TMM_Leonov (514470), страница 27
Текст из файла (страница 27)
В некоторых случаях можно добиться снижения установленноймощности двигателя и обеспечить работу его на экономичном режиме более эффективным способом, применяя разгружающие устройства для уменьшения пиковых нагрузоки выравнивания нагрузки в цикле движения. Часто этотметод применяется в грузоподъёмных машинах, например, в механизмах грузовых и пассажирских лифтов, которые снабжаются подвижным противовесом, рассчитаннымна среднестатистическую нагрузку. Этот конструктивныйприём практически наполовину снижает возможную пиковую нагрузку на двигатель.Уравновешивание механизмов обычно производится с целью снижения колебаний машины на фундаментеи динамических нагрузок на него. Применение разгружающих механизмов имеет несколько иную цель, оно позволяет уменьшить крутильные колебания под действиемсуммарного момента и, тем самым снизить динамическиенагрузки, действующие на выбранное звено.
Иногда применение разгружающих механизмов приводит к их уравновешиванию машин, т.е. обе задачи могут выполнятьсяодновременно.Существует связь динамических нагрузок и потребнойноминальной мощности двигателя для их преодоления.Речь не идёт о создании «вечного двигателя», но при полном уравновешивании сил тяжести и отсутствии другихсил сопротивления потребная на привод движущая силастановится ничтожно малой.
Поэтому статическое уравновешивание масс механизмов часто применяется в манипуляторах с целью снижения необходимых движущих сил,уменьшения номинальной мощности двигателя и снижениярасхода энергии.Например, применение противовеса массы mур позволяет осуществить полное статическое уравновешиваниесил тяжести G1 = gm1, действующих на вращающееся звено182Глава 6. Повышение экономичности на установившемся режиме анипулятора, соединённое со стойкой (рис. 6.4), смещаямобщий центр масс в неподвижную точку О:LOS 1,LOMгде LOS, LОМ – радиусы центра масс звена 1 и установки уравновешивающей массы mур (противовеса).Cуммарный момент сил тяжести, действующий на уравновешенное звено, равен нулю в любом положении ϕ, обеспечивая безразличное равновесие звена 1МΣ = gmурLOBcosϕ – МG = 0,mур = m1где МG = gm1LOS cosϕ – момент сил тяжести неуравновешенного звена 1.Однако на практике уравновешивание сил тяжести звеньев манипуляторов с помощью противовесов редко встречается, так как для этого требуются значительные массыи пространство для их движения.
Тем более, что расположение противовесов на удалённых от стойки звеньев манипуляторов (рис. 6.5) может привести к обратному эффектуувеличения общей массы подвижных звеньев и росту необходимой для привода мощности двигателей. Поэтому рассмотрим более интересный для практики случай снижениянагрузки на привод манипуляторов с помощью пружин. Дляпервого наиболее близкого к стойке звена 1 манипулятора(рис. 6.5, а) прикрепление пружины к стойке не вызовет затруднений.
Если принять усилие предварительной затяжки пружины 4 в вертикальном положении звена 1 равнымLOSLOMS1ϕOmурG11m1MРис. 6.4. Уравновешивание силы тяжести звенас помощью противовесов6.3. Повышение экономичности с помощью разгружающих устройств 1834CA1S1Bϕ1G1Oа556C25B3C1S3S2A2S1O4C3A1B113B2244бРис. 6.5. Разгружение одного звена (а) и нескольких звеньевманипулятора (б) с помощью пружин:1, 2, 3 – звенья манипулятора; 4 – пружины; 5 – тросы; 6 – схватнулю Fупр(ϕ = π/2) = 0, то можно обеспечить суммарныймомент сил тяжести звена 1 и сил упругих деформацийпружины МΣ(ϕ = π/2).
Для обеспечения МΣ(ϕ = 0) и в горизонтальном положении звена 1, то необходимо выполнитьусловие LOВ=LOС и выбрать коэффициент жёсткости пружины величинойLOS1.C = gm1(LOC )2В случае разгрузки от сил тяжести нескольких звеньевманипулятора (рис. 6.5, б) можно использовать несколькопружин 4, расположенных на подвижных звеньях 1, 2, 3усилие которых Fупр передаётся на стойку при помощи гибких тросов 5, блоков в точках В и механизма «транслятора»,представляющего разновидность механизма параллельных184Глава 6. Повышение экономичности на установившемся режиме3Y2XXAS1ArAϕYAOR01G1Рис. 6.6.
Разгружающий механизм:1 – кулачок; 2 – толкатель; 3 – пружинакривошипов. Однако уравновешивание незамкнутой кинематической цепи звеньев 1, 2, 3 может быть обеспечено припроектировании только на одну определённую нагрузкув одном положении. Изменение же нагрузки в эксплуатации приведёт к отличию от расчётной координаты схвата6 манипулятора, т.е. к снижению точности позиционирования. Для разгрузки манипуляторов от сил тяжести частоприменяются и пневматические системы управления.Работа манипуляторов производится по типичномунеустановившемуся циклу движения пуск-останов, поэтому пример частичного уравновешивания механизма с цельюснижения расхода энергии мы рассмотрим в гл. 7.Уравновешивание поршневых машин часто достигается за счёт смещения циклов работы цилиндров с такимрасчётом, чтобы снизить амплитуду изменения крутящегомомента.
Одним из рациональных способов перераспределения сил, действующих на звенья других машин, являетсяустановка специальных механизмов разгружателей, которыемогут обеспечить различные законы изменения сил. Роль6.3. Повышение экономичности с помощью разгружающих устройств 185простейшего разгружателя звена от действия сил тяжести,как мы знаем, может выполнять пружина (см. рис. 6.5).Роль более совершенного разгружающего устройстваможет выполнять кулачковый механизм с предварительнодеформированной пружиной (рис. 6.6), обеспечивая равенство нулю суммарного момента действующих внешних силсопротивления Мсопр (например, момента сил тяжести МG)и момента внутренней силы Fупр пружины 4, действующейна кулачок 1.Мкул(ϕ) = XА(ϕ) Fупр(YА),где XА(ϕ) – переменное плечо упругой Fупр; YА – перемещениетолкателя 2, определяющего силу действия пружины Fупр.Методика расчёта разгружающего механизма строитсяна базе кинетостатической модели, в которой учитываетсямомент сил инерции Мин.
Равенство нулю суммарного моментаМΣ(ϕ) = Мин(ϕ) + Мсопр(ϕ) + Мкул(ϕ) = 0позволяет определить необходимую зависимость разгружающего момента кулачка Мкул(ϕ), а задаваясь усилием пружины Fупр, даёт возможность построить профиль кулачкаrА(j) = (XА2 + YА2)1/2. При изменении скоростного режима,влияющего на силы инерции, расчётные условия разгрузкимеханизма нарушаются, что может привести к росту динамических нагрузок механизма.Конкретный пример частичного разгружения механизма от сил тяжести только в нескольких положениях будетрассмотрен в гл.
7.Вопросы и задания для самоконтроля1. Опишите влияние передаточного отношения редуктора на производительность машины.2. Каким образом влияет передаточное отношение на развиваемую мощность двигателя?3. Как при проектировании обеспечивается максимальная производительность машины?4. Каким образом коэффициент загрузки двигателя влияет на расход энергии?5. Назовите цели применения механизмов – разгружателей.Глава 7.Повышение экономичностина неустановившемся режиме7.1. Цикловой КПД машины при переменной нагрузкеФакт снижения экономичности машины, работающейв установившемся режиме, при увеличении номинальноймощности двигателя достаточно очевидно прослеживается по экономической характеристике. Следует выяснить,сохраняется ли эта закономерность и на неустановившихся режимах работы, например в цикле разгон-торможение.При детерминированной нагрузке, т.е.
при известной припроектировании машины нагрузке в процессе эксплуатации, можно произвести оптимальных выбор параметровдвигателей, передаточного механизма и рабочей машины покритерию экономичности расхода энергии в наиболее динамичном идеализированном цикле разгон-торможение.Приходя к идеализированному циклу разгон-торможение,мы тем самым исключили из рассмотрения промежуточныйустановившийся режим.
Взамен мы получили «квазистационарный» режим, состоящий из циклов разгона и торможения, отличающихся от установившегося режима нулевыминачальными и конечными условиями. Полученный такимобразом идеализированный цикл разгон-торможение может быть непериодичным, но, так как изменение кинетической энергии за цикл равно нулю, он обладает некоторыми свойствами установившегося режима.
Поэтому к немувозможно применить оценку циклового КПД hцикл. Привыборе одинаковых максимальных механических нагрузокс другими режимами работы этот цикл обладает экстремальными динамическими качествами, соответствующи-7.1. Цикловой КПД машины при переменной нагрузке187ми минимальному времени и пути. Однако экономичностьтакого цикла без рекуперации энергии будет уступать циклам другой длительности. Целью энергетического расчетаявляются анализ изменения энергий в цикле движениямашины разгон-торможение, разработка энергетическоймодели рекуперации энергии и соответственно этому методов снижения расхода энергии путём оптимального выборамощности двигателей: электрического и ДВС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
