3. Расчет мощности и выбор электродвигателя насоса

Мощность двигателя насоса определяется производительностью и давлением, которые насос должен обеспечивать при перекладке руля. Т.к. эти величины не являются постоянными при работе рулевого электропривода, для расчета мощности исполнительного двигателя берут их средние значения за цикл перекладки руля с борта на борт.

3

Рис. 1. Кривая зависимости давления

.1. По данным таблицы 4 строим кривую зависимости давления создаваемого насосом от угла перекладки руляρ = f(α)(см. рис. 1).

Среднее давление за время перекладки руля равно , гдеS_ρ – площадь, ограниченная кривой давления.

3.2. Определяем площадь, ограниченную кривой давления.

, где α_ρ – угол перекладки (задаем 5°).

3.3. Находим среднее давление за время положительной перекладки , где α_max – максимальный угол перекладки (= 35°).

3.4. Находим потребленную насосом мощность

,

где: P_Н – потребляемая насосом мощность (Вт);

Q_ср – средняя производительность насоса (м³);

P_ср – среднее давление за время положительной перекладки руля (Па);

Р_тр – потери давления на трение масла в трубопроводе системы (3,4÷4,0)·10⁵ Па;

η – КПД насоса (0,4÷0,8).

3.5. Выбираем из каталога электродвигатель по скорости и потребляемой насосом мощности с учетом ,

где: cos φ ≈ 0,8;

η ≈ 0,85;

n ≈ 1000 об/мин.

3.6. Построение естественной механической характеристики выбранного электродвигателя

3.6.1. тока идеального х. х.n = 1000 (M=0);

3.6.2. тока номинального режима работы

, где n = 9,55 ω → ω = n/9,55;

3.6.3. точка, соответствующая пуску ЭД (n=0) М_П=М_Н·k, где: k – кратность пускового момента (данные ЭД);

3.6.4. точка, соответствующая критическому моменту М_кр=М_нλ, где λ – кратность максимального момента (данные ЭД) – см. рис.2.

ω_кр= ω_н (1-S_кр)

Рис. 2. Точка, соответствующая критическому моменту

n_кр=9,55ω_кр

4. Проверка выбранного электродвигателя а. Проверка продолжительности перекладки руля

Для выбранного насоса смотрим графики зависимости механического и объемного КПД от давления, создаваемого насосом (см. рис. 3).

4.1. Находим моменты, возникающие на валу электродвигателя при различных углах перекладки руля:

,

где: M_α – момент на валу электродвигателя (Н·м);

Q_уст – установленная производительность насоса;

P_α – давление масла, создаваемое насосом (Па);

P_тр – потери давления на трение масла в трубопроводе (3,4÷4,0)·10⁵ Па;

n_н – число оборотов насоса (об/мин);

η_r – гидравлический КПД, связанный с трением жидкости в рабочих полостях насоса (для ротационных насосов ≈ 1);

η_мех – механический КПД, учитывающий потери на трение (в сальниках, подшипниках и других трущихся частях насосов (см. график на рис. 3).

Данные расчетов заносим в таблицу 4.

4.2. Находим скорости вращения электродвигателя для полученных значений моментов (по построенной механической характеристике выбранного электродвигателя – см. п. 3.6). Данные расчета заносим в таблицу 5.

Таблица 5

α^°	n, об/мин	ηr	Qα, м^3/с
0
5
10
15
20
25
30
35

4.3. Находим действительную производительность насоса при полученных скоростях электродвигателя ,

где: Q_α – действительная производительность насоса (м³/сек);

Q_уст – установленная производительность насоса (м³/сек);

n – действительная скорость вращения ротора насоса (об/мин);

n_н – номинальная скорость вращения ротора насоса;

η_v – объемный КПД, учитывающий обратный перепуск перекачиваемой жидкости (см. график 4.)

Данные расчета заносим в таблицу 5. Строим график Q_α=f(α) – см. рис. 4.

Рис. 4. График Q_α=f(α)

4.4. Полученный график разбиваем на 4 зоны и определяем время работы электропривода в каждой из них. Расчет сводим в таблицу 6.

Таблица 6

Зона	Граничные углы зон α°	Hi (м)	Vi (м^3)	Qср.з (м^3/сек)	ti (сек)
I
II
III
IV

4.4.1. Находим расстояние, проходимое скалками в пределах зоны

,

где: H_i – расстояние, проходимое скалками в пределах зоны (м);

R_o – расстояние между осями баллера и скалок (м).

4.4.2. Находим объем масла, перекачиваемого в пределах зоны

,

где: V_i – объем перекачиваемого масла в пределах зоны (м³);

m_цил – число пар цилиндров;

D – диаметр плунжера (скалки), м.

4.4.3. Находим продолжительность перекладки руля в пределах зоны

,

где: t_i – средняя продолжительность перекладки руля в пределах зоны (сек);

Q_{ср i} – средняя производительность в пределах зоны (м³/сек) – берем из графика п. 4.4. или рассчитываем из таблицы 5).

4.4.4. Определяем время работы электропривода при перекладке руля с борта на борт

t_пер= t₁+ t₂+ t₃+ t₄+ t_o,

где: t_пер – время перекладки руля с борта на борт (сек);

t₁÷ t₄ – продолжительность перекладки в каждой зоне (сек);

t_o – время изготовки системы к действию(сек).

4.5. Сравниваем t перекладки с Т (время перекладки руля с борта на борт по требованию РРР), сек.

t_пер ≤ Т (30 сек)