tmmivan

194

рости вращения (частоты коммутации контактов) центробежные силы грузов настолько изогнут упругие элементы, что тормозные колодки, вращающиеся совместно с грузами и валом модератора начнут касаться поверхности неподвижного тормозного барабана. Трение колодок о тормозной барабан создает тормозной момент, величина которого пропорциональна квадрату угловой скорости вала т.к.

Мторм=Fтр·Rтб=Рцб·k·Rтб=mrω2kRтб

где Rтб – радиус тормозного барабана

Fтр – сила трения на колодках

k – коэффициент трения скольжения m – масса грузов

r – радиус расположения масс грузов

Рост тормозного момента ведет к преобладанию сил полезного сопротивления и сил сопротивления модератора над движущими силами, а это, в свою очередь, к снижению частоты вращения вала прерывателя.

Рис. 9.7. Схема аварийной спасательой лебедки с инерционным тормозом.

195

Падение частоты вращения вала ниже расчетной приведет к уменьшению центробежной силы, снижению тормозного момента, а следовательно и новому росту скорости вращения, что обеспечивает вращение вала с заданной скоростью, при весьма незначительных колебаниях ее относительно среднего значения.

Модераторы, их принцип действия используется в конструкциях аварийно - спасательных лебедок и некоторых скоростных лифтах, где они иногда называются инерционными тормозами рис. 9.7.

Спусковые и электроконтактные регуляторы позволяют обеспечивать, большую, чем у тормозных точность регулирования скорости.

Однако важной особенностью этих устройств является то, что их функционирование приводит к прерывистому характеру движения выходного вала (звена). По этой причине их применяют в механизмах с небольшими скоростями движения и относительно малыми массами (во избежание роста сил инерции). Спусковые и электроконтактные регуляторы применяются в приборах времени (часах), счетчиках, лентопротяжных механизмов регистрирующих приборов, электродвигателях лентопротяжных механизмах магнитофонов и др.

Примером использования спусковою регулятора являются механические часы (рис. 9.8.)

196

о

Рис. 9.8. Схема спускового регулятора настенных часов

Анкерному колесу через барабан сообщается движущий момент от гиревого двигателя и создаваемый действием силы тяжести па плече, равном радиусу барабана. При отклонении маятника и крайнее правое положение снизанный е ним анкер удерживает анкерное колесо отвращения до тех нор, пока маятник с анкером при обратном ходе маятника не пройдут через равновесное положение.

Затем анкер, выйдя из зацепления с анкерным колесом даст возможность ему провернуться на величину шага.

Вблизи крайнего левого положения маятника анкер набегает на венец анкерного колеса и при соударении с ним получает импульс

197

энергии от гиревого двигателя, благодаря которому осуществляется перемещение маятника в крайнее правое положение.

Стабильность скорости хода таких часов определяется стабильностью колебаний маятника, а она в свою очередь точностью геометрии анкерного колеса и термостабильности маятникового подвеса (его длины от температуры).

Всиловых, нагруженных машинах применение модераторов неэффективно, поскольку избыточная энергия двигателя превращается

втепло тормозным механизмом, не совершая при этом полезной работы.

Для обеспечения постоянства скорости в силовых машинах широкое применение находят регуляторы. Регуляторы осуществляют изменение движущих сил в соответствии с величиной сил сопротивления. Они реализуют более полное использование энергии двигателя и соответственно больший коэффициент полезного действия.

Взависимости от способа воздействия регулятора на регулируемый объект их подразделяют на регуляторы прямого и косвенного действия.

Врегуляторах прямого действия рис. 9.9., при отклонении скорости машины от номинальной чувствительный элемент – датчик скорости (в данном случае центробежного действия) через передаточный механизм воздействует на орган управления скоростным режимом двигателя (здесь карбюратора или топливного насоса) вызывая соответственно снижение или увеличение подачи топлива в двигатель, тем самым, восстанавливая его скоростной режим до номинального.

198

Регуляторы прямого действия находят широкое применение для регулирования скорости вращении дизельных двигателей грузовых автомобилей, тракторов, бензиновых двигателей в составе мобильных электрогенераторных установок, сварочных агрегатов, автомобильных рефрижераторов.

Привод регулятора

Карбюратор

Исполнительная ма-

ДВС

шина сва-

Возвратная

рочный генератор (САГ)

пружина Грузы центробежного генератора

Рис. 9.9. Схема сварочного агрегата с управлением ДВС посредством центробежного регулятора прямого действия.

В машинах, где для перемещения звена, управляющего скоростным режимом машины требуется значительное усилие или повышенная точность регулирования применяются регуляторы косвенного (не прямого) действия.

Особенностью регуляторов косвенного действия (регуляторов с сервоприводом) рис. 9.10. является то, что между чувствительным регистрирующим элементом – датчиком скорости и звеном, управляю-

199

щим скоростным режимом машины вводится усилительное и силовое исполнительное устройства.

При этом и датчик скорости и усилитель с исполнительным устройством могут быть выполненными на основе различных принципов. В частности с использованием электрического таходатчика, электронного усилителя и исполнительного устройства с электродвигателем или же центробежного датчика с жиклером переменного сечения, гидро или пневмо цилиндра.

Рис. 9.10. Схема паровой электрогенераторной установки с регулятором непрямого действия

Регуляторы непрямого действия позволяют осуществлять коррекцию регуляторных характеристик за счет управления параметрами усилителя, осуществлять регулирование по заданным через усилитель программам, а так же обеспечивать дистанционное управление машиной.

Наиболее эффективным и экономически целесообразным способом регулирования скорости машин является преднамеренный выбор двигателя с механической характеристикой, которая в сочетании с

200

механической характеристикой исполнительной машины или рабочего органа обеспечивают саморегулирование машинного агрегата.

Механической или внешней характеристикой называют зависимость эффективного крутящего момента, эффективной мощности и расхода топлива (тока для электрических машин) от частоты вращения вала машины при максимальной и неизменной подаче питания.

Механические характеристики различных машин весьма существенно отличаются друг от друга. При этом механическую характеристику двигателя, способного функционировать в чрезвычайно узком интервале скоростей принято называть абсолютно жесткой, а двигателя, способного функционировать в широком интервале скоростей абсолютно мягкой (рис. 9.11.). Для реальных машин - двигателей характерным является уменьшение крутящего момента Мдв с увеличением угловой скорости ω (рис. 9.12.), а для рабочих (исполнительных) машин напротив – увеличением момента сопротивления Мс с

увеличением угловой скорости ω (рис. 9.13.).

Рис. 9.11. Механические характеристики двигателей с абсолютно жесткой (а) и абсолютно мягкой (б) зависимостью

201

(Отто)

Рис. 9.12. Механические характеристики машин – двигателей

Рис. 9.13. Механические характеристики исполнительных машин и нагрузок на исполнительных органах

202

Любая машина может стабильно работать на определенном скоростном режиме лишь тогда, когда момент движущих сил двигателя равен моменту сопротивления исполнительного органа или машины. При этом и вращение главного вала машины будет совершаться с постоянной угловой скоростью. Для выполнения этого условия на любом скоростном режиме необходимо полное совпадение механических характеристик двигателя и исполнительной машины, что практически неосуществимо. К тому же, любое внешнее непредвиденное возмущение может нарушить равенство моментов и вывести машинный агрегат на неуправляемый скоростной режим вплоть до остановки или разноса. Обычно механические характеристики двигателя и исполнительной машины имеют лишь одну рабочую точку (точку пересечения соответствующих графиков) рис. 9.14., где значения движущего момента и момента сопротивления равны. Это состояние работы машины принято называть номинальным режимом.

Расположение механических характеристик друг относительно друга и значение угла между кривыми графиков момента вблизи точки, соответствующей номинальному режиму определяет характер поведения машинного агрегата при колебаниях моментов сопротивления от возмущающих факторов в процессе работы машины.

В качестве иллюстрации, на рис. 9.14. представлены механическая характеристика двигателя автомобиля, приведенная к его колесам и характеристика нагрузки на колесах, включающая в себя сопротивление трансмиссии, качению колес, скольжению колес и сопротивление воздуха.

203

Рис. 9.14. Механические характеристики двигателя и нагрузки автомобиля с устойчивым характером движения

Баланс момента двигателя и нагрузки выполняется при номинальной скорости ωном. При этом автомобиль движется с постоянной скоростью. В реальных условиях существует множество причин (внезапный встречный порыв ветра, участок дороги с повышенным подъемом, сопротивлением качению) способных уменьшить скорость движения автомобиля. Новый режим (состояние перегрузки) в котором будет пребывать машина, на графиках механических характеристик соответствует ωn.

При действии дополнительной нагрузки, соответствующей режиму ωп имеет место избыток крутящего момента двигателя Мд над моментом сопротивления нагрузки (дороги) Мн. Избыток крутящего момента двигателя обуславливает движение с ускорением, ведущее к увеличению скорости движения вплоть до достижения автомобилем номинальной скорости. Если в случае кратковременного воздействия внешних факторов произошло увеличение скорости автомобиля (участок дороги с уклоном, попутный порыв ветра), то на графиках