Динамический анализ привода механизма

Целью динамического анализа работы привода механизма является оп­ределение истинной угловой скорости движения входного звена .

Источником энергии является привод механизма, включающий двига­тель (электродвигатель, ДВС, гидродвигатель), редуктор или другую понижающую передачу.

Механический комплекс, состоящий из механизма и привода, изображен на схеме (рис. 3.9). При этом звеном приведения является маховик.

Рис 3.9. Структурная схема механизма

Соединение валов и приводов механизма будем считать жестким, т. е. . Уравновешивающий момент на входном звене механизма является нагру­зочным моментом для привода.

Известно дифференциальное уравнение вращения вала привода

,

где – момент инерции массы привода; – угловая скорость вращения вала привода, которую можно связать с частотой вращения вала уравнением

;

– движущий момент привода, приведенный к фланцу соединительной муфты механизма; – момент нагрузки на привод.

Движущий момент привода зависит от частоты вращения вала привода и определяется характеристикой двигателя . Для асинхронного трехфазного электродвигателя вид характеристики показан на рис. 3.10.

При выполнении расчетов удобно характеристику двигателя привести к безразмерному виду, разделив и на , а частоту вращения ва­лов на .

Примем:

– среднее значение уравновешивающего момента в течение одного оборота вала механизма; – мощность, которую будем считать номинальной.

Запишем расчетное уравнение привода в безразмерном виде

,

где – относительный движущий момент двигателя; – относительный момент нагрузки; – относительная угловая скорость вращения привода.

Рис. 3.10 . Характеристика асинхронного электродвигателя

Максимально допустимая относительная скорость вращения для асинхронных ЭД ( – скольжение для длительного режима работы ЭД). Это режим вращения ЭД без нагрузки. Отсюда следует вывод, что относительная неравномерность вращения электропривода не должна превышать 8%, чтобы ЭД не переходил в генера­торный режим.

Таким образом, используя диаграмму уравновешивающего момента механизма в качестве нагрузки для привода, характеристику привода , осуществим интегрирование дифференциального уравнения привода. В результате интегрирования будем иметь зависимость во времени относительной угловой скорости вращения вала привода (рис. 3.11).

Оценив колебания угловой скорости вращения вала привода, можно вычислить степень неравномерности

Данную методику численно реализует программа ТММ50. Входной информацией для нее являются:

· диаграмма уравновешивающего момента (файл moment);

· номинальная частота вращения вала механизма ;

· номинальная мощность привода ;

· приведенный момент инерции привода ;

· тип привода (электропривод или гидропривод);

· наличие муфты сцепления.

Рис. 3.11. График изменения скорости вращения привода

Расчет выполняется по методу проб значений и . Результаты расчета работы привода и механизма заносятся в файл privod и осуществляют их анализ.

В выбранный момент времени на участке установившегося режима работы отмечаются и . Вычисляются степень неравномерности и средняя в течение одного оборота вала привода относительная скорость вращения вала

.

Средняя относительная частота вращения вала механизма должна быть равна единице. Когда превышает 1,0, то это означает, что привод имеет завышенную мощность и недогружен. Расчет следует повторить уже с меньшим значением номинальной мощности. Наоборот, когда меньше 1,0, это означает, что привод имеет заниженную мощность и перегружен. Расчет следует повторить с более высоким значением номинальной мощности.

Завышение нежелательно по причине возможного выхода ЭД в генераторный режим, а гидромотора – в насосный режим работы. Занижение нежелательно по причине перегрузки двигателя и опасности аварийного отключения ЭД.

В случае неудовлетворительной степени неравномерности изменяется величина приведенного момента инерции привода до тех пор, пока не будет получена ее требуемая величина. Если будет установлено, что степень неравномерности превышает требуемую, то следует увеличить . Наоборот, нужно уменьшить , когда меньше требуемой.

В результате пробных расчетов должно быть получено:

· приведенный момент инерции дополнительного маховика 15 кг м²;

· потребная мощность привода 20 кВт;

· степень неравномерности вращения 0,078.

Из файла privod на участке стационарной работы механизма должна быть построена диаграмма относительных моментов: – относительный движущий момент двигателя; – относительный момент нагрузки, (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Диаграмма относительных моментов привода