книги из ГПНТБ / Быстрова, В. И. Проектирование механизмов и приборов для целлюлозно-бумажных производств учебное пособие

Очевидно, что здесь момент регулятора также зависит от со2. Диа­ пазон рабочих скоростей регулятора тот же, что и у предыдущегоНастройка регулятора производится путем подтяжки пружин 2.

Регуляторы осевого действия

Регулятор осевого действия показан на рис. 99. Некоторое коли­ чество инерционных грузов 1 крепится на соответствующем числе плоских пружин 2. Пружины одним концом закреплены на не­ подвижной колодке 3, а другим — на подвижной колодке 4, жестко

соединенной с тормозным диском 5. При разгоне регулятора, вследствие удаления инерционных грузов от оси вращения, под­ вижная колодка перемещается влево до упора диска в тормозную колодку 6. Настройка регулятора достигается изменением зазора между диском и колодкой, т. е. вне самого регулятора — в этом достоинство его конструкции. Момент такого регулятора равен Mver= zfNR. Здесь N — опорная реакция, вызванная одним инер­ ционным грузом; 2 — число инерционных грузов. Если выразить N через центробежную силу и силу сопротивления пружины, то мо­ мент регулятора запишется в виде уравнения (11.3), в котором

151

бодном (вытянутом) состоянии; К— прогиб пружины; г0 — рас­ стояние от оси вращения до центра тяжести грузика в состоянии покоя регулятора; / — коэффициент трения скольжения между дис­ ком и тормозной колодкой.

Центробежные регуляторы осевого действия нашли применение для регулирования скорости вращения валов электродвигателей постоянного тока малой мощности.

Рис. 100. Регулирование скорости вала электродви­ гателя.

С помощью регулятора, изображенного на рис. 100, меняется сопротивление в цепи якоря электродвигателя. При увеличении скорости вращения вала электродвигателя включается сопротивле­ ние RKоб за счет размыкания контакта К под действием центробеж­ ной силы F. При уменьшении скорости вращения регулируемого вала, а следовательно, и оси регулятора под действием винтовой пружины подвижный диск поднимается до замыкания контакта К, /?Доб шунтируется более низким сопротивлением регулятора, благо­ даря чему ток в цепи якоря, а следовательно, и скорость вращения вала электродвигателя увеличиваются и т. д.

Методика расчета центробежных регуляторов

Рассмотрим последовательность расчета центробежных регуля­ торов на примере регулятора радиального действия (рис. 97)- При расчете регулятора должны быть известны следующие данные: вре­ мя непрерывной работы регулятора {t)\ начальная угловая ско­ рость вращения оси регулятора (сон); число оборотов пружинного

152

С

и лобовой площади, т. е. P = xSv2. Здесь v = —^ ---- коэффициент,

зависящий от формы тела, плотности среды, от положения тела в потоке; у — плотность среды; g — ускорение силы тяжести; с — аэродинамический коэффициент, зависящий от формы тела, его положения в потоке.

Определим сопротивление, которое оказывает воздух крылу, если оно вращается вокруг оси тт (рис. 101). Сила сопротивле-

ния элементарной площадки равна dP = w 2dS, где и=ах\ dS = adx\ dP = \aid2x2dx. Момент сопротивления при вращении элементарной площадки dM = xdP или dM = xa<i>2x3dx. Момент сопротивления, воз­ никающий при вращении всего крыла, будет

ь

М = Г v а ю2 x ?,dx — -4- v а ю2 х*Ь.

Таким образом, момент сопротивления одного крыла равен

М — 4 v а со2 Ь4.

Если регулятор имеет z крыльев, то момент регулятора Мрег= 2'М. Для регулятора с двумя прямоугольными крыльями

Мрег = ц>2. (11.6)

Регулирующая способность регулятора аналогична рассмотренным ранее (здесь также имеется зависимость момента регулятора от о)2)- В формулу (11.6) размер крыла b входит в 4-й степени. От этого размера в значительной степени зависит момент регулятора.

i 5 4

Воздушные регуляторы создают малые моменты, поэтому там, где есть сравнительно мощные двигатели, применяют регуляторы более мощные, с трением между твердыми телами. Воздушные ре­ гуляторы применяются при скоростях 210—520 с-1.

У регуляторов с автоматически устанавливающимися крыльями (рис. 102) угол наклона крыла (а) переменный. С увеличением скорости вращения оси регулятора под давлением центробежной силы он увеличивается. При снижении скорости крылья прибли­ жаются к оси тт под действием сил упругости волоска, уменьшая при этом угол а.

т

Рис. 102. Воздушный регулятор с автоматически устанавливающимися крыльями.

Рассмотрим движение элементарной площадки dS = dxdy. Сила сопротивления, действующая на нее, равна dP = vv2dS, где S = cop. Тогда dP = xp2(i>2dx dy. Момент сопротивления dM, приложенный к площадке dS, будет dM = pdP. Или dM = vp3co2dx dy, где p= xsinoc. Тогда dM — wо2 sin3ax3dxdy.

Для нахождения момента (М ) сопротивления для полного кры­ ла проинтегрируем dM по х и у. Угол а в данный момент считаем постоянным:

л- ь sin:! я (

155

Момент регулятора, имеющего два крыла, равен

Из формулы (11.7) следует, что помимо со2 момент регулятора зави­ сит от угла наклона крыльев (а). Регулирующая способность тако­ го регулятора значительно выше предыдущих благодаря сомножи­ телю sin3a. Заметим, что это преимущество регулятора исчезнет, если а = п/2 рад. При номинальной скорости вращения регулятора выгоднее брать угол а в области малых значений, так как при этом синус угла меняется интенсивнее. Начальное положение крыльев а0 создается за счет спиральной моментной пружины. Регулировка режима работы такого регулятора может производиться в доволь­ но широких пределах и отличается простотой-

§ 4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Они обычно проектируются как регуляторы поршневого типа. Сопротивление жидкости в цилиндре прямо пропорционально пере­

где у — вязкость жидкости.

С другой стороны, расход жидкости зависит от линейной ско­ рости перемещения жидкости:

156

Сила сопротивления, развиваемая при движении поршня в цилин­ дре, определяется через перепад давлений по формуле

Подставив в формулу (11.11) значение р из формулы (11.10), по­ лучим силу регулятора

К недостаткам рассмотренного регулятора следует отнести зависи­ мость силы Ррег от скорости v лишь в первой степени. Это обуслав­ ливает низкую регулирующую способность регулятора. Кроме того, велико влияние температуры (меняется вязкость жидкости). Одна­ ко, если сделать зазор 6 очень малым, то при сравнительно неболь­ ших габаритах регулятора можно получить большие усилия тор­ можения. Эти регуляторы нашли применение благодаря простоте конструкции, плавности, бесшумности работы, а также отсутствию необходимости в передаточных механизмах к регулируемому звену.

Для создания односторонней работы регулятора в поршне пре­ дусматриваются один или несколько клапанов, закрытых при пря­ мом движении поршня и открытых — при обратном. Регулирующая способность может быть увеличена с применением капилляров (рис. 103, б). Перекрывая капилляр с помощью крана, можно полу­ чать любые соотношения между усилием торможения и скоростью. Капилляр обеспечивает тонкую регулировку в довольно широких пределах.

157

от оси вращения диска до центра проекции полюса магнита; а, Ь, I — размеры полюса и диска; /е — коэффициент, зависящий от по­ ложения магнита относительно диска; р — удельное электрическое 'сопротивление материала диска; «>— угловая скорость вращения диска. Как видно из формулы (11.12), момент регулятора пропор­ ционален первой степени угловой скорости вращения диска (т. е. оси регулятора). В связи с этим регулирующая способность регу­ лятора сравнительно невысокая.

Регулировку момента торможения осуществляют двумя путями. Грубая регулировка производится перемещением магнита относи­ тельно оси вращения диска (изменением расстояния г). Тонкая регулировка достигается путем изменения магнитного потока с по­ мощью магнитных шунтов. Перекрывая зазор между полюсами

.магнита шунтом из магнитомягкого железа, можно в большей или меньшей степени менять магнитный поток, пронизывающий диск регулятора. Такие регуляторы нашли применение благодаря воз­ можности создания сравнительно больших моментов при неболь­ ших скоростях вращения оси регулятора работы без дополнитель­ ных передаточных устройств, а также плавности и бесшумности ра­ боты. Магнитоиндукционные регуляторы работают при любом на­ правлении вращения оси регулятора.

§ 6. СПУСКОВЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Спусковые регуляторы обеспечивают постоянство скорости вра­ щения только в течение длительного по сравнению с периодом ко­ лебания промежутка времени. Такие регуляторы представляют собой сочетание регулятора колебаний — маятника и хода, или спуска. Ходом, или спуском, называется совокупность анкера — детали, колеблющейся под действием регулятора колебаний, и хо­ дового или анкерного колеса, жестко закрепленного на оси, ско­ рость которой регулируется. Различают два типа спусковых регу­ ляторов: с собственными колебаниями и без собственных коле­ бании.

Регуляторы с собственными колебаниями

Собственные колебания у спусковых регуляторов могут быть созданы путем применения одного из двух устройств: маятника (рис. 105, а) или системы «баланс — спираль» (рис. 105, б). В регу­ ляторах первого типа возвращающаяся сила создается силон тяжес­ ти маятника. В регуляторах второго типа эта сила создается спи­ ральной пружиной — волоском. Относительно большие размеры и вес маятника позволяют ему накапливать при движении значитель­ ную кинетическую энергию. Поэтому маятник свободно преодолева­ ет трение в ходе и слабо реагирует на различные толчки и сотрясе­ ния. Благодаря большому запасу кинетической энергии период колебания маятника сравнительно велик (1—2 с). Этим снижается передаточное число, а значит, и потери на трение зубчатых передач.

158

Рассмотрим взаимодействие отдельных элементов спускового регулятора при его работе на примере регулятора с маятником (рис. 105, а). При указанном направлении вращения ходового ко­ леса 7 палетта А называется входной, палетта В — выходной. На этих палеттах различают поверхности покоя 1 , 4 и импульсные плоскости 2, 5. Нормали, проведенные к поверхностям 1 и 4,. про­ ходят через ось вращения 6 анкера 3, поэтому давление зуба ходового колеса на поверхность покоя не создает момента по отно­ шению к оси вращения анкера. При подходе маятника 8 к верти­ кальному положению зуб ходового колеса попадает на импульсную

а - с маятником; б — с системой «баланс-спираль»; в — без собственных колебаний.

плоскость палетты и создает момент по отношению к оси 6. Ходо­ вое колесо поворачивается на ползуба и перебрасывает анкер до тех пор, пока зуб колеса, находящийся под выходной палеттой, не дойдет до ее поверхности покоя. При этом повороте ходовое колесо передает маятнику импульс энергии. Маятник продолжает двигать­ ся влево, зуб ходового колеса скользит по поверхности покоя вы­ ходной палетты, которая при этом опускается. Ходовое колесо не­ подвижно. Дойдя до крайнего левого положения, маятник под действием силы тяжести (вращающей силы) движется обратно, выходная палетта поднимается, а ходовое колесо продолжает оставаться неподвижным. Затем зуб ходового колеса попадает на импульсную плоскость 5 выходной палетты, анкеру снова сообща­ ется энергия, ходовое колесо повернется еще на ползуба и т. д. Таким образом, за полный период колебания маятника ходовое колесо поворачивается на один зуб. Если пх.к — число оборотов ходового колеса, zx.K— число зубьев, Т — период колебаний маят-

159

пика, то ях.к= 60/Т zx.KНедостатком регулятора с маятником явля­ ется зависимость его работы от положения в пространстве.

Система «баланс — спираль» (рис. 105, б) представляет собой совокупность баланса 9 —.массивного колеса, укрепленного на оси 10, и волоска 11, один конец которого крепится на втулке ба­ ланса, другой — на плате. Баланс регулятора точно уравновешен, поэтому работа регулятора не зависит от положения в пространстве. Период колебаний баланса меньше периода колебаний маятника, составляет 0,4—0,1 с. Это объясняется тем, что габаритные размеры малы, следовательно, мал и запас кинетической энергии, велико влияние трения. Последнее может быть уменьшено, если увеличить кинетическую энергию путем увеличения угла отклонения и умень­ шения периода колебаний Т.

Регуляторы без собственных колебаний

Регулятор без собственных колебаний представлен на рис. 105, в. Баланс выполняется в виде стержня с двумя инерционными гру­ зами. Центр тяжести колебательной системы находится на оси вра­ щения анкера. Колебания баланса происходят благодаря взаимо­ действию анкера и ходового колеса. Входная и выходная палетты расположены таким образом, что давление со стороны зуба ходо­ вого колеса всегда создает момент относительно оси вращения ан­ кера. Период колебаний баланса определяется формулой

где йб — коэффициент пропорциональности; / б — момент инерции баланса относительно его оси вращения; Мх.к — момент на оси хо­ дового колеса.

К преимуществам регулятора данного типа следует отнести про­ стоту конструкции, возможность регулировки периода (Т) переме­ щением вдоль стержня инерционных грузов, устойчивость в работе при различных толчках, безотказность трогания с места, независи­ мость работы от положения в пространстве. Основным недостатком регулятора является зависимость периода колебаний от величины момента на ходовом колесе.

Эти регуляторы применяются в тех случаях, когда нет необхо­ димости в стабилизации скорости с высокой точностью или требует­ ся малая выдержка времени (менее 1 мин).

§ 7. УСПОКОИТЕЛИ

Успокоители предназначены для снятия собственных (свобод­ ных) колебаний подвижных систем приборов, которые появляются при сотрясениях, толчках приборов, а также при резком изменении измеряемой величины. Энергия свободных колебаний расходуется на преодоление сил сопротивления, возникающих при перемещении

160