Общие принципы работы приводов
Основные механизмы экскаватора — подъёма, тяги и поворота — имеют схожее устройство и функционируют по единым физическим законам. Каждый привод обладает механической характеристикой, пример которой показан на рисунке 3.6.19. В процессе работы момент двигателя изменяется: при разгоне он снижается от максимального значения до момента сопротивления, а при торможении система управления создаёт максимальный момент, направленный против вращения вала. Хотя реальный график момента в переходных режимах может отличаться от теоретического (статического), это не оказывает существенного влияния на общую продолжительность рабочего цикла, поэтому для инженерных расчётов допустимо использовать упрощённую статическую характеристику.
Для определения времени цикла применяют одномассовые расчётные схемы, где в качестве звена приведения обычно рассматривают вал двигателя.
Коэффициенты регулирования и проверка на нагрев
В процессе копания коэффициент регулирования момента (Крт) принимается равным 1. Для механизма поворота этот коэффициент (Крп) также равен 1 для расчётных углов, а для меньших углов его определяют, учитывая необходимость совмещения операций поворота платформы и транспортировки ковша.
Расчёт коэффициентов регулирования частоты вращения выполняется отдельными процедурами, а полученные данные передаются в подпрограмму, которая моделирует математическую работу приводов.
Проверка привода по условиям нагрева
Из-за значительных колебаний нагрузки в основных механизмах экскаватора крайне важно проверять выбранные электродвигатели на предмет перегрева. Для этого используют методы эквивалентного тока или эквивалентного момента.
Чтобы убедиться в отсутствии перегрева, применяют коэффициент загрузки. Его значение должно быть меньше 1 для механизмов, работающих практически без длительных пауз. Этот коэффициент рассчитывается по формуле:
Методы расчёта и алгоритмизация
Достаточную точность при вычислении продолжительности цикла и загрузки приводов обеспечивает метод численного интегрирования, например, метод Эйлера. После преобразования дифференциальных уравнений в численный вид разрабатывается алгоритм, а на его основе — программа для ЭВМ на любом алгоритмическом языке.
Алгоритм расчёта продолжительности операций всегда имеет циклическую структуру. Например, для определения времени поворота на заданный угол, цикл расчётов повторяется до тех пор, пока сумма углов поворота при разгоне и торможении (Фр+Фт) не станет меньше заданного значения (Фпр). Внутри цикла используются все необходимые формулы для определения этих углов.
На рисунке 3.6.20 представлена структурная схема алгоритма для расчёта времени поворота платформы экскаватора. По аналогичному принципу определяют время для механизмов подъёма и тяги, поэтому в алгоритме используются обобщённые обозначения параметров.
Расчёт и оптимизация параметров привода
На первом этапе максимальный момент привода определяют через номинальное значение с учётом коэффициента допустимого увеличения момента. Затем находят время цикла и коэффициент загрузки К3.
Если значение К3 превышает допустимый предел, это означает, что двигатель работает в недопустимом режиме с риском перегрева. Снизить коэффициент загрузки можно путём уменьшения максимального момента (Мmax) и момента сопротивления (Мотс).
Важно отметить, что расчёт коэффициента загрузки и максимального момента необходимо проводить для всего рабочего цикла. Алгоритм, показанный на рис. 3.6.20, применим как для поворота с гружёным, так и с порожним ковшом — требуется лишь вводить соответствующие значения моментов инерции и сопротивления.
Исходя из этого, алгоритм расчёта времени поворота и суммы углов можно оформить в виде самостоятельной подпрограммы. Её вызов выполняется дважды из другой подпрограммы, которая каждый раз вычисляет приведённые моменты. Пример такой подпрограммы представлен на рис. 3.6.21. В ней же вычисляется коэффициент загрузки К3 и, при необходимости, выполняется поиск оптимальных значений моментов статической характеристики (Мmax, Мотс). Если К3 превышает допустимое значение, производится уменьшение Мmax и пересчёт Мотс. Алгоритмы для механизмов подъёма и тяги строятся по аналогии.
На основе составленных программ проводятся расчёты сил, возникающих при транспортировке ковша. Один из примеров таких расчётов показан на рисунке 3.6.22.
