Файл: Любчик, М. А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов.pdf

особенно с учетом рекомендаций § 1-3, не представляет существенных затруднений. Однако следует помнить, что вся сложность задачи перенесена в область определения корректирующей функции /ес (1-152), определяющей на­ дежное трогание н движение системы н умение выделить из общей суммы действующих в системе н. с. F ту часть F0 — q>F (1-85), которая падает на основной рабочий за­ зор. При этом расчетная формула обобщенной тяговой силы принимает вид:

где dG6jdqm — производная базовой проводимости;

<Ро s ' (1 -f- /гс) — комплекс корректирующих функций (§ 1-3).

Практические рекомендации п обобщения, связанные с применением полученной зависимости тяговой силы при анализе и синтезе конкретных типов электромагнит­ ных систем СЭММ, будут даны ниже (§ 2-1, 2-2).

Полученная зависимость отражает влияние на теку­ щее значение тяговой силы (тяговую характеристику) комплекса корректирующих функций (ед, сро, Лс), суще­ ственно влияющих на характер ее изменения. Практи­ ческие рекомендации по выбору формы тяговой харак­ теристики с учетом влияния некоторых указанных кор­ ректирующих функций приведены в § 1-5. Здесь же ука­ жем, что положительным при использовании принципа базовой и корректирующих функций с учетом принципа определяющего размера ядра, обобщенных кратностей геометрических размеров, эквивалентного рабочего зазо­ ра электромагнитного элемента механизма является то, что при этом:

1. Упрощается при анализе и синтезе написание рас­ четных формул, их выражения становятся более ком­ пактными.

2.Создается возможность получения обобщенных зависимостей однородных по структуре, для различных исполнений силовых электромагнитных механизмов.

3.Улучшается наглядность полученных зависимостей при анализе влияния основных параметров.

4.Появляется возможность использования одних и тех же полученных обобщенных зависимостей как для ручного (в том числе и приближенного), так и для точ­ ного машинного расчета,

90

5.Создается основа для использования графоанали­ тического или итерационных методов при синтезе меха­ низмов с учетом корректирующих расчет функций и ко­ эффициентов.

6.Определяется возможность оптимизации при синте­ зе по обобщенным коэффициентам и другим параметрам, результаты которой могут быть распространены на по­ добные и однотипные исполнения механизмов с учетом корректирующих функций, существенно влияющих на результаты оптимизации.

7.Повышается точность расчета, сокращается необхо­

димое при расчете время, в том числе и машинное вре­ мя. Уменьшаются общие сроки проектирования.

8. Определяется возможность создания обобщенн теории оптимального синтеза различных групп силовых электромагнитных механизмов аппаратов и устройств автоматики постоянного и переменного тока.

1-5. Характеристики внешних сил и рациональное согласование с ними тяговой характеристики СЭММ

При работе силовых электромагнитных механизмов следует различать рабочий цикл и возврат механизма в исходное положение. В процессе рабочего цикла СЭММ выполняет свою основную функциональную задачу: за­ мыкает или размыкает электрические контакты, поднима­ ет или перемещает грузы, закрывает или открывает кла­ паны и задвижки, задерживает пли отпускает подвижные узлы механизма и т. п. При этом в механизме проявляет­ ся действие различных сил: электромеханических, сил веса, сил трения, сил воздействия гпдро- и пневмосреды, сил деформации контактных, регулирующих и фиксирую­ щих пружин, инерционных сил.

С целью анализа указанные силы можно подразде­ лить на две группы: силы, способствующие выполнению основной функциональной задачи в рабочем цикле,— действующие силы; силы, препятствующие выполнению этой задачи, — противодействующие силы. При этом про­ тиводействующие силы могут быть полезными, например противодействующие силы контактных пружин в кон­ тактных СЭММ, и бесполезными, например противодей­ ствующие силы веса, трения и др. Следует отметить, что нркпторые противодействующие силы в рабочем цикле

91

Могут стать действующими в процессе возврата механиз­ ма в исходное положение, например силы отключающих пружин, силы контактных пружин замыкающихся кон­ тактов и др.

К действующим силам в рабочем цикле, как правило, относят электромагнитные, силы, обеспечивающие функ­ ционально необходимое перемещение подвижных звень­ ев, в том числе с целью удержания или создания требуе­

сил ы. Зависимость изменения этих сил или их моментов в функции положения м скорости подвижных звеньев

Остальные действующие и противодействующие силы- и моменты, участвующие в срабатывании и возврате ме­ ханизма, условно названы «внешними» силами. Суммар­ ная зависимость их от положения и скорости подвижных звеньев называется ниже характеристикой внешних сил, или в н е ш н е й х а р а к т е р п с т и к о й,

При этом силам или моментам, входящим в характе­ ристику внешних сил, присваивается знак плюс, если их действие совпадает с действием тяговых сил, и минус, если оно противоположно.

С целью удобства анализа работы СЭМ.М часто из суммы сил, входящих в характеристику внешних сил, исключают силы, зависящие от скорости перемещения подвижных звеньев (инерционные силы, силы динамиче­

зависящая от положения подвижных звеньев, т. е. от хода при прямоходовом исполнении механизма или угла поворота при поворотном исполнении.

Аналогично принято различать статическую тяговую характеристику

92

зависящую только от положения подвижных звеньев,

вотличие от динамической тяговой характеристики Q=

—Q(q, <7). гДе тяговая сила пли момент определяются также скоростью движения, а следовательно, и измене­

нием тока в намагничивающей катушке при перемеще­ нии подвижных звеньев механизма.

В дальнейшем с целью упрощения написания, если специально не оговаривается, под термином «тяговая ха­ рактеристика» следует понимать: статическая тяговая ха­ рактеристика и аналогично под термином «характери­ стика внешних сил» понимают: статическая характери­ стика изменения механических, гидравлических, пневма­ тических, гравитационных п других сил, приложенных в данный фиксированный момент к подвижным звеньям механизма.

В существующей технической литературе часто ха­ рактеристику внешних сил называют характеристикой противодействующих сил, пли механической характери­ стикой, что менее удачно, так как, например, входящие в нее силы размыкающихся контактов, которые способ­ ствуют срабатыванию механизма в рабочем цикле, не являются противодействующими, аналогично силы замы­ кающихся контактов при отключении указанных меха­ низмов также не выполняют функцию противодействия. Наличие сил, проявляющихся за счет гидроили пнев­ мосреды, также не соответствует понятию механических сил.

Укажем дополнительно, что с целью согласования тяговых и внешних характеристик удобно совмещать их график так, чтобы координатные оси положительных тя­ говых сил и отрицательных внешних сил совпадали (рис. 1-16,6). Методика расчета тяговых сил была изло­ жена ранее. Ниже приведены рекомендации по расчету обобщенных внешних сил.

а) Расчет обобщенной силы, приложенной к выходу (подвижным звеньям) электромагнитного механизма

В СЭММ, как и во всех механизмах, различают под­ вижные звенья — подвижную деталь или группу деталей, образующую одну жесткую подвижную систему( якорь, контактодержатель и др.), и неподвижное звено или стойку — неподвижные детали жесткой неподвижной си­ стемы (неподвижный магнитопровод, упоры, неподвиж­ ные контакты и т. п.). Таким образом, в любом СЭММ

93

имеются одно неподвижное звено и одно или несколько подвижных звеньев. Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, при­ нято называть кинематической парой (например, якорь или контактодержатель и подвижный контактный узел

и др.).

Связанную систему звеньев, образующих между собой кинематические пары, называют кинематической цепыо. Графическое (упрощенное) изображение кинематической цепи в принятом масштабе определяет кинематическую схему механизма. Для класса СЭММ возможно осуще­ ствление множества кинематических цепей и схем, опре­ деляющихся большим разнообразием рассматриваемых механизмов, что в свою очередь определяет разнообразие их внешних характеристик. Расчет последних предпола­ гает также наличие информации о величинах внешних сил, точках их приложения и направления их действия.

Таким образом, определяется необходимость анализа кинематических схем механизмов и оценка их рациональ­ ного выбора с точки зрения выполнения основной функ­ циональной задачи механизма; повышения износоустой­ чивости и надежности механизма в эксплуатации; моноблочности системы и взаимного согласования отдельных узлов механизма с целью рационального выбора направ­ ления и скорости их движения; удобства монтажа и об­ служивания; обеспечения технологичности и экономично­ сти конструкции. Как видно, поставленная задача явля­ ется многоплановой м, естественно, может быть решена практически только для конкретного исполнения меха­ низма с учетом конкретных условий и режима его ра­ боты.

Например, если рассматривается анализ кинематиче­ ских схем контактных СЭММ (реле, электромагнитных пускателей, контакторов и других устройств), то с целью ' определения некоторых общих условий и рекомендаций создания конструкций, кинематические цепи которых способствовали бы выполнению указанных выше требо­ ваний рациональной кинематики, необходим анализ в части обеспечения: требуемых сил нажатия на контак­ тах в начале и конце их касания; необходимого раствора и провала 'Контактов; заданного, если в этом есть необ­ ходимость, переката и скольжения контактов или их ми­ нимальных значений; заданного направления и опти­ мальных скоростей движения отдельных механиз­

94

ма (контактов, якоря электромагнита и др.); минималь­ ного износа трущихся поверхностей, а также минималь­ ной передачи на оси динамических воздействий при уда­ рах; минимальной вибрации -контактов; минимальных расходных показателей СЭММ, связанных с выбором рабочего хода якоря, и др. Объем настоящей книги не дает возможности подробно остановиться на указанных чрезвычайно важных для оптимального проектирования электромагнитных механизмов вопросах.

Ниже имеется в виду, что при проектировании СЭММ заданной является кинематическая схема механизма, а также известны численные значения, точки приложения и направления действия внешних сил или моментов ме­ ханизма, необходимые для расчета их внешних характе­ ристик. При этом определяется возможность стандарт­ ного расчета и построения характеристики внешних сил по известным законам теоретической механики.

95

этом указаны соответствующие точки приложения сил тяжести подвижных звеньев Рвi и Рв2 (точки Сi и С2), сил реакций Р2 в оси 0 2, определение которых поясняет­ ся на рис. 1-14,8 для состояния касающихся контактов. Выделив ведущее звено механизма O1O2, при его поворо­ те вокруг оси 0 1 в направлении уменьшения угла а или увеличения угла (3 приводят к нему силы (например, P'sz) и реакции Р2 от второго подвижного звена. В за­ ключение определяют статические зависимости измене­ ния моментов от указанных сил при различных положе­ ниях механизма, сумма которых

'При дискретном изменении характеристики внешних сил (моментов) справедливо:

Mi (а) при а ',< а

М„(а) при а '„ < а < а " 2;

Мп (<х) при а 'п< а < а " п-

Вряде случаев расчет внешних характеристик может встретить некоторые затруднения, связанные с приведе­ нием сил к ведущему звену, особенно в СЭММ со слож­ ными кинематическими схемами. В этих случаях значи­ тельное облегчение дает применение метода «возможных перемещений», разработанного в курсах теоретической

г степеней свободы, которым соответствуют г независи­

96