Выбор мощности привода.

Пусть машина имеет кинематическую схему, приведенную на рис. 21 а).

а)

б)

Рис. 21. Кинематическая схема привода без и с маховиком

Приведенный момент инерции движущихся частей незначителен, наибольшее значение момента во время операции может быть весьма большим. А потому и двигатель, выбранный на этот момент с учетом допустимой перегрузки, также очень велик.

В случае применения маховика с моментом инерции I_M (рис. б) наибольшая нагрузка двигателя уменьшается.

Во время деформации заготовки вращение маховика замедляется и он начинает развивать момент, имеющий тот же знак, что и момент электродвигателя. Это следует из уравнения движения

, (8.3)

где J – момент инерции, приведенный к валу электродвигателя.

При имеем

Таким образом, наибольший момент нагрузки преодолевается суммой моментов двигателя и маховика.

В кузнечно-штамповочных машинах общий приведенный момент инерции практически равен приведенному моменту инерции маховика, поскольку приведенные моменты вращающихся частей машины, ползуна и шатуна сравнительно малы.

Двигатель разгоняется, преодолевая динамический момент, развиваемый маховиком, и момент сил сопротивления при работе машины вхолостую.

При имеем

При идеальном маховике с моментом инерции нагрузка на валу двигателя была бы выровнена полностью и двигатель работал бы со средним моментом

, (8.4)

где - средний момент операции, равный отношению полезной энергии А_оп, необходимой для осуществления операции с учетом потерь в кинематической цепи машины, к углу операции - средний момент холостого хода, равный отношению энергии холостого хода к углу _xx, на котором он осуществляется.

Таким образом, двигатель можно было бы выбрать на номинальный момент. М_Н = М_СР.

В реальных условиях при обычно применяемых маховиках нагрузка на валу электродвигателя полностью не выравнивается. И при ориентировочных расчетах пользуются следующей зависимостью:

, (8.5)

где k – коэффициент запаса, учитывающий неточности расчета и выбираемый на основании опыта в пределах k = 1,2…1,5.

Номинальная мощность электродвигателя при этом

, (8.6)

полагая, что .

Момент инерции маховика при ориентировочном расчете выбирают, исходя из допущения, что площадь графика M_c=f(c), лежащая над уровнем среднего момента, равна энергии операции, отдаваемой маховиком при некоторой неравномерности его вращения.

Энергия, отдаваемая маховиком

, (8.7)

где _max и _min – наибольшая и наименьшая угловые скорости маховика.

Преобразуя последнее выражение, получим

, (8.8)

где

;

 – неравномерность хода маховика;

. (8.9)

Отсюда имеем

. (8.10)

Однако описанный выше ориентировочный расчет имеет значительные погрешности и в промышленности наиболее широко применяют более точные методы аналитического расчета.

Во время рабочей операции полезная работа осуществляется как двигателем, так и маховиком

, (**)

где _max и _min – наибольшее и наименьшее значения угловой скорости двигателя, соответствующие углам поворота вала двигателя ₁ и ₂ в начале и конце рабочей операции.

Формула (**) выражает закон сохранения энергии для угла рабочей операции.

Пусть при _ОП = 0 и M_xx = 0 работа равна работе A_ОП операции

. (8.11)

При этом , а угловая скорость двигателя меняется от _max до _min.

Так как момент двигателя не может быть бесконечно большим, то

. (8.12)

Преобразуем выражение (**), подставляя и в результате получим

. (*1)

При работе кузнечно-прессовой машины должна быть обеспечена заданная производительность, т.е. определенная продолжительность цикла t_Ц при непрерывной работе на автоматических ходах. При идеальной цикловой нагрузке время цикла равняется времени разгона от минимальной до максимальной скорости

. (8.13)

Поскольку и , получим

(8.14)

Для наиболее распространенных в кузнечно-штамповочном машиностроении асинхронных двигателей

(8.15)

Тогда

, (8.16)

или

(*2)

Формула (*2) выражает условие обеспечения заданной производительности машины.

Электродвигатель, обеспечивающий выполнение рабочей операции с заданными энергией А_ОП и продолжительностью t_Ц цикла, должен при такой работе нагреваться так же, как при непрерывной нагрузке с номинальной мощностью. Это определяет условие нормального нагрева электродвигателя, которое выражается равенством

. (****)

Сокращая обе части формулы (****) на ₀ и подставляя в полученное выражение значение , будем иметь

(8.17)

Окончательное условие номинального нагрева принимает следующий вид

(*3)

Таким образом, задача сводится к совместному решению уравнений: (*1), (*2) и (*3), в которых A_ОП, t_Ц, ₀, M_H, s_H, M_k, s_k заданы, а J, s_max и s_min являются неизвестными. Совместное решение этой системы уравнений дает формулу для определения момента инерции самого маховика

, (8.18)

где  – средняя угловая скорость маховика за время цикла;

j – коэффициент, выбираемый в пределах 0,85…0,95.