В связи с тем, что в сервоприводах в качестве приводных двигателей обычно применяются асинхронные короткозамкнутые двигатели, обладающие пониженными пусковыми моментами, выбор серводвигателей осуществляют по потребным значениям пускового момента и скорости вращения. Поскольку сервоприводы работают в кратковременном режиме, они не нагреваются до допустимой температуры, поэтому двигатели по мощности не проверяются.
В связи с тем, что в сервоприводах в качестве приводных двигателей обычно применяются асинхронные короткозамкнутые двигатели, обладающие пониженными пусковыми моментами, выбор серводвигателей осуществляют по потребным значениям пускового момента и скорости вращения. Поскольку сервоприводы работают в кратковременном режиме, они не нагреваются до допустимой температуры, поэтому двигатели по мощности не проверяются.
Из всех применяемых в модулях АРВ двигателей, наиболее сложным, с точки зрения расчета, нагрузкам подвержены двигатели опрокидывателя и водопроводного вентиля. Предлагаются следующие методики их выбора.
Кинематическая схема опрокидывателя приведена на рис. 3.5,
где 1 – поворотные щеки; 2 – тигель с пробой; 3, 8 – оси; 4, 9 – втулки; 5 – рукоять (рычаг); 6 – эксцентрик; 7 – пружина; 10, 11 – зубчатая пара; 12 – серводвигатель. Эксцентрик вращается на оси 8 (вокруг точки С на рис 3.5 б). При этом ушко О с надетым на него концом предварительно натянутой пружины 7 перемещается по дуге радиусом R1, с центром в точке С. В исходном положении опрокидывателя (сплошные линии на рис. б) тигель расположен горизонтально. При повороте эксцентрика на некоторый угол ушко О перемещается по дуге R1, в положение О1, а конец рычага 5, с надетым на него другим концом пружины 7, упирается в поверхность эксцентрика, перемещается из положения O’ в положение O’’ по дуге радиусом R2 вокруг неподвижной втулки 4. При этом поворотные щеки с тиглем занимают положение, обозначенное пунктирными линиями. Момент сопротивления преодолеваемый при вращении эксцентрика 6, определяется в основном усилием Fу упругой деформации пружины и плечом l1 этой силы относительно оси вращения С, а также составляющей F от веса элементов 1, 2 и плечом l3:
где ? – угол наклона вектора силы к касательной FykT;
kТ – коэффициент трения скольжения.
Составляющие от веса элементов 1 и 2 определяются равенством
Во время вращения эксцентрика вокруг оси С в уравнении (3.4) будут изменяться длины плеч l1, l2, l4 и cos?. Для нахождения текущих значений этих величин необходимо представить схему на рис. 3.5 отдельными фазами, соответствующими повороту эксцентрика на равные дробные углы, например, 45? (рис. 3.6)
Траектория ушка О при вращении эксцентрика представляет собой окружность с центром, совпадающим с осью вращения С эксцентрика. Точки 0, 1, 2 … 7 на этой окружности – положения ушка О при повороте эксцентрика на каждые 45?. Конец рычага 7, упирающийся в торцевую поверхность эксцентрика, при этом перемещается по дуге окружности с центром, совпадающим с неподвижным шарниром поворотной рамы. Точки 01,1', 2', 3' … 7' на этой дуге – положения рычага при повороте эксцентрика. Векторы Fy0, Fy1, Fy2, … Fy7 - силы упругости на ушке 0 в соответствующих точках его траектории. Отрезки l10, l11 и т.д. – плечи упругих сил относительно центра вращения эксцентрика; l40,l41 и т.д. – плечи сил трения от действия упругих сил.
Имея ввиду, что вес поворотной рамы, тигля и размещаемой в нем пробы значительно меньше силы в предварительно натянутой пружине 7, момент сопротивления на эксцентрике, согласно (3.4), можно приближенно выразить как
В табл. 3.1 приведены постоянные и переменные параметры опрокидывателя для различных углов поворота эксцентрика и рассчитанные по уравнению (3.5) значения момента сопротивления.
График зависимости момента сопротивления на эксцентрике от номера позиции (от угла поворота) приведен на рис 3.7, где положительный момент является движущим, а отрицательный - тормозящим.
Момент на выходном валу встроенного редуктора серводвигателя определяется следующим образом:
где iп, -передаточное число и коэффициент полезного действия зубчатой пары 10-11, iп=3,5 ; ?п=0,9. Наибольший электромагнитный момент развивается серводвигателем при преодолении тормозящего момента
Учитывая, что сервопривод работает в кратковременном режиме, а потому не подвергается нагреву из-за больших пауз, и что в качестве приводного двигателя применяется асинхронный двигатель, обладающий пониженным пусковым моментом, выбор серводвигателя по условию
Мпуск ?1,35·Мсmах=1,08 H·м,
где 1,35 – коэффициент запаса по пусковому моменту.
Скорость вращения выходного вала серводвигателя должна отвечать условию, чтобы время tоб одного оборота эксцентрика не превышало 15 с:
По результатам расчетов по формулам (3.5), (3.6) для опрокидывателя выбираем серводвигатель типа РД-09 с номинальными данными: Uн=127 В, 50 Гц, Мпуск=1,87 Н·м, nхх=8,7об/мин, редукция 1/137.
Конструктивная схема вентиля с серводвигателем приведена на рис. 3.8. Двигатель 1 крепится на стакане 2, последний к цилиндрической платформе 3 с центрирующим буртом 4 и отверстием 5.
форма с помощью конусной стенки центрирующего отверстия 5 опирается о крышку вентиля 6 и хомутами 7 и 8 крепится к водопроводным трубам 9 и 10. Для обеспечения соосности вала двигателя с осью маховика 13 вентиля внутри стакана 2 имеется цилиндрическая перемычка 11, опирающаяся о круглую шляпку 12 вентиля и охватывающая по периферии внутреннюю стенку стакана. Для выпуска (дренажа) воды, которая может накапливаться в полости стакана из-за утечек в вентиле, на платформе 3 и перемычке 11 выполнены кольцевые канавки с дренажными отверстиями. Сочленение вала двигателя 1 с маховиком 13 вентиля осуществляется с помощью насаженной на вал полумуфты 14 с пальцами 15. Все соединения описанной конструкции – съемные.
Согласно опытным данным, для вращения маховика вентиля достаточно иметь усилие Fв.м на периферии маховика, равное 5…6 Н. Отсюда момент, необходимый для вращения маховика,
Время, приходящееся на 1 оборот маховика, не должно превышать 2…3 с. Отсюда скорость вращения маховика
На основе полученных данных выбираем серводвигатель типа РД 09 с номинальными данными : Uн=127 В; 50 Гц; Мпуск.=0,39 Н·м; nхх=30 об/мин; редукция 1/39.