книги / Электромагнитные муфты скольжения

Из этого выражения диапазон регулирования пере­ дачи

Реальный диапазон регулирования (om/n/coH несколько меньше приведенного, так как угловые скорости сон и <оо отличаются на значение номинальной относительной уг­ ловой скорости CDOSh. Поскольку отличие реального диа­ пазона регулирования от идеализированного имеет место как в передаче, так и в простой муфте, а реальные зна-

Рис. 12.8. Зависимость КПД передачи /

сдифференциалом

•т угловой скорости*?^

(о) и влияние диа­ пазона регулирова­ ния на минималь­ ный КПД (б)

чения высшей угловой скорости первой ступени также меньше идеализированного значения соь принятые соот­ ношения могут быть использованы для сравнения с до­ статочной точностью.

Сравнение выражений (12.44) и (12.45) дает зависи­ мость минимального КПД передачи от диапазона регу­ лирования

тогда как в простой муфте подобная зависимость имеет

значение (Олнп/юоНа рис. 12.8,6 проведено сравнение данных зависимо­

стей для передачи (сплошная линия) и простой муфты (штриховая линия). Наибольшая разница КПД передачи и простой муфты имеет место при (Omin=o)o/4, т. е. в пе­ редаче с коническим дифференциалом, когда минималь­ ный КПД передачи равен 0,5, а муфты — 0,25.

При одновременной работе муфт передачи на нагруз­ ку энергетические показатели зависят от соотношения уг­

251

тормозом (см. § 6.11), а энергетические показатели СУ‘ щественно различаются.

Подведенная и полезная (выходная) мощности опР?‘ деляются выражениями

Так как ведущая часть первой ступени вращается с угловой скоростью соь меньшей угловой скорости ведОмои части ю, то при моменте М\ с ведомой части на ведуШУю лередается мощность

разных передаточных отношениях ступеней эта мощность возвращается на ведущий вал передачи в виде мехаРиче‘

тихоходного двигателя последний переходит в генерЗтоР‘

то при одинаковых характеристиках первой ступени пере­ дачи и тормоза (М \=М Т) отношение КПД систем выра­ зится простой формулой

На данном участке диапазона регулирования

Т)м>1Г)дс>Т|м.т,

т. е. КПД передачи ниже КПД простой муфты и выше КПД системы с муфтой и тормозом.

252

В диапазоне угловых скоростей со=0-т-со1 подведенная мощность

а полезная мощность на выходном валу

Коэффициент полезного действия передачи в данном диапазоне при одновременной работе обеих ступеней ра­ вен

сит от соотношения моментов и угловых скоростей сту­ пеней.

В передаче с дифференциалом выходной 'момент пер­

Выражения (12.15), (12.56) и (12.58) показывают, что первой ступени КПД и полезная выходная мощность передачи с дифференциалом по сравнению с простой муф­ той возрастают пропорционально передаточному отноше­ нию ступени. На второй ступени входной и выходной мо­ менты равны, и КПД передачи равен КПД простой муф^- тЫПолезные мощности на выходных валах для второй

ступени передачи и простой муфты также равны.

С учетом выражения (12.8) формулу (12.58) можно представить в виде (12.41), что доказывает идентичность зависимостей КПД от угловой скорости (рис. 12.8) для всех двухступенчатых передач.

253

Основным преимуществом передач с дифференциалом является увеличение полезной выходной мощности, тогда как передачи е параллельным соединением муфт имеют такую же выходную мощность, как простые муфты.

12.7 ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В ПЕРЕДАЧАХ

В приводах с электромеханическими передачами раз­ гон и торможение нагрузки осуществляются последова­ тельно в две ступени. На первой ступени разгон происхо­ дит так же, как в приводе с обычной муфтой скольже­ ния. С приближением угловой скорости к установившему­ ся значению первой ступени производится переключение передачи на вторую ступень, осуществляющую разгон до заданной скорости.

При торможении привода, работающего на высшей скорости, вначале возбуждение переключается на первую ступень и производится торможение до угловой скоро­ сти ее ведущей части с рекуперацией энергии торможе­ ния. На, втором этапе торможение осуществляется тор­ мозом того или иного типа.

Расчет процессов пуска привода с двухступенчатой передачей производится отдельно для первой и второй ступеней. При этом на первом этапе разгона расчет вы­ полняется так же, как для обычных муфт скольжения (см. гл. 8), а на втором этапе следует учитывать значе­ ние начальной угловой скорости, равное конечной скоро­ сти первого этапа разгона.

В передачах с параллельным соединением муфт вра­ щающие моменты на первом и втором этапах разгона определяются механическими характеристиками, муфт, а в передачах с дифференциалами момент первой ступени имеет увеличенное значение, что сокращает продолжи­ тельность разгона.

Двухступенчатый разгон привода обеспечивает значи­ тельное снижение динамических потерь. Используя в ка­ честве исходной формулу (9.6), можно получить следую­ щие выражения для потерь при двухступенчатом разгоне:

254

При отсутствии статической нагрузки М = 0 и потери

Принимая в качестве базовой величины кинетическую энергию ведомых частей передачи A0= J m 2/2, получаем выражение относительных потерь

коническим дифференциалом меньше, чем с цилиндриче­

При торможении от угловой скорости соо до coi кине­ тическая энергия ведомых частей убывает на значение, равное

255

Разность изменения кинетической энергии и потеРь торможения дает рекуперированную энергию

зом, максимальную рекуперированную энергию тормозе* ния имеют передачи с коническим дифференциалом.

При разгоне привода с обратной связью по току дви­ гателя динамический момент постоянен (см. рис. 8.17,1в) Если момент нагрузки при этом также имеет постоянное значение, то в (12.59) и (12.64) знаменатели подынте­ гральных выражений постоянны и результаты отличают­ ся от полученных только множителями. В общем случае

позволили подтвердить полученные расчетные формулы. При исследованиях передач вращающий момент на выходном валу определялся по показаниям нагрузочного тормоза-динамометра, а иа входном валу — по потреб­ ляемой двигателем из сети активной мощности, значени­

ям его КПД и скорости.

На рис. 12.9 даны опытные зависимости силового передаточного отношения и КПД от скоростного переда­ точного отношения в передачах с коническим и цилин­ дрическим дифференциалами (см. рис. 12.3 и 12.4). рас­ хождение опытных кривых с идеализированными расчет­ ными, описываемыми формулами (12.15) и (12.41), обус­ ловлены наличием в передачах добавочных потерь, не учитываемых расчетными выражениями. Наибольшая часть добавочных потерь в передачах создается силами трения в зубчатых зацеплениях дифференциалов.

256

Сопоставление значений максимумов КПД с зависи­ мостями, приведенными на рис. 6.17,а, позволяет прибли­ женно оценить значение момента добавочных потерь опытных передач в пределах 3—12% номинального мо­ мента, что свидетельствует о недостаточно высоком ка­ честве обработки зубчатых зацеплений.

Рис. 12.10. Осциллограммы двухступенчатого пуска передачи с диф­ ференциалом:

чатого пуска маховикового привода с передачей без об­ ратных связей и с обратными связями по частоте враще­

257

активной мощности, близкие по значениям кривым дина­ мического момента на валу двигателя, имеют характер­

буждения динамический момент падает, то снижается угловое ускорение и замедляется разгон ведомых частей.

В процессе двухступенчатого пуска с обратными свя­ зями (рис. 12.10,6) токи возбуждения возрастают, под­ держивая динамический момент и угловое ускорение близкими к заданному постоянному значению, в резуль­ тате чего частота вращения на первой и второй ступенях разгона изменяется практически линейно. Хотя потреб­ ляемая активная мощность и момент двигателя в про­ цессе всего разгона близки к постоянным значениям, ди­ намический момент на выходном валу передачи имеет на первой ступени большее значение, вследствие чего разгон происходит быстрее.

Рис. 12.11. Осцилло­ грамма разгона и реку­ перативного торможе­ ния передачи с диффе­ ренциалом на второй ступени

На рис. 12.11 приведена осциллограмма разгона при­ вода с передачей на второй ступени и последующего тор­ можения с рекуперацией в сеть активной мощности. Раз­ гон начинается от частоты вращения п\ первой ступени подачей в обмотку возбуждения второй ступени тока i2. Когда частота вращения выходного вала п достигает наи­ большего значения, обмотка второй ступени отключается, а в обмотку первой ступени подается ток i\. В результате торможения частота вращения снижается, а приводной двигатель переходит в генераторный режим.

На осциллограмме кривая потребляемой двигателем из сети активной мощности прй разгоне направлена от оси вниз, а отдаваемая в сеть при торможении — вверх. 11ло-

258

щади, ограниченные данными участками кривых мощно­ сти и осью, представляют в определенном масштабе зна­

энергии принята кинетическая энергия маховых масс А0у которая при одноступенчатом разгоне равна динамическим потерям, а на осциллограмме рис. 12.11 в процессе разго­ на записана потребляемая мощность, расходуемая на по­ тери разгона и увеличение кинетической энергии второй ступени передачи.

12.8. ПЕРЕДАЧИ С ДВУХЗОННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ И РЕВЕРСИВНЫЕ

Рассмотренные выше передачи могут обеспечить регу­ лирование угловой скорости выходного вала только в сторону ее снижения относительно угловой скорости входного вала.

Использование в передаче двух дифференциалов обес­ печивает возможность создания конструкций с двухзонным регулированием, при котором угловая скорость выходного вала может изменяться не только вниз, но и вверх от угловой скорости входного вала. Возможность использо­ вания конструкции в режимах понижающей и повышаю­

рекуперированной энергии при переходе с высших скоро­ стей на низшие, а в некоторых случаях повышает КД1Д и передаваемую мощность на отдельных участках диапа­ зона регулирования.

Электромеханические передачи с двухзонным регулиро­ ванием могут быть двухступенчатыми и трехступенчатыми.

Двухступенчатая передача (рис. 12.12,а) содержит два тормоза скольжения и два дифференциала. При торможе­ нии ротора 3 тормоза обеспечивается регулирование в нижней части диапазона. Конструкция и режим работы этой ступени аналогичны ранее рассмотренным (см. рис. 12.2,6),

Во втором дифференциале одно центральное колесо со­ единено с выходным валом, другое — с ротором второго

25»

тормоза, а водило — с входным валом передачи. При ^Р* можении одного центрального колеса второе приобре*ает угловую скорость, превышающую скорость водила. В случае выходной вал вращается быстрее входного.

Зависимости силового передаточного отношения и рассмотренной двухступенчатой передачи от скоростг101'0 передаточного отношения показаны на рис. 12.13 ш*Ри* ховыми линиями. Графики являются идеализированна11 и построены без учета добавочных потерь и потерь н£>ми‘ нального режим-а.

Анализируя данные кривые, можно видеть, что при Z*113" пазоне регулирования 1:4 КПД передачи с коническим дифференциалом снижается до 0,25 и не отличаете# от КПД простой муфты, тогда как в аналогичной передаче>

регулированием

260