shpory_ptm_Olzhas


История и тенденции развития приводов технологических машин в горно-металлургической и нефтегазовой отраслях.1838 г. –академик Якоби изобрел двигатель постоянного тока.
1889 г. – Доливо - Добровольоский изобрел асинхронный двигатель.
1879 г . – офицер русского долота Костович В.С. , изобрел корбюраторный двигатель.
1893 г . – Рудольф Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания (ДВС) работающий на солярке и двигатель называется дизельным .
1962 г . – Гамынин Н.С. опубликовал монографию о гидроприводах .
1962 г . – Герц Е.В. , опубликовал монографию о пневмоприводе.
2 Определения основных видов приводов технологических машин и исполнительных механизмов.
, совокупность устройств для преобразования электрической энергии в механическую и регулирования потока преобразованной энергии по определённому закону. Э. является наиболее распространённым типом привода.
Основные типы
Э. По конструктивному признаку можно выделить три основных типа Э.: одиночный, групповой и многодвигательный. Одиночный Э. применяют в ручных машинах, простых металлообрабатывающих и древообрабатывающих станках и приборах бытовой техники. Групповой, или трансмиссионный, Э. в современном производстве практически не применяется. Многодвигательные Э. — приводы многооперационных металлорежущих станков, мономоторный тяговый Э. рельсовых транспортных средств. Кроме того, различают Э. реверсивные и нереверсивные (см. Реверсивный электропривод), а по возможности управления потоком преобразованной механической энергии — нерегулируемые и регулируемые (в том числе автоматизированный с программным управлением и др.)
Основные части
 Э. Э. всех типов содержат основные части, имеющие одинаковое назначение: исполнительную и устройства управления.
Исполнительная часть Э. состоит обычно из одного или нескольких электродвигателей (см. Двигатель электрический) и передаточного механизма — устройства для передачи механической энергии двигателя рабочему органу приводимой машины. В нерегулируемых Э. чаще всего используют электродвигатели переменного тока, подключаемые к источнику питания либо через контактор или автоматический выключатель, играющий роль защитного устройства, либо при помощи штепсельного разъёма (например, в бытовых электроприборах). Частота вращения ротора электродвигателя такого привода, а следовательно, и скорость перемещения связанного с ним рабочего механизма, изменяется только в зависимости от нагрузки исполнительного механизма. В мощных нерегулируемых Э. применяют асинхронные электродвигатели. Для ограничения пусковых токов между двигателем и источником устанавливают пусковые реакторы или автотрансформаторы, которые после разгона двигателя отключают. В регулируемых Э. чаще всего применяют электродвигатели постоянного тока, частоту вращения якорей которых можно изменять плавно, т. е. непрерывно, в широком диапазоне при помощи достаточно простых устройств управления.
  В устройства управления входят: кнопочный пульт (для пуска и останова электродвигателя), контакторы, блок-контакты, преобразователи частоты и напряжения, предохранители, а также блоки защиты от перегрузок в аварийных режимах. При питании Э. от источника переменного тока, что характерно для Э., используемых в промышленности и на электроподвижном составе, двигатели которого питаются от сети переменного тока, в качестве преобразующих устройств применяют электромашинные или статические преобразователи электроэнергии — выпрямители.
Гидравлический привод (гидропривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).
Функции гидроприводаОсновная функция гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода — это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины .Виды гидроприводов
Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные.
В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости (и соответственно скорости движения жидкостей в гидродинамических приводах велики в сравнении со скоростями движения в объёмном гидроприводе).
В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости (в объёмных гидроприводах скорости движения жидкостей не велики — порядка 0,5-6 м/с).
Объёмный гидропривод — это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы,аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.
Классификация приводов технологических машин (лекция 2) и наиболее характерные тенденции их развития.
Классификация приводов.
Привод - это система, состоящая из двигателя, системы управления этим двигателем и передачи от двигателя к рабочему органу.В зависимости от назначения различают:· силовой привод - для привода механизмов;· привод управления (двигателями, тормозами, муфтами и т.п.).По виду используемой энергии для создания движущего момента или усилия:· ручной,· паровой,· привод от ДВС,· электрический,· гидравлический,· пневматический.· комбинированные      - дизель-электрический,      - дизель-гидравлический и т.п.
Для специальных ГПМ при выборе привода учитываются:· соответствие свойств приводного двигателя заданному режиму ГПМ,· характер внешних нагрузок      - диапазон их изменения,      - зависимость от параметров движения,      - учет инерционности механизма,      - учет трения в конструкции и т.п.,· стоимость изготовления и эксплуатации машины с данным типом привода,· возможность использования того или иного вида энергии в достаточном количестве,· удобство управления ГПМ,· особенности эксплуатации ГПМ:      - взрывобезопасность,      - пожаробезопасность,      - температура окружающей среды,      - постоянная готовность к работе и т.п.· зависимость работы ГПМ от источника энергии,· соответствие габаритов привода требованиям рациональной компоновки машины,· диапазон регулирования скорости.Наиболее широко используются следующие привода:· ручной,· электрический,· гидравлический.
Недостатки привода от ДВС:· невозможность пуска под нагрузкой,· обеспечивают вращение только в одну сторону,· невозможность работы с большими перегрузками.
Пневмопривод применяется сравнительно редко - обычно при работе во взрывоопасных помещениях и в качестве управляющего привода (тормозами, муфтами и т.п.).
5 Общие требования к кинематическим схемам приводов технологических машин, рекомендуемые виды передач и их выбор.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КИНЕМАТИЧЕСКИМ СХЕМАМВыбор и обоснование кинематических схем является первым этапом проектирования передачи. Кинематическая схема строится в зависимости от назначения и условий работы машины. Передачи, устанавливаемые между двигателем и рабочей машиной (рабочий орган), призваны исполнять целый ряд функций, главными из которых являются:1)    понижение или повышение скорости на рабочем органе;2)    повышение или понижение крутящего момента;3)    изменение траектории или характера движения;4)    изменение направления движения (реверсирование);5)    изменение плоскости движения;6)    суммирование или разделение движений и моментов от нескольких двигателей;7)    регулирование скорости;   предохранение деталей и сборочных единиц машины от поломок при перегрузках.Выбор кинематической схемы во многом зависит от двигателя, используемого для привода, и требований, предъявляемых к рабочей машине (характер и траектория движения, скорость, крутящий момент и т. д.). Двигатели в зависимости от формы траектории движения его ведущего органа могут быть с вращательным и Еозвратно-поступательным движением. Рабочие органы по форме траектории разделяются на вращательные, возвратно-поступательные, с качательным и сложным движениями, а по характеру движения — с монотонным, разнообразным и циклическим движениями.В машинах с монотонным движением рабочего органа скорость постоянна и длительное время направлена в одну сторону. Двигатель в таких машинах непосредственно соединен с рабочим органом или между ними устанавливается какая-либо передача (зубчатая, цепная, ременная и т. д.). Примерами та^их машин могут служить вентиляторы, транспортеры и т. д.Машины с разнообразным движением имеют переменный силовой и скоростной режимы, которые изменяются вручную или автоматически В таких машинах между двигателем и рабочим органом должна быть установлена управляемая передача (коробка скоростей, вариатор и т. д.). Примерами машин с разнообразным движением служат транспортные машины, станки и т д. Машины, относящиеся к этой группе, характеризуются тем, что движение их рабочего органа происходит по установленному циклу, определяемому условиями работы машины или характером технологического процесса. По такому принципу работают многие автоматы, механизм газораспределения ДВС и т. д. В кинематические схемы таких машин обычно включаются механизмы, позволяющие задавать и регулировать работу машины, кулачковые, кулисные механизмы, механизмы’мальтийского креста, рычажные механизмы и т. д.
ВИДЫ ПЕРЕДАЧ, ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ.
В приводе оси с ЧПУ передача используется для преобразования вращательного движения вала двигателя в поступательное движение вдоль оси. Ниже перечислены наиболее широко используемые виды передач в станках ЧПУ.
Передача винт-гайкаПод передачей винт-гайка подразумевается пара стальной винт с трапецеидальной или метрической резьбой и гайка . Данный вид передачи является передачей с трением скольжения и на практике в свою очередь имеет несколько разновидностей.
Строительная шпилька и гайка. Строительные шпильки с гайкой Самый бюджетный вариант. Строительная шпилька вообще не предназначена для использования в станкостроении, техпроцесс её изготовления нацелен на применение в строительной сфере, вследствие чего данный вид передачи обладает самым полным набором недостатков - высокой погрешностью, низкой прямолинейностью, малыми нагрузочными характеристиками, малой износостойкостью, высоким трением и т.д. Однако, все же применяется в DIY-станках, изготавливаемых в учебных целях, вследствии низкой себестоимости. Если Вы решили во что бы то ни стало сэкономить на передаче и поставить строительную шпильку, обязательно предусмотрите возможность замены её на трапецеидальный винт или ШВП! Скорее всего, станок на строительной шпильке не оправдает Ваших надежд.
Приводной винт с трапецеидальной или прямоугольной резьбой. 
Передача винт-гайкаВинт с трапецеидальной резьбой - наиболее распространный вид передачи в металлообрабатывающих станках в прошлом веке и по настоящее время. Трапецеидальные винты производятся их разных видов конструкционных углеродистых сталей путем нарезки резьбы на стальном прутке или её накатки. Накатные винты имеют существенно лучшие характерстики, чем нарезные. Широкое применение трапецеидальных винтов обусловливается их широкой номенклатурой, доступностью на рынке винтов разных классов точности, от C10 до С3. Гайка на винт изготавливается из износостойких материалов, таких, как полиамиды(капролон, нейлон), тефлон, бронза.
Шарико-винтовая передача (см. основную статью: ШВП) передача винт-гайка ШВП, или шарико-винтовая передача(также называют "шарико-винтовая пара"), в настоящий момент является стандартом де-факто при строительстве станков с ЧПУ. Стальной винт с беговыми дорожками для шариков, подвергнутый индукционной закалке и последующей шлифовке, и специальным образом подогнанная гайка с циркулирующими внутри шариками. При вращении винта гайки катятся по беговым дорожкам, передавая усилие на корпус гайки. Такая передача отличается высокой точностью, высокими КПД (80, 90% и более) и ресурсом. ШВП чаще используется в станках с ЧПУ, так как его использование позволяет использовать двигатели меньшей мощности(не требуются столь существенные усилия страгивания, как в случае с передачей винт-гайка). ШВП поставляется как законченная пара, не требует подгонки гайки и зачастую не требует обработки концов для установки в опоры - это делает производитель, т.е. ШВП зачастую соответствует принципу plug and play, тогда как в случае использования трапецеидальных винтов гайки и винты зачастую изготавливаются в разных местах, и могут потребовать тщательной подгонки, без которой могут возникнуть зазоры, люфты, повышенное трение, износ и т.п. ШВП хуже переносит опилки,пыль и отсутствие смазки, чем передача винт-гайка, при попадании инородного тела даже очень малого размера передача может подклинивать, т.к. соседние шарики в канале вращаются в противоположном направлении.
Зубчатая передачаЗубчатые передачи, применяемые в станках с ЧПУ, бывают 2 видов
Ременная передача Зубчатая ременная передача Ременная передача используется в тех случаях, когда масса движимой части невелика. Зубчатый ремень растягивается вдоль оси и фиксируется по концам специальными пластиками. Зубчатый шкив надевается непосредственно на вал двигателя, закрепленного на движимой части(портале), плотных обхват шкива ремнем обеспечивается натяжными роликами, которые обычно изготавливаются из подходящих по размеру радиальных шарикоподшипников. Главный минус ременной передачи - свойства ремня. Несмотря на то, что все приводные ремни армированы стальным или стекловолоконным кордом, это не спасает его от растяжения, и чем длиннее ремень, тем сильней он будет тянуться. Чем сильнее тянется ремень, тем меньше точность и ниже частота собственных колебаний - передача может попадать в мощнейший резонанс на самых необходимых частотах перемещений. Этот эффект можно снизить, закрепив отрезок ремня на станке зубцами вверх, и наложив на него зубец-в зубец еще один ремень, приподняв петлю, в которую размещается шкив. Как видно из схемы, растяжению подвергается его незначительный по длине отрезок, что нивелирует указанные выше недостатки. Ременная передача дает мягкое движение, если нет резонанса, в отличие от ШВП практически не боится пыли и стружки, а также позволяет регулировать натяг ремня для выборки люфта, из-за чего в первом приближении зачастую ременные редукторы рассматриваются как безлюфтовые. Ремни используются, как правило, там, где нет высоких требований по точности и мала масса портала и нагрузка на рабочий инструмент - раскроечные станки плазменной резки, пенорезки.
Зубчатая рейка 
Зубчатая реечная передачаСтальная зубчатая рейка используется на широкоформатных раскроечных станках плазменной и лазерной резки, портальных фрезерных станках широкого формата, форматно-раскроечных станках, где использование ШВП невозможно по причине провисания винта, а также где нужна высокая скорость перемещения
6  Разработка кинематических схем приводов технологических машин, установление их коэффициента качества.Разработка кинематической схемы привода модуля выполняется на основе его структуры, составленной с учетом требуемых функциональных подсистем, выбранных технических характеристик и принятой компоновки. В частности, наличие подсистемы ИС – изменения скорости в процессе обработки обусловливает необходимость разработки автоматического привода модуля с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя. Такой привод также необходим для многоцелевого станка в целях обеспечения его повышенных технологических возможностей.Приводы с бесступенчатым регулированием в распространенных станках с ЧПУ содержат регулируемые электродвигатели и переборные коробки. В качестве двигателяей применяются электродвигатели постоянного тока или асинхронные с частотным регулированием. Переборная коробка в таком приводе служит для расширения диапазона регулирования частот вращения шпинделя RэР, осуществляемого с постоянной мощностью. С целью уменьшения количества ступеней переборной коробки целесообразно применение электродвигателя с увеличенным диапазоном регулирования RэР. В ряде случаев это может достигаться за счет выбора электродвигателя с повышенной мощностью. Для такого двигателя при определенной номинальной частоте вращения соответственно коэффициенту повышения мощности увеличивается диапазон регулирования RэР. На рис. 2 в качества примера приведены графики изменения мощности электродвигателя и мощности на шпинделе в зависимости от частоты вращения. Вариант б) отличается от варианта а) применением электродвигателя с повышенной мощностью и более простой переборной коробки с меньшим количеством ступеней. Более рациональное использование диапазона регулирования RэР такого электродвигателя может быть достигнуто, если наряду с повышением мощности увеличивается номинальная частота вращения его вала. В связи с тем, что повышение мощности электродвигателя может отразиться на увеличении стоимости модуля, выбор варианта привода должен сопровождаться технико-экономическим обоснованием. Разработка кинематической схемы привода главного движения модуля со ступенчатым регулированием проводится в последовательности [9]:- выбор структурной формулы привода;- составление принципиальной кинематической схемы;- построение структурной сетки;- построение графика частот вращения валов;- расчет частных передаточных отношений ременных и зубчатых передач;- определение диаметров шкивов и чисел зубьев колес;- проверка кинематического расчета.При разработке кинематической схемы привода главного движения модуля с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя необходимо предварительно определить параметры переборной коробки – знаменатель регулирования пк и количество ступеней частот вращения zпк, а также уточнить используемые наибольшую и наименьшую частоты вращения вала электродвигателя [7, 9].Выбор варианта структурной формулы привода следует проводить с учетом использования методов улучшения кинематики приводов станков, предусматривающих применение коробок со сложенной структурой, с частичным совпадением скоростей и со связанными зубчатыми колесами [1, 7, 9]. Для предварительно определенных вариантов структурных формул нужно построить принципиальные кинематические схемы, структурные сетки и графики частот вращения валов. На основании этого определяются обобщенные показатели вариантов привода и осуществляется выбор рационального варианта.  Пример разработки кинематической схемы модуля привода главного движения с бесступенчатым регулированием частот вращения шпинделя
8 Классификация электроприводов. Уравнения моментов поступательного и вращательного движения двигателя и исполнительного механизма технологических машин.Электроприводы обычно классифицируются по виду движения и управляемости, по способу передачи энергии и по другим критериям.
По виду движения все электроприводы могут быть вращательного и поступательного однонаправленного или реверсивного движения. В отдельную группу выделяют устройства возвратно-поступательного движения. В зависимости от механического передаточного устройства выделяют:
редукторный электропривод, который содержит один из видов механического передаточного устройства;
безредукторный, двигатель которого соединен непосредственно с исполнительным органом.
По принципу регулирования скорости электроприводы бывают регулируемые и нерегулируемые. По положению исполнительного органа они могут быть:
следящими, которые воспроизводят перемещение исполнительного органа в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;
программно-управляемые, обеспечивающие перемещение исполнительного органа согласно заданной программе;
адаптивные, которые обеспечивают автоматически оптимальный режим движения при изменении условий его работы;
позиционные, регулирующие положение исполнительного органа рабочей машины.Передача механической энергииПо способу передачи механической энергии исполнительному органу электроприводы бывают групповые, взаимосвязанные и индивидуальные. Групповые электроприводы устроены так, что от одного двигателя через трансмиссию приводится в движение сразу несколько исполнительных органов рабочих машин. Такой электропривод является неэкономичным, его эксплуатация и автоматизация технологических процессов усложнены. По этим причинам это устройство практически не применяется в настоящее время, оно уступило место взаимосвязанным и индивидуальным приводам.Взаимосвязанный электропривод состоит из двух или более индивидуальных приводов, электрически или механически связанных между собой. Такое устройство может применяться по технологическим и конструктивным соображениям. Примером такого механизма является привод длинного цепного или ленточного конвейера и т.п.Каждый исполнительный орган рабочей машины индивидуального электропривода приводится в движение своим отдельным двигателем. В настоящее время индивидуальный электропривод широко применяется в различных машинах и оборудовании.Еще один важный критерий, по которому классифицируются электроприводы – это уровень автоматизации. Они могут быть:
неавтоматизированные;
автоматизированные;
автоматические
Чаще всего используется последние два типа, так как они наиболее просты в эксплуатации, надежны и долговечны. Существуют и другие разновидности электроприводов, но представленная классификация является стандартной, так что стоит выбирать устройство согласно этим критериям.
9 Статистическая устойчивость электропривода. Механические характеристики электродвигателя и исполнительного органа технологической машины.
Статическая устойчивость электропривода, то есть устойчивость его в установившихся режимах работы зависит от взаимного расположения механических характеристик двигателя и рабочей машины, от величины коэффициентов жесткостиβД и βC этих характеристик.
Условием статической устойчивости электропривода является: βД-βC<0 илиβД<βC, где βД и βC – соответственно жесткости механических характеристик двигателя и исполнительного органа
Докажите, что при соблюдении условия βc>βд left0в ЭП присутствует статическая устойчивость.
Рассмотрим работу механической части электропривода с позиций теории автоматического управления. Уравнение движения электропривода - это дифференциальное уравнение первого порядка:где р - оператор дифференцирования по времени. Из него следует, что:

Дифференцируя это соотношение по ω, получим:

Из этого выражения следует, что корень дифференциального уравнениябудет отрицательным (р<0), то есть система электропривода будет устойчива лишь при условии, что β-βC<0, то есть когда β<βC.
  Выполняется ли в точке «А» условие статической устойчивости, докажите результат.
left0
При увеличении скорости (то есть при +Δω>0) ΔМ<ΔМС, ΔMJ<0, dω/dt<0, электропривод начинает замедляться, стремясь уменьшить скорость и вернуться в устойчивое состояние (точку A). При уменьшении скорости (то есть при -Δω<0) ΔМ>ΔМС, ΔMJ>0, dω/dt>0, электропривод будет ускоряться, стремясь увеличить скорость и вернуться в устойчивое состояние (точку A). Таким образом, сочетание характеристик ω=f(М) и МС=f(ω), показанное на рисунке, соответствует состоянию статической устойчивости электропривода.
 
10 Выбор системы электроснабжения приводов и типов электродвигателей, способов регулирования их скоростей для различных технологических машин.
Электродвигатель должен наиболее полно отвечать технико-экономическим требованиям, т. е. отличаться простотой конструкции, надежностью в эксплуатации, наименьшей стоимостью, небольшими габаритами и массой, обеспечивать простое управление, удовлетворять особенности технологического процесса и иметь высокие энергетические показатели при различных режимах работы.
Выбор электродвигателей для нерегулируемых приводов малой и средней мощности
В нерегулируемых приводах малой и средней мощности используют в большинстве случаев трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, конструктивное исполнение которого согласуют с необходимыми пусковыми условиями производственного агрегата. Если эти двигатели не могут обеспечить условия пуска, применяют трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором, благодаря которому можно не только получить увеличенный начальный пусковой момент, но и добиться его снижения до заданного значения.
Выбор электродвигателя по номинальной частоте вращения
При выборе номинальной частоты вращения двигателя следует исходить из того, что при всех прочих равных условиях двигатели повышенной быстроходности имеют меньшие габариты, массу, стоимость и отличаются более высокими энергетическими показателями, чем аналогичные им тихоходные. Однако слишком высокая быстроходность вынуждает вводить сложное передаточное устройство между валами двигателя и рабочей машины, в результате чего преимущества быстроходного двигателя могут свестись на нет.
Окончательный вариант привода рабочей машины с малогабаритным быстроходным двигателем и достаточно сложным передаточным устройством или с тихоходным двигателем, отличающимся повышенными габаритами, соединенным с рабочей машиной муфтой, выбирают в результате технико-экономического расчета и сопоставлений обоих вариантов с учетом удобства монтажа, ухода и эксплуатации производственного агрегата.
Выбор электродвигателей для установок с необходимостью регулирования частоты вращения
В случае необходимости регулирования частоты вращения механизма в широком диапазоне могут использоваться двигатели постоянного тока, сервоприводы и асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, работающие в комплекте с частотными преобразователями.
Электродвигатели постоянного тока применяют в тех приводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости вверх от номинальной.
Сейчас, электроприводы с двигателями постоянного тока постепенно вытесняются асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами. Преобразователи частоты позволяют широко применять регулируемые асинхронные электроприводы там, где раньше применялись нерегулируемые электроприводы или регулируемые электроприводы постоянного тока.
Регулируемые привода с асинхронными двигателями позволяют снизить эксплуатационные затраты, повысить перегрузочную способность, надежность и снизить требования к среде эксплуатации.
Сервопривод - это система привода, которая в широком диапазоне регулирования скорости обеспечивает динамичные, высокоточные процессы и обеспечивает хорошую их повторяемость. Это система, предназначенная для отработки момента, скорости и позиции с заданной точностью и динамикой. Классический сервопривод состоит из двигателя, датчика позиции и системы управления, имеющей три контура регулирования (по позиции, скорости и тока).
В настоящее время, сервоприводы применяются там, где недостаточно точности регулирования обычных общепромышленных преобразователей частоты. Применение высококачественных сервоприводов необходимо в высокопроизводительном оборудовании, где главным критерием является производительность.
Выбор конструкции электродвигателя
Конструкцию двигателя выбирают, исходя из условий окружающей среды с учетом особенностей соединения двигателя с рабочей машиной. Основное внимание при этом уделяют защите обмоток и токопроводящих частей двигателя от вредных воздействий окружающей среды в связи с наличием пыли, влаги, едких паров, высокой температуры, а также взрывоопасных смесей, когда необходимо предусматривать соответствующие меры защиты самой среды от взрыва, обусловливаемого искрообразованием в машине. Предприятия-изготовители выпускают открытые, защищенные и закрытые двигатели.
Выбор формы исполнения электродвигателя
Форма исполнения двигателя определяется положением вала и формой его свободного конца, числом и родом подшипников, способом установки и крепления машины и т. п. В большинстве случаев применяют двигатели с горизонтальным валом, лежащим в двух подшипниках, укрепленных в щитах двигателя, и лапами для его крепления, иногда используют фланцевые двигатели, у которых на одном из щитов имеется фланец для крепления к рабочей машине, а также встраиваемые двигатели, которые непосредственно встраивают в рабочую машину, образуя с ней единый производственный агрегат.
2.Характеристики и режимы работы асинхронных двигателей. Механическая и электромеханическая характеристики.
Режимы работы асинхронных электродвигателей  
  Возможные режимы работы электроприводов отличаются огромным многообразием по характеру и длительности циклов, значениям нагрузок, условиям охлаждения, соотношения потерь в период пуска и установившегося движения и т.п., поэтому изготовление электродвигателей для каждого из возможных режимов работы электропривода не имеет практического смысла.
На основании анализа реальных режимов выделен специальный класс режимов - номинальные режимы, для которых проектируются и изготавливаются серийные двигатели.
Данные, содержащиеся в паспорте электрической машины, относятся к определенному номинальному режиму и называются номинальными данными электрической машины. Заводы-изготовители гарантируют при работе электродвигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке полное использование его в тепловом отношении.
Действующим ГОСТ предусматриваются 8 номинальных режимов, которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1 - S8.
Продолжительный режим работы S1 - работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.

Продолжительный режим работы электродвигателя S1
Кратковременный режим работы S2 — работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды.
Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего периода 15, 30, 60, 90 мин.

Кратковременный режим работы электродвигателя S2
Повторно-кратковременный режим работы S3 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды. В этом режиме цикл работы таков, что пусковой ток не оказывает заметного влияния на превышение температуры. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин. Режим характеризуется величиной продолжительности включения в процентах:
ПВ = (tр / (tр + tп)) х 100%
 
Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя S3
Нормируемые значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60 %, или относительные значения продолжительности рабочего периода: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60.
Для режима S3 номинальные данные соответствуют только определенному значению ПВ и относятся к рабочему периоду.
Режимы S1 - S3 являются в настоящее время основными, номинальные данные на которые включаются отечественными электромашиностроительными заводами в каталоги и паспорт машины.
Номинальные режимы S4 - S8 введены для того, чтобы впоследствии упростить задачу эквивалентирования произвольного режима номинальным, расширив номенклатуру последних.
Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.
 Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов S4: tп и tн - время пуска и торможения
Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 - последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.
 Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5
Перемежающийся режим работы S6 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с постоянной нагрузкой и время работы на холостом ходу, причем длительность этих периодов такова, что температура машины не достигает установившегося значения.

Перемежающийся режим работы S6: to — время холостого хода
Перемежающийся режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз.

Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7
Перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S8 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждой из которых соответствует своя частота вращения (например, этот режим реализуется при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя). Режим не содержит пауз.

Перемежающийся режим работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8
Учет режима работы имеет большое значение при подборе двигателя. Мощности двигателей, указанные в каталогах, приведены для режима S1 и нормальных условий работы, кроме двигателей с повышенным скольжением.
Если двигатель работает в режиме S2 или S3, он нагревается меньше, чем в режиме S1, и поэтому он допускает большую мощность на валу.
При работе в режиме S2 допустимая мощность может быть повышена на 50 % при длительности нагружения 10 мин, на 25 % — при длительности нагружения 30 мин, на 10% — при длительности нагружения 90 мин.
Для режима S3 рекомендуются двигатели с повышенным скольжением.
Механическая и электромеханическая характеристики асинхронного двигателя определяют основные свойства двигателя как потребителя электрической энергии из сети и источника механической энергии для привода рабочих машин.
Механическая характеристика асинхронного двигателя
Для целей электропривода большое значение имеет зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки на валу ; эта зависимость называется механической характеристикой (рис. 19). На графике механической характеристики можно выделить точки, соответствующие основным режимам работы:

а – идеальный холостой ход ();b – номинальный режим, на который рассчитан двигатель заводом-изготовителем ();с – максимальный или критический момент ();d – начало пуска ( – пусковой момент).
Наличие  у асинхронных двигателей физически означает, что к нему можно прикладывать тормозной момент только для определенного предела. При двигатель останавливается, участок cd – неустойчивая  пусковая часть характеристики.Часть характеристики от точки с до а – устойчивая рабочая ветвь.
Одной из важных величин, характеризующих асинхронный двигатель, является  перегрузочная способность
 ,                                                  (16)
где  – коэффициент, определяющий перегрузочную способность.
Коэффициент  всегда больше 1, что обеспечивает запас устойчивости и предотвращает внезапные остановки двигателя при случайных колебаниях напряжения сети или тормозного момента на валу.
Следует отметить, что изменение частоты вращения асинхронных двигателей при изменении нагрузки от нуля (холостой ход) до полной (номинальный режим) весьма невелико, т.к. их номинальное скольжение обычно находится в пределах 0,02 – 0,05. Поэтому механическая характеристика является жесткой. Рассмотренная механическая характеристика кривая 1 (рис.19) называется естественной, т.к. построена для случая, когда ,  и в цепях статора и ротора отсутствуют какие-либо добавочные сопротивления.
Кривая 2 (рис. 19) называется искусственной характеристикой. Эта характеристика более мягкая, получается при включении добавочного сопротивления в цепь фазного ротора.
——————————————————————————————————————————
электромеханическая характеристика АД - зависимости потребляемого фазой двигателя тока I1 от скольжения S (или скорости вращения ротора - п) при неизменных фазных напряжений U2 и частоте f 2, (01 = 2л/1. Уточнение достигается за счет построения характеристики не по Г- образной схеме замещения или Т-образной с различными упрощающими предположениями, а по полной Т-образной схеме замещения с последовательным контуром намагничивания и параметрами: r0, r1, r2 -
активными сопротивлениями; х0, x1, х2 - индуктивными сопротивлениями (сопротивления r2, x2 приведены к обмотке статора двигателя).
3.Регулирование скорости асинхронных двигателей в приводах технологических машин помощь введения резисторов в статорные и роторные цепи.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора
Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = nо (1 - s).
Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается.
Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 - 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.
4.Регулирование скорости асинхронных двигателей (АД) в приводах технологических машин изменением напряжения подводимого к его статору.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре
Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя, позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжениемU1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения.
При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент Мкр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения Uрет (рис. 3), а скольжение от Uрег не зависит.

Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях резисторов, включенных в цепь ротора
 
Рис. 2. Схема регулирования скорости асинхронного двигателя путем изменения напряжения на статоре

Рис. 3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения подводимого к обмоткам статора
Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении 17ном или на холостом ходу.
Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до nкр.
Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения. 

Рис. 4. Схема замкнутой системы регулирования скорости тиристорный регулятор напряжения - асинхронный двигатель (ТРН - АД)
Замкнутая схема управления асинхронным двигателем, выполненным по схеме тиристорный регулятор напряжения - электродвигатель позволяет регулировать скорость асинхронного двигателя с повышенным скольжением (такие двигатели применяются в вентиляционных установках).
5.Регулирование скорости асинхронного двигателя (АД) в приводах технологических машин изменением частоты питающего (АД) напряжения.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения
Так как частота вращения магнитного поля статора nо = 60f/р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателязаключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость nо магнитного поля статора.
Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.
Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.
Схема частотного электропривода приведена на рис. 5, а механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис. 6. 

Рис. 5. Схема частотного электропривода
 
Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании
С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняется возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения.
Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20 - 30) : 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.
Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.
Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.
Силовой трехфазный импульсный инвертор содержит шесть транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.
В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями. Регулирование выходной частоты Iвых и выходного напряжения осуществляется за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции.
6.РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (АД) В ПРИВОДАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН ИЗМЕНЕНИЕМ ПАР ЕГО ПОЛЮСОВ.
Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальныемногоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Из выражения nо = 60f/р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения nо магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер.
Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза. 

Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а - с одинарной звезды на двойную; б - с треугольника на двойную звездуРегулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.
7. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В КАСКАДНЫХ СХЕМАХ ЕГО ВКЛЮЧЕНИЯ В ПРИВОДАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН.
Достоинством каскадных схем регулирования частоты вращения асинхронных двигателей по сравнению с частотными схемами управления в статорной цепи (рис. 4.28) является то, что полупроводниковый преобразователь выполняется на мощность скольжения, а не на полную мощность двигателя. Это обстоятельство особенно важно для мощных и сверхмощных приводов насосов, прессов, конвейеров, подьемных механизмов и др., где требуется ограниченный диапазон регулирования частоты вращения (2:1 и менее).Асинхронно-вентильный каскад с неуправляемым выпрямителем допускает регулирование только вию от синхронной частоты вращения. Если использовать управляемый выпрямитель, то можно осуществить регулирование частоты вращения вверх от синхронной. В этом случае направление передачи мощности скольжения меняется на противоположное.У асинхронного двигателя можно осуществить следующие виды торможения: торможение противовключением, генераторное торможение, динамическое торможение, торможение с самовозбуждением.
8.ТОРМОЖЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ПРИВОДАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН ЕГО ПРОТИВОВКЛЮЧЕНИЕМ.Торможение асинхронного электродвигателя противовключениемПеревод асинхронного двигателя в режим торможения противовключением может быть выполнен двумя путями. Один из них связан с изменением чередования двух фаз питающего электродвигатель напряжения.Допустим, что двигатель работает на характеристике 1 (рис. 1 б) при чередовании фаз напряжения АВС. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) он переходит на характеристику 2, участок аб которой соответствует торможению противовключением.Обратим внимание на то обстоятельство, что при противовключении скольжение асинхронного двигателя изменяется от S = 2 до S = 1.Ротор при этом вращается против направления движения поля и постоянно замедляется. Когда скорость спадает до нуля, двигатель должен быть отключен от сети, иначе он может перейти в двигательный режим, причем ротор его будет вращаться в направлении, обратном предыдущему.При торможении противовключением токи в обмотке двигателя могут в 7–8 раз превышать соответствующие номинальные токи. Заметно уменьшается коэффициент мощности двигателя. О КПД в данном случае говорить не приходится, т.к. и преобразуемая в электрическую механическая энергия и энергия, потребляемая из сети, рассеиваются в активном сопротивлении ротора, и полезно используемой энергии в данном случае нет.Короткозамкнутые двигатели кратковременно перегружаются по току. Правда, у них при (S > 1) вследствие явления вытеснения тока заметно возрастает активное сопротивление ротора. Это приводит к уменьшению и увеличению момента.С целью увеличения эффективности торможения двигателей с фазным ротором в цепи их роторов вводят добавочные сопротивления, что позволяет ограничить токи в обмотках и увеличить момент.Другой путь торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки, который создается, например, на валу двигателя грузоподъемного механизма.Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обеспечивая его торможение с помощью асинхронного двигателя. Для этого двигатель путем включения в цепь ротора добавочного резистора (сопротивления) переводится на искусственную характеристику (прямая 3 на рис. 1).Вследствие превышения моментом нагрузки Мс пускового момента Мп двигателя и его активного характера груз может опускаться с установившейся скоростью –ωуст2. В этом режиме торможение скольжения асинхронного двигателя может изменяться от S = 1 до S = 2.
9.РЕКУПЕРАТИВНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В ПРИВОДАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ.Рекуперативное торможение асинхронного двигателя
Режим рекуперативного торможения осуществляется в том случае, когда скорость ротора асинхронного двигателя превышает синхронную.Режим рекуперативного торможения практически применяется для двигателей с переключением полюсов и в приводах грузоподъемных машин (подъемники, экскаваторы и т.п.).При переходе в генераторный режим вследствие изменения знака момента меняет знак активная составляющая тока ротора. В этом случае асинхронный двигательотдает активную мощность (энергию) в сеть и потребляет из сети реактивную мощность (энергию), необходимую для возбуждения. Такой режим возникает, например, при торможении (переходе) двухскоростного двигателя с высокой на низкую скорость, как показано на рис. 1 а. 

Рис. 1. Торможение асинхронного двигателя в основной схеме включения: а) с рекуперацией энергии в сеть; б) противовключением
Предположим, что в исходном положении двигатель работал на характеристике 1 и в точке а, вращаясь со скоростью ωуст1. При увеличении числа пар полюсов двигатель переходит на характеристику 2, участок бс которой соответствует торможению с рекуперацией энергии в сеть.Этот же вид торможения может быть реализован в системе преобразователь частоты– двигатель при останове асинхронного двигателя или при переход с характеристики на характеристику. Для этого осуществляется уменьшение частоты выходного напряжения, а тем самым синхронной скорости ωо = 2πf / p.В силу механической инерции текущая скорость двигателя ω будет изменяться медленнее чем синхронная скорость ωо, и будет постоянно превышать скорость магнитного поля. За счет этого и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть.Рекуперативное торможение также может быть реализовано в электроприводе грузоподъемных машин при спуске грузов. Для этого двигатель включается в направлении спуска груза (характеристика 2 рис. 1 б).После окончания торможения он будет работать в точке со скоростью –ωуст2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.
Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения. 
10. ДИНАМИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В ПРИВОДАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН.
Динамическое торможение асинхронного двигателяДля динамического торможения обмотки статора двигатель отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока, как это показано на рис. 2. Обмотка ротора при этом может быть закорочена, или в ее цепь включаются добавочные резисторы с сопротивлением R2д. 

Рис. 2. Схема динамического торможения асинхронного двигателя (а) и схема включения обмоток статора (б)Постоянный ток Iп, значение которого может регулироваться резистором 2, протекает по обмоткам статора и создает относительно статора неподвижное магнитное поле. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, частота которой пропорциональна скорости. Эта ЭДС, в свою очередь, вызывает появление тока в замкнутом контуре обмотки ротора, который создает магнитный поток, также неподвижный относительно статора.\Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем асинхронного двигателя создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме генератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей электропривода и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.На рисунке 2 б показана наиболее распространенная схема включения обмоток статора при динамическом торможении. Система возбуждения двигателя в этом режиме является несимметричной.Для проведения анализа работы асинхронного двигателя в режиме динамического торможения несимметричную систему возбуждения заменяют симметричной. С этой целью принимается допущение, что статор питается не постоянным током Iп, а некоторым эквивалентным трехфазным переменным током, создающим такую же МДС (магнитодвижущую силу), что и постоянный ток.
Электромеханическая и механические характеристики представлены на рис. 3.

Рис. 3. Электромеханическая и механические характеристики асинхронного двигателя
Характеристика расположена на рисунке в первом квадранте I, где s = ω / ωo – скольжение асинхронного двигателя в режиме динамического торможения. Механические характеристики двигателя расположены во втором квадранте II.Различные искусственные характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения можно получить, изменяя сопротивление R2д добавочных резисторов 3 (рис. 2) в цепи ротора или постоянный ток Iп, подаваемый в обмотки статора.Варьируя значения R2д и Iп, можно получить желаемый вид механических характеристик асинхронного двигателя в режиме динамического торможения и, тем самым, соответствующую интенсивность торможения асинхронного электропривода.
20) Динамическое торможение асинхронного двигателя
Для динамического торможения обмотки статора двигатель отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока, как это показано на рис. 2. Обмотка ротора при этом может быть закорочена, или в ее цепь включаются добавочные резисторы с сопротивлением R2д. 

Рис. 2. Схема динамического торможения асинхронного двигателя (а) и схема включения обмоток статора (б)
Постоянный ток Iп, значение которого может регулироваться резистором 2, протекает по обмоткам статора и создает относительно статора неподвижное магнитное поле. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, частота которой пропорциональна скорости. Эта ЭДС, в свою очередь, вызывает появление тока в замкнутом контуре обмотки ротора, который создает магнитный поток, также неподвижный относительно статора.
Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем асинхронного двигателя создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме генератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей электропривода и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.На рисунке 2 б показана наиболее распространенная схема включения обмоток статора при динамическом торможении. Система возбуждения двигателя в этом режиме является несимметричной.
21) Конденсаторное торможение основано на использовании явления самовозбуждения асинхронной машины, или, что более правильно, емкостного возбуждения асинхронной машины, поскольку необходимая для возбуждения генераторного режима реактивная энергия доставляется подключенными к статорной обмотке конденсаторами. В этом режиме машина работает с отрицательным по отношению к вращающемуся магнитному полю, созданному возбужденными в статорной обмотке свободными токами, скольжением, развивая на валу тормозной момент. В отличие от динамического и рекуперативного оно не требует потребления возбуждающей энергии из сети.
Конденсаторное торможение с глухо подключенными по схеме треугольника конденсаторами целесообразно применять для быстрой и точной остановки электроприводов, на валу которых действует момент нагрузки не менее 25% номинального момента двигателя.
. Для торможения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяется также конденсаторное торможение с самовозбуждением. Оно обеспечивается конденсаторами C1 — С3, подключенными к обмотке статора. Включаются конденсаторы по схеме звезды (рис. 2, а) или по схеме треугольника (рис. 2, б). Потери энергии в двигателе при конденсаторном торможении наименьшие по сравнению с другими видами торможения, поэтому оно рекомендуется для электроприводов с большим числом включений.
Схемы конденсаторного торможения асинхронных двигателей
Рис. 2
При выборе аппаратуры следует учесть, что контакторы в цепи статора должны быть рассчитаны на ток, протекающий по конденсаторам. Для устранения недостатка конденсаторного торможения — прекращения действия до полной остановки электродвигателя — используют его сочетания с динамическим и магнитным торможением.Особо выполняется и магнитное торможение. - Торможение асинхронного двигателя при самовозбуждении осуществляется за счет энергии незатухшего поля. На практике применение нашли так называемые конденсаторное и магнитное торможение. Магнитное торможение реализуется после отключения статора двигателя от сети и замыкания с помощью ключей (обычно полупроводниковых) его выводов накоротко. За счет запасенной в двигателе электромагнитной энергии осуществляется возбуждение двигателя и на его валу создается тормозной момент.
22)  Эти двигатели выпускаются, как правило, на небольшую мощность (до 5... 10 кВт) и используются в приводе стиральных машин, холодильников, медицинских аппаратов, пылесосов, доильных аппаратов, центрифуг, небольших станков, электроинструментов и т.д.Разновидностью однофазных двигателей являются так называемые исполнительные двигатели, которые применяются в различных устройствах автоматического управления и характеризуются возможностью широкого регулирования скорости.
Следует отметить, что однофазные двигатели по сравнению с трехфазными имеют несколько худшие технические характеристики и удельные показатели. Так, мощность однофазного двигателя составляет не более 70 % от мощности трехфазного двигателя при тех же габаритных размерах. Кроме того, однофазные двигатели имеют и более низкую перегрузочную способность.
Схема включения и характеристики однофазного двигателя. Однофазные двигатели имеют на статоре две обмотки: основную (рабочую) и пусковую, которая используется для пуска двигателя. Ротор однофазного двигателя выполняется короткозамкнутым в виде беличьей клетки. Разновидности однофазного двигателя. Из теории электрических машин известно, что для получения вращающегося магнитного поля на статоре двигателя должны быть расположены как минимум две обмотки, смещенные в пространстве на определенный угол и обтекаемые переменными токами со сдвинутыми во времени максимумами. В соответствии с этим пусковая обмотка укладывается на статоре двигателя со смещением ее оси на 90° по отношению к оси рабочей обмотки, а сдвиг токов обеспечивается включением в ее цепь дополнительного фазосдвигающего элемента. Наиболее благоприятные характеристики однофазный двигатель имеет при использовании в качестве фазосдвигающего элемента конденсатора. Величина емкости этого конденсатора может быть подобрана таким образом, что ток пусковой обмотки при неподвижном роторе будет сдвинут относительно тока рабочей обмотки на угол 90°. Тогда двигатель при трогании с места будет иметь круговое вращающееся магнитное поле и развивать значительный пусковой момент.
Пусковая обмотка с конденсатором может и не отключаться после окончания пуска двигателя и его работе в основном режиме. В этом случае она уже является не вспомогательной, а второй рабочей обмоткой. Такой двигатель называется конденсаторным и имеет существенно лучшие технические показатели, нежели двигатель с пусковой обмоткой. Конденсаторный двигатель тем самым представляет собой двухфазный двигатель с обмотками / и 6. Вторая рабочая обмотка 6 посредством конденсатора 7 подключается к однофазной сети.
В качестве однофазных двигателей могут быть при необходимости использованы и обычные трехфазные двигатели с коротко- замкнутым ротором. Одна из возможных схем включения трехфазного в которой обмотки фаз статора соединены последовательно и подключены напрямую к питающей сети, а обмотка фазы с подключается к той же сети через конденсатор. Существуют и другие схемы соединения обмоток трехфазного двигателя при его подключении к однофазной сети, но во всех случаях он приобретает свойства и характеристики однофазного двигателя.
Разновидностью однофазного двигателя является двигатель с экранированными полюсами. Такой двигатель имеет на статоре явно выраженные полюсы с однофазной рабочей обмоткой. Часть каждого полюсного наконечника охвачена (экранирована) ко- роткозамкнутым витком. В результате такого исполнения двигателя при протекании тока по его рабочей обмотке возникает магнитное поле, приближающееся по своему характеру к вращающемуся, благодаря чему и создается определенный пусковой момент.
23) Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если мысленно разрезать статор и ротор с обмотками обычного асинхронного двигателя вдоль оси по образующей и развернуть в плоскость. Образовавшаяся плоская конструкция представляет собой принципиальную схему линейного двигателя. Если теперь обмотки статора такого двигателя подключить к сети трехфазного переменного тока, то образуется магнитное поле, ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора со скоростью V, пропорциональной частоте питающего напряжения f и длине полюсного деления t: V = 2tf. Это перемещающееся вдоль зазора магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке начнут протекать токи. Взаимодействие токов с магнитным полем приведет к появлению силы, действующей, по правилу Ленца, в направлении перемещения магнитного поля. Ротор — в дальнейшем будем называть его уже вторичным элементом — под действием этой силы начнет двигаться. Как и в обычном асинхронном двигателе, перемещение элемента происходит с некоторымскольжением относительно поля S = (V - v)/V, где v — скорость движения элемента. Номинальное скольжение линейного двигателя равно 2-6%. [1] Вторичный элемент линейного двигателя не всегда снабжается обмоткой. Одно из достоинств линейного асинхронного двигателя заключается в том, что в качестве вторичного элемента может использоваться обычный металлический лист. Вторичный элемент при этом может располагаться также между двумя статорами, или между статором иферромагнитным сердечником. Вторичный элемент выполняется из меди, алюминия или стали, причем использование немагнитного вторичного элемента предполагает применение конструктивных схем с замыканием магнитного потока через ферромагнитные элементы. Принцип действия линейных двигателей со вторичным элементом в виде полосы повторяет работу обычного асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным или полым немагнитным ротором. Обмотки статора линейных двигателей имеют те же схемы соединения, что и обычные асинхронные двигатели, и подключаются обычно к сети трехфазного переменного тока. Линейные двигатели очень часто работают в так называемом обращенном режиме движения, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор. Такой линейный двигатель, получивший название двигателя с подвижным статором, находит, в частности, широкое применение на электрическом транспорте. Например, статор неподвижно закреплен под полом вагона, а вторичный элемент представляет собой металлическую полосу между рельс, а иногда вторичным элементом служат сами рельсы. Одной из разновидностей линейных асинхронных двигателей являются трубчатый (коаксиальный) двигатель. Статор такого двигателя имеет вид трубы, внутри которой располагаются перемежающиеся между собой плоские дисковые катушки (обмотки статора) и металлические шайбы, являющиеся частью магнитопровода. Катушки двигателя соединяются группами и образуют обмотки отдельных фаз двигателя. Внутри статора помещается вторичный элемент также трубчатой формы, выполненный из ферромагнитного материала. При подключении к сети обмоток статора вдоль его внутренней поверхности образуется бегущее магнитное поле, которое индуцирует в теле вторичного элемента токи, направленные по его окружности. Взаимодействие этих токов с магнитным полем двигателя создает на вторичном элементе силу, действующую вдоль трубы, которая и вызывает (при закрепленном статоре) движение вторичного элемента в этом направлении. Трубчатая конструкция линейных двигателей характеризуется аксиальным направлением магнитного потока во вторичном элементе в отличие от плоского линейного двигателя, в котором магнитный поток имеет радиальное направление. Широкое применение линейные двигатели нашли в электрическом транспорте, чему способствовал целый ряд преимуществ этих двигателей: прямолинейность движения вторичного элемента (или статора), что естественно сочетается с характером движения различных транспортных средств, простота конструкции, отсутствие трущихся частей (энергия магнитного поля непосредственно преобразуется в механическую), что позволяет добиться высокой надежности и КПД. Еще одно преимущество связано с независимостью силы тяги от силы сцепления колес с рельсовым путем, что недостижимо для обычных систем электрической тяги. При использовании линейных двигателей исключается буксование колес электрического транспорта (именно этой причиной был обусловлен выбор линейного двигателя для ММТС), а ускорения и скорости движения средств транспорта могут быть сколь угодно высокими и ограничиваться только комфортабельностью движения, допустимой скоростью качения колес по рельсовому пути и дороге, и динамической устойчивостью ходовой части транспорта и пути.Линейные асинхронные двигатели применяются для привода механизмов транспортировки грузов различных изделий. Такой конвейер имеет металлическую ленту, которая проходит внутри статоров линейного двигателя, являясь вторичным элементом. Применение линейного двигателя в этом случае позволяет снизить предварительное натяжение ленты и устранить ее проскальзывание, повысить скорость и надежность работы конвейера.
Линейный двигатель может применяться для машин ударного действия, например сваезабивных молотов, применяемых при дорожных работах и строительстве. Статор линейного двигателя располагается на стреле молота и может перемещаться по направляющим стрелы в вертикальном направлении с помощью лебедки. Ударная частьмолота является одновременно вторичным элементом двигателя. Для подъема ударной части молота двигатель включается таким образом, чтобы бегущее поле было направлено вверх. При подходе ударной части к крайнему верхнему положению двигатель отключается и ударная часть опускается вниз на сваю под действием силы тяжести. В некоторых случаях двигатель не отключается, а реверсируется, что позволяет увеличить энергию удара. По мере заглубления сваи статор двигателя перемещается вниз с помощью лебедки. Электрический молот прост в изготовлении, не требует повышенной точности изготовления деталей, нечувствителен к изменению температуры и может вступать в работу практически мгновенно.
Все линейные двигатели их можно разделить на две категории:
двигатели низкого ускорения
двигатели высокого ускорения
Двигатели низкого ускорения используются в общественном транспорте (маглев, монорельс, метрополитен) как тяговые, а также в станках (лазерных, водорезных, сверлильно-фрезерных) и другом технологическом оборудовании в промышленности. Двигатели высокого ускорения весьма небольшие по длине, и обычно применяются, чтобы разогнать объект до высокой скорости, а затем выпустить его (см. пушка Гаусса). Они часто используются для исследований гиперскоростных столкновений, а также в специальных устройствах, таких, как оружие или пусковые установки космических кораблей24)
В ЭП постоянного тока используются двигатели с независимым, последовательным и смешанным возбуждением, а также с возбуждением от постоянных магнитов.
ДПТНВ представляют собой линейные зависимости угловой скорости от тока и момента. ДПТНВ может работать в следующих режимах: двигателя, в котором он развивает движущий момент; холостого хода, в котором момент двигателя равен нулю; короткого замыкания (пуска), в котором двигатель развивает пусковой движущий момент; генератора, когда двигатель развивает тормозной момент. Регулирование скорости. В соответствии с полученными формулами регулирование скорости ДПТНВ может осуществляться за счет включения в цепь якоря добавочных резисторов и изменения напряжения на якоре и магнитного потока.. 
26)Из уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:
1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,
2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,
3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.
Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря. Схема включения двигателя для этого случая представлена на рис. 1, а электромеханические и механические характеристики — на рис. 2, а.

Рис. 1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Рис. 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)
Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.
Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D= 2 - З).
Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.
Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.
Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.
При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.
При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 - 4.
Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2, а и 2, б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости. Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.
Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.
Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.
Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.
При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и Uном двигателя.
Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.
Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший.
27) При формировании заданного графика движения исполнительных органов часто бывает необходимо обеспечивать требуемое их ускорение или замедление.
В некоторых технологических процессах (транспортировка с.х. продукции, изготовление проводов и кабелей, бумажное и текстильное производства) требуется, чтобы исполнительные органы рабочих машин создавали необходимое натяжение в обрабатываемом материале или изделии. Это также обеспечивается с помощью ЭП регулированием создаваемого им момента или усилия на исполнительных органах соответствующих рабочих машин и механизмов.
В некоторых случаях требуется ограничивать момент ЭП для предотвращения поломки рабочей машины или механизма при внезапном стопорении исполнительного органа (например, при копании грунта, бурении скважин, заклинивании механической передачи и др.). Основными показателями для оценки того или иного способа регулирования (ограничения) момента являются точность и экономичность.
Каким же образом можно изменять момент ЭП? Для ответа на этот вопрос вспомним, что развиваемый электрическим двигателем момент пропорционален произведению магнитного потока и тока якоря, т. е.
М = kФI,
где k - конструктивный коэффициент двигателя.
Таким образом, изменяя ток якоря, или магнитный поток Ф, можно регулировать (ограничивать) момент.
Регулирование тока и момента двигателей требуется также и для обеспечения нормальной работы самих двигателей. Так, при пуске двигателей постоянного тока обычного исполнения для обеспечения нормальной работы их коллекторно-щеточного узла ток должен быть ограничен значением 3Iном. Необходимость ограничения тока возникает и в случае пуска мощных двигателей постоянного и переменного тока, так как их большие пусковые токи могут привести к недопустимому снижению напряжения питающей сети.
Для анализа возможности регулирования тока используется электромеханическая характеристика двигателя (иногда называемая скоростной), которая представляет собой зависимость его скорости от тока. Для двигателей постоянного тока независимого возбуждения при постоянном (нерегулируемом) магнитном потоке электромеханическая характеристика повторяет механическую. Регулирование момента чаще всего производится воздействием на ток двигателя посредством изменения подводимого к нему напряжения или включения в его цепи добавочных резисторов. Отметим, что регулирование тока и момента может осуществляться только в динамическом (переходном) режиме работы ЭП, поскольку в установившемся режиме ток и момент двигателя определяются его механической нагрузкой.
На рисунке 2 для примера показаны типовые электромеханические и механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения, позволяющие регулировать (ограничивать) ток и момент М при пуске с помощью добавочного резистора в цепи якоря. Резистор включается в цепь двигателя на период пуска (прямая 1), а затем с помощью схемы управления выводится (шунтируется) - прямая 2. Видно, что регулирование тока и момента производится ступенчато соответственно в пределах I...I2 и М...М2 и характеризуется невысокой точностью. Для повышения точности необходимо использовать несколько ступеней резисторов, в этом случае размах изменения тока I и момента М сузится. Данный способ, получивший название параметрического, характеризуется простотой реализации, но недостаточной точностью.

Рисунок 2 – Способы регулирования тока (момента): а – параметрический; б – в замкнутой системе «преобразователь - двигатель»Изображенная на рисунке 2,б характеристика является типовой при регулировании тока и момента в замкнутой системе «преобразователь - двигатель». За счет соответствующего воздействия на двигатель с помощью преобразователя формируется близкий к вертикали участок 3 характеристики. Точность регулирования тока и момента в таких ЭП является высокой (участок 3 характеристики в пределе может быть получен в виде вертикальной линии).
Регулирование положения.
Для обеспечения выполнения ряда технологических процессов требуется перемещение исполнительных органов рабочих машин и механизмов в заданную точку пространства или плоскости и их установка там (фиксирование) с заданной точностью. Например, роботы и манипуляторы, подъемно-транспортные механизмы, клапаны, задвижки, механизмы подач станков и ряд других. Перемещение исполнительного органа из одной точки плоскости или пространства (позиции) в другую называется позиционированием и обеспечивается соответствующим регулированием положения вала двигателя.
В тех случаях, когда не требуются высокие точность и качество движения, позиционирование обычно обеспечивается с помощью путевых или конечных выключателей. Они устанавливаются в заданных позициях и при подходе к ним исполнительного органа производят отключение ЭП. Исполнительный орган тормозится и с некоторой точностью останавливается.
При необходимости обеспечения высокой точности позиционирования формируется оптимальный (или близкий к нему) график движения ЭП. Такой типовой график движения состоит из трех участков - разгона, движения с установившейся скоростью и торможения. Отметим, что при небольших перемещениях участок установившегося движения может отсутствовать.
Точное позиционирование реализуется, как правило, в замкнутой системе «преобразователь – двигатель».
28)
Торможение противовключением происходит в работающем двигателе, когда направление тока в якоре или обмотке возбуждения переключается на противоположное. Одновременное изменение направления тока в обеих обмотках сохранит прежнее направление момента и торможение не произойдет. У двигателей параллельного возбуждения обмотка возбуждения имеет большую электромагнитную постоянную времени ( ). Значительно меньше постоянная времени у обмотки якоря, поэтому обычно в этих двигателях переключают обмотку якоря. В двигателях последовательного возбуждения постоянные времени якоря и обмотки возбуждения отличаются несущественно и переключать можно любую цепь.
После переключения естественная характеристика , соответствующая новому направлению тока (рис. 3) располагается в третьем и четвертом квадрантах. Непосредственный переход в какую-либо точку этой характеристики невозможен из-за недопустимого броска тока и момента. Поэтому одновременно с переключением обмотки якоря последовательно включают добавочное сопротивление, формируя характеристику . При переключении рабочая точка перейдет в положение 3 и далее скорость вращения будет снижаться, а рабочая точка скользить по характеристике до остановки якоря в точке 4. Если в этот момент не отключить двигатель от сети, то якорь начнет вращаться в противоположную сторону, пока внешний момент не будет уравновешен моментом двигателя и не наступит статический режим в некоторой точке 5. Торможение противовключением весьма эффективно, но сопровождается большими потерями энергии в якоре и добавочном сопротивлении.Динамическое торможение происходит при отключении якоря от сети и замыкании его на сопротивление. Двигатель при этом работает генератором, преобразуя запасенную ротором кинетическую энергию в тепловую, рассеиваемую в сопротивлении обмотки якоря и внешнем сопротивлении. Уравнение механической характеристики этого режима соответствует условию и имеет вид , т.е. соответствует линии проходящей через начало координат и располагающейся во втором и четвертом квадрантах ( рис. 3). Жесткость характеристики при этом определяется тем же коэффициентом, что и в случае подключения якоря к источнику питания. После замыкания якоря на сопротивление рабочая точка переместится в положение 6, а затем по характеристике . В начало координат до полной остановки. Величиной добавочного сопротивления можно регулировать интенсивность торможения. На рисунке 3 тонкой линией показана характеристика и рабочая точка 6' с меньшим значением сопротивления и большим тормозным моментом.Реверсирование – это изменение направление вращения двигателя. Обычно оно выполняется в две стадии. Сначала двигатель останавливается торможением, а затем изменяется направление тока якоря или обмотки возбуждения и производится пуск. В микромощных (до 500 Вт) двигателях, если нагрузка допускает ударные моменты и требуется изменение направления вращения за минимальный отрезок времени, реверсирование вращающегося двигателя осуществляют переключением обмотки якоря.
29) Двигатели постоянного тока дают возможность плавно и экономично регулировать скорость вращения в широких пределах. В результате этого весьма ценного свойства двигатели постоянного тока получили широкое распространение и часто являются незаменимыми.Число оборотов якоря двигателя при любой схеме возбуждения определяется следующим выражением:где rс — сопротивление последовательной обмотки возбуждения (для двигателя параллельного возбуждения rс=0). Это выражение показывает, что изменение скорости вращения двигателя можно осуществить изменением напряжения сети, сопротивления цепи якоря и магнитного потока.Регулирование скорости вращения изменением напряжения сети осуществляется в случае, когда источником электрической энергий двигателя является какой-либо генератор.Для регулирования скорости вращения двигателя изменением сопротивления цепи якоря используется регулировочный реостат, включенный последовательно с якорем. В отличие от пускового регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительное прохождение тока. В сопротивлении регулировочного реостата происходит большая потеря энергии, вследствие чего резко уменьшаетсяп. д. двигателя.Регулирование скорости вращения якоря двигателя изменением магнитного потока производится изменением тока в обмотке возбуждения. В двигателях параллельного и смешанного возбуждения включается регулировочный реостат. В двигателях последовательного возбуждения изменение тока в обмотке возбуждения достигается шунтированием этой обмотки каким-либо регулируемым сопротивлением. Этот способ регулирования скорости не создает дополнительных потерь и экономичен.
30)С ростом добавочного сопротивления увеличивается падение скорости уменьшается скорость а также наклон характеристики и они становятся более мягкими. Поэтому при заданном моменте сопротивления по мере увеличения скорость уменьшается . Подобным способом строятся также механические характеристики при регулировке скорости изменением добавочного сопротивления. Однако, нужно иметь в виду, что в отличие от пускового реостата, регулировочный должен быть рассчитан по нагреву на длительную работу под нагрузкой, так как он оказывается включенным не только кратковременно в течение пуска, но и во время работы двигателя на пониженной скорости.Поскольку в процессе регулирования скорости магнитный поток остается неизменным, то предельно допустимый по нагреву момент двигателя т.е. рассматриваемый способ относится к способу регулирования скорости с постоянным моментом (для двигателей с естественным и принудительным охлаждением). Мощность, потребляемая из сети, увеличивается с ростом скорости.
Отметим недостатки данного способа:
с увеличением добавляемого сопротивления уменьшается модуль жесткости механической характеристики, в результате чего снижается точность и стабильность регулирования, а незначительные колебания нагрузки приводят к существенному изменению скорости;
диапазон регулирования скорости зависит от нагрузки и обычно не превосходит 2–3. Это обусловлено снижением жёсткости механической характеристики по мере увеличения;
трудность обеспечения плавности регулирования, так как это требует применения большого числа ступеней регулировочного реостата, что делает систему громоздкой и затрудняет управление;
основной недостаток – это большие потери энергии в процессе регулирования скорости.
31Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения с помощью системы «генератор-двигатель». Электромеханический способ, при котором изменение напряжения, подводимого к якорю двигателя, может осуществляться генератором постоянного тока независимого возбуждения. Такая система получила название "генератор-двигатель" – Г-Д
 Рис. 36. Схема системы "Г-Д"[40] Генератор Г приводится во вращение от приводного двигателя ПД (от электродвигателя постоянного или переменного тока в промышленности или от дизеля на транспорте), угловая скорость которого стабилизирована. Значение подводимого к двигателю напряжения изменяют путем изменения тока возбуждения генератора Iвг. Обычно при этом и поток и сопротивление цепи якоря двигателя Достается постоянным. При определенных условиях жесткость механических характеристик и расширение практического диапазона регулирования скоростей вращения (до 200) может быть повышена при применении электромашинного усилителя вместо обычного генератора
Основными достоинствами системы Г-Д являются большой диапазон и плавность регулирования скорости двигателя, высокая жесткостьи линейность характеристик, возможность получения всех энергетических режимов работы.Недостатки-утроенная мощность установки, низкий кпд, инерционность процесса регулирования скорости, шум при работе.
32Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения с помощью системы «тиристорный преобразователь-двигатель».

Основным типом преобразователей, применяемых в современном регулируемом ЭП постоянного тока, являются тиристорные реверсивные или нереверсивные выпрямители, собранные по нулевой или мостовой однофазной или 3-х фазной схемам. Преобразователь включает в себя согласующий трансформатор Т, имеющий 2 вторичные обмотки,2 тиристора VS-1 и VS-2, сглаживающий реактор L и систему импульсно-фазового управления тиристорами СИФУ. Преобразователь обеспечивает регулирование напряжения на двигатели за счет изменения среднего значения ЭДС преобразователя Еп , достигаемая, в сою очередь, изменениям угла альфа управления тиристорами. Угол альфа определяет задержку подачи импульсов управления Uальфа на тиристоры VS-1и VS-2 относительно момента их естественного открытия, когда потенциал на их анодах становится положительным по сравнению с потенциалом катода . К достоинствам системы относятся плавность, быстродействие, значительный диапазон регулирования скорости, высокий кпд электропривода, бесшумность в работе, простота в обслуживании и эксплуатации.
33) Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения с шунтированием якоря.
Для ЭП ряда подъемно-транспортных машин и механизмов с целью получения пониженных (посадочных) скоростей движения их исполнительных органов применяется так называемая схема с шунтированием якоря ДПТНВ (рис. 4.2.1). В этой схеме параллельно якорю двигателя включен шунтирующий резистор Rш, а последовательно – резистор RП.

Уравнения характеристик двигателя для такой схемы можно получить на основании выражений (4.2)и (4.3) и следующих соотношений, вытекающих из анализа самой схемы:
U=E+IRЯ+IПRП (4.54)
U=IШRШ+IПRП (4.55)
IШ=I+IШ (4.56)
Подставляя в (4.54) и (4.55) ток IПиз (4.56), а затем исключая из полученных 2-х уравнений IШ, получим выражение соответственно для электромеханической и механической характеристик:
ω=aω0-I(RЯ+aRП)/c (4.57)
ω=aω0-М(RЯ+aRП)/с2 (4.58)
где а= RШ/(RШ+RП); с=кФ
Из (4.57) и (4.58) видно, что в схеме с шунтированием якоря снижается скорость идеального холостого хода и падает жесткость характеристик по сравнению с основной схемой включения двигателя, что показывают искусственные характеристики двигателя.
Экономичность этого способа невысока из-за значительных потерь мощности в цепи якоря, поэтому он используется для регулирования скорости двигателей небольшой мощности или при кратковременной работе ЭП на пониженных скоростях.
Рис. 7.10. Схема включения (а) и механические характеристики (б) двигателя при импульсном регулировании добавочного сопротивления: разомкнутая система; замкнутая




б)






а)


+




Я
К1
К
34) Импульсное регулирование скорости электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбужденияСхема импульсного регулирования добавочного сопротивления с помощью управляемых ключей (транзисторных или тиристорных) приведена на рис. 7.10. Импульсное регулирование добавочного сопротивления основано на периодической коммутации с высокой частотой (замыкания и размыкания) ключа по определенному закону.При замкнутом состоянии ключа () ток якоря и скорость двигателя увеличиваются, а при разомкнутом в цепь якоря включается , в результате чего ток якоря и скорость уменьшаются. При высокой частоте коммутации ключа колебания тока якоря и скорости будут незначительными.
Относительное время замкнутого состояния ключа называют скважностью
,
где – время замкнутого состояния ключа; – период коммутации; – разомкнутое состояние ключа.Связь между добавочным сопротивлением при импульсном регулировании и скважностью выражается линейной зависимостью
.(7.11)
Существует два основных способа управления ключом К: а) широтно-импульсное; б) частотно-импульсное. В первом случае период коммутации ключа остается постоянным, а изменяется отношение замкнутого состояния ключа к периоду коммутации, т.е. регулируется скважность. При частотно-импульсном регулировании время замкнутого состояния ключа остается постоянным, а время коммутации изменяется, а, следовательно, и частота коммутации. При таком способе регулирования также изменяется скважность. Частотно-импульсное управление может быть реализовано другим способом: время разомкнутого состояния ключа остается постоянным, а изменяется.
Для построения механических характеристик рассматривают предельные режимы работы ключа: ключ постоянно замкнут () и двигатель работает на естественной характеристике; ключ разомкнут – двигатель работает на искусственной характеристике с . Плавно изменяя скважность импульсов, можно получить семейство характеристик, расположенных внутри этих двух характеристик (рис. 7.10,б).
С учетом (7.11) уравнения электромеханической и механической характеристик имеют вид:
;
.
Для стабилизации скорости и расширения диапазона регулирования используют замкнутые системы регулирования с различными обратными связями. При этом получается семейство характеристик, параллельных друг другу, показанных на рис. 7.10,б пунктирными линиями.Импульсный метод регулирования можно так же применить для изменения магнитного потока двигателя независимого возбуждения, для чего в цепь обмотки возбуждения включается добавочное сопротивление и параллельно ему ключ К1 (рис. 7.10,а), скважность которого регулируется от 0 до 1. При этом ток в обмотке возбуждения изменяется от номинального до значения . Получается семейство механических характе- ристик, расположенных выше естественной (регулирование скорости выше номинальной).Основные показатели регулирования скорости импульсным изменением добавочного сопротивления такие же как и реостатного. Однако потери энергии при импульсном регулировании будут больше из-за наличия переменной составляющей тока якоря, которая увеличивает потери в стали и меди двигателя. Импульсное параметрическое регулирование может быть применено также для регулирования скорости двигателей последовательного и смешанного возбуждения.
35) Электрический привод ТМ с синхронными двигателями. Схемы включения. Режимы работы Синхронные трехфазные двигатели (СД) широко применяются в ЭП самых разнообразных рабочих машин и механизмов, что объясняется их высокими технико-экономическими показателями. СД имеют высокий коэффициент мощности cos φ, близкий к единице или даже орережающий. Это позволяет улучшать и режим работы и экономичность системы электроснабжения. КПД составляет 96…98%.Синхронный двигатель обладает абсолютно жесткой механической характеристикой. Важным преимуществом конструкции СД является наличие большого воздушного зазора, вследствие чего его характеристики и свойства мало зависят от износа подшипников и неточности монтажа ротора.
Статор СД, схема включения которого приведена на рис. Ротор имеет обмотки возбуждения и пусковую короткозамкнутую в виде беличьей клетке. Конструктивно ротор СД может быть явнополюсным и неявнополюсным в виде цилиндра. В качестве источника для питания обмотки возбуждения чаще всего используется генератор постоянного тока 2 небольшой мощности, называемой возбудителем, который устанавливается на одном валу с двигателем 1. Регулирование тока возбуждения двигателя осуществляется изменением с помощью резистора 3 тока возбуждения возбудителя 4.

Вращающий момент СД обусловлен взаимодействием вращающегося магнитного поля, создаваемого обмотками статора, и магнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения или постоянными магнитами на роторе. Взаимодействие этих полей может создать постоянный по направлению вращающий момент СД только в том случае, когда ротор будет вращаться со скоростью магнитного поля, т.е синхронно с вращающим полем.Синхронный двигатель может работать во всех основных энергетических режимах: двигательном и генераторном, с сетью и независимо от сети.
35. Общая оценка синхронных электроприводов
В последние годы электроприводы с синхронными двигателями (СД) стали применяться значительно больше , успешно конкурируя с асинхронными электроприводами для механизмов, не требующих регулирования скорости и работающих в длительном режиме. Синхронные двигатели используются для шаровых мельниц, для крупных вентиляционных установок, эксгаустеров (отсасывающих вентиляторов) в агломерационных установках и мартеновских печах , для привода цементных мельниц, крупных компрессоров и других установок, где при длительном режиме работы можно получить существенную экономию электроэнергии за счет большого коэффициента мощности в таких электроприводах.Синхронные двигатели выпускаются на мощности от 300 кВт до 22000 кВт с напряжением 6 и 10 кВ.
Основные преимущества СД:1. Высокий к.п.д. (0.94-0.98) и коэффициент мощности (cosφ), который в перевозбужденной машине может быть опережающим . Такие СД используются, как компенсаторы реактивной мощности;2 Большая перегрузочная способность , которая кратковременно может быть повышена при увеличения магнитного потока возбуждения СД;3. Большой воздушный зазор. Это повышает надежность СД и практическую стабильность магнитного сопротивления в зазоре при изнашивании подшипников;4. Электромагнитный момент СД пропорционален U1, а не U12 (как у АД), что положительно сказывается при снижении напряжения в питающей сети.
Недостатки СД:1. Значительно большая стоимость СД по сравнению с АД той же мощности и скорости . Это объясняется большей сложностью самого СД, а также более дорогой системой управления пуском СД;2. Сложность системы управления пуском СД и системы защитных устройств, предотвращающих аварийные ситуации.В последнее время разработаны мощные преобразователи частоты с вентильными ключами. Использование таких устройств для частотного регулирования (понижения) скорости СД в небольших пределах позволяет получить значительную экономию электроэнергии.Принцип действия синхронного электродвигателя основан на свойстве разноименных полюсов магнитов притягиваться друг к другу. Трехфазный ток, проходящий по обмотке статора, создает вращающееся с синхронной скоростью магнитное поле. Полюсы вращающегося поля притягивают к себе полюсы ротора синхронной машины и этим самым поддерживают движение ротора.Однако это явление имеет место только в том случае, если ротор синхронной машины, подключенной к сети, предварительно доведен до синхронной скорости, т. е. до числа оборотов, определяемого равенством. Конструкция выпускаемых в настоящее время синхронных двигателей позволяет осуществлять так называемый асинхронный пуск в ход этих двигателей.Ротор двигателя снабжается дополнительной пусковой обмоткой по типу беличьего колеса асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором: в башмаках на торцах закладываются медные стержни, которые на торцах ротора соединяются медными кольцами.На время пуска обмотка возбуждения ротора замыкается на большое омическое сопротивление. Двигатель после включения его под напряжение начинает вращаться и достигает, так же как асинхронный электродвигатель, числа оборотов, близкого к синхронному.
После этого обмотка возбуждения подключается к возбудителю постоянного тока, и синхронный двигатель сам входит в синхронизм, т. е. начинает вращаться с синхронной скоростью.Синхронные двигатели обладают ценным для некоторых родов электропривода свойством сохранять всегда, независимо от изменения нагрузки, строго определенное число оборотов. Другим преимуществом синхронного двигателя является высокий коэффициент мощности.Низкий коэффициент мощности асинхронного электродвигателя связан с получением им из сети реактивного намагничивающего тока. Синхронный же двигатель получает намагничивающий ток от независимого источника постоянного тока - от своего возбудителя. Увеличивая ток возбуждения синхронного двигателя, можно довести его коэффициент мощности до единицы.
При дальнейшем увеличении тока возбуждения синхронный двигатель начинает работать с током, опережающим по фазе напряжение, иными словами, приобретает свойство конденсатора. Этим свойством пользуются для улучшения коэффициента мощности в электроустановках: включаются в сеть специальные работающие вхолостую синхронные двигатели, которые носят название синхронных компенсаторов
36. Способы пуска синхронных двигателей
Одним из главных недостатков синхронных двигателей является сложность их пуска в ход. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен при помощи вспомогательного пускового двигателя или путем асинхронного пускаПуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Если ротор синхронного двигателя с возбужденными полюсами развернуть другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно без посторонней помощи, в такт с полем статора, т. е. синхронно (откуда эти двигатели и получили свое название).

На фиг. 405 показана схема пуска оинхрониого двигателя 1 с помощью вспомогательного асинхронного двигателя 2.Для осуществления пуска необходимо, чтобы число пар полюсов асинхронного двигателя было меньше числа пар полюсов синхронного двигателя, ибо при этих условиях вспомогательный асинхронный двигатель может развернуть ротор синхронного двигателя до синхронной скорости.Порядок пуска синхронного двигателя следующий. Включая рубильник 3, пускают вспомогательный асинхронный двигатель 2, который разворачивает ротор синхронного двигателя 1 до скорости, соответствующей скорости поля статора. Скорость вращения вспомогательного двигателя определяется по тахометру1. Затем, включая рубильник 4 постоянного тока, возбуждают полюсы ротора. Чтобы включить синхронный двигатель в сеть трехфазного тока, его нужно синхронизировать так же, как и при включении синхронного генератора на параллельную работу. Для этого реостатом 5 устанавливают такое возбуждение, чтобы напряжение обмотки статора по вольтметру V было равно напряжению сети, указываемому вольтметром V1.

Электролампы 6, включенные параллельно ножам рубильника 7 трех-фазной сети, при разомкнутом рубильнике будут мигать. Сначала мигание будет частым, но если изменять скорость вращения вспомогательного асинхронного двигателя, то лампы будут мигать . все реже и реже. Синхронный двигатель можно включить в сеть трехфазного тока рубильником 7 тогда, когда все три лампы одновременно погаснут. Ротор двигателя при этом входит в синхронизм и может далее вращаться самостоятельно. Теперьвспомогательный двигатель 2 рубильником 3 можно отключить от сети.Сложность пуска и необходимость вспомогательного двигателя являются существенными недостатками этого способа пуска синхронных двигателей. Поэтому в настоящее время он применяется редко.Асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления этого способа пуска в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка. Так как во время пуска в обмотке возбуждения 1 двигателя наводится большая э. д. с, то по соображениям безопасности она замыкается рубильником 2 на сопротивление 3 (фиг. 406).При включении напряжения трехфазной сети в обмотку статора 4 синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая короткозамкнутую (пусковую) обмотку, заложенную в полюсных наконечниках ротора, индуктирует в ней токи.Эти токи, взаимодействуя с вращающимся полем статора, приведут ротор во вращение. При достижении ротором наибольшего числа оборотов (95—97% синхронной скорости) рубильник 2 переключают так, чтобы обмотку ротора включить в сеть постоянного напряжения.Недостатком асинхронного пуска является большой пусковой ток (в 5—7 раз больший рабочего тока). Пусковой ток вызывает падение напряжения в сети, а это отражается на работе других потребителей. Для уменьшения пускового тока применяют пуск при пониженном напряжении с помощью реактора 2 или автотрансформатора.В настоящее время применяют почти исключительно асинхронный пуск синхронных двигателей ввиду его простоты и надежности. Существуют также схемы автоматического асинхронного пуска синхронных двигателей.Возможны следующие способы пуска синхронного двигателя: асинхронный пуск на полное напряжение сети и пуск на пониженное напряжение через реактор или автотрансформатор.Схема возбуждения синхронного двигателя с глухоподключенным возбудителем (рис. 1.24, а) довольно проста и может применяться в том случае, если пусковые токи не вызывают падения напряжения в сети больше допустимого и статистический момент нагрузки Мс < 0,4 Мном.Асинхронный пуск синхронного двигателя производится присоединением статора к сети. Двигатель разгоняется как асинхронный до скорости вращения, близкой к синхронной. В процессе асинхронного пуска обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление (рис. 1.24, б), чтобы избежать пробоя обмотки возбуждения при пуске, так как при малой скорости ротора в ней могут возникнуть значительные перенапряжения. При скорости вращения, близкой к синхронной, срабатывает контактор КМ (цепь питания контактора на схеме не показана), обмотка возбуждения отключается от разрядного сопротивления и подключается к якорю возбудителя. Пуск заканчивается.
 
Рис. 1.24. Типовые узлы схем возбуждения синхронного двигателя
 
Разработаны также системы тиристорного возбуждения. Если пуск производится на пониженное напряжение, то при «легком» пуске возбуждение подается до включения обмотки статора на полное напряжение, а при «тяжелом» пуске подача возбуждения происходит при полном напряжении в цепи статора.
Возможно подключение обмотки возбуждения двигателя к якорю возбудителя последовательно с разрядным сопротивлением (рис. 1.24, в).
Процесс подачи возбуждения синхронному двигателю автоматизируется двумя способами: в функции скорости и в функции тока.
На схеме, приведенной на рис. 1.25, подача возбуждения синхронному двигателю осуществляется с помощью электромагнитного реле постоянного тока КТ (реле времени с гильзой). Катушка реле включается на разрядное сопротивление Rразр через диод VD. При подключении обмотки статора к сети в обмотке возбуждения двигателя наводится ЭДС. По катушке реле КТ проходит выпрямленный ток, амплитуда и частота импульсов которого зависят от скольжения.
 

Рис. 1.25. Подача возбуждения синхронному двигателю в функции скорости
 
При пуске скольжение S = 1. По мере разгона двигателя оно уменьшается и интервалы между выпрямленными полуволнами тока возрастают; магнитный поток постепенно снижается по кривой Ф(t) (рис. 1.26). При скорости, близкой к синхронной, магнитный поток реле успевает достигнуть значения потока отпадания реле Фот в момент, когда через реле КТ ток не проходит. Реле теряет питание и своим контактом создает цепь питания контактора КМ (на схеме цепь питания контактора КМ не показана).
Рассмотрим контроль подачи возбуждения в функции тока с помощью реле тока. При пусковом токе срабатывает реле тока КА (рис. 1.27, а) и размыкает свой контакт в цепи контактора КМ2 (рис. 1.27, б).
 

Рис. 1.26. График изменения тока и магнитного потока в реле времени КТ
 

Рис. 1.27. Контроль подачи возбуждения синхронному двигателю в функции тока
 
При скорости, близкой к синхронной, реле КА отпадает и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2. Контактор КМ2 срабатывает, замыкает свой контакт в цепи возбуждения машины и шунтирует резистор Rразр.
Пуск синхронных двигателей
Для пуска современных синхронных двигателей используется метод асинхронного пуска. Для этого синхронные двигатели снабжены специальной короткозамкнутой бельичьей клеткой как у асинхронных машин. С помощью асинхронного пуска СД разгоняется до так называемой с подсинхронной скорости ωПС=0,95ω0, то есть до скольжения уменьшившегося в процессе пуска до величины S=0.05. Момент, развиваемый СД при подсинхронной скорости (см.  рис. 5.6) называется входным моментом (Мвх).

Рисунок 5.6
Если при М = Мвх в обмотку возбуждения СД подано возбуждение, то двигатель втягивается в синхронизм, после чего исчезает пусковой ток в короткозамкнутой пусковой обмотке.Как видно из рис. 5.6, при различном сопротивлении короткозамкнутой пусковой обмотки СД меняется жесткость механических асинхронных характеристик, при этом меняются значения входных (Мвх) и пусковых (Мпуск) моментов СД, причем уменьшение Мвх при менее жесткой механической характеристике 2 ведет к увеличению Мпуска и наоборот для более жесткой характеристики 1 большему значению Мвх1 соответствует меньшее значение Мпуска1.
Значения Мвх и Мпуска СД задаются в каталогах на эти машины, так как они влияют на пуск при различных моментах статической нагрузки Мс. Например, если, как показано на рис. 5.6., двигатель имеет пусковую характеристику 2 (по которой (Мпуск2 > Мс.), то разгон СД произойдет до точки "а". При этом, двигатель не втянется в синхронизм, а будет продолжать работать в асинхронном режиме. Если не отключить СД , то длительный асинхронный режим разогреет короткозамкнутую обмотку, рассчитанную лишь для работы в ограниченное время пуска, и выведет СД из строя.При пуске СД по характеристике 1 "застревание " его в асинхронном режиме может произойти лишь в точке "б"(при М = Мс.1). При этом, и СД при наличии возбуждения втянется в синхронизм. Из рассмотрения характеристик на рис.5.6. можно сделать вывод, что входной момент - это максимально возможное значение момента статической нагрузки (Мвх = Мс.макс), при котором еще возможно втягивание СД в синхронизм.При любой схеме асинхронного пуска СД имеется защита от длительной работы короткозамкнутой пусковой обмотки , ведущей к аварии и выходу дорогостоящего СД из строя.В зависимости от мощности питающей сети применяются пуски СД при полном и пониженном напряжениях.В высоковольтных (3-10 кВ) СД для подключения статора к сети используются масляные выключатели. Подача возбуждения на обмотку ротора СД производится от возбудителя: либо от генератора постоянного тока (может быть на одном валу с СД), либо от тиристорного выпрямителя, что чаще всего применяется в последнее время.Синхронизация СД с сетью происходит автоматически при подсинхронной скорости и поданном в ротор возбуждении.
В зависимости от момента подачи полного напряжения на обмотку статора СД в сочетании с подачей возбуждения в обмотку ротора существуют три вида (или три принципиальных схемы) пуска:
a) Прямой пуск СД. На обмотку статора СД подается полное напряжение сети , а цепь обмотки ротора подключается наглухо к якорю электромашинного возбудителя G (см. рис. 5.7, а) либо через разрядное сопротивление R1 (рис. 5.7, б). Реализация наиболее простого и дешевого прямого пуска с наглухо подключенным возбудителем возможна при соблюдении 3-х условий:

Рисунок 5.7
- если сеть, питающая статор, имеет достаточно большую мощность и нет необходимости снижения напряжения для уменьшения пускового тока СД;
- если время разгона СД до подсинхронной скорости ωПС меньше времени самовозбуждения возбудителя (в этом случае подача тока возбуждения в ротор СД происходит после достижения скорости);
- если момент статической нагрузки на валу СД меньше 40% номинального момента (Мс*<0.4). В этом случае гарантируется разгон СД без "застревания" на половине синхронной скорости из-за наличия в механической характеристике асинхронного пуска провала момента на половинной скорости (см. точку "а" на рис. 5.8).
 
Рисунок 5.8
Такой провал момента в характеристике возникает из-за взаимодействия замкнутой обмотки ротора и поля статора. Если при пуске СД Мс>0,4Mн или время разбега его превышает время самовозбуждения возбудителя , то применяют прямой пуск с разрядным резистором R1 в обмотке возбуждения ротора СД, как это показано на рис. 5.7, б.
Разрядный резистор ограничивает ток возбуждения при пуске, улучшая при этом механическую характеристику СД. Разрядный резистор R1 закорачивают при разбеге СД до подсинхронной скорости. Этот резистор обеспечивает также ускоренное гашение поля СД после его отключения от сети (уменьшается постоянная времени контура обмотки возбуждения СД). Величина R1 выбирается порядка (8-10), то есть существенно больше сопротивления обмотки возбуждения ротора СД.
В схемах подачи возбуждения в ротор СД предусматривается возможность форсирования тока возбуждения с помощью резистора, шунтируемого контактами КФ (см. рис. 5.7) . При увеличении тока возбуждения возбудителя и тока возбуждения синхронного двигателя М увеличивается Э.Д.С. СД, чем и достигается кратковременное повышение развиваемого им максимального электромагнитного момента (см.раздел. 5.2). Форсировка возбуждения необходима также при снижении напряжения питающей СД сети.
б) Легкий пуск СД. На обмотку статора подается пониженное напряжение для ограничения пускового тока. Возбуждение в ротор СД подается еще при пониженном напряжении на статоре.
Легкий пуск применяют при малых статических нагрузках и малых моментах инерции электропривода. При легком пуске обеспечиваются малые броски тока и момента при синхронизации (вхождении в синхронизм) СД.
в) Тяжелый пуск СД. На обмотку статора вначале подается пониженное напряжение (для ограничения пусковых токов), а затем полное напряжение сети. Напряжение возбуждения в ротор СД подается при полном напряжении на обмотке статора. Тяжелый пуск используется при больших моментах статического сопротивления и значительных моментах инерции на валу электропривода, когда для вхождения в синхронизм требуются большие входные моменты (для мощных компенсаторов, установках с маховиками и т.п.).
Понижение напряжения, подаваемого на статор СД, производится при помощи реакторов (см. рис. 5.9) или автотрансформаторов (рис. 5.10).

Рисунок 5.9                                 Рисунок 5.10
В схеме реакторного пуска по рис. 5.9 вначале включается масляный выключатель В1, и на двигателе снижается напряжение благодаря реактору Р. После разгона до подсинхронной скорости выключателем В2 закорачивается реактор, и на статор СД подается полное напряжение . При реакторном пуске всегда сохраняется равенство тока в статоре двигателя Iд току Iс, забираемому из сети.
При ограничении бросков пускового тока включением в цепь статора автотрансформатора необходимо соблюдать следующую последовательность работы масляных выключателей. Сначала включаются выключатели В1 и В3, на статор СД подается пониженное напряжение через автотрансформатор АТ. Затем с выдержкой времени (СД успевает разогнаться до подсинхронной скорости) отключается выключатель В3 и включается В2, на статор СД подается полное напряжение сети. Схема автотрансформаторного пуска применяется реже (для очень мощных СД ), так как она дороже , сложнее и менее надежна из-за большего числа коммутационной аппаратуры.
Преимуществом схемы автотрансформаторного пуска является то, что потребляемый в этом случае из сети ток меньше, чем при реакторном пуске (Iс>Iд), так как этот ток Ic обратно пропорционален напряжению, то есть
.
В последнее время получили широкое распространение системы возбуждения СД от тиристорных возбудителей, которые значительно дешевле и надежнее электромашинных возбудителей. Кроме того, они обеспечивают существенно меньшую инерционность при форсировках возбуждения. На рис 5.11 показана схема тиристорного в возбуждения СД. Форсировка возбуждения СД осуществляется полным открытием тиристоров Т1 и Т2, при этом напряжение на обмотке возбуждения Uв=(1,5-3)Uвн
Вместо группы тиристоров Т2 можно применить диоды Д1. Полупроводниковое управление возбуждением использует вместо контакторов тиристор Т и диод Д. Во время пуска СД тиристоры Т1 и Т2 закрыты, а тиристор Т открыт и вместе с диодом Д обеспечивает протекание переменного тока, индуктируемого в обмотке возбуждения при пуске СД. При подсинхронной скорости открываются тиристоры Т1 и Т2 , закрывается тиристор Т, и двигатель входит в синхронизм. В этой схеме разрядное сопротивление Rразр всегда подключено к обмотке возбуждения диодом Д, что обеспечивает надежную защиту обмотки от перенапряжения.
В схемах управления пуском СД обязательно есть узлы, обеспечивающие в функции тока, в функции скорости или времени пуска контроль за вхождением СД в синхронизм и предотвращение длительной (более расчетного времени пуска) работы в асинхронном режиме и перегрева короткозамкнутой пусковой обмотки. Подробное изучение схем управления пуском СД изучается в курсе СУЭП ("Системы управления электроприводами") и здесь не рассматриваются.
37.
Самый простой и распространенный пуск синхронного двигателя – асинхронный пуск. Пуск двигателя состоит из двух этапов: первый этап – асинхронный набор скорости при отсутствии возбуждения постоянным током и второй этап – втягивание ротора в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения.
Характерной и ценной особенностью синхронного двигателя по сравнению с асинхронным является возможность регулирования его реактивного тока (а следовательно, и cosφ) путем изменения постоянного тока возбуждения. При нормальном токе возбуждения магнитное поле ротора индуктирует в обмотке статора э.д.с., которую можно считать приближенно равной напряжению сети, приложенному к зажимам статора. В этих условиях работающий синхронный двигатель нагружает сеть только активным током. Его cos φ = 1. По этой причине обмотка статора синхронного двигателя рассчитывается на один активный ток (у асинхронного двигателя эта обмотка рассчитывается на активный и реактивный токи). По этой причине при одинаковой номинальной мощности габариты синхронного двигателя меньше, а его к.п.д. выше, чем асинхронного.
Если же ток возбуждения синхронного двигателя существенно меньше номинального, то магнитный поток ротора индуктирует в обмотке статора э.д.с., меньшую, чем напряжение сети – это условие, когда двигатель недовозбужден. Помимо активного тока, он нагружает сеть реактивным током, отстающим по фазе от напряжения на четверть периода, как намагничивающий ток асинхронного электродвигателя. Но если постоянный ток возбуждения больше номинального, то э.д.с. больше напряжения сети – двигатель перевозбужден. Он нагружает сеть, кроме активного тока, реактивным током, опережающим по фазе напряжение сети, совершенно также как емкостной ток конденсатора. Следовательно, перевозбужденный синхронный двигатель может подобно емкости улучшать общий cosφ промышленного предприятия, снижаемый индуктивными токами асинхронных двигателей.

38. Механическая и угловая характеристики синхронного двигателя
Синхронная угловая скорость (ω0) СД определяется частотой питания статора (f1) и числом пар его полюсов (р):
.    (5.1)
Эта скорость остается постоянной при работе в установившемся режиме с ростом нагрузки на валу, не превышающей максимального момента Ммакс, определяемого параметрами и конструкцией СД.
Поэтому механическая характеристика СД имеет вид прямой линии, параллельной оси абсцисс при ω=ω0=const. Если нагрузка на валу превышает значение Ммакс, то СД выходит из синхронизма и останавливается.
При изменениях (пульсации) нагрузки на валу СД в установившемся режиме мгновенные значения скорости колеблются около некоего среднего значения за счет изменения угла Θ между векторами напряжения и Э.Д.С. синхронной машины. Эти колебания мгновенной скорости важны лишь при работе СД на пульсирующую нагрузку (например, для привода поршневого компрессора), так как могут привести к неустойчивой работе электропривода.
Вопрос устойчивости работы СД и значение допустимого для него Ммакс решается по так называемого угловой характеристике - зависимости М=f(Θ). Углу Θ между векторами U и E соответствует пространственный угол сдвига между осью результирующего магнитного поля СД и осью его полюсов (углу вылета), причем этот угол в р раз меньше угла Θ (р - число пар полюсов).
Уравнение угловой характеристики М=f(Θ) ( получается из рассмотрения векторной диаграммы СД.
На рис. 5.1 показана такая векторная диаграмма неявнополюсной машины (полная диаграмма Блонделя).

Рисунок 5.1
При пренебрежении весьма малой величины R1 (сопротивление фазы обмотки статора) получается так называемая упрощенная диаграмма Блонделя (рис. 5.2).
По этой диаграмме выводится уравнение угловой характеристики СД-М=f(Θ). При R1=0 можно считать, что электромагнитная мощность СД равна мощности, подводимой к двигателю, то есть без учета потерь в статоре:
    (5.2)
Из векторной диаграммы рис.5.2 следует:
    (5.3)
Где U* и E*  - фазные значения напряжения и Э.Д.С. статора.

Рисунок 5.2
Из треугольника АВС получим:

Подставляя это значение в (5.3), будем иметь:
.    (5.4)
Подставив затем (5.4) в (5.2), получим выражение для электромагнитной мощности СД:

, а электромагнитный момент СД будет равен
, или
,    (5.5)
,    (5.6)
где  - ток короткого замыкания в статоре СД.
По выражению (5.5) строится угловая характеристика СД, показанная на рис. 5.3.

Рисунок 5.3
Из диаграммы рис. 5.2. видно, что с ростом нагрузки (I) угол Θ возрастает, увеличивается и момент, развиваемый двигателем, чтобы соответствовать возросшей нагрузке на валу и обеспечить условия устойчивой работы. При Θ>90 условия устойчивой работы СД нарушаются, так как с ростом нагрузки угол продолжает возрастать, а момент, развиваемый двигателем, уменьшается.
Поэтому СД выходит из синхронизма. Левая часть угловой характеристики M=f(Θ) является ее рабочей частью, а правая часть - это характеристики неустойчивой работы. СД конструируются таким образом, что номинальному моменту двигателя Мн соответствует угол Θн=25-30°.
Из двух соотношений:

следует, что номинальная перегрузочная способность СД
 Так как то Θмакс=90° то
.    (5.7)
В необходимых случаях перегрузочная способность СД может быть кратковременно увеличена за счет увеличения возбуждения машины, роста ее магнитного потока и Э.Д.С Е. При этом увеличится и развиваемый СД максимальный момент, как это видно из соотношения (5.6). Такое "перевозбуждение" СД возможно лишь кратковременно во избежание перегрева обмотки возбуждения на роторе.
"Кратковременное увеличение перегрузочной способности СД используется при ударном повышении момента сопротивления на валу (например , при входе металла в прокатную клеть непрерывного стана с приводом от СД).
СД может работать и в режиме рекуперации в сеть ,то есть синхронным генератором параллельно с сетью. В этом случае (см. рис. 5.4) при синхронной скорости нагрузочный момент на валу СД будет отрицательным. Этот режим не используется практически для торможения, так как нельзя получить снижения скорости. Режим торможения СД противовключением для синхронных электроприводов не используется, так как в этом случае будут очень большие толчки тока.

Рисунок 5.4
Надо усложнить схему для их ограничения и ввести в систему управления аппаратуру, контролирующую отключение двигателя от высоковольтной сети при подходе к нулевой скорости (СД всегда используются как нереверсивные ).
Так как мощные СД имеют большие моменты инерции, то торможение их на выбеге при отключении от сети, проходит очень медленно (минуты или десятки минут). Для ускорения остановки СД применяется режим динамического торможения со схемой, показанной на рис. 5.5.

Рисунок 5.5
Статор СД отключается от сети и подключается к специальному сопротивлению, на котором происходит рассеивание энергии, запасенной во вращающихся массах двигателя. Возбуждение СД при этом не отключается, чтобы можно было создать Э.Д.С. в статоре, продолжающем вращаться, пересекая магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения на роторе.
Торможение синхронных двигателей. Как и у других электродвигателей, оно осуществляется переводом их в генераторный режим, в котором они развивают на своем валу тормозной момент. Наиболее часто при этом используется схема динамического торможения ,которая соответствует генераторному режиму двигателя при его работе независимо от сети переменного тока.
В этой схеме обмотки статора двигателя отключаются от сети переменного тока и закорачиваются на добавочные резисторы (или накоротко), а обмотка возбуждения остается подключенной к источнику возбуждения через регулировочный резистор . Двигатель при этом будет иметь механические характеристики, аналогичные характеристикам асинхронного двигателя, представленным на рис.
Торможение противовключением используется очень редко, так как перевод двигателя в этот режим сопровождается значительными бросками тока и момента, требует токоограничения и применения сложных схем управления.
39. Работа синхронной машины с потреблением из сети опережающего тока дает возможность использовать ее в качестве компенсатора. Как выше было отмечено, синхронный двигатель для сети может являться конденсатором и повышать соs j всей энергоустановки, компенсируя реактивную мощность других приемников энергии.
Повышение соs j снижает потребление реактивной мощности электроустановок предприятия и уменьшает стоимость электроэнергии.
Компенсатором является синхронный двигатель, работающий без нагрузки и предназначенный для повышения соs j   предприятия. Таким образом, компенсатор является генератором реактивной мощности.
Конструктивно компенсатор отличается от синхронного двигателя незначительно. Компенсатор не несет механической нагрузки, поэтому его вал и ротор легче, а воздушный зазор меньше, чем у двигателя.
Основным недостатком синхронных двигателей является потребность в источнике как переменного, так и постоянного тока.
Возможность работы синхронного двигателя в качестве источника (компенсатора) реактивной мощности иллюстрируют так называемые образные характеристики. Они представляют собой зависимости тока статора двигателя /, и его коэффициента мощности cos ф от тока /в возбуждения при Щ = const, /, = const и Р, = const. Зависимости /i(/B) имеют минимум, которому соответствует максимум коэффициента мощности совф = 1. Объяснение такому характеру указанных зависимостей можно дать с помощью фрагмента векторной диаграммы двигателя, приведенного на рис. 6.9. На этой диаграмме показаны взаимное расположение векторов напряжения сети Щ, тока статора /,, его активной Iia и реактивной /|р составляющих при различных токах возбуждения двигателя.
40. Вентильно-индукторный электропривод
Развитие силовой и информационной электроники в последней четверти XX в. привело к появлению на рынке ряда новых электроприводов с различными типами электромеханических преобразователей (синхронными реактивными, синхронными с постоянными магнитами, индукторными и др.) и электронными коммутаторами — аналогами традиционных коллекторов.
Среди этих новых электроприводов особенно выделяется вентильно-индукторный электропривод (ВИП), или Switched Reluctance Drive (SRD).

Рис. 3.35. Вентильно-индукторный электропривод
Вентильно-индукторный электропривод (рис. 3.35) состоит из собственно двигателя — вентильно-индукторной машины (ВИМ), электронного коммутатора К, подключенного к выпрямителю В параллельно с конденсатором С, и управляемого обычно датчиком положения ротора Д через схему управления СУ. ВИМ имеет явнополюсный статор, например с n = 6 полюсами, несущий сосредоточенные обмотки (катушки), и явнополюсный пассивный ротор, число полюсов которого отличается от числа полюсов статора, например m = 4. Катушки связаны с электронным коммутатором, на каждую из n/2 фаз которого приходятся в рассматриваемом примере два ключа — транзистора — и два диода (на рис. 3.35 показана только одна фаза АХ).
Принцип действия ВИП состоит в притяжении металлического тела зубца ротора к возбужденному полюсу статора. Так, в изображенном на рис. 3.35 состоянии возбуждена фаза АХ и к полюсам a статора притянуты зубцы α ротора. При отключении фазы АХ (конденсатор С позволяет это сделать без осложнений) и включении BY (на рис. не показана) к возбужденным теперь зубцам b статора притянутся ближайшие зубцы ротора β. Поле повернется по часовой стрелке на угол 2π/n, а ротор — против часовой стрелки на угол

Если повторять указанный процесс коммутаций, то ротор будет перемещаться. Управление движением (выбор моментов включения и отключения фаз, формирование нужных импульсов тока и т.д.) осуществляется датчиком Д и схемой управления СУ.
На каждом такте коммутации по мере перехода ротора от рассогласованного состояния 1 к согласованному состоянию 2 потокосцепление Ψ и ток i изменяются по сложной траектории (рис. 3.36, а).
Общее выражение для механических характеристик можно получить из основного уравнения, описывающего этот процесс на каждом такте коммутации:

При ряде сильных допущений (линейное изменение Ψ, прямоугольная форма импульсов тока (рис. 3.36, 5), приняв Ψ = Li и пренебрегая iRф, будем иметь на каждом угловом шаге θ:
Рис. 3.36. Характеристики вентильно-индукторного электропривода:а — зависимость Ψ = f(i)); б — зависимости Ψ(θ) и i(θ); в — механические характеристики

Пренебрегая  и полагая  и  имеем:

Принимая  получим:

или

Механические характеристики двигателя при разных напряжениях показаны на рис. 3.36, в.
Интерес к вентильно-индукторному электроприводу связан с рядом его особенностей.
Во-первых, это предельно простая, технологичная, дешевая и надежная конструкция собственно двигателя ВИМ. В нем не используются существенно усложняющие технологию производства постоянные магниты, цена которых иногда составляет около половины цены всего привода. Отсутствует технологическая операция заливки ротора, неизбежная при производстве асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Обмотки (катушки) статора хорошо приспособлены к машинному производству, просты сборка и, что важно при массовых применениях, разборка для ремонта или утилизации. Осуществляется пропитка собственно катушек, а не статора в целом, как у других типов машин, что также снижает долю технологических затрат. Лишь один элемент — датчик положения ротора — выпадает из этого перечня благоприятных особенностей. Итак, машина в ВИП позволяет преодолеть устойчивую тенденцию роста на 10... 12% в год цены основных типов электрических машин: ее цена может быть в 1,5 — 2 раза ниже цены самого дешевого асинхронного двигателя.
Во-вторых, электронный коммутатор должен обеспечивать подачу на фазы ВИМ однополярных импульсов, что позволяет выполнить его более надежным в сравнении с аналогичным преобразователем частоты для асинхронного электропривода, так как ликвидируется опасность сквозных коротких замыканий и упрощается защита.В-третьих, по основным массогабаритным и энергетическим показателям ВИП не уступает и даже превосходит частотно-регулируемый асинхронный электропривод.
Это связано с важной особенностью ВИМ — полезным использованием насыщения магнитной цепи.
В-четвертых, благоприятные функциональные особенности ВИП: большие моменты при низких скоростях и небольших токах, гибкое управление скоростью, широкий диапазон плавного регулирования скорости — делают этот привод очень привлекательным для широких применений.
В-пятых, большое разнообразие структур ВИМ (различные отношения n/m = 6/4, 8/6,... различные способы коммутации фаз) делают этот привод хорошо применимым как в низкооборотных (сотни оборотов в минуту), так и высокооборотных (десятки тысяч оборотов в минуту) версиях. Итак, ВИП — серьезный конкурент современных регулируемых электроприводов без ограничения по мощности, скорости и т.д. Однако массовым этот электропривод не стал.
При простой структуре и конструкции (см. рис. 3.35) ВИП содержит один весьма сложный блок — схему управления СУ, от которой в сильной степени зависит вся работа привода. Это его мозг, и его несовершенное функционирование приводит к неудовлетворительной работе всего объекта.
В качестве основы для схемы управления использованы современные микропроцессорные средства, организующие посредством ШИМ задание нужного напряжения, а также токоограничение, формирование импульсов тока требуемой формы.
В процессе совершенствования схемы управления ВИП удалось в первом приближении устранить его конструктивный недостаток — избавиться от датчика положения ротора, заменив его простыми датчиками тока и напряжения. Это повлияло на конструктивный облик ВИМ — машина стала много проще короткозамкнутого асинхронного двигателя.
Новый вентильно-индукторный электропривод близок к перспективному практическому применению во многих сферах, где необходим простой и надежный энергосберегающий регулируемый электропривод.
40 вопрос
Вентильно–индукторный двигатель – это относительно новый тип электромеханического преобразователя энергии, который сочетает в себе свойства и электрической машины, и интегрированной системы регулируемого электропривода. Как всякий электродвигатель, он обеспечивает преобразование электрической энергии, которая поступает от питающей сети, в механическую энергию, передаваемую в нагрузку. Как система регулируемого электропривода, ВИД дает возможность осуществлять управление этим процессом в соответствии с особенностями конкретной нагрузки: регулировать частоту вращения, момент, мощность и так далее.
 
ВИД представляет собой достаточно сложную электромехатронную систему, структурная схема которой приведена на рис. 1 [1].

 
Рис. 1. Структурная схема ВИД.
 
В ее состав входят: индукторная машина (ИМ), преобразователь частоты, система управления и датчик положения ротора (ДПР). Функциональное назначение этих элементов ВИД очевидно: преобразователь частоты обеспечивает питание фаз ИМ однополярными импульсами напряжения прямоугольной формы; ИМ осуществляет электромеханическое преобразование энергии, система управления в соответствии с заложенным в нее алгоритмом и сигналами обратной связи, поступающими от датчика положения ротора,  управляет данным процессом.
Особенности конструкции индукторной машины 
ИМ, входящая в состав ВИД, может иметь различные конструктивные исполнения. На рис.2., для примера, приведено поперечное сечение 4х–фазной ИМ конфигурации 8/6. При обозначении конфигурации ИМ первая цифра указывает число полюсов статора, вторая – ротора.

Рис. 2. Поперечное сечение 4х–фазной ИМ конфигурации 8/6.
 
Анализ рис. 2. показывает, что ИМ имеет следующие конструктивные особенности.
– Сердечники статора и ротора имеют явнополюсную структуру.
– Число полюсов относительно невелико. При этом число полюсов статора больше числа полюсов ротора.
– Сердечники статора и ротора выполняются шихтованными.
– Обмотка статора – сосредоточенная катушечная. Она может быть одно- или многофазной.
– Фаза ИМ, как правило, состоит из двух катушек, расположенных на диаметрально противоположных полюсах статора. Известны ИМ с удвоенным числом полюсов статора и ротора. В 4х–фазном исполнении они имеют конфигурацию 16/12. Фаза такой ИМ состоит из двух пар катушек, которые располагаются на полюсах статора таким образом, что их оси ортогональны.
– Катушки фазы могут быть соединены в электрическом отношении параллельно или последовательно; в магнитном – согласно или встречно.
– Обмотка на роторе ИМ отсутствует.
41 вопрос
Для приведения в движение исполнительных органов ряда рабочих машин используются не один, а два или более электродвигателей, что позволяет получить некоторые специфические механические характеристики ЭП, снизить суммарный момент инерции системы по сравнению с однодвигательными приводами ЭП, создавать мощные ЭП на базе серийных двигателей относительно небольшой мощности, повысить надежность работы привода за счет резервирования, а в ряде случаев - упростить механическую часть его и рабочих машин.
Два или несколько электрически или механически связанных между собой двигателя, при работе которых поддерживается заданное соотношение их скоростей, нагрузок или положение их подвижных частей, называются взаимосвязанным ЭП.
Если два или несколько двигателей работают на общий вал (механически связаны между собой), то такой взаимосвязанный ЭП называется многодвигательным. Взаимосвязанный ЭП, обеспечивающий совместную работу двух или нескольких двигателей, валы которых не имеют непосредственной механической связи, а их взаимодействие обеспечивается электрической схемой, называется электрическим валом.
В качестве примеров можно назвать взаимосвязанные ЭП поворотных платформ мощных экскаваторов и крупных портальных кранов, шлюзовых затворов и аэродинамической трубы.7.1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С МЕХАНИЧЕСКИМ СОЕДИНЕНИЕМ ВАЛОВ ДВИГАТЕЛЕЙПри механическом соединении валов двигателей скорость их одинакова, а момент ЭП представляет собой алгебраическую сумму моментов отдельных двигателей. Запишем суммарный момент двух двигателей, имеющих прямолинейные характеристики:
М = МХ+М2 = МкХ (©о, - со)/со01 + Мк2 (со02 - со)/со02; (7.1)
или
М = IPJ (со01- со) + |Р2| (со02— со),(7.2)
где Мк1, Мк2, со01, со02, |Pj|, |Р2| - соответственно моменты короткого замыкания, скорости холостого хода и модули жесткости механических характеристик каждого двигателя; со - текущая скорость.
Из (7.2) находим уравнение механической характеристики двух- двигательного ЭП
со = (О)01 |Р,| + О)02 |р2|)/( |Р,| + |Р2|) - М/( |Р2| + |Р2|). (7.3)
Если двигатели имеют абсолютно одинаковые характеристики, т.е. со01 = со02 = со0 и |PJ = |Р2| = |Р|/2, то
со = со0-М/|Р2|.(7.4)
Как следует из (7.4), механическая характеристика ЭП в этом случае имеет в два раза большую жесткость, а скорость его идеального холостого хода соответствует скорости холостого хода каждого двигателя. Нагрузка электродвигателей с идентичными характеристиками распределяется между ними равномерно.
В большинстве случаев механические характеристики двигателей не являются идентичными и они могут иметь различные скорости
идеального холостого хода или жесткости. При совместной работе таких двигателей распределение нагрузки между ними происходит неравномерно.
При одинаковых скоростях идеального холостого хода, но различных жесткостях характеристик момент нагрузки Мс = Мх + Мг в соответствии с (7.2) распределяется между двигателями следующим образом:
М.НРД^-со + М/Р);
М2 = |Р2|(а)0-О) + М/Р),
где |й = |0,|+ |Э,|.Из (7.5) следует, что двигатель, имеющий более жесткую характеристику, нагружается в большей степени и, наоборот, двигатель с мягкой характеристикой оказывается менее загруженным.
При различных скоростях холостого хода и одинаковых жест- костях характеристик распределение нагрузки между двигателями происходит в соответствии со следующими соотношениями:
= |Р,| ((О01-(О + Мс/|Р|);М2 = |Р2|(С002-0) + МС/|Р|).Как видно из (7.6), двигатели с большей скоростью холостого хода нагружаются в большей степени.
Для одинаковой загрузки совместно работающих двигателей необходимо обеспечивать идентичность их механических характеристик. Так, при различных скоростях идеального холостого хода двигателей постоянного тока независимого возбуждения следует ввести дополнительный резистор в цепь возбуждения двигателя с меньшей скоростью. Для получения одинаковых жесткос- тей характеристик дополнительные резисторы вводятся в цепи якоря или ротора двигателя, имеющего более жесткую характеристику.
Отметим, что полученные выше соотношения и выводы справедливы для асинхронных двигателей, если рабочие участки их механических характеристик считать линейными.
Многодвигательный ЭП нашел достаточно широкое применение в подъемно-транспортных машинах и механизмах, так как часто бывает необходимо осуществлять их перевод на пониженную скорость перед остановкой.
В схеме ЭП с использованием двух асинхронных двигателей, приведенной на рис. 7.1, а, для понижения скорости двигатель 1 оста-

ется работать в двигательном режиме, а двигатель 2 переводится изменением чередования фаз в режим торможения противовключением. На рис. 7.1, б приведены соответственно механические характеристики 1 и 3 этих двигателей и результирующая характеристика 2 ЭП, полученная суммированием моментов двигателей при одной и той же скорости. Участок характеристики 2 ЭП, расположенный в первом квадранте, соответствует пониженной скорости движения исполнительного органа. Отметим, что с энергетической точки зрения продолжительная работа на пониженной скорости такого ЭП является нецелесообразной, так как сопровождается большими потерями энергии в двигателе 2 (см. рис. 7.1, а).
Низкая скорость двухдвигательного ЭП (рис. 7.2, а) обеспечивается при работе АД 1 в режиме двигателя, а АД 2 - в режиме динамического торможения. Механическая характеристика ЭП 2 (см. рис. 7.2, б), получаемая в результате сложения механических характеристик соответственно 1 и 3 двигателей, имеет участок большой жесткости в области низких скоростей.
,
Аналогичная характеристика ЭП может быть получена, если АД находится на одном валу с вспомогательной машиной постоянного тока, также работающей в режиме динамического торможения.
42 вопрос
7.2. ЭЛЕКТРОПРИВОД С МЕХАНИЧЕСКИМ ДИФФЕРЕНЦИАЛОМ
Одним из видов взаимосвязанных ЭП являются двухдвигатель- ные приводы с механическим дифференциалом, которые [11] находят применение в металлургическом производстве, крановых механизмах, установках бурения нефтяных скважин, горных и строительных машинах. Их распространение объясняется следующими ценными свойствами: возможностью ограничения нагрузок привода при стопорении движения исполнительного органа рабочей машины; возможностью получения большого диапазона регулирования скорости привода при относительно небольшом диапазоне регулирования скорости одного из двигателей; наличием автоматического распределения нагрузки между двигателями, а следовательно, отсутствием перегрузки одного двигателя при выходе другого из строя, малым падением скорости при приложении нагрузки.
В распространенной схеме ЭП с механическим дифференциалом (рис. 7.3, а) двигатели 1 и 6 приводят во вращение со скоростями (Dj и со2 шестерни 2 и 5, по которым обкатываются шестерни 4, называемые сателлитами. Вращение сателлитов 4 приводит к вращению жестко связанной с ними выходной шестерни 3, от которой движение через дополнительную шестерню 8 передается исполнительному органу 7 рабочей машины.

Движение исполнительного органа в общем случае может осуществляться либо от одного двигателя, либо от двух. При работе одного из двигателей при неподвижном (заторможенном) другом приведенная схема будет соответствовать схеме обычного однодви- гательного ЭП, в котором скорость выходной шестерни 3 будет определяться скоростью работающего (вращающегося) двигателя
В случае работы двух двигателей (основной режим) выходная скорость ЭП определяется значениями и направлением скоростей to, и 0)2.
При одинаковых диаметрах шестерен 2,5 и 4 скорость вращения сателлитов 4 относительно вертикальной оси определяется выра-г жением
g)ct=((01-(02)/2, а угловая скорость шестерни 3 при этом
со3= {(йх-(й2)/2 .
Если пренебречь потерями момента на преодоление сил трения в дифференциале, то момент на шестерне 3 определится суммой моментов двигателей 1 и 6, равных по значению в установившемся режиме:
М=М+М= 2 М.
51ОЖесткость механической характеристики ЭП с дифференциалом определяется следующим выражением:
P = 4P,P6/(P,+ P6)
где Рр Р6 - жесткости характеристик двигателей 1 и 6.
Для примера на рис. 7.3, б показаны характеристики ЭП 1 и 3 при прямолинейных характеристиках двигателей.
В случае идентичности механических характеристик 2 обоих двигателей и одинаковом направлении их вращения характеристика ЭП 1 имеет вдвое более высокую жесткость по сравнению с характеристиками двигателей, что следует также из формулы (7.10). При вращении одного из двигателей в противоположном направлении (характеристика 4) ЭП будет иметь характеристику 3, являющуюся характеристикой динамического торможения. Используя другие искусственные характеристики двигателей, можно формировать различные искусственные характеристики ЭП с дифференциалом.
43 вопрос7.3. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ВАЛОМ
В ряде случаев при необходимости использования взаимосвязанного ЭП непосредственное механическое соединение отдельных двигателей оказывается затруднительным, так как это потребует увеличения длины и диаметра соединительных валов, числа опорных подшипников и др. Иногда механическое соединение валов двигателей вообще оказывается невозможным из-за их значительного удаления друг от друга.В этих случаях вместо громоздкой механической передачи используется так называемая система электрического вала, в которой согласованное движение двигателей обеспечивается соответствующей электрической схемой их соединения. Помимо упрощения кинематической схемы рабочей машины применение электрического вала позволяет облегчить автоматизацию технологических процессов, повысить точность работы, устранить возможное явление механического резонанса.
Электрический вал находит применение для привода разводных мостов, затворов шлюзовых камер, мощных мостовых кранов, транспортеров и др.
Современные системы электрического вала делятся на две основные группы: с вспомогательными уравнительными машинами и с основными рабочими машинами. Вспомогательные синхронные или асинхронные машины служат для выравнивания нагрузки на валах основных двигателей. В другой группе уравнительные машины отсутствуют и их функции выполняют основные машины.
Схема электрического вала с синхронными уравнительными машинами приведена на рис. 7.4, а. На валах 1 и 6 главных асинхронных двигателей 2 и 5 установлены идентичные уравнительные синхронные машины 3 и 4, статорные обмотки которых включены таким образом, чтобы наводимые в них ЭДС Ё^и были направлены навстречу друг другу. К валам 1 и 6 двигателей приложена соответственно механическая нагрузка Мс{ и МсТ
При одинаковых скоростях и нагрузках первой (2 и 5) и второй (4 и 5) пар двигателей векторы ЭДС синхронных машин 3 и 4 будут равны по значению и направлены навстречу друг другу (см. рис. 7.4, б). При этом ток в цепи статоров этих машин равен нулю и машины не развивают никаких моментов.

Если в процессе работы нагрузка на одном из валов, например на втором, возрастет, то вектор ЭДС машины 4 Ё\х) повернется в сторону отставания на некоторый угол 9 (см. рис. 7.4, в). В результате этого в цепи статорных обмоток начнет действовать разностная ЭДС АЕ, под действием которой по обмоткам статоров машин 3 и 4 потечет ток (его часто называют уравнительным), и они начнут развивать момент.
Так как проекция вектора тока /, на вектор ЭДС Јj(1) положительна, а на вектор Ё\2) отрицательна, то машина 3 начнет работать генератором, создавая на валу 1 тормозной момент, а машина 4 - двигателем. В соответствии с этим суммарный движущий момент на валу 6 возрастет и его скорость увеличится, а на валу 1 движущий момент уменьшится и его скорость снизится, т.е. валы 1 и 6 вновь начнут вращаться с одинаковой скоростью (синхронно).
Синхронизирующий момент машин определяется в соответствии с формулой (6.1) следующим выражением:
Мсин = ±еЩ2) sme/(2©0*i),(7.11)
где 0 - угол сдвига фаз между ЭДС £,(1) и Ех{2); хх - синхронное индуктивное сопротивление машины.Рассмотренная система электрического вала имеет существенный недостаток - отсутствие синхронизирующего момента при нулевой скорости машин, так как их ЭДС в этом случае равны нулю. По этой причине чаще в качестве уравнительных машин используются асинхронные машины.
44 вопрос
Схема электрического вала с асинхронными уравнительными машинами приведена на рис. 7.5,а. Эта схема по принципу своего действия во многом схожа со схемой, приведенной на рис. 7.4,а.

Уравнительные машины Зи4с контактными кольцами, находящиеся на валах 1 и 6 основных двигателей 2 и 5, представляют со-бой идентичные АД с одинаковыми напряжением, числом фаз и полюсов, статорные обмотки которых подключены к общей трехфазной сети переменного тока, а роторные соединены между собой таким образом, чтобы наводимые в них ЭДС были направлены навстречу друг другу.Работа электрического вала происходит следующим образом. Если нагрузка валов обоих машин одинакова, то они вращаются синхронно (и синфазно) с одинаковой скоростью. Вследствие встречного направления ЭДС вспомогательных машин Ё^р и Ё, равных по значению, ток /2 в цепи их роторов будет отсутствовать, и машины 3 и 4 моменты развивать не будут.
Предположим теперь, что по каким-то причинам увеличился момент нагрузки на валу 6. Вследствие этого ротор АД 4 начнет отставать от ротора АД 3 и вектор ЭДС этой машины Ё^ повернется в пространстве на угол 0 относительно своего прежнего положения (см. рис. 7.5, б). В результате в роторной цепи машин 3 и 4 появится разностная ЭДС А Е2, под действием которой по роторам начнет протекать уравнительный ток /2. Так как проекция вектора этого тока на вектор ЭДС А Ё2 будет положительной, то машина 4 начнет развивать дополнительный движущий момент на валу 6, за счет чего его скорость будет выравниваться со скоростью вала 1.
Уравнительное действие машин 3 и 4 определяется уравнительным (синхронизирующим) моментом
Мур = Mhcs sin в/sk,(7.12)
где Мнс = 2Мк (s/sk + sjs) - момент вспомогательных асинхронных машин 3 и 4 в нормальной (основной) схеме включения.
Уравнительное действие вспомогательных машин тем больше, чем больше угол 9. Увеличение уравнительного момента происходит до значений 9 = я/2, после чего уравнительный момент начнет уменьшаться и система электрического вала может выпасть из синхронизма. Уравнительный момент пропорционален скольжению, при котором работают вспомогательные машины. Поэтому при создании системы электрического вала стремятся обеспечить работу этих машин при возможно большем их скольжении. Для этого выбирают вспомогательные машины с более высокими номинальными скоростями по сравнению с основными двигателями или используют вращение вспомогательных машин против магнитного поля со скольжениями больше единицы.
В первом случае обеспечивается скольжение вспомогательных машин не более единицы. Например, если основные двигатели электрического вала имеют номинальную скорость в два раза меньшую, вспомогательных машин повышаются потери мощности из-за увеличенной частоты тока ротора.
45 вопрос
Схема электрического вала без вспомогательных машин приведена на рис. 7.6. Система электрического вала может быть выполнена также только из основных двигателей, которые в этом случае выполняют функции как рабочих, так и уравнительных машин. Для этого статорные обмотки двигателей 1 и 2 подключаются параллельно к питающей сети, а роторные соединяются встречно. Параллельно обмоткам ротора во все три фазы включаются регулируемые резисторы 3 с сопротивлением Л2д. При Л2д = 0 электрический вал работает как обычные, независимо работающие друг от друга асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами.
При Л2д Ф 0 и вращении АД с одинаковой скоростью угол сдвига между векторами ЭДС машин 9 = 0 и они развивают одинаковые моменты, работая на реостатных характеристиках.
При увеличении нагрузки одного из двигателей угол 0 становится не равным нулю, поэтому появляются уравнительные ток и момент. Уравнительный момент будет разгружать машину с большей нагрузкой и догружать менее нагруженную, при этом скорости двигателей выравняются, а положение их роторов будет характеризоваться некоторым углом рассогласования 0*0. Максимально допустимый угол рассогласования для рассматриваемой схемы, как и для системы с уравнительными машинами, составляет п 12.
left148590Основным достоинством электрического вала с основными рабочими машинами является отсутствие вспомогательных машин.
Однако для увеличения уравнительного момента путем повышения скольжения в роторную цепь двигателей необходимо включать дополнительные сопротивления, что приводит к дополнительным потерям мощности в ней. Обычно электрический вал с основными рабочими машинами применяется лишь при небольшой разнице моментов нагрузки, приложенных к обоим валам.
46. Электромагнитная муфта предназначена для передачи вращающего момента двигателя к рабочему механизму. Принцип их действия основан на электромагнитных свойствах связываемых элементов. Муфта состоит из двух частей: ведущей и ведомой, которые образуют замкнутую магнитную систему.Ниже рассматриваются три вида электромагнитных муфт, получивших наибольшее применение в САУ: фрикционная (контактная и бесконтактная), порошковая и асинхронная (муфта скольжения).В контактной электромагнитной фрикционной муфте передача вращающего момента с ведущей полумуфты на ведомую происходит за счет сил трения между контактирующими поверхностями фрикционных дисков, из которых один расположен на ведущей полумуфте, а другой – на ведомой. Эти диски изготовлены из материала с высоким коэффициентом трения.Рисунок 5.7 Электромагнитная фрикционная муфтаУстройство электромагнитной фрикционной муфты показано на рисунке 5.7 через контактные кольца 2 и щетки 4 напряжение управления муфтой Uу подводится к катушке 5. Возникший при этом ток в катушке наводит в магнитной системе муфты поток Ф. Замыкаясь через якорь, роль которого выполняет ведущая полумуфта 9, этот поток создаст на нем тяговое усилие. Крепление якоря (ведущая полумуфта) на валу таково, что оно допускает небольшое осевое перемещение. В результате якорь 9, преодолев сопротивление возвратной пружины 7, упирающейся в кольцо 6, окажется притянутым к сердечнику 1 (ведущая полумуфта) и поверхности фрикционных дисков 10 сомкнутся. При этом вращение с ведущего вала 8передается на ведомый вал 3 за счет сил трения между фрикционными дисками. При необходимости отключить муфту следует снять напряжение с контактных щеток. При этом под действием пружины 7 якорь сместиться в право, а поверхности фрикционных дисков разомкнутся и вращение ведомого вала прекратиться. Для увеличения передаваемого вращающего момента в некоторых конструкциях используют несколько пар фрикционных дисков, количество которых тем больше, чем больше передаваемый момент.Основной недостаток рассмотренной муфты – наличие скользящего контакта «щетки – контактные кольца», что снижает надежность муфты.Бесконтактная электромагнитная фрикционная муфта состоит из трех основных элементов, рисунок 5.8. Неподвижный элемент 2 с катушкой 3 посажен на ведомый вал через шарикоподшипник 1. Благодаря такой конструкции при передаче вращения на ведомый вал эта часть муфты остается неподвижной, что позволяет катушку 3 непосредственно включать в сеть, не применяя скользящих контактов, как это сделано в контактной фрикционной муфте, рисунок 37.1. Элемент 5 представляет собой ведущую полумуфту, посаженную на ведущий вал посредством шпонки 6. Конструкция этого элемента аналогична ведущей полумуфте контактной фрикционной муфты, т.е. он имеет возможность небольшого осевого перемещения, преодолевая сопротивление возвратной пружины (на рисунке 39.2 не показана). Элемент 4рассматриваемой муфты является промежуточным способным благодаря шпонке 7 передать вращение на ведомый вал, т.е. этот элемент представляет собой ведомую полумуфту. При включении катушки 3 в сеть в магнитной системе муфты, составленной из трех элементов, возбуждается магнитный поток Ф, замыкающийся по контуру Ф и создающий на ведущей полумуфте 5, являющейся якорем электромагнита, тяговое усилие, которое смещает эту полумуфту влево вдоль ведущего вала. При этом фрикционные диски смыкаются, и вращающийся момент с ведущего вала передается на ведомый вал. Чтобы магнитный поток не замыкался в промежуточном элементе 4, что нарушило бы работу муфты, этот элемент имеет «окна» по периметру цилиндрической катушки 3. При снятии напряжения питания катушки 3 тяговое усилие исчезает и под действием возвратной пружины (не показана на рисунке) элемент 5 смещается вправо, при этом фрикционные диски размыкаются.Рисунок 5.8 Бесконтактная электромагнитная фрикционная муфтаДля уменьшения магнитных потерь во вращающихся частях бесконтактной муфты эти части иногда делают шихтованными. Бесконтактная электромагнитная муфта сложнее и дороже контактной, но отсутствие в ней скользящего контакта делает ее более надежной.Промышленность выпускает электромагнитные фрикционные муфты серии Э1ТМ. Муфты рассчитаны на включение в сеть постоянного тока напряжением 24 В и имеет степень защиты IP00.Основные характеристики электромагнитных муфт: ^ Мном - передаваемый вращающий момент; nном – номинальная частота вращения; nmax – предельно допустимая частота вращения; Р20 – мощность, потребляемая катушкой электромагнита в холодном состоянии (при температуре 20° С). Мощность потребляемая бесконтактными муфтами больше, чем у контактных, что объясняется наличием двух воздушных зазоров в бесконтактных муфтах.Принцип действия электромагнитной порошковой муфты основан на свойстве жидкого или порошкообразного ферромагнитного вещества (наполнителя муфты) под действием магнитного поля увеличивать свою вязкость и прочно прилипать к стенкам намагниченных элементов. В принципе порошковая муфта является фрикционной. Однако, в отличие от последней, передача вращающего момента от ведущей части муфты к ведомой в порошковой муфте происходит не за счет сил трения сжимаемых поверхностей, а за счет повышения вязкости ферромагнитного наполнителя муфты.Рисунок 5.9 Электромагнитная порошковая муфтаНа рисунке 39.3 показано устройство контактной порошковой муфты. Ведущая часть муфты состоит из зубчатого колеса 1, полого ферромагнитного стального цилиндра 3 и крышки 7. Ведомая часть муфты состоит из ведомого вала 9, на котором жестко закреплен ферромагнитный сердечник 2 с катушкой 4. Питание в катушку подается через контактные кольца 8 и щетки. Провода, соединяющие кольца 8 с катушкой 4, прокладывают по поверхности вала 9. При подаче напряжения на катушку магнитный поток Ф, замыкаясь в магнитопроводе, проходит через воздушный зазор, разделяющий ведущую и ведомую части муфты. Этот зазор заполнен смесью, содержащей порошкообразный ферромагнитный материал 5 (на рисунке показан точками). При отключенной катушке 4 указанная смесь практически не создает связи между ведущей и ведомой частями муфты. Когда же в катушке появляется ток и в магнитопроводе возникает магнитный поток Ф, ферромагнитные частицы 5, заполняющие зазор, намагничиваются и создают жесткую связь между частями муфты. В итоге вращение с ведущей части муфты передается на ведомый вал 9. Уплотнители 6 необходимы для удержания наполнителя в рабочем объеме.Отечественная промышленность изготовляет электромагнитные порошковые муфты серии БПМ.Обладая высоким быстродействием (ферромагнитная смесь практически безынерционная), что является достоинством порошковой муфты, эти муфты имеют недостаток, обусловленный сложностью конструкции: необходимость защиты подшипников от попадания в них порошка и периодической замены ферромагнитного наполнителя из-за постепенного его «старения» и утраты ферромагнитных свойств.Электромагнитная асинхронная муфта состоит из индуктора 6 с катушкой возбуждения 3 на ведомом валу 5 и якоря 2 на ведущем валу 1, рисунок 5.10, а. Катушка питается от источника постоянного тока через контактные кольца (изолированные от вала и друг от друга) и щетки 4. якорь 2 вращается вместе с ведущим валом 1 в магнитном поле индуктора. При этом магнитное поле индуцирует в массивном якоре 2 вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с полем индуктора на индукторе возникает вращающий момент, направленный в сторону вращения якоря. Под действием этого момента индуктор приходит во вращение, т.е. вращение якоря передается на индуктор. Вращающий момент, переданный таким образом с якоря на индуктор, является асинхронным, т.е. в рассматриваемой муфте имеет место скольжения, а следовательно, частота вращения ведомого вала n2 всегда меньше частоты вращения ведущего вала n1, так как только при этом условии в якоре индуцируются вихревые токи.Рисунок 5.10 Электромагнитная асинхронная муфтаСвойства рассмотренной электромагнитной муфты во многом схожи со свойствами асинхронного двигателя и определяются ее механической характеристикой рисунок 5.10, б. С увеличением статического нагрузочного момента Мс на ведомом валу частота вращения снижается. Механическая характеристика муфты мягкая и зависимость частоты вращения от нагрузки в асинхронной муфте более значительна, чем в асинхронном двигателе. Изменяя ток в индукторе Iв можно менять частоту вращения ведомого вала. Если момент нагрузки приводного механизма оказывается больше максимального момента муфты, то происходит опрокидывание – вращение ведомой части прекращается. Благодаря способности к опрокидыванию муфта может защищать приводной двигатель от больших перегрузок. К достоинствам такого привода с муфтой относятся простота устройства и эксплуатации, низкая стоимость, высокая надежность. Но с увеличением скольжения растут потери мощности и КПД привода снижается.В целях повышения КПД в некоторых конструкциях на якоре асинхронной муфты располагаю короткозамкнутую обмотку 2, аналогичную обмотке ротора асинхронного двигателя, а сердечники индуктора 1 и якоря делают шихтованными, рисунок 5.11.Рисунок 5.11 Асинхронная муфта с короткозамкнутой обмоткойДостоинства муфты: плавность передачи вращающего момента на ведомый вал; простота конструкции, возможность регулирования частоты вращения ведомого вала, отсутствие изнашиваемых элементов.Недостатки муфты: низкий КПД из-за значительных потерь на вихревые токи, низкие габаритно-массовые показатели.47. Следящий электропривод (СЭП) – электропривод, обеспечивающий изменение положения исполнительного органа (нагрузки) в соответствии с входным сигналом, произвольно меняющимся во времени. Другими словами, СЭП отслеживает изменение маломощного входного сигнала и воспроизводит с определенной точностью это изменение на значительно более мощной нагрузке.4.2. Функциональная схема СЭПРис.1. Базовая функциональная схемаОсновные элементы.ЗУ – задающее устройство. Вырабатывает маломощный входной сигнал, произвольно меняющийся по времени. Этот сигнал может задаваться в виде угла поворота входного вала (наиболее распространено), перемещения или напряжения.ИП – измерительный преобразователь. Измеряет фактическое значение воспроизводимой величины на управляемом объекте и преобразует его в управляющий сигнал.ИР – измеритель рассогласования - орган сравнения, сравнивающий фактическое значение воспроизводимой величины с заданным входным сигналом.В итоге вырабатывается сигнал рассогласования, пропорциональный разности между заданным и фактическим значением воспроизводимой величины. УП – преобразователь (при необходимости) и усилитель, усиливающий сигнал до уровня, достаточного для управления двигателем ИД.ИД – электродвигатель, преобразующий управляющее напряжение в механическое перемещение вала (угловую скорость) и жестко связанный с исполнительным органом (нагрузкой) [19].С валом ИД связан рабочий орган управляемого объекта. Двигатель осуществляет такое движение управляемого объекта, при котором сигнал рассогласования уменьшается. В отсутствие сигнала рассогласования ротор электродвигателя находится в покое. Таким образом, двигатель исполняет управляющие команды. Электродвигатель, используемый в следящем электроприводе, называют исполнительным двигателем.ИО – исполнительный орган, нагрузка, управляемый объект. То есть орган, который должен вращаться, поворачиваться или перемещаться в полном соответствии с входным сигналом.^ 4.3. Характерные особенности СЭП:1) наличие замкнутого контура. 2) наличие сигнала рассогласования, используемого для управления исполнительным двигателем, обеспечивающим непрерывную отработку входного воздействия. 3) низкие энергетические показатели, что не имеет существенного значения, поскольку они работают непродолжительное время [19].^ 4.4. Реализация элементов СЭПЗУ. В качестве ЗУ может выступать как автоматическое устройство, состоящее из ряда датчиков, так и человек оператор. В качестве измерителя рассогласования угла в следящем электроприводе могут применяться индукционные и потенциометрические измерители рассогласования.К индукционным измерителям рассогласования относятся сельсины и поворотные трансформаторы.Усилитель. В качестве усилителей могут использоваться магнитные усилители, электромашинные усилители или статические полупроводниковые усилители. ИД. В качестве ИД применяются двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели и вентильные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов.^ 4.5. Требования, предъявляемые к следящим электроприводам.Помимо общих требований (малые габариты и вес, дешевизна, высокий КПД, надежность, бесшумность, отсутствие радиопомех и т.д.), к исполнительным двигателям предъявляются и специфические требования, связанных в первую очередь с управляемостью.1. Электродвигатели, применяемые в следящем приводе, должны иметь плавную регулировку скорости в широких пределах.2. Режим работы ЭД должен быть устойчивым во всем рабочем диапазоне угловых скоростей. Под устойчивостью подразумевается способность двигателя восстанавливать установившуюся скорость вращения при небольших кратковременных возмущающих воздействиях (по питающей сети, по моменту нагрузки). Это требование выполняется в случае, если положительному приращению момента соответствует отрицательное приращение частоты вращения ротора, т.е. если dM/dΩ<0.3. Возможность реверсирования.4. Мощность управления должна быть малой при значительной мощности на валу. 5. СЭП должен обладать высоким быстродействием, т.е. малым временем отработки сигнала.Время отработки сигнала определяется, главным образом, электромеханическими переходными процессами, т.к. из-за значительного активного сопротивления электромагнитные переходные процессы в СЭП быстротечны [32].Длительность электромеханических переходных процессов характеризуется электромеханической постоянной времени Тм.Известно, что ^ Тм прямо пропорциональна моменту инерции (Тм=JdΩ/dM [18]). Например, для цилиндра момент инерции вычисляется по формулеJ=0.5mR2.При нелинейной механической характеристике каждой ее точке соответствует собственное значение Тм[18].6. Хорошие пусковые свойства: малый момент трогания, высокая кратность пускового момента и малая кратность пускового тока [19].7. Отсутствие "самохода". При снятом сигнале управления двигатель должен остановиться без применения каких-либо тормозящих устройств. Эти общие требования обуславливают требования к параметрам и характеристикам следящих приводов.^ 4.6. Требования к характеристикам СЭП1) высокая степень линейности механической характеристики;2) линейная регулировочная характеристика (зависимость угловой скорости вращения ротора от электрического сигнала управления), позволяющая обеспечить широкий диапазон регулирования скорости.Стремление обеспечения выполнения перечисленных выше требований заставляет в ряде случаев отказываться от традиционных конструкций машин общего применения, что ведет к увеличению габаритов, снижению КПД и т.п [32].^ 4.7. СЭП переменного тока.В составе СП переменного тока используются двухфазные асинхронные двигатели (АДД). Идея получения вращающегося магнитного поля при помощи двухфазного тока и создание первых АДД, основанных на этом принципе, связано с именами Галилео Феррариса (1885) и Николы Тесла (1886). Однако эти машины были несовершенными с конструктивной точки зрения. Современные конструктивные формы АД придал Михаил Доливо-Добровольский. В 1888 году он выполнил свой первый трехфазный двигатель с распределенной обмоткой и ротором в виде полого медного цилиндра. Такая конструкция впоследствии оказалась весьма совершенной для АДД небольшой мощности [8].4.7.1. Достоинства АДД по сравнению с ДПТ.1. Простота конструкции и изготовления.2. Бесконтактность.3. Меньший момент трения (меньший момент трогания).Недостатки:1. Большая масса.2. Малый КПД.4.7.2. Особенности конструкции.
В пазы статора уложены две обмотки. Одна из обмоток статора является обмоткой возбуждения (ОВ) и питается переменным током из сети. Другая обмотка сдвинута относительно ОВ в пространстве на 90 градусов и называется обмоткой управления (ОУ) (рис.2). К обмотке управления приложено напряжение, сдвинутое по фазе на 90 град относительно напряжения на обмотке возбуждения. В простейшем случае это достигается включением в цепь одной из обмоток конденсатора [3]. Частота напряжения на обоих обмотках одинакова и не меняется. Конструкция ротора может быть различной (будет рассмотрена ниже) Рис.2. Схема двухфазного АД
Следящие приводы нашли применение во многих областях техники: в системах управления станками.
48. Двигатели внутреннего сгорания. В настоящее время существует большое количество устройств, использующих тепловое расширение газов. К таким устройствам относится карбюраторный двигатель, дизели, турбореактивные двигатели и т.д.
Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы. 1. Двигатели
с внешним сгоранием - паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и
т.д. 2. Двигатели внутреннего сгорания. В качестве энергетических установок
автомобилей наибольшее распространение получили двигатели внутреннегосгорания, в которых процесс сгорания топлива с выделением теплоты и
превращением ее в механическую работу происходит непосредственно в цилиндрах.
На большинстве современных автомобилей установлены двигатели внутреннегосгорания.
Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели
внутреннего сгорания. Они имеют достаточно большой срок службы, сравнительно
небольшие габаритные размеры и массу. Основным недостатком этих двигателей
следует считать возвратно-поступательное движение поршня, связанное сналичием криво шатунного механизма, усложняющего конструкцию и
ограничивающего возможность повышения частоты вращения, особенно призначительных размерах двигателя.
А теперь немного о первых ДВС. Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
был создан в 1860 г. французским инженером Этвеном Ленуаром, но эта машина
была еще весьма несовершенной. В 1862 г. французский изобретатель Бо де Роша
предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл:
1)всасывание; 2) сжатие; 3) горение и расширение; 4) выхлоп. Эта идея была
использована немецким изобретателем Н.Отто, построившим в 1878 г. первый
четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. КПД такого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов. Быстрое распространение ДВС в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их положительных особенностей.
Осуществление рабочего цикла ДВС в одном цилиндре с малыми потерями
значительным перепадом температур между источником теплоты и холодильником
обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая экономичность -
одно из положительных качеств ДВС. Среди ДВС дизель в настоящее время
является таким двигателем, который преобразует химическую энергию топлива вмеханическую работу с наиболее высоким КПД в широком диапазоне изменения мощности. Это качество дизелей особенно важно, если учесть, что запасы нефтяных топлив ограничены. К положительным особенностям ДВС стоит отнести также то, что они могут быть соединены практически с любым потребителем энергии. Это объясняется широкими возможностями получения соответствующих характеристик изменения мощности и крутящего момента этих двигателей. Рассматриваемые двигатели успешно используются на автомобилях тракторах ,сельскохозяйственных машинах, тепловозах, судах ,электростанциях и т.д., т.е.
ДВС отличаются хорошей приспособляемостью к потребителю.
Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масса ДВС
позволили широко использовать их на силовых установках, находящих широкоеприменение и имеющих небольшие размеров моторного отделения.Установки с ДВС обладают большой автономностью. Даже самолеты с ДВС могут
летать десятки часов без пополнения горючего. Важным положительным качеством
ДВС является возможность их быстрого пуска в обычных условиях. Двигатели,
работающие при низких температурах, снабжаются специальными устройствами для
облегчения и ускорения пуска. После пуска двигатели сравнительно быстро могут
принимать полную нагрузку. ДВС обладают значительным тормозным моментом, что
очень важно при использовании их на транспортных установках.
Положительным качеством дизелей является способность одного двигателя
работать на многих топливах. Так известны конструкции автомобильныхмноготопливных двигателей, а также судовых двигателей большой мощности,
которые работают на различных топливах – от дизельного до котельного мазута.
Но наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом недостатков. Среди
них ограниченное по сравнению, например с паровыми и газовыми турбинами
агрегатная мощность. Высокий уровень шума, относительно большая частота
вращения коленчатого вала при пуске и невозможность непосредственного
соединения его с ведущими колесами потребителя, Токсичность выхлопных газов,
возвратно-поступательное движение поршня, ограничивающие частоту вращения и
являющиеся причиной появлений не уравновешенных сил инерции и моментов отних. Но невозможно было бы создание двигателей внутреннего сгорания, их
развития и применения, если бы не эффект теплового расширения. Ведь в
процессе теплового расширения нагретые до высокой температуры газы совершают
полезную работу. Вследствие быстрого сгорания смеси в цилиндре двигателя
внутреннего сгорания, резко повышается давление, под воздействием которого
происходит перемещение поршня в цилиндре. А это-то и есть та самая нужная
технологическая функция, т.е. силовое воздействие, создание большихдавлений, которую выполняет тепловое расширение, и ради которой это явление
применяют в различных технологиях и в частности в ДВС. Именно этому явлению я
хочу уделить внимание в следующей главе.

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ
Тепловое расширение - изменение размеров тела в процессе его изобарического
нагревания (при постоянном давлении). Количественно тепловое расширение
характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения
B=(1/V)*(dV/dT)p, где V - объем, T - температура, p - давление. Для большинства
тел B>0 (исключением является, например, вода, у которой в интервалетемператур от 0 C до 4 C B<0). Для идеального газа B=1/T, у жидкостей и
твердых тел зависимость B от T значительно слабее. Для твердых тел наряду с B
вводят температурный коэффициент линейного расширения a, равный отношению
относительного изменения длины тела вдоль рассматриваемого направления приизобарическом нагревании тела к приращению температуры: a=(1/l)*(dl/dT)p, где
l - длина тела. Для изотропных тел B=3a .

Области применения теплового расширения
Тепловое расширение нашло свое применение в различных современных
технологиях. В частности можно сказать о применении теплового расширения газа
в теплотехники. Так, например, это явление применяется в различных тепловых
двигателях, т.е. в двигателях внутреннего и внешнего сгорания: в роторных
двигателях, в реактивных двигателях, в турбо реактивных двигателях, нагазотурбинных установках, двигателях Ванкеля, Стирлинга, ядерных силовых
установках. Тепловое расширение воды используется в паровых турбинах и т.д.
Все это в свою очередь нашло широкое распространение в различных отраслях
народного хозяйства .Например, двигатели внутреннего сгорания наиболее широко
используются на транспортных установках и сельскохозяйственных машинах. В
стационарной энергетике двигатели внутреннего сгорания широко используются нанебольших электростанциях, энергопоездах и аварийных энергоустановках. ДВС
получили большое распространение также в качестве привода компрессоров и
насосов для подачи газа, нефти жидкого топлива и т.п. по трубопроводам, припроизводстве разведочных работ, для привода бурильных установок при бурении
скважин на газовых и нефтяных промыслах. Турбореактивные двигатели широко
распространены в авиации. Паровые турбины - основной двигатель для привода
электрогенераторов на ТЭС. Применяют паровые турбины также для привода
центробежных воздуходувок, компрессоров и насосов. Существуют даже паровые
автомобили, но они не получили распространения из-за конструктивнойсложности.
Тепловое расширение применяется также в различных тепловых реле, принцип
действия которых основан на линейном расширении трубки и стержня,
изготовленных из материалов с различным температурным коэффициентом линейногорасширения.

ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Как было выше сказано, тепловое расширение применяется в ДВС. Но каким
образом оно применяется и какую функцию выполняет мы рассмотрим на примере
работы поршневого ДВС. Двигателем называется энергосиловая машина,
преобразующая какую-либо энергию в механическую работу. Двигатели, в которых
механическая работа создается в результате преобразования тепловой энергии,
называются тепловыми. Тепловая энергия получается при сжигании какого-либотоплива. Тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива,
сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию,
называется поршневым двигателем внутреннего сгорания. (Советскийэнциклопедический словарь)

49-50.Классификация ДВС
Как было выше сказано, в качестве энергетических установок автомобилей
наибольшее распространение поучили ДВС, в которых процесс сгорания топлива с
выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит
непосредственно в цилиндрах. Но в большинстве современных автомобилей
установлены двигатели внутреннего сгорания, которые классифицируются поразличным признакам: По способу смесеобразования - двигатели с внешнимсмесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров
(карбюраторные и газовые), и двигатели с внутренним смесеобразованием
(рабочая смесь образуется внутри цилиндров) -дизели; По способу осуществления
рабочего цикла - четырехтактные и двухтактные; По числу цилиндров -
одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые; По расположению
цилиндров - двигатели с вертикальным или наклонным расположением цилиндров водин ряд, V-образные с расположением цилиндров под углом (при расположениицилиндров под углом 180 двигатель называется двигателем с противолежащими
цилиндрами, или оппозитным); По способу охлаждения - на двигатели с
жидкостным или воздушным охлаждением; По виду применяемого топлива -
бензиновые, дизельные, газовые и многотопливные ;По степени сжатия. В
зависимости от степени сжатия различают
двигатели высокого (E=12...18) и низкого (E=4...9) сжатия; По способу
наполнения цилиндра свежим зарядом:а) двигатели без наддува, у которых впуск
воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре привсасывающем ходе поршня;) двигатели с наддувом, у которых впуск воздуха илигорючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым
компрессором, с целью увеличения заряда и получения повышенной мощности
двигателя; По частоте вращения: тихоходные, повышенной частоты вращения,
быстроходные ;По назначению различают двигатели стационарные, авто тракторные
,судовые, тепловозные, авиационные и др.

Основы устройства поршневых ДВС
Поршневые ДВС состоят из механизмов и систем, выполняющих заданные им функции
и взаимодействующих между собой. Основными частями такого двигателя являются
кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также
системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система.
Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-
поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала .Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси вцилиндр и удаление из него продуктов сгорания.
Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси вцилиндр, а также для отвода продуктов сгорания.
Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью
уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция
масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания.
Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы
двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании
рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма.
Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре
двигателя .Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера,
который снизу закрыт поддоном . Внутри цилиндра перемещается поршень с
компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в
верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатымвалом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере.
Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр
,поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-
шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами, открытие и
закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а
следовательно, и с перемещением поршня.
Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его
скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней
мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение - нижняя мертвая точка
(НМТ) .Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком,
имеющим форму диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ
до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R
кривошипа: S=2R.
Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой
сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра между двумя
мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается
Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полныйобъем цилиндра Vа: Vа=Vс+Vh. Рабочий объем цилиндра (его измеряют вкубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д - диаметр цилиндра.
Сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя называют
рабочим объемом двигателя, его определяют по формуле: Vр=(пД^2*S)/4*i, где i
- число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры
сгорания Vc называется степенью сжатия: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень
сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к.
сильно влияет на его экономичность и мощность .
Принцип работы
Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании
работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ кНМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания вцилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура
газов и давления. Т. к .давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре
оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет
перемещаться вниз, при этом газы - расширяться, совершая полезную работу. Вот
здесь-то и дает о себе знать тепловое расширение газов, здесь и заключается
его технологическая функция: давление на поршень. Чтобы двигатель постоянно
вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять
новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливо через форсунку или
подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания
топлива после их расширения удаляются из цилиндра через впускной клапан. Эти
задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и
закрытием клапанов, и система подачи топлива.

Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя
Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд
последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и
обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если
рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого
вала, то такой двигатель называется двухтактным.
Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу,
который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и
состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.
В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе рабочий цикл
происходит следующим образом:
1. Такт впуска По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый
полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт,
выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 - 0.095 МПа,
вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и
воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь состаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь .2. Такт сжатия. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем
вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ кВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление
рабочей смеси повышаются.
3. Такт расширения или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь
воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего
температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом
перемещается от ВМТ к НМТ.В процессе такта расширения шарнирно связанный с
поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит вовращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу,
поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим
ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается
выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 -0.75 МПа, а
температура до 950 - 1200 С.
4. Такт выпуска . При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень
перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты
сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод .
Принцип действия четырехтактного дизеля
В четырехтактном двигателе рабочие процессы происходят следующим образом:
1. Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося
разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной
клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет
0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С.
2. Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны
закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший
воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого
воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня кВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое
топливным насосом .3. Такт расширения, или рабочий ход . Впрыснутое в конце такта сжатия
топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается
процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и
давления. При этом максимальноедавление газов достигает 6 - 9 МПа, а температура 1800 - 2000 С. Поддействием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ -происходит
рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5 МПа, а температура до700 - 900 С.
4. Такт выпуска . Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый
выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление
газов снижается до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После
окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл
повторяется в той же последовательности. Для обобщения на показаны схемы
рабочего цикла карбюраторных двигателей и дизелей.

Принцип действия двухтактного двигателя
Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение
цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а
очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е.
процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий
процесс для всех типов двухтактных
двигателей - продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра спомощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида
имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактногокарбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа
двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем
перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна
цилиндр в определенны моменты сообщается с впускным и выпускным
трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет
непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три
окна: впускное, выпускное 6 и продувочное, которое сообщается клапаном
скривошипной камерой двигателя.
Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:
1. Такт сжатия . Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала
продувочное, а затем выпускное 6 окно. После закрытия поршнем выпускного окна
в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси.
Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается
разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное
окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь
воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и
давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов
поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезнуюработу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает
находящуюся в кривошипной камере горючую смесь.
Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск
отработавших газов в атмосферу ,давление в цилиндре понижается. При
дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в
кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и
осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается от рабочего цикла
двухтактного карбюраторного двигателя тем, что у дизеля в цилиндр поступает
воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается
мелкораспыленное топливо.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте
вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего
числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня длярасширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части
вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводят
практически к увеличению мощности только на 60...70%.

Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей
Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из пяти процессов: впуск,
сжатие, сгорание, расширение и выпуск, которые совершаются за четыре тактаили за два оборота коленчатого вала.
Графическое представление о давлении газов при изменении объема в цилиндре
двигателя в процессе осуществления каждого из четырех циклов дает
индикаторная диаграмма. Она может быть построена по данным теплового расчета
или снята при работе двигателя с помощью специального прибора - индикатора.
Процесс впуска. Впуск горючей смеси осуществляется после выпуска из цилиндров
отработавших газов от предыдущего цикла. Впускной клапан открывается снекоторым опережением до ВМТ , чтобы получить к моменту прихода поршня к ВМТ
большее проходное сечение у клапана. Впуск горючей смеси осуществляется задва периода. В первый период смесь поступает при перемещении поршня от ВМТ кНМТ вследствие разряжения, создающегося в цилиндре. Во второй период впуск
смеси происходит при перемещении поршня от НМТ к ВМТ в течение некоторого
времени, соответствующего 40 - 70 поворота коленчатого вала за счет разности
давлений, и скоростного напора смеси . Впуск горючей смеси заканчивается
закрытием впускного клапана.Горючая смесь, поступившая в цилиндр, смешивается
с остаточными газами от предыдущего цикла и образует горючую смесь. Давление
смеси в цилиндре в течение процесса впуска составляет 70 - 90 кПа и зависит
от гидравлических потерь во впускной системе двигателя. Температура смеси вконце процесса впуска повышается до 340 - 350 К вследствие соприкосновения ее
с нагретыми деталями двигателя и смешивания состаточными газами, имеющими температуру 900 - 1000 К.
Процесс сжатия. Сжатие рабочей смеси, находящейся в цилиндре двигателя,
происходит при закрытых клапанах и перемещении поршня. Процесс сжатия
протекает при наличии теплообмена между рабочей смесью и стенками (цилиндра,головки и днища поршня). В начале сжатия температура рабочей смеси ниже
температуры стенок, поэтому теплота передается смеси от стенок. По мере
дальнейшего сжатия температура смеси повышается и становится выше температуры
стенок, поэтому теплота от смеси передается стенкам. Таким образом процесс
сжатия осуществляется по политропе, средний показатель которой n=1.33...1.38.
Процесс сжатия заканчивается в момент воспламенения рабочей смеси. Давление
рабочей смеси в цилиндре в конце сжатия 0.8 - 1.5МПа, а температура 600 - 750
К.
Процесс сгорания. Сгорание рабочей смеси начинается раньше прихода поршня кВМТ, т.е. когда сжатая смесь воспламеняется от электрической искры. После
воспламенения фронт пламени горящей свечи от свечи распространяется по всему
объему камеры сгорания со скоростью 40 - 50 м/с. Несмотря на такую высокую
скорость сгорания, смесь успевает сгореть за время, пока коленчатый вал
повернется на 30 - 35 .При сгорании рабочей смеси выделяется большоеколичество теплоты на участке, соответствующим 10 - 15 до ВМТ и 15 - 20 после
НМТ, вследствие чего давление и температура образующихся в цилиндре газов
быстро возрастают. В конце сгорания давление газов достигает 3 - 5 МПа, а
температура 2500 - 2800 К.
Процесс расширения. Тепловое расширение газов, находящихся в цилиндре
двигателя, происходит после окончания процесса сгорания при перемещении
поршня к НМТ. Газы, расширяясь, совершают полезную работу. Процесс тепловогорасширения протекает при интенсивном теплообмене между газами и стенками
(цилиндра, головки и днища поршня). В начале расширения происходит догорание
рабочей смеси, вследствие чего образующиеся газы получают теплоту. Газы втечение всего процесса теплового расширения отдают теплоту стенкам.
Температура газов в процессе расширения уменьшается, следовательно,
изменяется перепад температуры между газами и стенками. Процесс тепловогорасширения, заканчивающийся в момент открытия выпускного клапана,. Процесс
теплового расширения происходит по политре, средний показатель которойn2=1.23...1.31. Давление газов в цилиндре в конце расширения 0.35 -0.5 МПа, а
температура 1200 - 1500 К.
Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинается при открытии выпускногоклапана, т.е. за 40 - 60 до прихода поршня в НМТ. Выпуск газов из цилиндра
осуществляется за два периода. В первый период выпуск газов происходит приперемещении поршня до НМТ за счет того, что давление газов в цилиндре
значительно выше атмосферного .В этот период из цилиндра удаляется около 60%
отработавших газов со скоростью 500 - 600 м/с. Во второй период выпуск газов
происходит при перемещении поршня от НМТ до закрытие выпускного клапана засчет выталкивающего действия поршня и инерции движущихся газов. Выпуск
отработавших газов заканчивается в момент закрытия выпускного клапана, т. е.
через 10 – 20 после прихода поршня в ВМТ. Давление газов в цилиндре впроцессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа, температура газов в конце процесса
выпуска 90 - 1100 К .
Рабочий цикл четырехтактного двигателя
Рабочий цикл дизеля существенно отличается от рабочего цикла карбюраторного
двигателя способом образования и воспламенения рабочей смеси.
Процесс впуска. Впуск воздуха начинается при открытом впускном
клапане и заканчивается в момент закрытия его. Процесс впуска воздуха
происходит также, как и впуск горючей смеси в карбюраторном двигателе..Давление воздуха в цилиндре в течении процесса впуска составляет 80 - 95 кПа
и зависит от гидравлических потерь во впускной системе двигателя. Температура
воздуха в конце процесса выпуска повышается до 320 - 350 К за счет
соприкосновения его с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными
газами.
Процесс сжатия. Сжатие воздуха, находящегося в цилиндре, начинается после
закрытия впускного клапана и заканчивается в момент впрыска топлива в камеру
сгорания Давление воздуха в цилиндре в конце сжатия 3.5 - 6 МПа, а
температура 820 - 980 К.
Процесс сгорания. Сгорание топлива начинается с момента начала подачи топлива
в цилиндр, т.е. за 15 - 30 до прихода поршня в ВМТ. В этот момент температура
сжатого воздуха на 150 - 200 С выше температуры самовоспламенения. топливо,
поступившее в мелкораспыленном состоянии в цилиндр, воспламеняется не
мгновенно, а с задержкой в течение некоторого времени (0.001 - 0.003 с),
называемого периодом задержки воспламенения. В этот период топливо
прогревается, перемешивается с воздухом и испаряется, т.е. образуется рабочаясмесь. Подготовленное топливо воспламеняется и сгорает. В конце сгорания
давление газов достигает 5.5 - 11 МПа, а температура 1800 - 2400 К.
Процесс расширения. Тепловое расширение газов, находящихся в цилиндре,
начинается после окончания процесса сгорания и заканчивается в момент
закрытия выпускного клапана. В начале расширения происходит догорание
топлива. Процесс теплового расширения протекает аналогично процессу теплового
расширения газов в карбюраторном двигателе.. Давление газов в цилиндре кконце расширения 0.3 - 0.5 МПа, а температура 1000 - 1300 К.
Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинается при открытии выпускногоклапана и заканчивается в момент закрытия выпускного клапана. Процесс выпуска
отработавших газов происходит также, как и процесс выпуска газов вкарбюраторном двигателе. Давление газов в цилиндре в процессе выталкивания
0.11 - 0.12 МПа, температура газов в конце процесса выпуска 700 - 900 К.

Рабочие циклы двухтактных двигателей
Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за два такта, или за один
оборот коленчатого вала. Рассмотрим рабочий цикл двухтактного карбюраторного
двигателя с кривошипно-камерной продувкой,
Процесс сжатия горючей смеси, находящейся в цилиндре, начинается с момента
закрытия поршнем окон цилиндра при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Процесс
сжатия протекает также, как и в четырехтактном карбюраторном двигателе,
Процесс сгорания происходит аналогично процессу сгорания в четырехтактномкарбюраторном двигателе.
Процесс теплового расширения газов, находящихся в цилиндре, начинается после
окончания процесса сгорания и заканчивается в момент открытия выпускных окон.
Процесс теплового расширения происходит аналогично процессу расширения газов
в четырехтактном карбюраторном двигателе .Процесс выпуска отработавших газов
начинается при открытии выпускных окон, т.е. за 60 65 до прихода поршня вНМТ, изаканчивается через 60 - 65 после прохода поршнем НМТ, на диаграмме
изображается линией 462. По мере открытия выпускного окна давление в цилиндре
резко снижается, а за 50 - 55 до прихода поршня в НМТ открываются продувочныеокна и горючая смесь, ранее поступившая в кривошипную камеру и сжатая
опускающимся поршнем, начинает поступать в цилиндр. Период, в течение
которого
происходит одновременно два процесса - впуск горючей смеси и выпуск
отработавших газов,- называют продувкой. Во время продувки горючая смесь
вытесняет отработавшие газы и частично уносится вместе с ними. При дальнейшем
перемещении к ВМТ поршень перекрывает сначала продувочные окна, прекращая
доступ горючей смеси в цилиндр из кривошипной камеры, а затем выпускные и
начинается в цилиндре процесс сжатия.

51. Теоретические циклы ДВС в приводах ТМ. Термический КПД.
Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
Классификация циклов
 
Поршневые двигатели внутреннего сгорания (д. в. с.) относятся к тепловым двигателям, в которых скрытая химическая энергия топлива трансформируется в тепловую, а затем в механическую работу.Для осуществления такого превращения в поршневых д. в. с. независимо от их тактности должны быть осуществлены следующие пять термодинамических и вспомогательных процессов: 1) заполнение цилиндров свежим зарядом (впуск); 2) сжатие этого заряда; 3) сгорание топлива; 4) расширение образовавшихся и сильно нагревшихся при сгорании газов и 5) очистка цилиндров от продуктов сгорания (выпуск).Комплекс перечисленных процессов при их определенном следовании друг за другом образует цикл.
В реально выполненных поршневых д. в. с. цикл может быть осуществлен за один оборот коленчатого вала — два хода поршня в двухтактных двигателях или за два оборота — четыре хода поршня в четырехтактных двигателях. В практике автомобиле - и тракторостроения наибольшее распространение получили четырехтактные д. в. с.
В настоящее время применительно к поршневым д. в. с. известны три принципиально различных цикла: а) цикл быстрого сгорания (Отто); б) цикл постепенного сгорания (Дизеля) и в) смешанный цикл (Сабатэ). Эффективность каждого из перечисленных циклов различна и зависит от совершенства термодинамических процессов, составляющих цикл, и условий, при которых они совершаются.
Как известно (согласно второму закону термодинамики), в любом тепловом двигателе часть подводимого тепла должна быть отдана холодному источнику и, следовательно, безвозвратно теряется. Однако, кроме этих принципиально неустранимых потерь, реально выполненным двигателям присущи дополнительные потери тепла, которые при рационально организованном трансформировании химической энергии топлива в тепловую и затем в механическую работу могут быть значительно сокращены.
Чтобы иметь возможность оценить, насколько полно используется тепло, вводимое в цилиндры реального двигателя, его теплоиспользование сравнивают с теплоиспользованием идеального двигателя.
Циклы идеальных двигателей называются теоретическими циклами, которые, так же как и циклы реальных двигателей, состоят из указанных выше пяти процессов. Однако условия осуществления этих процессов идеализированы в тепловом отношении, т. е. они совершаются без потерь, связанных с теплообменом между газами и стенками цилиндров.
Кроме того, работа идеальных двигателей характеризуется полным отсутствием механических и гидравлических или насосных потерь при перезарядке (впуск и выпуск) цилиндров. Процесс сгорания в теоретических циклах идеальных двигателей предполагается полностью управляемым, обеспечивающим в зависимости от особенностей цикла мгновенное сгорание топлива в в. м. т. (при постоянном объеме Отто) или по мере подачи топлива (частично при постоянном объеме и частично при постоянном давлении — Сабатэ, или только при постоянном давлении — Дизеля). Процесс очистки цилиндров в идеальных двигателях организован так: вначале в н. м. т. от газов мгновенно отводят тепло, а затем выталкивают их из цилиндра так, что они не оказывают сопротивления продвижению поршня от н. м. т. до верхней. В связи с отсутствием тепловых и механических потерь теплоиспользование в идеальном двигателе выше, чем в реальном.Кроме теоретических и реальных циклов, существуют так называемые идеальные, или термодинамические, циклы. Идеальные циклы отличаются от теоретических тем, что они замкнутые, т. е. совершающиеся одним и тем же количеством рабочего тела, имеющего постоянную теплоемкость. Процесс впуска в идеальном цикле отсутствует: процесс сгорания заменен процессом подвода тепла Q1а процесс выпуска — процессом отвода тепла Q2. В этих циклах, так же как и в теоретических, имеют место только принципиально неустранимые тепловые потери.Степень совершенства преобразования теплоты в механическую работу в термодинамическом цикле двигателя оценивается термическим (или тепловым, или термодинамическим) коэффициентом полезного действия ηt.
Термический КПД
Отношение работы, совершенной в прямом обратимом термодинамическом цикле, к теплоте, сообщенной рабочему телу от внешних источников.
В общем случае
ηt = At/Q1 = (Q1 – Q2)/Q1,
где At – тепло, преобразованное в цикле в работу; Q1 – тепло, подведённое в цикле к рабочему телу; Q2 – тепло, отданное в цикле рабочим телом.
Термический КПД
На индикаторной диаграмме это отношение площадей работы за цикл At (область заштрихованая «в клетку») и подведённой в цикле к рабочему телу теплоты Q1 (вся заштрихованная область).
Термический КПД термодинамического цикла показывает, какое количество получаемой теплоты машина превращает в работу в конкретных условиях протекания идеального цикла. Чем больше величина ηt, тем совершеннее цикл и тепловая машина.
В качестве критерия оценки термодинамических циклов часто используют цикл Карно, потому что КПД тепловой машины Карно максимален в том смысле, что никакая тепловая машина с теми же температурами нагревателя и холодильника не может обладать бόльшим КПД [1]. Формула для расчёта термического КПД данного цикла общеизвестна
ηt = (T1 – T2)/T1,
где T1 – абсолютная температура нагревателя; T2 – абсолютная температура холодильника.
Из анализа цикла Карно можно сделать следующие выводы:
КПД любого термодинамического цикла тем больше, чем больше разница температур нагревателя T1 и холодильника T2;
термический КПД никогда не достигает 100 %, потому что температура T2 в лучшем случае равна температуре окружающей среды;
Сегодня наибольшая разница температур достигнута в двигателях внутреннего сгорания, благодаря высокой температуре рабочего тела T1. Температура газов в цилиндре поршневого ДВС достигает 2000 °C и более, а в газовой турбине порядка 900 – 1300 °C, что связано с необходимость обеспечить жаропрочность лопаток турбины. Для двигателей с внешним подводом теплоты такие значения температур рабочего тела остаются пока недостижимыми из-за высокого термического сопротивления на границе нагреватель-рабочее тело. Температура пара в современных паровой турбине или поршневом паровом двигателе находится в диапазоне от 300 до 600 °C
52. Действительные циклы ДВС в приводах ТМ. Индикаторный и эффективный КПД.
Действительные циклы двигателей внутреннего сгорания
Расчет действительного цикла двигателя состоит из следующих этапов:
- процесс впуска и газообмена;
- процесс сжатия;
-процесс сгорания;
-процесс расширения;
-процесс выпуска.
Рабочий цикл характеризуется следующими параметрами:
-среднее индикаторное давление;
-индикаторная мощность;
-индикаторный КПД.
-присутствие механических потерь.
Механический КПД находится по формуле:
Отношение среднего эффективного давления к индикаторному называется механическим КПД.
Процесс впуска заключается в наполнении цилиндра двигателя свежим зарядом (топливовоздушной смесью или воздухом).
Состоит из трех периодов:
1) в первый период, от момента начала открытия впускного клапана (точка г1) до момента закрытия выпускного клапана (точка а’), происходит одновременное наполнение цилиндра свежим зарядом, выпуск отработавших газов и их смешение. Это период, когда открыты одновременно впускной и выпускной клапаны, называют перекрытием клапанов ( ), именно в этот период происходит наиболее интенсивный процесс газообмена;
2)  период от точки d до точки а при движении поршня к н.м.т. характеризует основной период впуска свежего заряда, продолже¬ние смешения его с отработавшими газами, выравнивание их совместного давления и температуры;
3)     в третий период при движении поршня от и.м.т. (точка а) до точки а" происходит одновременно завершение процесса наполне¬ния цилиндра (дозаряда, или обратный выброс) и начало сжатия смеси.
При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух из атмосферы. В этом случае при расчете рабочего цикла двигателя давление окружающей среды принимают равным 0,1 МПа , а температура Т0=293 К. 
В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышаются температура и давление рабочего тела, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива.
Процесс сгорания – это основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.
С целью упрощения термодинамических расчетов автомобильных и тракторных двигателей принимают, что процесс сгорания в двигателях с воспламенением от искры происходит при V=соnst,,т. е.  по изохоре, а в двигателях с воспламенением от сжатия – при V=const и p=const, т.е. по циклу со смешанным подводом теплоты.
 В результате процесса расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. Изменение давления в процессе расширения показано на рисунке, приведенном ниже.
Кривая zab1b11 показывает действительное изменение давления в цилиндрах двигателей в процессе расширения. Так же как и при рассмотрении процесса сжатия, условно считают, что процесс расширения в действительном цикле протекает по политропе с переменным показателем, который в начальный период изменяется от 0 до 1 (идет настолько интенсивное догорание топлива, что температура газов повышается, несмотря на расширение),
Затем увеличивается и достигает значения показателя адиабаты (выделение теплоты вследствие догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации уменьшается и становится равным отводу теплоты за счет теплообмена и утечки газов через неплотности) и, наконец, превышает показатель адиабаты (выделение теплоты меньше отвода теплоты).
За период выпуска из цилиндра двигателя удаляются отработавшие газы.
В начале расчета процесса впуска  задаются параметры процесса выпуска (рr и Тr), а точность выбора величины давления н температуры остаточных газов проверяется по формуле:       
При проектировании двигателя стремятся уменьшить величину рr, чтобы избежать возрастания насосных потерь и коэффициента остаточных газов. Кроме того, увеличение давления выпуска уменьшает коэффициент наполнения, ухудшает процесс сгорания и повышает температуру и количество остаточных газов. Увеличение давления в конце выпуска при газотурбинном наддуве, как правило, вполне компенсируется повышением давления на впуске
Индикаторный к. п. д. есть отношение тепла, превращенного в индикаторную работу, ко всему затраченному теплу, т. е.

где 632 ккал — термический эквивалент 1 л. с. ч.;
В — часовой расход топлива (в кг/час для жидкого или в м3/час для газообразного топлива);
QРН — теплота сгорания топлива (в ккал/кг для жидкого или ккал/м3 для газообразного топлива).
Индикаторный к. п. д. показывает в долях единицы или в про­центах ту часть затраченной теплоты, которая превращается в инди­каторную работу; он учитывает тепловые потери с охлаждающей водой, с отработанными газами, а также потери от неполноты сгора­ния топлива. В результате указанных потерь работа действительного цикла меньше работы в идеальном цикле L0, т. е. L1 < L0.
Эффективный КПД
В настоящее время источниками механической энергии в автомобилях являются в основном тепловые двигатели, в первую очередь двигатели внутреннего сгорания. Преобразование энергии топлива в механическую энергию в них связано со значительными потерями, поэтому необходимо в первую очередь найти пути уменьшения этих потерь и достичь максимальной отдачи энергии, содержащейся в топливе.
Важным показателем является коэффициент полезного действия (КПД) двигателя, показывающий, какое количество энергии топлива преобразуется в механическую работу.
Эффективный КПД
Характеристика двигателя, отражающая степень использования теплоты с учетом всех видов потерь как тепловых, так и механических. Представляет собой отношение полезной механической работы ко всей затраченной теплоте.
По определению выше:
ηe = Ae/Q1,
где Ae – полезная механическая работа; Q1 – затраченная теплота.
Также можно выразить эффективный КПД, используя другие коэффициенты полезного действия двигателя:
ηe = ηi·ηm = ηt·ηg·ηm,
где ηi – индикаторный КПД; ηm – механический КПД; ηt – термический КПД; ηg – относительный КПД.
Например, при работе двигателя внутреннего сгорания 1/3 энергии топлива преобразуется в механическую работу, 1/3 путем охлаждения передается в окружающую среду и 1/3 отводится в виде теплоты, содержащейся в отработавших газах. Любое использование тепловых потерь двух последних видов означает экономию энергии, более рациональное использование мощности двигателя и улучшение теплового, баланса автомобиля.
Так, использование теплоты, поглощенной охлаждающей жидкостью, которую в принципе необходимо отвести от двигателя для отопления кабины или кузова, является типичным примером экономии топлива, необходимого для независимого отопления. Такими же примерами служат обогрев отработавшими газами кузовов грузовых автомобилей, которые перевозят смерзающиеся грузы (руду, уголь, жидкости), использование энергии отработавших газов для привода турбокомпрессора или вспомогательной турбины.
53. Классификация и принцип действия гидроприводов ТМ.
Классификация и принцип работы гидроприводов
В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объемные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.
1. По характеру движения выходного звена гидродвигателя:
гидропривод вращательного движения (рис.1.2, а), когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;
гидропривод поступательного движения (рис.1.2, б, в), у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр - двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);
гидропривод поворотного движения (рис.1.2, г), когда в качестве гидродвигателя применен поворотный гидроцилиндр, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360 .
2. По возможности регулирования:
регулируемый гидропривод, в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может быть дроссельным (рис.1.2, б, г), объемным (рис.1.2, а), объемно-дроссельным или изменением скорости двигателя, приводящего в работу насос. Регулирование может быть ручным или автоматическим. В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть стабилизированным, программным или следящим. Регулированию гидропривода будет посвящена отдельная лекция;
нерегулируемый гидропривод, у которого нельзя изменять скорость движения выходного звена гидропередачи в процессе эксплуатации.
3. По схеме циркуляции рабочей жидкости:
гидропривод с замкнутой схемой циркуляции (рис.1.2, а), в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса. Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры;
гидропривод с разомкнутой системой циркуляции (рис.1.2, б, в, г), в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой. Достоинства такой схемы - хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.
4. По источнику подачи рабочей жидкости: насосные гидроприводы, в которых рабочая жидкость подается в гидродвигатели насосами, входящих в состав этих гидроприводов;
аккумуляторные гидроприводы, в которых рабочая жидкость подается в гидродвигатели из гидроаккумуляторов, предварительно заряженных от внешних источников, не входящих в состав данных гидроприводов;
магистральные гидроприводы, в которых рабочая жидкость подается к гидродвигателям от специальной магистрали, не входящей в состав этих приводов.
5. По типу приводящего двигателя гидроприводы могут быть с электроприводом, приводом от ДВС, турбин и т.д.
Принцип работы объемного гидропривода основан на законе Паскаля, по которому всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в остальные ее точки без изменения (рис.1.2).
Насосом 1 рабочая жидкость подается в напорную гидролинию 3 и далее через распределитель 5 к гидродвигателю 2. При одном положении гидрораспределителя совершается рабочий ход гидродвигателя, а при другом положении - холостой. Из гидродвигателя жидкость через распределитель поступает в сливную гидролинию и далее или в гидробак 9, или во всасывающую гидролинию насоса (в гидроприводах с замкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости, см. рис.1.2, а). В резервуаре жидкость охлаждается и снова поступает в гидросистему. Надежная работа гидропривода возможна только при соответствующей очистке рабочей жидкости фильтрами 8.
Регулирование скорости движения выходного звена гидродвигателя может быть дроссельным или объемным. При дроссельном регулировании в гидросистеме устанавливаются нерегулируемые насосы, а изменение скорости движения выходного звена достигается изменением расхода рабочей жидкости через дроссель 6. При объемном регулировании скорость движения выходного звена гидродвигателя изменяется подачей регулируемого насоса либо за счет применения регулируемого гидромотора.
Защита гидросистемы от чрезмерного повышения давления обеспечивается предохранительным 4а или переливным 4б клапанами, которые настраиваются на максимально допустимое давление. Если нагрузка на гидродвигатель возрастает сверх установленной, то весь поток рабочей жидкости будет идти через предохранительный или переливной клапаны, минуя гидродвигатель. Контроль за давлением на отдельных участках гидросистемы осуществляется по манометрам 11.
Работа гидроагрегатов сопровождается утечками рабочей жидкости. В гидросистемах с замкнутой циркуляцией утечки компенсируются специальным подпитывающим насосом 1а (рис.1.2, а).
54. Рабочие жидкости в гидроприводах ТМ. Требования, свойства рабочих жидкостей.
Рабочие жидкости для гидроприводов
Рабочая жидкость в гидроприводе выполняет две ключевые функции:
- передает энергию от ведущего элемента (насоса) системы к ведомому (гидродвигатель, гидроцилиндр и т.д.),
- смазывает рабочие органы гидромашин (насосы, моторы и т.д.) в гидроприводе.
В процессе работы в гидроприводе рабочая жидкость подвергается изменению давления в широком диапазоне (от 0 до 32 МПа), изменению скорости и направления потока жидкости, а также изменению температуры (от -30 до +110 °C)
Для работы в таких условиях в качестве рабочей жидкости наиболее подходят минеральные масла. Обычные моторные и трансмиссионные масла непригодны для этой цели. Они быстро изнашиваются и не обеспечивают надежную работу и необходимую защиту от износа гидросистемы. Для таких условий работы была разработана специальная группа гидравлических масел.
Состав гидравлических масел
Гидравлическое масло представляет собой высококачественное минеральное масло высокой степени очистки с особыми добавками (до 25% от массы). Минеральное масло называют базой, или базовым маслом, добавки - присадками.
Базовое масло задает основные характеристики будущего гидравлического масла. Без хорошего базового масла невозможно достичь высоких эксплуатационных характеристик гидравлического масла на протяжении всего периода эксплуатации.
Пакет присадок вводят в базовое масло с целью достижения требуемых характеристик и свойств масла, а также для увеличения его срока службы.
Рассмотрим основные присадки и их роль в процессе эксплуатации гидравлического масла.
Ингибиторы коррозии
Предотвращают коррозию металлов, значительно снижая способность гидравлического масла вступать в химическую реакцию с деталями гидроаппаратов.
Антиокислительные присадки
Воздействие высоких давлений и температур усиливает окислительные процессы в рабочей жидкости. Окисление замедляется введением антиокислительных присадок в гидравлическое масло, таким образом, значительно продлевается допустимый срок его эксплуатации в гидросистеме.
Противоизносные присадки
Комплекс присадок, для улучшения защиты гидрооборудования от износа.
Вязкостные присадки
Применяют для достижения малого изменения вязкости масла в широком температурном диапазоне.
Антипенные присадки
В пакет присадок так же включают антипенные присадки. Они способствуют выведению воздуха из масла, таким образом, предотвращая вспенивание.
Выбор гидравлического масла
Мы рекомендуем всегда использовать рабочую жидкость, соответствующую по классу вязкости и группе присадок, указанной к применению в гидросистеме заводом-изготовителем техники или изготовителем гидромашин.
Если же строгих рекомендаций завода-изготовителя нет, выбирать следует по трем критериям:
1.Вязкость масла должна соответствовать рекомендуемой к применению в насосах гидросистемы.
2.Температурный диапазон должен соответствовать условиям работы гидросистемы.
3.Состав пакета присадок масла должен подходить к условиям эксплуатации гидросистемы.
Выбор вязкости
Для каждого насоса или мотора производитель в паспорте указывает рекомендуемый диапазон вязкости рабочей жидкости. В соответствии с ГОСТ 17479.3-85 гидравлические масла по значению вязкости при 40С⁰ делятся на 10 классов. Значение вязкости жидкости в сантистоксах (сСт) приблизительно соответствует номеру ее класса вязкости. Следует учитывать, что вязкость гидравлического масла изменяется с изменением его температуры, поэтому жидкости малого класса вязкости больше подходят для эксплуатации в условиях низких температур, высокого класса вязкости в условиях высоких температур окружающей среды.
Выбор температурного диапазона
Важно выбрать масло, которое будет способно сохранять свои свойства в заданном температурном диапазоне окружающей среды.
Выбор оптимального состава масла
В разных гидросистемах гидравлические масла работают при различных воздействиях на них: разные давления, температурный диапазон и т.д. Соответственно, различаются и требования к характеристикам и свойствам гидравлических масел. Необходимые характеристики и свойства задаются составом пакета присадок. Стандартами ГОСТ, ISO и DIN гидравлические масла делятся на несколько групп по своим характеристикам и, соответственно, составу. В таблице 1 приведены обозначения различных групп для этих стандартов, состав масел и их применяемость в гидросистемах.
55. Классификация и общие сведения объемных насосов в гидроприводах ТМ.
Гидроприводом называется совокупность гидравлических устройств, предназначен- ная для передачи механической энергии и преобразования характера движения посредством рабочей жидкости.
Объемным называется гидропривод, в котором используются объемные гидромаши- ны.
Каждый гидропривод, как правило, включает в себя:
  энергопреобразователи (насосы, гидродвигатели, гидроаккумуляторы), соответствен- 
но предназначенные для преобразования механической энергии в энергию потока ра- бочей жидкости и обратно, а также для ее накопления в виде либо потенциальной энергии груза, либо упругодеформируемого тела, либо сжатого газа;
  гидросеть (рабочая жидкость, гидролинии, элементы их соединения), осуществляю- щая передачу энергии потока рабочей жидкости от ее источника к потребителям;
  гидроаппараты (дроссели, клапаны, распределители), предназначенные для регулиро- вания параметров потока рабочей жидкости (давления, расхода, направления течения) и, за счет этого, обеспечивающие управление характером движевыходного звена гидропривода;
  вспомогательные элементы (гидробаки, фильтры, теплообменники), обеспечиваю- щие требуемые качественные параметры рабочей жидкости (чистоту, температуру) и, как следствие, нормальную работу гидропривода. 
Все эти элементы объединяются в единую гидросистему, в которой рабочая жид- кость является энергоносителем. 
В таблице 1 представлены обозначения основных элементов гидропривода по ЕСКД. 
Гидроприводы по характеру движения выходного звена можно разделить на:
  гидроприводы возвратно-поступательного движения, в которых в качестве гидро- 
двигателя используют гидроцилиндры;
  гидроприводы вращательного движения, в которых в качестве гидродвигателя исполь- 
зуют гидромоторы;
  гидроприводы поворотного движения, в которых используют поворотные гидродвига- 
тели с углом поворота выходного звена, меньшим 360о.
Если в гидроприводе имеется возможность изменять только направления движения его выходного звена без регулирования величины скорости, то такой гидропривод называет- ся нерегулируемым.
5
Если же в гидроприводе кроме этого предусмотрена возможность во время его ра-
боты изменять величину скорости движения выходного звена по требуемому закону, то та- кой гидропривод называется регулируемым.
По способу регулирования величины скорости движения выходного звена гидро- приводы делятся на:
  гидроприводы с дроссельным регулированием;
  гидроприводы с объемным (машинным) регулированием. 
При дроссельном способе регулирование скорости выходного звена происходит за счет изменения величины расхода рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель. При этом часть потока рабочей жидкости, подаваемого насосом, отводится в сливную гидроли- нию, минуя гидродвигатель и не совершая полезной работы. 
При объемном способе регулирование скорости выходного звена происходит за счет изменения рабочего объема регулируемого насоса или регулируемого гидромотора.
56.Классификация и общие сведения объемных гидродвигателей в гидроприводах ТМ.Объемные гидродвигатели по характеру движения выходного звена делятся на: гидроцилиндры, осуществляющие возвратно-поступательное движение; поворотные гидродвигатели с поворотным движением выходного звена на ограниченный угол; гидромоторы с вращательным движением выходного звена, в качестве которых используются роторные гидромашины. [1]
Объемные гидродвигатели разделяются на гидромоторы, в которых энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию неограниченного вращательного движения вала, и силовые цилиндры ( гидроцилиндры), развивающие механическую энергию при возвратно-поступательном или возвратно-поворотном ограниченных движениях. [2]
Объемный гидродвигатель это объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока жидкости в энергию движения выходного звена. [3]
Объемные гидродвигатели в основном имеют те же свойства, что и объемные насосы, но с некоторыми отличиями, обусловленными иной функцией двигателей. Объемные гидродвигатели также характеризуются цикличностью рабочего процесса и герметичностью. [4]
Объемные гидродвигатели в основном разделяют на две группы: силовые цилиндры, развивающие механическую энергию поступательного движения, и гидромоторы, в которых энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию вращательного движения вала. [5]
Объемные гидродвигатели в основном имеют те же свойства, что и объемные насосы, но с некоторыми отличиями, обусловленными иной функцией двигателей. Объемные гидродвигатели также характеризуются цикличностью рабочего процесса и герметичностью. [6]
Объемные гидродвигатели подразделяются на гидро-цилйндры, работающие при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре ( силовые цилиндры) или при возвратно-поворотном движении пластины ( лопасти) в цилиндре ( моментные гидроцилиндры), и гидромоторы, в которых происходит преобразование энергии потока при неограниченном вращении вала рабочего органа. К последнему типу относятся шестеренчатые, п л асти Нч а ты е и другие виды гидромоторов. [7]
Объемные гидродвигатели предназначены для преобразования энергии потока рабочей жидкости в энергию движения выходного звена. По характеру движения выходного звена объемные гидродвигатели делятся на гидроцилиндры и гидромоторы. [8]
Объемные гидродвигатели представляют собой объемные гидромашины, предназначенные для преобразования энергии потока рабочей среды в энергию выходного звена. Наибольшее распространение на экскаваторах получили гидродвигатели двух типов: гидроцилиндры и гидромоторы. [9]
Объемные гидродвигатели широко используют в геологоразведочном буровом оборудовании. [10]
У объемного гидродвигателя крутящий момент почти не зависит от скорости вращения, а у гидротурбины он изменяется в широком диапазоне. [11]
К объемным гидродвигателям относятся: гидромоторы, использующие энергию потока жидкости и сообщающие выходному валу вращательное движение; гидроцилиндры, сообщающие выходному звену поступательное движение; гидродвигатели, сообщающие выходному валу ограниченные углы поворота. [12]
В объемном гидродвигателе подводящая линия сообщает рабочую камеру с источником жидкости, обладающей высокой энергией, а отводящая - с областью слива, где энергия жидкости мала. При заполнении камеры подвижный замыкающий орган перемещается под воздействием жидкости и совершает работу, необходимую для преодоления силы или момента, приложенных к гидродвигателю извне приводимым объектом. [13]
57. Принципиальные схемы и принцип действия объемных насосов в гидроприводах ТМ.

Ри.1.2. Варианты принципиальных схем гидроприводов:
а - с объемным регулированием; б - с дроссельным регулированием;
в - нерегулируемый; г - с дроссельным регулированием рабочего и холостого ходов
У объемных насосов движение рабочего органа может быть возвратно-поступательным или вращательным, поэтому их разделяют на две группы: к первой группе относятся поршневые, плунжерные и диафрагменные насосы; ко второй — шестеренные, винтовые и др.
Поршневой насос одностороннего действия состоит из корпуса, внутри которого расположены рабочая камера с всасывающим и напорным клапанами и цилиндр с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение. К корпусу присоединены всасывающий н напорный трубопроводы. Вращательное движение вала приводного двигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма.
При ходе поршня вправо в цилиндр засасывается объем жидкости V = FS (где F — площадь поршня; 5 — ход поршня). При ходе поршня влеро этот же объем вытесняется в напорный трубопровод. Таким образом, насос одностороннего действия за один оборот кривошипа совершает один цикл всасывания и один цикл нагнетания (рабочий).
Действительная подача Q меньше теоретической вследствие запаздывания закрывания напорного и всасывающего клапанов, утечек через клапаны, сальниковые и поршневые уплотнения, а также за счет выделения воздуха или газов из перекачиваемой жидкости.Теоретически поршневой насос может развивать любой напор. Однако практически напор ограничивается в зависимости от прочности отдельных деталей, а также от мощности двигателя, приводящего насос в действие.
Объем жидкости V поршневой насос одностороннего действия подает за один рабочий ход поршня. Мгновенный расход жидкости подаваемой насосом, равен площади поршня F, умноженной на скорость его движения v. Поскольку возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма, скорость поршня изменяется от нуля в мертвых положениях кривошипа до максимума в среднем положении. Аналогичным образом меняется во время рабочего хода поршня и подача насоса. Эти обстоятельства определяют основной недостаток поршневых насосов одностороннего действия — прерывистую и неравномерную подачу.
 
 
Изменение подачи поршневого насоса за один оборот кривошипа можно изобразить графически. Подобные графики дают возможность наглядно ^представить последовательность процессов нагнетания и всасывания, а также оценить степень неравномерности подачи, т. е. установить, во сколько раз максимальная подача превосходит среднюю.
Заменим площадь, ограниченную синусоидой и осью абсцисс графика, площадью равновеликого прямоугольника, построенного на отрезке прямой длиной 2лх. Обе эти площади графически выражают объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод за один оборот кривошипа. Высота h прямоугольника, таким образом, будет представлять в принятом масштабе среднюю подачу, а наибольшая высота синусоиды — максимальную подачу.
Существует несколько способов уменьшения неравномерности движения жидкости в системе, соединенной с поршневым насосом. Одним из них является применение поршневых насосов двустороннего действия, у которых камеры с клапанами располагаются по обе стороны цилиндра и поэтому движение поршня в любую сторону является рабочим: циклу всасывания в левой камере соответствует цикл нагнетания в правой, и наоборот.Другим весьма эффективным способом является использование многопоршневых насосов с параллельным включением цилиндров, поршни которых приводятся в движение от общего коленчатого вала. Рассмотрим, например, диаграмму подачи трехпоршневого насоса, состоящего из трех насосов одностороннего действия, кривошипы которых расположены по отношению друг к другу под углом 120°.
Для обеспечения возможно более равномерной подачи поршневых насосов и уменьшения инерции масс жидкости, заполняющей систему, практикуется также устройство воздушных колпаков. Вследствие большой упругости воздуха, находящегося в колпаке, во время цикла нагнетания происходит его сжатие и поглощение части объема жидкости, прерывающего среднюю за рабочий цикл подачу. Во время цикла всасывания воздух расширяется, и процесс вытеснения жидкости в напорный трубопровод продолжается.
Плунжерные насосы отличаются от поршневых конструкцией рабочего органа. Вместо поршня они имеют плунжер, представляющий собой полый цилиндр, движущийся в уплотняющем сальнике не касаясь внутренних стенок рабочей камеры. По гидравлическим параметрам поршневые и плунжерные насосы одинаковы. В эксплуатации плунжерные насосы несколько проще, так как у них меньше изнашиваемых деталей (отсутствуют поршневые кольца, манжеты и пр.).
Диафрагменные насосы имеют вместо поршня гибкую диафрагму (мембрану) из кожи, прорезиненной ткани или из синтетического материала.
Подача серийно выпускаемых поршневых насосов меняется от 1 до 150 м3/ч при напорах до 2000 м.
Шестеренный насос. Рабочим органом насоса являются две шестерни: ведущая и ведомая, размещенные в корпусе с небольшими радиальными и торцовыми зазорами. При вращении колес в направлении, указанном стрелками, жидкость поступает из полости всасывания во впадины между зубьями и перемещается в напорную полость.
Объемный КПД шестеренного насоса учитывает частичный перенос жидкости обратно в полость всасывания, а также протечки жидкости через зазоры. В среднем он составляет 0,7—0,9.
Шестеренные насосы обладают реверсивностью, т. е. при изменении направления вращения шестерен они изменяют направление потока в трубопроводах, присоединенных к насосу.
Винтовые насосы имеют винты специального профиля, линия зацепления между которыми обеспечивает полную герметизацию области нагнетания от области всасывания.
58. Шестеренные насосы и гидромоторы в гидроприводах ТМ.
Шестеренные насосы
        Зубчатый (шестеренный) насос состоит из двух шестерен, расположенных в корпусе. Одна из шестерен приводится в движение расположенным на одной оси электродвигателем, а вторая получает вращение от первой благодаря плотному зацеплению зубьев. При работе жидкость захватывается зубьями колес, отжимается к стенкам корпуса и перемещается со стороны всасывания на сторону нагнетания. Переток жидкости в обратном направлении практически отсутствует из-за плотного сцепления зубьев.

Рис. 1. Схема шестеренного насоса
1 - корпус; 2 - шестерня
        Число зубьев в пределе может быть уменьшено до двух, при этом вращающиеся элементы будут иметь очертания, напоминающие восьмерку.

Схема нагнетателя восьмерочного типа
1 - корпус; 2 - рабочее колесо
        В таком нагнетателе необходимо обеспечить привод от двигателя обеих "восьмерок", так как в отличие от зубчатых насосов они не имеют зацепления.
        К достоинствам нагнетателей данного вида следует отнести компактность, простоту конструкции, отсутствие клапанов, возможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей, независимость подачи от противодавления сети, реверсивность, возможность получения высоких давлений (5 МПа для шесте-ренного насоса, 0,5 МПа для насоса "восьмерочного" типа). Основные недостатки состоят в быстром износе рабочих органов, невысокой подаче и сравнительно низком КПД (до 0,75%).
        Шестеренные насосы являются одним из старейших представителей роторных гидромашин с вытеснителями в виде зубчатых колес.

Схема шестеренного насоса с шестернями внешнего зацепления
        По характеру процесса вытеснения эти насосы относятся к классу роторно-вращательных машин, где вытесняемая жидкость, двигаясь в плоскости, перпендикулярной оси вращения, переносится из всасывающей полости в нагнетательную полость насоса. Вытеснители при этом совершают лишь вращательное движение.
        Шестеренные насосы выполняются с шестерными внутреннего и внешнего зацепления. Наиболее распространенным типом шестеренного насоса является насос с шестернями внешнего зацепления. Такой насос состоит из пары защемляющихся одинаковых цилиндрических шестерен - ведущей и ведомой, помещенных в плотно охватывающий их корпус, называемый статором. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, жидкость, заключенная во впадинах зубьев, переносится из полости всасывания в полость нагнетания (отмечена штриховкой), которая образована корпусом насоса и зубьями a1, b1 > b2, a2. Зубья a1 и a2 при вращении шестерен вытесняют большой объем жидкости, чем тот, который может поместиться в пространстве, освобождаемом зубьями b1 и b2, находящимися в зацеплении. Разность объемов жидкости, находящейся под давлением p2, вытесняется в нагнетательную линию насоса.
        Шестеренные насосы с шестернями внешнего зацепления просты по конструкции и надежны, имеют малые габариты и массу. Чаще всего применяются насосы, состоящие из пары прямозубых шестерен с одинаковым числом зубьев эвольвентного профиля. Для увеличения подачи иногда употребляются насосы с тремя и более шестернями, размещенными вокруг центральной ведущей шестерни. Для повышения давления жидкости применяют многоступенчатые шестеренные насосы. Подача каждой последующей ступени этих насосов меньше подачи предыдущей. Для отвода излишка жидкости каждая ступень имеет перепускной клапан, отрегулированный на соответствующее максимально допустимое давление. Максимальное давление, развиваемое этими насосами, обычно 10 МПа (100 а) и реже 20 МПа (200 а). Для приближенного расчета минутной подачи насосов с двумя одинаковыми шестернями можно пользоваться формулой
Q = η0πA(Dг- A)bn,
где η0 - объемный КПД насоса, зависящий от конструкции, технологии изготовления и давления насоса и принимаемый равным 0,7-0,95; А - расстояние между центрами шестерен, равное диаметру начальной окружности D; Dг - диаметр окружности головок зубьев; b - ширина шестерен; n - частота вращения ротора, об/мин.
        На рисунке в качестве примера приведена характеристика шестеренного насоса марки ШГ 8-25А при n=1430 об/мин.

Характеристика шестеренного насоса ШГ 5-25А при n = 1430 об/мин
Шестеренные насосы с шестернями внутреннего зацепления применяют при небольших давлениях (до 7 МПа).
34270950
Шестеренный насос с шестернями внутреннего зацепления
Они отличаются компактностью и малыми габаритами по сравнению с насосами внешнего зацепления. При той же подаче жидкость, заполняющая межзубовые впадины шестерен, переносится в полость нагнетания, где выдавливается через радиальные сверления в донышках впадин внешней (кольцевой) шестерни. Ведущей шестерней является шестерня с внутренними зубьями, связанная с приводным валом. Эта шестерня посажена на своей внешней поверхности в подшипник скольжения. Для отделения полостей всасывания и нагнетания в насосах, представленных на рисунках, применен серпообразный разделительный элемент с. При развороте этого элемента на 180° (рисунок б ) происходит реверсирование подачи (на рисунке направление движения жидкости указано стрелками).
Гидромотор (гидравлический мотор) — гидравлический двигатель, предназначенный для сообщения выходному звену вращательного движения на неограниченный угол поворота.
HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Symbol_Hydro_motor.svg"
Условное графическое обозначение реверсивного нерегулируемого гидромотора
Конструкция и принцип работы
Конструкции гидромоторов аналогичны конструкциям соответствующих насосов. Некоторые конструктивные отличия связаны с обратным потоком мощности через гидромашину, работающую в режиме гидромотора. В отличие от насосов, в гидромоторе на вход подаётся рабочая жидкость под давлением, а на выходе снимается с вала крутящий момент.
Наибольшее распространение получили шестерённые, пластинчатые, аксиально-плунжерные и радиально-плунжерные гидромоторы.
Управление движением вала гидромотора осуществляется с помощью гидрораспределителя, либо с помощью средств регулирования гидропривода.
Область применения
Аксиально-плунжерные гидромоторы используются в тех случаях, когда необходимо получить высокие скорости вращения вала, а радиально-плунжерные — когда необходимы небольшие скорости вращения при большом создаваемом моменте вращения. Например, поворот башни некоторых автомобильных кранов осуществляют радиально-плунжерные гидромоторы. В станочных гидроприводах широко распространены пластинчатые гидромоторы. Шестерённые гидромоторы используются в несложных гидросистемах с невысокими требованиями к неравномерности вращения вала гидромотора.
Преимущества
Гидромоторы применяются в технике значительно реже электромоторов, однако в ряде случаев они имеют существенные преимущества перед последними. Гидромоторы меньше в среднем в 3 раза по размерам и в 15 раз[1] по массе, чем электромоторы соответствующей мощности. Диапазон регулирования частоты вращения гидромотора существенно шире: например, он может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин и меньше[2]. Время запуска и разгона гидромотора составляет доли секунды, что для электромоторов большой мощности (несколько киловатт) недостижимо. Для гидромотора не представляют опасности частые включения-выключения, остановки и реверс. Закон движения вала гидромотора может легко изменяться путём использования средств регулирования гидропривода.
59. Пластинчатые насосы и гидромоторы в гидроприводах ТМ
сттые насосы и гидромоторы
Пластинчатые машины обычно применяют на подачи до (200 л/мин) и давления до 12 МПа. Такие машины сравнительно просты, надежны, наиболее бесшумны в работе и поэтому широко применяются в металлорежущих станках там, где в гидроприводе не нужно развивать высокие давления.
Различают пластинчатые гидромашины однократного и двойного действия. Кроме цапфенного распределения жидкости, такие гидромашины выполняют с торцевым ее распределением. Подача регулируется изменением эксцентриситета е. Угол ф между соседними пластинами выполняют одинаковым и определяют в зависимости от числа пластин (рабочих камер) в соответствии с уравнением.Найдем рабочий объем пластинчатой гидромашины однократного действия. Текущее расстояние координаты определим согласно выражению. Рабочие камеры ограничены поверхностями статора, ротора, пластин и боковых дисков. Направляющая представляет собой замкнутую кривую, включающую в себя четыре перевальных участка выполненных по дугам окружностей радиусов и четыре переходных участка на которых рабочие камеры соединяются со всасыванием и нагнетанием.

Для полного уравновешивания сил давления жидкости на ротор число пластин выбирают четным. При вращении ротора по направлению стрелки объем рабочих камер за счет того, что, меняется и камеры поочередно соединяются с нагнетанием и всасыванием. Для обеспечения плавной и безударной работы гидромашины перевальные участки направляющей выполняют по спирали Архимеда либо по кривой постоянного ускорения.
В жестко соединенных между собой корпусе и крышке расположен ротор с пластинами, внутреннее кольцо статора, наружное кольцо статора, распределительные диски. Ротор с валом установлены на двух подшипниках скольжения. Опорный узел внутреннего кольца статора состоит из неподвижной и подвижной опор, сепаратора с шариками и соединительной скобы. Опора поддерживает внутреннее кольцо статора при остановке насоса. В корпусе расположен опорный винт ограничения максимальной подачи, перемещающийся в резьбовой втулке.
Плоский диск имеет сквозные окна всасывания, соединяющиеся с каналом корпуса, и глухие окна Л нагнетания. Плавающий диск имеет окна нагнетания, соединенные с нагнетательным каналом , глухие окна всасывания и паз, сообщающий полость с дренажной полостью. С противоположной стороны ротора расположен механизм регулирования подачи насоса, включающий в себя пружину , поршень и регулировочный винт. Механизм регулирования подачи изменяет эксцентриситет внутреннего кольца относительно оси ротора.
Пружина, действуя на поршень, стремится установить кольцо с максимальным эксцентриситетом и упором в винт. Давление жидкости, нагнетаемой насосом, действует на внутреннюю поверхность внутреннего кольца статора со стороны рабочих камер, стремясь переместить его в направлении минимальной подачи, благодаря чему осуществляется автоматическое регулирование подачи насоса в функции давления. В распределительном диске насоса, установленном крышке, имеются два окна для всасывания, а в распределительном плавающем диске, установленном в корпусе два окна для нагнетания.
Начальный поджим диска осуществляется пружинами, а при работе - давлением жидкости. В корпусе диск уплотняется резиновым кольцом, Пластины, установленные в пазах ротора, прижимаются к статорному кольцу давлением жидкости, подведенной под пластины через отверстия. Вал насоса уплотняется манжетой, установленной в крышке, Утечки отводятся через отверстие. Резиновое кольцо уплотняет стык корпуса и крышки.
Одновременно пружины поджимают блок с диском к поверхности распределительного диска. К промежуточному корпусу прикреплен задний корпус, к которому при необходимости крепится подпиточный насос, приводимый в движение шлицевой втулкой и промежуточным валом. Принцип работы насоса описан ранее. Отличительной особенностью гидромотора с наклонным диском и точечным касанием является двойной ротор, состоящий из блока цилиндров и направляющей. В блоке цилиндров расположены поршни, а в направляющей - толкатели, находящиеся в точечном контакте со специальным упорным шариковым подшипником.
Вращающий момент, затрачиваемый на преодоление сил трения в торцевом распределителе и сил инерции цилиндрового блока, передается с направляющей на блок цилиндров при помощи штифта. Благодаря этому блок цилиндров разгружен от радиальных составляющих сил давления жидкости со стороны поршней. На выходном валу блок цилиндров центрируется только узким пояском, что позволяет ему самоустанавливаться по плоскости распределения.
Первоначальный поджим блока цилиндров к распределителю осуществляется при помощи трех пружин, а во время работы - силами давления жидкости на торцевые поверхности цилиндров блока. Наружные утечки из корпуса отводятся через дренажное отверстие. Выходной вал установлен на шарикоподшипниках, задний из которых расположен в крышке, выполняющей роль распределительного диска узла торцевого распределения.
Высокое удельное давление в месте контакта сферических поверхностей толкателей и упорного шарикоподшипника ограничивает допустимое номинальное давление в таких гидромоторах до МПа. Когда жидкость через отверстия в крышке и узел торцевого распределения подводится под высоким давлением из напорной гидромагистрали в рабочие камеры, на толкателях возникают радиальные силы, которые создают вращающий момент на направляющей и вращают выходной вал.
Он состоит из основного насоса, вспомогательного пластинчатого насоса подпитки, фильтра, предохранительных клапанов основного и вспомогательного насосов, смонтированных внутри корпуса коробчатой формы. Внутренняя полость корпуса используется как резервуар рабочей жидкости. В центральной части корпуса на двух опорах установлен приводной вал, передающий вращение через двойную карданную передачу блоку цилиндров и через шестерню вспомогательному насосу.
В цилиндрических отверстиях блока размещены бронзовые поршни, связанные через шатуны с фланцем приводного вала. Блок цилиндров посажен на подшипник и своим торцом опирается на распределитель, который прилегает к крышке люльки. Люлька, поворачивается вокруг вертикальной оси на подшипниках, которые насажены на полые цапфы. Сопряженные поверхности люльки и цапф уплотнены кольцами. Люлька может поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол. Рабочая жидкость к узлу торцевого распределения подводится через сверления в осях и люльки.
60. Поршневые насосы и гидромоторы в гидроприводах технологических машин.
Поршневые насосы и гидромоторы 
 
Поршневые насосы и гидромоторы широко применяют в гидроприводах ряда экскаваторов как на навесных, так и на многих полноповоротных машинах. Наибольшее распространение получили роторно-поршневые насосы двух типов: аксиально-поршневые и радиально-поршневые.
Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы. Их кинематической основой служит кривошипно-шатунный механизм, в котором цилиндр перемещается параллельно своей оси, а поршень движется вместе с цилиндром и одновременно вследствие вращения вала кривошипа перемещается относительно цилиндра. При повороте вала кривошипа на угол 7 ( 105, о) поршень перемещается вместе с цилиндром на величину а и относительно цилиндра на величину с. Поворот плоскости вращения вала кривошипа вокруг оси у ( 105,6) на угол р приводит также к перемещению точки А, в которой палец кривошипа шарнирно соединен со штоком поршня.
Если вместо одного взять несколько цилиндров и расположить их по окружности блока или барабана, а кривошип заменить диском, ось которого повернута относительно оси цилиндров на угол у, причем jj + y = 90°, то плоскость вращения диска совпадет с плоскостью вращения вала кривошипа. Тогда будет получена принципиальная схема аксиального насоса ( 105, в), у которого поршни перемещаются при наличии угла у между осью блока цилиндров и осью ведущего вала.
Насос состоит из неподвижного распределительно диска /, вращающегося блока 2, поршней 3, штоков 4 и наклонного диска 5, шарнирно соединенного со штоком 4. В распределительном диске 1 сделаны дуговые окна 7 ( 105, г), через которые жидкость засасывается и нагнетается поршнями. Между окнами 7 предусмотрены перемычки шириной Ъ, отделяющие полость всасывания от полости нагнетания. При вращении блока отверстия 8 цилиндров соединяются либо с полостью всасывания, либо с полостью нагнетания. При изиенении направления вращения блока 2 функции полостей меняются. Для уменьшения утечек жидкости торцовую поверхность блока 2 тщательно притирают к распределительному диску 5. Диск 5 вращается от вала 6, а вместе с диском вращается блок 2 цилиндров.
Угол'7 обычно принимают равным 12—15°, а иногда он достигает 30°. Если угол 7 постоянный, то объемная подача насоса постоянна. При изменении в работе величины угла 7 наклона диска 5 изменяется ход поршней 3 на один оборот ротора и соответственно изменяется подача насоса.
Схема автоматически регулируемого аксиально-поршневого насоса показана на  106. В этом насосе регулятором подачи является шайба 1, связанная с валом 3 и соединенная с поршнем 4. На поршень, с одной стороны, действует пружина 5, а с другой —давление в напорной гидролинии. При вращении вала 3 шайба 1 перемещает плунжеры 2, которые засасывают рабочую жидкость и нагнетают ее в гидролинию. Подача насоса зависит от наклона шайбы 1, т.е. от давления в напорной гидролинии, изменяющегося в свою очередь от внешнего сопротивления. Для насосов небольшой мощности подачу насоса можно также регулировать вручную путем изменения наклона шайбы, для более мощных насосов применяют специальное усилительное устройство.
 
 
Аксиально-поршневые гидромоторы устроены так же, как и насосы. На многих навесных экскаваторах используют нерегупируемый аксиально-поршневой насос-гидромотор с накпонным блоком НПА-64 ( 107). Блок 3 цилиндров получает вращение от вола 1 через универсальный шарнир 2. Вал 1, приводимый в движение от двигателя, опирается на три шарикоподшипника. Поршни <5 связаны с валом 1 штоками 10, шаровые головки которых завальцованы во фланцевой части вала. Блок 3 цилиндров, вращающийся на шарикоподшипнике 9, расположен по отношению к валу 1 под углом 30° и прижат пружиной 7 к распределительному диску 6, который этим же усилием прижимается к крышке 5. Жидкость подводится и отводится через окна 4 в крышке 5. Манжетное уплотнение 11 в передней крышке насоса препятствует утечке масла из нерабочей полости насоса.
Подача насоса за один оборот вала — 64 см3. При 1S00 об/мин вала и рабочем давлении 70 кгс/см2 подача насоса составляет 96 л/мин, а объемный КПД — 0,98. У насоса НПА-64 ось блока цилиндров расположена под углом к оси ведущего вала, что и определяет его название — с наклонным блоком. В отличие от него у аксиальных насосов с наклонным диском ось блока цилиндров совпадает с осью ведущего вала, а под углом к нему расположена ось диска, с которым шарнирно связаны штоки поршней. Рассмотрим конструкцию регулируемого аксиапьно-поршиевого насоса с накпонным диском ( 108). Особенность насоса заключается в том, что вал 2 и наклонный диск б соединены друг с другом с помощью одинарного или сдвоенного карданного механизма 7. Рабочий объем и подачу насоса регулируют изменением наклона диска 6 относительно блока 8 цилиндров  
В сферических опорах наклонного диска 6 и поршней 4 закреплены концами шатуны 5. При работе шатун 5 отклоняется на небольшой угол относительно оси цилиндра 3, поэтому боковая составляющая сила, действующая на дно поршня 4, незначительна. Крутящий момент на блоке цилиндров определяется только трением торца блока «So распределительный диск 9. Величина момента зависит от давления в цилиндрах 3. Практически почти весь крутящий момент с вала 2 передается на наклонный диск б, так как при его вращении перемещаются поршни 4, вытесняя рабочую жидкость из цилиндров 3. Поэтому сильно нагруженным элементом в таких насосах является карданный механизм 7, передающий весь крутящий момент от вала 2 к диску 6. Карданный механизм ограничивает угол наклона диска 6 и увеличивает габариты насоса.
Блок 8 цилиндров соединен с валом 2 через механизм 1, который позволяет блоку самоустанавливаться по поверхности распределительного диска 9 и передавать момент трения между торцами диска и блока на вал 2.
Одной из положительных особенностей регулируемых насосов такого типа являются удобные и простые подвод и отвод рабочей жидкости.Аксиально-поршневые регулируемые и нерегулируемые насосы и гидромоторы, применяемые на экскаваторах Э-5015А, ЭО-3322А, ЭО-4321 и ЭО-4121, отличаются унифицированной конструкцией качающего узла ( 109, о). Опорами ведущего вала 1 служат три шарикоподшипника: два радиально-упорных 13 и один радиальный 14.- От осевого перемещения внутренние кольца подшипников удерживаются двумя пружинными кольцами 15, втулкой 3 и запорным кольцом 2. В передней крышке 16 установлено манжетное уплотнение 17, опирающееся на втулку 18. В сферические гнезда фланца вала 1 входят семь шатунов 11, которые вместе с центральным шипом 5 прижаты к фланцу вала штампованной пластиной 4. На шипе 5 с помощью штифта 10 зафиксирован блок 7 цилиндров, наружная поверхность которого опирается на распределительный диск 8.
Опорами шило 5 служат с одной стороны сферическая головка, а с другой — бронзовая втулка 9, запрессованная в диск 8. Внутри блока цилиндра находятся семь поршней 12, завальцованных на-шатунах 11. Предварительное прижатие блока цилиндров к диску 8 достигается тарельчатыми пружинами б.
Когда ось вала 1 совпадает с осью шипа J (как показано на  109, о), то при вращении вала поршни не совершают возвратно-поступательного движения и не производят всасывания и нагнетания рабочей жидкости.
Рассмотрим конструкции нерегулируемого и регулируемых одинарного и сдвоенного насосов, выполненных на базе описанного качающего узла.У нерегулируемого насоса блок 7 цилиндров повернут так, что ось шипа 5 составляет некоторый угол с осью вала 1 ( 109, б). Поэтоиу при вращении блока поршни 12 всасывают и нагнетают жидкость через каналы диска 8. При изменении величины и направления наклона блока 7 цилиндров изменяются величина и направление потока рабочей жидкости. Если зафиксировать угол наклона блока 7 цилиндров, то насос становится нерегулируемым. Описанная конструкция позволяет насосу работать и в режиме гидромотора.
В регулируемом насосе создана всвмажность изменения наклона блика в процессе работы. Регулируемый аксиально-поршневой насос (рыс. 110) включает *в себя поворотный корпус 14, который кожет быть повернут с помощью цапфы 9 по отношению корпуса 3 на угол от нуля до 25°. Количество подаваемой жидкости при этом пропорционально углу наклона блока // цилиндров и числу оборотов вала 1 насоса. При такой конструкции достигается бесступенчатое регулирование независимо от частоты вращения приводного двигателя.
Усилие, которое необходимо приложить к цапфе 9, может быть такой величины, что непосредственное управление подачей насоса без применения усиливающих устройств становится невозможным. При высоком рабочем давлении жидкости насосы выпускают с усилителями механического и гидравлического типов. Механические усилители могут быть как с ручнын, так и с электрическим управлением. Гидравлические усилители оборудуют непосредственным или дистанционным управлением. Применяют также устройства, автоматически изменяющие угол наклона блока цилиндров в зависимости от давления в гидросистеме (регуляторы постоянной мощности или ограничители мощности). На экскаваторах ЭО-3322А, Э-5015А, ЭО-4321 и ЭО-4121 установлены сдвоенные аксиально-поршневые насосы, которые состоят из двух унифицированных качающих узлов, смонтированных в одно*! корпусе. Сдвоенные-насосы ( 111) используют тогда, когда нужно создать два,потока рабочей жидкости. Полное использование мощности приводного двигателя обеспечивается с помощью встроенного сумматора мощности, который распределяет мощность между потребителями таким образом, что сумма их мощностей остается постоянной и равной установленной мощности привода. Вол 4 сдвоенного насоса ( 111, о) получает вращение от приводного двигателя и через встроенный в насос редуктор 3 передает движение валам качающих узлов.
Поворотные корпуса 1 и 2 качающих узлов сдвоенного насосе! установлены на подшипниках и могут поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол 25°, чем и достигается изменение подача насоса. Оба поворотных корпуса жестко связаны траверсой 5 регулятора и могут поворачиваться только синхронно под воздействием регулятора мощности.
Регулятор мощности,( 111, б) представляет собой золотник 7, помещенный непосредственно в корпусе сдвоенного насоса. .Золотник 7 соединен цапфами 9 с блоками цилиндров и воспринимает с одной стороны усилия пружин б, а с другой — усилие, создаваемое давлениями Р, и Р2. Ступени золотника 7 регулятора имеют равные площади. Под каждую ступень подводится давление нагнетания от качающих узлов, т. е. Р, и Р2. При работе с малым давлением пружины б- регулятора удерживают поворотные корпуса 1 и 2 на наибольшем угле пбворота, обеспечивая максимальную подачу насоса. Когда давление возрастает, двухступенчатый золотник 7 сжимает пружиньГ б, снижая подачу насоса. Пружинь! регулятора и упорную шайбу 12 подбирают таким образом, чтобы сохранить постоянной заданную мощность привода.
К преимуществам аксиально-поршневых насосов и гидромоторов относятся компактность, высокий КПД при большом давлении, сравнительно малая инерционность, значительная энергоемкость на единицу массы (в некоторых высокооборотных конструкциях до 12 кВт/кг).
Недостатками этих насосов и гидромоторов являются необходимость в тонкой фильтрации рабочей жидкости, сложность изготовления и трудность обеспечения длительного срока службы некоторых деталей (например, подшипника блока цилиндров у насосов с золотниковым  распределителем).
Радиально-поршневые насосы (112) и гидромоторы, Основой часоса является кривошипно-шатунный механизм, у которого роль шатуна выполняет статор 1, соосный оси О и а цилиндры сделаны в роторе 2. При вращении ротора вокруг оси 02, имеющей по отношению к оси Oi эксцентриситет е, поршень совершает вращательное движение вместе с ротором и возвратно-поступательное движение относительно ротора.
Жидкость подводится под поршень и отводится из-под поршня по двум каналам 3, сделанным вдоль оси ротора. Жидкость вытесняется (нагнетается) при вращении поршня от точки А к точке С и при перемещении его к центру (оси) 02. При работе необходимо, чтобы поршни были прижаты к статору. Достигается это либо за счет пружин, помещаемых под поршень, либо с помощью ползунов, перемещающихся в пазах статора, либо за счет вспомогательного подкачивающего насоса, благодаря которому поршни прижимаются к статору в полости всасывания насоса.
В гидромоторе аналогичного типа поршни прижимаются давлением жидкости, подводимой под поршни.
Eaiit в насосе изменить положение эксцентриситета е путем перемещения статора, то тем самым будет изменено действие полостей всасывания и нагнетания на обратное. Изменение величины эксцентриситета вызывает соответствующее изменение подачи насоса.
Радиально-поршневые насосы применяют для создания давления до 250 кгс/см2 и подачи от 5 до 500 л/мин при частоте вращения ротора от 6000 до 1500 в минуту. Радиально-поршневые гидромоторы аналогичны по устройству насосам. На экскаваторах Э-5015А для привода механизма поворота применен высокомоментный радиаль-но-поршневой гидромотор ( 113). Эксцентриковый вал 14 гидромотора опирается на два роликоподшипника 12, один из которых установлен в корпусе 10 гидромотора, а второй — в нижней крышке 13. В соприкосновении с валом 14 находятся пять шатунов 6, которые приводят в движение поршни 9. Трущиеся поверхности шатунов б и вала 14 надежно смазываются путем подачи масла из цилиндра гидромотора через фильтры 8, запрессованные в поршли, по каналам в шатунах и жиклеры 5. Шатуны 6 находятся в постоянном контакте с поверхностью эксцентрикового вала 14 и удерживаются упорными кольцами 11.
Боковое смещение шатунов 6 ограничено опорными пластинами 16. Сверху к корпусу 10 гидромотора прикреплен корпус 4, в котором расположен распределитель 3, регулирующий поступление рабочей жидкости в гидромотор и слив ее в линию гидросистемы. Через муфту 17 распределитель 3 постоянно соединен с валом 14 и вращается вместе с ним.
К корпусу 4 распределителя присоединены два трубопровода от гидросистемы. Необходимое уплотнение между распределителем 3 и его корпусом, а также между цилиндрами и поршнями гидромотора достигается установкой уплотнительных фторопластовых колец. Кроме крышки 13, внутренние полости гидромотора закрыты также крышками 2 и 7.
Сбоку к корпусу 10 гидромотора прикреплен разгрузочный дренажный клапан 75. На нижнем выступающем конце эксцентрикового вала жестко с помощью шпонки закреплена обегающая шестерня механизма поворота, находящаяся в зацеплении с зубчатым венцом на ходовой раме.
Гидромотор работает следующим образом. Из нагнетательного трубопровода рабочая жидкость под давлением поступает в корпус 4 распределителя, а затем в распредели-
тель 3. Полость нагнетания распределителя 3 соединена с нагнетательными окнами в его центральной части, через которые жидкость поступает в каналы А, соединенные с каналами корпуса 10 гидромотора. При этом жидкость попадает в два или три цилиндра гидромотора в зависимости от положения окон распределителя 3 относительно отверстий корпуса 4. Под давлением жидкости поршни 9 начинают перемещаться в цилиндрах и через шатуны 6 приводят во вращение вал 14. В результате обегающая шестерня механизма перекатывается по зубчатому венцу и поворотная платформа экскаватора вращается относительно его ходовой тележки.
Во время работы гидромотора часть поршней 9 перемещается от центра, выталкивая жидкость через окна в цилиндрах в каналы корпуса 10 гидромотора и корпуса 4 распределителя. Из канала Б жидкость затем перетекает в сливную линию гидросистемы. Если давление жидкости, проникающей в дренажную линию через зазоры притертых полостей, превышает допустимую величину, поршень клапана. 15 сжимает пружину и жидкость выходит наружу через отверстие В. Это сигнализирует о снижении КПД гидромотора.
60. Поршневые насосы и гидромоторы в гидроприводах технологических машин.
Поршневой насос (плунжерный насос) — один из видов объёмных гидромашин, в котором вытеснителями являются один или несколько поршней (плунжеров), совершающих возвратно-поступательное движение.


Рис. 1. Конструктивная схема простейшего поршневого насоса одностороннего действия


Рис. 2. Дифференциальная схема включения поршневого насоса.
Во время движения поршня влево часть жидкости отводится в штоковую полость, объём которой меньше объёма вытесняемой жидкости за счёт того, что часть объёма штоковой полости занимает шток
В отличие от многих других объёмных насосов, поршневые насосы не являются обратимыми, то есть, они не могут работать в качестве гидродвигателей из-за наличия клапанной системы распределения.
Поршневые насосы не следует путать с роторно-поршневыми, к которым относятся, например, аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы.
Принцип работы поршневого насоса (рис. 1) заключается в следующем. При движении поршня вправо в рабочей камере насоса создаётся разрежение, нижний клапан открыт, а верхний клапан закрыт, — происходит всасывание жидкости. При движении в обратном направлении в рабочей камере создаётся избыточное давление, и уже открыт верхний клапан, а нижний закрыт, — происходит нагнетание жидкости.
Одной из разновидностей поршневого насоса является диафрагменный насос.
Борьба с пульсацией
Одним из недостатков поршневых насосов, как и других объёмных насосов, являются пульсации подачи и давления. Пульсации можно уменьшить, расположив несколько поршней в ряд и соединив их с одним валом таким образом, чтобы циклы их работы были сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Другим способом борьбы с пульсацией является использование дифференциальной схемы включения насоса (рис. 2), при которой нагнетание жидкости осуществляется не только во время прямого хода поршня, но и во время обратного хода.
Также широко применяют насосы двустороннего действия, у которых как поршневая, так и штоковая полость имеют (в отличие от дифференциальной схемы включения) свою клапанную систему распределения. У таких насосов коэффициент пульсаций ниже, а КПД выше, чем у насосов одностороннего действия (рис. 1).
Для борьбы с пульсацией также применяют гидроаккумуляторы, которые в момент наибольшего давления запасают энергию, а в момент спада давления отдают её.
Применение
Поршневые насосы используются с глубокой древности. Известно их применение для целей водоснабжения со II века до нашей эры. В настоящее время поршневые насосы используются в системах водоснабжения, в пищевой и химической промышленности, в быту. Диафрагменные насосы используются, например, в системах подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания.
61. Радиальные роторнопоршневые насосы и гидромоторы в гидроприводах ТМ
Радиально-поршневые насосы и гидромоторыРадиально-поршневые гидромашины применяют при сравнительно высоких давлениях (10 МПа и выше). По принципу действия радиально-поршневые гидромашины делятся на одно-, двух- и многократного действия. В машинах однократного действия за один оборот ротора поршни совершают одно возвратно-поступательное движение.
Схема радиально-поршневого насоса однократного действия приведена на рис.3.6. Рабочими камерами в насосе являются радиально расположенные цилиндры, а вытеснителями - поршни. Ротор (блок цилиндров) 1 на скользящей посадке установлен на ось 2, которая имеет два канала 3 и 4 (один соединен с гидролинией всасывания, другой - с напорной гидролинией). Каналы имеют окна 5, которыми они могут соединяться с цилиндрами 6. Статор 7 по отношению к ротору располагается с эксцентриситетом.

Рис.3.6. Схема радиально-поршневого насоса однократного действия
Ротор вращается от приводного вала через муфту 8. При вращении ротора в направлении, указанном на рис.3.6. стрелкой, поршни 9 вначале выдвигаются из цилиндров (происходит всасывание), а затем вдвигаются (нагнетание). Соответственно рабочая жидкость вначале заполняет цилиндры, а затем поршнями вытесняется оттуда в канал 4 и далее в напорную линию гидросистемы. Поршни выдвигаются и прижимаются к статору центробежной силой или принудительно (пружиной, давлением рабочей жидкости или иным путем).
В серийных конструкциях радиально-поршневых насосов число поршней принимается нечетным (чаще всего z = 7 или z = 9). Число рядов цилиндров для увеличения подачи может быть увеличено от 2 до 6.
В станкостроении применяют регулируемые радиально-поршневые насосы однократного действия типа НП, которые выпускают с максимальной подачей до 400 л/мин и давлением до 200 МПа.
На рис.3.7. представлен радиально-поршневой насос однократного действия типа НП с четырьмя рядами цилиндров, который состоит из корпуса 1 и крышки 25, внутри которых размещены все рабочие элементы насоса: скользящий блок 10 с крышкой 24, обойма 9 с крышкой 3 и реактивным кольцом 6, ротор 8 с радиально расположенными цилиндрами, поршни 7, распределительная ось 11, на которой на скользящей насадке установлены ротор, приводной вал 20 и муфта. Скользящий блок может перемещаться по направляющим 15, благодаря чему достигаются изменение эксцентриситета, а следовательно, и подача насоса. Величина эксцентриситета ограничивается указателем 19. Обойма вращается в двух подшипниках 12, а приводной вал - в подшипниках 14. Распределительная ось имеет каналы с отверстиями, через которые происходят всасывание и нагнетание. Муфта состоит из фланца 2, установленного на шлицах приводного вала промежуточного кольца 5 и четырех роликов 4, через которые крутящий момент предается от фланца к ротору. Для исключения утечек рабочей жидкости по валу служит уплотнение 21. Утечки по каналу 17 отводятся в корпус насоса, а из него через отверстие 13 в дренажную гидролинию.

Рис.3.7. Радиально-поршневой насос однократного действия типа НП
Насос работает следующим образом. При вращении ротора поршни под действием центробежной силы выдвигаются из цилиндров и прижимаются к реактивным кольцам обоймы. При этом если между ротором и обоймой есть эксцентриситет, то поршни, кроме вращательного, будут совершать и возвратно-поступательные (в радиальном направлении) движения. Изменение эксцентриситета вызывает соответствующее изменение хода поршней и подачи насоса. Вместе с ротором во вращение вовлекается обойма, вращающаяся в своих подшипниках. Такая конструкция позволяет уменьшить силы трения и повысить КПД гидромашины.
62. Аксиально роторнопоршневые насосы и гидромоторы в гидроприводах ТМ
Аксиально-поршневые насосы и гидромоторыАксиально-поршневые гидромашины нашли широкое применение в гидроприводах, что объясняется рядом их преимуществ: меньшие радиальные размеры, масса, габарит и момент инерции вращающихся масс; возможность работы при большом числе оборотов; удобство монтажа и ремонта.
Аксиально-поршневой насос состоит из блока цилиндров 8 (рис.3.8) с поршнями (плунжерами) 4, шатунов 7, упорного диска 5, распределительного устройства 2 и ведущего вала 6.

Рис.3.8. Принципиальные схемы аксиально-поршневых насосов:1 и 3 - окна; 2 - распределительное устройство; 4 - поршни; 5 - упорный диск; 6 - ведущий вал; 7 - шатуны; 8 - блок цилиндрова - с иловым карданом; б - с несиловым карданом; в - с точечным касанием поршней; г - бескарданного типа Во время работы насоса при вращении вала приходит во вращение и блок цилиндров. При наклонном расположении упорного диска (см. рис.3.8, а, в) или блока цилиндров (см. рис.3.8, б, г) поршни, кроме вращательного, совершают и возвратно-поступательные аксиальные движения (вдоль оси вращения блока цилиндров). Когда поршни выдвигаются из цилиндров, происходит всасывание, а когда вдвигаются - нагнетание. Через окна 1 и 3 в распределительном устройстве 2 цилиндры попеременно соединяются то с всасывающей, то с напорной гидролиниями. Для исключения соединения всасывающей линии с напорной блок цилиндров плотно прижат к распределительному устройству, а между окнами этого устройства есть уплотнительные перемычки, ширина которых b больше диаметра dк отверстия соединительных каналов в блоке цилиндров. Для уменьшения гидравлического удара при переходе цилиндрами уплотнительных перемычек в последних сделаны дроссельные канавки в виде небольших усиков, за счет которых давление жидкости в цилиндрах повышается равномерно.
Рабочими камерами аксиально-поршневых насосов являются цилиндры, аксиально расположенные относительно оси ротора, а вытеснителями - поршни. По виду передачи движения вытеснителям аксиально-поршневые насосы подразделяются на насосы с наклонным блоком (см. рис.3.8, б, г) и с наклонным диском (см. рис.3.8, а, в). Известные конструкции аксиально-поршневых насосов выполнены по четырем различным принципиальным схемам.
Насосы с силовым карданом (см. рис.3.8, а) приводной вал соединен с наклонным диском силовым карданом, выполненным в виде универсального шарнира с двумя степенями свободы. Поршни соединяются с диском шатунами. При такой схеме крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через кардан и наклонный диск. Начальное прижатие блока цилиндров распределительному устройству обеспечивается пружиной, а во время работы насоса давлением жидкости. Передача крутящего момента блоку цилиндров необходима для преодоления сил трения между торцом блока цилиндров и распределительным устройством.
В насосах с двойным несиловым карданом (см. рис.3.8, б) углы между осью промежуточного вала и осями ведущего и ведомого валов принимают одинаковыми и равными 1 = 2 = /2. При такой схеме вращение ведущего и ведомого валов будет практически синхронным, а кардан полностью разгруженным, так как крутящий момент от приводящего двигателя передается блоку цилиндров через диск 5, изготавливаемый заодно с валом 6.
Насосы с точечным касанием поршней наклонного диска (см. рис.3.8, в) имеют наиболее простую конструкцию, поскольку здесь нет шатунов и карданных валов. Однако для того, чтобы машина работала в режиме насоса, необходимо принудительно выдвижение поршней из цилиндров для прижатия их к опорной поверхности наклонного диска (например, пружинами, помещенными в цилиндрах). По такой схеме чаще всего изготовляют гидромоторы типа Г15-2 (рис.3.9). Эти машины выпускаются небольшой мощности, т.к. в местах контакта поршней с диском создается высокое напряжение, которое ограничивает давление жидкости.
Рис.3.9. Аксиально-поршневой гидромотор типа Г15-2:1 - вал; 2 - манжета; 3 - крышка; 4, 9 - корпус; 5, 16 - подшипник;6 - радиально упорный подшипник; 7 - барабан; 8 - поводок; 10 - ротор; 11 - пружины; 12 - дренажное отверстие; 13 - распределительное устройство; 14 - полукольцевые пазы; 15 - отверстие напорное; 17 - поршни; 18 - шпонка; 19 - толкатель Аксиально-поршневые машины бескарданного типа (см. рис.3.8, г) блок цилиндров соединяется с ведущим валом через шайбу и шатуны поршней. По сравнению с гидромашинами с карданной связью машины бескарданного типа проще в изготовлении, надежнее в эксплуатации, имеют меньший габарит блока цилиндров. По данной схеме отечественной промышленностью выпускается большинство аксиально-поршневых машин серии 200 и 300 (рис.3.10).

Рис.3.9. Аксиально-поршневой гидромотор типа Г15-2:1 - вал; 2 - манжета; 3 - крышка; 4, 9 - корпус; 5, 16 - подшипник;6 - радиально упорный подшипник; 7 - барабан; 8 - поводок; 10 - ротор; 11 - пружины; 12 - дренажное отверстие; 13 - распределительное устройство; 14 - полукольцевые пазы; 15 - отверстие напорное; 17 - поршни; 18 - шпонка; 19 - толкатель Структура условного обозначения аксиально-поршневых машин серий 200 и 300 приведена на рис.3.11.
Подача (расход) аксиально-поршневой гидромашины зависит от хода поршня, который определяется углом γ наклона диска или блока цилиндров ( γ < 25 ). Если конструкция гидромашины в процессе ее эксплуатации допускает изменение угла γ, то такие машины регулируемые. При изменении угла наклона шайбы или блока цилиндров с + γ до - γ достигается реверсирование направления потока жидкости или вращения ротора гидромашины.

Рис.3.11. Структура условного обозначения аксиально-поршневых гидромашин серий 200 и 300
63. Гидроцилиндры в гидроприводах ТМ
Гидроцилиндр (гидравлический цилиндр) — объёмный гидродвигатель возвратно-поступательного движения. Принцип действия гидроцилиндров во многом схож с принципом действия пневмоцилиндров.
Виды гидроцилиндров
Гидроцилиндры одностороннего действия
Гидроцилиндр одностороннего действия
Выдвижение штока осуществляется за счёт создания давления рабочей жидкости в поршневой полости, а возврат в исходное положение от усилия пружины.
Усилие, создаваемое гидроцилиндрами данного типа, при прочих равных условиях меньше усилия, создаваемого гидроцилиндрами двустороннего действия, за счёт того, что при прямом ходе штока необходимо преодолевать силу упругости пружины.
Пружина выполняет здесь роль возвратного элемента. В тех случаях, когда возврат производится за счет действия приводимого механизма, другого гидроцилиндра, или силы тяжести поднятого груза - гидроцилиндр может не иметь возвратной пружины ввиду отсутствия необходимости.
Гидроцилиндры двустороннего действия
Гидроцилиндр двустороннего действия
Как при прямом, так и при обратном ходе поршня, усилие на штоке гидроцилиндра создаётся за счёт создания давления рабочей жидкости, соответственно, в поршневой и штоковой полости.
Следует иметь в виду, что при прямом ходе поршня усилие на штоке несколько больше, а скорость движения штока меньше, чем при обратном ходе — за счёт разницы в площадях, к которой приложена сила давления рабочей жидкости (эффективной площади поперечного сечения). Такие гидроцилиндры осуществляют, например, подъём-опускание отвала многих бульдозеров.
Телескопические гидроцилиндры
Телескопический гидроцилиндр
Называются так благодаря конструктивному сходству с телескопом или подзорной трубой. Такие гидроцилиндры применяются в том случае, если при небольших размерах самого гидроцилиндра в исходном, т.е. сложенном, состоянии, необходимо обеспечить большой ход штока. Конструктивно представляют собой несколько цилиндров, вставленных друг в друга таким образом, что корпус одного цилиндра является штоком другого. Такие гидроцилиндры имеют исполнение как для одностороннего, так и для двустороннего действия.
Они осуществляют, например, подъём-опускание кузовов во многих самосвалах.
[Дифференциальные гидроцилиндрыУсловное графическое обозначение дифференциального гидроцилиндра по ISO 1219
"Обычное" подключение поршневых гидроцилиндров двустороннего действия предусматривает поочередное подключение полостей гидроцилиндра к нагнетательной и сливной магистралям распределителем 4/2 или 4/3, что обеспечивает движение поршня за счет разности давлений. Соотношение скоростей движения, а также усилий при прямом и обратном ходе, различны, и пропорциональны соотношению площадей поршня. Между скоростью и усилием устанавливается зависимость: выше скорость - меньше усилие, и наоборот.
"Кольцевая", или "дифференциальная" схема подключения. При рабочем ходе (выдвижении штока) жидкость от насоса подается в поршневую полость, вытесняемая-же жидкость из штоковой полости, за счет кольцевого подключения (распределитель 3/2), направляется не в гидробак, а подается также в поршневую полость. В результате выдвижение штока происходит намного быстрее, чем в обычной схеме подключения (распределитель 4/2 или 4/3). Обратный ход (втягивание штока) происходит при подаче жидкости только в штоковую полость, поршневая соединена с гидробаком. При использовании гидроцилиндра с соотношением площадей поршня 2:1 (в некоторых источниках именно такие гидроцилиндры называются дифференциальными) такая схема позволяет получить равные скорости и равные усилия прямого и обратного ходов, что для гидроцилиндров с односторонним штоком без регулирования или дополнительных элементов получить невозможно.
Область применения
Гидроцилиндры широко применяют во всех отраслях техники, где используют объёмный гидропривод. Например, в строительно-дорожных, землеройных, подъёмно-транспортных машинах, в авиации и космонавтике, а также в технологическом оборудовании — металлорежущих станках, кузнечно-прессовых машинах.
Управление движением поршня и штока гидроцилиндра осуществляется с помощью гидрораспределителя, либо с помощью средств регулирования гидропривода.
64. основные характеристики насосов в гидроприводах ТМ
НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ, ИХ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫНасос предназначен для преобразования механической энергии приводного двигателя в энергию потока рабочей жидкости. Их рабочий процесс основан на попеременном заполнении рабочей камеры рабочей жидкостью и вытеснении ее из рабочей камеры.Под рабочей камерой принято понимать емкость, ограниченную рабочими поверхностями деталей гидромашины, периодически изменяющую свой объем и попеременно сообщающуюся с каналами, подводящими и отводящими рабочую жидкость.В гидроприводах мобильных машин применяют роторно-вращательные и роторно-поступательные насосы, которые по виду рабочих органов разделяют на шестеренные, пластинчатые и поршневые. По углу ротора с рабочими органами различают радиальные и аксиальные роторно-поршневые насосы. По механизму передачи движения радиально-поршневые насосы классифицируют на кулачковые и кривошипные, а аксиально-поршневые — с наклонным блоком и наклонным диском.Роторные насосы могут быть выполнены с нерегулируемым и регулируемым рабочим объем и предназначены для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидромотора (насоса-мотора) с реверсивным, нереверсивным направлениями потока.В гидроприводах широко применяют обратимые аксиально-поршневые насосы, предназначенные для использования как в режиме насоса, так и в режиме гидромотора.Основными параметрами насоса или гидромотора являются рабочий объем q, номинальное давление Pн и частота вращение nн, а производными — подача Qн и мощность Nн для насоса, расход рабочей жидкости Qм и крутящий момент М для гидромотора, а также полный КПД гидромашин .Теоретическая подача насоса или расход гидромотора пропорциональны рабочему объему и частоте вращения:Q=q·n (1)В действительности указанная пропорциональность отсутствует вследствие объемных потерь рабочей жидкости, поэтому действительная подача Q всегда меньше теоретической. Объемные потери характеризуются внутренними перетечками рабочей жидкости в гидромашине из полости высокого давления (нагнетания) в полость низкого давления (всасывания) и наружными утечками через зазоры из корпуса по дренажному трубопроводу во всасывающую гидролинию или в бак. По мере изнашивания сопрягаемых деталей и увеличения зазора между ними объемные потери увеличиваются. Они также возрастают при повышении перепада давления и уменьшении вязкости рабочей жидкости. Следовательно: увеличение объемных потерь вызывает уменьшение объемного КПД о, представляющего собой отношение действительной подачи насоса к теоретической:о=Qн/Qт (2)Тогда действительная подачаQн=q·n·о (3)где q — рабочий объем насоса; n — частота вращения насоса.При предварительных и приемочных испытаниях подачу, приведенную к частоте вращения насоса, расчитывают по формулеQн=Qизм·nн/nизм (4)где nн — частота вращения, к которой праведна подача; nизм — частота вращения насоса, при которой измерялась подача Qизм.При изменении подачи расходомерами коэффициент подачи следует определять такKQ=a·ip /iн ; KQ=103 ·Qизм/(q·nизм) (5)где a — коэффициент a=qp·iн/qн·ip1 (здесь qp — рабочий объем расходомера, м3; iн1 и iр1 — число импульсов на валахсоответственно насоса за один оборот); ip и iн — число импульсов соответственно на валах расходомера и насоса за время измерений.Теоретическая мощность насоса или гидромотораNт=Qт·Р (6)пропорциональна подаче (расходу) и перепаду давления на входе и выходе из гидромашины. Но если известны крутящий момент Мт и угловая скорость гидромашины, то Nт=Мт·т.Сопоставляя выражения теоретической мощности: находим крутящий момент на валу гидромашины:Мт=Qт·P/т (7)где P=Р1—Р2 — перепад давления в подводящем и отводящем трубопроводах.Мощность (Вт), нес я для привода насоса (или гидромотора) всегда больше теоретической мощности на величину потерь:Nпр.н=P·Qт/н (8)где Р — в Па, Q — в м3/с; (здесь о — КПД, учитывающий внутренние перетечки рабочей жидкости из полости нагнетания в полость всасывания и наружные утечки из корпуса через зазоры в сопряженных деталях; м — механический КПД, учитывающий потери, возникающие при вращении и перемещении рабочих деталей относительно друг друга; г — гидравлический КПД, учитывающий потери давления, возникающие при движении рабочей жидкости по внутренним каналам гидрооборудования).Полный КПД, определяется из отношения полезной мощности Nп=·Qн потребляемой, т. е.н = Nn/Nпр н (9)Если измерен крутящий момент Мн, то КПД насоса определяют по формулев системе СИ=Р·Qн/2·Мн·nн (10)где Р — в Па; Qн — подача насоса, м3/сек; Мн — Н·м; nн — частота вращения насоса, об/сек.Из сказанного следует, что КПД насоса можно определить следующим образомОбъемный КПДо=qp·np/qн·nн (11)Гидромеханический КПДгм=qн·(Р1—Р2)/Mн·2 (12) Полный КПД=о·гм (13)где Мн — крутящий момент на валу насоса; Р1, Р2 — давление в напорной и всасывающей магистралях насоса
65. Основные характеристики гидродвигателей в гидроприводах ТМ
Гидравлический привод (гидропривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.
Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).
Функции гидропривода
Основная функция гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода — это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе — передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота башни и т.д.).
В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом:
Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости.
Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.
После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.
Виды гидроприводов
Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные.
В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости (и соответственно скорости движения жидкостей в гидродинамических приводах велики в сравнении со скоростями движения в объёмном гидроприводе).
В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости (в объёмных гидроприводах скорости движения жидкостей не велики — порядка 0,5-6 м/с).
Объёмный гидропривод — это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.
Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического, — большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа, в то время как гидродинамические машины работают обычно при давлениях, не превышающих 1,5—2 МПа.
Объёмный гидропривод намного более компактен и меньше по массе, чем гидродинамический, и поэтому он получил наибольшее распространение.
В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объёмные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.
По характеру движения выходного звена гидродвигателя
Гидропривод вращательного движения
когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;
Гидропривод поступательного движения
у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр — двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);
Гидропривод поворотного движения
когда в качестве гидродвигателя применён поворотный гидродвигатель, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360°.
По возможности регулирования
Если скорость выходного звена (гидроцилиндра, гидромотора) регулируется изменением частоты вращения двигателя, приводящего в работу насос, то гидропривод считается нерегулируемым.
Регулируемый гидропривод
в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может быть:
дроссельнымобъёмнымобъёмно-дроссельным.
Регулирование может быть: ручным или автоматическим.
В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть:
стабилизированнымпрограммнымследящим (гидроусилители).
Саморегулируемый гидроприводавтоматически изменяет подачу жидкости по фактической потребности гидросистемы в режиме реального времени (без фазового сдвига).
По схеме циркуляции рабочей жидкости
Гидропривод с замкнутой схемой циркуляции
в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса.
Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры;
Гидросистемы с замкнутой схемой циркуляции ррабочей жидкости (справа) и с разомкнутой схемой (слева). На схеме слева всасывающая и сливная гидролинии сообщаются с баком (разомкнутая схема); на схеме справа бак используется только для вспомогательной гидросистемы (системы подпитки). Н и Н1 — насосы; М — гидромотор; Р — гидрораспределитель; Б — гидробак; Н1 — насос системы подпитки; КП1, КП2, — Предохранительные клапана; КО1 и КО2 — обратные клапана. Предохранительные клапана КП (на схеме слева), КП1 и КП2 (на схеме справа) срабатывают в тот момент, когда нагрузка на валу гидромотора слишком велика, и давление в гидросистеме превышает допустимую величину. Обратные клапана КО1 и КО2 срабатывают тогда, когда давление слишком мало, и возникает опасность кавитацииГидропривод с разомкнутой системой циркуляции
в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой.
Достоинства такой схемы — хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.
По источнику подачи рабочей жидкости
Насосный гидропривод
В насосном гидроприводе, получившем наибольшее распространение в технике, механическая энергия преобразуется насосом в гидравлическую, носитель энергии — рабочая жидкость, нагнетается через напорную магистраль к гидродвигателю, где энергия потока жидкости преобразуется в механическую. Рабочая жидкость, отдав свою энергию гидродвигателю, возвращается либо обратно к насосу (замкнутая схема гидропривода), либо в бак (разомкнутая или открытая схема гидропривода). В общем случае в состав насосного гидропривода входят гидропередача, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроёмкости и гидролинии.
Наибольшее применение в гидроприводе получили аксиально-поршневые, радиально-поршневые, пластинчатые и шестерённые насосы.
Магистральный гидропривод
В магистральном гидроприводе рабочая жидкость нагнетается насосными станциями в напорную магистраль, к которой подключаются потребители гидравлической энергии. В отличие от насосного гидропривода, в котором, как правило, имеется один (реже 2-3) генератора гидравлической энергии (насоса), в магистральном гидроприводе таких генераторов может быть большое количество, и потребителей гидравлической энергии также может быть достаточно много.
Аккумуляторный гидропривод
В аккумуляторном гидроприводе жидкость подаётся в гидролинию от заранее заряженного гидроаккумулятора. Этот тип гидропривода используется в основном в машинах и механизмах с кратковременными режимами работы.
По типу приводящего двигателя
гидроприводы бывают с электроприводом, приводом от ДВС, турбин и т. д.
Импульсный гидроприводВ гидроприводе этого вида выходное звено гидродвигателя совершает возвратно-поступательные или возвратно-вращательные движения с большой частотой (до 100 импульсов в секунду).
Структура гидропривода
Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель. Насос является источником гидравлической энергии, а гидродвигатель — её потребителем, то есть преобразует гидравлическую энергию в механическую. Управление движением выходных звеньев гидродвигателей осуществляется либо с помощью регулирующей аппаратуры — дросселей, гидрораспределителей и др., либо путём изменения параметров самого гидродвигателя и/или насоса.


Принцип действия золотникового гидрораспределителя, управляющего движением штока гидроцилиндраТакже обязательными составными частями гидропривода являются гидролинии, по которым жидкость перемещается в гидросистеме.
Критически важной для гидропривода (в первую очередь объёмного) является очистка рабочей жидкости от содержащихся в ней (и постоянно образующихся в процессе работы) абразивных частиц. Поэтому системы гидропривода обязательно содержат фильтрующие устройства (например, масляные фильтры), хотя принципиально гидропривод некоторое время может работать и без них.
Поскольку рабочие параметры гидропривода существенно зависят от температуры рабочей жидкости, то в гидросистемах в некоторых случаях, но не всегда, устанавливают системы регулирования температуры (подогревающие и/или охладительные устройства).
Количество степеней свободы гидросистем
Количество степеней свободы гидравлической системы может быть определено простым подсчётом количества независимо управляемых гидродвигателей.
Область применения
Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах. В настоящее время более 50% общего парка мобильных строительно-дорожных машин (бульдозеров, экскаваторов, автогрейдеров и др.) является гидрофицированной. Это существенно отличается от ситуации 30-х - 40-х годов 20-го века, когда в этой области применялись в основном механические передачи.
В станкостроении гидропривод также широко применяется, однако в этой области он испытывает высокую конкуренцию со стороны других видов привода[1].
Широкое распространение получил гидропривод в авиации. Насыщенность современных самолётов системами гидропривода такова, что общая длина трубопроводов современного пассажирского авиалайнера может достигать нескольких километров.
В автомобильной промышленности самое широкое применение нашли гидроусилители руля, существенно повышающие удобство управления автомобилем. Эти устройства являются разновидностью следящих гидроприводов. Гидроусилители применяют и во многих других областях техники (авиации, тракторостроении, промышленном оборудовании и др.).
В некоторых танках, например, в японском танке Тип 10, применяется гидростатическая трансмиссия, представляющая собой, по сути, систему объёмного гидропривода движителей. Такого же типа трансмиссия устанавливается и в некоторых современных бульдозерах.
В целом, границы области применения гидропривода определяются его преимуществами и недостатками.
Преимущества
К основным преимуществам гидропривода относятся:
возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;
простота управления и автоматизации;
простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; например, если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим (такое возможно, в частности, когда шток, соединённый с рабочим органом, встречает препятствие на своём пути), то давление в гидросистеме достигает больших значений — тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме, и после этого жидкость идёт на слив в бак, и давление уменьшается;надёжность эксплуатации;
широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо;
большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности, масса гидравлических машин примерно в 10-15 раз меньше массы электрических машин такой же мощности;
самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей; нужно отметить, что при техническом обслуживании, например, мобильных строительно-дорожных машин на смазку уходит до 50% всего времени обслуживания машины, поэтому самосмазываемость гидропривода является серьёзным преимуществом;
возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;
простота осуществления различных видов движения — поступательного, вращательного, поворотного;
возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;
возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;
упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.
Недостатки
К недостаткам гидропривода относятся:
утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;
нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;
более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;
необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;
необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;
пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;
зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды;
в сравнении с пневмоприводом — невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.
Перспективы развития
Перспективы развития гидропривода во многом связаны с развитием электроники. Так, совершенствование электронных систем позволяет упростить управление движением выходных звеньев гидропривода. В частности, в последние 10-15 лет стали появляться бульдозеры, управление которыми устроено по принципу джойстика.
С развитием электроники и вычислительных средств связан прогресс в области диагностирования гидропривода. Процесс диагностирования некоторых современных машин простыми словами может быть описан следующим образом. Специалист подключает переносной компьютер к специальному разъёму на машине. Через этот разъём в компьютер поступает информация о значениях диагностических параметров от множества датчиков, встроенных в гидросистему. Программа или специалист анализирует полученные данные и выдаёт заключение о техническом состоянии машины, наличии или отсутствии неисправностей и их локализации. По такой схеме осуществляется диагностирование, например, некоторых современных ковшовых погрузчиков. Развитие вычислительных средств позволит усовершенствовать процесс диагностирования гидропривода и машин в целом.
Важную роль в развитии гидропривода может сыграть создание и внедрение новых конструкционных материалов. В частности, развитие нанотехнологий позволит повысить прочность материалов, что позволит уменьшить массу гидроборудования и его геометрические размеры, повысить его надёжность. С другой стороны, создание прочных и одновременно эластичных материалов позволит, например, уменьшить недостатки многих гидравлических машин, в частности, увеличить развиваемое диафрагменными насосами давление.
В последние годы наблюдается существенный прогресс в производстве уплотнительных устройств. Новые материалы обеспечивают полную герметичность при давлениях до 80 МПа, низкие коэффициенты трения и высокую надёжность[1].
66. Устройства регулирования производительности насосов в гидроприводах ТМ.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретения относятся к способу регулирования производительности установок электроцентробежных насосов (УЭЦН), используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти, в частности для добычи нефти из малодебитных скважин.Основной проблемой при добыче нефти из малодебитных скважин является значительное снижение динамического уровня в скважине в случае превышения производительности УЭЦН дебита скважины. Это требует использования электроцентробежных насосов (ЭЦН) малой производительности, которые имеют небольшой КПД. Но даже в этом случае для поддержания заданного динамического уровня в скважине требуется регулирование производительности УЭЦН.Известен способ регулирования производительности УЭЦН путем регулирования частоты вращения центробежного насоса с помощью станций управления. С установленной в УЭЦН системой телеметрии такой способ позволяет поддерживать заданный динамический уровень в скважине (см. Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти", МФ "Технонефтегаз", Москва, 1999 г., стр.519).Недостатком этого способа регулирования производительности УЭЦН является то, что для поддержания заданного динамического уровня в малодебитной скважине требуется снижение частоты вращения ЭЦН. Это приводит как к снижению КПД центробежного насоса, так и к снижению создаваемого им напора, что может привести к срыву подачи.Наиболее близким к заявляемому способу является способ регулирования производительности УЭЦН путем периодического включения и отключения ЭЦН. Устройство, реализующее такой способ, состоит из ЭЦН и станции управления, имеющей программное устройство автоматического повторного включения (см. Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти", МФ "Технонефтегаз", Москва, 1999 г., стр.485-490).Недостатком такого способа регулирования производительности УЭЦН является то, что при отключенном состоянии ЭЦН прерывается подача пластовой жидкости к наземному оборудованию. Время отключенного состояния ЭЦН определяется, исходя из соотношения производительности ЭЦН и дебета скважины, и может достигать 15 и более часов, что отрицательно сказывается на работе наземного оборудования, особенно в зимнее время. В условиях низких температур отсутствие подачи пластовой жидкости к наземному оборудованию в течение длительного времени может привести к выходу его из строя. Кроме того, длительное отсутствие отбора пластовой жидкости приводит к значительному повышению динамического уровня, что отрицательно сказывается на работе нефтяного пласта.Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании способа регулирования производительности УЭЦН, для поддержания заданного динамического уровня в скважине, при котором обеспечивается непрерывная подача пластовой жидкости к наземному оборудованию без снижения КПД УЭЦН.Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении КПД УЭЦН, используемых в малодебитных скважинах, повышении долговечности наземного оборудования, увеличении межремонтного периода для ЭЦН и погружного электродвигателя и увеличении нефтеотдачи пласта.Сущность изобретения в части способа состоит в том, что регулирование производительности УЭЦН осуществляется путем периодического включения и отключения ЭЦН, при этом при включенном ЭЦН часть пластовой жидкости подается к наземному оборудованию, а часть пластовой жидкости накапливается в УЭЦН и подается к наземному оборудованию при отключенном ЭЦН.В частном случае реализации способа расход пластовой жидкости, подаваемой к наземному оборудованию, устанавливается равным дебету скважины путем изменения гидравлического сопротивления на выходе из ЭЦН. В конкретных условиях использования способа момент включения и отключения ЭЦН определяется в зависимости от объема пластовой жидкости, накопленной в УЭЦН, или в зависимости от изменения динамического уровня в скважине.Сущность изобретения в части устройства состоит в том, что для осуществления заявляемого способа установка, содержащая ЭЦН и станцию управления, имеющую программное устройство автоматического повторного включения, снабжена гидравлическим аккумулятором, размещенным на выходе из ЭЦН, и регулируемым дросселем, размещенным на выходе из установки.В частном случае реализации устройства гидравлический аккумулятор снабжен датчиком, определяющим степень его наполнения, а установка снабжена системой телеметрии, определяющей динамический уровень в скважине.В конкретных условиях использования, в частности при большом содержании в пластовой жидкости газа, в устройстве в качестве гидравлического аккумулятора может быть использована колонна НКТ.-42291039370Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема установки для осуществления заявляемого способа регулирования производительности.Установка состоит из ЭЦН 1, погружного электродвигателя 2 и станции управления 3. На выходе из ЭЦН 1 размещен гидравлический аккумулятор 4, а на выходе из установки размещены регулируемый дроссель 5 и расходомер 6. Гидравлический аккумулятор 4 снабжен датчиком 7, определяющим степень его наполнения. Установка снабжена системой телеметрии 8, определяющей динамический уровень А в скважине. Сигналы от датчика 7 и системы телеметрии 8 передаются на станцию управления 3. В зависимости от характеристики скважины в качестве ЭЦН 1 могут выбираться стандартные ЭЦН, но с производительностью, заведомо превышающей дебет скважины, а следовательно, имеющие более высокий КПД. В качестве погружного электродвигателя 2 могут использоваться вентильные двигатели, позволяющие производить повторный пуск установки с достаточно большой частотой. Гидравлический аккумулятор 4 может иметь конструкцию, аналогичную конструкции гидравлической защиты погружного электродвигателя, с использованием в качестве упругого элемента сжатый газ.Заявляемый способ осуществляется при работе установки следующим образомПосле пуска установки, с помощью регулируемого дросселя 5 ограничивают расход жидкости, подаваемой к наземному оборудованию. По расходомеру 6 можно проконтролировать этот расход и сделать его равным дебету скважины. С помощью станции управления поддерживается оптимальный с точки зрения КПД режим работы данного ЭЦН. Так как производительность ЭЦН 1 превышает расход жидкости, подаваемой к наземному оборудованию, то излишек пластовой жидкости накапливается в гидравлическом аккумуляторе 4. При наполнении гидравлического аккумулятора до определенной степени по сигналу датчика 7 станция управления 3 отключает погружной электродвигатель 2 и откачка пластовой жидкости из скважины прекращается. При этом подача пластовой жидкости к наземному оборудованию продолжается, так как к нему начинает поступать пластовая жидкость, накопленная в гидравлическом аккумуляторе 4. Таким образом, обеспечивается непрерывная работа наземного оборудования. После того как объем жидкости, оставшейся в гидравлическом аккумуляторе 4, достигнет определенного предела, по сигналу датчика 7 станция управления 3 вновь включает погружной электродвигатель 2 и цикл повторяется.Производительность ЭЦН 1 и рабочий объем гидравлического аккумулятора 4 выбирается, исходя из оптимальной цикличности включения и отключения погружного электродвигателя 2 и изменения динамического уровня при работе установки в заданных пределах. Если в процессе эксплуатации скважины ее дебет измениться и при работе установки с прежней цикличностью изменение динамического уровня выйдет за установленные пределы, включение и отключение погружного электродвигателя 2 будет производиться станцией управления 3 по сигналам системы телеметрии 8, определяющей динамический уровень в скважине.Использование заявленного способа регулирования производительности УЭЦН, реализованного в заявленном устройстве, позволяет значительно повысить КПД УЭЦН, используемых в малодебитных скважинах, за счет применения более производительных насосов и эксплуатации их в оптимальных режимах; повысить долговечность наземного оборудования за счет обеспечения его работы в постоянном режиме; увеличить межремонтный период для ЭЦН и погружного электродвигателя за счет значительного сокращения времени их включенного состояния.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ регулирования производительности установки электроцентробежного насоса при добыче нефти, заключающийся в том, что при добыче нефти осуществляют периодическое включение и отключение электроцентробежного насоса - ЭЦН, при этом при включенном ЭЦН часть пластовой жидкости подают к наземному оборудованию, а часть пластовой жидкости накапливают в погружной части установки ЭЦН и подают ее к наземному оборудованию при отключенном ЭЦН с помощью гидравлического аккумулятора.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход пластовой жидкости, подаваемой к наземному оборудованию, устанавливают равным дебиту скважины путем изменения гидравлического сопротивления на выходе из установки ЭЦН.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что момент включения и отключения ЭЦН определяют в зависимости от объема пластовой жидкости, накопленной в установке ЭЦН или в зависимости от изменения динамического уровня в скважине.4. Устройство регулирования производительности установки электроцентробежного насоса для добычи нефти, включающее колонну насосно-компрессорных труб, установку электроцентробежного насоса - ЭЦН с собственно ЭЦН, и станцией управления, имеющей программное устройство автоматического повторного включения ЭЦН, при этом на выходе из ЭЦН размещен гидравлический аккумулятор, а на выходе установки ЭЦН - регулируемый дроссель.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что аккумулятор снабжен датчиком для определения степени его наполнения, а установка снабжена системой телеметрии для определения динамического уровня в скважине.6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве гидравлического аккумулятора использована колонна НКТ.Регулирование производительности насоса / осуществляется вручную. [1]
Регулирование производительности насоса производится гидромуфтой. На напорной линии насоса установлен обратный клапан, как на главном питательном насосе. Насосный агрегат имеет устройство, допускающее возможность включения его в систему автоматики блока или дистанционного управления с блочного щита. [2]
Такое регулирование производительности насоса возможно при наличии байпасной линии. Если она открыта, то общая производительность центробежного насоса увеличивается, а напор согласно его характеристике снижается. При этом с возрастанием степени открытия байпасной линии количество жидкости, протекающей по напорному трубопроводу, уменьшается. Этот способ регулирования также неэкономичен. [3]
Для регулирования производительности насоса, работающего с постоянным числом оборотов, всасывающий трубопровод связывают с нагнетательным перепускной линией с задвижкой. Регулировка перепуском невыгодна, так как происходит потеря энергии в задвижке. [4]
Возможность регулирования производительности насосов ( при постоянном числе оборотов двигателя) может быть достигнута путем установки байпасной линии с вентилем, перепускающей часть перекачиваемой жидкости от нагнетательного патрубка к всасывающему. [5]
Способ регулирования производительности насосов прикрыванием или полным открыванием задвижки на трубопроводах ( дросселирование жидкости) хотя и мало экономичен, однако широко применяется
67. Проектирование объемных гидроприводов. Исходные данные, определение производительности, выбор давления.
Гидравлический привод получил широкое распространение в машиностроении.
Этому способствует ряд преимуществ по сравнению с другими: простота бесступенчатогорегулирования скорости рабочего органа в широких пределах, превращение
поступательного движения в возвратно-поступательное; возможность быстрого и частого
реверсирования с плавным торможением и разгоном; малая инертность; большая удельная
энергоемкость; легкость автоматизации управления и защиты; самосмазываемость
оборудования, их высокая надежность; возможность широкой унификации и стандартизации
тепловых элементов.
Гидравлическим приводом оснащено около 2/3 строительных и дорожных машин.
Масштабы применения гидравлических приводов непрерывно растут.
Широкое распространение машин с гидроприводами требует улучшения подготовки
специалистов, занимающихся проектированием, изготовлением эксплуатации и ремонтом
строительно-дорожных машин. Выполнение учебных процессов, курсовых работ погидроприводу и гидроавтоматике способствует решению этой задачи. В настоящей работе
рассматриваются основные положения и порядок расчета гидроприводов строительно-
дорожных машин.
1. Основные положения проектирования гидропривода строительно-дорожных и
подъемно-транспортных машин
Расчет и проектирование систем объемного гидропривода строительно-дорожных и
подъемно-транспортных машин должны производиться с учетом специфических условий их
эксплуатации: различные климатические зоны и времена года; работа на открытом воздухе сповышенной запыленностью; тряска и вибрация при работе; разнообразные режимы работы
с большим количеством включений и широким диапазоном нагрузок.
Конструкция гидропривода должна обеспечивать надежную и бесперебойную работу
с заданными технико-экономическими показателями и удовлетворять требованиям техники
безопасности.
Проектирование гидропривода строительно-дорожных и подъемно-транспортных
машин должно производиться с учетом режимов их работы. Режим работы гидропривода
определяется в зависимости от коэффициентов использования номинального давления,
продолжительности работы под нагрузкой, а также числа включений в 1 ч. (табл. 1).
При конструировании и расчете гидроприводов машин основные параметры,
геометрические и присоединительные размеры гидрооборудования следует выбирать всоответствии с ГОСТом.
Основными параметрами систем объемного гидропривода являются
номинальное давление (ГОСТ 12445-80) и расход (ГОСТ 13825-80)
Элементы объемного гидропривода рекомендуется выбирать из серийно выпускаемойнормализованной гидроаппаратуры и гидрооборудования и в первую очередь
предназначенных для строительно-дорожных машин.Процесс проектирования гидропривода состоит из следующих этапов: анализ
кинематики исполнительных механизмов, установления вида и требуемой
последовательности движений в соответствии с характером технологического процесса
работы машины; составления принципиальной гидравлической схемы; расчет гидропривода
и подбор гидроаппаратуры.
Расчет рекомендуется вести в три этапа [1,3]: выбор параметров и предварительный
расчет, уточнение параметров с учетом потерь давления и расхода; поверочный расчет.
В предварительном расчете выбирают давление в гидросистеме, определяют
мощность привода, подачу насосов, основные параметры гидродвигателей. Если при
предварительной оценке выясняется невозможность выполнения условий технического
задания, то выбранные расчетные данные корректируются.
Основной расчет включает в себя расчет и выбор насосов, гидродвигателей,
направляющей и регулирующей гидроаппаратуры, трубопроводов и других элементов, а
также расчет потерь давления, в гидросистеме, к.п.д. привода, тепловой расчет
гидропривода.
Поверочный расчет выполняется для деления степени расхождения междуполученными и заданными выходными параметрами при использовании серийно
выпускаемых гидроагрегатов с конкретными их характеристиками.
2. Разработка принципиальной гидравлической схемы
Конструкция и характеристики гидропривода обусловлены назначением и
характеристиками исполнительных (рабочих) органов машины, для которых этот
гидропривод предназначен. Поэтому студент должен хорошо ознакомиться с назначением
машины, принципом ее действия, условий эксплуатации, возможным расположением и
взаимодействием гидрооборудования.
При составлении гидравлической схемы необходимо широко использовать опыт
разработки и эксплуатации гидрофицированных машин, типовых гидравлических схем,
использованных на машинах подобного назначения. В ходе разработки гидравлической схемы решают такие принципиальные вопросы,
как число потоков гидросистемы, (одно- двух- или многопоточная), характер циркуляции
рабочей жидкости (замкнутая или разомкнутая), регулирование скорости привода
(нерегулируемый, дроссельный или машинный), способ управления (ручной, дистанционныйили автоматический), вопросы размещения и компоновки элементов гидропривода. При
выборе гидравлической схемы с питанием гидроцилиндров и гидромоторов от общего насоса
следует иметь ввиду, что давление перед гидроцилиндрами должно мало отличаться от
давления перед гидромотором. Если применение высокого давления в системе питания
гидроцилиндров при малом давлении перед гидромоторами, почему-либо неизбежно, то
следует перейти к двухпоточной схеме и для питания каждой группы гидродвигателей
предусмотреть свой автономный насос. В противном случае для снижения давления вмагистрали гидромотора придется использовать редукционный клапан, что увеличит
гидравлические потери и снизит к.п.д. гидропривода. В строительно-дорожных и подъемно-
транспортных машинах в основном применяются гидроприводы с разомкнутой циркуляцией
жидкости, так как могут применяться на машинах любого назначения для привода
гидродвигателей как поступательного, так и вращательного действия. Гидроприводы сзамкнутой циркуляцией применяются только для привода гидромоторов, например, вприводах хода роторных траншейных экскаваторов, экскаваторов-каналокопателей, ротора
снегоочистителей, вальцов самоходных катков, в объемных гидропередачах, колесных и
гусеничных машин. При большой мощности привода (N>10кВт) в сочетании с регулятором
мощности находит широкое применение в тягачах, землеройно-транспортных машинах
объемное (машинное) регулирование скорости рабочего органа при замкнутой системе
циркуляции жидкости.
Дроссельное регулирование менее экономично, чем объемное и может применяться вгидроприводах малой мощности и в случаях кратковременного регулирования, т.е. вгидроприводах, для которых вопросы экономичности не имеют решающего значения.
В гидросистемах мобильных строительных и дорожных машин применяется восновном управление от оператора ручное и дистанционное. Автоматическое управление
гидроприводом применяют в случае необходимости точного выполнения, например,
планировочных работ на автогрейдерах, каналокопателях, бульдозерах.
Составление принципиальной гидравлической схемы целесообразно начинать ссоставления схемы “от двигателей”, т.е. нанести на схему места расположения выбранных
исполнительных гидродвигателей, затем на их рабочих гидролиниях – регулирующие и
исполнительные аппараты в соответствии с режимом работы и другими конкретными
требованиями к работе каждого двигателя. После этого объединить линии нагнетателя, слива
и дренажа отдельных участков схемы; при необходимости определить места установки
редукционных клапанов, дросселей с обратным клапаном (для пропускания потока в одномнаправлении и ограничения потока в обратном) и других гидроаппаратов. Последним этапом
является разработка гидросхемы насосной установки, размещение фильтров и других
вспомогательных элементов. Составленную гидравлическую схему необходимо
анализировать на безаварийность работы, т.е. оценить поведение рабочих органов привозможных нарушениях в работе гидроаппаратов. При необходимости в схему вводят
дополнительные блокирующие устройства, гидрозамки, исключающие возможность
возникновения аварийных ситуаций.
Таким образом, основная номенклатура компонентов гидропривода определяется настадии составления принципиальной гидравлической схемы, далее уточняется и выбирается
в процессе расчета гидропривода.
3. Выбор и расчет основных параметров и исходных данных
Для проектирования гидропривода необходимо иметь следующие данные:
• тип базовой машины, схема исполнительных рабочих органов и их техническая
характеристика;
• назначения гидропривода и требования, предъявляемые к нему;
• характеристика климатической зоны эксплуатации машины;
• принципиальная гидравлическая схема гидропривода;
• режим работы гидропривода;
• усилия на штоках гидроцилиндров и нагружающие моменты на валах
гидромоторов;
• скорости перемещения истоков гидроцилиндров и частоты вращения валов
гидромоторов.
От типа и назначения базовой машины, кинематики используемых рабочих органов,
циклов и режимов работы зависят гидравлическая схема, компоновка элементов
гидросистемы и режим работы гидропривода, каждый необходим при расчетах параметров
гидромашин.
По характеристике климатической зоны эксплуатации машины определяются
граничные значения температуры воздуха, которые учитываются при выборе рабочей
жидкости.
Усилия на штоках гидроцилиндров и нагружающие моменты на валах гидромоторов
необходимы для расчета диаметров гидроцилиндров и для выбора типоразмеров
гидромоторов.
Скорости гидродвигателей зависят от режима работы гидропривода и прочих циклов.
Завышение скорости ведет к увеличению расходов в гидросистеме и размеров
гидрооборудования, а занижение – к уменьшению производительности машины. При легком
режиме работы гидропривода, скорости гидродвигателей исполнительных органов мало
влияют на производительность машины, поэтому назначаются малые скорости
гидродвигателей, а при тяжелых режимах – большие скорости, т. к. они увеличивают
производительность базовой машины. Поэтому диапазон скоростей штоков гидроцилиндров
принимается от 2 до 30 м/мин (0,03-0,5 м/с).
Величины усилий, крутящих моментов и скоростей подсчитываются при выполнении
силовых расчетов силового оборудования и механизмов машины и расчета
производительности машины. Для выполнения заданных внешних параметров гидропривода
необходимо выбрать или рассчитать основные внутренние параметры на основном
расчетном (номинальном) режиме. Такими параметрами для систем объемного гидропривода
являются номинальные давления ( Pном ) и расход ( Qном ).
В системах объемного гидропривода с разветвлением мощности расчет необходимого
давления и расхода производят по наиболее нагруженному гидродвигателю.
3.1 Выбор номинального давления
Давление в гидросистеме зависит от типа насоса и назначения гидропривода наданной машине (для вспомогательных и устойчивых операций привода основного рабочегооборудования). Давления насоса должно быть тем больше, чем больше нагрузка или
мощность приводимого в движение механизма. Малые давления приводят к возрастанию
габарита и веса, но способствуют плавной и устойчивой работе; большие давления, снижая
габариты и вес, усложняют конструкцию и эксплуатацию гидросистем, уменьшают
долговечность гидрооборудования. Номинальное давление обычно выбирают на основании
существующих рекомендаций и статистических данных, полученных при практическомиспользовании машин данного типа. При этом за величину расчетного давления принимают
номинальное давление насосов, серийно выпускаемых промышленностью и использованных
в машинах, аналогичных проектируемой.
Номинальное давление в гидросистеме назначают в соответствии снормальным рядом давлений по ГОСТ 6540-74 и ГОСТ 12445–77 (МПа): 0,63 ; 1,0;
1,6; 2,5; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32.
3.2 Выбор рабочих жидкостей
Рабочая жидкость кроме основной функции – передача энергии от насоса кгидродвигателю – выполняет ряд важных функций: смазка трущихся поверхностей детали;
удаление продуктов износа трущихся пар; предохранение их от коррозии; охлаждение
гидравлической системы. Поэтому работоспособность и долговечность гидрооборудования
зависит от правильности выбора рабочей жидкости.
В гидроприводах строительно-дорожных и подъемно-транспортных машин
применяются только загущенные минеральные масла, обладающие хорошей смазывающей
способностью, химической стабильностью при повышенных температурах, хорошимиантикоррозийными и противопенными свойствами. В настоящее время широко применяются
следующие масла: МГ-20, МГ-30, ВМГ-3, АМГ-10, И-12, И-20, И-30.
Выбор марки масла должен производиться с учетом режима работы гидропривода,
климатических и температурных условий, соответствия вязкости номинальному давлению, а
также рекомендации заводов-изготовителей гидромашин.
При выборе марки масла температурные пределы применения рабочей жидкости
определяются по таблице 2 и рисунку приложения 1, 3.
В гидроприводах, эксплуатируемых на открытом воздухе при температуре от +50º до -60º С,
рекомендуется применять не более двух сортов рабочей жидкости (летнее и зимнее) [1].
Уровень вязкости рабочей жидкости в условиях эксплуатации должен находиться впределах 20-200 сСт (мм²/с). Допустимый диапазон вязкости масла при кратковременной
эксплуатации может быть 10-2000 сСт (мм²/с). Температура застывания рабочей жидкости
должна быть на 15-20º С ниже наименьшей температуры окружающей среды, в которой
будет эксплуатироваться гидросистема. Максимальная температура рабочей жидкости вгидросистеме не должна превышать 70-80º С. Для обеспечения оптимального
температурного режима гидросистем, работающих в тяжелых климатических условиях,необходимо предусматривать средства для охлаждения рабочей жидкости (маслорадиаторы)
или прогрева (пропуск через предохранительный клапан насоса под максимальнойнагрузкой).
Для выбора рабочей жидкости необходимо знать граничные величины температуры
окружающего воздуха, которые зависят от климатической зоны эксплуатации.
Граничные температуры окружающего воздуха для различных климатических зон
[1,5]:
• Крайний Север и Сибирь -50…+35º С;
• районы средней полосы РФ -35…+40º С;
• южные районы страны -25…+50º С.
Рабочую жидкость выбирают также с учетом типа насосов и рекомендации заводов-
изготовителей. ГОСТ 14892-69 рекомендует определенные пределы вязкости масла длянормальной работы различных насосов.

68. Гидроприводы поступательного движения на примере соответствующей по специализации ТМ. Схема, принцип действия, параметры.
Гидропривод поступательного движения
у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр — двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);
Гидроцилиндры одностороннего действия


Гидроцилиндр одностороннего действия
Выдвижение штока осуществляется за счёт создания давления рабочей жидкости в поршневой полости, а возврат в исходное положение от усилия пружины.
Усилие, создаваемое гидроцилиндрами данного типа, при прочих равных условиях меньше усилия, создаваемого гидроцилиндрами двустороннего действия, за счёт того, что при прямом ходе штока необходимо преодолевать силу упругости пружины.
Пружина выполняет здесь роль возвратного элемента. В тех случаях, когда возврат производится за счет действия приводимого механизма, другого гидроцилиндра, или силы тяжести поднятого груза - гидроцилиндр может не иметь возвратной пружины ввиду отсутствия необходимости.
[править] Гидроцилиндры двустороннего действия


Гидроцилиндр двустороннего действия
Как при прямом, так и при обратном ходе поршня, усилие на штоке гидроцилиндра создаётся за счёт создания давления рабочей жидкости, соответственно, в поршневой и штоковой полости.
Следует иметь в виду, что при прямом ходе поршня усилие на штоке несколько больше, а скорость движения штока меньше, чем при обратном ходе — за счёт разницы в площадях, к которой приложена сила давления рабочей жидкости (эффективной площади поперечного сечения). Такие гидроцилиндры осуществляют, например, подъём-опускание отвала многих бульдозеров.
[править] Телескопические гидроцилиндры


Телескопический гидроцилиндр
Называются так благодаря конструктивному сходству с телескопом или подзорной трубой. Такие гидроцилиндры применяются в том случае, если при небольших размерах самого гидроцилиндра в исходном, т.е. сложенном, состоянии, необходимо обеспечить большой ход штока. Конструктивно представляют собой несколько цилиндров, вставленных друг в друга таким образом, что корпус одного цилиндра является штоком другого. Такие гидроцилиндры имеют исполнение как для одностороннего, так и для двустороннего действия.
Они осуществляют, например, подъём-опускание кузовов во многих самосвалах.
[править] Дифференциальные гидроцилиндры


Условное графическое обозначение дифференциального гидроцилиндра по ISO 1219
"Обычное" подключение поршневых гидроцилиндров двустороннего действия предусматривает поочередное подключение полостей гидроцилиндра к нагнетательной и сливной магистралям распределителем 4/2 или 4/3, что обеспечивает движение поршня за счет разности давлений. Соотношение скоростей движения, а также усилий при прямом и обратном ходе, различны, и пропорциональны соотношению площадей поршня. Между скоростью и усилием устанавливается зависимость: выше скорость - меньше усилие, и наоборот.
"Кольцевая", или "дифференциальная" схема подключения. При рабочем ходе (выдвижении штока) жидкость от насоса подается в поршневую полость, вытесняемая-же жидкость из штоковой полости, за счет кольцевого подключения (распределитель 3/2), направляется не в гидробак, а подается также в поршневую полость. В результате выдвижение штока происходит намного быстрее, чем в обычной схеме подключения (распределитель 4/2 или 4/3). Обратный ход (втягивание штока) происходит при подаче жидкости только в штоковую полость, поршневая соединена с гидробаком. При использовании гидроцилиндра с соотношением площадей поршня 2:1 (в некоторых источниках именно такие гидроцилиндры называются дифференциальными) такая схема позволяет получить равные скорости и равные усилия прямого и обратного ходов, что для гидроцилиндров с односторонним штоком без регулирования или дополнительных элементов получить невозможно.
[править] Область применения
Гидроцилиндры широко применяют во всех отраслях техники, где используют объёмный гидропривод. Например, в строительно-дорожных, землеройных, подъёмно-транспортных машинах, в авиации и космонавтике, а также в технологическом оборудовании — металлорежущих станках, кузнечно-прессовых машинах.
Управление движением поршня и штока гидроцилиндра осуществляется с помощью гидрораспределителя, либо с помощью средств регулирования гидропривода.
69. Гидропривод вращательного движения на примере соответствующей по специализации ТМ. Схема, принцип действия.
Гидропривод вращательного движения
когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение
Конструкции гидромоторов аналогичны конструкциям соответствующих насосов. Некоторые конструктивные отличия связаны с обратным потоком мощности через гидромашину, работающую в режиме гидромотора. В отличие от насосов, в гидромоторе на вход подаётся рабочая жидкость под давлением, а на выходе снимается с вала крутящий момент.
Наибольшее распространение получили шестерённые, пластинчатые, аксиально-плунжерные и радиально-плунжерные гидромоторы.
Управление движением вала гидромотора осуществляется с помощью гидрораспределителя, либо с помощью средств регулирования гидропривода.
Область применения
Аксиально-плунжерные гидромоторы используются в тех случаях, когда необходимо получить высокие скорости вращения вала, а радиально-плунжерные — когда необходимы небольшие скорости вращения при большом создаваемом моменте вращения. Например, поворот башни некоторых автомобильных кранов осуществляют радиально-плунжерные гидромоторы. В станочных гидроприводах широко распространены пластинчатые гидромоторы. Шестерённые гидромоторы используются в несложных гидросистемах с невысокими требованиями к неравномерности вращения вала гидромотора.
Преимущества
Гидромоторы применяются в технике значительно реже электромоторов, однако в ряде случаев они имеют существенные преимущества перед последними. Гидромоторы меньше в среднем в 3 раза по размерам и в 15 раз[1] по массе, чем электромоторы соответствующей мощности. Диапазон регулирования частоты вращения гидромотора существенно шире: например, он может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин и меньше[2]. Время запуска и разгона гидромотора составляет доли секунды, что для электромоторов большой мощности (несколько киловатт) недостижимо. Для гидромотора не представляют опасности частые включения-выключения, остановки и реверс. Закон движения вала гидромотора может легко изменяться путём использования средств регулирования гидропривода.
Недостатки
Однако гидромоторы обладают теми же недостатками, которые присущи гидроприводу70. Гидродинамические передачи в приводах ТМ. На примере технологической машины по соответствующей специализации.
Гидродинамическая передача
ПереводГидродинамическая передача
механизм для бесступенчатого изменения передаваемого от двигателя крутящего момента или частоты вращения вала машины-орудия; рабочий процесс Г. п. осуществляется за счёт работы лопастных насоса и турбины. Г. п. была предложена в начале 20 в. в виде соосно расположенных центробежного насоса и турбины, сближенных т. о., что их колёса образуют горообразную полость, заполненную рабочей жидкостью — маловязким маслом или водой. Побудителем движения жидкости является насос, колесо которого соединено с двигателем; энергия, полученная жидкостью от насоса, передаётся турбиной приводимой машине.
Г. п. только с двумя колёсами — насосным и турбинным (рис.), имеет равные на обоих валах крутящие моменты и называют гидродинамической муфтой (гидромуфтой). В номинальном режиме частота вращения турбинного вала гидромуфты на 1,5—4% меньше частоты вращения вала насоса; кпд гидромуфты составляет 95—98%.
Гидротрансформаторы имеют три лопаточных колеса (насосное, направляющего аппарата и турбинное) или более. Они бывают с одно- или многоступенчатой турбиной. В последнем случае удаётся расширить область изменения частоты вращения вторичного вала и получить большее увеличение крутящего момента на турбинном колесе по отношению к моменту на валу насоса в режиме страгивания, т. е. когда турбинный вал полностью остановлен (у трёхступенчатых турбин до 12:1). Г. п. допускают регулирование крутящего момента за счёт изменения заполнения их рабочей полости. Этот способ широко применяется для регулирования гидромуфт. Чтобы уменьшить падение кпд в гидротрансформаторах, регулирование ведут поворотом лопастей рабочих колёс. В некоторых конструкциях гидротрансформаторов предусматривается отключение направляющего аппарата, что обращает механизм в гидромуфту — это т. н. комплексная передача. Г. п. строятся с передаточным отношением от 0,6 до 6 и кпд 0,86—0,92. Раздельная Г. п., т. е. отдельно расположенные насос и турбина, соединённые трубами, позволяет произвольно размещать турбину относительно двигателя, дробить мощность двигателя между несколькими потребителями и, наоборот, суммировать мощность нескольких двигателей для привода одной машины. Несмотря на то, что кпд раздельных Г. п. составляет 65—70%, они находят всё большее применение в тех случаях, когда приводимая машина должна размещаться в месте, где невозможно или затруднено обслуживание: приводы буровых установок, насосы топливных систем летательных аппаратов, насосы химических установок и др.
Наибольшее применение Г. п., как автоматически действующие бесступенчатые передачи, нашли в трансмиссиях автомобилей, на тепловозах, в судовых силовых установках, приводах питательных насосов и дымососов ТЭЦ. Мощность приводимых через гидромуфты насосов ТЭЦ доходит до 25000 квт.
Лит.: Гавриленко Б. А., Минин В. А., Рождественский С. Н., Гидравлический привод, М., 1968.
В. А. Минин.

Гидродинамические передачи: а — гидротрансформатор; б — гидромуфта; 1 — рабочее колесо насоса, установленное на ведущем валу; 2 — рабочее колесо гидротурбины, установленное на ведомом валу; 3 — неподвижный направляющий аппарат — реактор. Стрелками показано направление потока рабочей жидкости.
Гидродинамические приводы устанавливают только силовые связи. Это значит, что данное передаточное отношение i поддерживается постоянным только при определенном соотношении нагрузок ведомой и ведущей частей.
При увеличении нагрузки на ведомом валу автоматически уменьшается скорость вращения этого вала, если число оборотов ведущего вала поддерживается постоянным, и, наоборот, при уменьшении нагрузки скорость увеличивается. Это свойство гидродинамических передач используется в тяговых машинах, где требуется автоматическое изменение усилия от скорости.
Плавность трогания с места и перехода с одного режима на другой, большой диапазон регулирования скорости ведомого вала при сохранении постоянного числа оборотов ведущего вала, ограничение крутильных колебаний и защита от толчков, возникающих во всем приводе, отсутствие износа деталей — все эти свойства обусловили широкое распространение привода с гидродинамической передачей.
Гидродинамические передачи (гидротрансформаторы) позволяют создавать при высоком к. п. д. (0,8—0,9) передаточные отношения 0,125—0,65, а их комплексный тип до 0,97. При уменьшении к. п. д. эти передаточные отношения могут быть снижены вплоть до точки трогания с места.
В гидродинамических передачах зазоры между деталями, вращающимися с различной скоростью, относительно большие, класс точности изготовления машин в основном третий и четвертый, детали изготовляются из типовых стандартных конструкционных материалов без каких-либо высоких требований к технологии.
Таким образом, организация производства гидродинамических передач не представляет затруднений; они могут строиться на любом насосном или турбинном заводе, но лучше предусмотреть организацию производства их на специализированном заводе или в специализированном цехе.
Создателем гидродинамических передач является проф. Г. Феттингер.
В настоящее время гидродинамические передачи получили широкое распространение в нашей стране и за рубежом. Мощность гидромуфт, строящихся за рубежом, составляет 35 000 л. с.
Колесо центробежного насоса непосредственно связанное с ведущим валом, и колесо реактивной турбины, связанное с ведомым валом, являются главными элементами гидродинамической передачи. Энергия от насоса к турбине передается гидродинамическим взаимодействием потока и лопастных систем рабочих колес; таким образом, в этих передачах в основном используется кинетическая энергия жидкости.
82.В общественном производстве все большую роль играют технические комплексы, от уровня развития которых существенно зависит уровень всего современного производства. Эти комплексы, состоящие из многих систем и устройств, предназначены для автоматизации самых разнообразных исследовательских и производственных процессов. Такими комплексами являются, в частности, всевозможные системы управления технологическими процессами, производственные поточные линии, пилотажно-навигационные, связные и специальные комплексы оборудования подвижных объектов, и т. п. 
Технические комплексы состоят из многих звеньев, которыми являются разнообразные информационные системы – измерительные и вычислительные устройства, исполнительные механизмы, комплексные индикаторы и сигнализаторы, пульты управления и многочисленные линии связи, объединяющие все звенья в единый комплекс. Все звенья, в совокупности образующие комплексы, должны выполнять определенные функции и быть увязаны друг с другом в функциональном, информационном, физическом и энергетическом отношениях.
При разработке технических комплексов возникает множество конкретных технических задач, имеющих многие варианты решений, из которых далеко не все являются оптимальными. Однако простых решений, удовлетворяющих всем требованиям, предъявляемым к комплексам, работающим в жестких условиях эксплуатации, существует немного, но именно они часто остаются не рассмотренными и не использованными.
Для решения проблем, возникающих при разработке и эксплуатации технических комплексов, целесообразно применение единого подхода независимо от конкретного назначения комплекса. Решение этих проблем требует создания соответствующих философии и методологии.
Философия  разработки технических комплексов и систем заключается в формулировании общих для них социальных, физических, структурных и технических проблем, а методология – в нахождении общих принципиальных решений, позволяющих решить эти проблемы наилучшим способом и пригодных для широкого класса технических систем. Собственно это и есть то, что получило в технике название комплексирование.
Проблемы технического комплексирования следует рассматривать как часть проблем современного общественного производства, которые в свою очередь должны предварять решение и даже постановку частных задач. Иначе тот «…кто берется за частные вопросы без предварительного решения общих,  неминуемо будет на каждом шагу бессознательно для себя «натыкаться» на эти общие вопросы. А натыкаться слепо на них в каждом частном случае значит обрекать свою политику на худшие шатания и беспринципность» (В.И.Ленин).
К социальным проблемам современного общественного произ-водства относятся такие, как:
– роль общественного производства на современном этапе развития общества и задачи, стоящие перед естествознанием, как части общественного производства;
– роль естествознания в современном обществе как основы понимания природы и как основы создания новых технологий;
– роль технологий как способа удовлетворения общественных потребностей и как способа усвоения и сохранения знаний; энергетические, сырьевые, экологические и социальные проблемы и перспектива развития технологий;
– роль техники в общественном производстве и проблема взаимоотношений человека и техники; соотношение производительных сил и производственных отношений в обществе и соотношение естественнонаучных, технологических и социальных революций.
К проблемам технического комплексирования относятся:
– проблемы определения целей создания технических  комплексов;
– определение критериев качественных и количественных оценок параметров комплексов и их составляющих; здесь целесообразно выделить точностные оценки, информационные оценки и оценки эффективности функционирования комплексов, проблемы квалиметрии и метрологии в технике;
– нахождение способов оптимальной  организации комплексов и их функционирования;
– проблемы получения, трансляции, обработки и использования информации в комплексах оборудования;
– определение путей развития сложных технических систем и комплексов.
К сожалению, работ, посвященных решению указанных общих проблем в технике, явно недостаточно.
Автор предлагаемой работы обращает внимание разработчиков технических комплексов, во-первых, на существование таких проблем, а во-вторых, на возможность их решения достаточно простым и эффективным образом. При этом автор опирается на опыт разработок комплексов бортового авиационного оборудования, в которых участвовали многие предприятия, их совместными усилиями эти проблемы были успешно решены, в чем автор принимал определенное участие. К сожалению, найденные и широко внедренные в бортовом авиационном оборудовании принципиальные и технические решения до сих пор остаются мало известными не только в широкой промышленности, но даже в смежных областях, таких как космонавтика и ракетостроение. Однако использование общих принципиальных технических решений, положительно зарекомендовавших себя при разработке комплексов бортовой авиационной аппаратуры, может вполне оказаться полезным и при разработке технических комплексов самого разнообразного назначения.
Для того чтобы разобраться в том, что перечисленные проблемы действительно являются общими для современной техники, необходим подход, опирающийся на формулирование категорий – наиболее общих и фундаментальных понятий, отражающих свойства и взаимоотношения явлений в рассматриваемой области. Категории составляют в совокупности систему и связаны между собой так, что каждая из них может быть осмыслена лишь как элемент всей системы категорий. Применительно к задаче организации технических комплексов система категорий должна отражать основные понятия и взаимоотношения, связанные с назначением технических комплексов, их функциониро-ванием и возникающих при этом основными проблемами.
В работе излагаются рекомендации по решению только некоторых, но весьма существенных и достаточно общих проблем комплекси-рования.  Автор надеется, что эти решения, найденные в процессе разработок комплексов авиационного оборудования, могут быть использованы и в других областях техники.
В дальнейшем изложении под термином «технические комплексы» подразумеваются комплексы оборудования, состоящие, главным образом, из датчиков (измерителей) первичных параметров, электронных систем и исполнительных устройств.
83. Различают неустановившийся, переходный и установившийся режимы движения. При установившемся режиме скорости точек механизма являются периодическими функциями времени или положения или остаются постоянными. Регулирование установившегося движения сводится к обеспечению угловой скорости звена приведения, не превышающей допустимого отклонения от её значения. Для этого рассчитывают и устанавливают на машину специальную массу — Маховик. Необходимость регулирования неустановившегося движения возникает в том случае, когда, несмотря на непериодическое изменение внешних сил или масс, в механизме требуется поддерживать среднюю скорость звена приведения постоянной. Для этого на машину устанавливают специальные автоматические регуляторы. Основной задачей при этом является определение устойчивости движения системы машина — регулятор. Если же скорость какого-либо звена (или др. параметра) нужно изменять по заданному закону (программе), то в машину встраивают программное устройство. Примером может служить программное управление металлорежущими станками. Конкретная задача, рассматриваемая теорией регулирования, — отыскание оптимальных режимов движения машин (оптимальное управление). Например, определение движения с наибыстрейшим переходным режимом при ограниченном ускорении, т. е. оптимального по быстродействию, или движения с минимумом затрачиваемой в переходном режиме энергии, т. е. оптимального по потерям.
86. ПРЕДЛАГАЮТСЯ  новые средства пуско-защитной автоматики (тип ТК)  для нерегулируемых электроприводов переменного тока.  Этот вид автоматики в соответствии с международным стандартом МЭК 439-1-85 относится к низковольтным комплектным устройствам (НКУ). 
Средства ТК – низковольтные комплектные устройства и их комплектующие для электроустановок (ЭУ), т.е., ТК - средства  автоматизации  наиболее распространенных ЭУ, таких как скважинные и др. насосы, компрессоры, холодильники, вентиляторы и многие др. агрегаты.
НКУ включает совокупность средств релейной защиты  и контроля (трансформаторы тока, реле: обрыва фаз, тепловые, тока, дифференциальные, контроля температуры, времени разгона), силовые коммутационные аппараты(выключатели автоматические, магнитные пускатели, контакторы) и конструктивы (шкафы, щиты, токоведущие шины и др.).
Существующие НКУ, как правило, не содержат средств, обеспечивающих глубокую степень защиты ЭУ. В результате, даже в промышленно-развитых странах, преждевременный выход из строя электродвигателей превышает 10% общего парка в год. Это приводит к значительному возрастанию эксплуатационных затрат. В Украине дополнительные экслуатационные затраты составляют около 100 млн. долларов США в год.
В связи с чем созданы новые средства автоматики ЭУ, не уступающие лучшим мировым образцам.
К СРЕДСТВАМ  ТК ОТНОСЯТСЯ:
1)    вычислительные устройства комплексной защиты электродвигателя ЭД, встраиваемые в различные щиты, шкафы и станции управления в виде приставок к пускателям ЭД (базовые модификации - ТК11, ТК1, ТК01);
2)     станции защиты и управления, построенные на базе вычислительных устройств ТК11, ТК1 или ТК02 (базовые модификации станции - ТК111, ТК112, ТК102);
3)    вспомогательное оборудование (силовые измерительные шины, цифровые индикаторы (ТК01) и др.).
НАЗНАЧЕНИЕ:
ТК11 – устройство комплексной защиты трехфазных ЭД произвольной мощности.
ТК1, ТК2 - устройства углубленной комплексной защиты трехфазных ЭД произвольной мощности.
ТК01 – амперметр трехфазный (0-360 А, с интерфейсом RS232/485).
ТК111 – станция управления и защиты (пуско-защитная автоматика) общепромышленных ЭУ.
ТК112 – станция управления и защиты погружных и др. электронасосов.
ТК102 – станция управления и защиты погружных и др. бытовых однофазных электронасосов.
В зависимости от разнообразия ЭУ и предъявляемых к ним требований,  на основе базовых станций управления и защиты создан  ряд модификаций. 
ОСНОВНЫЕ  МОДИФИКАЦИИ:
1) ТК111С, ТК112С –пускозащитная  станция со встроенным счетчиком учета потребляемой электроэнергии;
2) ТК111П, ТК112П – пускозащитная станция с плавным тиристорным пуском ЭУ (станция с «мягким пускателем»);
3) ТК111Т/1 – пускозащитная станция с программируемым таймером;
4) ТК122 – пускозащитная станция, реализующая пуск по схеме “звезда-треугольник”.
Станции ТК111 и ТК112 выпускаются восьми типоразмеров в зависимости от мощности ЭД (Т111/0, Т112/0,  … Т111/7, ТК112/7, от 1 до 320 кВт).
Выпускаются станции управления спаренными (тип ТК113)  или строенными (тип ТК114) насосными агрегатами, щиты управления и др. специальные средства управления.
Примеры конструкций устройств и станций ТК представлены на фотографиях.
 
ЗАЩИТНЫЕ ФУНКЦИИ СРЕДСТВ  ТК:
защита ЭД от разных нарушений электросети питания (обрыв фазы, перекос фазы, завышенное или заниженное напряжение и др.);
защита ЭД от токовой перегрузки во всех трех фазах;
защита ЭД от перегрева изоляции и/или подшипников;
выключение ЭД  при коротких замыканиях;
запрет включения ЭД при недостаточном значении сопротивления изоляции ЭД и подведенного к нему кабеля;
дифференциальная защита;
контроль времени пуска;
световая индикация причины выключения ЭД.

Приложенные файлы

  • docx 18063953
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий