Регулирование движения машины

Необходимость регулирования движения возникает в тех случаях, когда отклонения скорости от заданного значения вследствие изменения сил или колебания величины скорости во время установившегося движения ухудшают качество выполнения технологической операции, выполняемой машиной, или отрицательно сказываются на работе самой машины. Например, для устранения «огрехов» во время пахоты или посева требуется автоматически поддерживать постоянную скорость машинного агрегата независимо от условий движения в поле на подъемах и спусках. Колебания скорости главного вала во время установившегося движения являются причиной возникновения вибраций, повышенного уровня шума, ускоряют износ поверхностей пар трения; в металлорежущих станках снижают точность и чистоту обрабатываемых поверхностей.

Для выяснения причин изменения угловой скорости начального звена приведенный момент сил М_п в формуле (6.20) представим как разность модулей приведенных моментов движущих сил М_д и приведенных моментов сил сопротивления M_c, а приведенный момент инерции J_n – как сумму постоянной величины J_const и переменной составляющей J_var , которая зависит от положения начального звена. Учитывая, что , выразим из формулы (6.20) угловое ускорение начального звена:

. (6.25)

Отсюда видно, что неравномерность движения начального звена ( ) вызвана несоответствием между приведенными моментами движущих сил и сил сопротивления, а также изменением в зависимости от приведенного момента инерции J_n.

В примере, рассмотренном в предыдущем параграфе, , приведенные моменты сил М_д и M_c не зависели от положения начального звена, поэтому при установившемся движении транспортера угловая скорость начального звена сохраняла постоянную величину, а во время переходных процессов изменялась монотонно. В случаях, когда изменения приведенных моментов сил и приведенного момента инерции регулярно повторяются в зависимости от обобщенной координаты , на график изменения накладываются колебания (рис. 27). При установившемся режиме параметры движения изменяются периодически с течением времени, однако их средние значения поддерживаются на постоянном уровне. Каждому циклу изменения соответствует время цикла Т_ц. Так как в начале и в конце каждого цикла угловая скорость имеет одно и то же значение, то в соответствии с законом изменения кинетической энергии (6.19) сумма работ всех сил за один цикл равна нулю.

Время одного цикла зависит от периодов изменения сил и приведенного момента инерции. Например, в машинах с четырехтактным двигателем внутреннего сгорания время цикла обычно соответствует двум оборотам коленчатого вала. В грохотах с электродвигателем, служащих для калибрования механических смесей по размерам, один цикл соответствует одному обороту кривошипа, т.е. равен периоду изменения положения решета грохота, приведенного момента сил сопротивления M_c и приведенного момента инерции J_n рычажного механизма грохота.

Рис. 27. Диаграмма угловой скорости звена приведения

Равномерность вращения начального звена при установившемся режиме оценивается коэффициентом неравномерности

. (6.26)

Здесь в числителе – размах колебаний угловой скорости, в знаменателе – ее среднее значение. Очевидно, что чем меньше размах колебаний при одном и том же времени цикла Т_ц, тем меньше угловое ускорение . Тогда, в соответствии с формулой (6.25), уменьшить коэффициент неравномерности при прочих равных условиях можно за счет увеличения постоянной составляющей J_const приведенного момента инерции машины. С этой целью на вал машины устанавливают маховик в форме сплошного диска или шкива со спицами и массивным ободом.

Маховик является аккумулятором кинетической энергии. Когда угловая скорость растет, его кинетическая энергия также увеличивается, при уменьшении угловой скорости маховик отдает накопленную кинетическую энергию. Обладая большой инертностью, маховик противодействует любым изменениям своей скорости и, тем самым, сглаживает график нагрузки двигателя: в период увеличения сопротивлений кинетическая энергия, накопленная маховиком, помогает двигателю преодолевать нагрузку, в моменты уменьшения сопротивлений и увеличения скорости, создает дополнительную нагрузку. Отметим, что здесь идет речь об изменениях, происходящих за время одного цикла установившегося режима движения.

При непериодическом единовременном изменении нагрузки, например, при переходе машинного агрегата во время вспашки со спуска на подъем, установка маховика уже не может обеспечить сохранение прежней скорости по окончании переходного режима движения. В этом случае применяют регуляторы скорости, принцип действия которых основан на том, что при изменении скорости автоматически изменяется величина движущегося момента, и прежняя скорость сохраняется при любом значении сил сопротивления.

Рис. 28. Схема регулятора

На рисунке 28 показана схема центробежного регулятора угловой скорости вала двигателя внутреннего сгорания. Грузы 1 посредством рычагов соединены с валом 2 и муфтой 3 регулятора. При увеличении скорости вращения вала грузы расходятся, и муфта поднимется, т.е. координаты Х и Z увеличиваются. При уменьшении скорости муфта опускается. Перемещение муфты посредством рычага 4 передается заслонке 5, которая изменяет площадь проходного сечения трубопровода, подводящего топливо в двигатель. В результате, при изменении площади сечения, подача топлива регулируется так, что восстанавливается условие равенства работ движущих сил и сил сопротивления за один цикл, скорость движения сохраняется на прежнем уровне.

Автоматическое регулирование скорости в системах с электродвигателем, независимо от величины нагрузки и других условий, в тех или иных переделах достигается с помощью специальных электрических схем с обратной связью.

задания для Контрольных работ*

Задания к контрольным работам предназначены для студентов, не выполняющих курсовой проект при обучении по сокращенным программам, предусмотренным государственным стандартом. Они включают схему исследуемого механизма и 12 вариантов числовых значений заданных величин. Номера заданий и варианты назначаются преподавателем. Текст решения оформляется в расчетно-пояснительной записке с одной стороны листов нелинованной писчей бумаги формата А4 и должен иметь титульный лист. Графические построения к контрольной работе №1 выполняются карандашом на одном листе чертежной бумаги формата А2 (594 420 мм) с основной надписью (угловым штампом). Каждое графическое построение на листе должно иметь надпись (название) и масштаб с указанием единиц измерения, выполненные чертежным шрифтом.

Каждый раздел и подраздел пояснительной записки должен иметь заголовок, выполненный чертежным шрифтом в соответствии с текстом задания к контрольной работе. Подразделы должны иметь двузначную нумерацию. Например:

2. Силовой анализ механизма

2.1. Определение сил инерции звеньев

Первый пункт «Исходные данные» должен включать схему механизма (в контрольной работе №1 – в произвольном положении), описание работы механизма, числовые значения заданных величин. В тексте записки должны быть приведены векторные уравнения и формулы, по которым определяются требуемые величины. Вычисления по формулам сначала записываются в буквенном виде, потом в том же порядке подставляются числовые значения и приводятся результаты расчетов с единицами измерения найденной величины.

Рамка на листах записки не вычерчивается. По периметру листа оставляются поля сверху и снизу от 15 до 20 мм, справа 10 мм, слева от 25 до 30 мм. Все листы пояснительной записки нумеруются. Записка заканчивается библиографическим списком и оглавлением.