> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Эти коэффициенты трение играют большую роль в электрических ж
Эти коэффициенты трение играют большую роль в электрических ж
Эти коэффициенты трения играют большую роль в электрических ж. д., определяя особо сопротивление пути в зависимости от скорости движения.
К группе сопротивлений трению нужно отнести вообще всякое сопротивление, связанное с деформацией материала, что имеет место при всех обрабатывающих машинах в таких процессах, как штампование и резка металла, короче говоря —при всякого рода принужденных изменениях в положении молекул между собой; так, наир., сопротивление резанию Жреа k2. а, где д — сечение стружки, &, — сопротивление разрыву и а — коэфициент, характеризующий резец.
б) Сопротивление тяжести W7H7gi~Q возникает при подъеме грузов, воды, молотов, прессов. Оно не зависит, конечно, от скорости. Мы различаем два случая такого сопротивления: при вертикальном подъеме и при подъеме по наклонной плоскости. В первом случае при высоте груза h работа будет равна A =Qh кг и накопляется телом в форме потенциальной энергии, которую мы можем выиграть обратно, опустив груз, за вычетом, конечно, потерь от трения.
Во втором случае разлагаем тяжесть груза на 2 слагающих: вдоль пути и перпендикулярно пути, тогда сопротивление тяжести Wm=Q sin а кг.
При вычислении подъемников или шахтных установок работу, производимую силой, необходимой для прео-долевання сопротивления трения, исчисляют как добавочный груз к полезному грузу. В электрических железных дорогах в горных местностях при спусках заставляют работать моторы электровоза как генераторы на сеть и таким образом превращают потенциальную энергию поезда в электрическую (ср. электротехника—железные дороги, LII, 632 сл.).
в) Сопротивление инерции (динамическое). Динамическое сопротивление дает себя знать только при изменениях скоростей, в частности — при разбеге и останове двигателя. В первом случае необходима сила для преодоления возникающего динамического сопротивления. Изменение в скорости наступает всякий раз при избытке или недостатке всиле для преодоления статического сопротивления. При прямолинейном движении масс: ТГДЖН< =
dv
==m~dt9 для вращающихся масс: do) do>
М=днн.=mrl Ж =в Ж ГДе М~ момент, необходимый для преодоления инерции вращающегося тела. Необходимая работа для преодоления динамического сопротивления на пути ds:
v
Г mdv 1
А~ J ~Wds=~Т™3
ото есть равна выражению живой силцт
Эта кинетическая энергия, запасенная движущейся системой, может быть использована в случае, когда нужно уменьшить скорость движущихся масс или остановить их совершенно. Для прямолинейного движения вращающихся масс будем иметь:
mv- о)2
А=~2~ + в ~2~‘
Кроме перечисленных сопротивлений, всякое движущееся или вращающееся тело встречает:
г) сопротивление воздуха. Пусть поверхность F движется со скоростью v в направлении своей нормали. Тогда объём воздуха, находящийся перед этой поверхностью, получает ускорение от 0 до V. Объем ускоряемого воздуха в секунду равен vF, а его вес gz=lv-F, где т—вес одного куб. метра воздуха (1,29 килограмм при температуре 15°С). Это количество воздуха имеет .массу yv-F
Эта масса должна получить ускорение в секунду до v метров.
Сопротивление этой массы воздуха ускорению выразится:
1ГдЯП.=у
Мы видим, что сопротивление воз-духа растет с квадратом скорости, j Это становится заметным при больших I скоростях, например при движении элек-трических поездов дальнего следования. При вычислении сопротивления воздуха при больших скоростях вводится коэффициент в зависимости от формы движущегося тела. Этот вид сопротивления должен быть отнесен главным образом к сопротивлению инерции и лишь в незначительной степени к сопротивлению трения.
Сопротивления мы делим на полезную работу и на потери, подразумевая под полезной работой ту часть работы, которая идет исключительно на рабочий процесс,—например, поднятие груза, снятие стружки, прокатку железной болванки в фасонное железо, — то есть полезная работа равна всей переданной машине работе минус потери всякого рода.
Чтобы покрыть все сопротивления, связанные как с полезной работой, |
так и с потерями, и сообщить уекоре-рения подвижным массам системы в случаях, когда эти массы двигаются с переменными скоростями, необходимы двигательные силы. Таковые могут быть созданы всякого рода двигателями, начиная от нефтяных и кончая электрическими моторами.
Определение мощности, потребляемой системой мотор-машина. Чтобы привести в движение станок или машину, мотор должен развить определенный вращающий момент, причем величина этого момента зависит от указанных выше сопротивлений рабочей машины. Таким образом, рабочая машина определяет первый фактор мощности — размер вращающего момента мотора, а, следовательно, и силу, развиваемую на валу мотора. Второй фактор мощности-скорость привода, определяется уже свойствами мотора. В зависимости от рода мотора, будет ли он обладать характеристикой тун“ товой или сериесной, определится соотношение между числом оборотов и вращающим моментом при данном числе оборотов.
Следовательно, задача определения мощности мотора сводится в первую очередь к определению сопротивлений, оказываемых рабочей машиной при приводе ее в движение; только определив эти сопротивления, можно подобрать мотор, способный развить на валу нужную силу для преодоления этих сопротивлений. На основании рабочего процесса машины можно выбрать тог или другой тип мотора. Зная В—силу и из характеристик данного мотора скорость v, соответствующую определенной нагрузке, можно найти величины S и v, как функции времени. Произведение обеих величин даст искомую кривую изменения мощности мотора во времени. После этого проверяется: превышает ли максимальный крутящий момент выбранного мотора максимальный нагрузочный момент машины иля станка, в частности в отношении пускового момента, разовьет ли мотор нужную скорость в промежуток времени, допускаемый производством, а также не явится ли найденная мощность чересчур большой, а следовательно неэкономичной как по расходу
Энергии, так и в смысле первоначальных затрат, процентов на капитал и амортизацию. Окончательным контролем правильности выбранной мощности мотора является определение степени нагревания мотора во время работы в данных условиях нагрузки.
Для значительной части машин число оборотоз является величиной
dv
постоянной и, следовательно,-- раьно
dv
нулю. Тогда уравнение 8 — W—
переходит в 8 — W, и динамическое сопротивление сказывается только при пуске в ход или останове мотора. Следовательно, мощность мотора будет выбрана в соответствии с статичено мотор с определенной характеристикой, мощность которого достаточна для преодолениянайденных сопротивлений. Механическая характеристика этого мотора известна, следовательно, из вышеуказанных пропорций и можно построить изменение скорости, как функцию времени. Для этого во 2-й четверти системы прямоугольных координат наносим W, 8 и 8 — W как функцию г откладывая по осп абсцисс указанные величины, а по осп ординат скорость г Откладываем по оси абсцисс Блево от качала координат значение пт Кривые 8 и 8 — W переводим в ступенчатый вид при уело вии сохранения величины площадей, ими ограничиваемых. Высоты прямоугольников (8 — Ту) откладываем по оси
Рисунок 9.
скими сопротивлениями, динамические сопротивления при пуске будут учтены при определении времени разбега мотора; таким образом задача для этой группы машин значительно упрощается: тпп мотора выбирается с жесткой характеристикой.
При учете пускового периода или ворбще всякого изменения скорости системы мотора-машины, решение mdv
уравнения $ — ТГ=аналитическим путем представляет в большинстве случаев значительные затруднения. Значительно проще оно решается графическим путем по способу пропорций (рисунок 9).
Весь расчет идет следующим порядком. Определяются статические сопротивления, и выбирается предварительординат и соединяем концы ординат с точкой М. Из начала координат проводим линию OVi параллельную лучу, выходящему из Ж к Blf через точки пересечения лучей с соответствующей линией а а проводим линию V1V2 параллельную лучу МВ2 до пересечения с линией Ь Ь и так далее
Определив у как функцию времени строим: диаграммы скорости, сопротивлений (статических и динамических), как сумму их—диаграмму усилий (тоже как функции времени) и, наконец, из диаграммы скорости v и усилий 8 определяем диаграмму мощности мотора как функцию времени, из которой определяем действительную мощность мотора как средне-квадра-тинную или эквивалентную мощность,
Понятие о средне-квадратичных токе, моменте и мощности и методы их определения. Электрическая энергия, подводимая к мотору, в своей большой части полезно используется в качестве механической энергии на валу мотора, в остальной части идет на покрытие потерь в самом моторе, вызывая нагрев мотора.
Потери в моторе разделяются на постоянные (в большей или меньшей степени), к которым относится трение в подшипниках, потери от токов Фуко и гистерезиса и так далее, и переменные— пропорциональные нагрузке на валу мотора. Величина потерь Q в ваттах-Л Р
сек. определится как Q=~- — Р. Раз-личным нагрузкам РЬРbР,Рп будут соответствовать потери в моторе
Qi Q21 Q3Qn.
~Qj n Qih + tn
S f op. -{- t2 -p <3 + — ”f“ ifl
вынося постоянные потери за знак суммы в правой и левой части и сокращая их в приведенном уравнении, мы сможем вместо <2пер подставить его выражение <еЕер.=Ре’, где г —сопротивление цепи якоря:
_ iy-Wj ~г P-ri2 ~i~ Iз2з ~Ь~р2я2 Tin
Г h + h +з 4“+ in 9
сокращая г в обеих частях равенства, имеем:
rto -р Is~tz “Р-р ln~in
i% + 3 ++ in
Полученное значение/называется средне-квадратичным, или эквивалентным, током и обозначается ! р. кв., или 1экв.
Средне-квадратичное значение должно быть распространено и на моменты и мощность при меняющейся нагрузке. Однако, надо различить два случая; первый—для моторов с шун-товой характеристикой (шунтовые постоянного тока и асинхронные): вращающий момент М=С-1-Ф — О-I, т. к. Ф —магнитный поток в магнито-про-воде есть величина постоянная, если пренебречь реакцией якоря. Тогда умножив значение для средне-квадратичной тока на с найдем:
2ср. кв. с =
V -р i‘2 -р i-t +“Р in
7.Г /
Мер. КВ.=/
Чп
it Р i-2 ~Из Н~”р in
Поскольку для сериесного мотора момент М=с-1-Ф есть функция двух переменных—силы тока и величины магнитного потока, Жср.кв. указанным путем получен быть не может и при определении мощности мотора надо исходить из средне-квадратичной тока или из выражений средне-квадратичной мощности, т. к. P=zc-I-V следовательно выражение для /Ср. кв. умножаем на V и получаем
Pop.
кв.
Для асинхронных моторов cos 9 меняется с нагрузкой, и выражение Рср. кв. в случае, если сумма Si при малых нагрузках процентуально велика, получит значение, меньшее действительного. Это может быть компенсировано, если значения Рь Р2, Р3 брать не в киловаттах, а в киловольт-амперах. i=T может охватывать не только рабочее время, но и время останова мотора: Si=Si раб. + Si пауз =» Т. В этом случае надо иметь в виду, что условия охлаждения для вентилируемых моторов при останове ухудшаются. Это может быть учтено введением коэффициентов для времени работы двигателя с уменьшенной скоростью во время разбега и выбега: 0,5—время останова мотора, 0,75—время разбега мотора.
Вместо этого дифференцированного учета можно рекомендовать введение коэффициента 0,3 от времени паузы. В этом случае формула средне-квадратичной мощности выразится:
Рср.
V:
а ti+Pf io-f Рз1’ з++Рп“1п
it + 2 Jr h ++ 0,3-inay
Из диаграмм мощности, моментов или токов определяется средне-квадратичная аналитическим путем, если закон изменения кривой известен, или графически, путем преобразования кривой в ступенчатую диаграмму (тогда расчет сводится к определению среднеквадратичных для прямоугольников,
З8
трапеций и треугольников). Среднеквадратичная для прямоугольника:
Р 3S. пр. — Рпр.
Средне-квадратичная для трапеции ограниченной ординатами Р2 и Р3:
Р«. тр.=[/fhp-dt =
= [/ -|~(P32+P=Ps-fP,2). Средне-квадратичная треугольника:
Влияние режима работы машины на выбранную мочтость мотора. При выборе мотора по мощности необходимо учесть условия его работы — неполное использование во времени и недогрузку мотора. Мощность, определенная по сопротивлениям; может р быть уменьшена в зависимости от “ того, работает ли мотор непрерывно или с остановами; с полной нагрузкой, из чего исходили при определении сопротивлений рабо чей машины и подсчете мощности j мотора, или нагрузка колеблется в —L больших или меньших пределах О между полной нагрузкой и каким-то еиС. минимумом. Классифицируя характер нагрузки и режим работы, можно установить три основных группы с рядом подразделений в каждой группе.
I-ая групп а—продолжительная работа при более или менее постоянной нагрузке; к этой группе откосится работа большинства станков металлообрабатывающих цехов, ткацких и прядильных фабрик, ремонтных мастерских, вентиляторов, молотилок, зерноочистительных машин, жмыходробилок, силосорезок и т, д.
П-а я группа — кратковременная работа продолжительностью обычно несколько минут, после чего мотор находится в покое длительное время. Сюда относятся моторы для поднятия шандорных щитов на плотинах, для развертывания синхронных моторов,! для включения реостата мотора при кнопочном управлении или управлении на расстоянии и тому подобное.
Ш-ья группа — повторно-кратковременная нагрузка, которую можно разбить на три основные подгруппы, j
1) Повторно-кратковременная периодическая нагрузка, изменяющаяся по более или менее закономерно повторяющейся кривой (рисунок 10). В более или менее чистом виде можно наблюдать такую нагрузку на прокатных станах или в прядильном деле на сельфакторах. Обычно диаграмма мощности носит смешанный характер, где на периодически повторяющуюся кривую накладываются колебания нагрузки в отдельных промежутках. Примером может служить диаграмма мощности мотора электропахотных аггрегатов: прохождение борозды в одном направлении длится 4 минуты, останов мотора—5 минут, то есть время, необходимое для опрокидывания балансирного плуга и прохождения гона в обратном направлении тягой 2-го мотора. Нагрузка увеличи-
10. Повторно-краткокременпая пераодня. нагрузи“.
вается по мере приближения плуга к лебедке вследствие увеличения диаметра намотки на барабан.
2) Повторно - кратковременная непериодическая нагрузка, где включение и выключение мотора следует через неравномерные промежутки времени при (почти) постоянной мощности. Наиболее яркий пример дает работа автоматической насосной станции.
3) Повторно - кратковременная непериодическая нагрузка, переменная по величине (рисунок 11). К этой группе относятся моторы, приводящие в движение лебедки, электрические кошки, всякого рода крановые моторы.
Рдо. и, Повторио-кратковреиенная непериодическая нагрузка.
окая влияние перечисленных основных впдов режима работы мотора на величину его мощности, во всех смешанных случаях будет не трудно скомбинировать соответствующий способ расчета.
1- ая г р у и п а — постоянная нагрузка при постоянной скорости. В этом случае моторные силы определяются статическими сопротивлениями или сопротивлением жидкой или газовой среды. Мощность мотора, определенная | вышеперечисленными способами, Р=!
S-v
=j02~ квт, не требует поправок со стороны режима работы, т. к. он остается почти постоянным во все время работы мотора. В этом случае, на основе on-1 ределекной мощности и числа оборо-1 тов, заданного рабочей машиной, даль- нейшая задача сводится к подбору по каталогам подходящего мотора и проверки на пусковой момент.
II группа — кратковременная нагрузка. В большинстве случаев достаточно проверить определенную из сопротивлений системы мощность только на максимальный крутящий момент. Все остальные проверки отпадают, и мотор выбирается из специальных моторов, строящихся для временной мощности.
Правила и нормы IX-го Всесоюзного электротехнического съезда предусматривают стандартные промежутки времени работы моторов для кратковременного режима в 5, 10, 15, 30, 60, 90 и 120 минут. На табличном щитке мотора указывается мощность и продолжительность периода—это значит, что мотор должен отдать номинальную мощностьв течение указанного периода без перегрева свыше норм. Следовательно, если кратковременная нагрузка длится.5 или свыше 5 минут, выбор мотора в соответствии с величиной вращающего момента может быть сделан из типовых моторов.
III группа— 1-ая подгруппа. Мотор для одиночного привода работает в условиях нагрузки, периодически повторяющейся по определенной кривой. Определение мощности производится вышеуказанным способом как средне-квадратичной.
2- ая подгруппа—продолжительностьвключения мотора непериодична, но нагрузка постоянна по величине.
В этом случае, как и в предыдущем, мощность мотора, определенная выше, должна быть уменьшена. Ее величина определяется по той же формуле, как средне-квадратичная:
“ср. кв. У Т ’
но так как Р,= =Р3 Рп=Рст, то
Рср. кв. =Рс т. j/ ip =Рст. у ЕВ =
= Рст. уs, то есть найденная выше мощность может быть уменьшена на величину квадратного корня из е или ЕВЖ то есть из отношения рабочего времени ко всему периоду работы мотора. Эта формула исходит из предположения, что процесс нагревания и охлаждения идентичен, что имеет место для открытых и закрытых моторов без вентиляции; для моторов закрытых с вентиляцией процесс охлаждения во время пауз идет медленнее, чем нагрев в рабочие промежутки, и полученная повторная кратковременная мощность будет несколько меньше действительной.
3-я подгруппа. Нагрузка непериодическая, переменная по величине и недостаточно определенная; во многих случаях работы мотора в условиях такой „перемежающейся“ нагрузки включение мотора происходит нерегулярно, как, например, работа крановых моторов для подъема тяжестей, особенно в литейных и в ремонтных мастерских, или работа лебедок для уборки кормов, следовательно—построение рабочих диаграмм невозможно. Снятые е натуры диаграммы в течение ряда промежутков времени различны между собой и не могут быть положены в основу для определения средней квадратичной мощности. В этих случаях метод точного расчета мощности мотора должен быть заменен методом установления известных предельных величин, на основании которых и выбирается мотор. Этими величинами являются ЕВ (относительная продолжительность включения) и коэффициент относительной нагрузки Koisl. нагр. Они получаются путем статистики или хронометража на аналогичных производствах или определяются путем расчета:
£раб. 100 -jJ/раб. 100
е0/0=ЕП°1о= ----
I-раб. +Sfeap.““ 2Г
Заводы строят моторы так называемого кранового типа на три режима работы: Ж)°/о=15>, EB°!o=2b0jo и ££о/0==40°/о. Это значит,что мощность мотора,обозначенная на его щитке, в течение каждых десяти минут может быть использована соответственно 1,5; 2,5 и 4 минуты или при шести циклах в час—9, 15 и 24 минуты. Если число включений в час значительно более шести, это должно быть учтено. Частое включение мотора при значительном начальном моменте дает добавочно нагрузку мотора, вызываемую ускорением масс системы до полной скорости, и требует увеличения выбранной мощности мотора. В некоторых случаях к мощности ускорения должна быть добавлена мощность торможения, если повторяющиеся остановки мотора должны происходить в заранее заданное время, меньшее времени его естественной остановки.
Частота включений в час определяется для данного случая из производственных заданий или из средних статистических данных для наиболее характерных условий работы, а именно:
h час=100 —120 для кранов мастерских
,=150 — 200 „ „ литейных
„=800 — 400 „ „ в металлург, произв.
„=600 —1.000 для моторов в срокатном деле.
Зная число включений в час, отношение начального момента к рабочему и характеристику мотора, вычислив ЕВ°10, можно определить полную мощность мотора, включая увеличение ее на ускорение по следующей формуле:
Pcp.EB.yCE. — Pcp.KB.J/
£уск. Лчас. (р“ — 1)
+1,
36. ЕВ
где h чао. число включений в час, / уск.— время разбега системы мотор-машина с момента запуска до полного числа оборотов, р — отношение пускового момента к номинальному.
Кроме неполного использования времени работы мотора, учитываемого ED, есть другое обстоятельство, которое позволяет еще уменьшить мощность мотора—это неполная нагрузка мото-па, учитываемая особым коэффициентом, характеризующим степень колебаНИЯ нагрузки: Вот. нагр.=-ji 1 +
где Jfmin. и Жтах. —вращающие моменты соответственно-минимальной и максимальной нагрузки. Значения для от.нагр. колеблется от 0,5 до 1. Электромашиностроительные заводы дают в каталогах специальную таблицу, позволяющую найти более удлиненное ЕВ при более малой нагрузке и соответственно уменьшить мощность мотора для фактической ЕВ по формулам:
/ 25
или Рх =Р2Г|/
ИЛИ Ру=Рл<
40
40 V ЕВ
Определение мощности мотора группового привода. Групповой привод может применяться лишь на сравнительно коротких трансмиссиях при следующих условиях: 1) коэффициент использования машин, работающих от трансмиссии, достаточно высок, то есть простой машин не велик; 2) рабочие машины однотипны; 3) мощности машин не велики (ориентировочно в пределах 3-4 квт); 4) отсутствие необходимости регулировки числа оборотов отдельных машин; 5) наличие больших пусковых моментов машин, значительно превышающих пусковой момент мотора, что, например, имеет место в центрофугах. В последнем случае мощность отдельных машин может быть выше 3—4 квт.
Степень использования мотора зависит от естественного простоя станков, обусловленного ходом производства, и случайного простоя. При большом количестве станков этот простой остается в известных стабильных границах по закону больших чисел и учитывается так называемым „коэффициентом нерабочее времяпользования“: ЛТнсп.--------
раб. время+простой
Zhch. может быть вычислен теоретически; например, Сименс дает следующий способ вычисления степени использования ткацкого станка: теоретическое число ударов батана в минуту 68, или в неделю — 106-6068== 244.800; фактическое число ударов за неделю колеблется (в зависимостиот индивидуальных свойств ткача) от | ментом. При наличии резких пиков в 140.000 до 160.000, тогда: j рабочей диаграмме от отдельной мапш-
к __ 140.000 —160.000 __ !ны величина этих пиков сглаживаетсяисп- — 244.t-G0 ’ с переходом от одиночного к группо-
Рас. 16.
одиночного привода. Из этого примера следует, что мощность каждого станка, определяемая средней квадратичной, имеет тенденцию к увеличению в соответствии с максимальным крутящим мо-1 и позвротвная схема включения шуитозсг.. мотора с добавочным сопротивлением.
где
tn
-число станков.
Мощность мотора, работающего на привод, выразятся:
jPmot. == “““ Кцсп. Екагр. 2 Рстан. прив.
Правильное включение и выключение моторов обеспечивает обмотки моторов и других находящихся в цепи аппаратов от пробоя изоляции и выхода из работы. В основе лежат нестационарные процессы, связанные с включением и выключением электрической цепи, практическим выводом из которых являются следующие правила: обмотки возбуждения шунтового мотора в реверсивной схеме могут оставаться разомкнутыми (смотрите рисунок 13); тогда при отключения мотора от сети возникают перенапряжения Еаер. в катушках возбуждения, опасные для изоляции. Во избежание этого включается параллельно с обмоткой возбуждения добавочное сопротивление, приблизительно в 5—6 раз большее, чем сопротивление обмоток возбуждения. Аналогичное сопротивление включается параллельно обмоткам возбуждения для сериесного мотора с тем лишь видоизменением, что это сопротивление намотано на железный сердечник.
Выключение асинхронных моторов не должно происходить при открытом роторе; последний должен быть замкнут на некоторое сопротивление, опредеу Рпер.. /„, Веляемое из формулы=у 1 + ~гр-’ где R — требуемое сопротивление, Рком.—напряжение сети, X—коэф. самоиндукции ротора и со—угловая скорость. Включение асинхронного мотора желательно делать толсе при замкнутом роторе, т. к. максимальное значение тока включения в этом случае в более короткий срок понижается до нормального. Это обстоятельство важно для уменьшения нагрева мотора и питающего трансформатора.
Время разбега мотора определяется из уравнения, связывающего моменты, действующие в системе мотор-машина: day
Ми от. — Mприв.=в-gjr, где Ж мот. — вращающий момент мотора пусковой или максимальный, Морив. — приведен, стат. момент машины, как результат сопротивления машины, 0—момент инерции всей системы. Система придет в движение при включении мотора, если 1£мот.> АГприв., то есть если имеется избыточный момент Mrзб. Тогда уравнение примет вид:
do Г ®do
Жизб.=0 £разб. =
J -Мизб.
Удерживая Жк зб. постоянным путем регулировки пускового тока реостатом, выносим Мизб. за знак интеграла
©ои получаем £разб.= - Подтгавиввместо © его выражение через махо-GD3 2 ъпвой момент и для о — -эд—, полу-
6г1)2ееоек.
чим разб.= где п—число оборотов мотора, П— диаметр инерции вращающейся системы, G—вес всех вращающихся масс в килограммах, земное ускорение, равное 9,81 м/сек. GD2 измеряется в килограммахмК Если в системе имеются массы, вращающиеся с другим числом оборотов, и прямолинейно движущиеся массы (например мотор с числом оборотовгмин. через зубчатку с числом оборотов щ I поднимает груз Q кг со скоростью j v м/сек.), то все должно быть приве- I дено к числу оборотов мотора и одному из видов движения, например вращающемуся; тогда:
92мот. [~
tpaafi.=375 Ыяа [ G-D-hot. +
iPaor.
0,975 -Qv
Мизб. UblQT.
сек.
Для короткозамкнутых моторов, где ! разбег происходит под влиянием по- j стоянно убывающего момента, время ! t разб. нужно увеличить вдвое. Жнагр. | заменяют номинальным моментом мо- j тора, т. к. при правильно выбранном мо-торе они должны быть равны.
Зная время разбега и принимая дви- ! жение равномерно ускоренным, можно; проверить мощность мотора, выбран- I ную на основе статических сопротивле- i ний, с учетом динамических сопротивлений, по формуле:
Робщ.=Рст. -+ Рдин., где Едки. =
V2 мин. 3-600 £раз.
GD2ri мот. 102 -ге3 мин.
КВ.,
где Vmbu. —скорость подымаемого груза выражается в минутах, асам груз Qte. — j в т.ах.
Правильность выбранного мотора окончательно проверяется по степенинагрева последнего. Потери энергии б моторе (Q) за определенный промежуток времени повышают температуру мотора до тех пор, пока не будет по“ крыта теплоемкость С мотора и не установится равновесие между генерируеного Q. Зная А и Т по заводским данным, можно определить температуру для любой нагрузки (рисунок 14). Если мотор работает в условиях повторно-кратксвременной периодической нагрузки, при каком-то ED=е, то максимым теплом Q и теплоотдачей мотора. Fa (t —10)=Az. Тепловой баланс выразится уравнением: Qdt =
= Cch~{- Atdt; решая это уравнение, находим закон, по которому нарастает сверхтемпературамотора: т — tmax 1 — е q j, гдемаксимальная температура мотора (сверх окружающей среды) соответственно с нагрузкой Р
равна w=_9_
мадьная температура выразится:
то есть зави
сит только от теплоотдачи и ве- i личины нагрузки мотора, т. к.
Q — f(P), Т называется постояннойт С
бремени нагрева“ мотора; Т — -j- сек.,
Вис. 16. Кривые нагрога е опра и и погторно-кратковремепной нагрузке.
через время работы t=ZT мотор достигает 95°/о от максимальной сверхтемпературы тшах, то есть т=0,95 тах“ Взяв первую производную от выражения для т, получим при /=0 tga=max Q
= ~Zr==~Q > то есть вид кривых нарис. 14 зависит от нагрузки и от теплоемкости: чем больше теплоемкость, тем подоже пробегает кривая для дан-
Ряс. 14. Кривые нагрева мотора ирн различных нагрузках.
гр — <Т~
е — егде а—сумма рабочего времени, Ь—паузы, а Т — постоянная времени нагрева в сек., минутах или часах (рисунок 15).
Выбор реостата определяется также условиями работы и тяжестью пуска. Если мотор включается вхолостую или с малой начальной нагрузкой тока типа вентиляторной, реостат может быть выбран на половинную нагрузку, во всех остальных случаях реостат выбирается на полную нагрузку. Для регулировки числа оборотов строятся специальные мощные, т. называемые регулировочные, реостаты. Стандарт-| ные реостаты рассчитаны на небольшое г число пусков в час (г) и на малое ко-I личество последующих один за другим запусков (/п —частота включения); для пуска реостатов с воздушным охлаждением г» =4—2; с масл. охлаждением fn=10 —3. В условиях повторно-кратковременной работы условия работы реостата утяжеляются, т. к. число и частота запусков растут. Если число включений переходит 10—15 в час, от типа реостатов с плоскими скользящими контактами переходят к контролле-| рам барабанного типа. При числе вклю-»чений свыше 120 е час употребляютсявальковые контролеры, или контакторы, включаемые не от руки, а с помощью специальных электромагнитов.
Знание Т — постоянной времени нагрева и закона изменения температуры мотора позволяет определять перегрузочную способность мотора в различных условиях нагрузки. Способность к перегрузке при продолжительной работе устанавливается нормами ВЭС, а именно: мотор должен выдерживать увеличение силы тока на 50°/о в течение 2 минут после того, как мотор достиг стационарного теплового состояния. В условиях кратковременной нагрузки перегрузочная способность 1
мотора РтеР=---, где а—продомжительность работы мотора при данной перегрузке без вредного перегрева. Если перегрузочная способность изв-е-1
стна, то α= Т п-еEL—. Построив I
тер.
различны, то вместо ЕВ берется ЕВ=т
(I -j— b ~тjT
--а—> продолжительность работы мотора при различных нагрузках может быть определена из чер. 14 — прямая (асимптота), проведенная на высоте тщах параллельно оси абсцисс, отсечет на пучке кривых отрезки t3, t2, t3..„ соответствующие промежуткам времени работы мотора при перегрузках Q3, Q2, Q:>..; способность к тепловой перегрузке Ртер.можно легко связать смеханической способностью к перегрузке, если пренебречь постоянными потерями:
Р
тер.Q,
л>р.
J2 Г рпер. ш>р.
: Р Г~ Ж ;
НОМ.1 пом.
полагаяном.
мех.’
получим Tep.=PsMex., ИЛИ j>M9X. =
~ 1/ Е тер.
кривую зависимости
Р тер.0Т-у- > ПОЛУЧИМ ЛО-
гарифмику, которая дает возможность, зная Т, для любого мотора определить способность к перегрузке за любой промежуток времени. При повторно кратковременной и е-риодической на“ гпузке
И К Я асимптота L В С
а Ь
“ шах.
е 1 — 1
а /а -}-b а 1
“Т ~) 1 _ Т“ Ё5
давая параметру различные значения от 0 до оо; получим (Oelschlager) пучок т. наз. кривых Эльшлегера, позволяющий, так лее как логарифмика, определить перегрузку для любого ЕВ (относи тельная продолжительностьвключения мотора). Если постоянные времени нагрева Т и охлаждения Т0
Рио. 16
Для проверки мотора на нагрев для любой диаграммы нагрузок пользуются графическим методом с помощью шаблона (рисунок 16$. Зная Т, строят шаблон для £=4Т. Преобразовав диаграмму в ступенчатую, для каждой нагрузки строят асимптоту. Шаблон прикладывается к аксимптоте по линии LB и передвигается, пока его кривая не пересечет начальную для данной ступени оверхтемпературу, то есть конец координаты т, а для начала кривой — начало координат.
Литература: A. Schwaiger, ..Eleotromotorische Btftrirtbe- (1922); С. Schiebeler, „Eleetromotorea fur au-SntzeQden BetrieV (Ш6, есть перев. на руссгс“яз“); Gordon Fox, „Prineipl.es of Electric motors and control- (1923); Liwschitz, M., „Bereohnung der Auasetz-leistungea (К. T. Z., 1926, crp. 1346 сл.); СЭТ, т. VI,
отд. 22-24 (1929); R. Rudenberg, „Eleetrische Sclialt-vorgange“ (192a, перев.на руок. яз.); ак. К. И. Шен-фер, „Коллекторные двигатели перем. тока“; проф. В. К. Попов, „Применение электродвигателей в промышленности“ (ч. I—19о‘2ич. II — 19“5»; А.Е. G. „Электричество как источник силы и света“ („Бинт“, 1923); Гордон Фокс, „Практика электрического при-вода“ (1934); проф. М. Г, Евреинов, „Электропривод“ (т. I: „Электрификация сельского хозяйства“, 1933); внлс. И. И. Дорофеев и С. II. Зефиров, „Электрификация исполнительных механизмов“ (1935); проф. В. С. Ку.гебакин, „Пл скгвые и регулирующие реостаты“(192Ц. j,jr £6peuH0St
XIV. Электрический привод е металлообрабатывающей промышленности должен базироваться на одиночном приводе. Если в целом ряде отраслей вопрос о рациональности применения группового или одиночного привода решается сравнительным подсчетом, то в данной области одиночный привод дает ряд бесспорных преимуществ и по линии экономии, и с точки зрения технологии процесса (ср. станки, XLI, ч. 4,336 ел.). Запуск, останов, торможение и реверсирование станка, а также изменение скорости резания бесконечно упрощаются при переходе от трансмиссионного привода к одиночному функциональному электромотору с приспособлениями для кнопочного включения и выключения. Уменьшение маховых масс в системе мотор-станок позволяет, например, осуществить переход от одной скорости к другой при наличии функционального мотора в течение
1-2 сек., тогда как при наличии ступенчатых шкивов на это требуется свыше 24 сек. Аналогичных сокращений можно достигнуть при останове станка путем торможения от электромагнита или рекуперацией энергии при разбеге системы и так далее В результате система кнопочного включения одиночного мотора, а для больших станков—ряда одиночных двигателей (многомоторный привод) с приспособлениями для электрического торможения позволяет уплотнить рабочее время до 100Yo и более по отношению кчистому рабочему времени при групповом приводе. Стремление при-близить мотор к рабочему органу достигает в самоточках и сверлильных станках полного осуществления, поскольку шпиндель станка является валом якоря мотора. Кпд станка в этих случаях приближается по величине к кпд электромотора вместо технеобычайно низких значений, которые свойственны станкам с приводом от трансмиссий, контр-приводом и многочисленными шестернями для изменения скорости резания.
К функциональным свойствам электродвигателя относится в первую очередь регулировка скорости резания, то есть изменение числа оборотов.
Для большинства станков необходима регулировка в границах, которые определяются рабочей программой данного станка. Низшее число оборотов — и мнд. определится наибольшим диаметром обрабатываемого предмета из металла, требующего наименьшей скорости, например чугуна. Высшее числи оборотов — и макс. ОПрвДвЛИТСЯ МИНИ-мальным диаметрам обрабатываемого предмета и сортом металла, требующим максимальной скорости резания; например, скорость резания меди в 6 раз и более выше скорости резания чугуна. Предел регулировки получится из отношенияп. Число ступеней регулировки
11 ыин.
обозначим через Z. Число оборотов, или соответствующая скорость резания для отдельных ступеней обычно выбирается в геометрической прогресии, то есть w3=n2еi=wf3.
откуда 9 —2 i/ пг и Z-
“щ
I П/
Юд
log
f 1.
Вычислим на примере: nz =500 об/м. я n1==10 об/мин.—пределы числа оборотов электромотора при различном количестве зубчатых передач. Предел регулировки п2: пх=500:10 равен 50.
log 50,
Число ступеней Z=
если примем е=1,26, поскольку практически 9 выбирается в пределах 1,25—2. Следовательно, при нерегулируемом моторе необходимо иметь 18 пар зубчатых передач. Сокращая число передач последовательно на 9—6—3, получим пределы регулировки мотора соответственно 1:1,26—1:1,56—1: ЗД8.
В ремонтных мастерских или цехах, где пределы регулировки велики, наиболее выгодным“ будет применение шуытового мотора постоянного тока, допускающего более иди менее сво бодыо егулировку в пределах 1:3. В
Этом случае мотор естественно переходит внутрь станка, соединяясь непосредственно со шпинделем—т. н. шпиндельный мотор. В случаях более узкой регулировки, как это имеет место в массовом производстве с небольшим ассортиментом изделий, возможно применение трехфазного коротко-замкнутого асинхронного мотора с переключением числа полюсов. В этом j случае тип мотора делается фланцевым. Мотор должен быть защищен от попадания стружек и возможных в силу этого коротких замыканий.
Точное определение мощности мотора для металлообрабатывающих станков представляет трудности в силу меняющегося в широких пределах в зависимости от типа станка и величины загрузки кпд станка. Однако, ориентировочный подсчет с достаточной для выбора мотора точностью базируется на определении максимального сопротивления резанию.
Для токарных, строгальных и аналогичных им станков сопротивление резанию W=q kz а, где сечение снимаемой стружки, равное произведению из глубины стружки на величину подачи резца; к2 — сопротивление на разрыв данного материала; и а—коэффициент, характеризующий состояние резца, по Fischer’y равный для стали 2,5—3,2 и для чугуна 4—5 и даже до 6. Мощность мотора определится из обычной формулы:
квт,
W
Р — ——
102 цгде v — скорость резания Вращающий момент для В
М=W it кг миллиметров, где В
в «w/сек. самоточки
— диаметробрабатываемого предмета в миллиметров.
Пример: обточить железный вал — к2=40 килограммммК Глубина стружки 5 миллиметров, величина подачи 2 миллиметров; Wqkz-a==5 240-3=1.200 килограмм. Для шпиндельного мотора 7]i7G°.о, скорость резания примем равной 20 л/сек.; тогда 1200 20
—ЖТо=34 «зт-
Могуность мотора сверлильного станка получим, определив вращающий момент М, необходимый сверлу диаметром (I для снятия стружки толщиной о: М= сkz кг. миллиметров; Р=9,81 - 2я
-qqMd ватт; где MD —вращающий момент М, приведенный к числу оборотов мотора.
Мощность фрезерного станка определится из сопротивления резанию, сравному W=q kz —, где v — окружная скорость фреза в миллиметров сек., с— скорость подачи стола в миллиметров/сек.
Мощность дыропробивного станка может быть вычислена путем определ. сопротивления сдвигу W—n-chs-a-kz, где а — коэффициент, равный 1,7, kz — коэфф. сопротивления на сдвиг в килограммах 1мм-, d—диаметр пробиваемой дыры и s—толщина пробиваемого листа в миллиметров.
Для большинства металлообрабатывающих станков 2£D>6Q°/o, поэтому мотор подбирается по мощности, вычисленной из вышеприведенных формум Небольшие воспомогательвые моторы, как, например, для установки суппорта, работающие кратковременно, выбираются или с учетом ЕВ ~ 15°/о. или из моторов с 5-минутной мощностью.
Однако, дыропробивные, строгальные и долбежные станки имеют значительные колебания в нагрузке, которая может быть отнесена к типу повторно - кратковременной периодической нагрузки. Тогда мощность мотора определится как среднеквадратичная из диаграммы нагрузки. Для дыропробивного станка упрощенную диаграмму легко построить, если не учитывать изменение скорости пуансона, так как изменение усилия при прохождении пуансона через толщу листа 5 есть линейная функция толщины & Минимальное значение для мощности получится при >8—0, тогда потребляемая мощность идет на покрытие холостых потерь станка (смотрите рисунок 1). Время t{ определится из допустимой скорости резания (для железа примерно v = 15—20 миллиметров!сек.), а время U— как время прохождения пуансона, считая, что его нижний край должен подняться на высоту не менее толщины листа. Для ориентировочного подсчета может быть принята скорость равномерной; на самом деле для эксцентрикового станка она будет изменяться по синусоиде. Средне-квадратичная мощн°сть />ср.кв. будет равна:
для данной диаграммыср. кв.
V1
(р,
о р макс. кол.
+
О
|
+ -Р ол> |
Ь+Р2 £, 3 10Л-2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
я 1 max s | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 1 i |
i i p i JCO I | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
i i |
i ; 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
i U-i |
I “ ; Cl | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Ширина строгания и высота(.«.и) j |
600 |
800 |
1.000 |
| 1.250 |
1.500 |
2.000 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Длина отрогання (мм) I |
1.500 |
2.000 |
2.500 |
I з.ооо |
4.СОО |
5.СОЙ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Мощность (квт)..| |
2,2 |
3,7 |
4,8 |
| 5,9 |
7,4 |
11 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
, | 200 |
I зоо |
j 40» i |
500 j |
600 |
оосю |
1.000 | |||||||||||||||||||||||||||||
|
! 1.1 1 |
j 1,5 |
| 2,5 | i I |
3,3 ; |
4,4 |
5,5 j I |
6,6 | |||||||||||||||||||||||||||||
|
Воздушные молота. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
50 |
100 |
200 | |
soo ! |
500 | |
750 i |
1.000 | |||||||||||||||||||||||||||||
|
250 |
200 |
175 I |
165 | |
150 j |
130 | |
100 | |||||||||||||||||||||||||||||
|
i |
3—7 |
4--11 |
6-flS : |
9—22 ! |
12 -‘-26 i |
15 1-Ш. | |||||||||||||||||||||||||||||
|
1 25 |
50 1 |
100 | |||||||||||||||||||||
|
! 0,8 |
,4 |
3,0 | |||||||||||||||||||||
|
32 | |
15 |
20 |
25 | ||||
|
7,4 |
S,S |
12,8 |
19,7 | ||||
|
~ I |
22,1 |
29,4 |
40,4 i | ||||
