книги / Электромагнитные муфты скольжения

Относительная механическая характеристика тормоза может быть получена из (4.30) путем замены максимального момента муфты Мтах на максимальный момент тормоза Мгтах и скольжения s на 1—s. Пос­ ле замены получаем

где рт — коэффициент формы механической характеристики тормоза. Результирующий момент привода с муфтой ц тормозом, передавае­

мый нагрузке, равен разности моментов муфты и тормоза. С учетом (4.30) и (6.111) относительная механическая характеристика привода опишется уравнением

На рис. 6.21 приведены относительные механические характеристик ки привода с муфтой и тормозом при различных отношениях макси­ мальных моментов тормоза и муфты, построенные по выражению (6.112) для Р=фт и р=^рт. Сравнение характеристик показывает, что при равенстве р и (Зт увеличение этих коэффициентов приводит к по­ вышению жесткости результирующих характеристик в зонах малых и больших скольжений. При различной форме характеристик .муфты и тормоза увеличение рт повышает жесткость характеристик привода в области больших скольжений, а увеличение р — в области малых скольжений.

Приведенные характеристики даны и в области отрицательных мо­ ментов, когда привод в целом обеспечивает торможение 'рабочего ме­ ханизма. В тормозных режимах влияние р и рт на жесткость характе­ ристик практически не бтличается от двигательных режимов. Как видно из рис. 6.21, для получения устойчивых низких угловых скоростей при­ вода необходимо иметь тормоз, более мощный по сравнению с муфтой

иимеющий характеристику с более высоким значением кривизны, опре­ деляемой коэффициентом рт.

Если момент нагрузки не зависит от скорости, то привод с муфтой

итормозом работает на естественных механических характеристиках (6.112) , которыми определяются энергетические показатели. В такой системе моменты на ведущем и ведомом валах отличаются друг от друга на значение момента тормоза.

Подведенная мощность равна моменту муфты, умноженному на

угловую скорость ведущего вала, а выходная мощность — произведе­ нию момента-нагрузки, равного Мм,т, на угловую скорость ведомого

141

Рис. 6.21. Относительные механические характеристики муфты с тор­ мозом

142

Коэффициент полезного действия муфты и тормоза без учета до­ бавочных потерь равен

(6.П5) Первое слагаемое данного выражения представляет собой КПД муфты т]=(о/соо=1—5, а второе — значение, на которое снижается этот КПД при наличии тормоза. Выражая КПД муфты с тормозом в отно­ сительных единицах и принимая за базовую величину КПД муфты, по­

лучаем

На рис. 6.22 приведены зависимости относительных значений КПД муфты и тормоза от скольжения, построенные по (6.116) для тех же параметров, которые использованы в Механических характеристиках на рис; 6.21. Коэффициент полезного действия муфты с тормозом прибли­

Привод с муфтой и тормозом может обеспечить устойчивое регули­ рование скорости при малых нагрузках и на холостом ходу без авто­ матического регулирования возбуждения. В этом случае момент тормо­ за является нагрузкой муфты. Так как с изменением скольжения мо­ менты муфты и тормоза изменяются в противоположные стороны, устойчивость работы повышается. При холостом ходе привода моменты муфты и тормоза равны, а скольжение определяется точкой пересечения механических характеристик. Приравнивая выражения моментов (4.30) и (6.111) и решая полученное уравнение относительно скольжения, на­ ходим

На рис. 6.23 приведены зависимости относительной угловой скоро­ сти со/(0о=1—s привода с муфтой и тормозом от соотношения макси­ мальных (пусковых) моментов тормоза и муфты Для тех же значений Р и рт, которые были использованы при построении графиков рис. 6.21 и 6.22.

143

Рис. 6.22. Зависимости КПД муфты с тормозом от скольжения

144

Мм.т==0. Задавая значение момента нагрузки AI=iVfM>T, можно из механических характеристик получить регулировочные харак­ теристики нагруженной системы. Аналитическим выражением таких ха­ рактеристик является уравнение (6.112) при равенстве его моменту на­ грузки, разрешенное относительно скольжения. Если.. момент нагрузки является функцией угловой скорости, то регулировочные характеристики привода с муфтой и тормозом при работе его с нагрузкой могут быть построены по точкам пересечения механических характеристик нагрузки

ипривода.

ГЛ А В А С Е Д Ь М А Я

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ СКОЛЬЖЕНИЯ В МАХОВИКОВЫХ ПРИВОДАХ С УДАРНОЙ НАГРУЗКОЙ

7.1.РАЗНОВИДНОСТИ СИСТЕМ ПРИВОДА

Вмаховиковых приводах с ударной нагрузкой, харак­ терными представителями которых являются приводы экс­ каваторов и кривошипных кузнечно-прессовых машин раз­

личного назначения, муфты скольжения устанавливаются либо между приводным двигателем и маховиком, либо между маховиком и рабочим механизмом. Место установки муфты в маховиковом приводе оказывает большое влияние на его свойства, характеристики и энергетические показа­ тели [5, 33, 34, 41, 44].

Рассмотрим разновидности систем маховикового приво­ да на примере кривошипных прессов с муфтами скольже­ ния, схематически показанных на рис. 7.1. В схеме рис.

7.1, а электродвигатель 1 через клиноременную передачу вращает установленный на подшипниках маховик 3, соеди­ ненный с. ведущей частью муфты скольжения 2. В качестве ведущей части обычно используют индуктор муфты, имею­ щий значительный момент инерции и являющийся состав­ ной частью маховика. Ведомый якорь закрепляется на вы­ ходном валу и через зубчатую передачу приводит криво­ шипно-шатунный механизм (на схеме не показан).

В рассмотренной системе скорость и запас кинетической энергии маховика близки к постоянному значению и откло­ няются от него лишь на значение неравномерности хода маховика, обусловленной отдачей им части энергии при ударах нагрузки. К началу каждой рабочей операции запас кинетической энергии маховика восстанавливается до за­ данного постоянного значения. В Данном приводе муфта скольжения выполняет следующие задачи: включение и вы­ ключение ведомых частей привода и механизма; регулиро-

145

вание угловой скорости ведомых частей на отдельных уча­ стках рабочего цикла.

Для повышения производительности машин маховик в такой системе имеет повышенную скорость, вследствие чего при холостом ходе угловая скорость ведомых частей имеет более высокие значения, чем допустимые для рабочей опе­ рации. Перед началом рабочей операции угловая скорость ведомых частей снижается тормозом скольжения до необ­ ходимого значения, после чего тормоз отключается и про­ изводится рабочая операция, после которой угловая ско­ рость вновь возрастает до значения холостого хода. В дан­ ной системе привода из-за частых, изменений угловой ско­ рости большое значение приобретает снижение момента инерции ведомых частей, большую часть которого состав­ ляет момент инерции якоря муфты. Обычно в таких при­ водах используются муфты по конструктивной схеме, при­ веденной на рис. 1.15,яе, а снижение момента инерции их якоря осуществляется методами, рассмотренными в § 8.11.

К преимуществам привода кроме повышения производи­ тельности рабочего механизма относится отсутствие быстроизнашивающихся фрикционных элементов включения, возможность регулирования скорости рабочей операции и ее выравнивание. Последнее обусловлено тем, что кинема-

146

тическое снижение линейной скорости ползуна кривошипно­ шатунного механизма компенсируется ростом угловой ско­ рости ведомых частей муфты после отключения тормоза. В данном приводе муфта скольжения передает с маховика на рабочие органы механизма пиковую мощность, необхо­ димую для выполнение рабочей операции, поэтому ее вра­ щающий момент в десятки раз превышает момент привод­ ного двигателя, нагруженного средней мощностью за цикл.

На рис. 7.1,6 представлена кинематическая схема ис­ пользования муфты при регулировании скорости маховика [52]. Приводной электродвигатель 1 фланцевого исполне­ ния соединен с ведущим якорем муфты скольжения 2, вы­ ходной вал которой вращает через клиноременную переда­ чу маховик 3. Включение и выключение механизма осуще­ ствляется пневмофрикционной муфтой сцепления 4. В этом приводе муфта передает на маховик среднюю за цикл мощ­ ность, поэтому ее момент равен моменту приводного двига­ теля. Управление муфтой осуществляется системой автома­ тического регулирования с обратной связью по скорости и ограничением вращающего момента на заданном регулируе­ мом уровне (см. рис. 8.14,6, в). Большие допустимые сколь­ жения муфты позволяют увеличить отбор кинетической энергии маховика и уменьшить его размеры и стоимость или увеличить диапазон регулирования пути снижения нижнего предела скорости, ограниченного предельным уменьшением запаса кинетической энергии маховика. В данной системе используются муфты общего назначения и их момент, размеры и стоимость значительно ниже, чем в предыдущей схеме с муфтами специальной конструкции (рис. 7.1,а).

7.2. ПРИВОДЫ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ МАХОВИКА

Работа маховикового привода с ударной нагрузкой, в котором муфта скольжения установлена между приводным двигателем и маховиком (рис. 7.1,6), представлена графи­ ками на рис. 7.2. При установившейся угловой скорости холрстого хода привода соу и ограничении вращающего мо­ мента значением Mnpi (см. § 8.10) работа происходит на участке механической характеристики ab. Приложение ударной нагрузки вызывает быстрое снижение угловой ско­ рости маховика от ©у до comin с отдачей им соответствую­ щей кинетической энергии, а затем угловая скорость посте­ пенно восстанавливается до прежнего значения. Жесткая механическая характеристика двигателя позволяет прене­

147

бречь изменениями угловой скорости ©о- Время приложе­ ния нагрузки также незначительно по сравнению с перио­ дом цикла. Если значение Afnpi подобрано так, что восста­ новление угловой скорости заканчивается в конце периода цикла (ц, то участки холостого хода отсутствуют и мощ­ ность приводного двигателя постоянна, РДВ1—Mnpi©0=const (рис. 7.2,6).

При увеличении предельного момента до значения Мпр2 восстановление угловой скорости маховых масс от точки d до точки е заканчивается к концу периода ^р,ц<*ц (рис. 7.2,в), т. е. быстрее, чем в предыдущем случае, и в отрезки времени tx= tn—tVA привод работает на холостом ходу. При работе на участке механической характеристики се момент

чае мощность двигателя не постоянна, а периодически из­ меняется от значения РдВ2=Л 1пР2(Оо>Рдв1 до мощности хо­

Рис. 7.2. Механические характеристики муфты (а) и изменение пара­ метров во времени (б, в) при работе с регулируемой частотой враще­ ния маховика

148

Подведенная к муфте энергия, затрачиваемая на восста­ новление кинетической энергий маховика и потери сколь­ жения, равна

Коэффициент полезного действия муфты при данном ре­ жиме работы

Из (7.2) находим

где Лу — кинетическая энергия маховых масс при угловой

СКОРОСТИ СОу.

Подстановка (7.5.) в (-7.4) дает следующее выражение КПД муфты:

( 7 ' 6 )

в котором отношение Л„/Лу обозначает долю кинетической энергии маховика, израсходованную на выполнение рабо­ чей операции.

Вместо формул (7.2) и (7.3) могут использоваться.сле­ дующие выражения:

Формулы (7.2) и (7.3) равноценны (7.7) и (7.8), так как КПД, рассчитанные по (7.4) с учетом этих формул, имеют одинаковые значения.

При tx^ 0 рис. 7.2,в) работа на выходном валу муфты равна

а подведенная к муфте энергия

Обозначая в общем случае предельный момент муфты •Мпр и учитывая зависимости (7.1) и (7.5), получаем выра-

149

(сплошные линии). Как видно из графиков, увеличение сте-

V

0,8

0,6

0,4-

о,г

о

пени использования кинетической энергии маховика приво­ дит к снижению КПД муфты, и в предельном случае, когда весь запас кинетической энергии маховика расходуется на выполнение рабочей операции, Аы=Ау и o)OTin=0, а *х=0, КПД вдвое ниже, чем при работе со статической нагрузкой.

Работа с периодами холостого хода tx (рис. 7.2,в) вли­ яет на энергетические показатели муфты, повышая ее КПД, причем это влияние возрастает с увеличением степени ис­ пользования кинетической энергии маховика. В предельном идеализированном случае /р.^О и при А„=АУ КПД муфты приближается к КПД статического режима работы (т}-*-юу/сйо). а при ЛМ<Л У превышает его (г)>©у/©о).

В ряде случаев использование формулы (7.11) может представлять неудобства, поскольку базовая величина энергии Ау не является постоянной, а зависит от соу. Нели

150