книги из ГПНТБ / Гейлер Л.Б. Электрооборудование и электроавтоматика кузнечно-прессовых машин

Однако в отдельных случаях, как например, для высокопроиз­ водительных прессов малой мощности, отличающихся большой частотой рабочих ходов, следует отдавать предпочтение двигателям с нормальным скольжением sH, т. е. с обычной жесткой характери­

стикой, как это пояснено в конце настоящего параграфа.

Условия работы маховикового электропривода

во время удара должно быть таково, чтобы маховые массы отдали достаточное количество работы, необходимой для производственной операции, и чтобы, таким образом, двигатель не оказался опасно перегруженным при пониженной скорости вращения; это соображе­ ние обычно и принимается в основу выбора номинального скольже­ ния sH двигателя. В то же время двигатель должен быть способен

развить достаточный момент для восстановления скорости и накопле­ ния энергии маховиком перед следующим ударом.

Внезапный наброс или пик нагрузки в условиях, когда маховик не успел отдать всего запаса кинетической энергии, создает резкий механический толчок, передающийся двигателю и элементам при­ вода. При правильно выбранном скольжении (т. е. наклоне механи­ ческой характеристики) двигателя механический удар поглощается маховиком.

Хотя маховики устанавливают не на всех прессах, наличие мягкой характеристики, т. е. повышенного скольжения, у двига­ теля почти всегда является преимуществом. При рабочем ходе ско­ рость двигателя падает, а рост его крутящего момента происходит не так резко, как у двигателя с нормальной жесткой характери­ стикой. Благодаря этому и ускорение ползуна происходит не так резко, что оказывает амортизирующее действие на весь электропри­ вод в целом.

Практика эксплуатации существующих электроприводов прес­ сов подтверждает значение повышенного скольжения двигателя или вообще эластичного звена в приводе. Так, в одном случае при замене изношенной ременной передачи в приводе пресса с двигате­ лем нормального скольжения (жесткая характеристика) на клино­ ременную передачу (не дающую проскальзывания) двигатель начинал перегреваться и работа происходила неудовлетворительно.

Восстановление нормальных условий работы возможно было достигнуть созданием «слабины», т. е. слабого натяжения и неко­ торого проскальзывания клиновидных ремней (вообще говоря, недопустимого из-за большого их износа) или путем перехода к дви­ гателю повышенного скольжения. Хотя габаритная мощность такого двигателя понизилась против мощности двигателя с жесткой характеристикой, надежная работа электропривода стала воз­ можной.

79

Преимущества короткозамкнутых двигателей повышенного

скольжения

Асинхронный двигатель повышенного скольжения встречается на практике в двух конструктивных исполнениях: 1) с короткозамкнутым ротором и 2) с контактными кольцами и с добавочным сопротивлением в цепи ротора; в первом исполнении двигатель и аппаратура управления будут более дешевыми, чем во втором. Кроме того, первое исполнение обладает большей эксплуатацион­ ной надежностью.

Фиг. 40. Диаграммы нагрузки электропривода штамповального пресса:

а — с двигателем нормального типа; б — с двигателем повышенного скольжения.

Преимущества электроприводов прессов с двигателями повы­ шенного скольжения можно иллюстрировать следующими приме­ рами из практики.

На фиг. 40 изображены две диаграммы нагрузки, записанные регистрирующим прибором на одном и том же прессе для штамповки коробов с прямоугольными стенками из стальных листов. Диаграмма на фиг. 40, а относится к электроприводу пресса от асинхронного короткозамкнутого двигателя нормального типа, мощностью 18,4 кет,

с номинальным скольжением 5%. Диаграмма на фиг. 40,6 снята на том же прессе при приводе его от двигателя 14,7 кет, с номиналь­

ным скольжением 12%. При этом во втором случае толщина сталь­ ных листов составляла 4,75 мм против толщины 2 мм в первом слу­

чае.

Как видно из фиг. 40, несмотря на меньшую мощность двига­ теля и большую толщину листов во втором случае, толчки нагрузки оказываются сниженными в 2 раза благодаря лучшему использо­ ванию маховых масс привода при двигателе с мягкой характеристи­ кой, т. е. с повышенным скольжением. На диаграмме б (фиг. 40)

видно, что в данном случае можно было бы попробовать применить двигатель повышенного скольжения, даже 9 — 11 кет, имеющий

обычную 2—21/2-кратную перегрузочную способность. Следует пом-

8 0

нить, что на фиг. 40 представлены записи мощности, взятой из сети, а не полезной мощности, отданной валу двигателя. Из-за большей мощности двигателя и больших потерь в нем площадь кривой на диа­

Из практики известны и другие, еще более показательные случаи использования двигателей повышенного скольжения: на одном крупном американском автомобильном заводе была произведена

Фиг. 41. Диаграмма потребления тока электропривода пресса:

18,5 кет с номинальным скольжением 12%. При этом оказалось,

что меньшие по мощности двигатели не только вполне успешно справлялись с работой, но и позволили увеличить производитель­ ность прессов. В то же время завод получил экономию на стоимости электроэнергии за счет лучшего использования двигателей и повыше­ ния их среднего эксплуатационного cos ср.

Уменьшение потребляемого тока благодаря применению двига­ теля повышенного скольжения было исследовано на другом прессе. Кривые тока двигателей, записанные регистрирующим ампермет­ ром на бумаге с криволинейными ординатами, показаны на фиг. 41. График а относится к двигателю 5,5 кет, нормального типа, с sH= 5%, график б — к двигателю 3,7 кет, с повышенным скольжением, sH= 10 %.

Оба графика сняты на одинаковых прессах, выполняющих одну и ту же технологическую операцию с одинаковой производитель­ ностью.

Из фиг. 41, б видно, что ток холостого хода снижается с 6 до 3,5 а

благодаря меньшему намагничивающему току у двигателя мень­

тока каждая. Интересно отметить, что первый пик в каждой группе оказывается несколько меньшим, что следует приписать более высо­ кой скорости маховика при холостом ходе. После первого удара нагрузки энергия, отданная маховиком, не успевает полностью восстанавливаться ввиду малого промежутка времени между двумя ударами; в результате этого на двигатель приходится увеличенная нагрузка, т. е. увеличенный пик тока. После четвертого пика рабо­ чий убирает лист с пресса, и получающийся при этом увеличенный участок холостого хода обеспечивает и полный заряд кинетической энергии маховика.

Рассмотренный режим работы пресса является типичным для таких случаев, когда кинетическая энергия может быть хорошо использована благодаря повышенному скольжению двигателя.

Однако для многих быстроходных и высокопроизводительных прессов малой мощности, снабженных небольшими маховиками, нет смысла применять двигатели повышенного скольжения, так как продолжительности периодов удара и холостого хода оказы­ ваются слишком короткими; здесь маховик успевает получить и соот­ ветственно отдать лишь незначительное количество энергии при ударе.

Рассмотрим этот вопрос подробнее. При оценке двигателей повы­ шенного скольжения надо помнить, что вся энергия, требуемая прессом, должна доставляться двигателем, потребляющим ее, в свою очередь, из сети. Это означает, что если средняя мощность пресса

ртА

“60 ’

где А — работа на один удар и т — число ударов за минуту, ока­

жется больше номинальной мощности двигателя, то последний будет

является как раз нежелательным. Этот график относится к двига­ телю с повышенным скольжением, мощностью около 1,5 кет, для пресса, делающего 120 ходов в минуту. Точка а на графике показы­

вает пик нагрузки (тока) для случая, когда на прессе производится относительно тяжелая операция и после пика имеется достаточный промежуток времени для зарядки маховика. Но при легких деталях каждый ход пресса используется как рабочий; маховик, как показано в точке б, не успевает полностью зарядиться, что приводит к слишком

большому росту тока и в конечном итоге к выключению автомата защиты двигателя от перегрузки.

Этот пример показывает, что и при малой механической нагрузке пресса, работающего с большой частотой операций, могут создаваться более тяжелые условия для электропривода, чем при большой

82

нагрузке. В данном случае при тяжелых, но Менее частых ударах нагрузки вполне пригоден двигатель 1,5 кет с повышенным сколь­ жением sH= 10%.

При обработке меньших деталей, т. е. при облегченной опера­ ции, но ведущейся с большой частотой, приходится указанный двигатель заменить двигателем 2,25 кет с жесткой характеристикой (sH= 5%). В этом случае двигатель принимает на себя во время

удара большую часть нагрузки, а маховик—меньшую, чем в случае

гружаться и перегреваться, хотя по требуемому от него максималь­ ному моменту он является достаточным.

Аналогичные условия работы имеют место у прессов глубокой вытяжки. Здесь двигателю приходится преодолевать пик нагрузки за половину оборота (хода) пресса; поэтому маховик может не успеть зарядиться кинетической энергией к следующему ходу.

Как видно из предыдущего, двигатель повышенного скольжения, применяемый взамен нормального двигателя, имеет меньшую номи­ нальную мощность, а поэтому и меньшие потери холостого хода. Поскольку периоды холостого хода занимают большую часть всех циклов работы, применение двигателя повышенного скольжения дает в этом режиме очевидную экономию.

Так как средняя скорость двигателя повышенного скольжения всегда несколько ниже средней скорости нормального двигателя с

жесткой характеристикой, то это обстоятельство надо учитывать при выборе передаточного числа от двигателя к механизму, чтобы обеспечить предписанную его производительность.

§ 24. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА КРИВЫХ МОМЕНТА И СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПРИ КРИВОЛИНЕЙНОЙ ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКЕ

В основу исследования поведения электропривода при ударной

приняты за базисные. График нагрузки принимаем двухучастковыи,

дающую очень близкое совпадение с зависимостью (176) (фиг. 43, кривые 1, 2). Подставляя в уравнение движения (81) значение момента

двигателя р из уравнения (177), получим

(1 - ц е) - ( 1 - ° ) * -

84

= х 2. Эти же величины для начальных условий будем писать с индек­

двигателя. Сюда же относится и пауза между двумя пиками нагрузки. П е р в ы й с л у ч а й , рс > 1.

Обозначим величину (рс — 1) = я2. Тогда дифференциальное уравнение (179) получит вид

,dx

Считая, что пик нагрузки совпадает с началом работы привода»

от дуг к их тангенсам, получаем в результате последовательных преобразований

85

откуда

чать по формуле (181) соответствующие значения момента двига­

Оно отличается от решения формулы (180) лишь знаком в правой части и тем, что вместо тангенсов здесь входят гиперболические тангенсы. В результате преобразований, совершенно аналогичных первому случаю, получаем решение и для второго случая в оконча­ тельной форме:

Формулы (181) и (18Г) представляют семейство кривых р = / (т) при параметрах х0 и а, ординаты которых всегда возрастают по мере

увеличения относительного времени т. Формулы (183) и (183') пред­ ставляют также семейство кривых р = f (т) при параметрах х0

и а, причем ординаты кривых могут как расти, так и убывать, в зави­

86

Для упрощения проверочных расчетов при > 1 взамен фор­ мулы (181') может быть использована более простая, приближенная:

получаемая из формулы (181) путем приравнивания tgax^s «т. Точность результатов формулы (184) по сравнению с формулой

(181) составляет от 1 до 3%.

На основании соотношения (177) формулы (181) и (183) для момента двигателя могут быть заменены следующими более про­ стыми формулами для скольжения:

Хо — a tg ест

(185)

a -j- л0 tg ax

и соответственно

-Ч - f =с tgh ax

(186)

a + X0 tgh ax

Одинаковая структура формул (181) и (183), а также формул (185) и (186) позволяет представить их в виде одного семейства кривых или номограммы, избавляющих от необходимости в расчетах.

§ 25. ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ПИКОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

После того как расчетом установлены основные элементы пико­ вого электропривода, т. е. по заданной работе за один цикл и по про­ изводительности механизма определены величина маховика (GD2), величина двигателя, удовлетворяющая условиям нагрева (Мя),

и наклон механической характеристики двигателя (s„), необходимо еще произвести проверку так называемой динамической устой­ чивости двигателя.

Обычно такую проверку сводят к определению максимального момента Мдм, развиваемого двигателем за цикл, по формулам,

которые были выведены для разных графиков пика в § 19 и 21. ’При этом электропровод считается устойчивым, а двигатель—прием­ лемым, если момент М дм меньше опрокидывающего момента двига­ теля М к.

Такой способ проверки не является вполне удовлетворительным, так как в основу расчетов в § 19 и 21 кладется линейная механическая характеристика двигателя, дающая достаточно точные результаты в расчетах двигателя на нагрев, но приводящая к значительному завышению при определении Мдм. Поэтому расчет устойчивости

следует основывать на точной, т. е. криволинейной механической характеристике двигателя.

Кроме того, в расчете на динамическую устойчивость правиль­

двигателем максимального момента. Заметим, что уточненное опре­ деление максимального момента М дм по формулам § 24 позволяет

87

одновременно выяснить и величину истинного скольжения или падения скорости двигателя в наиболее тяжелом случае; это имеет первостепенное значение для оценки как режима электропривода, так и самого технологического процесса штамповки.

Способ расчета на-динамическую устойчивость на основе криво­ линейной характеристики двигателя для случая пика постоянной величины (прямолинейный график нагрузки) рассмотрен в следую­ щем параграфе.

§ 26. КРИТИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С УДАРНОЙ НАГРУЗКОЙ

Под величиной критического времени tK электропривода с удар­

ной нагрузкой подразумевается то время, в течение которого привод­

=== const ([лс > 1) дойдет до своего макси­

мального (опрокидывающего) момента, или, что то же, снизит свою скорость до величины, определяемой опрокидывающим скольжением sK. Величину tKможно

получить из равенства (181), если положить в нем р- = 1; тогда получим

С помощью этих кривых могут быстро решаться основные вопросы из области устойчивости электропривода с ударной нагрузкой

88