агентов (количество или да |
|
вление |
рабочего вещества, |
|
поступающего в двигатель), |
|
производится |
при |
помощи |
|
сил, появляющихся |
в регу |
|
ляторе |
при |
изменении ре |
|
гулируемого |
|
параметра. |
|
Например, |
с |
увеличением |
|
угловой |
скорости вала ма |
|
шины при уменьшении мо |
|
мента |
сил |
сопротивления |
|
вал конического регулято |
|
ра (рис. 26.1) начинает вра |
Вал машины У |
щаться быстрее и инертные |
массы пі\ и т\ под действием |
' |
центробежных |
СИЛ |
пере- |
Рис. 26.1. Центробежный регулятор прямого |
мещают |
задвижку |
|
вниз, |
действия |
уменьшая проходное |
сече |
|
ние в трубе, по которой поступает в двигатель рабочее вещество (вода, пар), что, в свою очередь, вызывает уменьшение момента дви жущих сил, и нарушенное равновесное движение восстанавливается.
В регуляторах непрямого действия перестановка регулирующих органов производится за счет силы вспомогательного источ ника, называемого сервомото ром, на который воздействует регулятор. В качестве серво моторов применяются электри ческие, пневматические или гидравлические двигатели. На рис. 26.2 показана схема ско-
|
Рабочее Вешестдо |
|
|
б двигатель |
К Валу дйигателя |
Рис. 26.3. |
Регулятор с жесткой об |
|
ратной связью: |
|
|
Р и с 26.2. Регулятор непрямого |
I — муфта; |
2 — звено: 3 — сервоиотор; |
4 — золотник; 5 — поршень; 6 — за |
действия |
|
движка |
|
|
|
ростного |
регулятора |
(мо |
|
|
|
дератора), |
при |
|
помощи |
|
|
|
которого |
производится по |
|
|
|
ворот |
|
лопасти |
|
|
винта |
|
|
|
с |
целью |
изменения |
мо |
|
|
|
мента |
сопротивления |
на |
|
|
|
валу |
авиационного |
двига |
|
|
|
теля. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регуляторы |
непрямого |
|
|
|
действия могут быть с жест |
|
|
|
кой |
или упругой |
обратной |
|
|
|
связью. |
|
|
|
|
|
|
5 |
-1> |
s, |
|
В |
регуляторах |
|
непря |
|
мого |
действия с |
жесткой |
8 |
|
|
обратной |
связью |
звено |
AB |
|
|
(рис. |
26.3), |
управляющее |
'ЮЩ\Ѵ77?УУУ^^ |
|
|
работой сервомотора, |
полу |
|
|
|
|
|
|
чает |
перемещение |
от |
масс |
|
|
|
регулятора |
и от |
|
сервомо |
|
|
|
тора. По завершении |
про |
|
|
|
цесса |
регулирования |
при |
|
|
|
возрастании |
или уменьше |
Рис. |
26.4. |
Изодромнын регулятор: |
нии |
нагрузки |
|
золотник |
/ — муфта; 2 — звено; 3 — сервомотор; 4 — зо |
возвращается в среднее по |
лотник; 5 |
— поршень; 6 — заслонка; 7 — катаракт; |
ложение, а поршень серво |
|
|
8 — пружина |
|
|
|
мотора занимает другое по |
|
|
|
ложение |
по |
сравнению с |
тем, которое он занимал до нарушения соотношения агентов, соот ветствующего равновесному движению.
Угловая скорость вала машины после окончания процесса регу лирования может быть больше или меньше угловой скорости до ре гулирования, в зависимости от того, произошел ли сброс или уве личение нагрузки.
Изменение угловой скорости после окончания регулирования исключено при регуляторе непрямого действия с упругой обратной связью, схематически изображенном на рис. 26.4. В обратную связь, осуществляемую рычагом AB, включены пружина 8 и катаракт 7. Благодаря пружине 8 и катаракту 7 рычаг AB обратной связи за нимает после завершения процесса регулирования исходное поло жение, соответствующее установленной скорости, в то время как поршень 5 сервомотора 3 занимает положение, соответствующее из менившейся нагрузке.
Регуляторы с упругой обратной связью, позволяющие поддер живать регулируемую угловую скорость на одном и том же уровне, называются изодромными.
§26.3. ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГУЛЯТОРА
Впроцессе работы регулятора на его звенья действуют силы инерции, стремящиеся удалить центры тяжести инертных масс от оси вращения, и силы, их уравновешивающие, например силы тя жести инертных масс или силы упругости пружин. Силы инерции масс пропорциональны квадрату угловой скорости вращения вала
регулятора и, кроме того, зависят от положения муфты регулятора и величины инертной массы. Силы, уравновешивающие при уста новившемся движении машины силы инерции масс регулятора, также зависят от положения муфты регулятора.
Для удобства анализа работы регулятора и установления его свойств обычно силы инерции и их уравновешивающие силы при водятся к муфте регулятора или к центру тяжести инертных масс.
Вдальнейшем все силы будем приводить к муфте регулятора. Пусть вал конического регулятора (рис. 26.5, а) вращается с уг
ловой скоростью со, тогда на каждую из инертных масс тА и т'А будет действовать центробежная сила инерции
РІ = тАшг — tnA{e-\-asina) со2.
Массы стержней и шаров заменяют приведенными к центру тя жести шаров А и А' массами:
1 |
Ь , пи |
тА = тА = та + тг |
^ + -^- ; |
вточке D сосредоточена
здесь та — масса шара и та — масса муфты.
При движении звеньев регулятора уравновеши вающие силы и силы инер ции действуют в плоскости
|
|
|
|
|
|
расположения |
стержней, |
а векторы |
скорости |
пере |
носного движения, |
опреде |
ляемые |
по |
величине |
угло |
вой скорости |
вала |
регуля |
тора, |
направлены |
перпен |
дикулярно |
указанной |
пло |
скости. |
Это |
приводит к |
тому, что работа уравнове шивающих сил и сил инер ции в переносном движении звеньев регулятора равна нулю, т. е. при определе нии приведенных К муфте уравновешивающих сил
масса mD, равная mD = 2 — -{-та;
Р и с > 2 6 . 5 . Определение приведенных сил регулятора
достаточно рассмотреть относительное движение звеньев регуля
тора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Допустим, что при равновесном положении |
звеньев регулятора |
муфте сообщается скорость vD. |
|
В таком случае |
(рис. 26.5, б) скоро |
сти точек С и А будут |
равны |
|
|
|
|
|
|
|
|
ѵп |
|
|
|
л |
|
|
а |
|
а |
|
^ 2 s m а |
И |
VA |
= |
Vr-r |
b |
= |
и 2b s m а |
"Or = 7, |
|
|
|
VDK7—••—. |
Работа силы инерции двух шаров равна работе приведенной к
муфте силы инерции Р;, т. е. |
|
|
|
|
|
PvD = 2РІѴА cos (180° - а) = - v D |
m4 ( —: |
|
1- а |
я cos а |
' V |
s m a |
b |
1 |
to2. (26.1) |
Имея в виду, что y = 6cosa, и пренебрегая |
величиной е, поло |
жив е — 0, из выражения |
(26.1) получаем |
окончательно |
Р = - |
т А £ г ^ = |
О 2 |
/ Р |
(г). |
|
(26.2) |
Из выражения (26.2) видно, что сила инерции шаров, приведен ная к муфте регулятора, пропорциональна ординате г. Так как нами принято положительным направление оси г вниз, то знак минус в формуле (26.2) показывает, что приведенная сила инерции направлена вверх, т. е. она стремится перемещать муфту так, чтобы центры тяжести шаров' удалялись от оси вращения. Приведенная сила инерции Р с уменьшением z приближается к нулю вследствие того, что угол a в этом случае приближается к 90°.
Угловая скорость ы вращения вала входит в угловой коэффи циент прямой, изображающей функциональную зависимость при веденной силы инерции шаров от ординаты z, определяющей поло жение муфты регулятора. Придавая угловой скорости со различные значения, получаем семейство прямых, каждая из которых назы вается характеристикой центробежной силы (рис. 26.6). В том слу чае, если величиной е пренебречь нельзя, получаем семейство кри вых в соответствии с уравнением
аы2г
Используя метод приведения сил, можно найти величину приве денной к муфте уравновешивающей силы Q.
Прикладывая в точках а, е и d плана скоростей соответственно силы тяжести GA шаров, силу F упругости пружины, приведенную
уравновешивающую силу Q и силу тяжести GD муфты, найдем
QVD = GDvD-\- 2GAvA sin a + + 2FvE cos a
или, так как
г,л - 26 sin a •'
|
°ür f |
|
|
2 |
^л —-?гг^ |
и |
cos а = |
тгг, |
^ |
2ö sin a |
|
|
26 ' |
получаем |
|
|
|
Q = |
GÛ + G , f + 5 |
р ^ . |
(26.3) |
Рис. 26.6. Характеристика регуля тора
Приведенная к муфте уравновешивающая сила Q является также функцией положения муфты
и может быть изображена в виде некоторой кривой, называемой характеристикой уравновешивающей силы регулятора (рис. 26.6).
Приведенная к муфте уравновешивающая сила Q регулятора направлена в сторону положительных значений г, т. е. в сторону, противоположную действию приведенной силы инерции Р масс регулятора.
Для стационарного режима работы машины, характеризуемого угловой скоростью © вращения главного вала, регулятор находится в состоянии равновесия, при котором приведенная к муфте сила инерции равна уравновешивающей силе
<о2 Ы2) = /о(г), |
_ |
'(26.5) |
т. е. соответствующие характеристики пересекаются при г, соот ветствующем равновесию регулятора. Отсюда можно найти равно весные угловые скорости вала регулятора, для каждого из равно весных положений регулятора
Функции / 0 (г) и fp (г) зависят от типа регулятора, и, следова тельно, могут отличаться от полученных выражений их для кони ческого регулятора. Что касается установления вида функций îo (г) и fp (2 ) ДРУГ И Х типов регулятора, то оно может быть про изведено аналогично.
