Электропривод. Ч.1. Механика электропривода. Учебно-методическое пособие по практической части курса для студентов технических высших учебных заведени

2.Автоматизированный электропривод, управляемый автоматическим регулированием параметров;

3.Автоматический электропривод, в котором управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора.

Два последних типа электропривода находят применение в подавляющем большинстве случаев.

Наконец, по роду тока применяются электроприводы постоянного и переменного тока.

Разнообразные электроприводы с учетом их исторического развития и

сточки зрения способов распределения механической энергии можно разделить на три основных типа: групповой электропривод; индивидуальный и взаимосвязанный.

Групповой электропривод обеспечивает движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины. Передача механической энергии от одного двигателя к нескольким рабочим машинам и ее распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. Такой групповой привод называют также трансмиссионным.

Вследствие своего технического несовершенства трансмиссионный электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место индивидуальному и взаимосвязанному.

При индивидуальном электроприводе за счет того, что каждый рабочий орган машины приводится в движение самостоятельным электродвигателем, рабочие органы машины оказываются уже не связанными друг с другом и поэтому значительно упрощаются механические передачи. Индивидуальный электропривод позволяет обеспечить оптимальный режим работы машины, при котором достигается максимальная производительность. Наконец, при использовании

11

индивидуального электропривода создаются наиболее благоприятные условия для автоматизации работы машин и технологических процессов.

Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигательных устройства (или электроприводов), при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе часто возникает по конструктивным или технологическим соображениям.

Примером взаимосвязанного электропривода может служить привод цепного конвейера.

Взаимосвязанный электропривод широко применяется в различных современных машинах и агрегатах, например в копировальных металлорежущих станках и станках с программным управлением, в бумагоделательных машинах, ротационных машинах полиграфического производства, в текстильных агрегатах, в прокатных станах металлургического производства, в поточных технологических линиях по производству шинного корда, синтетических пленок и т.д.

Одной из разновидностей взаимосвязанного электропривода является многодвигательный электропривод – это электропривод, двигательные устройства которого совместно работают на общий вал. Примером многодвигательного привода может служить привод платформы механизма поворота мощного экскаватора.

1.2Контроль знаний (теория).

1.Электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств,

12

предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением, называется а) Индивидуальным электроприводом; б) Групповым электроприводом; в) Автоматизированным электроприводом;

2.Электропривод, обеспечивающий движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины называется а) Индивидуальным; б) Групповым; в) Трансмиссионным;

3.Электропривод, содержащий два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигательных устройства (или электроприводов), при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин называется а) Групповым; б) Индивидуальным; в) Взаимосвязанным;

4.Если каждый рабочий орган машины приводится в движение самостоятельным электродвигателем, то такой электропривод называют а) Групповым; б) Индивидуальным; в) Взаимосвязанным;

5.По роду передаточного устройства электропривод бывает:

а) Редукторный; б) Безредукторный; в) Групповой;

6.По роду потребляемого тока электроприводы бывают: а) Постоянного тока; б) Регулируемые; в) Переменного тока;

7.Если электропривод используется для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью и

13

параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий, то такой электропривод является:

а) Адаптивным; б) Программно-управляемым; в) Нерегулируемым;

8.Если электропривод используется для сообщения изменяемой или неизменяемой скорости исполнительному органу машины и параметры привода могут изменяться под воздействием управляющего устройства, то такой электропривод является:

а) Адаптивным; б) Реулируемым; в) Программно-управляемым;

9.Если электропривод является управляемым в соответствии с заданной программой, то такой электропривод является:

а) Программноуправляемым; б) Следящим; в) Регулируемым;

10.Если электропривод автоматически отрабатывает перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом, то такой электропривод является:

а) Программноуправляемым; б) Следящим; в) Регулируемым;

14

РАЗДЕЛ 2. МЕХАНИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

2.1.Приведение моментов и сил сопротивления, инерционных масс

имоментов инерции.

Обычно двигатель приводит в действие производственный механизм через систему передач, отдельные элементы которой движутся с различными скоростями. Примерная кинематическая схема электропривода с вращательным движением исполнительного механизма представлена на рис. 2.1.

Часто в рабочих механизмах один из элементов совершает вращательное движение, другие – поступательное, например, в таких машинах, как подъемник (рис. 2.2), кран, строгальный станок и т. п.

В большинстве практических случаев в инженерных расчетах при решении задач, не требующих большой точности, и для механических звеньев, обладающих небольшими зазорами и незначительной упругостью (большой жесткостью), можно пренебречь зазорами и упругостью, приняв механические связи абсолютно жесткими. При этом допущении движение одного элемента дает полную информацию о движении всех остальных элементов, поэтому движение электропривода можно рассматривать на

15

каком-либо одном механическом элементе. Обычно в качестве такого элемента принимают вал двигателя.

Расчетную схему механической части привода, следовательно, можно свести к одному обобщенному жесткому механическому звену, имеющему эквивалентную массу с моментом инерции J, на которую воздействует электромагнитный момент двигателя М и суммарный приведенный к валу двигателя момент сопротивления (статический момент) МС, включающий все механические потери в системе, в том числе механические потери в двигателе.

Приведение моментов сопротивления от одной оси вращения к другой может быть произведено на основании энергетического баланса системы. При этом потери мощности в промежуточных передачах учитываются введением в расчеты соответствующего КПД – П. Обозначим через Д угловую скорость вала двигателя, а М – угловую скорость вала производственного механизма. На основании равенства мощностей (P) получим:

откуда выражаем суммарный приведенный к валу двигателя момент сопротивления МС

где МС,М – момент сопротивления производственного механизма, Н·м; МС – тот же момент сопротивления, приведенный к скорости вала двигателя, Н·м; i= Д/ М – передаточное число.

При наличии нескольких передач между двигателем и механизмом (рис. 2.1) с передаточными числами i1, i2, …. in и соответствующими КПДП1, П2 …, Пn момент сопротивления, приведенный к скорости вала двигателя, определяется формулой

16

Приведение сил сопротивления производится аналогично приведению моментов. Если скорость поступательного движения V, м/с, а угловая скорость вала Д, рад/с, то

где Fcm- сила сопротивления производственного механизма, Н.

Отсюда приведенный к скорости вала двигателя момент сопротивления равен:

2.2. Приведение маховых масс к одной оси.

Моментом инерции тела относительно оси, проходящей через центр тяжести, называют сумму произведений массы отдельных частиц тела на квадрат расстояния соответствующей частицы до оси вращения, взятую для

i k

всего тела J mi ri2

i1

Впрактических расчетах момент инерции тела часто выражают как произведение массы тела на квадрат радиуса инерции, т. е.

где m – масса всего тела; – радиус инерции.

17

Радиусом инерции называют расстояние от оси вращения, проходящей через центр тяжести, на котором надо поместить массу рассматриваемого тела, сосредоточенную в одной точке, чтобы удовлетворить равенству:

i k

mi ri 2 m 2 (2.8)

i 1

В уравнение движения электропривода входит приведенный момент инерции системы J. Приведенным моментом инерции рассматриваемой системы называют момент инерции простейшей системы, состоящей только из элементов, вращающихся со скоростью оси (или вала), к которой производится приведение и которая при этом обладает запасом кинетической энергии, равным запасу кинетической энергии исходной системы.

Приведение моментов инерции к одной оси вращения основано на том, что суммарный запас кинетической энергии движущихся частей привода, отнесенный к одной оси, остается неизменным. При наличии вращающихся частей, обладающих моментами инерции Jд, J1,…, Jn и угловыми скоростямид, 1, 2,…, n (рис. 2.1), можно заменить их динамическое действие действием одного момента инерции, приведенного, например, к скорости вала двигателя.

где Jд – момент инерции ротора двигателя и других элементов (муфты, шестерни и т.п.), установленных на валу двигателя.

Приведение масс, движущихся поступательно, осуществляется также на основании равенства запаса кинетической энергии

Если механизм имеет вращающиеся и поступательно движущиеся элементы, то суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции определяется на основании (2.9) и (2.10)

Для приведения момента инерции к поступательному движению нужно момент инерции заменить приведенной массой, т, е.

mJ ( Д /V )2

2.3.Примеры решения типовых задач.

Задача № 2.1.

Электропривод состоит из электродвигателя, момент инерции якоря которого Jд равен 0.3 кгм2 и двух редукторов. Передаточное число первого редуктора i1=3, момент инерции J1=0.2 кгм2. Передаточное число второго редуктора i2=5, момент инерции J2=0.4 кгм2. Момент сопротивления исполнительного механизма равен Mc=24 кгм, а угловая скорость вращения ωс=20 об/мин. Коэффициент полезного действия (КПД) каждого из редукторов принять равным η=0.98. Определить каков должен быть механический момент развиваемый двигателем (Mд) и его угловая скорость вращения (ωд) для обеспечения корректной работы рабочего механизма. Также определить приведенный момент инерции электропривода (J) и механическую мощность развиваемую электродвигателем (P).

Решение.

1. Нахождение угловой скорости оси вала двигателя.

19

Для приведения угловой скорости рабочего механизма к оси вала двигателя, необходимо угловую скорость вращения исполнительного механизма умножить на произведение передаточных чисел редукторов:

(З.2.1.1)

Поскольку все вычисления следует вести в системе СИ, то следует пересчитать угловую скорость исполнительного механизма из об/мин в рад/с, это осуществляется следующим способом:

Подставляя из условия задачи угловую скорость вращения рабочего механизма ωс в выражение (З.2.1.2) получим его угловую скорость, выраженную в системе СИ [рад/с]:

Подставляя полученное значение в выражение (З.2.1.1) получим угловую скорость вращения рабочего механизма, приведенного к оси вала двигателя. Иными словами, эта та необходимая угловая скорость вращения двигателя, обеспечивающая заданную скорость вращения рабочего механизма.

д ci1i2 2.09*3*5 31.35 радс

Поскольку обычно угловая скорость вращения двигателя (в паспортных данных) указывается в об/мин, со следует полученный ответ перевести из рад/с в об/мин. Для этого следует воспользоваться выражением обратным (З.2.1.2):

Подставляя найденное значение ωс=31.35 рад/с в выражение (З.2.1.3) получим:

20