Муфты приводов машин и механизмов служат для передачи вращательного движения и вращающего момента с одного вала на другой, которые расположены соосно. Они могут выполнять такие важные операции, как разъединение валов, бесступенчатое регулирование передаточного отношения, предохранение машин от поломок в аварийном режиме. Кроме того, муфты могут быть исполнительными элементами систем автоматического управления.
Рис. 81. Принципиальное устройство электромагнитных муфт
Фрикционная электромагнитная муфта (рис. 81, а).
Ведущая часть муфты имеет ферромагнитный сердечник 3, насаженный на ведущий вал 1, и катушку 4, питание на которую подается через контактные кольца 2. На ведомом валу 8 укреплен на шпонке ферромагнитный диск 6, который при отсутствии тока в катушке 4 оттянут пружинами 7 в крайнее правое положение. При подаче питания в катушку диск притягивается к сердечнику и жестко с ним соединяется. Ведомый вал вращается с частотой вращения ведущего вала. Немагнитная прокладка 5 из кожи, пластмассы или чугуна предотвращает прилипание диска к сердечнику и обеспечивает необходимое трение. Время срабатывания муфты, складываемое из времени страгивания, движения диска и разгона муфты, для маломощных муфт не превышает 10—20 мкс. После разгона муфты частоты вращения ведомого п2 и ведущего п1 валов становятся одинаковыми.
Частоту вращения ведомого вала можно плавно регулировать при неизменной частоте вращения ведущего вала. Для этого используют импульсное управление, при котором в катушку подается напряжение в виде прямоугольных импульсов. Средняя частота вращения ведомого вала за время следования импульсов
(44) где t — длительность импульсов; Т — период импульсов; τ — относительная продолжительность включения.
Следует отметить, что мощность сигнала управления значительно меньше мощности, передаваемой от одного вала к другому.
Магнитно-жидкостная, или порошковая, муфта (рис. 81, б).
В стальном корпусе расположены диски 9 и 11 валов ведущего 1 и ведомого 8, а также катушка электромагнита 10. Внутренняя полость муфты заполнена жидкой или порошкообразной ферромагнитной смесью. Магнитный поток, возбуждаемый током в катушке, намагничивает смесь, металлические частицы которой образуют нити, сцепляющие диски. Момент трения между дисками пропорционален напряженности магнитного поля, т. е. току в катушке.
Муфты с, ферромагнитной смесью позволяют осуществлять плавное и глубокое регулирование частоты вращения и момента на выходном валу. Так как катушка неподвижна, то нет необходимости в контактных кольцах и щетках.
Электромагнитная асинхронная муфта скольжения (рис. 81, в).
Муфта представляет собой электрическую машину, служащую для эластичной связи между первичным двигателем и исполнительным механизмом. Она состоит из двух частей, одна из которых — ведущая — механически связана с ведущим валом 1, другая — ведомая — с ведомым валом 8.
Ведущая часть муфты представляет собой внешнюю полюсную систему 12, к обмотке возбуждения 13 которой через контактные кольца 2 подается постоянный ток. Ведущая часть, называемая индуктором 14, конструктивно выполнена как ротор синхронного генератора или как статор машины постоянного тока. Ведомая часть муфты — якорь 16 — с фазной или короткозамкнутой обмоткой 15 аналогична по конструкции ротору асинхронного двигателя. При вращении первичным двигателем индуктора, возбужденного постоянным током, создается вращающееся магнитное поле, которое индуктирует э. д. с. в обмотке якоря. В результате взаимодействия тока якоря с вращающимся потоком возникает вращающий момент, вызывающий вращение якоря с некоторым скольжением. Вместе с якорем будет вращаться и ведомый вал. Частота вращения ведомой части муфты
(45)
где n1 — частота вращения ведущего вала; s — скольжение.
— 0,02).
Сцепление и расцепление муфты производятся включением и выключением тока возбуждения. Изменением тока возбуждения можно регулировать опрокидывающий момент. Если момент сопротивления на ведомом валу окажется больше некоторого критического момента муфты, то происходит опрокидывание, вращение ведомой части муфты прекращается. Благодаря способности к опрокидыванию электромагнитная муфта может защитить дизель от больших перегрузок. Изменением сопротивления в цепи якоря муфты можно менять скольжение ведомого вала по отношению к ведущему. К. п. д. электромагнитных муфт равен 97—98%.
Рис. 82. Схема судовой гребной установки с асинхронными муфтами
Электромагнитные муфты эффективны в судовых гребных установках, особенно при наличии быстроходного дизеля и редуктора. Муфту ЭМ устанавливают между дизелем Д и редуктором Р, как показано на рис. 82.
Благодаря высокой надежности и простоте исполнения электромагнитные муфты стали использовать и в схемах судовой электроавтоматики.
Гребные дизельные установки с электромагнитными асинхронными муфтами имеют следующие достоинства: сглаживание муфтой крутильных колебаний дизеля; предохранение дизеля от чрезмерной перегрузки благодаря наличию у муфты опрокидывающего момента; облегчение центровки вала дизеля и редуктора; возможность применения дистанционного управления гребной установкой; Гибкость маневрирования судном.
§ 26. ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ
Самыми простыми и надежными электрическими исполнительными элементами являются электромагниты, преобразующие сигнал управления в возвратно-поступательное движение или угловое перемещение органов управления. Электромагниты можно использовать также для торможения вращающихся валов, например в судовых электроприводах. Достоинством электромагнитов как исполнительных элементов является высокое быстродействие (единицы микросекунд). Их недостатками являются: двухступенчатый характер действия («открыто», «закрыто»); большие токи в обмотках катушек, что связано с перемещением сравнительно больших и тяжелых управляющих органов; большие размеры и масса самих катушек.
Приводимые электромагнитами управляющие органы называются соленоидными (клапаны, задвижки, вентили).
У соленоидного клапана (рис. 83) внутри катушки электромагнита 2 находится ферромагнитный якорь 3, который может перемещаться относительно катушки. С якорем соединен золотник 1 клапана. Ход якоря, а соответственно и золотника настраивается с помощью пружины 4. При подаче управляющего сигнала в обмотку катушки возникшее магнитное поле перемещает якорь, преодолевая сопротивление пружины, и золотник запирает клапан. При снятии сигнала пружина возвратит якорь в исходное положение и клапан открывается. Перемещение золотника можно регулировать изменением тока в катушке.
Мощность срабатывания электромагнитов соленоидных клапанов составляет до 100 Вт, ход якоря — несколько миллиметров, число срабатываний, или износоустойчивость электромагнитов, — свыше 100 тыс. Существенным недостатком электромагнитов является резкое срабатывание, приводящее к гидравлическим ударам в трубопроводах. В этом смысле в качестве исполнительных элементов предпочтительнее шаговые двигатели.
Рис. 83. Принципиальное устройство соленоидного клапана
В системах автоматизации используют обычно электромагниты постоянного тока с питанием от сети переменного тока через выпрямительные элементы.
