Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Гоберман Л.А. Прикладная механика колесных машин

.pdf
Скачиваний:
54
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
9.73 Mб
Скачать

Увеличение значения tHдостигается соответствующей регули­ ровкой муфт или иными конструктивными средствами. Для муфт с гидравлической системой управления большая плавность вклю­ чения может быть, в частности, достигнута установкой в системе управления дросселирующих клапанов.

Динамическое воздействие привода на элементы конструкции зависит’также от продолжительности разгона ір и торможения іт системы, т. е. от продолжительности действия избыточного усилия.

Значения tp и tr определяют из дифференциальных уравнений переходных процессов. Для процесса разгона эти уравнения за­ писывают так:

/ пр- ^ , =

Мизб(0;

(V.1)

mnp^ =

P H36(t),

(V.2)

где Мизб (t) и Ризб (t) — соответственно избыточный момент и из­ быточная сила, приведенные к двига­ телю;

/ пр — приведенный к валу двигателя момент инерции механизма и самого вала дви­ гателя;

тир — приведенная к двигателю масса меха­ низма;

со и у — угловая и линейная скорости двигателя. Для гидродвигателей поступательного движения масса тпр представляет собой сумму масс механических звеньев меха­ низма тм, приведенных к штоку гидроцилиндра, и приведенной

массы рабочей жидкости тж^ 0,05тм.

Для гидродвигателей вращательного движения момент инер­ ции равен сумме моментов инерции ротора и звеньев, механически связанных с валом гидродвигателя и приведенных к нему, и при­ веденного момента инерции рабочей жидкости.

Рассматривая далее двигатели вращательного движения, из уравнения (Ѵ.1) находим

A f__

Упр

__

( G P 2)n p dti

 

 

'

М „зб(0

375 УИизб (t)

 

где (G D \ p — суммарный маховый

момент

механизма

при раз­

гоне, приведенный к валу двигателя.

скорости

Если разгон механизма

происходит от

нулевой

(п = 0 ) до некоторого конечного значения п, соответствующего установившемуся режиму, то время разгона можно определить из последнего выражения путем интегрирования его правой

части от 0 до

п:

 

П

t _

 

г f

Мизб(і)

_ (6 Д2)пр Г dn

Р

 

n P j

375 J М „ зб (t)

 

 

о

 

о

108

При частичном разгоне от некоторой

скорости п j до ско­

рости п 2

 

 

 

 

 

 

і __

т

Г

__

(G ö2)np

Г

du

р

пр

J

М „зб (t) -

375

J

Mm6(t)

 

 

0)!

 

 

 

 

Торможение механизма может осуществляться при выключен­ ном двигателе за счет сопротивлений движению и тормозного мо­ мента Мт (і), создаваемого механическим тормозом, либо при включенном двигателе за счет тех же внешних сопротивлений и тормозящего момента Л4Тд (t) двигателя. Уравнение движения для процесса торможения можно записать так:

Гпр- £ - = М тизб (t),

ГД6 J пр

Из

(ОД2)пр — приведенный к двигателю или тормозящему

4g

шкиву момент инерции механизма при тор­ можении;

(GD2)Ip — суммарный маховый момент механизма, приведенный к тем же элементам;

Мизб — избыточный момент при торможении, при­ веденный к двигателю или к тормозному шкиву.

этого выражения находим

t Г

da)

W n p

dn

-- "ПС

Кэб(0

375

Кэб (0

 

 

 

 

(0

 

п

Таким образом, время разгона и время торможения зависят от закона изменения избыточного усилия. При изменении послед­ него по прямолинейному или гармоническому закону продолжи­ тельность разгона или торможения несколько увеличивается.

При мгновенном возрастании избыточного усилия

(Мизб = const,

tH 0 ) значения tp и tT становятся наименьшими;

в этом случае

^

 

Jпр(0

 

(GD2)пр

п

Мс)

(Ѵ.З)

^

 

М р шах — М с

375

(М р шах

 

 

 

 

*

. . . .

J>

 

( ® 2) ; Р

п

 

М с)

(Ѵ.4)

Т

 

-44т max ±

4ИС

375

(,А4Х тах

+

 

где п — число

оборотов

двигателя в

минуту

при

 

нагрузке его

моментом М с.

 

 

 

 

для механизмов

В уравнении (V.4) момент М с имеет знак (+)

передвижения и вращения (для них величиной Л4С определяются вредные сопротивления от трения в кинематических парах и от ветровых нагрузок) и знак (—) для механизмов подъема (для кото­ рых М с — полезное сопротивление от веса груза).

109

Из полученных зависимостей следует, что продолжительность переходных процессов тем короче, чем меньше отношение

(ОД2)пр

^ р ( т ) ш а х

Быстродействие гидроприводов объясняется, в частности, именно тем, что это отношение для них значительно меньше, чем для других двигателей. Так, для шунтового электродвигателя постоянного тока мощностью 8 , 8 кВт с числом оборотов в минуту, равным 1000, маховой момент ротора (GD2) = 2,96 кгс-м2 (29,0 Нм2); для гидромотора нормального исполнения той же мощности, имеющего то же число оборотов, маховой момент вра­ щающихся частей (GD2) = 0,035 кгс-м2 (0,343 Нм2).

Большое влияние на продолжительность разгона и торможения оказывает величина внешних сопротивлений. При малых сопро­ тивлениях продолжительность разгона механизма будет невелика, и для развития динамических нагрузок время окажется столь небольшим, что эти нагрузки не успеют достигнуть своего макси­ мального значения. И, наоборот, при больших статических сопро­ тивлениях продолжительность разгона увеличивается, и в этом случае возможно достижение динамическими нагрузками своего максимума. Покажем это на следующем примере.

При двукратном внедрении ковша погрузчика в штабель мате­ риала наблюдается два пика динамических нагрузок: первый — в конце однократного внедрения и второй — в начале повторного включения механизма. При этом в одних случаях большим полу­ чается первый пик динамических нагрузок, а в других — второй пик. Это можно объяснить различным характером нарастания сопротивления внедрения по мере углубления ковша.

Если с углублением ковша сопротивление увеличивается, то при повторном включении механизма время его разгона будет большим, и второй пик динамических нагрузок по величине может быть больше первого максимума этих нагрузок в конце первого этапа. Если внедрение того же ковша в штабель сопровождается постепенным его выглублением, то повторное включение меха­ низма вследствие такого способа зачерпывания материала будет происходить при меньших сопротивлениях внедрению, т. е. с бо­ лее коротким разгоном, и в этом случае большим окажется первый пик динамических нагрузок.

21. ВЛИЯНИЕ ЗАКОНА ИЗМЕНЕНИЯ ДВИЖУЩЕГО (ТОРМОЗЯЩЕГО) УСИЛИЯ ПРИВОДА

НА ДИНАМИЧЕСКОЕ НАГРУЖЕНИЕ МЕХАНИЗМА

Рассмотрим этот вопрос на примере механизма подъема (см. рис. 2 , а).

Применяя метод Даламбера, нетрудно установить, что движе­ ние данной системы, состоящей из приведенной к грузу массы привода т х и массы груза т 2, описывается уравнениями

ПО

jmjSi + c (Si — s2) =

Pm6 (t) + Q;

(V.5)

ImjSa— c(Si — s2) =

— Q,

(V.6 )

где Ди3б (f) — избыточное усилие привода, приведенное к грузу;

с — линейная жесткость каната.

 

умножим

уравне­

Преобразуем эти уравнения.

 

Для

этого

ние (V.5) на m2, (V.6 ) — на т 1,

и из первого выражения

вычтем

второе; тогда получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЩЩ (Si — s2) + с (sx — s2) (тх+

щ ) =

 

= Р яаб

nh

 

 

Q ("h

+

щ )-

 

(V.7)

Отсюда, вводя новую

переменную

 

 

 

 

 

(0

-f-

 

 

 

 

 

 

s — S j

S2 ,

 

Si

S2 — 5 ,

 

 

 

находим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с (т 1 +

« 2) s __

Ризб (<)

I O l +

m2) Q

(V.8 )

гпхт2

 

 

 

 

 

m1

 

'

 

т гт 2

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s -j- p2s

 

 

Ризб (0

 

1

(mx - f ma) Q

 

(V.8 a)

 

 

 

 

 

 

 

/Пі/Яз

 

 

 

где

 

 

V-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mxm2

 

 

 

 

 

 

 

 

c (m1 +

m2)

 

 

 

 

Величиной p определяется здесь частота собственных коле­

баний системы.

 

 

при различных законах изме­

Решим теперь уравнение (Ѵ.8 а)

нения избыточного усилия Ризб (і).

 

 

Избыточное усилие изменяется по закону Р ИЗб (t) =

Р ю ь

— const.

 

 

 

 

 

Дифференциальное уравнение движения (Ѵ.8 а) принимает вид

s -\- p2s

Ризб

,

щ + т2 Q

(Ѵ.9)

т1

'

тхт2

ѵ

 

 

Решение однородного уравнения

 

 

soah =

Сг sin pt

+ С2 cos pt;

 

частное решение

s =

А;

 

 

 

 

 

тогда s = 0 .

 

 

 

 

 

Подставляя значения s и s в исходное уравнение (Ѵ.9),

получим

Ар2=

Ризб

 

ті + Щ

Q

 

 

т1

 

пяхт%

 

 

111

откуда

А — s =

Ризб

__ »И + Щ

1

Q =

изб

+

Q

f f ljP 2

т хт г

p 3

c (m x + m 2)

 

Общее решение неоднородного дифференциального уравне­ ния (V.9), равное сумме решений s0ÄH и s, запишем так:

Cj sin pt 4- С2 cos pt

т гРизб

( Q

(V.IO)

c (otj_+ m 2)

-7 -.

 

 

 

Вычислим также производную функции (V.IO) по времени:

s = Сгр cos pt С2р sin pt.

Постоянные интегрирования находим по начальным условиям:

при

/ = 0

s

Q , s — 0.

Подставляя эти условия

в выражения

для

S и s,

получим

 

 

 

2^ изб

 

 

 

 

= с а

I

^

 

 

 

 

 

с (тг + яг2) + '

 

 

 

 

 

 

 

О — Сір

 

 

 

 

Сх =

0;

с 2 =

^Ч2Р изб

 

 

 

 

с (% + /п2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и уравнение

(Ѵ.10) примет вид

 

 

 

 

 

„ _

ЩРтб

( 1

— cos pt) -f- Q

(V.ll)

 

 

 

с { т х ■

■ т

й

 

 

Сила упругости F, соответствующая динамической нагрузке на упругом звене (канате), определяется как произведение жест­ кости с этого звена на его деформацию s:

' F = т 2Р изб (1 — cos pt) + Q.

(V.12)

т1 - \ - т г

Вмомент времени t — — значение тригонометрического члена

вуравнении (V.12) становится равным (—1) и величина F полу­ чает максимум:

< ѵ л з >

Таким образом, для рассмотренной двухмассовой системы при Р„зб (0 = const максимальная динамическая нагрузка на упру­ гом звене равняется сумме удвоенной среднеинерционной нагрузки, определяемой первым членом в формуле (V.13), и статической нагрузки.

Отношением максимальной динамической нагрузки к стати­ ческой определяется коэффициент динамичности

= -¥ * - ■

(Ѵ-14)

112

Пример. Вычислить максимальную динамическую нагрузку и коэффициент динамичности для механизма подъема, имеющего следующие данные: вес груза

Q = 8,0 тс;

мощность двигателя N = 35 кВт; число его оборотов п = 120 в ми­

нуту; маховой момент ротора и соединительной муфты GD =

20

кгс-м2; пере­

даточное число привода і =

40; кратность полиспаста ап = 2;

радиус барабана

/?б = 0,40

м; приведенная

жесткость каната с — 400-ІО3

кгс/м;

к. п. д. меха­

низма т) =

0,8.

 

 

 

 

 

 

Номинальный момент двигателя

 

 

 

 

 

Мн = 975~

= 9 7 5 =

47,5 кгс-м (466

Н-м);

 

максимальный (пусковой)

момент при К„ = 2,5

 

 

 

 

Мп = /СпМ„ =

2,5-47,5=

119 кгс-м (1170

Н-м);

 

максимальное избыточное усилие, приведенное к грузу,

Мпіапг] Л 119-40-2-0,8

Гюб - Rö Ч - о,4

— 8000= И 000 кгс (108 000 Н);

приведенная к грузу масса

nil = о

GD2i2a2r\

 

20-1600-4-0,8

 

--------— —1,1

 

4.9,81.0,16

 

 

 

w l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

17 900

 

( 176 000

кг);

 

 

 

Q

8000

=

815

кгс—

(8000 кг);

 

т2= —

“ 9,81

 

 

S

 

 

 

м

 

 

 

т2

_

815

 

0,0435

ѵгг42

(0,427 кг).

 

Щ + т2

~

=

М

 

18715

 

 

 

 

 

По формуле (V. 13)

определяем

максимальную динамическую

нагрузку

Fmax = 2 -0,0435 -11 000 + 8000 = 8960

кгс (88 000

Н);

коэффициент динамичности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_

8960

 

1, 12.

 

 

 

 

 

Д а

8000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Избыточное усилие

изменяется

по закону •^изб (0 — Ризб і

Дифференциальное уравнение

 

(Ѵ.8 а) запишем так:

tu

 

 

 

p2s

- Ризб

 

 

 

т 1

т 2

Qi-

(V.15)

Решение однородного уравнения остается здесь таким же, что и для предыдущего случая.

Частное решение ищем в виде

s = А i -f- В .

Тогда

s = 0.

8 Л. А. Гоберма

ИЗ

Подставив значения s и s в уравнение (V.15), получим

р2{Аі + В) = - ^ і - щ + т2 Q.

Приравнивая соответственные коэффициенты, стоящие в пра­ вой и левой частях этого уравнения, составляем систему для опре­ деления постоянных А я В:

р 2А =

Р изб

 

тЛ

 

р 2В

Щ+ Щ

Q;

т.^2

отсюда

ftl^Pизб

А — Р изб

ЩІаР2

с (/Пі +

т2) tH

В /ГЦ•

Q =

<2

и частное решение неоднородного уравнения (Ѵ.15) принимает вид

 

 

 

 

 

^ 2 Р изб

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с (тх +

т2) tH t

 

 

 

 

 

Общее решение уравнения

(Ѵ.15)

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

^одн

S,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s = Cx sin pt

 

C2cos pt

______ mj P и зб ______ ^

I

Q_

(V.16)

 

c (mx + m2) ts

 

>“

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда,

дифференцируя по времени,

находим

 

 

 

 

s — Сгр cos pi С2р sin pt -f-

m^Pизб

 

 

 

 

с (яц + т2)

t

 

 

Подставляя в выражения

s (/) и s (t)

начальные условия (при

t = 0 s =

 

s ==

0 ^,

получим

уравнения

для

определения

постоянных

интегрирования

С1 и С2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q =

С 0 + -« -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

С ’

 

 

 

 

 

 

 

0 =

C tp

 

 

И зб

 

 

 

 

 

 

 

 

с (тг

+ т2)

ta

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С 2

=

0 ;

C ,

=

j -

т^Ризб

 

 

 

 

 

 

с (яц + т2) tB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и общее решение (V.16)

принимает вид

 

 

 

 

 

 

S =

 

^ 2^изб

 

( 4

Ji_ sinp/) +I

Q

 

(V.17)

 

 

с (яц -(- т2) t

 

 

 

 

 

 

 

114

Соответствующее этой деформации усилие на упругом звене

F =

WyPизб

tn

 

 

(V. 18)

Ош +

т2)

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

изб

 

t_

 

 

 

F = Щ + т2

U\

“ 7 Г sln pt) + Q-

(V. 19)

Избыточное усилие изменяется по закону Р ИЗб (0 ~

Р изб sin kt.

Для этого случая

при

р ф k дифференциальное

однородное

уравнение (Ѵ.8 а) запишем так:

 

 

 

s p 2s =

3

^

sinkt I ,оті + т.к Q'

(V.20)

Частное решение неоднородного уравнения (V.20) ищем в виде

s = А cos kt

+ В sin kt

+ D;

 

тогда

 

 

 

 

 

 

s = —A k 2

cos k t Bk 2

sin kt.

 

Подставляя s и s в уравнение (V.20), получим

 

А (p2 k2) coskt В (p2 — &2) sin kt -ф p2D = -Риз-

sin kt +

 

 

 

 

 

m1

 

 

 

I

W1 m2 Q

 

 

 

 

'

 

mlm2

 

 

Приравниваем соответствующие коэффициенты в левой и пра­

вой частях этого уравнения и

находим

постоянные А, В и D:

А 2 k2) = 0;

i

ß(p2— k2)

=

изб .

 

 

 

p2D =

отсюда

m! -f- /и, m1m2 Q;

Л = 0 ; ß =

P изб

 

m1 (p2 — &2) ’

c

и частное решение принимает вид

о . . Р изб

sin kt -ф — .

« 1 (р®— Л*)

1 с

8'

115

Общее решение уравнения (Ѵ.20), равное сумме решений однород­ ного уравнения и частного решения, запишем в виде

s = C i sin pt + C2cos pt +

2,- sin kt +

;

 

 

mi (p2 — * 2)

 

 

 

 

 

 

P изб^

 

COS kt.

s == Cxp cos pf — C2p sin pt -f mj (p2 — £2)

По начальным условиям

(при t — 0

s =

Q

s =

0)

— ,

-5- = C2 + — ;

 

 

 

 

С

2

1 С ’

 

 

 

 

0 = Cjp

-t-

Ризб*

 

 

 

т і( р 2 — /г2)

 

 

 

отсюда

 

 

 

 

 

 

С2 = 0; Сх =

Ризб

 

р

 

 

щ (р2 — А2)

 

 

(V.21)

находим

и общее решение принимает вид

 

 

 

 

 

" —

m1

Риз6

 

^sin&tf —

sinp ^ +

 

(V.22)

 

(p2 — £2)

 

 

 

 

 

 

Динамическое усилие на

упругом звене

 

 

 

F =

 

 

 

( sin kt -

т

sin pt) + Q-

(V.23)

 

 

 

 

Величина k может быть здесь принята равной

-кт-', тогда,

заменяя значение р через период колебания Т, получим

р |

СРизб

{ .

Я ,

1

Г

sin 2 л ~

(V.24)

'

(р2 — Л2) ( 5Ш2 ^ ' - Т

 

 

 

 

Избыточное

усилие

изменяется

по

закону

Р изб ( t ) =

= Р изб (1 — е~х<)-

Дифференциальное

уравнение

(Ѵ.8 а) запи­

шем в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S -|- p2s

Ризб

( 1

) +

Ші+ Щ

Q.

(V.25)

пи

 

 

Частное решение неоднородного уравнения (Ѵ.25) ищем в виде

тогда

 

 

s — Dr -L D2e-и .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s = D2k2e-M.

 

 

 

 

Подставляя значения s и s в уравнение (Ѵ.25), получим

D2Ke~u + рЮ2е- и 4- р2Д = ^

+

Wl + m2- Q

 

116

Приравниваем соответственные коэффициенты, стоящие в левой и правой частях этого уравнения, и находим постоянные D x и D 2.

 

D2(V + p*) _

 

Ризб .

 

 

P'-D,

Редб

I

Щ 4- тп2 <3;

 

отсюда

 

 

 

 

 

 

£у ,

Ртб I ті т2

1

Q

т 2Ризб

_0 _

1

т 1р2 '

т хт 2

' р а ^

с (тх -f т 2)

с

Ризб

А,= Щ2 + Р2) ’

ичастное решение запишем так:

s =

Ризб^,-М

т2Ризб

I Q

т і ( ^ 2 + Р2) +'

с ^ і + Шг) ^

с

Общее решение уравнения (Ѵ.25) равно сумме решений одно­ родного уравнения и частного решения:

s = C1sin pt -f С2cos pt -

Ризбе,-М

 

 

т2Ртб

.

(V.26)

 

 

Щ (Я 2 + р 2)

С ( т х + т2)

 

Вычислим так же s:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s = Cjp cos pt С2р sin pt

ЯРизбе

Р2) ■

 

 

 

 

 

 

т і (Я2 +

 

По начальным условиям (при

t =

0 s =

Q

 

s = 0^ находим

— г

_

Ризб

+

тгРизб___ I

 

Q

 

с

т х(Я2 + р2)

с (mx + m2)

 

с

 

 

0 Сір

 

ЯРизб

 

 

 

 

 

 

 

т і (Я2 +

р2) ’

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ризб

 

Я^Ризб

 

; с 1==.

 

 

Ризб

р •

^”2 т1 (^2 +

Р2)

с ("Ц + т2)

 

%(Я2 + Р 2)

Подставив значения Сх и С2 в уравнение (V.26), получим

^ 2^изб

 

 

 

Ризб

 

 

р—Аі

 

с 1 + т 2) (1 — COS pt)

 

2

 

 

 

 

 

 

 

т і (я

+ р2)

 

 

 

 

+ —

sin pt — cos рг1

+

4

-

 

 

(V.27)

117

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ