4.6.3. Расчет потребляемой мощности, выбор электродвигателя

привода

Методика расчета потребляемой мощности зависит от типа оборудования, особенности технологического процесса, свойств перерабатываемого материала, условий работы привода и многих других факторов. В курсе «Технологическое оборудование» рассматривались формулы и рекомендации для расчета полезной мощности различных групп технологического оборудования. В этой связи, в первую очередь, необходимо определить: к какой из известных групп оборудования относится разрабатываемое или модернизируемое оборудование - и в соответствии с аналогами определить полезную мощность. Далее необходимо определить потери мощности, обусловленные режимом работы, особенностями перерабатываемого сырья и материалов, конструкцией привода и т.д. Эти коррективы учитываются путем введения соответствующих коэффициентов: коэффициент запаса, коэффициент динамичности и т.д.

В основе методик расчета мощности привода машины или аппарата лежит общее положение: при равномерном движении потребная мощность (Вт) равна работе, совершенной в единицу времени.

N = A/τ = PS/τ = PV,

где А - работа, Дж; Р - действующая сила, Н; S - пройденный путь, м; V - скорость, м/с; τ - время, с.

Если тело совершает вращательное движение, с постоянной скоростью:

N = M_Вр = M_Вр ω,

где ω - угловая скорость, рад/с; n – частота вращения вала, мин^-1, М_Вр - вращающий момент, Нм.

Таким образом, если нагрузка на рабочем органе в течение времени существенно не изменяется, то, определив ее и умножив на скорость рабочего органа, можно определить мощность для приведения в движение этого органа. Сумма всех мощностей этого органа дает общую мощность привода (полезную). Учтя все сопротивления, находят суммарную мощность, необходимую для преодоления полезных и вредных сопротивлений.

Для того чтобы звенья механизма двигались, необходимо иметь кинетическую энергию вала, равную сумме кинетических энергий всех его поступательных звеньев.

Из этого соотношения выводят зависимость инерции механизма, приведенного к его ведущему звену.

J_ПР = m_i (V_i/W_i) 2 + J_i (W_i/W1)²,

где n - число подвижных звеньев машины; m_i - масса звена i, движущегося поступательного, кг; V_i - средняя скорость звена i, движущегося поступательного, м/с; ω_i - угловая скорость ведущего звена, рад/с; J_i - момент инерции вращающегося звена i, Н∙м∙с²; W_i - угловая скорость вращающегося звена i, рад/с.

Для машин, у которых рабочие органы работают с переменными нагрузками (поршневые насосы, брикетирующие прессы и др.), строят диаграммы всех сил, действующих на рабочие органы, и находят пиковые нагрузки. По силовым диаграммам находят потребную мощность привода. Для этого поступают следующим образом: если диаграмма сил была построена в функции времени, то по известной зависимости пути движения рабочего органа от времени строят диаграмму сил в функции пути. Как известно, площадь этой диаграммы за какой-то отрезок пути характеризует в определенном масштабе работу сил сопротивления, приложенных к рабочему органу на этом отрезке пути. Заменяя эту площадь равновеликой площадью прямоугольника, построенного на том же отрезке пути, будем иметь ординату этого прямоугольника в качестве движущей силы, необходимой для приведения в движение этого рабочего органа. Площадь этого прямоугольника характеризует необходимую работу движущих сил, которую можно вычислить, умножив площадь прямоугольника на масштабы пути и силы.

Зная время, за которое рабочий орган прошел отрезок пути, указанный на диаграмме, и поделив полученную работу движущих сил на это время, находят необходимую мощность для привода рабочего органа. Суммируя полученные таким же образом мощности всех рабочих органов машины, можно с учетом потерь в кинематической цепи определить потребную мощность электродвигателя и выбрать его по справочникам (например, [2]).

После этого проверяют привод машины на плавность хода. Для этого необходимо сложить все построенные диаграммы для всех рабочих органов. Таким образом, на одной суммарной диаграмме будем иметь суммарный график сил сопротивления и прямоугольник от суммарных движущих сил. Та часть площади этой диаграммы, которая выступает за прямоугольник, характеризует избыточную работу сил сопротивления на каком-то отрезке пути. Определив эту работу, можно найти необходимый приведенный момент инерции на главном приводном звене (первом от рабочих органов общем звене, совершающем вращательное движение).

J′_пр= А_С/ω_II²δ,

где J′_пр - приведенный момент инерции на главном приводном звене, Н∙м∙с²; А_С - избыточная работа сил сопротивления, Дж; ω_II - среднее значение скорости главного приводного звена на отрезке пути, на котором найдена работа А_С, с^-1; δ - коэффициент неравномерности, δ < 0,02.

δ =

Полученный ранее действительный момент инерции должен быть обязательно больше приведенного момента инерции J > J_ПР. Если он получился меньше, то в привод машины надо добавить маховик с моментом инерции, достаточным для того, чтобы имело место приведенное неравенство.

После расчета потребляемой мощности с учетом условий эксплуатации и желаемого конструктивного исполнения выбирают электродвигатель. В приводах пищевых машин, как правило, используют трехфазные асинхронные электродвигатели серии 4А. Они имеют ряд преимуществ: простоту конструкции, малую стоимость, надежность, простоту подключения и обслуживания. После определения потребной мощности, выбора привода разрабатывается кинематическая схема и выполняется ее расчет.