tmmivan

184

электрического тока. Такими потребителями являются теле–, видео–, аудио аппаратура, приемно-передающая, измерительная аппаратура, вычислительная техника, компьютеры. Дефектом технологического процесса в этих устройствах является детонация (дрожание) или плавание звука в аудиозаписывающей или воспроизводящей аппаратуре, нарушение синхронизации кадров и строк в теле–, видео аппаратах, нестабильность частоты приемно-передающей аппаратуры, сбои в работе процессора компьютеров.

На прецезионных токарных и сверлильных станках неравномерность вращения шпинделя, обусловленная неравномерным износом зубьев шестерен, биением подшипников, ведет к снижению чистоты обработки деталей.

На кругловязальных машинах, ткацких станках неравномерная вытяжка звеньев цепных передач, провисание цепей, вызванное неправильной регулировкой, обуславливает неравномерное натяжение нитей в вырабатываемой ткани и как следствие снижение качества полотна.

Неравномерность крутящего момента ДВС в транспортных и технологических машинах создает циклические нагрузки на рамы и станины машин. Колебания, возбуждаемые пульсацией крутящего момента в этих деталях, создают вибрацию и шум, оказывающие негативное физиологическое воздействие на организм оператора или водителя машины (утомляемость, снижение двигательных реакций, профзаболевания).

185

9.1.4. Способы снижения или изменения неравномерности хода машин.

Для снижения неравномерности хода ДВС до безопасного уровня (норматива, полученного опытом эксплуатации для машин определенного назначения и условий эксплуатации, представленного в отраслевых справочниках – таблица 9.1) уже на стадии проектирование решается вопрос о способе обеспечения и величине рекомендуемого коэффициента неравномерности.

Наиболее распространенным способом снижения неравномерности хода наземных ДВС является установка на коленчатом валу двигателя маховика. Маховик при этом служит для накопления кинетической энергии, когда работа движущих сил больше работы сил сопротивления и отдачи накопленной энергии, когда ее недостаточно. Обычно маховик выполняется в виде диска с ободом прямоугольного сечения. Другой путь снижения неравномерности хода предполагает увеличение средней угловой скорости машины, т.е. частоты вращения кривошипного вала. Однако, ввиду ограниченности возможностей по совершенствованию тепловых процессов и сгорания, этот способ применяется в настоящее время лишь на спортивных двигателях и вспомогательных (пусковых, аварийных).

Из конструктивных приемов наиболее распространенными являются увеличение числа цилиндров, многорядность, звездообразное расположение цилиндров, применение на рядных двигателях кривошипов с развернутыми шейками.

На авиационных поршневых ДВС, где установка маховика не рациональна по весовым соображениям, используется сочетание конструктивных приемов и частично учет воздушного винта (пропеллера) в качестве маховой массы (маховика).

Оригинальным техническим решением по снижению неравномерности хода является авиационный поршневой звездообразный ДВС RON "Gnom". Этот двигатель выпускался большими сериями и

187

успешно эксплуатировался на небольших самолетах в течение десятка лет в начале девятнадцатого века.

Рис. 9.5. Самолет с биротативным звездообразным двигателем и кинематическая схема его ДВС.

Особенностью этого решения являлась биротативная (обращенная) схема установки самого двигателя. Ее суть заключалась в том, что кривошипный вал своим наружным концом неподвижно присоединялся к фюзеляжу (корпусу) самолета, а воздушный винт неподвижно крепился к картеру (корпусу) двигателя.

При запуске ДВС воздушный винт и жестко связанный с ним корпус двигателя приходили во вращательное движение с частотой до полутора тысяч оборотов в минуту, поршни и шатуны поворачивались внутри корпуса двигателя относительно шейки кривошипного

188

вала, а сам вал, будучи жестко соединенным с фюзеляжем, оставался неподвижным.

В этом техническом варианте корпус, как наиболее массивная и уравновешенная часть двигателя, вращался вместе с воздушным винтом, выполняя роль маховика.

Следует заметить, что при этом поршни и шатуны, поворачиваясь вокруг неподвижной относительно фюзеляжа шейки кривошипного вала, не создают центробежных сил как в традиционном ДВС.

9.2. Непостоянство скорости машин.

При правильной эксплуатации исправной машины могут иметь место случаи, когда угловая скорость главного вала машины заметно изменяется. Причем, в отличие от ситуаций, связанных с колебаниями угловой скорости, оцениваемых "неравномерностью хода", здесь изменение скорости носит не циклический, а апериодический (непостоянный и не повторяемый) во времени характер. Длительность такового изменения скорости обычно превышает длительность цикла работы машины.

В связи с этим иной становится мера оценки изменения, и для большинства транспортных и технологических машин она характеризуется изменением путевой (линейной) скорости транспортного средства или линейной скорости обрабатываемого объекта на технологическом оборудовании

V = Vmax −Vmin

Vср ,

189

Целесообразно (для отличия от "неравномерности хода") именовать апериодические изменения скорости машины термином – "непостоянство скорости машины".

9.2.1. Причины и негативные воздействия, обусловленные непостоянством скорости

Непостоянство скорости, например, автомобиля может быть вызвано возрастанием момента сопротивления при преодолении подъема и соответственно падением его скорости, а также падением сопротивления при движении на спуске и росту скорости автомобиля.

Подобное изменение момента сопротивления на двигателе и соответствующая реакция на изменение скорости происходит при изменении твердости почвы (песок–глина или наоборот) под плугом пахотного трактора.

Для ветряного двигателя, нагруженного на генератор или насос, изменение скорости набегающего воздуха ведет к изменению скорости вращения и изменению частоты и напряжения тока на выходе, производительности насоса.

В свою очередь изменение напряжения в электрической сети электроснабжения, вызванное нагрузкой потребителей электроэнергии, приводит к изменению частоты вращения электродвигателей лентопротяжных механизмов аудио и видеомагнитофонов, обуславливая "плавание звука" или срыв синхронизации канала изображения.

Неравномерность скорости вращения диска номеронабирателя телефонных аппаратов, вызванная неодинаковостью напряжения пружины при разных углах закрутки, приводила бы к различию в

190

длительности электрических сигналов-команд и соответственно к трудностям в распознавании этих команд.

Следует иметь в виду, что если для одних машин, таких как перечисленные в указанных примерах, непостоянство скорости приводит к трудностям в управлении, нарушает технологический процесс или потребительские качества машины, то для других непостоянство скорости не имеет существенного значения и может не приниматься во внимание при проектировании или эксплуатации машины. Примером могут служить большинство сверлильных станков, грузоподъемные механизмы, дрели, бытовые вентиляторы, растворомешалки, мельницы.

9.2.2 Регулирование скорости машин.

Для снижения до допускаемых пределов апериодических колебаний скорости машин используются следующие принципы:

1.Установка на машину регулятора скорости.

2.Подбор двигателя, механическая характеристика которого и сочетании с характеристикой нагрузки обеспечивает саморегулирование скоростного режима.

3.Установка маховика

Регуляторы скорости подразделяют на:

а) Модераторы (ограничители скорости); б) Регуляторы как таковые (инерциальные, иногда назы-

ваемые центробежными, электромагнитные, с пневмо или гидроусилителями).

191

Модераторы находят применение в машинах, двигатель которых обладает непостоянным во времени моментом (скоростью) на выходном валу или машинах, где нагрузка на двигатель с увеличением скорости падает. В этих устройствах регулирование осуществляется за счет изменения сил сопротивления (путем создания добавочных сопротивлений). Регуляторы, основанные на этом принципе используют в ненагруженных механизмах (не силовых) в частности в приборах.

Примером машин с непостоянной скоростью двигателя могут служить пружинные двигатели механических часов, граммофона, номеронабирателя телефона, детских игрушек с пружинным приводом.

Взависимости от способа создания сил трения модераторы подразделяю) на:

1) Регуляторы с сухим трением (пара трения в виде тормозной колодки и тормозного диска, или барабана), жидкостным (гидротормоз), (изменяемого наполнения) воздушным, торможением вихревыми токами и называемые тормозными регуляторами непрерывного действия.

2) Регуляторы спусковые и электроконтактные, называемые регуляторами прерывистого действия.

Вначальный период работы, например, пружинного двигателя номеронабирателя телефонного аппарата (после взвода пружины) крутящий момент на пружине близок к максимальному и соответственно максимальной будет и скорость машины.

По мере раскрутки пружины момент снизится, что приведет к снижению скорости и машины, а при достижении равенства момента на пружине моменту полезного сопротивления она остановится.

192

Втаких машинах как приводы колоколов в башенных часах, некоторых скоростных лифтах момент полезного сопротивления, включающий в себя и значительную инерцию вращающихся звеньев значительно меняется во времени за счет инерционной составляющей и поскольку по мере раскрутки машины момент сопротивления падает скорость машины неограниченно может расти.

Вмодераторах, которые по традиции иногда так же называются инерционными (центробежными) регуляторами, ограничение скорости осуществляется подключением к двигателю помимо полезной нагрузки (исполнительного органа или машины) механического тормоза.

Вограничителе скорости механического номеронабирателя телефонного аппарат (рис. 9.6.) при взводе диска номеронабирателя на любой угол (цифровой знак) значение момента заведенной пружины значительно превышает момент полезного сопротивления на прерывателе контактов. При обратном (рабочем ходе) коммутация осуществлялась бы с недопустимо высокой для распознавания скоростью, а

вслучае уменьшения предварительной закрутки пружины, со скоростью изменяющейся (уменьшающейся) при меньших углах взвода диска.

С целью ограничения, а, следовательно, при избыточной закрутке пружины регулирования частоты вращения диска после взвода и достижения прерывания контактов с постоянной частотой, к валу номеронабирателя присоединяется модератор. Модератор состоит из зубчатого и винтового мультипликаторов, повышающих частоту вращения вала модератора и обеспечивающих повышение чувстви-

193

тельности, упругих элементов (пружин), установленных на валу модератора, грузов и тормозных колодок, укрепленных на пружинах и неподвижного тормозного барабана, расположенного в плоскости вращения тормозных колодок.

Рис. 9.6. Схема регулятора скорости механического номеронабирателя телефонного аппарата.

При взводе диска номеронабирателя муфта свободного хода отсоединяет модератор и прерыватель контактов, обеспечивая лишь завод пружины. Отпускание диска сопровождается включением муфты свободного хода. При этом момент взведенной пружины передается через пару зубчатых цилиндрических колес и пару винтовых колес, обеспечивая вращение вала модератора с частотой 150-300 об/мин. Увеличение угловой скорости вала модератора приводит к тому, что под действием центробежных сил, вызванных вращением грузов и направленных от оси вала модератора, упругие элементы изгибаются, увлекая за собой тормозные колодки. По достижении расчетной ско-