Характеристики сил, зависящих от скорости

На рис. 6.1 показана механическая характеристика асинхронного электродвигателя — зависимость движущего момента от угловой скорости ротора машины. Рабочей частью характеристики является участок ab, на котором движущий момент резко уменьшается даже при незначительном увеличении скорости вращения.

От скорости зависят силы и моменты, действующие также в таких роторных машинах, как электрогенераторы, вентиляторы, воздуходувки, центробежные насосы (рис. 6.2) и многие другие.

При увеличении скорости момент двигателей обычно уменьшается, а момент машин — потребителей механической энергии обычно увеличивается. Такое свойство очень полезно, так как автоматически содействует устойчивому поддержанию режима движения машины, и чем сильнее оно выражено, тем устойчивость больше. Назовем такое свойство машин саморегулированием.

Характеристики сил, зависящих от перемещения.

На рис. 6.3 показана кинематическая схема механизма двухтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его механическая характеристика. Сила, приложенная к Рис. 6.1.

Рис. 6.2.

Рис. 63.

поршню 3, действует всегда влево. Поэтому при движении поршня влево (процесс расширения газов) она совершает положительную работу и показана со знаком плюс (ветвь czd). При движении поршня вправо (процесс сжатия газов) сила F_;i получает знак минус (ветвь dac). Если подача топлива в ДВС не изменяется, то при следующем обороте начального звена (звено 1) механическая характеристика F_y = F_a(S_c) повторит свою форму. Это значит, что сила F_{ будет изменяться периодически.

Работа силы F графически изобразится площадью, ограниченной кривой F_{(S_c). На рис. 6.3 эта площадь имеет две части: положительную и отрицательную, причем первая больше второй. Поэтому работа силы F_{ за полный период будет положительной. Следовательно, сила Е_д является движущей, хотя она и знакопеременна. Отметим попутно, что если сила, будучи знакопеременной, совершает за один период отрицательную работу, то она является силой сопротивления.

Силы, зависящие только от перемещения, действуют во многих других машинах и приборах (в поршневых компрессорах, ковочных машинах, строгальных и долбежных станках, разнообразных приборах как с пневмоприводом, так и с пружинными двигателями и т. д.), причем действие этих сил может быть как периодическим, так и непериодическим.

Вместе с тем нужно отметить, что момент машин роторного типа от перемещения, т. е. от угла поворота ротора, не зависит; характеристики таких машин при со = const изображены на рис. 6.4, а, б. При этом у машин-двигателей М_дп > 0, а у машин — потребителей механической энергии (т.е. рабочих машин) М_)м < 0.

Рис. 6.4.

Если изменять подачу топлива в ДВС, то его механическая характеристика примет вид семейства кривых (рис. 6.5, а): чем больше подача топлива (параметр h семейства), тем выше располагается характеристика. Семейством кривых изображается и механическая характеристика шунтового электродвигателя (рис. 6.5, б): чем больше сопротивление цепи обмотки возбуждения двигателя (параметр И), тем правее размещается кривая. Характеристика гидродинамической муфты также имеет вид семейства кривых (рис. 6.5, в): чем больше наполнение муфты жидкостью (параметр /г), тем правее и выше располагаются характеристики.

Таким образом, воздействуя на параметр h, можно управлять режимом работы привода — теплового, электрического или гидравлического, увеличивая его движущую силу или скорость. Вместе с тем параметр управления h связан с величиной потока энергии, протекающей через машину, г. е. определяет ее нагруженность и производительность.

Механизм машинного агрегата обычно является многозвенной системой, нагруженной силами и моментами, приложенными к различным се звеньям. Чтобы лучше се себе представить, рассмотрим силовую насосную установку с приводом от асинхронного электродвигателя (рис. 6.6).

К поршню 3 приложена сила сопротивления жидкости, к ротору 4 электродвигателя — движущий момент. Если насос многоцилиндровый, то на каждый поршень будет действовать сила сопротивления, так что картина нагружения станет более сложной.

Для определения закона движения механизма под действием заданных внешних (активных) сил необходимо решить уравнение его движения. Основой для составления.

Рис. 6.5.

Рис. 6.6.

уравнения движения служит теорема об изменении кинетической энергии механизма с W = 1, которая формулируется гак: изменение кинетической энергии механизма происходит за счет работы всех сил и моментов, приложенных к механизму.

В плоском механизме звенья совершают вращательные, поступательные и плоскопараллельные движения, тогда кинематическая энергия механизма.

для всех подвижных звеньев механизма Суммарная работа всех внешних сил и моментов.

После подстановки получим.

Переход, от многих неизвестных к одной осуществляется при помощи методов приведения сил и масс. Для этого от реального механизма переходим к модели, т. е. заменяем весь сложный механизм одним условным звеном.

В рассматриваемом примере механизм имеет одну степень свободы (W = 1). Это значит, что необходимо определить закон движения всего лишь одного из его звеньев, которое тем самым будет начальным.