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

При этом обобщенный критерий качества механизма должен, во-первых, по возможности всесторонне отра­ жать основные экономические и функциональные, в том числе и динамические, характеристики механизма, вовторых, иметь простую и наглядную структуру, способ­ ствующую анализу и оценке влияния входящих в него величин и параметров, и, в-третьпх, легко определяться количественно расчетным пли экспериментальным пу­ тем.

К сожалению, общепринятые критерии качества элек­ тромагнитных механизмов не удовлетворяют перечис­ ленным требованиям. Большинство из них, как показано в [Л. 85], связывает экономические характеристики с их техническими данными, отнесенными только к статиче­ ским режимам работы устройств, в то время, как указы­ валось, определяющими в их работе являются динами­ ческие режимы.

Динамические характеристики наиболее полно отра­ жают эффективность конструкции, влияние условий экс­ плуатации и нагрузки на основные параметры механиз­ ма, вследствие чего их присутствие в качественных и количественных показате­ лях устройства наиболее желательно. Однако встречающиеся трудности при достаточно точных расчетах и при сущест­ вующих методах экспери­ ментального определения ряда динамических пара­ метров ограничивают их широкое применение в ви­

де показателя качества. Ниже рекомендуется

относительно простой, но достаточно надежный обобщенный критерий динамической эффектив-

ности СЭММ, а также расчетный и экспериментальный метод, не вызывающий затруднений при практическом определении количественного значения указанного кри­ терия [Л. 72].

Как известно, при срабатывании механизма реальная оценка его работоспособности может быть произведена

3 3 4

по сопоставлению Динамических тяговых электромаг­ нитных сил (или моментов) и внешних сил, противодей­ ствующих движению, т. е. по сопоставлению характери­ стик (рис.3-24)

Как видно, использование для оценки работоспособ­ ности механизма статических тяговых характеристик, полученных при неизменяющемся значении тока трогания гТр и тем более при неизменяющемся значении тока установившегося состояния, равного номинальному току катушки / у=/ц, может внести существенные ошибки.

Динамическая работоспособность при перемещении подвижных звеньев механизма от начального (s = 0 или S=i6o) до конечного (s=6o или 6=бк) положения опре­ деляется интегральной зависимостью

5

ограниченной осями координат и кривой тяговой дина­ мической характеристики PR{s).

Значение Ад и соответствующее ему значение №Мех являются важными качественными техническими пока­ зателями механизма, характеризующими его конструк­ тивное исполнение, используемые активные материалы и условия нагрузки. Практическая реализация указан­ ной динамической работоспособности обеспечивается механизмом, экономические показатели которого в свою очередь существенно зависят от его объема V и потре­ бляемой мощности !N . Вследствие этого важной и целе­ сообразной оценкой механической эффективности уст­ ройства, отнесенной к состоянию движения механизма, следует считать показатель качества П\, равный отно­ шению

К

(3-203)

335

которое отражает динамическую работоспособность на условную единицу расходных показателей по объему и потребляемой мощности в установившемся режиме на­ грева.

К

Выражение (3-204) является достаточно общим тех­ нико-экономическим показателем механизма, так как косвенно оценивает затраты на электрическую энергию (N), потребляемую механизмом; его объем (У), а сле­ довательно, габариты, массы и стоимость активных ма­ териалов, а также пропорциональную объему затрату труда при изготовлении и сборке механизма; затраты, связанные с обработкой поверхностей (S) узлов и дета­ лей, а также монтажом механизма; класс изоляции с учетом уровня нагрева (0) и ее стоимости; условия теплоотдачи (к) и затраты при использовании искусст­ венного охлаждения.

Если принять (§ 1-3), что

где а — определяющий размер ядра электромагнитного элемента; 0 ДОП— допустимое превышение температуры нагрева его катушки; X, у, *е — коэффициенты пропор­

циональности, то по (3-204), объединив коэффициенты пропорциональности в общий коэффициент Ci = const, по­ лучим:

SK

3 3 6

которую в соответствии с § 1-4 принято называть маг­ нитной эффективностью электромагнита, по сути явля­ ющейся предельным магнитным к. п. д. (г|маг)п-

Таким образом, (т]маг)п (3-207) отражает отношение количества энергии U'/MPx, преобразованной в механиче­ скую работу движения подвижных звеньев, к макси­ мальной (предельной) величине магнитной энергии (1Т'маг)п, которая могла бы быть реализована в электро­ магнитном элементе.

Кроме указанного показателя при оценке динамиче­ ской работы механизма, важным является также учет непроизводительных затрат энергии, связанных с расхо­ дом ее на перемещение арматуры механизма, на прео­ доление сил трения, компенсацию потерь в стали при движении якоря, а также на создание запаса кинетиче­ ской энергии, расходуемой на нежелательные удары подвижных звеньев о неподвижные узлы приводных ме­ ханизмов. Последнее, как известно, увеличивает износ устройства, а при наличии контактов значительно ухуд­ шает их работу за счет вибраций и, следовательно, до­ полнительного износа при включении механизма.

Оценка указанных затрат энергии может быть произ­ ведена за счет введения показателя качества

К

(3-208)

который отражает механическую эффективность устрой­ ства п по сути является механическим к. п. д. т]Мсх, учи­ тывающим отношение полной энергии U7Mex, преобразо­ ванной в механическую работу динамических сил, и энергии Wn, затраченной на полезную работу преодо­ ления внешних противодействующих сил при движении якоря (§ 1-4):

Составляющая энергии WII3в отражает разность (из­ быточную энергию) между энергией, преобразованной в механическую работу тяговых (динамических) сил, и энергией, полезно используемой при. работе механизма

Составными частями избыточной энергии являются указанные выше непроизводительные затраты энергии. Если предположить, что вся избыточная энергия преоб­ разуется в энергию удара подвижных звеньев, то

Уменьшение WVig косвенно оценивает улучшение ди­ намических показателей механизма в части уменьшения удара, выбраций и износа, а следовательно, отражает, кроме технических, и экономические показатели по дол­ говечности работы, затратам на необходимость ремонта и др.

Однако, как известно, уменьшение кинетической энергии за счет приближения на всем пути движения якоря тяговой характеристики к характеристике проти­ водействующих сил в свою очередь может значительно увеличить время срабатывания /,■ механизма, что явля­ ется нежелательным, ибо ограничивает использование механизма в ряде автоматических устройств из-за ухуд­ шения общего быстродействия.

Таким образом, время срабатывания может быть представлено так же, как критерий качества

который отражает как техническую характеристику ме­

Важной характеристикой электромагнитного меха­ низма является также показатель его работоспособно­ сти, отнесенной к условиям статического режима Лст и обеспечивающей надежное трогание подвижных звеньев

338