Читайте также: |
|
Классификация приводов. Большая часть тяговых коммутационных аппаратов — электромеханические; они осуществляют коммутации цепей в результате перемещения контактов. Устройства, выполняющие такие перемещения, называют приводами аппаратов. Тяговые аппараты — часть системы управления э. п. с., и их приводы выполняют не только чисто исполнительные функции (замыкание и размыкание контактов), но и часть распорядительно-информативных функций в системе управления. Так, приводы большинства реле — часть чувствительных элементов, выдающих дискретную информацию о показателях процессов в различных электрических цепях.
Приводы аппаратов выполняют также порядково-временное автоматическое связывание отдельных элементов сложной системы управления, т. е. обеспечивают правильную последовательность срабатывания различных элементов оборудования. Они же осуществляют функции ограничения свободных процессов — защиты в аварийных и экстремальных режимах. Некоторые приводы аппаратов выполняют логические операции (например, приводы дифференциальных реле), осуществляют регулирование отдельных процессов.
Так как тяговые аппараты работают в условиях действия многочисленных возмущений, к их приводам предъявляют повышенные требования в отношении стабильности характеристик, высокой помехоустойчивости и надежности. К этому добавляются требования эргономики, охраны труда, особенно электробезопасности, безопасности движения поездов.
Разнообразие условий работы, функций, особенностей эксплуатационного использования и условий производства приводит к многообразию разновидностей, типов и конструкций приводов аппаратов.
По условиям электробезопасности на э. п. с. непосредственный привод, т. е. привод, при котором аппарат приводится в действие непосредственно вручную, применяют преимущественно только для аппаратов цепей управления, осуществляющих распорядительноинформативные функции, а также различных разъединителей, переключаемых в обесточенном состоянии. Последние необходимо переключать вручную по условиям безопасности для того, чтобы машинист убедился в том, что произведенное им переключение действительно состоялось.Все исполнительные аппараты, осуществляющие переключения в высоковольтных цепях, выполняют с дистанционными приводами (приводы с дистанционным управлением), срабатывающими по сигналам цепей управления. В эти же цепи включены приводы коммутационных датчиков различных показателей (реле и др.). По принципу действия приводы с дистанционным управлением могут быть электромагнитными, электропневматическими, двигательными и даже гидравлическими.
Различают приводы и по их быстродействию. Быстродействующие приводы имеют минимально возможное время срабатывания. Для аппаратов оперативной коммутации время срабатывания приводов не имеет существенного значения. У приводов с выдержкой времени срабатывание искусственно задерживается.
Приводы аппаратов бывают индивидуальные (отдельный привод на одно контактное соединение коммутируемой цепи) и групповые (один привод к нескольким контактным соединениям коммутируемых цепей). Различают приводы и по числу фиксированных позиций. Для индивидуального привода возможны только две позиции (состояния): включено и выключено. У групповых приводов число позиций может быть различным: от 2 до 30—40. Многопозиционные приводы имеют или одну так называемую прямую последовательность переключений, или же две: прямую и обратную.
Силы, действующие на привод. Свойства привода определяются статикой и динамикой аппарата. Изменения соответствующих характеристик при поступательном движении рассматривают в зависимости от перемещения х, а при вращении — в зависимости от угла поворота а.
Статические характеристики предполагают рассмотрение сил и моментов при различных фиксированных (статических) состояниях или при очень медленном движении, когда dx/dt→0; , и при вращении, когда dα/dt→0;
.
Рассматривают соотношения сил и моментов. В общем случае силы можно разделить на те, которые вызывают движение и те, что препятствуют ему, т. е. силы сопротивления движению
. Аналогично для вращения это соответственно моменты
и
. Так, при включении простейшего контактора или другого подобного аппарата:
где — соответственно сила и момент пружины;
,
— соответственно силы трения и создаваемые ими моменты.
В зависимости от конструкции и расположения подвижных частей аппарата к значению может добавиться еще и вес подвижной части аппарата
. При включении аппарата
=
, где
— единственная сила, развиваемая приводом аппарата. Это же относится и к вращающим моментам
=
. При
=
или
=
Рис. 4.1. Статические характеристики выключения электроаппарата
подвижная система может находиться в состоянии равновесия, быть неподвижной или, что маловероятно, двигаться с постоянной скоростью. Для включения аппарата необходимо, чтобы
α,
И -
=
,
где ,
— соответственно приведенная масса и приведенный момент инерции подвижной части аппарата; α, g — соответственно ее поступательное и угловое ускорение.
Рассмотрим статическую характеристику выключения электроаппарата (рис. 4.1). Движущей является сила пружины =
. При этом
(x)=
(x)-
.
Ускоряющая сила (x) по мере выключения аппарата (увеличение перемещения х) снижается и при полном размыкании становится равной нулю. (Гашение кинетической энергии, накопленной подвижной системой при движении, не учитывается; оно может быть оценено при анализе динамики системы.)
Решая задачи динамики тяговых аппаратов, прежде всего определяются в том, какими считать перемещения — поступательными или угловыми. При углах поворота до 20° (иногда 30°) обычно движение считают поступательным. Это распространяется на большинство коммутационных тяговых аппаратов с индивидуальным приводом. В аппаратах с групповым приводом углы поворота значительны, поэтому для них указанное допущение неприемлемо.
Принцип расчета приводов. Для решения как задач статики, так и особенно динамики очень важно выбрать точку, относительно которой рассматриваются все перемещения. Обычно за нее принимают точку приложения силы привода к подвижной системе. К этой точке приводятся все силы, вращающие моменты, массы, моменты инерции.
Приведение основных показателей к исходной точке. Для безударных механизмов с этой целью используют уравнения кинетической энергии . Так, для приведения массы можно записать
(4.1)
Отсюда
=
.
где n — общее число элементов подвижной системы; — масса каждого элемента; ,
— скорость соответственно в точке приведения и в центре массы каждого элемента.
Исходя из кинематической схемы рассматриваемого аппарата отношение скоростей обычно можно заменить отношением геометрических размеров. Например, при повороте системы относительно какой-либо общей точки скорость пропорциональна
т.е. расстоянию от этой точки до i -го центра массы. При этом
≅
Если неизвестно положение центра массы i -го элемента относительно любой точки в трехмерном пространстве (например, точки О), его можно найти, разбив элемент на простейшие геометрические составляющие, для которых центры массы определяются по законам симметрии, а сами массы , где
— объем соответствующего элемента;
— его плотность.
При этом mt = 2<7уг7г, а координаты ,
,
центра массы относительно точки О в трехмерном пространстве:
=(
;
)/
)/
.
Чаще задачу удается решать в двухмерном пространстве благодаря симметрии деталей. Тогда
.
Значение определяют при различных перемещениях подвижной системы, так как отдельные элементы взаимно смещаются. По точкам строят зависимость
(х) (например, представленную на рис. 4.1). При вращении момент инерции относительно оси вращения
J = ,
где m — масса всей системы; ,
— радиус соответственно центра массы элемента и инерции всей системы.
По аналогии с приведенной массой приведенный момент инерции
=
(4.2)
Значение J также определяют для различных значений α.
Решение основной задачи динамики. Такой задачей является определение скоростей и ускорений движения подвижной системы аппарата и собственного времени его срабатывания. Будем использовать основной закон изменения кинетической энергии — равенство ее изменений сумме работы всех сил, приложенных к механизму,
(4.3)
где — работа (энергия) соответственно силы привода, сил сопротивления движению и ускоряющей.
При этом уравнение движения имеет вид
0,5()=
, (4.4)
где =
.
Аналогично при вращении
аг
0,5()=
(4.5)
Дальнейшее рассмотрение ведется применительно к поступательному перемещению, так как все, относящееся к вращательному, аналогично. Если принять = 0 и
= 0, то для любого значения
из уравнения (4.4)
. (4.6)
Ускорение в точке
Время достижения системой перемещения
=
Обычно зависимости (х) и
(х) не имеют точного математического выражения и представляются графически. Поэтому уравнения, приведенные выше, решают чаще всего графоаналитическим методом (рис. 4.2), применяя планиметрирование диаграмм. В качестве исходных служат приведенные на рис. 4.2, а зависимости
(х) и
(х), получение которых описано ранее. Для большей наглядности эти зависимости представлены применительно к простейшему аппарату импульсного действия (регулятора давления). Уравнение (4.6) для любой точки
,
где — площадь диаграммы
(х) в пределах от нуля до
,
— масштабы соответственно ускоряющих сил и перемещений.
Рис. 4.2. К расчету движения системы
Среднее значение приведенной массы можно определять планиметрированием диаграммы
(х) в пределах от нуля до
где — площадь диаграммы в отмеченных пределах;
— масштаб диаграммы
(х).
Так как (х)изменяется сравнительно мало, то не будет большой ошибкой принимать значение
, например, как среднее из двух крайних значений в принятом интервале
.
Задаваясь дискретными последовательными приращениями ,
можно по точкам получить всю зависимость v (х), представленную на
рис. 4.2, б. Она тем точнее, чем больше точек перемещения рассмотрено. Для определения показателей времени удобнее предварительно построить кривую обратной скорости (1/ v) (х) (рис. 4.2, б). Время перемещений
(рис. 4.2, г) можно определять также планиметрированием диаграммы (1/ v) (х)
≅
.
— площадь, ограниченная кривой (1/ v) (х)в пределах от нуля до
;
масштаб величины (1/ v).
Так как при v →0 величина 1/ v→∞, то выделяют участки в пределах 0 < х< 0,05Х — начальный и 0,95Х <х <. X — конечный и определяют приращения времени на них:
∆ ;
где — скорость при х = 0,05 Х;
— скорость при х = 0,95Х. Таким образом, полное время срабатывания аппарата
∆
+
=∆
+
.
При более сложных исходных зависимостях, когда резко изменяются значения надо выбирать расчетные точки так, чтобы резкие изменения величин не находились между ними. Рассмотренная методика позволяет также изучать процессы накопления и гашения кинетической энергии в системе, решать другие задачи.
Упрощенный метод расчета. Для расчета динамики привода применяется упрощенный метод конечных приращений. Порядок расчета следующий:
1)выделение приращений:
∆
2)определение ускорений и скоростей:
=
3)определение времени движения:
≅∆
/
+0,5∆
);
=
Для приводов распорядительных аппаратов (реле и др.) большое значение имеет стабильность характеристик, зависящая как от отклонений конструктивных параметров, так и от износов, особенно контактов. По технологическим причинам большие отклонения характеристик могут быть из-за отклонений характеристик пружин.
В тяговых аппаратах применяют преимущественно цилиндрические пружины, имеющие линейные характеристики. Сила, развиваемая такой пружиной,
=π
/(8
где d — диаметр проволоки; — механическое напряжение в витках пружин;
— средний диаметр витка; К≅1,1÷1,4 — коэффициент формы, учитывающий кривизну витков.
Наибольшее влияние на характеристики пружины может оказать диаметр проволоки. При установленных допусках на диаметр проволоки коэффициент вариации распределения жесткостей пружин v может достигать 0,05—0,07. В этом случае амплитуда отклонений жесткости от расчетной
∆Ж=±3v .
Такие пределы отклонений обусловливают большие пределы регулирования исходной установки пружин, а применять их без регулирования с такими отклонениями нельзя не только в распорядительных, но и в исполнительных
аппаратах. При калибровке пружинной проволоки обычно холодной протяжкой непосредственно на заводах-изготовителях удается получить v ≅0,03 ÷0,04, что уже приемлемо для исполнительных аппаратов и некоторых распорядительных. И лишь при индивидуальной тарировке пружин или их индивидуальном подборе удается достичь ∆Ж = ± (0,05 ÷ 0,06) . Поэтому при расчете аппаратов желательно проверять их характеристики при предельных отклонениях жесткости пружин
Дата добавления: 2015-07-12; просмотров: 190 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
ГАЗОВОЕ ДУГОГАШЕНИЕ | | | ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ |