Динамо-машины  Электрические машины, экономичность 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 [ 27 ] 28 29 30 31 32 33 34 35

ным мотор-редуктором; МДД поступательного типа и обычныл двигатель с винтовым редуктором.

Основными критериями для сравнительной оценки электро магнитного и механического сцеплений являются реализуемо удельное усилие на площади взаимодействия и доля полезно используемой площади взаимодействия в общих габаритных ра мерах устройства. Для МДД предельное значение усилия, пере. даваемое с каждого квадратного метра площади взаимодействия равно F laquo;= 9-10\кВ1 и при В, 0,9 Тл Fx 2,5-10 Н/м-.

Наибольший по типажу на 1981 - 1985 гг. редуктор Ч-1бо [95] имеет максимальное передаточное число ( = 80, тогда как у МДД / = лАр/Л и, например, при А = 31,4 мм (что при б, = 2,0 мм соответствует оптимальному соотношению Н/Ь=щ и D = 2 м имеем / = 200. Этому передаточному числу соответствует двухступенчатый редуктор, например 42-160, состоящий из двух одноступенчатых: Ч-80 (быстроходная ступень) Ч-160 (тихоходная ступень); г] = 0,66; масса редуктора m = = 170 кг; при п = 1500 об/мин и / = 200 имеем = 7,5 об/мин ш = 0,8 1/с; М= 2,77 кН-м и Р = 2,2 кВт.

Таким образом, у редуктора

т 170 р

77 кг/кВт.

Удельная масса для

мртор-редукторов примерно

червячных

300 кг/кН-м при (О = 1/с. У МДД это значение в несколько раз меньше.

В рассмотренном редукторе теряется треть всей мощности (П = 0,66), а в МДД при электромагнитном сцеплении редуцирование скорости оплачивается лишь некоторым увеличением намагничивающего тока, дополнительные потери здесь не превышают нескольких процентов мощности. При использовании постоянных магнитов остаются лишь незначительные потери в массивных частях, пересекаемых переменным потоком.

Небольшое значение удельного усилия взаимодействия винтовых нарезок ротора и статора МДД ( laquo;усилие сцепления raquo;) существенно влияет на его массогабаритные показатели. Действительно, в соответствии с (4.9) имеем F = 9-10\rtfi,i; и лишь при высоком значении В х 1,03 Тл имеем F = 3-10 Н/м, что характерно, например, для удельного усилия у машины постоянного тока (подробнее см. ниже). Для небольших асинхронных машин это значение меньше, но и там на поверхности ротора fp? 1-10 Н/м. Таким образом, даже при этом малом значении Fp имеем при одинаковой площади зазора S = jiDl для указанньР

удельных усилий предельную мощность на роторе / р

г gt; ) 1а4 0.. 2 С /; Vmo ттгчи i .

:Ы6-

на сцеплении = 3- XOSv = 3 -10 Sv/i. Уже при / gt; 3 (для ранных параметров) необходимо для передачи всей базовой м ности увеличить значение S, с которым жестко связаны массог

, тные параметры всей машины. Эти параметры будут определять (ощность сцепления - выигрыш от применения МДД не велик, в сравнении, например, с цилиндрическим вариантом ЛДПТ, которого при зазорах в несколько миллиметров можно достичь .цзчения F3-10 Н/м, такого выигрыша в массогабаритных ,ззмерах вообще нет. В общем виде отношение предельных мощ- ,стей сцепления и базовой машины постоянного тока имеет вид

Р 9-10лВ: gt;, 9.10яй. j

При О, = 0,7 имеем Рсц/Рэ =~.- -j gt; 1; для сохранения массогабаритных показателей базовой машины должно выполняться оотношение i 4,4-Ю**-При А= 4,4-10 А/м имеем iВ,

а при выбранном значении а, имеем для F = 3-10 Н/м значение индукции В, = Р7(а,Л) = 3-107(0,7 4,4-10) laquo; 1 Тл.

Достижение выходной мощности, равной базовой, для / gt;1 возможно лишь при соответствующем увеличении 5, т. е. плб-щади зазора, и увеличении в / раз массогабаритных показателей иашины. Целесообразно, таким образом, увеличить и в базовой машине отношение В,/А; но, если сохранить значение Fj, напри-пер, при Bf, = 2 Тл и А = 2,2-10 А/м, можно получить для = 4 соответствующее улучшение массогабаритных показателей. При обычно требуемых i gt; 4 массогабаритные показатели базо-юй машины будут ухудшены в отношении 4. Но и значение В = 2 Тл практически реализуемо лишь в беспазовой машине - ;1я машины с пазами и зубцами такая индукция существенно перенасытит зубцы якоря. Радикальным выходом из положения 10ГЛО бы стать создание конструкции без стального магнитопро-йда со сверхпроводящими витками, создающими винтовое поле отокосцеплений статора и ротора, где возможны значения gt; (3-5) Тл, что соответствовало бы сохранению номинального качения базовой машины до / = 25. Однако столь существенное вменение конструкции заставляет корректировать и само поня-базовой машины raquo;. При существующих же обычных конструк-ях основной выигрыш МДД заключается в существенно более *соких энергетических показателях. У ЛДПТ для достижения Логичных показателей приходится в соответствии с sect; 1.3 суще-енно снижать плотность тока, что ведет к резкому увеличению ссы меди в машине. Если же учесть, что МДД одновременно выполняет функцию

предельного момента, а также учесть laquo;нестираемость raquo; ее чляющихся поверхностей, относительную бесшумность их вза-Действия, выносливость по отношению к ударной нагрузке и Преимущества МДД представляются достаточно существен-

ными. Кроме того, становится понятным ограниченность примене ния так называемых бесконтактных магнитных червячных перед у которых существенно меньше, чем у МДД.

Действительно, изложенное, например, в [161 описание таких передач, имеющиеся патенты и авторские свидетельства (напри, мер, [82]) подтверждают, что съем момента с единицы произве. дения Dd у них в десятки раз меньше, чем у механической пере, дачи. Но и эти системы в последние годы существенно усоверще. ствованы. Рассмотрим одно из предложений в этой области [82 направленное на повышение надежности и улучшение параметров такого устройства путем некоторого уменьшения объема активных материалов (обычно проводниковой меди) и снижения высокого уровня рассеяния магнитного потока, вызванного обычным раз. мещением системы возбуждения на червячном колесе.

Поставленная цель достигается размещением системы возбуждения концентрично оси червяка. Система возбул lt;дения может быть выполнена в виде неподвижно укрепленной катушки, установленной с зазором относительно внутренней поверхности червяка и полюсов.

На рис. 4.9 показан вариант выполнения передачи. Передача содержит постоянный магнит 7, выступы 2 винтовой нарезки полюсов червяка, выступы 3 винтовой нарезки полюсов червячного колеса, ступицу 4 червячного колеса, ось J червячного колеса, катушку 6 возбуждения, концентричную оси червяка и не соприкасающуюся с ним, ось 7 червяка, крепление 8 катушки 6 к неподвижному основанию машины 9, фиксатор 10.

Устройство работает следующим образом. Магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом / и (или) током в катушке 6, замыкается по радиусу червяка по пути: полюс магнита /, выступы 2 винтовой нарезки ферромагнитного полюса червяка, зазор, выступы 3 винтовой нарезки ферромагнитных полюсов червячного колеса по полюсу вдоль линии, параллельной оси 7 червяка, зазор, выступы 2 винтовой нарезки ферромагнитного полюса червяка, выступы 3.

При создании этого потока только током, протекающим в катушке 6, вместо постоянного магнита должно быть предусмотрено ферромагнитное замыкающее ярмо, на рис. 4.10 не показанное. Магнитный поток стремится удерживать выступы червячного колеса и червяка в положении наибольшего перекрытия с силой, пропорциональной производной потока по соответствующему перемещению. Если поворачивать червяк, то имеющее возможность поворачиваться лишь вокруг оси 5 червячное колесо j будет вращаться в плоскости, перпендикулярной плоскости вр щения червяка, совершая за один оборот червяка перемешени на один шаг нарезки, выполненный на поверхности червяка червячного колеса.

Рабочее смещение осей выступов червяка и червячного коле

Рис. 4.9. Магнитная червячная передача: а - разрез по оси червяка; б - разрез по радиусу

друг от друга определяется соотношением между упругостью магнитного сцепления и противодействием нагрузки, связанной с червячным колесом. Для защиты от недопустимых смещений выступов червяка и червячного колеса относительно друг друга на червяке могут быть также установлены несколько дуговых неферромагнитных выступов-зубьев (фиксатор /0), входящих со значительным зазором в кольцевое пространство между вы--ступами червячного колеса. При нормальной работе эти зубья не соприкасаются с червячным колесом, но при толчках нагрузки или от иных причин, вызывающих резкое увеличение смещения выступов червяка относительно червячного колеса, зубья не допускают срыва синхронизации между движением червяка и червячного колеса.

Преобразователи движения составляют основу современного машиностроения. К ним относятся:

преобразователи вида движения, например возвратно-поступательного движения поршней двигателей внутреннего сгорания * однонаправленное вращательное движение ведущих колес автомашины; преобразователи скорости и направления этого вращения - laquo;коробка скоростей raquo;;

устройства для обратного преобразования - вращения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение станка-качалки на нефтепромыслах или насосов, пульсаторов в хими. ческом оборудовании и других отраслях народного хозяйства, строгальных и аналогичных станках в станкостроении;

преобразователи вращения вала тягового двигателя в посту, нательное движение поезда или приводного двигателя в перевод стрелки на железнодорожном транспорте, причем не только сцеплением колесо - рельс у поезда или шестерня - рейка у стре. лочного перевода, но и по современным проектам также с применением линейных двигателей;

широчайший класс преобразователей скорости и направления движения - редукторы, системы изменения скорости и реверса в большом диапазоне мощностей - от приводов рабочих элементов роботов, а также всевозможных задвижек, вентилей с приводными двигателями мощностью в несколько ватт до прокатных станов с приводными двигателями мощностью порядка 10 ООО кВт. Исключительное значение при этом имеют не только вопросы материалоемкости и трудоемкости преобразователей движения, но и их качественные показатели, такие, как быстродействие, надежность, удобство в эксплуатации. Так, например, время реверса главного привода реверсивных прокатных станов решающим образом влияет на их производительность; постоянные времени элементов в системах регулирования технологических процессов определяют собой качество регулирования и в большой степени производительность этих процессов. То же относится и к приводным устройствам роботов и манипуляторов. Конечно, в современном машиностроении совершенствованию преобразователей движения уделяется большое внимание, но, чтобы сделать рывок в машиностроении, представляется интересным рассмотреть и некоторые нетрадиционные пути создания всего класса преобразователей движения. Одним из таких нетрадиционных решений является излагаемая ниже система преобразователей движения, использующая в основном неконтактное сцепление поверхностей, снабженных винтовыми нарезками и отличающихся разными направлениями нарезок и их шагом.

Преобразование вида движения, а также ocyщecтвJeниe реверса или изменение скорости создаются переключениями в электрической цепи и обеспечиваются при этом воздействием только на элементы преобразователя без изменения скорости или реверса приводного двигателя и других устройств вне преобразователя. Как будет показано, этим путем удается во много раз снизить время реверса, уменьшить постоянные времени регулирования. При этом в отличие от проектов, требующих создания новых двигателей (например, линейных, моментных т. п.), используются обычные, в том числе и наиболее экономичные, скоростные двигатели. 160

Приведем такой вариант преобразователя для объектов, где 3 последнее время усиленно прорабатываются решения с линей-ь1ми двигателями.

Принципиальная схема бесконтактного преобразователя вращения в неограниченное поступательное движение, развивающего принцип, изложенный в [82], показана на рис. 4.10. У размещенного в объекте / (клеть, лифт, вагонетка, вагон метро) двигателя 2 на валу 3, вращающемся в подшипниках 4 п 7, закреплен магнитопровод 10 с кольцеобразными полюсными наконечника-sui 5 и , на наружной поверхности которых выполнены спи-пальные нарезки 6 и соответственно 12. В трубе 13 укреплены ферромагнитные замыкатели потока 14 с нарезками 15, взаимодействующими с нарезками 6 ш 12 на полюсных наконечниках 5 и . В ферромагнитных замыкателях 14 сделаны прорези 16, в которые входят направляющие 9, с помощью которых объект 1 \10жет поступательно перемещаться внутри трубы 13. На направляющих, кроме того, с помощью опор 19 и нак,тадок 20 укреплена катушка возбуждения 8 потока преобразователя движения, перемещающаяся вдоль трубы вместе с объектом /, но не вращающаяся. Подвод тока как к катушке 8 (проводниками 18), так и к двигателю 2 осуществляется с помощью контактных щеток или роликов 17, скользящих вдоль установленных замыкателей потока контактных полос 18 (показано на рис. 4.10 только на схематичном разрезе по А - А) аналогично, например, системе питания поездов метро. Магнитный поток, создаваемый катушкой возбуждения 8, замыкается по пути: магнитопровод 10, полюсный наконечник, например 5, выступы его нарезки 6, выступы нарезки замыкателей потока 15 вдоль замыкателей потока 14 (если шихтованных - то вдоль движения), снова выступы на-

\1i1110

4.10. Преобразователь вращательного движения в неограниченное

тельное:

а - схематичный продольный разрез; б - разрез по линии А - А

поступа-

3118