ТА ВИБОРУ ДВИГУНА

3.1 Вибір двигуна в математичному значенні становить задачу синтезу, в результаті розв’язання якої має бути знайдений такий двигун, який забезпечує завданий технологічний цикл робочого механізму, відповідає умовам навколишнього середовища та компонуванню з механізмом робочої машини та при цьому матиме нормативний нагрів.

Вибір двигуна проводиться зазвичай у такій послідовності:

а) розрахунок потужності та попередній вибір двигуна;

б) перевірка обраного двигуна за умовами пуску та перевантаження;

в) перевірка обраного двигуна за нагрівом.

Якщо обраний двигун не відповідає умовам б) або в), тоді обирається інший двигун (більшої потужності) і перевірка повторюється.

3.2 Основою для розрахунку потужності та вибору двигуна є навантажувальна діаграма та діаграма швидкості (тахограма) механізму.

Подані на рис.2.1 і 2.2 тахограма та навантажувальна діаграма відповідають циклічному режимові роботи механізму з постійною швидкістю на інтервалах роботи як за прямого напрямку обертання, так і за зворотнього напрямку.

Спочатку визначається еквівалентна потужність механізму

(3.1)

де n-кількість ділянок роботи механізму у межах циклу тахограми;

t_рі- тривалість, і-ї ділянки роботи, с; t_рΣ – сумарний час роботи протягом циклу, с; М_мі- значення моментів механізму на ділянках, Н·м;

w_мi=pn_i /30 – значення кутової швидкості механізму на і-ій ділянці, с^-1. Значення швидкості на ділянках пуску та гальмування дорівнює середньому значенню швидкості між значенням швидкостей на попередній та наступній ділянках тахограми.

3.3 Еквівалентна потужність двигуна визначається за виразом

(3.2)

де К_з – коефіцієнт запасу, що враховує динамічні навантаження;

К_з=1,1-1,4.

При легкому пуску (М_о<(0,2-0,3)М₁,М_о<(0,2-0,3)М₂) К_з рекомендується приймати рівним 1,1. При важкому пуску (М_о>0,7М₁,М₂) рекомендується приймати К_з=1,4.

3.4 Визначення фактичної тривалості ввімкнення двигуна дозволяє визначити режим роботи двигуна

(3.3)

Якщо ТВ_Ф >80%, тоді режим роботи двигуна можна віднести до тривалого.

Значенню 10%<ТВ_Ф<80% при часі t_ц<10хв відповідає повторно короткочасний режим роботи (ПКР). Інші випадки належать до короткочасного режиму роботи.

3.5 Розрахунок попередньої потужності двигуна (Р_попер) з тривалим режимом роботи зводиться до перерахунку еквівалентної потужності двигуна при неперервному режимові роботи (з ТВ_НОМ=100%):

. (3.4)

Першою чергою треба перевірити можливість застосування АДКР.

Тому за каталогом (довідником) АДКР (додат.А) обирається двигун з номінальною потужністю

(3.5)

та виписуються його параметри.

3.6 Для двигунів з ПКР для розрахунку Р_попер еквівалентна потужність перераховується до найближчої номінальної тривалості ввімкнення ТВ_ном, яка складає 15, 25, 40, 60%.

. (3.6)

Процедура попереднього розрахунку потужності за цим разом завершується вибором двигуна найближчої більшої потужності за каталогом (довідником) (додат.Б).

3.7 Короткочасний режим визначається стандартними тривалостями робочого періоду: 10, 30, 60 або 90 хв.

В цьому випадку попередня потужність двигуна

. (3.7)

З відповідного каталогу обирається двигун так, щоб виконувались вимоги:

; , (3.8)

де t_ном, t_ф – стандартна та фактична тривалість періоду (циклу), відповідно.

Для роботи у короткочасному режимі допускається використання двигунів тривалого та повторно-короткочасного режимів. У першому разі попередня потужність

(3.9)

де К- коефіцієнт запасу; К=1,1-1,2; К_м-перевантажувальна здібність двигуна обраної серії.

У другому випадку слід враховувати, що потужність двигуна при ТВ_ном=25% відповідає t_ном=60 хв, а при ТВ_ном=15% - t_ном=30 хв.

3.8 Для точнішого розрахунку потужності двигуна враховують динамічні режими його роботи у складі приводу механізму. При цьому спочатку моменти опору та моменти інерції приводяться до вала двигуна. Для цього необхідно визначити передаточне число приводу:

де, w_{д ном}, w_{м ном} - номінальна кутова швидкість двигуна та механізму, відповідно.

3.9 Приведений до вала двигуна момент опору механізму (без урахування ККД передачи) визначається на кожній ділянці навантажувальної діаграми за виразом:

(3.10)

3.10 Приведений до вала двигуна момент інерції приводу

(3.11)

де J_д - момент інерції ротора двигуна, кг·м²; J_м - момент інерції механізму.

3.11 Для початкової перевірки відповідності обраного у п.п.3.5-3.7 двигуна завданому режиму роботи необхідно визначити середні пускові М_пср та середні гальмувальні моменти М_гср, які забезпечують розгін двигуна до швидкості n_ном за час t₁ та до швидкості (-n_ном) за час t₅, а також гальмування за час t₃ і t₇:

(3.12)

(3.13)

(3.14)

(3.15)

Отримання нульового або від’ємного значення М_гср1 або М_гср2 значить, що для забезпечення завданого часу гальмування на даному інтервалі не потрібно застосування електромагнітного гальмування.

Придатність обраного двигуна визначається за умовою, що його середній пусковий момент

(3.16)

(де, , - каталожні дані двигуна) дорівнює або перевищує найбільший з потрібних пускових моментів, розрахованих за виразами (3.12), (3.13). Додатково двигун повинен бути перевіреним за пусковим моментом

(3.17)

та за максимальним моментом

(3.18)

де М_мном- найбільше значення моменту механізму на інтервалах роботи. У разі, якщо обраний у п.п.3.5-3.7 АДКР або аналогічний двигун найближчої більшої потужності не пасує за потрібним пусковим моментом, слід переходити на АДФР, вважаючи що його середній пусковий момент М_пср для перевірки придатності за пусковим моментом може дорівнювати 0,7М_макс.

3.12 Обов'язковою перевіркою для АДКР є перевірка допущенності завданої кількості ввімкнень (циклів).

Допустима для АДКР кількість циклів за годину для двигуна з незалежною вентиляцією при завданій на рис.2.2 формі навантажувальної діаграми визначається за формулою:

(3.19)

де ΔР_ном, ΔР- номінальні витрати потужності двигуна та витрати при роботі з постійною потужністю згідно з навантажувальною діаграмою (на інтервалах t₂, t₆), відповідно;

DА_П , DА_Г - витрати енергії при пуску та гальмуванні, відповідно.

(3.20)

(3.21)

де Р₂= М₁•w_{м ном} – при прямому обертанні;

Р₂= М₂•w_{м ном} – при зворотньому обертанні.

При різних значеннях, Р₂ для прямого та зворотнього обертання при розрахунку ΔР за (3.21) слід використовувати середньоарифметичне значення Р₂.

(3.22)

(3.23)

де w₀-кутова швидкість ідеального ХХ обраного двигуна.

Враховуючи, що витрати енергії при пуску в прямому напрямку DА_ппр та в зворотньому - DА_пзв, зазвичай, не рівні, для підставлення у формулу (3.19) слід використовувати середньоарифметичне значення DА_п з двох, обчислених за формулами (3.22) та (3.23);

(3.24)

(3.25)

Аналогічно, для підставлення у формулу (3.19) слід в якості DА_Г підставляти середньоарифметичне значення DА_Г з двох значень DА_Гпр або DА_Гзв, обчислених за формулами (3.24) та (3.25) для інтервалів гальмування при прямому та зворотньому напрямках обертання відповідно. У разі, коли одне зі значень середнього гальмувального моменту (М_Гср1 або М_Гср2) відповідно (3.14) і (3.15) виявилось нульовим або від’ємним, тоді витрата енергії DА_Г для відповідного інтервалу гальмування відсутня, середньоарифметичне значення DА_Г у цьому разі дорівнює DА_Г /2.

Якщо обчислене згідно (3.19) значення h_доп перевищує завдане тахограмою значення h_м- число циклів роботи за 1год

не менш ніж в К=1,2-1,3 рази (К – коефіцієнт запасу), тоді, відповідно, обраний АДКР припускає завдану частоту ввімкнень.

3.13 Остаточна перевірка двигуна за припущеним нагрівом визначається порівнянням його номінального моменту (М_ном) з еквівалентним моментом приводу М_еп, перерахованим до стандартного режиму = М^/_еп

1) для тривалого режиму ця умова має вигляд

, (3.26)

2) для повторно-короткочасного режиму

, (3.27)

3) для короткочасного режиму роботи при використанні двигуна тривалого режиму (див. формулу (3.9))

(3.28)

У формулах (3.26 – 3.28) значення М_еп визначають з урахуванням приведених до валу двигуна моментів опору відповідно (3.10) і динамічних моментів, визначених за формулами (3.12 – 3.15), що діють у перехідних режимах роботи приводу.

Відповідно зазначеному спочатку знаходять приведені моменти приводу на ділянках роботи

на ділянці t₁: M_1еп=M_{п ср1;}

на ділянці t₂: M_2еп=M_с2 ;

на ділянці t₃: M_3еп=-M_{Г ср1} і т.д.;

Відповідно, (3.29)

3.14 У разі, якщо для обраного у п.п.3.5-3.7 АДКР не виконується умова застосування по допущеній частоті ввімкнень на годину, слід перейти до варіанту застосування АДФР тієї ж потужності, з урахуванням застосування для нього режиму ступінчастого реостатного пуску та режиму гальмування противвімкненням із ввімкненням додаткового реостата в ланцюг ротора. Зазначені обставини дозволяють різко знизити витрати енергії двигуна в перехідних режимах та не обчислювати з цієї причини h_доп.

Обраний АДФР (див. дод.В) повинен задовольняти (3.16), (3.18) взявши до уваги п.3.11, а також (3.26 – 3.28).