средствами портовой механизации, широко применяют также специальные плавучие краны. Поэтому грузовые лебедки имеются лишь на некоторых судах, в районе плавания которых нет механизированных портов, обеспечивающих выполнение погрузочно-разгрузочных работ.

Судовые грузоподъемные устройства бывают с электродвигателями постоянного и переменного тока. При постоянном токе используют двигатели с последовательным и смешанным возбуждением с мягкой механической характеристикой, наиболее полно удовлетворяющей характеру работы грузоподъемного устройства. Для переменного тока применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. Асинхронные двигатели с фазным ротором используют редко, из-за больших потерь энергии в регулирующих реостатах.

Схема электропривода брашпиля по системе генератор - двигатель

На рис. 1, а показана схема двухдвигательного электропривода брашпиля. Схема электропривода состоит из трехмашинного агрегата (М, Г, В), магнитной станции и командоконтроллера, установленных под палубой. Снаружи расположены исполнительные двигатели M1, М2 и тумба с маховичком, вращающим через систему валиков и конических шестеренок вал командоконтроллера.

Рассмотрим работу электропривода в нормальных условиях когда на общий редуктор работают оба исполнительных электродвигателя M1, М2.

Перед пуском приводного электродвигателя М включают выключатель цепей управления ВЦУ магнитной станции. Пуск возможен только в нулевом положении командоконтроллера, когда его контакт КК22 замкнут (нулевое блокирование). При нажатии пусковой кнопки КнП включается линейный контактор Л. Его главные контакты подключают двигатель М к сети и замыкают цепь контактора возбуждения КВ, а блок-контакты шунтируют КнП и контакт КК22.

Контакторная схема электропривода переменного тока якорно-швартовного устройства

Контакторная схема предусматривает управление трехскоростным асинхронным короткозамкнутым электродвигателем с помощью командоконтроллера с тремя рабочими положениями в двух направлениях вращения (рис. 1). Командоконтроллер коммутирует цепи управления контакторов и реле, расположенных в магнитной станции. Контакторы производят переключения в силовой цепи электродвигателя. На статоре электродвигателя имеются три независимые обмотки, каждая из которых включается переводом командоконтроллера из нулевого положения в соответствующее рабочее.

Таким образом, регулирование частоты вращения двигателя выполняется методом переключения числа пар полюсов: трехфазная обмотка каждой скорости имеет разное число пар полюсов.

Схема симметрична (работает одинаково в сторону «Травить» и «Выбирать»), поэтому целесообразно рассмотреть ее работу только в одну сторону (см. рис. 1).

Контроллерная схема электропривода постоянного тока якорно-швартовного шпиля

Контроллерную схему применяют с электродвигателем мощностью до 25 кВт и силовым кулачковым контроллером (рис. 1, а). Схема контроллерная, поэтому замыкание и размыкание (коммутация) регулировочных контактов осуществляются прямо в кулачковом контроллере.

Рис. 1. Контроллерная схема электропривода постоянного тока якорно-швартовного шпиля

После подачи напряжения на зажимы + Л1, —Л2 контроллер устанавливают в нулевое положение и поворотом съемной рукоятки «От себя до отказа» замыкают автоматический выключатель АВ— получает питание его катушка АВ. Теперь рукоятку можно отпустить: выключатель АВ удерживается во включенном состоянии магнитным потоком катушки АВ.

Особенности работы и предъявляемые требования к электроприводам якорных и швартовных механизмов

Якорно-швартовное устройство (шпили, брашпили, лебедки) призвано обеспечить, во-первых, надежную стоянку судна на якоре в любых условиях эксплуатации, если глубина в данном месте позволяет это выполнить, и, во-вторых, операции по швартованию судна у причалов или на рейде. Якорно-швартовное устройство—одно из наиболее важных судовых устройств, обеспечивающих безопасность эксплуатации.

Для обеспечения высокой маневренности при швартовании и поддержания необходимой длины каната во время перемещения судна по отношению к причалу применяют швартовные лебедки, на барабанах которых хранится весь запас швартовного каната. Иногда швартовные лебедки выполняют автоматическими. Они служат для выбирания каната при снижении усилия ниже заданного значения и вытравливания каната при превышении заданного значения усилия.

Электропривод брашпиля и шпиля

На большинстве морских судов брашпили и шпили имеют электрический привод.

Обычно для электродвигателей брашпилей и шпилей применяются следующие системы управления: а) контроллерная, б) контакторная и в) система генератор — двигатель. Наиболее целесообразными являются контакторная и контроллерная системы управления.

При сравнительно небольших мощностях электродвигателей брашпилей или шпилей (порядка 10 кВт) часто применяются системы контроллерного управления. В комплект электропривода брашпиля или шпиля с контроллерным управлением входят: электродвигатель смешанного возбуждения, барабанный контроллер, пускорегулировочные, разрядные и другие сопротивления, тормозной электромагнит и аппараты защиты (максимальной и минимальной).

Общее представление о взаимной связи и взаимодействии всех частей электропривода с контроллерным управлением можно получить из схемы, приведенной на рис. 1.

Определение усилия при подъёме якоря

Якорно-швартовные устройства предназначены для отдачи якоря, его подъема и швартовных операций. На судах применяются устройства, предназначенные для подъема якорей — брашпили и шпили.

Механические передачи между электродвигателями и барабанами якорных цепей могут быть самотормозящимися и несамотормозящимися. В последнем случае необходим механический тормоз, обеспечивающий торможение электропривода в случае перерыва питания или выхода из строя двигателя.

При определении мощности электродвигателя якорно-швартовного устройства исходными данными являются масса и скорость подъема якорей, а также длина и масса якорных цепей.

Работа якорно-швартовного устройства при подъеме якоря включает следующие этапы: выбирание якорной цепи, лежащей на грунте; выбирание якорной цепи со спрямлением цепной линищотрыв якоря от грунта; подъем якоря, оторванного от грунта.