Повышение экономичности с помощью разгружающих устройств

В гл. 4 мы отметили, что при резко меняющейся нагрузке на установившемся режиме можно добиться меньшей номинальной мощности двигателя и за счет этого снижения расхода энергии, применяя накопительные устройства (маховик) для компенсации пиковых нагрузок. В некоторых случаях можно добиться снижения установленной мощности двигателя и обеспечить работу его на экономичном режиме более эффективным способом, применяя разгружающие устройства для уменьшения пиковых нагрузок и выравнивания нагрузки в цикле движения. Часто этот метод применяется в грузоподъемных машинах, например, в механизмах грузовых и пассажирских лифтов, которые снабжаются подвижным противовесом, рассчитанным на среднестатистическую нагрузку. Этот конструктивный прием практически наполовину снижает возможную пиковую нагрузку на двигатель.

Уравновешивание механизмов обычно производится с целью снижения колебаний машины на фундаменте и динамических нагрузок на него. Применение разгружающих механизмов имеет несколько иную цель, оно позволяет уменьшить крутильные колебания под действием суммарного момента и, тем самым снизить динамические нагрузки, действующие на выбранное звено. Иногда применение разгружающих механизмов приводит к их уравновешиванию машин, т.е. обе задачи могут выполняться одновременно.

Существует связь динамических нагрузок и потребной номинальной мощности двигателя для их преодоления. Речь не идет о создании «вечного двигателя», но при полном уравновешивании сил тяжести и отсутствии других сил сопротивления потребная на привод движущая сила становится ничтожно малой. Поэтому статическое уравновешивание масс механизмов часто применяется в манипуляторах с целью снижения необходимых движущих сил, уменьшения номинальной мощности двигателя и снижения расхода энергии.

Например, применение противовеса массы тур позволяет осуществить полное статическое уравновешивание сил тяжести G, =gmv действующих на вращающееся звено манипулятора, соединенное со стойкой (рис. 6.4), смещая общий центр масс в неподвижную точку О:

где Los, L0M - радиусы центра масс звена 1 и установки уравновешивающей массы тур (противовеса).

Суммарный момент сил тяжести, действующий на уравновешенное звено, равен нулю в любом положении (р, обеспечивая безразличное равновесие звена 1

где MG = gm1Lovcos(p - момент сил тяжести неуравновешенного звена 1.

Однако на практике уравновешивание сил тяжести звеньев манипуляторов с помощью противовесов редко встречается, так как для этого требуются значительные массы и пространство для их движения. Тем более, что расположение противовесов на удаленных от стойки звеньев манипуляторов (рис. 6.5) может привести к обратному эффекту увеличения общей массы подвижных звеньев и росту необходимой для привода мощности двигателей. Поэтому рассмотрим более интересный для практики случай снижения нагрузки на привод манипуляторов с помощью пружин. Для первого наиболее близкого к стойке звена 1 манипулятора (рис. 6.5, а) прикрепление пружины к стойке не вызовет затруднений. Если принять усилие предварительной затяжки пружины 4 в вертикальном положении звена

Уравновешивание силы тяжести звена с помощью противовесов

Рис. 6.4. Уравновешивание силы тяжести звена с помощью противовесов

1 равным нулю Fynp(cp = я/2) = 0, то можно обеспечить суммарный момент сил тяжести звена 1 и сил упругих деформаций пружины Mz((p = я/2). Для обеспечения Mz((р = 0) и в горизонтальном положении звена 1, то необходимо выполнить условие L0H=L0C и выбрать коэффициент жесткости пружины величиной

Разгружение одного звена (а) и нескольких звеньев манипулятора (б) с помощью пружин

Рис. 6.5. Разгружение одного звена (а) и нескольких звеньев манипулятора (б) с помощью пружин:

1 у 2, 3 - звенья манипулятора; 4 - пружины; 5 - тросы; 6 - схват

В случае разгрузки от сил тяжести нескольких звеньев манипулятора (рис. 6.5, б) можно использовать несколько пружин 4, расположенных на подвижных звеньях 1, 2, 3 усилие которых Fy передается на стойку при помощи гибких тросов 5, блоков в точках В и механизма «транслятора», представляющего разновидность механизма параллельных

Разгружающий механизм

Рис. 6.6. Разгружающий механизм:

1 - кулачок; 2 - толкатель; 3 - пружина

кривошипов. Однако уравновешивание незамкнутой кинематической цепи звеньев 1, 2, 3 может быть обеспечено при проектировании только на одну определенную нагрузку в одном положении. Изменение же нагрузки в эксплуатации приведет к отличию от расчетной координаты схвата 6 манипулятора, т.е. к снижению точности позиционирования. Для разгрузки манипуляторов от сил тяжести часто применяются и пневматические системы управления.

Работа манипуляторов производится по типичному не- установившемуся циклу движения пуск-останов, поэтому пример частичного уравновешивания механизма с целью снижения расхода энергии мы рассмотрим в гл. 7.

Уравновешивание поршневых машин часто достигается за счет смещения циклов работы цилиндров с таким расчетом, чтобы снизить амплитуду изменения крутящего момента. Одним из рациональных способов перераспределения сил, действующих на звенья других машин, является установка специальных механизмов разгружателей, которые могут обеспечить различные законы изменения сил. Роль простейшего разгружателя звена от действия сил тяжести, как мы знаем, может выполнять пружина (см. рис. 6.5).

Роль более совершенного разгружающего устройства может выполнять кулачковый механизм с предварительно деформированной пружиной (рис. 6.6), обеспечивая равенство нулю суммарного момента действующих внешних сил сопротивления М (например, момента сил тяжести М(;) и момента внутренней силы F пружины 4, действующей на кулачок 1.

где ХА(ф) - переменное плечо упругой Fynp; YA - перемещение толкателя 2, определяющего силу действия пружины F .

Методика расчета разгружающего механизма строится на базе кинетостатической модели, в которой учитывается момент сил инерции М. Равенство нулю суммарного момента

позволяет определить необходимую зависимость разгружающего момента кулачка Мкул(ср), а задаваясь усилием пружины F , дает возможность построить профиль кулачка гл(ф) = (X/ + Y/y При изменении скоростного режима, влияющего на силы инерции, расчетные условия разгрузки механизма нарушаются, что может привести к росту динамических нагрузок механизма.

Конкретный пример частичного разгружения механизма от сил тяжести только в нескольких положениях будет рассмотрен в гл. 7.

Вопросы и задания для самоконтроля

  • 1. Опишите влияние передаточного отношения редуктора на производительность машины.
  • 2. Каким образом влияет передаточное отношение на развиваемую мощность двигателя?
  • 3. Как при проектировании обеспечивается максимальная производительность машины?
  • 4. Каким образом коэффициент загрузки двигателя влияет на расход энергии?
  • 5. Назовите цели применения разгружающих устройств.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >