Жесткости характеристики

Обычно сбросные клапаны в лопастных гидротормозах управляются вручную и их перестановкой задают ту или иную нагрузку. Такая система вследствие большой жесткости характеристик тормоза сама по себе обеспечивает поддержание заданного режима. В тех же случаях, когда требуется особая точность в поддержании оборотов, применяют автоматически управляемые сбросные клапаны. Однако жесткость характеристик гидротормоза не может обеспечить стабильность работы двигателя, если мощность его заметно меняется, а меняться она может от многих обстоятельств даже в тех случаях, когда никаких перестановок органов управления двигателя не происходило. Возможность колебания величины мощности двигателя при перенастройке системы регулирования еще более вероятна.

Здесь важно отметить, что устранение неустойчивых режимов работы гидромуфты должно достигаться повышением результирующей жесткости характеристик привода с гидромуфтой [17].

б) время, потребное для установления какой-то заданной наперед скорости; это время определяется многими факторами; кроме того, что на него влияют мощность двигателя, системы управления, размеры муфты, величина приводимых масс и статического момента сопротивления, оно зависит от жесткости характеристик муфты— формы кривой регулирования.

Такая точка зрения на причины, вызывающие колебания скорости и момента в приводе с гидромуфтой, сложилась на основании экспериментальных данных о влиянии вида нагружения на характер работы привода с гидромуфтой и последующего подробного анализа уравнений, описывающих движение системы, включающей гидромуфту, двигатель и потребитель (см. гл. V). Устранять неустойчивые режимы работы гидромуфты следует путем повышения результирующей жесткости характеристик привода и устранения самовозбуждения колебаний в системе привода с гидромуфтой.

будет j=m2/h. Значит, коэффициент h есть величина, пропорциональная гибкости характеристики '. Таким образом, выполнение неравенства 7']>2Г2 требует снижения жесткости характеристик муфты. Требование же увеличения х\, следующее из того же неравенства Т\^>2Т2, есть требование увеличения жесткости характеристики нагрузки. На фиг. 157 нанесены два графика нагрузки. График / соответствует меньшей, а график 2—большей жесткости характеристики нагрузки, т. е. (xi)i<(x2)z- Природу этого результата, следующего из теории линейных уравнений, можно объяснить следующим образом. Процесс разгона будет происходить с тем большими ускорениями, чем больше разница ординат графиков на-

На основе изложенного можно сделать вывод, что при большой результирующей жесткости характеристик привода ' вследствие более быстрого протекания переходного процесса возникновение колебаний более вероятно. Однако увеличение жесткости характеристик оказывает и другое влияние на характер движения привода.

выражения (5. 8), и оба они растут с увеличением жесткости характеристик привода.

Итак, однозначные характеристики гидромуфты не являются достаточным условием стабильной работы привода. Увеличением жесткости характеристик гидромуфты можно увеличить стабильность скорости турбины.

2. Вынужденные колебания системы под действием периодической составляющей нагрузки. Характер этих колебаний также в значительной степени зависит от результирующей жесткости характеристик привода. Чем выше результирующая жесткость характеристик, тем при прочих равных условиях меньше амплитуда вынужденных колебаний. На характер вынужденных колебаний в известной мере влияет инерционность гидромуфты. Чем выше инерционность гидромуфты, тем при равных условиях больше амплитуда колебаний установившегося процесса.

Эти оба явления, приводящие к автоколебательным процессам в приводе, могут возникнуть только при определенных невыгодных условиях. Одним из таких условий является податливость характеристик привода, при которой случайное возмущение может привести к столь значительному изменению угловой скорости турбины, при котором смогут установиться незатухающие колебания, питаемые энергией от приводного двигателя. Поэтому важно иметь характеристики двигателя жесткими. Результирующая жесткость характеристик привода не всегда может быть увеличена за счет повышения жесткости характеристик гидромуфты, так как только увеличением жесткости характеристики гидромуфты невозможно избежать попадания в зону автоколебаний, поскольку работа на таких «критических» скольжениях может оказаться необходимой по условию выполнения заданной технологической операции. Поэтому следует переходить к таким конструкциям гидромуфт, в которых невозможны перестроения потока и исключено или в значительной мере ослаблено регулирующее воздействие дополнительного объема.

В реальных условиях относительное увеличение жесткости характеристик за счет действия специальной профилировки будет еще значительнее по той причине, что принятая профилировка, как правило, увеличивает коэффициент сопротивления каналов. При этом характеристики турбины для режима «н» и «О» проходят левее, чем это показано на фиг. 164 сплошными линиями, и занимают место кривых, показанных на этой фигуре пунктиром. Связанное с этим уменьшение напора заметнее в области номинального режима, так как

В справедливости этого суждения можно убедиться по фиг. 163. Однако можно представить себе, что, задаваясь другой задачей (а не увеличения жесткости характеристики), можно сохранить соотношение х и у: другими словами, выявленное селективное влияние профилировки на активную и реактивную составляющие момента позволяет проектировать характеристику гидромуфты.

ограничивается соответствующими требованиями к жесткости характеристики машинного агрегата. Для получения больших диапазонов регулирования скорости и обеспечения специальных характеристик используются сложные схемы с электромашинными и другими усилителями, с обратными связями по току, напряжению или скорости двигателя [4].

Механические характеристики различных двигателей оцениваются их жесткостью, причем коэффициентом жесткости характеристики называется тангенс угла наклона касательной в заданной точке кривой, изображающей механическую характеристику.

Условия устойчивости (4) позволяют установить, что у «мягкой» нелинейной системы расположение неустойчивых режимов может сильно изменяться с изменением жесткости характеристики двигателя. Здесь интересно отметить следующие две возможности. •

Сложность окончательной регулировки гидромуфты при установке в приводе трамваев или локомотивов с определенным двигателем состоит в выборе степени жесткости характеристики при минимальных числах оборотов двигателя или при максимальном скольжении. При этом необходимо стремиться к созданию возможности регулировки, дополнительно обеспечивающей требуемую характеристику гидромуфты в соответствии с условиями эксплуатации при использовании любого типа двигателя. Эта практическая возможность регулировки гидромуфты, естественно, требуется только при изготовлении и вводе в эксплуатацию первого прототипа и в большинстве случаев состоит только в определении точного количества масла, заполняющего гидромуфту.

Были внесены многочисленные предложения по решению проблемы влияния степени жесткости характеристики гидромуфты. Однако нелегко обеспечить, чтобы степень жесткости и вместе с нею степень сцепления гидромуфты не изменялись равномерно в соответствии с законами гидродинамики во всем диапазоне эксплуатационных режимов, но, в противоположность этому, чтобы в одной части этого диапазона степень жесткости была высока, а в другой части резко падала, снижаясь до нуля или принимая отрицательные значения в стоповом режиме. Разнообразные источники патентной литературы убедительно свидетельствуют о многих изобретательских предложениях для решения этой задачи.

Простейшее решение описанной выше задачи, впервые предложенное изобретателем Феттингером, состоит в том, что рабочая полость гидромуфты опорожняется « заполняется вновь в процессе разгона транспортной машины. Этим способом можно установить необходимую степень жесткости характеристики гидромуфты и, следовательно, степень сцепления муфты в соот-ветствии с условиями эксплуатации. Такое решение регулирования муфты схематично представлено на рис. 40.

будет j=m2/h. Значит, коэффициент h есть величина, пропорциональная гибкости характеристики '. Таким образом, выполнение неравенства 7']>2Г2 требует снижения жесткости характеристик муфты. Требование же увеличения х\, следующее из того же неравенства Т\^>2Т2, есть требование увеличения жесткости характеристики нагрузки. На фиг. 157 нанесены два графика нагрузки. График / соответствует меньшей, а график 2—большей жесткости характеристики нагрузки, т. е. (xi)i<(x2)z- Природу этого результата, следующего из теории линейных уравнений, можно объяснить следующим образом. Процесс разгона будет происходить с тем большими ускорениями, чем больше разница ординат графиков на-

нагрузки, не зависящей от оборотов, — монотонная кривая; та же зависимость для нагрузки, статический момент которой меняется по квадратной параболе от оборотов, имеет волнообразные изгибы. Из той же фигуры видно, что во втором случае ускорения вначале выше, чем в первом, а более высокие ускорения начала разгона привода с центробежной нагрузкой имели место потому, что результирующая жесткости характеристики привода в этом случае выше, чем при постоянном статическом моменте, а моменты инерции приводов одинаковы.

ставляющей нагрузки х и результирующей жесткости характеристики привода (знаменатель).

Инерционностью гидромуфты и в этом случае определяется природа возникновения колебаний. Инерционность как результат податливости характеристик двигателя будет тем больше, чем податливее двигатель, и наоборот. Поэтому коэффициент А, характеризующий собой, как известно, демпфирование колебаний, увеличивается с ростом жесткости характеристики двигателя (fe0/coo) и нагрузки и уменьшается с увеличением коэффициента (5, учитываю-

Эти оба явления, приводящие к автоколебательным процессам в приводе, могут возникнуть только при определенных невыгодных условиях. Одним из таких условий является податливость характеристик привода, при которой случайное возмущение может привести к столь значительному изменению угловой скорости турбины, при котором смогут установиться незатухающие колебания, питаемые энергией от приводного двигателя. Поэтому важно иметь характеристики двигателя жесткими. Результирующая жесткость характеристик привода не всегда может быть увеличена за счет повышения жесткости характеристик гидромуфты, так как только увеличением жесткости характеристики гидромуфты невозможно избежать попадания в зону автоколебаний, поскольку работа на таких «критических» скольжениях может оказаться необходимой по условию выполнения заданной технологической операции. Поэтому следует переходить к таким конструкциям гидромуфт, в которых невозможны перестроения потока и исключено или в значительной мере ослаблено регулирующее воздействие дополнительного объема.