Изображение характеристики механизмов в теории электропривода

Зависимости или ( ) называются механическими характеристиками.

Механические характеристики исполнительных механизмов – это зависимости между приведенными к валу двигателя скоростью и статическим моментом (моментом сопротивления) механизма.

Для правильного проектирования и экономичной эксплуатации электропиривода необходимо соответствие механических характеристик двигателя и характеристик исполнительных механизмов.

В отличие от двигателей значение статического момента (момента сопротивления) механизма зависит от скорости рабочего органа. И механические характеристики исполнительных механизмов в технической документации представляют функцией статического момента – от угловой скорости – ω, т.е

= f(ω). (4-4)

Но для удобства совместного рассмотрения механических характеристик электродвигателя и механизма, характеристику исполнительного механизма изображают как функцию скорости , приведенной к валу двигателя от статического момента механизма, т.е

. (4-5)

Рабочие механизмы создают статические моменты .

Если для любого электродвигателя входной величиной является статический момент механизма, а выходной – его скорость, то есть скорость является функцией момента, то для механизмов, наоборот, входной величиной является скорость ω, а выходной статический момент механизма , момент является функцией скорости.

Это означает, что при любом изменении скорости механизма или скорости двигателя будет изменяться статический момент (момент сопротивления) механизма .

Рассмотрим типичные зависимости статического момента сопротивления от угловой скорости.

Различают два основных вида механических характеристик судовых исполнительных механизмов:

1. Крановые, когда при изменении скорости в широких пределах статический момент не изменяется ( рис. 4.1а, характеристика 1 ).

Такая характеристика описывается уравнением

(ω) = сonst (4- 6 )

т.е. статический момент механизма не зависит от ω скорости дигателя.

2. Вентиляторные, у которых статический момент механизма пропорционален квадрату скорости ( рис. 4.1а, характеристика 2 ).

Такая характеристика описывается уравнением

= + Δ , (4- 7 )

где – момент холостого хода;

Δ = сω – момент, создаваемый рабочим органом механизма при выполнении полезной работы (с – постоянный коэффициент, ω – угловая скорость вала механизма).

Рис. 4.1. Механические характеристики механизмов с крановыми характеристиками 1 и вентиляторными 2: а – в системе координат (ω); б – в системе координат ω ( )

Крановые характеристики имеют механизмы грузовых кранов, лебедок, брашпилей, т.е. механизмов, работа которых связана с преодолением действия силы тяжести. Статический момент крановых механизмов определяется следующим выражением

= GD/2 = const, ( 4-8 )

где G – вес груза (у брашпилей – вес якоря с цепью);

D – диаметр грузового барабана(для брашпилей – якорного барабана, барабана швартовной лебёдки).

Вентиляторные характеристики имеют: центробежные насосы вентиляторы, гребные винты, компрессоры и другие механизмы, для которых сопротивление технологической среды (вода, масло, газы) зависит от квадрата скорости рабочего органа (крыльчатка, лопости и тд.).

У механизмов с вентиляторными характеристиками условия пуска – легкие, т.к. при пуске на валу механизма действует небольшой момент холостого хода , создаваемый только силами трения в элементах привода.

Однако при увеличении угловой скорости – трение лопастей о воздух, воду или другую среду увеличивается и по мере разгона статический момент механизма резко увеличивается за счет того, что к моменту холостого хода , добавляется тормозящий момент момент Δ = сω , пропорциональный квадрату скорости.

Для изображения механических характеристик двигателей в теории электропривода принято использовать систему координат

ω( ),

а для механических характеристик механизмов – «перевернутую» систему координат

(ω).

Применение разных систем координат для двигателей и механизмов создает трудности при рассмотрении электромеханических свойств электропривода, состоящего из электродвигателя и механизма.

Поэтому на практике для изображения механических характеристик двигателей и механизмов принята единая система координат ω( ), т.е система, принятая для механических характеристик электродвигателей.

В этой системе координат механические характеристики механизмов показаны на рис. 4.1б.

Рис.4.2Механические характеристики исполнительных механизмов:

1 – статический момент сопротивления механизма пропорционален квадрату угловой скорости; 2 – статический момент сопротивления механизма пропорционален угловой частоте вращения; 3 – статический момент сопротивления механизма не зависит от угловой частоты вращения вала механизма.

Статические моменты судовых механизмов

Статический момент (момент сопротивления) пропорционален частоте вращения (рис.4.2,кривая 2). В такой режим входит двигатель постоянного тока при динамическом торможении, когда якорь двигателя замкнут на резистор, а ток возбуждения не изменяется.

Статический момент (момент сопротивления) не зависит от частоты вращения (кривая 3). Характерно для подъемных кранов, лебедок, поршневых насосов при подъеме воды на постоянную высоту, транспортеров, конвееров с постоянной передвигаемой массой. Для пуска и ускорения таких механизмов двигатель должен развивать пусковой момент значительно больший их статического момента сопротивления.

Данные о статическом моменте (моменте сопротивления) механизма приводятся в технической инструкции. Для некоторых механизмов статический момент (момент сопротивления) зависит от траектории движения исполнительного механизма (от угла поворота). Например, в поршневом компрессоре, ножницах для резки металла, приводе рулевого устройства (Рис.4.3).

Рис 4.3 Механическая характеристика поршневого компрессора. Статический момент сопротивления зависит от траектории движения исполнительного механизма.

Иногда статический момент изменяется из-за изменения свойств обрабатываемого механизмами материала (вещества). И закономерности изменения момента сопротивление от скорости нельзя выразить ни графически, ни аналитически (например камнедробилки, бетономешалки).

Для электродвигателей угловая скорость и элетромагнитный момент связаны одинаковой зависимостью и обуславливают друг друга.

Статические моменты судовых механизмов могут быть функциями различных величин и поэтому признаку делятся на пять классов.

Моменты, не зависящие от параметров движения = const (для грузоподъемных механизмов).

1. Моменты, зависящие от скорости: = f(ω) для электромеханических преобразователей. Центробежных насосов, вентеляторов.

2. Моменты, зависящие от пути (угла поворота) = f(α). Для шпилей, брашпилей.

3. Моменты, зависящие от скорости и угла поворота. = f( ). Для электромеханических рулевых устройств.

4. Моменты, зависящие от времени = f (t). Для буксирных лебедок.

В общем случае статический момент механизма выражается уравнением,

+ ( ) (4-9)

где:

– начальный статический момент, создаваемый трением.

– номинальный момент нагрузки, соответствующий номинальной

скорости .

x – коэффициент нагрузки (выбирается в зависимости от характера нагрузки).

показатель степени, определяющий характер зависимости от

угловой скорости ,( 1 < < 2) выбирается от 1 до +2( для вентиляторов 2).

(4-10)