Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Теория электропривода

ПЕРЕДАЧА И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Механическую энергию вырабатывает электромеханический преобразователь — двигатель и передает РО машины посредством механического передаточного устройства.

Электродвигатель является в этом смысле источником момента (усилия): двигательного или тормозного. Движением РО управляют, изменяя момент на валу двигателя.

Движение РО может быть однокоординатным (рабочее колесо насоса, шпиндель металлорежущего станка и пр.) к многокоординатным (грузозахватное устройство робота, ковш экскаватора и др.). В первом случае движение осуществляется одним приводом, во втором — несколькими одновременно работающими приводами.

Механическое передаточное устройство передает механическую энергию РО, либо не подвергая ее преобразованию, либо подвергая. В первом случае передаточное устройство представляет собой соединительную муфту или соединительный вал. Если такая муфта или вал обладают достаточной жесткостью, то передача энергии от вала двигателя РО осуществляется непосредственно без преобразования параметров энергии и практически без потерь энергии.

Параметрами, характеризующими механическую энергию, являются: для поступательного движения — сила (усилие), Н; скорость

, м/с; путь (перемещение), м, а для вращательного движения — момент , Н-м; скорость вращения со, 1/с (или рад/с); угол поворота <р, рад.

В технической литературе вместо понятия «скорость вращения» часто используют термин «частота вращения». Это представляется неточным, так как физическая величина скорость является вектором, который характеризует численное значение и направление. Скорость вращения также имеет значение и направление. Частота, как понятие, характеризует повторяемость событий и не может иметь направление или быть положительной, или отрицательной.

Многие кинематические схемы рабочих механизмов и машин требуют преобразования вида механического движения или параметров механической энергии. Это осуществляется специальными механизмами, входящими в состав механического передаточного устройства (рис. 2.1). Преобразование вращательного движения в поступательное осуществляют посредством барабанно-канатных передач, кинематических пар винт-гайка, зубчатое колесо — зубчатая рейка, шарико-винтовых передач и др. Преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное производят с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Механические передаточные устройства

Рис. 2.1. Механические передаточные устройства: а — редуктор; б — зубчато-реечная передача; в — барабанно-канатная передача; г— кривошипно-шатунный механизм; д — ременная передача; е — винтовая передача; ж — шарико-винтовая передача

В кинематических цепях рабочих машин широко используют устройства, преобразующие параметры механической энергии. К ним, прежде всего, относятся редукторы и зубчатые передачи. Эти механизмы, не изменяя вида движения (вращательного), изменяют параметры механической энергии. Редукторы повышают момент, уменьшая скорость вращения, мультипликаторы повышают скорость, соответственно уменьшая момент. Такие же функции выполняют ременные, цепные и другие виды передач.

В некоторых случаях в состав механического передаточного устройства включают маховик — элемент, позволяющий запасать кинематическую энергию для последующего ее использования.

В общем случае баланс мощностей в механическом передаточном устройстве будет следующим:

где Р — механическая мощность, развиваемая двигателем; Ржхмеханическая мощность, идущая на совершение работы РО машины (мощность резания, мощность, расходуемая на подачу воды насосам и др.), полезная работа за единицу времени; АР — энергия потерь на трение за время At; AWK приращение кинетической энергии всех движущихся масс, входящих в кинематическую цепь электропривода, за время At (знак «+» соответствует запасанию кинетической энергии при увеличении скорости движущихся масс; знак «—» соответствует отдаче кинетической энергии при уменьшении скорости масс); Д Wnm — приращение потенциальной энергии, запасенной в механическом передаточном устройстве (например, в упругих элементах) или в элементах кинематической цепи при их перемещении за время At.

В механическую часть электропривода включают:

  • • ротор (подвижный элемент) электродвигателя (конструктивно является составной частью электромеханического преобразовательного устройства);
  • • механическое передаточное устройство;
  • • рабочий орган машины (например, кабина лифта), конструктивно является частью рабочей машины.

Включение в состав механической части электропривода ротора двигателя и РО необходимо при анализе динамических характеристик электропривода, так как ротор и РО обладают массами, участвующими в движении и запасающими кинетическую энергию, и поскольку именно к РО прикладываются усилия сопротивления движению, связанные с выполнением рабочей машиной технологических операций.

Для оценки динамических свойств механической части электропривода важно знать, содержит ли механическое передаточное устройство упругие звенья и зазоры или является практически жесткой.

Жесткой механической системой будем считать такую кинематическую цепь, все элементы которой имеют равную или пропорциональную скорость, как в установившемся, так и в переходном режимах. Жесткая механическая система может быть приведена к жесткому механическому звену с общей приведенной массой или моментом инерции.

Если все элементы жесткой механической системы двигаются с одной скоростью, то моменты инерции ротора двигателя и РО (например, колеса вентилятора) можно объединить. Суммарный момент инерции системы находят сложением моментов инерции элементов системы, например, моментов инерции ротора двигателя и колеса вентилятора s = , + 2ис- 2-2).

Одномассовая механическая система

Рис. 2.2. Одномассовая механическая система

Если элементы жесткой механической системы движутся с разными, но пропорциональными скоростями, то для нахождения общей массы или момента инерции нужно привести их к одной скорости, а затем суммировать.

Жесткую механическую систему можно считать одномассовой, поскольку она имеет всего одну степень подвижности и входящие в нее массы совершают единое движение. Движение одномассовой системы описывает второй закон Ньютона.

Для поступательного движения импульс силы равен изменению количества движения:

где ? и — векторы силы и линейной скорости; т — масса.

Произведение массы на скорость пГ называют количеством движения.

Для вращательного движения второй закон Ньютона выражается следующим образом: импульс результирующего момента равен изменению количества вращательного движения, т.е.

Момент инерции J, кг-м2 — параметр, аналогичный массе при поступательном движении, характеризует меру инерции тел, вращающихся относительно фиксированной оси. Момент инерции материальной точки с массой т равен произведению массы на квадрат расстояния от точки до оси вращения J = т 2.

Момент инерции тела есть сумма моментов инерции материальных точек, составляющих это тело. Он может быть выражен через массу тела и его размеры. Значения момента инерции для тел вращения приведены в каталогах и справочниках. Иногда в каталогах дается значение махового момента GD2. Для того, чтобы найти момент инерции нужно GD2 разделить на четыре: J = GD2/ .

Механическая инерционность вращающейся массы зависит не только от ее величины, но и от диаметра. При одной и той же массе тело, имеющее больший диаметр, обладает значительно большим моментом инерции. Поэтому малоинерционные электродвигатели стремятся конструировать с меньшим диаметром ротора большей длины. Напротив, когда в состав кинематической цепи рабочей машины включают маховик, его целесообразно конструировать с большим диаметром.

Подчеркнем, что сила Fz в формуле (2.2) представляет собой результирующую силу — сумму всех векторов сил, действующих на данную механическую систему, включая силы сопротивления движению. Точно также момент Мъ в выражении (2.3) есть результирующий момент, т.е. алгебраическая сумма моментов вращения, действующих на механическую систему.

Если между элементами механической системы существует упругая связь или зазоры, то такую систему нельзя считать жесткой, так как число подвижности больше единицы, т.е. возможно движение в определенных пределах одних элементов относительно других. Пределы такого движения определяются в случае зазора его размерами, в случае упругих элементов — деформацией в пределах закона Гука.

Упругие элементы, свободный подвес груза, зазоры разделяют механическую систему на отдельные части (массы); каждая из частей может представлять собой жесткое механическое звено, состоящее из ряда элементов с жесткой связью между ними. Поэтому механическую систему с упругими связями или зазором рассматривают как многомассовую систему (обычно двух- или трехмассовую).

Примеры многомассовых систем с упругой связью показаны на рис. 2.3. На рис. 2.3,я двухмассовая система состоит из ротора двигателя Д и РО, связанных упругим звеном. В качестве такого звена могут выступать: упругая муфта, торсион, длинный валопровод, тек- сропная передача и др. Конкретные примеры двухмассовых систем будут рассмотрены далее. Примером трехмассовой системы может служить кинематическая схема лифтовой установки высотного здания (рис.2.3,6). Первую массу составляет жесткое механическое звено канатоведущего шкива (КВШ), которое включает ротор двигателя, зубчатые колеса редуктора Ред и КВШ, вторую массу — кабина лифта с пассажирами. Кабина соединена с КВШ посредством упругого элемента — каната. Третья масса — противовес — соединена с КВШ посредством упругого элемента — второй ветви каната.

Многомассовые механические системы с упругими связями

Рис. 2.3. Многомассовые механические системы с упругими связями: а — связь ротора двигателя с РО посредством упругой муфты; б—трехмассовая механическая система лифта

Вообще говоря, все многоэлементные механические системы имеют упругие связи и могут рассматриваться как многомассовые. Однако в большинстве практических случаев нет необходимости в таком подходе. Вопрос о том, когда можно пренебрегать упругими связями, когда нельзя, должен решаться на основе технических требований к электроприводу. Следует проанализировать, будут ли механические колебания, возникающие в переходных процессах благодаря наличию упругих элементов, влиять на технологические процессы, обслуживаемые данным электроприводом, и на износостойкость механических конструкций. Если такая опасность существует, то следует провести анализ динамических характеристик механической системы с упругими связями и предусмотреть в системе управления электроприводом меры, позволяющие устранить или демпфировать возможные колебательные явления в механической системе электропривода.

Проводить анализ динамики многомассовых систем или механических систем с несколькими степенями подвижности целесообразно, пользуясь математическим аппаратом на основе уравнения Лагранжа второго рода (см. § 2.5).

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы