Нагрузки и характеристики приводов ЭТУ

Механические нагрузки приводов оцениваются значениями сил и моментов, действующих на рабочий орган, элементы механизма и вал двигателя. В общем случае нагрузки зависят от скорости, пути и временя. При вращательном движении момент нагрузки Mc=f(<a, ф, f), где <d — угловая скорость рассматриваемого элемента привода; ф — его угловое положение и t — время. При поступательном движении действующее усилие нагрузки Fc=f(v, s, t)f где v — скорость поступательного движения рассматриваемого элемента привода; s — путь рабочего органа.
Для оценки механических свойств приводов и их элементов при выполнении определяемой технологическим процессом работы используют механические характеристики механизма и двигателя. При этом различают два основных режима — установившийся или статический, при котором момент или усилие нагрузки не зависит от времени, и переходный или динамический, при котором момент или усилие нагрузки зависит от времени. Для динамического режима работы привода левые и правые части уравнений (1.5) и (1.6) не равны нулю, т. е. момент, развиваемый двигателем М, не уравновешен моментом сопротивления Afc, действующим со стороны рабочего органа. Поэтому привод работает с ускорением.
Установившийся режим работы оценивается механическими характеристиками двигателя cd=f(M) или v=f(F) и механизма <o=f(Mc) или v=f(Fc) здесь Af, F — момент и сила, развиваемые двигателем; Afc, Fc — момент и сила статического сопротивления.
Различают аналитическое и графическое представление механических характеристик. При аналитической форме записи механических характеристик часто пользуются обратными функциями Мс=ф(ш); М=*ф(со) и /7с=ф(а) F=*p(v). Для графического задания более распространено использование прямых функций. При этом механические характеристики двигателей и механизмов изображаются геометрическим местом точек в четырех квадрантах прямоугольной системы координат.
Направление действия моментов и сил механизмов Мс и Fc может быть согласным и встречным скорости двигателя. По этим признакам моменты сопротивления делят на активные и реактивные.
К реактивным моментам относятся такие, которые всегда направлены навстречу движению, т. е. изменяют направление действия (знак) при изменении направления (знака) скорости. Реактивные нагрузки характерны для механизмов горизонтального перемещения грузов, преодолевающих силы трения, пластической деформации материалов, разрушения пород и т. д.
Активные статические моменты не изменяют направления действия при изменении направления движения. Они возникают в механизмах подъема грузов, в гидростатических машинах и подобных механизмах.
Характерные механические характеристики механизмов ЭТУ приведены в табл. 1.5. Там показаны графики мощности Pc=f (<»), потребной для преодоления момента сопротивления.
Механические характеристики вида 1 имеют механизмы с активным моментом сопротивления. К ним относятся механизмы загрузки печей сверху, механизмы подъема кранов, перегружателей, печных заслонок, работающих в вертикальной плоскости, вертикального перемещения электродов дуговых сталеплавильных, руднотермических печей и печей переплава и др. Здесь на рабочий орган действует составляющая сила земного тяготения со стороны перемещаемого груза. Мощность с изменением знака скорости также меняет свой знак. Это означает, что при подъеме груза механизм потребляет мощность от вала двигателя, а при спуске — отдает ее на вал двигателя.
Характеристики вида присущи механизмам горизонтального перемещения грузов, механического разрушения материалов. Согласно положениям Кулона различают два вида сил сухого трения — силы трения покоя и движения. Силы трения движения в диапазоне практически используемых в промышленных механизмах скоростей являются постоянными для большинства трущихся пар, и они меньше сил трения покоя даже при нормальных температурах. Последнее обстоятельство учитывается коэффициентом %> 1. Если же механизм с характеристикой вида 2 работает r области повышенных температур, то коэффициент трения покоя, а следовательно, и момент трогания МТр возрастают в несколько раз.
У механизмов, работающих в области высоких температур, особенно в механизмах прерывистого действия, в период остановок механизмов возможно, например, приваривание трущихся поверхностей; во время пуска кратность сил трения покоя и движения достигает значения и=2-г-4. Учет увеличения момента трогания при выборе приводных двигателей по пусковым свойствам обязателен. К механизмам, имеющим характеристики вида 2, относятся различные транспортные устройства — печные рольганги, горизонтальные конвейеры и транспортеры, механизмы мельниц, барабанных грохотов, передвижения мостов и тележек кранов, толкатели. В них при совершении полезной работы энергия всегда потребляется с вала двигателя.
Механизмы с характеристиками вида 3 (табл. 1.5) с так называемыми вентиляторными механическими характеристиками, для которых характерна квадратичная зависимость М0 от со, широко распространены во многих отраслях промышленности, в том числе и в электрометаллургических цехах. К ним относятся различные вентиляторы и воздуходувки, лопастные гидронасосы. В области малых скоростей вследствие нелинейного характера сил сухого трения квадратичная зависимость момента сопротивления от скорости несколько нарушается и имеет вид, показанный штриховыми линиями.
Характеристики вида практически в механизмах ЭТУ не встречаются. Такие нагрузки могут возникнуть на валу приводных двигателей генераторов, якорь которых замкнут на постоянное активное сопротивление.