3.5 Выбор электродвигателя исполнительного устройства

Перемещением запорного органа задвижки управляет электропривод.

Исполнительный механизм (редуктор) служит для уменьшения скорости вращения выходного вала.

Использование электропривода с элементами защиты и блокировки позволяет осуществить открывание и закрывание прохода в арматуре с пульта управления, автоматическое отключение электродвигателя при достижении максимального крутящего момента на выходном валу, автоматическую остановку запорного органа задвижки в конце открывания.

Электродвигатель выбирается по мощности на выходном валу редуктора и числу оборотов.

Потребная мощность на выходном валу определяется из выражения:

, (3.30)

где n_вых – число оборотов в минуту выходного вала редуктора.

, (3.31)

где V – скорость перемещения шпинделя, мм/с; k’ – заходность нарезки шпинделя (часть 2 табл. 5); S – шаг нарезки шпинделя, мм (часть 2 табл. 5).

Для приводов арматуры чаще всего используются трехфазные электродвигатели типа АОС, обдуваемые с повышенным скольжением во фланцевом исполнении. Они считаются наиболее пригодными для периодической работы при наличии ударных нагрузок. Двигатели этого типа допускают значительное превышение пускового момента по сравнению с номинальным. Коэффициент кратности пускового момента у асинхронных двигателей φ может колебаться от 1,8 до 2,5.

Нагрузка на электродвигатель, управляющий запорными задвижками, кратковременна (соответствует длительности открывания; или закрывания), поэтому выбор двигателя целесообразно производить с учетом коэффициента кратности пускового момента.

Номинальная мощность двигателя определяется из соотношения:

, (3.32)

где N_вых – мощность на выходном валу редуктора (кВт);

, (3.33)

где η₁ – КПД I ступени; η₂ – КПД II ступени и т.д., см. табл. 3.3

Таблица 3.3

Значения КПД для различного вида передач

Червячная передача	k'	1	2	4
	i	30	15÷30	8÷15
	η	0,7÷0,75	0,75÷0,82	0,87÷0,92
Коническая передача	i	1,5÷4
	η	0,96÷0,97
Прямозубая передача	i	2÷5
	η	0,97÷0,98
Планетарная передача (одноступенчатая)	i	7÷8
	η	0,98
Планетарная передача (двухступенчатая)	i	12÷14
	η	0,99

В зависимости от вида редуктора и рассчитанной мощности нужно выбрать двигатель типа АОС (см. литературные источники).

4. Методика расчета узлов защиты и блокировки исполнительных механизмов

1. Расчёт кулачковой предохранительной муфты.

Наибольшее распространение в приводах запорной арматуры получила муфта предельного момента (рис. 4.1). Она состоит из двух полумуфт (1, 2), снабженных кулачками трапецеидального профиля. В рабочем положении кулачки одной полумуфты входят во впадины другой.

При передаче крутящего момента T_з кулачками такого типа возникают осевые силы F_a, стремящиеся раздвинуть полумуфты.

Перемещение полумуфты 1 в осевом направлении исключено буртом вала, перемещение полумуфты 2 невозможно до тех пор, пока осевая сила уравновешивается силами упругости пружины F_пр и силами трения F_тр на боковой поверхности шпонки (шлицов). При увеличении момента T_закр на валу 2-й полумуфты до предельной величины 1,3 T_закр (последний этап закрывания) осевые силы F_a возрастут. Сила упругости F_пр и сила трения, оставшись без изменения, не смогут задержать перемещение полумуфты 2 и последняя начнет перемещаться вправо до тех пор, пока не сработает устройство защиты 3.

Рабочий ход пружины можно оценить по величине хода срабатывания концевого выключателя, который подает команду на отключение Двигателя при создании герметичности задвижки.

T_закр

T_закр

bc

11

T_закр

2

a

3

a

b

aa

T_закр

α_з

F_t

F_n

F_пр + F_тр

F_a

б)

а)

aa

3

F_пр

Рис. 4.1. Кулачковая предохранительная муфта предельного момента (а – общий вид предохранительной муфты с концевым выключателем, б – силы, возникающие в кулачках такого типа муфт)

Рис. 4.2. Силы, возникающие при закрывании и открывании кулачков полумуфты

α₃ = 20 ÷ 40^o,

α₀ < ρ; ρ = 6 ÷ 8^o,

F_a – раздвигающая сила,

ρ – угол трения, учитывающий трение в кулачках,

F_тр – сила трения в шпоночных пазах полумуфты.

Полумуфта, которая прижата пружиной к кулачкам неподвижной полумуфты, сидит на валу со шпоночными пазами. Это позволяет ей двигаться, когда осевые силы F_a возрастают настолько, что преодолевают силы упругости пружины и силы трения в шпоночных пазах (рис. 4.2).

Геометрические размеры кулачков см. в заданном варианте курсовой работы (см. табл. 4).

Проверка кулачков предохранительной муфты

Работоспособность кулачков сцепных муфт определяется в ос­новном их износом, который, зависит от величины напряжений смятия на поверхностях контакта. Эти напряжения рассчитываются приближенно, считая, что нагрузка распределяется равномерно между кулачками:

, (4.1)

где k = 1,2÷1,5 - динамический коэффициент режима работы задвижки.

Из части 2 табл. 5 определяются:

z – число кулачков сцепной муфты задвижки (z = 5);

– средний диаметр кулачков;

l₁₀ – высота кулачков;

– ширина кулачков.

[σ]_см для сталей типа 15Х, 20Х, 40Х и других, применяющихся для изготовления кулачковых муфт.

[σ]_см = 500÷700 кг/см² – включение на тихом ходу.

Кроме того, кулачки соединительных муфт проверяются на изгиб:

, (4.2)

где ,

см³,

T_max – максимальный момент при закрытии задвижки.

[σ]_см см. в литературных источниках 1, 2.

Если в результате проделанного проверочного расчета какой-либо из элементов задвижки не удовлетворяет условиям прочности, то необходимо по согласованию с консультантом выбрать другой способ герметизации или более прочные материалы.