ЛЕКЦИЯ 7

Установившийся режим движения машины.

   Краткое содержание: Установившийся режим движения машины. Неравномерность движения и методы ее регулирования. Коэффициент неравномерности.Маховик и его назначение.Определение момента инерции первой группы звеньев. Определение момента инерции дополнительной маховой массы (маховика).Решение задачи регулирования хода машины по методу Н.И.Мерцалова.Определение закона движения начального звена механизма при установившемся режиме движения.

Установившийся режим движения машины.

Установившийся режим движения машины наступает тогда, когда работа внешних сил за цикл не изменяет ее энергии, то есть суммарная работа внешних сил за цикл движения равна нулю.

Период изменения скорости начального звена (обобщенной скорости механизма) называется циклом установившегося движения или сокращенно циклом. Время цикла равно или кратно периоду действия сил. Поэтому при установившемся режиме сумма работ всех сил за цикл равна нулю, а так как работа сил тяжести за цикл равна нулю, то это равенство будет выполняться, если работа движущих сил за цикл равна работе всех сил сопротивления за цикл (по модулю):

Установившееся движение где

и- соответственно работа за цикл движущих сил и сил сопротивления,

- начальное значение обобщенной координаты,

- приращение обобщенной координаты за цикл.

Неравномерность движения и методы ее регулирования.

Уравнение работ является основным энергетическим уравнением установившегося режима. Из него вытекает, что приращения кинетической энергии механизма за цикл не происходит и, следовательно, угловая скорость начального звена в начале и в конце цикла одинакова, однако в пределах цикла текущее значение суммарной работы не равно нулю. Работа может быть то положительной, то отрицательной. При положительной величине работы машина увеличивает свою кинетическую энергию за счет увеличения скорости, то есть разгоняется. На участках, где суммарная работа отрицательна, кинетическая энергия и скорость машины уменьшается, машина притормаживается. В установившемся режиме величины увеличения скорости на участках разгона и снижения на участках торможения за цикл равны, поэтому средняя скорость движения постоянна, где- частота вращения начального звена агрегата.

В машинах, приведенный момент инерции которых зависит от обобщенной координаты, на неравномерность движения оказывает влияние величина изменения приведенного момента инерции. Колебания скорости изменения обобщенной координаты машины не оказывают прямого влияния на фундамент машины. Поэтому эти колебания и вызывающие их причины определяют, так называемую, внутреннюю виброактивность машины.

Коэффициент неравномерности вращения

Итак, при установившемся режиме скорость начального звена хотя и остается в среднем постоянной, но внутри цикла изменяется, проходя через максимальноеи минимальноезначения. Неравномерность вращения оценивается коэффициентом неравномерности

где — средняя за цикл скорость. Из уравнения видно, что— характеризует размах колебаний скорости по отношению к ее среднему значению. Чем меньше, тем относительно меньше размах колебаний, тем спокойнее вращается начальное звено. Величинаможет быть подсчитана также по формуле

.

Для различных машин в зависимости от требований нормального функционирования (обрыв нитей в прядильных машинах, снижение чистоты поверхности в металлорежущих станках, нагрев обмоток и снижение КПД в электрогенераторах и т.д.) допускаются различные максимальные значения коэффициента изменения средней скорости. Существующая нормативная документация устанавливает следующие допустимые значения коэффициента неравномерности

• дробилки [ ] = 0.2 ... 0.1;

• прессы, ковочные машины [ ] = 0.15 ... 0.1;

• насосы [ ] = 0.05 ... 0.03;

• металлорежущие станки нормальной точности [ ] = 0.05 ... 0.01;

• металлорежущие станки прецизионные [ ] = 0.005 ... 0.001;

• двигатели внутреннего сгорания [ ] = 0.015 ... 0.005;

• электрогенераторы [ ] = 0.01 ... 0.005;

• прядильные машины [ ] = 0.02 ... 0.01.

В установившемся режиме работают очень многие машины (станки, прессы, прокатные станы, лесопильные рамы, текстильные машины, генераторы электрической энергии, компрессоры, насосы и т.д.). Наилучшее условие для работы всех этих машин — абсолютно равномерное вращение их главного вала (принимаемого обычно в качестве начального звена). Колебания скорости главного вала вызывают дополнительные динамические нагрузки, вследствие чего снижается долговечность и надежность машин. Более того, колебания скорости ухудшают рабочий процесс машины. Следовательно, поскольку колебания скорости полностью устранить нельзя, то нужно по возможности хотя бы сократить их размах. Иными словами, величину коэффициента неравномерности надо сделать приемлемо малой. Чтобы снизить внутреннюю виброактивность и неравномерность движения применяются различные методы:

• уменьшение влияния неравномерности внешних сил (например, применение многоцилиндровых ДВС, насосов и компрессоров с рациональным сдвигом рабочих процессов в цилиндрах);

• уменьшение влияния переменности приведенного момента инерции (тоже обеспечивается увеличением числа цилиндров в поршневых машинах, а также уменьшением масс и моментов инерции деталей, приведенный момент инерции которых зависит от обобщенной координаты);

• установка на валах машины центробежных регуляторов или аккумуляторов кинетической энергии - маховиков;

• активное регулирование скорости с использованием систем автоматического управления, включая и компьютерное управление.