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1、船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 第九章 船舶甲板机械电力拖动及其电气控制 本章概述 o现代船舶一般都把锚机，绞缆机，起货机和甲板起重设 备统称为甲板机械。 o船舶的甲板机械大多采用电力拖动自动控制系统和电动 液压控制系统。 o船舶航行于海上，它处于与陆地完全不同的工作环境。 机电设备运行的可靠性决定了船舶及海员的安全。因此 要求船舶机电设备必须适应海上各种恶劣情况，如高温 、潮湿和海水的侵蚀、风浪引起的撞击和摇摆。另外， 还要求机电设备操作灵活，维修方便。本篇还将介绍甲 板机电设备的日常维护要点，引入典型实例来介绍一些 常见故障处理方法。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮
2、机工程学院船电系 第九章 船舶甲板机械电力拖动及其电气控制 本章主要讲解内容 第一节 船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法 第二节 起货机的电力拖动与控制的基本要求 第三节 起货机的电力拖动控制线路分析 第四节 锚机和系缆设备的电力拖动与控制 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 第一节 船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法 当今各类运输船舶通常将锚机、绞缆机和起货机称为船 舶甲板机械。当然各类工程船舶上的移船绞车，捕鱼船 的拖网机，救捞船的尾拖缆机都属于运输船舶的绞车类 和起货机类。船舶甲板机械的驱动方式有电动式和液压 式两大类。其相应的控制回路为电气控制回路和液压控 制回路。 在
3、电气控制回路中，当代船舶已经引入了可编程控制器 和单片机；在液压控制回路中，大多采用电子技术和液 压技术相结合的电液复合系统，进一步提高了系统的自 动化程度。 返回 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 一、电动甲板机械 1船舶甲板机械的工况特点 2调速要求 3工作的可靠性要求高 4对电气设备的要求 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 1船舶甲板机械的工况特点 船舶甲板机械与船舶电站紧密联系。甲板机械中某 些电动机单机功率相对发电机的容量而言，占有了 较大的权重，拖动电机的起动、制动、运行状态都 会直接影响到船舶电网参数的变化。船舶电站的容 量基本上是根据船舶机电
4、设备的总容量来确定的。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 2调速要求 甲板机械要求调速的主要有起货机、锚机和绞缆机 等，但这几种设备对于电力拖动的各项调速指标的 要求并不高。一般要求调速范围在1:8-1:10左 右。至于特性的硬度、静差率以及动态性能方面的 指标都没有特殊的要求。目前在船用交流调速系统 中，起货机、锚机大多采用变极调速系统。有的船 舶起货机把可编程控制器和单片机引入到控制系统 中来，使其调速系统更为可靠，性能更佳。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 3工作的可靠性要求高 甲板机械及其机电设备的高可靠性运行，这是由船舶 的特殊性所决定的。除了要
5、求它们可靠运行外，还要 方便日常管理和维护，一旦发生意外故障，则要求鼓 掌部分能迅速恢复和切除，尽最大可能保持供电和继 续运行。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 4对电气设备的要求 对船舶的甲板机电设备有以下几点要求： （1）通用性，同一用途的设备应具有同一规格，以保 证良好的互换性。 （2）抗干扰性，目前电力电子器件在船舶中大量运 用，必须抑制各种电磁干扰、提高电子设备和微 机系统的电磁兼容性以保证这些系统的正常工 作。 （3）环境条件，要求机电设备能承受船舶在航行中发 生的振动和冲击力，以及环境温度的变化。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 二、液压甲
6、板机械 甲板起重机大多采用液压传动，锚机、系泊绞缆机和 起货机也有不少是采用液压传动的。 液压起货机、锚机和绞缆机操作方便，工作比较平 稳，可实现无级调速，而且能吸收冲击性负荷和自动 防止过载，并具有良好的制动能力。它们对环境温度 和湿度不太敏感。但它们存在加工精度要求较高，制 造安装比较复杂，维护管理工作量相对大。 表 9-1为甲板机械两种驱动方式的性能及有关情况。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 表9-1 甲板机械两种驱动驱动 方式的比较较 适用范 围 各类工 程船舶 的选用 对船舶电站容 量的要求 起动特 性 调速特 性 运行特 性 制造成 本及可 靠性 技术 发展
7、趋向 维护 管理 电 气 传 动 油船、 化学品 船不宜 采用 较少 大功率装置起 动时对电 站及 电网有冲击 加速时 间在2 4S内 大多采 用阶梯 式 难于保 证平稳 和抗冲 击 投资 小，可 靠 PLC控 制 维修 方便 液 压 传 动 适用于 各种类 型船舶 广泛 基本不冲击电 站 加速时 间小于 2S 无级调 速速比 范围大 运动平 稳，能 抗冲击 投资 大，可 靠 电液 复合机 电一 体 维修 工作 量较 大 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 第二节 起货机的电力拖动与控制的基本要求 一、船舶起货机的类型及特点 船舶起货机的类型很多。依据拖动方式来分，有电 力拖动
8、起货机和电动液压起货机两种。从机械结构 的形式来分，主要有吊杆式起货机、回转式起货机 （克令吊）和行走（门吊）式起重机几种类型。 1.电动起货机的特点 2.电动液压起货机的特点 返回 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 1. 电动起货机的特点 电动起货机系统结构紧凑、振动、噪音较小，便于实现 自动化和遥控；其缺点是电气线路较为复杂，在管理和 维护方面有一定的要求。通常采用多电动机拖动或选用 各种类型电动机的固有特性或人为特性来满足起货机对 电力拖动提出的要求。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 2. 电动液压起货机的特点 电动液压起货机能实现无级平滑调速，加速
9、时间短，具 有良好的制动能力，不需要电磁制动器。它的调速和换 向是在液力机械中进行的，而电动机维持恒速不变，因 此可采用普通鼠笼式异步电动机。它的缺点是工作效率 低，制造精度要求高，油路系统复杂，一旦管路破损、 漏油不易修复。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 二、电动起货机的结构和运行特性 起货机与其他机电设备一样，由原动机，传动机构和 执行机构三部分构成。电动起货机主要由以下三个部 分构成：电动机；减速箱和离合器组成的传动机构及 卷筒；电磁/机械刹车装置与吊杆等。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 1吊杆式起货机 吊杆式起货机有单杆式和双杆式两种。单杆式
10、电动起 货机是一种具有电动回转和变幅的起货机，见图9-1。 双杆式电动起货机是采用两台起货机在起货过程中相 互配合进行工作的，见图9-2。 双杆吊货的工作过程见图9-3。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 图9-1 单杆式电动起货机结构图 返回 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 图9-2 双杆式电动起货机结构图 返回 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 图9-3双杆吊货时电动机负载图 返回 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 由图9-3可见，起货电动机是重复短期工作，所以起 货电动机一般采用专用的重复短期制。这种工作制用 百分
11、数JC值表示，称为暂载率或通电持续率，它表示 在一个周期内，工作时间与一个周期时间T之比。 式中：tg为一周期内工作时间， t1为一周内的停止时 间。船舶起货机采用的电动机的暂载率一般为15%， 20%，25%，40%。一个周期的时间一般不超过 10分钟。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 2回转式电动起货机 回转式起货机（克令吊）它包括提升、变幅和回转三 个主要机构。其拖动方式可采用电动机拖动，也可以 用电动液压装置拖动。 如图9-4，是克令吊结构示意图，图中1是提升机构电 动机，2是变幅机构电动机，3是旋转机构电动机。通 常可操作两个机构同时运转，也可以操作三个机构同 时
12、工作。 回转式起货机的吊货过程可以用简化的负载图来表 示，见图9-5。图中纵坐标 ， ， 分别为提升机 构，回转机构和变幅机构的电动机轴上的负载力矩， 横坐标为时间t。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 1 提升机构电动机 2 变幅机构电动机 3 旋转机构电动机 图9-4 克令吊结构示意图 返回 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 图9-5 各电动机轴上所受力矩的 简化负载图 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 回转式电动起货机的工作过程为： （1）t1时间为吊起货物阶段，同时伸距由最小到最大。 （2）t2时间为继续吊货至需要高度，同时开始回转
13、。 （3）t3时间为回转至需要位置，伸距同步由最小开始变 大。 （4）t4时间伸距继续变化至最大，同时开始落货。 （5）t5时间继续落货，直至“到位”。 （6）t6时间卸货，此时各电动机停止工作。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 （7）t7时间空钩吊上，同时伸距由最大至最小。 （8）t8时间继续吊至需要高度，同时开始回转。 （9）t9时间继续回转至需要位置，同时伸距由最小开始 变大。 （10）t10时间伸距继续变化至最大，同时开始落空钩。 （11）t11时间继续落空钩，直至“到位”。 （12）t12时间为装货，各电动机停止工作。 t1 t12是一个工作周期，以后重复上述过程
14、。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 三、船舶起货机电力拖动的基本要求 1提高生产率 2对调速范围的要求 3对电动机型式的要求 4对控制电路的要求 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 1提高生产率 生产率是起货机的重要指标，以每小时的起货量(t h) 表示，加快提升货物的速度可提高起货机生产率，但 从安全生产的角度来看，提升速度越高越不安全。为 了提高生产率，必须合理确定额定起货速度。 提高空钩速度可以缩短起货周期、提高生产率。因为 空钩高速时造成生产事故的可能性较小，一般起货机 空钩运行速度比额定起货的速度高出许多。对电动起 货机选用飞轮惯量（GD2）小的电
15、动机以缩短系统的 起动和制动时间也是提高生产率的一项有效措施。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 2 对调速范围的要求 调速范围是起货机的另一重要指标。起货电动机在运 行过程中，既有空钩高速，又有重载低速，要求较广 的调速范围。一般直流起货机调速范围为10:1，调 速性能良好；交流起货机的调速范围为7:1，基本上 也能满足起货的调速要求。而液压起货机的调速由液 压控制实现，拖动电动机本身不需要调速。 船舶电气设备与系统 课 件 * 轮机工程学院船电系 3 对电动机型式的要求 电动起货机必须选用防水式、重复短期工作制的电动机 以适应甲板工作条件。直流起货机，一般采用起动力矩 大而机械特性软的复励电动机以承受冲击负载，并且能 适应轻载高速、重载低速的工况。对交流起货机，宜选 用起动力矩大、转差率高而起动电流较小的深槽式(或 双笼式)的变极调速笼式异步电动机，也可选用绕线式 异步电动机。对发电机-电
