TMM_Leonov (514470), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Предельнымслучаем будет режим разгон-выбег и формальное равенствоhцикл = 1, при котором вся накопленная кинетическая энергия при разгоне Tmax после его окончания будет использована на совершение работы по преодолению сопротивлениядвижению7.4. Повышение экономичности с помощью разгружающего устройства 1997.4.
Повышение экономичности с помощьюразгружающего устройства в цикле разгон-торможениеВ случае детерминированных внешних нагрузок в машине они могут быть перераспределены внутри цикла движения путём введения внутренних компенсирующих нагрузокдля выравнивания общей нагрузки. Этот приём широко используется в грузоподъёмных машинах, нагрузками в которых являются силы тяжести. Снижение пиковых нагрузокпозволяет уменьшить номинальную мощность установленных двигателей и повысить экономичность расхода энергиидвигателя при снижении нагрузки.
Этот способ сниженияпиковых нагрузок на двигатель связан с применением разгружающих устройств, позволяющих сгладить возмущающие воздействия в машине. В простейшем случае рольразгружающего устройства может выполнять противовес.Например, использование противовесов в механизмах грузопассажирских лифтов вдвое снижает пиковую нагрузкуна двигатель и повышает его коэффициент загрузки за счётснижения номинальной мощности двигателя.Однако, применение противовесов не всегда возможнов других типах машин, и снижение пиковой нагрузки может осуществлять разгружающий механизм с пружиной,усилие которой меняется пропорционально перемещениюзвена. Применение такого пропорционального разгружающего устройства не позволяет полностью уравновеситьсилы в механизме во всех положениях.
Поэтому часто в состав разгружающего устройства включается кулачковыймеханизм с подпружиненным толкателем, который можетобеспечить нелинейную характеристику и уравновеситьсилы в механизме во многих положениях.Таким образом, на определённой расчётной скоростивращения, вызывающей определённые силы инерции, можно добиться с помощью разгружающего устройства постоянства нагрузки, действующей на двигатель.
Однако в видусложности кулачковых разгружающих устройств на практике часто идут на частичную компенсацию переменныхрабочих нагрузок с помощью пружинных разгружающихустройств, действующих непосредственно на звенья, чтопозволяет снизить нагрузки в отдельных положениях.Рассмотрим характерный пример возможности снижения расхода энергии за счёт уменьшения установленной200 Глава 7. Повышение экономичности на неустановившемся режиме3C2Aϕ3′ϕ1′O1B4G1Рис. 7.8.
Люк, уравновешенный с помощью торсиона:1 – люк; 2 – поршень; 3 – цилиндр; 4 – торсионмощности двигателя, привода механизма, качающихсяцилиндров при подъёме люка (рис.4.7), рассмотренногов гл. 4. Рабочей нагрузкой (силой сопротивления при подъёме и движущей силой при опускании) является сила тяжести люка G1 = gm1, масса которого m1 сосредоточена в точкеВ (рис. 7.8). Обратимся к динамической модели разгружающего устройства с частичной компенсацией рабочих нагрузок (сил тяжести люка), которая производится при помощиторсиона (пружины кручения), соединённой со звеном 1.Подъём люка из горизонтального в вертикальное положение происходит при подаче давления в правую полостькачающегося цилиндра, опускание люка происходит поддействием сил тяжести.
Ранее была определена зависимость приведенного к звену 1 момента MG пр силы тяжестилюка, показанная на рис. 4.8.Рассмотрим задачу частичного уравновешивания люка,при котором суммарный остаточный момент сил тяжестии упругих сил пружины будет равен нулю в двух положениях: вертикальном jл = p/2 и горизонтальном jл = 0.Условие статического уравновешивания сил тяжестилюка выражается равенством нулю суммы моментов силтяжести и уравновешивающих сил упругости торсиона.В вертикальном положении момент сил тяжести равеннулю, поэтому и необходимый момент уравновешивающей силы пружины также равен нулю.
В горизонтальномположении необходимый уравновешивающий момент торсиона, действующий со стороны стойки на звено 1 механизма (рис. 7.8), должен иметь максимальное значение|MG пр| = gm1LOA. Это позволяет вычислить необходимое дляуравновешивания значение коэффициента жесткости пружины cпр. Уравновешивающий момент торсиона будет про-7.4. Повышение экономичности с помощью разгружающего устройства 201порционален углу отклонения люка от вертикального положения jур = p/2 равновесия, в котором предварительнаязатяжка (деформация) торсиона равна нулю. Выражениеупругого уравновешивающего момента принимает видMур(jл) = cпр(jур - jл).Выбираем коэффициент жесткости торсиона cпр из условия уравновешенности люка в двух положениях (jур = 0и jур = p/2), где сумма моментов сил тяжести и упругостидолжна быть равна нулю, поэтомуМ ур (ϕ = 0) = − МG пр (ϕ = 0) = gm1LOB .Откуда получим необходимый коэффициент жесткостиуравновешивающей пружиныgm1LOA,cпр =π2где p/2 – угол поворота люка из одного уравновешенногоположения в другое.Рассматривая диаграмму приведенных моментов сил тяжести и упругости пружины (рис.7.9) можно отметить, чтоих суммаМ ост (ϕл ) = М ур (ϕл ) + МG пр (ϕл )принимает нулевое значение только в двух уравновешенныхположениях (горизонтальном и вертикальном).
В остальных положениях остаточный момент Мост отличен от нуля,и для подъема люка необходимо приложить некоторыйдвижущий момент, превышающий (рис.7.9) максимальноезначение Mост, которое составляет примерно 1/3 от моментасил тяжести неуравновешенного люкаMG max = gm1LOB .Mостπϕ(Mост)maxРис.7.9.
Зависимость остаточного момента сопротивленияподъёму частично уравновешенного люка202 Глава 7. Повышение экономичности на неустановившемся режимеПренебрегая силами трения, определим работу сил сопротивления подъему уравновешенного люка (как суммумоментов сил тяжести люка MG(j) и момента упругоготорсиона Mупр(j)), которая получается интегрированием ихранее полученных зависимостейПри перемещении уравновешенного люка из положенияjл = 0 в jл = p/2 эта работа будет равнаАпод ур (ϕл = π ) = 0, 34 gm1LOA .2Таким образом, при уравновешивании люка работа поего перемещению в вертикальное положение уменьшитсяи составит 1/3 часть от работы открытия неуравновешенноголюка.
Однако немного увеличивается необходимый моментдвижущих сил и потребуется некоторая работа двигателяпри опускании люка. Заметим, что мы не изобрели вечногодвигателя. Снижение момента сопротивления при подъемелюка за счет его уравновешивание позволяет лишь снизитьноминальную мощность установленного двигателя (гидропривода), ранее работавшего только при подъеме люка.Суммарная работа всех сил (включая силу полезного сопротивления, за которую принимается сила тяжести), приподъёме люка имеет видгде Mp ур – приведенный момент движущих сил давленияв приводе уравновешенного люка.
Свяжем его необходимоезначение с максимальным остаточным значением:– для неуравновешенного люкаМ p неур = kпуск MG (ϕ ) max ,7.4. Повышение экономичности с помощью разгружающего устройства 203– для уравновешенного люкаМ p ур = kпуск ∑ M ост (ϕ )= 1 М p неур ,3где kпуск – коэффициент запаса пускового момента двигателя.Зависимость изменения угловой скорости движенияуравновешенного люка определяется по зависимости суммарной работы AS ур(jл) и суммарного приведенного момента инерции J(jл)12 2 AΣ ур (ϕл ) ω (ϕл ) = . J (ϕл ) По зависимости скорости w(jл) можно определить и время подъёма люка12π2π2 J (ϕл ) 1tразг = ∫d ϕл = ∫ d ϕл .0 ω (ϕл )0 AΣ ур (ϕл ) .Средняя мощность двигателя насоса гидропривода оценивается по времени разгона уравновешенного люка tразгМ ϕWср = P ур л ,ηнас tразгmaxгде hнас – КПД насоса и привода гидросистемы.Как видно из расчётов необходимая средняя мощностьдвижущих сил (гидроцилиндра) может быть снижена практически без ухудшения динамических качеств машины пропорционально уменьшению суммарной работы за цикл, т.е.на 2/3 за счёт уравновешивания.
Однако, возможен вариантулучшения динамических качеств при сохранении номинальной мощности привода.Сокращая затраты работы при подъёме люка за счётуравновешивания, мы, не сокращая мощность гидропривода, увеличиваем скорость и величину кинетической энергиив конце разгона. Время разгона при этом снижается. Этукинетическую энергию приходится «гасить» и при этом мыбудем терять часть работы, затраченной на создание запаса кинетической энергии.
Поэтому увеличение избыточноймощности двигателя в период разгона снижает КПД цикларазгона для всех рассмотренных вариантов. Однако приопускании люка также бывает необходимым затратить определённую работу, связанную с изменением соотношениясил тяжести и уравновешивающих сил. Для этого необходимо рассмотреть цикл опускания люка. Однако, как правило,204 Глава 7. Повышение экономичности на неустановившемся режимегидропривод при опускании люка по инерции работаетв режиме дросселирования, не потребляя энергии от двигателя. Поэтому, при уравновешивании люка можно увеличить средний цикловой коэффициент полезного действия запериод подъёма и опускания в случае снижения мощностидвигателя, практически не ухудшая динамических качеств,как и в случае изменения момента переключения.7.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
