ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

Механіка електроприводу

Механічна частина ЕП передає механічну енергію від електричного дви­гуна до виробничої машини, де ця енергія реалізується в корисну роботу. Конс­труктивне виконання механічної частини ЕП може бути досить різним, проте, вона містить певні ланки з загальними для різних приводів функціями. Елект­родвигун як ланка механічної частини привода являє собою джерело або спо­живач механічної енергії. До механічної частини привода входить лише його обертовий елемент (ротор або якір), який має певний момент інерції, може обе­ртатися з деякою швидкістю і розвивати рушійний або гальмуючий момент.

Передатний пристрій здійснює перетворення руху в механічній частині електропривода. За допомогою передатного пристрою може збільшуватися або зменшуватися швидкість, змінюватися вид руху, наприклад, здійснюватися пе­ретворення обертового руху на поступальний та ін. До передавальних механіз­мів належать редуктори, гвинтові, зубчасто-рейкові або пасові передачі, бара­бан із тросом, кривошипно-шатунний механізм та ін. Передавальний механізм характеризується коефіцієнтом передачі, що представляє собою відношення швидкості на виході до швидкості на вході, механічною інерційністю і пружні­стю його елементів, зазорами і тертям у зачетленнях пристрою.

Робочий орган виробничої машини реалізує підведену до нього механічну енергію в корисну роботу. Найчастіше він є споживачем енергії. Ця функція робочого органа характерна для механізмів, які здійснюють обробку матеріалів, підйом або переміщення вантажів та ін. При цьому потік механічної потужності спрямований від двигуна до робочого органа. Іноді робочий орган може бути джерелом механічної енергії. У цьому випадку він віддає механічну енергію, яка була накопичена, наприклад при підйомі вантажу, або надійшла до механі­зму ззовні, наприклад, при вітровому навантаженні на поверхню крана. Потік механічної потужності при цьому спрямований від робочого органа до двигуна.

Робочий орган характеризується певною інерційністю, робочим момен­том при його обертовому русі або робочим зусиллям при поступальному русі. В кожному конкретному механізмі він має своє конструктивне виконання. Зокре­ма, на підйомному крані робочим органом є гак, грейфер механізмів підйому, візок, міст механізмів пересування, поворотна платформа механізмів повороту. На підйомнику - це кабіна, кліть, скіп. На екскаваторі - ківш механізмів напору, тяги і підйому одноковшевих екскаваторів, робоче колесо роторних екскавато­рів, поворотна платформа механізмів повороту.

Передача механічної енергії від вала двигуна до робочого органа або назад по­в'язана з втратами в механічних ланках. Причина втрат - тертя в підшипниках, на­прямних, зачепленнях та ін. У механічних ланках, які мають пружність, виникають додаткові втрати, обумовлені в'язким тертям у елементах, що деформуються. У ре­зультаті цього потік потужності, проходячи від джерела до споживача, поступово зменшується. Очевидно, що втрати механічної енергії покриваються джерелом енер­гії - двигуном при прямому потоці енергії і робочим органом при зворотному.

Робота, яка виконується двигуном або робочим органом, визначається за формулами:

при обертовому русі

і

W = J Madt, (14.1)

при поступальному русі

W = JFvdt, (14.2)

0

де F - сила, Н; М - момент, Нм; a - кутова швидкість, рад/с; v - лінійна швидкість, м/с.

Механічна потужність визначається як похідна роботи за часом, тобто

dW

P = ^L= Ma, (14.3)

dt

для обертового руху, і

P = Fv, (14.4)

для поступального руху.

Завдання ЕП полягає у виконанні заданих за технологічними вимогами законів руху робочого органа. При цьому найчастіше виходять з того, що закон руху ротора двигуна пропорційний зазначеному закону для робочого органа.

Коли вважати, що механічна частина ЕП складається з абсолютно жорстких елементів, що не деформуються і не містять повітряних зазорів, то рух одного елеме­нта подає повну інформацію про рух всіх інших елементів, тобто функціональні за­

лежності, що відповідають законам руху всіх ланок кінематичного кола привода, пропорційні один одному і від руху одного елемента можна перейти по заздалегідь відомому взаємозв'язку між координатами до руху будь-якого іншого елемента. Це дозволяє розглядати рух ЕП на будь-якому одному механічному елементі. Звичайно за такий елемент приймають вал двигуна, і до нього приводять всі зовнішні моменти або сили, а також всі інерційні маси механічних ланок.

Для приведення до вала двигуна моменту або зусилля навантаження ро­бочого органа виробничої машини скористаємося балансом потужності в меха­нічній частині привода

Рс = Рро + АР, (14.5)

де Рс - потужність на валу двигуна; Рро - потужність на робочому органі; АР - потужність втрат у механічних ланках.

Якщо для механічної частини привода відомий ККД r, то рівність (14.5) може бути представленою у вигляді

Рс = Рро/r (14.6)

При обертовому русі робочого органа потужність на робочому органі і на валу електродвигуна визначають в такий спосіб:

Рро Мро' аро; Рс Моп

де соро - кутова швидкість робочого органа; Мро - момент навантаження на робо­чому органі; о - кутова швидкість вала двигуна; Моп - момент опору на валу двигуна, називаний також статичним моментом.

Тоді

Моті о М№ оро/ tf,

Мо

або Моп =, (14.7)

ір

де ір = о/ оро — передатне відношення (коефіцієнт) редуктора.

Аналогічні співвідношення можуть бути отримані для випадку поступа­льного руху робочого органа. Потужність на робочому органі

Рро = F^, (14.8)

де Fpo - зусилля навантаження на робочому органі; v^ - лінійна швидкість руху робочого органа.

Тоді

Мопо = Fро'vро/tf,

або Моп = F^p/tf, (14.9)

де p = v/о - радіус приведення зусилля навантаження до вала двигуна.

Величина Моп, обумовлена співвідношенням (14.9), називається моментом опору (або статичним моментом), приведеним до вала двигуна. Значення ip і p визначають за конструктивними параметрами передавальних механізмів.

Зміст приведення інерційних мас і моментів інерції механічних ланок до вала двигуна полягає в тому, що ці маси і моменти інерції замінюються одним еквівалентним моментом інерції J на валу двигуна. Умовою приведення є рів­ність кінетичної енергії, обумовленої еквівалентним моментом інерції, сумі кі­нетичних енергій всіх елементів механічної частини привода, що рухаються.

Еквівалентний момент інерції J, приведений до вала двигуна, називають результуючим або сумарним моментом інерції електропривода. Прикладами обертових елементів у механічній частині привода можуть служити, крім рото­рів двигунів, сполучні муфти, гальмові шківи, барабани, поворотні платформи екскаваторів і кранів. До елементів, що рухаються поступально, належать мос­ти, візки і вантажі кранів, конвеєрів та ін.