Назначение и материал для изготовления катушки управления контактора постоянного тока

 

1. Проектируемый агрегат и его работа.

 

Машинный агрегат (рис.2) состоит  из последовательно соединенных  электродвигателя 1, соединительной муфты 2, червячного редуктора 3, соединительной муфты 4 и двухпоршневого насоса двойного действия 5.

 

 

Механизм поршневого насоса (рис.3) представляет собой два параллельно соединенных центральных кривошипно-ползунных механизма, кривошипы которых смещены относительно друг друга на 90^о. В насосе двойного действия оба хода поршня 7

являются рабочими. Это  означает, что в рабочем цилиндре при каждом ходе поршня по одну его сторону происходит всасывание жидкости, а по другую – нагнетание. Вследствие этого на поршни постоянно действуют силы сопротивления жидкости, направленные против их движения.

Кривошипы насоса конструктивно оформлены в виде коленчатого вала. Поскольку угловая скорость коленчатого вала насоса обычно не равна угловой скорости вала электродвигателя, то между электродвигателем и насосом располагается передаточный механизм, состоящий из червячного редуктора. Редуктор представляет собой трехзвенный зубчатый механизм, помещенный в стальной корпус.

 

 

 

2. Исследование механизмов машинного агрегата

 

1. Структурный анализ машинного агрегата.

 

n = 7

 

1 - 0 (А) – вращательная низшая  обратимая Р5

1 - 2 (В) – зубчатая высшая необратимая Р4

2 - 0 (С) – вращательная низшая  обратимая Р5

2 - 3 (D) – вращательная низшая обратимая Р5

3 - 4 (Е) – вращательная низшая  обратимая Р5

4 - 0 (М) – возвратно-поступательная  низшая обратимая Р5

2 - 5 (N) – вращательная низшая обратимая Р5

5 - 6 (Т) – вращательная низшая обратимая Р5

6 - 0 (F) – возвратно-поступательная низшая обратимая Р5

 

Р4 = 1; Р5 = 8

 

Определяем степень подвижности  агрегата по формуле П.Л. Чебышева:

 

W = 3 * (n - 1) - 1 * Р4 - 2 * Р5

 

где n - число подвижных звеньев;

Р4, Р5 - число кинематических пар соответственно 4-го и 5-го классов.

 

W = 3 * (7 - 1) - 1 * 1 - 2 * 8 = 1

 

2. Кинематический синтез агрегата.

 

По исходным данным ω_кр , V_ср и λ определяем ход ползуна S, размер кривошипа r и длину шатуна l.

Ход ползуна определяем по формуле:

 

Из схемы кривошипно-ползунного механизма (КПМ) (см. рис. 3) следует:

 

длина кривошипа r = 0,5*S = 0,5 * 0,132 = 0,066 [м] = 66 [мм]

 

длина шатуна l = r / λ = 0,066 / 0,2 = 0,33 [м] = 330 [мм]

 

диаметр поршня D определяют из заданного соотношения S / D = 1,25

 

D = S / 1,25 = 0,132 / 1,25 = 0,11 [м] = 110 [мм]

 

3. Кинематический анализ агрегата.

 

Из кинематической схемы машинного  агрегата следует, что передаточное отношение привода насоса:

 

 

При червячном редукторе ременная передача отсутствует, т.е.

 

u_пр= u_р = 16,5

 

u_пр – придаточное отношение привода насоса;

u_р – придаточное отношение редуктора.

 

Тогда угловая скорость ведущего (быстроходного) вала редуктора 

 

,

 

а угловая скорость ω₂ ведомого (тихоходного) вала, равная угловой скорости кривошипа

 

.

 

 

Кинематический анализ КПМ насосов  сводится к расчету скоростей  ползунов и построению диаграммы  скорости одного из ползунов в зависимости от угла поворота кривошипа при постоянной угловой скорости этого звена.

Скорость движения первого  и второго ползунов может быть подсчитана по следующим приближенным формулам [1]:

 

V_в(φ) = - rω_кр (sin φ +

sin 2φ),

V_с(φ) = - rω_кр [sin (φ+90^o) +

sin 2(φ+90^o)],

где ω_кр – угловая скорость кривошипа;

φ – угол поворота кривошипа.

 

При кинематическом исследовании механизма  второго КПМ следует учесть, что  его кривошип повернут относительно первого на угол, равный 90^о (см. рис. 3).

Скорость движения первого ползуна (см. формулу 1) можно записать в виде

 

V_В(φ) = V_В1(φ) + V_В2(φ)

 

здесь V_В1(φ) = - rω_кр sin φ – является первой гармоникой,

а V_В2(φ) = - rω_кр sin 2φ – второй гармоникой скорости.

 

Расчеты выполнены при значениях угла φ поворота кривошипа, изменяющимся от 0^о до 360^о с интервалом 15^о.

Результаты расчетов сведены в таблицу 1. По результатам расчетов построен график 1 зависимости скорости V_В(φ) первого ползуна от угла φ поворота кривошипа. На графике 1 также показаны первая V_В1(φ) и вторая V_В2(φ) гармоники скорости ползуна.

 

 

 

График 1. Зависимость  скорости первого ползуна В от угла поворота кривошипа φ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

№ п/п	φ о	sin φ	VВ1(φ) = - rωкр sin φ	sin 2φ	VВ2(φ) = - rωкр sin 2φ	VВ(φ) = VВ1(φ) + VВ2(φ)
1	0	0	0	0	0	0
2	15	0,2588	0,162	0,5	0,031	0,193
3	30	0,5	0,314	0,8660	0,054	0,368
4	45	0,7071	0,443	1	0,063	0,506
5	60	0,8660	0,543	0,8660	0,054	0,597
6	75	0,9659	0,606	0,5	0,031	0,637
7	90	1	0,627	0	0	0,627
8	105	0,9659	0,606	-0,5	-0,031	0,575
9	120	0,8660	0,543	-0,8660	-0,054	0,489
10	135	0,7071	0,443	-1	-0,063	0,38
11	150	0,5	0,314	-0,8660	-0,054	0,26
12	165	0,2588	0,162	-0,5	-0,031	0,131
13	180	0	0	0	0	0
14	195	-0,2588	-0,162	0,5	0,031	-0,131
15	210	-0,5	-0,314	0,8660	0,054	-0,26
16	225	-0,7071	-0,443	1	0,063	-0,38
17	240	-0,8660	-0,543	0,8660	0,054	-0,489
18	255	-0,9659	-0,606	0,5	0,031	-0,575
19	270	-1	-0,627	0	0	-0,627
20	285	-0,9659	-0,606	-0,5	-0,031	-0,637
21	300	-0,8660	-0,543	-0,8660	-0,054	-0,597
22	315	-0,7071	-0,443	-1	-0,063	-0,506
23	330	-0,5	-0,314	-0,8660	-0,054	-0,368
24	345	-0,2588	-0,162	-0,5	-0,031	-0,193
25	360	0	0	0	0	0

 

 

3. Динамический анализ машинного агрегата

 

1. Определение приведенных моментов сил производственных сопротивлений.

 

Силами производственных сопротивлений  являются силы давления жидкости в  цилиндрах насоса на поршни при прямых и обратных ходах. Они характеризуются  средним постоянным удельным давлением P.

Сила постоянного давления на поршень F определяется по формуле:

 

где - площадь поршня насоса, м²;

D – диаметр поршня, м;

Р – среднее удельное давление, МПа.

Располагая значением силы давления F в цилиндрах насоса, можно определить приведенные моменты сил Т_пр.1(φ) для первого КПМ и Т_пр.2(φ) для второго КПМ.

При изменении направления скорости движения поршня изменяется и направление силы давления на поршень. Однако, учитывая, что оба хода поршня являются рабочими, при определении приведенных моментов принимаются абсолютные значения скорости и силы давления на поршень.

Значения  приведенных моментов сил давления определяются по формулам:

 

,    , [Н·м]

 

При определении приведенных моментов сил Т_пр.1(φ) и Т_пр.2(φ) пренебрегаем силами тяжести звеньев, в силу их малости по сравнению с силами давления жидкости на поршни насосов.

Суммарный приведенный момент сил  производственных сопротивлений для  каждого значения угла φ поворота кривошипа представляет собой сумму приведенных моментов сил давления жидкости на поршни двух КПМ.

 

Т_пр.сум(φ) = Т_пр.1(φ) + Т_пр.2(φ)

 

Для упрощения  расчета найдем постоянное отношение

 

                                                

 

Поскольку кривошип второго ползуна смещен относительно первого на 90^о, нет необходимости рассчитывать скорость второго ползуна V_с(φ) и соответственно, приведенный момент Т_пр.2(φ), достаточно «сместить» график Т_пр.1(φ) на 90^о.

Результаты расчетов приведенных моментов при изменении угла поворота кривошипа сводим в таблицу 2. По данным расчета строим график 2 приведенных моментов при изменении угла поворота кривошипа в пределах от 0^о до 360^о. Также показываем на графике 2 значение Т_пр.ср(φ) за один цикл движения, которое определено по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График 2. Приведенные моменты сил производственных сопротивлений

при изменении угла φ поворота кривошипа.

                                                                                                                                              Таблица 2

№ п/п	φ о	|VВ(φ)|, м/с	Тпр.1(φ), Н·м	Тпр.2(φ), Н·м	Тпр.сум(φ) = Тпр.1(φ) + Тпр.2(φ)
1	0	0	0	204,6	204,6
2	15	0,193	63,0	187,6	250,6
3	30	0,368	120,1	159,6	279,7
4	45	0,506	165,1	124	289,1
5	60	0,597	194,8	84,8	279,6
6	75	0,637	207,9	42,7	250,6
7	90	0,627	204,6	0	204,6
8	105	0,575	187,6	42,7	230,3
9	120	0,489	159,6	84,8	244,4
10	135	0,38	124,0	124	248
11	150	0,26	84,8	159,6	244,4
12	165	0,131	42,7	187,6	230,3
13	180	0	0	204,6	204,6
14	195	0,131	42,7	207,9	250,6
15	210	0,26	84,8	194,8	279,6
16	225	0,38	124,0	165,1	289,1
17	240	0,489	159,6	120,1	279,7
18	255	0,575	187,6	63,0	250,6
19	270	0,627	204,6	0	204,6
20	285	0,637	207,9	63,0	270,9
21	300	0,597	194,8	120,1	314,9
22	315	0,506	165,1	165,1	330,2
23	330	0,368	120,1	194,8	314,9
24	345	0,193	63,0	207,9	270,9
25	360	0	0	204,6	204,6