TMM_Leonov (514470), страница 16
Текст из файла (страница 16)
При меньшем значении JI в машине устанавливаетсямаховик, обеспечивающий вместе с имеющимся в машинемоментом инерции JI, необходимое суммарное значение(JI)необх.Преимуществами метода являются не только простотаи наглядность, но и возможность его применения для болееширокого круга явлений. В настоящее время разрабатываются машины с накопителями энергии. В качестве примераМА с накопителями энергии можно привести судовые землечерпальные установки с ДВС, электромобили и другиемашины, оснащенные преобразователями механическойработы в электрическую энергию, как показано на рис.1.20.Таким образом, в цепи взаимодействия двигателя и рабочеймашины участвует накопитель механической энергии, который в момент значительной пиковой нагрузки на органыРМ отдает свою накопленную энергию, а в периоды междупиковыми нагрузками накапливает необходимую энергию.Эти максимальные изменения кинетической энергии (TI)maxкомпенсируются при изменении скорости вращения ∆wmaxвала накопителя.
Применение накопителей энергии позволяет повысить экономичность машин и снизить износыи загрязнения атмосферы при работе ДВС. Возможность повышения экономичности машин связана с изменением экономичности работы двигателей постатической характеристике и возможностью смещения102Глава 4. Проектирование машин по критериям быстродействиярежима работы двигателя по отношению к расчетномуноминальному режиму, которая, как правило, выбирается исходя из необходимости сокращения времени разгонаили кратковременного приема пиковой нагрузки.
Поэтомуноминальная мощность двигателя оказывается заведомобольшей, чем это необходимо для работы в установившемся режиме работы. Проектирование машин производитсятаким образом, что режим работы двигателей, указываемыйкак номинальный, чаще всего является и наиболее экономичным режимом его работы. Поэтому значительный неиспользуемый на установившемся режиме запас мощностидвигателя по сравнению с его указанным номинальным режимом приводит к увеличению потерь и лишнему расходуэнергии из-за работы в неэкономичном режиме.
Повышение экономичности расхода энергии на установившихсярежимах возможно за счет снижения номинальной установленной мощности двигателя. Дефицит энергии в МАпри работе на режимах с кратковременной значительной(пиковой) нагрузкой могут компенсировать накопителиэнергии, запасающие ее при работе двигателя с недогрузкой Mдв ≥ Mсопр и отдающие энергию при работе с пиковойнагрузкой (Mсопр)max >> Mдв. В качестве таких накопителейэнергии часто используют электрические аккумуляторы,или маховичные накопители (см. рис.
1.20). При наличиив МА двигателя иного рода, чем электрический, можно использовать в роли накопителя энергии вращающийся маховик, запасающий энергию при недогрузке двигателя и отдающий свою энергию потребителю в периоды перегрузкидвигателя.Таким образом, с помощью расчёта необходимых масснакопителей механической энергии решаются следующиезадачи:• снижение колебаний и износов деталей трансмиссий;• уменьшение необходимой мощности, габаритов и стоимости двигателей;• сокращение расхода энергии в эксплуатации.Пример расчета необходимого момента инерции В качестве примера рассмотрим МА, периодическаяпеременная нагрузка которого имеет ярко выраженный пиковый характер (рис. 4.1).1034.1. Определение необходимогомомента инерции маховых массMMдвMtосопрϕM асопрϕциклаΣA ω∆TImaxtφ пикωminφРис.4.1. Изменение параметров МА (моментов М, работ Аи скорости вала ω) на установившемся режимеПод нагрузкой обычно понимают момент сопротивленияMсопр, приложенный со стороны рабочей машины, которыйвыступает при расчетах в качестве независимого переменного или как функция времени.
Продолжительную частьвремени момент сопротивления имеет незначительное пособтоянное значение M сопр, а некоторое непродолжительноевремя tпик нагрузка достигает пикового значения. Неравномерность движения машины определяется переменнойасоставляющей нагрузки M сопр. Изменение соотношенияпостоянной и пиковой нагрузок характеризуется коэффиаобциентом a = M сопр/ M сопр. Соотношение времени действияпиковой и постоянной нагрузок называется коэффициентом скважности:tϕγ = пик = пик ,Tцикл ϕцикл104Глава 4. Проектирование машин по критериям быстродействиягде tпик, jпик – время действия пиковой нагрузки и соответствующий угловой промежуток поворота вала; jцикл = wсрTцикл –период цикла.Расчёт проводим при допущении Мерцалова незначительного влияния на процессы приведенного моментаинерции второй группы звеньев.
Необходимые мощностьи приведенный момент двигателя Mдв находятся из условия равенства работ и работы момента сопротивления Mсопрза цикл установившегося движения:обаM дв = M сопр+ M сопрϕпик.ϕциклПринимая в первом приближении момент двигателяпостоянным по углу поворота вала, получим его необходимое значение на установившемся режиме работы, связанноес параметрами внешней нагрузки:(M )дв сроба= M сопр+ γM сопр.Работа МА происходит с непрерывными колебаниями скорости звена приведения около среднего значения.Скорость и кинетическая энергия увеличиваются передприходом пиковой нагрузки за счет действия положительного суммарного приведенного момента за промежутокjцикл–jпик между пиковыми нагрузками. В период действияпиковой нагрузки снижается скорость и идет отдача энергии маховичного накопителя для компенсации работы пиковой нагрузки в течение времени ее действия tпик.
В этотмомент времени происходит максимальное снижение кинетической энергии накопителя (∆TI)max при уменьшении егоскорости до минимального значения.Для удобства расчет производится (см. рис.4.1), начинаяс момента времени окончания действия пиковой нагрузки.С этого момента времени начинается разгон и аккумулирование кинетической энергии в маховике за счет действияв этот период положительного суммарного моментаобобаM Σ = M сопр+ γ (M дв )ср = M сопр+ γM сопр4.1. Определение необходимогомомента инерции маховых масс105Работа его равна разности работ двигателя и сопротивления(∑ A )max =ϕцикл∫аM Σ d ϕ = γM сопр(ϕцикл − ϕпик ).ϕпикПри допущении постоянства всех моментов максимальное изменение кинетической энергии в цикле будет равномаксимальному изменению работы (ΔTΙ )max = (∑ A )maxили( J Ι )необх δω2аср = M сопр γωср (1 − γ )Tцикли связано с необходимым для этого моментом инерции масс,приведенного к звену машины, вращающемуся со среднейϕскоростью ωср = цикл :TциклM а γ (1 − γ )Tцикл.( J Ι )необх = сопрδωср4.2.
Влияние статической характеристики двигателяна установившееся движениеРазработанный Н. И. Мерцаловым метод динамического расчета удобен из-за простоты и наглядности, но он неучитывает влияния многих параметров машины, например,таких, как зависимость моментов и сил от скоростей движения звеньев. Другим недостатком метода является необходимость определения средней скорости вращения какимлибо другим способом, например, изложенным в параграфе3.4 (рис. 3.7) методом наложения характеристик двигателяи рабочей машины. В некоторых двигателях (например,синхронных электродвигателях и дизель-генераторах) изменения скорости вращения вала могут вызвать значительныеизменения движущего момента, которыми не всегда можнопренебрегать при расчетах. Ограничимся решением в линейной постановке задачи.
Линейный участок характеристикидвигателя можно приближенно описать формулойM дв = (M дв )max − kω ω,106Глава 4. Проектирование машин по критериям быстродействиягде kω – коэффициент, характеризующий крутизну наклонастатической характеристики двигателя.В рассмотренном выше примере расчёта закона движенияпри выбранной ранее схематизации цикла работы МА суммарный приведенный момент меняется скачком при приемепиковой нагрузки, но в периоды времени между скачкаминагрузки ускорение вала имеет постоянное значениеMεΙ = ΣJΣВ связи с этим изменения работ и, как следствие, кинетической энергии и скорости звена приведения ∆w прирасчёте методом Мерцалова носят линейный характерΔTΙΔω =ωср J ΣВсе это позволяет определить дополнительные максимальные изменения суммарного и движущего моментовпри максимальных изменениях скорости(Δω)max = ωср ,определяемых коэффициентом неравномерности вращения.
По линейной статической характеристике двигателя(рис. 4.2) в одну сторону от среднего значения (Mдв)ср онобудет равноkω δ(ΔM Σ )max = Δωmax kω = ω ср .2По изменениям приведенного момента можно определить дополнительное изменение работы при колебанияхскорости по линейной характеристике двигателяΔϕmax(ΔA )доп = ∫где Δϕmax ≈ωсрTцикл0ΔM Σ d ϕ =Δϕmax (ΔM Σ )max2– максимальное изменение угла пово2рота звена приведения при колебаниях скорости.Изменение момента двигателя (∆Mдв)доп по линейной характеристике (см.
рис. 4.2) относительно среднего моментаM дв = (M дв )ср + (ΔM дв )доп4.2. Влияние статической характеристики двигателя на движение107Mдв(Mдв)ср∆MmaxωωсрРис. 4.2. Линейная модель изменения момента двигателя Мдвможно учесть по его статической характеристике. Суммарная работа может быть представлена в виде суммы работпри постоянном моменте и дополнительной работы по статической характеристике двигателя∑ A (ω) = ∫ ((M ) + (ΔM )дв срдв доп)dω == ∑ A (M дв = const )+ ΔAдоп (ω),где ΔAдоп = ∫ (ΔM дв ) (ω)d ϕ – дополнительная работа двидопгателя по статической характеристике при отклоненииот среднего режима.При линейной характеристике двигателя изменение скорости вращения в пределах (δ/2) вызывает дополнительноеизменение работы двигателя с максимальным значениемδkωTцикл (ωср )2(ΔAω )max ≈δ,где kω – коэффициент, отражающий крутизну наклона статической характеристики.108Глава 4. Проектирование машин по критериям быстродействияУчет влияния этой дополнительной работы на закондвижения сводится к расчету максимального изменения кинетической (∆TIw)max энергии, скорректированного с учетомскоростной характеристики двигателя.
При линейном видехарактеристик, при котором изменение момента двигателя∆Mдв (см. рис. 4.2) пропорционально изменению скоростивращения ∆ω, учет крутизны наклона статической характеристики может быть сведён к определению дополнительной избыточной работы ∆A(w)max. Она возникает при отклонении от среднего расчётного режима и пропорциональнаплощади треугольника, заключённого между статическимихарактеристиками двигателя и рабочей машины, и будетзависеть от неравномерности вращения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
