Центробежный регулятор скорости

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалисткческкн

Республик 962878 (6l ) glополиительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 30.10.79 (21) 2833363/18 24 с присоелинением заявки .% (23 ) П риоритет

Опубликовано 30.09.92. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 30.09.82 (5I)М. Кл.

5 05 В 13/10

Экудврстоенный комитет

СССР но долом изобретений и открытий (53) ЙК620.531..6 (088.8) (72) Автор изобретения

Л. А. Мазаев

I с

В

1

3 (7() Заявитель (54) IIEHTPOEEKHbtA РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ

Изобретение относится к центробежным регуляторам скорости и может быть использовано для автоматического регулирования скорости ведущего звена машин и приборов.

Известен центробежный регулятор, который состоит из вала вращения, платформы с двумя взаимно перпендикулярными направляющими, двух инерционных масс, одна иэ которых выполнена в виде элек1О тромагнита, двух сателлитов и четырех тяг fl)..

Недостатком данного устройства является сложность подачи электрического тока на вращающийся электромагнит и наличие источника питания для электромагнита.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является центробежный регулятор скорости,, содержащий вал вращения, инерционные массы с коромыслами (2), .

Недостатком известного устройства является невозможность получения стабиль2 ного вращательного движения при больших усилиях..

Цель изобретения — повышение точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в центробежном регуляторе скорости вал вращения выполнен в виде трубки с прорезями, в которых с возможностью перемещения расположены коромысла с инерIlHoHHbIMH массами, а коромысла установлены в средней части на штифт и соединены подвижно шатунами с двумя плаваюшими оппозитными валами, на одном из которых установлен балластный груз.

На фиг. 1 схематически изображен центробежный регулятор скорости (г,.— промежуточный радиус орбит вращения масс); на фиг. 2 - схема привязки центробежного регулятора к двигателю и машине (йг- величина изменения радиуса орбит в диапазоне регулирования; Н вЂ” высота подъема балластного груза); на фиг. 3 — кривые зависимости оборотов и диаметр орбит инерционных масс от

3 96287 энергии движущих сип; на фиг. 4 — кривые сип, действующие на инерционные массы.

I центробежный регупятор скорости содержит вап 1 врашения с прорезями, в которых установпены два скрешенных ко ромысла 2, насаженные подвижно средней частью нв штифт 3.

Инерционные массы 4-7 укреппены на концах коромысеп 2, которые в свою оче-, о редь попарно и подвижно соединены посредством четырех шатунов 8 с оппозитными ппаввюшими вапвми 9, свободно пеI ремешаюшиеся в полости вапа 1.

На нижнем вапе 9 укреппен баппвстный груз 10. Когда поспедний занимает нижнее попожение, инерционные массы 47 примкнуты к валу 1, а когда баппастный груз поднят на высоту Н, инерционные массы максимально удалены от оси враше ни я.

Жесткость регупирования зависит от коэффициента обратной связи, равный ., и= " m n (4) (1)

25 где L щ„. — минимапьный момент

= mr . (5)

1 maXI где

Д\

I< = — ) Н где К вЂ” коэффициент обратной связи; йг — величине изменения радиуса орбит в диапазоне регупирования;

Н вЂ” высота подъема баъпастного груза.

Оптимальный режим регупирования при

К=1, Центробежный регулятор через первую коническую передачу 11 кинемвтически соединен с двигатепем 12, а через .вто- 3S рую коническую передачу — с, машиной 13. ,Бвигатепь 12 эпектрически соединен с датчиком 14 минимальной орбиты и с

1 датчиком 15 максимапьной орбиты в цепь.

В исходном состоянии массы 4, 5 и

6, 7 попарно примкнуты к вапу 1 под действием баппвстного груза 10. Непременным условием нормальной работы центробежного регулятора должно быть соотношение энергоемкостей двигатепя, маши- 4 ны и самого регулятора

E<= E> c, — Е, (2) т.е. энергоемкость регулятора E р должна в двв ипи бопее рвз превышать энер- о гоемкость двигателя E* и энергоемкость машины E>,ïðè÷åì двигатепь должен обладать тягловой характеристикой (мягкая цусковая характеристика).

Центробежный регулятор скорости работает спедуюшим образом.

При подаче на устройство эпектрического тока датчик 14 минимапьной орбиты

8 4 включает двигвтепь 12, который цачинает врашать через первую коническую пару

1 1 регупятор по стрепке А с ппввно нарастающими оборотами участок 0-В кривой 16 (фиг. 3). По достижении угповой скорости заданного параметра стабипизации инерционные массы 4, 5 и 6, 7 начинают расходиться. Начапо расхождения указанных масс соответствует минимальному радиусу орбиты r Расхождение масс обусповпено наличием центробежной

Г (Э) где F g — центробежная си па; и — угловая скорость;

ttl=t1l +N +ГП+ — суммарная масса инерциононных масс 4-7;

4 5 Ь N

à — радиус промежуточной ор

1 биты.

Момент количества движения дпя.минимапьной орбиты равен количества движения; а — угповая скорость;

m=tll +al

- текушее значенйе радиуса

1 ГП1П орбиты, имеюшее минимапьное значение.,дальнейшее увепичение центробежной сипы F и момента количества движения

V .от действия движуших сип двигателя происходит не за счет увеличения угловой скорости и) а за счет увеличения радиуса

По достижении инерционными массами

4-7 максимальной орбиты г„. поступа гоa ет верхний предеп стабилизации оборотов точка С (см. кривые 16 и 17), а датчик 15 максимальной орбиты отключает двигатель 12. Момент копичества движения дпя максимальной орбиты равен

4 о — момент копичества движения, запасенный регупятором на максимапьной орбите; о — угловая скорость;

m = + m + m < суммарная масса и нерци + N

Ь

7 онных масс 4-7. у (6) 0=m„q Н (ь) !

30 р !.13 Pll l .е

F ! 2

Н Hl

ы

Щ !» .

1. 13 (13)

3.13

5 96287 1 max текущее значение рад! уса орбиты, имеющее максимальное значение.

По достижении максимальной орбиты балластный груз 10 поднимается на высо H ту Н, т.е. на регуляторе запасется поа вы- 5 тенциапьная энергия где U — потенциальная энергия;

rnid- масса балластного груза; — высота подъема балластного груза.

B то же время регулятор обладает ки- !5 нетической энергией, которая равна

Е =ы„ ,,Н Х- -,„, (l) где E

Полная энергия, запасенная регулятором дальнейшее вращение машины 13 происходит от центробежного регулятора через вторую коническую пару ll за счет накопленной полной энергии Е. Стабилиза35 ция заданного параметра центробежного регулятора на энергетических уровнях списывается уравнением

8 6

И ! звестно, что формулу кинетической энергии можно привести к виду

2 2

ЕКИН = L=m r„. = „-r,,(10) где E > — кинетическая энергия;

C2 — це н тробежная . сила; — текущее значение радиуса орбит, т.е. кинетическую энергию в предлагаемом регуляторе определяет центробежная сила.

Потенциальную же энергию регулятора определяет ньютонова сила, равная

lA

F 1 (11)

Н где FH — Ньютонова сила взаимного притяжения; п „- масса балластного груза 10; ! т11 — масса земного шара;

Н вЂ” расстояние между массой балластного груза и плоскостью земли.

Выразив угловую скорость из (5) для текущего значения радиуса г. ш(12)

1 и сведя уравнения (3), (») и (12) в систему получаем уравнение, описывающее алгоритм самостабилизации предлагаемого центробежного регулятора

КИН

Радиус г„орбит инерционных масс

4-7 уменьшается, а балластный груз 10 опускается, производя работу при неизменной угловой скорости

Как только радиус орбит инерционных масс занимает минимальное значение датчик 14 минимальной орбиты включает двигатель 12 и происходит следующий цикл накачки энергией центробежного ре50 гулятора, т.е. кинетическая энергия движущих сип двигателя переходит в кинетическую и потенциальную энергию на регулятор в виде увеличения орбиты, занимаемой инерционными массами 4-7,, которые в свою очередь поднимают бапласт55 ный груз 10, однако при этом обороты центробежного регулятора скоростр остаются постоянными.

Стабилизация скорости заключается в с ледующем.

Если момент количества движения 4 запасенный на регуляторе, падает Ао какого-то значения L, за счет совершен1 ной работы, то, согласно уравнению 3.13, заданная угловая скорость и! снижает ся до значения ч1„,что моментально приводит к уменьшению центробежной силы (см. 1.13), вследствие чего Ньютонова сила FH взаимного притяжения, воздействуя на коромысла 2, через шатуны 8 и вал 9, от действия балластного груза 10 начинает сводить инерционные массы 4, 5 и 6, 7, т.е. радиус орбиты уменьшается, что,согласно уравнению 3.13, означает увеличение угловой скорости до заданной и3.

Таким обритом, по мере убывания момента количества движения радиус орбит вращения инерционных масс соответствен7 96287 но убывает. Этот процесс длится до тех пор, пока иаерционные массы не займут минимальную орбиту радиуса r„ ; „, пос ле чего автоматически включается сило.вой привод и начинает происходить аналогичный процесс, только в обратном направлении по цепочке; увеличение момента количества движения приводит к увеличению угловой скорости, что приводит к увеличению центробежной силы, которая щ разводит инерционные массы увеличения радиус орбиты, а увеличение радиуса приводит отклонившуюся угловую скорость к заданной.

Поскольку постоянная времени нарастания движуших сип выбрана намного боль.ше времени саморегулирования регулятора, девиация угловой скорости заданного параметра стабилизации практически отсутствует. 20

На фиг. 4 представлены кривые графи-. ческого решения уравнения (13). Кривая 18 отображает изменение центробежной силы F от радиуса орбиты r; кри- вая 19 - изменение Ньютоновой сипы от высоты подъема H балластного груза, кривая 20 есть результирующая этих двух сил. Потенциальная яма на кривой 20 несет известный в технике смысл, который заключается в том, что из установившегося режима вывести систему можно

8 8 лишь в том случае если на это затратить энергию, превосходяшую накоп пенной самой системой.

Центробежный регулятор скорости является саморегу лируюшимся механическим узлом с собственной частотой врашения и обладает резонансными свойствами.

Форму ла из обре тен ия

Центробежный, регулятор скорости, содержаший вал врашения, инерционные массы с коромыслами, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения точности регулирования, вап врашения выполнен в виде трубки с прорезями, в кото- рых с возможностью перемешения расположены коромысла с инерционными массами, а коромысла установлены в средней части на штифт и соединены .подвижно шатунами с двумя ппаваюшими оппозитными валами, на одном из которых установлен балластный груз.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

No 763861, кл. 5 05D 13/34, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заяке N 2828472/18-24,, кл. 5 05 D 13/10, 18.10.79 (прототип).