3778.pdf К курсачу по ЭА

Для режима отпускания якоря из точки 4 проводится прямая, параллельная оси абсцисс, до пересечения с силовой характеристикой при

пр в точке 4ў . Через эту точку проводится прямая, параллельная оси

ординат. Эта прямая имеет абсциссу отп . Проводя прямые, параллельные оси абсцисс, на правом графике получают характеристики отпадания Fэл.отп . Таким же способом можно построить тяговую характеристику при номинальной н.с. ном (4.3), (4.4) и других ее значениях.

В процессе указанных построений необходимо производить согласование характеристик тягового усилия и противодействующих усилий.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРИВЕДЕНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ СИЛ.

ПОСТРОЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИЖУЩИХ И ПРОТИВОДЕЙСТВУЮЩИХ СИЛ

6.1. Определение и приведение действующих сил

Действующие силы – движущие и противодействующие.

Движение механизма аппарата может рассматриваться как движение по определенной траектории материальной точки, к которой приводятся все действующие силы – как силы движущие, так и силы сопротивления движению. Наглядное и точное представление о передаче и преобразовании движения звеньями механизма дает кинематическая схема.

В соответствии со схемой конструкции необходимо построить кинематическую схему, в которой должны быть указаны:

1) величина хода якоря магнитопровода;

2)расположение действующих сил, величины которых определены при силовом расчете;

3)теоретические длины плеч действующих сил.

Кинематическая схема строится для наиболее характерных положений цикла движения механизма, в том числе для двух крайних – включенного и отключенного положений аппарата. Одним из характерных положений коммутационных аппаратов является момент касания коммутирующих контактов.

При включении электрического аппарата движущая сила будет складываться из электромагнитной силы, развиваемой электромагни-

51

том, и силой тяжести подвижной части магнитопровода. Противодействовать этим усилиям будет сила упругости возвратных пружин, которые также создают и начальное противодействующее усилие.

Вмомент касания контактов аппарата начальная сила нажатия контактов осуществляется предварительным сжатием контактных пружин. Движущими силами являются усилия возвратных и контактных пружин.

Вкачестве движущих сил при отпускании якоря принимают только усилие, развиваемое электромагнитом, при допущении того, что возвратные пружины при отпущенном якоре не только обеспечивают необходимую начальную противодействующую силу, но и уравновешивают силу тяжести якоря.

Сила тяжести якоря

		Fя = стsяlя g, Н ,					(6.1)
где	ст	– плотность стали, кг м3 ; s	я	– сечение якоря, м2	;	l	– длина
						я
якоря,		м ; g – ускорение свободного падения, м с2 .
	По силовой характеристике определяют начальную противодейст-
вующую силу Fнач.пр , которая соответствует магнитодвижущей силе
срабатывания срб (рис. П3, б).
	Возвратная пружина при отпущенном якоре должна обеспечивать
усилие
		Fнач. в.п = Fнач.пр + Fя , Н .					(6.2)

6.2.Построение статических характеристик движущих

ипротиводействующих им сил

(механической характеристики)

Порядок построения. Целесообразно строить на одном графике обе характеристики действующих сил – характеристику движущих сил – характеристику движущих при включении аппарата (в рабочее его положение) сил – Fэ.ср и характеристику противодействующих им при

включении сил Fмў . Для удобства согласования таких двух характери-

стик они условно строятся в первом квадранте, хотя силы направлены в противоположные стороны.

52

Построение механической характеристики (рис. 6.1).

Построение характеристики Fмў сил, противодействующих электромагнитной силе

		Fмў	= Fк.пол +, Fнач.в.п , Н .		(6.3)
		Fэ.
		Fэ.
		Fмў.
Fк.пол		Fк.пол	Fэ.п.
		Fв.п		Fнач.в.п
	пр.	Провал	Раствор	от.
Рис.6.1. Построение механической характеристики

По ординатам графика откладывают приведенные значения сил.

1. На оси абсцисс откладывается величина хода якоря магнитопровода. В данном случае этот ход равен боковому рабочему воздушному зазору, который равен сумме величин раствора и провала (раздел 3, б).

2.Откладываем силу возвратной пружины Fнач.в.п .

3.При движении якорь преодолевает начальную противодействующую силу, соответствующую отрезку прямой с наклоном, равной коэффициенту жесткости пружины (или сумме коэффициентов жест-

кости пружин, если пружин несколько), kж .в.п = (2,1 3, 2)Ч103 Нм . 4. Суммарная сила возвратной пружиной за ход якоря

Fпр.сум = Fнач.в.п. + Fв.п. , Н ,

(6.4)

где Fв.п. – усилие, развиваемые возвратной пружиной за ход якоря, Н определяют по графику рис. П3, б.

53

5. Сила контактной пружины Fк.пол при притянутом якоре опреде-

ляется в процессе проектирования коммутирующих контактных; сила начального нажатия в момент касания контактов (принимается равной силе конечного нажатия – начальное нажатие осуществляется предва-

рительным натяжением пружины Fнач.к = (0,5 0,7) Fк.пол , Н . Приведенную силу начального нажатия откладывают по ординате в точке, соответствующей касанию контактов.

6. В момент касания контактов характеристика противодействующих усилий имеет скачок, обусловленный силой начального нажатия.

7. Сила конечного нажатия контактов Fк.пол – отрезок прямой ли-

нии с уклоном, равным сумме коэффициентов упругости возвратных и контактных пружин.

Характеристика движущих сил при отпускании якоря должна быть расположена выше характеристики противодействующих сил, обусловленных развиваемым усилием электромагнита. Характеристику строят, проецируя точки силовой характеристики, соответствующей отпусканию якоря.

Коэффициент возврата

	kвозв =	отп	.
		об.ср

Построение характеристики движущей электромагнитной силы

Fэ.ср при включении аппарата производится по значениям силы, определяемой в процессе расчета электромагнита.

6.3. Расчет возвратных пружин

Цилиндрические винтовые пружины, навитые из стальной углеродистой проволоки или прутка в зависимости от их размеров, могут развивать усилия, лежащие в диапазоне от долей ньютонов до килоньютонов, широко применяются и в малых, и больших аппаратах.

На основании теории деформации винтовой пружины, навитой из проволоки или прутка круглого сечения и воспринимающей осевую сжимающую или растягивающую нагрузку:

54

диаметр проволоки или прутка

				8 Fпр.возв	c		F пр.возв c
		dпр.в.п. =				= 1,6		, м ,
				д.кр			д.кр
где F	=	Fпр.сум	–	сила, развиваемая одной пружиной, Н;					n	–
пр.возв		nпр							пр

количество возвратных пружин; с – индекс пружины характеризует кривизну витка, определяющую концентрацию напряжений в материа-

ле, c =	Dcp.пр	= 16 8 ;			до	10 4			при	dпров < 0, 4Ч10-3 м до
	dпров
dпров > 2Ч10-3 м ;				д.кр – предел выносливости углеродистой пружин-
ной проволоки			д.кр = 360 570			Н мм2 ;
прогиб пружины
				8 F	D3	n		8 F		c3 n
	fпр		=	пр.возв	cp.пр	в	=		пр.возв	в	, м ,
				G dпр4 .в.п.
									G dпр.в.п.

где Dcр.пр – средний диаметр пружины, м ; dпр.в.п – диаметр проволоки

или прутка, м ; nв – количество рабочих витков пружины (при поджатых подшлифованных витках пружины сжатия полное количество дополнительных витков принимается равным wпр +1,5 ); G – модуль уп-

ругости сдвига при кручении; у углеродистой пружинной проволоки G = 79500 Нмм2 .

Количество витков проволоки или прутка

w	=	G dпр4	.в.п. fпр.возв		=	G dпр.в.п. fпр.возв		.
пр.возв		8 F		D3		8 F	c3
		пр.возв		cp		пр.возв

Определение размеров элементов пружины и количество витков

Исходными величинами являются необходимая сила F , которую должна развивать пружина, и необходимый прогиб fпр .

55

Индекс с < 4 принимать не следует вследствие того, что концентрация напряжений при этом становится недопустимой. При малых диаметрах проволоки индекс рекомендуется принимать больший, и наоборот.

Шаг возвратной пружины:

на растяжение tp (навивка виток к витку): tp = dпр.в.п ;

на сжатие tc (с расчетом на прогиб): tc = dпр.в.п + fпр .

wпр

Свободная длина пружины растяжения и сжатия:

lвозв.св.р = wвозв.прtc +1,5dвозв.пр .

6.4. Расчет контактных пружин

Диаметр проволоки или прутка

8 Fпр.возв

c

F пр.кон

c

dпр.в.п =

= 1,6

, м ,

д.кр

д.кр

где F

=

Fк.пол

– сила, развиваемая одной пружиной, Н;

n

– ко-

пр.кон

nпр

пр

личество возвратных пружин.

Коэффициент жесткости пружины

kпр.конт =

Fпр.кон

,

Н м ,

2n

где n – количество пружин.

Количество витков проволоки или прутка

w =

G dпр4 .к.п fпр

=

G dпр

.

(6.9)

пр

8 k

D3

8 F

c3

пр.кон

cp

пр.кон

56

Шаг контактной пружины:

	tкон.пр = dпр.к.п +	Fпр.кон	.	(6.10)
		wкон.пр Ч kпр.кон
	Свободная длина пружины растяжения и сжатия:
	lкон.св = wкон.пр Чtc +1,5 dпр.к.п , м;			(6.7)

6.5.Согласование характеристик движущих

ипротиводействующих им усилий

Согласование характеристик заключается в выполнении ряда основных требований.

1.Движущая сила должна быть больше, чем противодействующие силы. Динамическая характеристика движущей силы должна лежать ниже статической характеристики.

2.Минимально возможные значения движущих сил в положениях «трогания механизма» и касания контактов желательно иметь совпадающими с величинами противодействующих сил в этих точках.

3.Максимально возможные значения движущих сил необходимо ограничить, чтобы разность величин между движущими и противодействующими силами не была чрезмерной, а была только достаточной для получения необходимой скорости движения ведомого звена.

4.При снижении движущих сил в процессе отключения аппарата необходимо, чтобы характеристика отпадания якоря Fот проходила

ниже точки г характеристики, которая теперь при отключении выражает движущие силы (при включении они были противодействующими).

57

ЛИТЕРАТУРА

1.Гурский Д.А. Вычисления в MathCad. – Минск.: Новое знание, 2005. –

814 с.

2.ГОСТ 2.105-96. Общие требования к текстовым документам. – М.: ИПК Издво стандартов, 1996. – 27 с.

3.Мышкин Н.К., Кончиц В.В., Браунович М. Электрические контакты:

учебно-справочное руководство. – М.: Изд. дом «Интеллект», 2008. – 866.

4.Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов. – М.: Энергия,

1971. – 560 с.

5.Алиев И.И. Электротехнические материалы и изделия. Справочник. – Изд. 2-е, испр. – М.: ИП РадиоСофт, 2007. – 352 с.

6.Электротехнический справочник / В.Г. Герасимов, А.Ф. Дьяков, Н.Ф. Ильинский, В.А. Лабунков, В.П. Морозкин, И.Н. Орлов, А.М. Попов, В.А. Строев; под общей ред. В.Г. Герасимова. – М.: Энергия. – 630 с.

7.Витенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. – М.: Энергия,

1961. – 704 с.

8. Бepeнт В. Материалы и свойства электрических контактов в устройствах железнодорожного транспорта. – М.: Интекст, 2005. – 408 с.

9. Новиков Ю.Н. Теория и расчет электрических аппаратов. – Л.: Энергия,

1970. – 328 с.

10.Александров Г.Н., Борисов В.В., Иванов В.Л. Теория электрических ап-

паратов: yчебник для втузов по спец. «Электрические аппараты» / Г.Н. Александров, В.В. Борисов, В.Л. Иванов и др.; под ред. проф. Г.Н. Александрова. – М.: Высш. шк., 1985. – 312 с.

11.Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф., Гордон А.В. Проектирование электриче-

ских аппаратов авиационного электрооборудования / В.А. Балагуров, Ф.Ф. Галтеев, А.В. Гордон, А.Н. Ларионов; под ред. А.Н. Ларионова. – М.: Оборонгиз,

1962. – 516 с.

12.Гордон А.В., Сливинская А.Л. Электромагниты постоянного тока. – учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Энергия, 1972. – 248 с.

13.Гордон Л.В., Сливинская А.Г. Электромагниты постоянного тока. – М.: Госэнергоиздат, 1960. – 447 с.

14.Буткевич Г.В., Дегтярь В.Г, Сливинская А.Г. Задачник по электриче-

ским аппаратам: учеб. пособие для вузов по спец. «Электрические аппараты». – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1987. – 232 с.

58

59

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ......................................................................	4
2. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО АППАРАТА......	5
3. РАСЧЕТ КОММУТИРУЮЩИХ КОНТАКТОВ ....................................	5
3.1. Выбор материала и формы контактной поверхности коммутиру-
ющих контактов ................................................................................	6
3.2. Расчет параметров контактной системы .........................................	7
3.2.1. Расчет сильноточных коммутирующих контактов................	7
3.2.2. Параметры контактов ...............................................................	10
3.3. Расчет слаботочных коммутирующих контактов...........................	12
3.4. Ток сваривания ..................................................................................	13
3.5. Раствор и провал контактов .............................................................	14
3.6. Выбор и описание дугогасительной системы контакторов...........	14
4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТА......................	15
4.1. Анализ формы конструции электромагнита, выбор материала
магнитопровода и электромагнитных нагрузок .............................	16
4.2. Определение размеров элементов магнитопровода и обмоточного
пространства......................................................................................	17
4.2.1. Определение размеров элементов магнитопровода ..............	17
4.2.2. Определение площади обмоточного пространства и сторон
сечения обмотки........................................................................	21
4.3. Определение конструкционных размеров и обмоточных данных
катушки...............................................................................................
......................................................................................................................... 22
4.3.1. Определение размеров катушки электромагнита (рис. 4.1
и 4.2) ...........................................................................................	24
4.3.2. Размеры, характеризующие пространство, занятое провод-
никами в поперечном сечении электромагнита .....................	24
4.3.3. Определение длины сердечника электромагнита с внешним
притягиваемым якорем.............................................................	26
4.3.4. Определение размеров и площади сечения ярма (основания
скобы).........................................................................................	26
4.3.5. Определение площади и размеров сечения якоря .................	27
4.3.6. Определение сечения и размеров скобы.................................	28
4.4. Выбор величин рабочих и нерабочих воздушных зазоров и опре-
деление их расчетных площадей ......................................................	29
4.5. Разработка эскиза электромагнита ..................................................	30
4.6. Определение параметров катушки ..................................................	31
60