Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2003
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Електрообладнання
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Національний університет "Львівська політехніка"
Кафедра електропривода і автоматизації промислових установок
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ І ЗАВДАННЯ
до розрахункової роботи з дисципліни
"Електрообладнання і системи керування електромобілями"
Львів 2003
МЕТА РОБОТИ
Метою розрахункової роботи є дослідження механічних перехідних процесів режимів запуску, гальмування і вибігу електромобіля з однією ведучою віссю.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ
Електромобіль (ЕМ) – це пневмоколісний транспортний засіб з електроприводом ведучих коліс і автономною енергоустановкою.
Спрощена конструктивна схема механічної частини тягового електропривода ведучої осі ЕМ представлена на рис.1.
Рис. 1
1 – тяговий електродвигун (ТЕД);
2 – карданний вал;
3 – диференціальний механізм передачі ведучої осі.
ВИХІДНІ ДАНІ МІСЬКОГО ЕЛЕКТРОМОБІЛЯ ЕМ-0466
Вантажність, кг………………………………………………… 500
Маса порожнього ЕМ, кг……………………………………… 1800
Маса навантаженого ЕМ, кг…………………………………… 2300
Статичний радіус кочення ведучого колеса, Rк, м………….. 0,32
Передавальне відношення редуктора механічної передачі, iп.. 5,7
ККД механічної передачі, (…………………………………… 0,9
Допустиме прискорення процесу розгону, м/с2……………… 1,5
Момент інерції ходового колеса, Jк, кг(м2…………………… 0,08
Номінальний статичний опір переміщення ЕМ по асфальту, Н 905,7
Привідний двигун послідовного збудження ЄДТ.81 має такі параметри: Рн=22 кВт; Uн=110 В; Ін=230 А; Іmax=690 A; nн=3600 об/хв; nmax=5500 об/хв; (=4,2; Мн=65,16 Нм; J=1,05 кг(м2; Мпуск=245 Нм; (Rдв.=0,014 Ом.
Процеси, які відбуваються як у трансмісії колісної машини, так і в тих частинах, що безпосередньо взаємодіють з навколишнім середовищем, особливо з дорогою, вельми складні. Колісна машина є складною механічною ( і не тільки механічною) системою, що складається із багатьох взаємодіючих мас. Джерелами зовнішніх збурюючих дій є двигун і сили, що діюють в контакті коліс з дорогою. Джерелами збурення всередині трансмісії є шестерні і з'єднувальні муфти. Збурюючі дії машини викликають коливальні процеси в системі. Під час розгону, гальмуванні виникають додаткові динамічні зусилля і моменти. Для дослідження цих процесів необхідно скласти рівняння та розв'язати їх: еквівалентну коливальну систему із зосереджених мас з безінерційними пружними зв'язками.
Для розв'язання поставлених задач враховуючи, з метою спрощення, тільки головні рухи системи, механізм переміщення ЕМ можна представити у вигляді двох мас, з'єднаних пружним зв'язком. Найбільшими масами ЕМ є електродвигун з карданним валом, муфтами з’єднання, передачею та корпус (кузов) з ходовими колесами, що здійснюють поступальне переміщення. При цьому узагальнена схема руху елементів ЕМ в процесі пуску може бути представлена у вигляді двомасової пружної системи, показаної на рис.2.
Рис. 2
На цьому рисунку:
m1 – зведена маса обертових частин двигуна і передачі (якір, вали, муфти та ін.), кг;
m2 – зведена маса поступально рухомих і обертових елементів ЕМ (кузова і ходових коліс), кг;
l1 – координата маси m1, м;
l2 – координата маси m2, м;
- лінійна швидкість ходових коліс ЕМ, м/с;
Fдв – приведене до радіуса ходових коліс діюче з боку двигуна зусилля (тягове зусилля на ободі ходового колеса), Н;
Fк – статичний опір переміщення ЕМ, Н. Розраховується за відповідними формулами і залежить від навантаження ЕМ і характеристики дороги (див. варіанти розрахункової роботи). В усталеному режимі приведене тягове зусилля Fдв дорівнює статичному опору руху Fк: Fдв= Fк;
С - приведена до радіуса ходових коліс жорсткість пружних елементів передачі (головним чином валів, муфт з’єднання) механізму переміщення ЕМ, Н/м (див. варіанти лабораторної роботи).
При запуску (гальмуванні) перш за все приходить в рух (сповільнюється) маса m1. Потім через пружний елемент передачі з жорсткістю С частина зусилля (моменту) передається масі m2. Це зусилля викликає зміну руху маси m2. Внаслідок пружності передавальної ланки маси m1 і m2 не будуть рухатись синхронно і ця обставина викличе зміну навантаження, що сприймається пружною ланкою, яка при цьому деформується
Пружні властивості елементів трансмісії враховуються за допомогою коефіцієнта жорсткості С, який є коефіцієнтом пропорційності між кутовою (( або лінійною (l деформаціями і моментом Мпр чи силою Fпр, що виникають у пружному елементі:
Жорсткість пружного зв’язку – це здатність елемента механізму протистояти деформаціям, які виникають під дією зовнішніх сил і моментів.
В деяких випадках використовується коефіцієнт податливості – величина обернена коефіцієнтові жорсткості:
Будь-яку кінематичну схему механізму або машини (рис.1) за відповідних допущень можна звести до еквівалентної розрахункової (рис.2) для дослідження її динаміки. Побудова еквівалентної схеми зводиться до визначення моментів інерції, приведених моментів інерції, приведених інерційних мас і жорсткостей пружних зв'язків між цими масами.
Умовою приведення жорсткостей пружних зв’язків є рівність запасу потенціальної енергії в ί-му пружному приведеному елементі і реальному елементі:
Тоді формула приведення жорсткостей
де і1і – передавальне число між валом, до якого приводиться жорсткість, та ί-м валом механізму.
Для j-го пружного зв’язку між масами, що рухаються лінійно, аналогічно одержимо:
де ( – радіус приведення j-го елемента, м.
Еквівалентні (розрахункові) жорсткості зв’язків між інерційними масами при послідовному їх з’єднанні визначають за формулою:
а при паралельному з’єднанні:
Основні закономірності руху в такій системі залежать від найбільших мас і найменших жорсткостей.
ПОПЕРЕДНІ РОЗРАХУНКИ
З метою дослідження механічних перехідних процесів відповідного режиму ЕМ необхідно виконати підготовчі операції.
Всі маси, що рухаються, і всі сили (моменти сил), що діють в системі, необхідно замінити еквівалентними їм величинами, приведеними до радіуса ходових коліс. За основу при цьому береться співвідношення балансу потужностей для усталеного режиму в механічному колі ЕМ (конструкція привода ведучих коліс “мотор - вісь”):
(1)
де vк – швидкість ходових коліс, м/с;
( – результуючий ККД механічної передачі і двигуна: ( = (мех((дв.
Для режиму запуску тягове зусилля, приведене до радіуса ходових коліс ЕМ, рівне
(2)
де іп – передавальний коефіцієнт механічної передачі;
Rк – радіус кочення ходових коліс, м.
Оскільки в гальмівному режимі механічна потужність передається від робочих коліс до двигуна, то гальмівне зусилля визначається як
(3)
Лінійна швидкість ведучих коліс і кузова ЕМ
де ( –- радіус приведення зусиль при поступальному русі робочого органа.
Приведення величин трансмісії ЕМ
Маси рухомих елементів, приведені до радіуса ходових коліс:
- ЕМ і ходових коліс
(4)
де mвант – маса навантаженого ЕМ, кг;
Jк – момент інерції ходового колеса, кг(м2.
- Обертових частин двигуна і передачі
де ( – коефіцієнт, що враховує маси валів і зубчатих коліс передачі ((=1,2);
Jт – момент інерції карданного вала, гальмівної муфти та ін.;
Jт=0,2 Jдв, кг(м2.
В розрахунках зручно користуватися тяговими характеристиками (за їх наявністю). Існує тісний зв’язок між тяговою характеристикою ЕМ F(v) і механічною характеристикою тягового двигуна М((), які пов’язані між собою залежностями (1), (2), (3). Гранична (природна) механічна характеристика тягового двигуна може бути легко побудована за універсальними характеристиками, представленими на рис. 3. З отриманої характеристики знаходиться тягове зусилля Fк та лінійна швидкість ходових коліс vк за умов, що вантажність ЕМ відрізняється від технічних даних (див. варіанти розрахункової роботи).
Варіанти розрахункової роботи
Режим роботи ЕМ
Варіанти
Тягове зусилля ЕМ, Fк
Приведена жорсткість пружного елемента механічної передачі, С
Н
Н/м
1
0,7
3500
2
0,8
4500
3
0,9
5500
4
Fн
6800
5
1,25
7200
6
1,35
7800
7
1.45
8200
Приймаючи незмінним коефіцієнт зчеплення коліс ЕМ з асфальтом, можна стверджувати, що в усталеному режимі тягове зусилля пропорційно визначається вантажністю ЕМ mвант. Отже, для заданого варіанта Fк за (4) необхідно обчислити приведену масу m2 з врахуванням різниці між Fн і заданою величиною Fк. Сила опору руху ЕМ має випадковий характер, але для спрощення розрахунків прийнято використовувати середнє розрахункове значення Fсер. В усталеному режимі тяги (vк = const) рівняння руху має вигляд Fк = Fсер .
Головним показником динамічного розрахунку, за яким можна визначити запас міцності механічної частини тягового електропривода, є зусилля пружності Fпр= С (l1-l2), що підпорядковується закону Гука.
Для визначення зусилля, що приймається пружною ланкою, необхідно скласти систему диференціальних рівнянь з урахуванням деформації пружної ланки. Вони відображають фізичний закон, а саме – другий закон Ньютона, відповідно з яким прискорення твердого тіла пропорційно сумі всіх прикладених до нього сил, включаючи сили, зумовлені пружною взаємодією з іншими твердими тілами системи.
У реальних системах завжди є дисипативні сили, що приводять до поглинання енергії механічних коливань. Прикладом таких сил є в’язке тертя. Сили в’язкого тертя пропорційні швидкості деформації елемента і спрямовані протилежно до швидкості деформації. Внутрішнє в’язке тертя пружної системи обов’язково є складовою рівняння руху тягового електропривода (природне демпфування).
Значення коефіцієнта внутрішнього в'язкого тертя β можна знайти, задавшись логарифмічним декрементом затухання механічних коливань λ = =0,1...0,3:
. (5)
На підставі вищевикладеного та узагальненої схеми руху двомасової пружної системи ЕМ (рис. 2) рівняння динаміки можуть бути представлені у такому вигляді:
диференціальне рівняння руху маси m1
;
диференціальне рівняння руху маси m2
;
для пружної ланки
.
З урахуванням того, що запишемо систему попередніх рівнянь в операторній формі:
. (6)
Для дослідження динаміки механічної системи тягового електропривода ЕМ скористаємося одним із методів математичного апарату теорії автоматичного керування – передавальних функцій.
На рис.4 подано структурну схему двомасової пружної механічної системи тягового електропривода.
Рис. 4
ПРОГРАМА РОБОТИ
Визначаючи складність поставленої задачі, узагальнимо послідовність її розв’язання:
Одержати варіант лабораторної роботи (Fк і С).
Користуючись універсальними характеристиками ТЕД (рис.3), побудувати граничну тягову характеристику F(v) і визначити величину лінійної швидкості ЕМ (к = (2.
Розрахувати значення приведених мас m1 і m2.
Знайти величину приведеного максимального пускового (гальмівного) зусилля з боку двигуна, вирази (2) і (3).
Знайти величину коефіцієнта в'язкого тертя , вираз (5).
Розрахувати коефіцієнти передавальних функцій ланок структурної схеми та побудувати відповідно до варіанту завдання модель двомасової механічної системи в середовищі MATLAB Simulink, система рівнянь (6). Отримати результати моделювання: (2(t), Fпр.(t), l(t).
За результаттами моделювання
а) визначити число коливань зусиль пружної деформації Fпр за 1с (вивести на монітор графік Fпр(t) тривалістю 1с);
б) визначити величину прискорення (а, м/с2) розгону ЕМ і порівняти з допустимим значенням;
в) порівняти максимальне значення Fпр з пусковим (гальмівним) значенням Fдв.
Примітка.
Для зняття пускового (гальмівного) моменту двигуна при досягненні усталеної розрахункової швидкості ЕМ в модель необхідно ввести контур зворотного зв'язку, який реалізує наступну умову:
- для запуску Fдв = Fдв.пуск якщо v < vк ;
Fдв = Fк якщо v ≥ vк ;
- для гальмування Fдв = Fдв.гальм якщо v > 0 ;
Fдв = Fк якщо v ≤ 0 ;
- для вибігу Fдв = 0 якщо v > 0 ;
Fдв = Fк якщо v ≤ 0 ;
ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ
В звіті необхідно привести:
Програму досліджень відповідного режиму: запуск, гальмування чи вибіг (за вказівкою викладача).
Узагальнену схему руху елементів ЕМ заданого режиму.
Розрахунки приведених мас і зусиль.
Структурну схему заданого режиму з передавальними функціями ланок та їх числовими значеннями.
Результати досліджень: графіки та розрахункові залежності відповідно з програмою.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
Ефремов И.С. и др. Теория и расчет тягового электропривода электромобилей. – М.: Высшая школа, 1984.
Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. – М.: Машиностроение, 1990.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора