Щетинин Т. А.
Электромагнитные муфты скольжения. — Москва: Энергоатомиздат, 1985.
Рассмотрены принцип действия и конструкции электромагнитных муфт скольжения, электроприводов и электромеханических передач с муфтами. Изложены вопросы теории, расчета, проектирования и эксплуатации муфт, определения их оптимальных параметров и показателей при статических и динамических режимах работы с различными видами нагрузок. Описаны системы управления и охлаждения муфт.
Для инженерно-технических работников в области электрических машин и электропривода и может быть полезна студентам электротехнических вузов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Электромагнитные муфты скольжения находят применение в регулируемых электроприводах самых различных отраслей промышленности.
Муфты скольжения используются также для пуска и разгона механизмов с большими маховыми массами или с пусковым моментом, превышающим пусковой момент двигателя. Иногда муфты применяются для регулирования ускорения и ограничения динамических нагрузок при разгоне привода, предохранения двигателя и рабочего механизма от перегрузок, безударного соединения механизма с работающим двигателем.
В связи с расширением областей применения муфт значительно возрос интерес к теоретическим и практическим вопросам, связанным с расчетом, конструированием и эксплуатацией муфт скольжения. Однако в настоящее время расчет, проектирование и изготовление муфт скольжения базируются в основном на результатах экспериментальных работ и рекомендаций, полученных при эксплуатации. Причину этого можно усмотреть в отсутствии простых и удобных для практических инженерных расчетов формул для определения основных параметров муфты, поскольку входящие в них величины не постоянны, а, в свою очередь, являются сложными функциями многих параметров. Приводимые в литературе уравнения вращающего момента не являются универсальными, не обеспечивают достаточной точности расчета всего многообразия конструкций муфт и их типоразмеров и не могут использоваться для расчета переходных процессов и решения многих других задач. Для этих целей механические характеристики муфт аппроксимируются различными уравнениями, дающими удовлетворительную точность лишь в частных случаях расчета муфт определенных типоразмеров на отдельных участках диапазона скольжений. Многие вопросы расчета параметров и показателей муфт скольжения вообще не затронуты в изданной литературе.
В предлагаемой вниманию читателей книге автор дает инженерные методы расчета оптимальных параметров магнитных систем муфт, их показателей и характеристик при статических и динамических режимах работы с нагрузками различного вида; рассматривает также новые конструкции муфт, автоматизированных электроприводов и электромеханических передач с муфтами, системы управления и охлаждения муфт.
Основная часть материалов книги отражает результаты многолетней работы автора в области теоретических и экспериментальных исследований муфт, создания новых конструкций, имеющих улучшенные показатели.
Некоторые материалы книги могут быть использованы для расчета не только муфт, но и других электромагнитных и электромеханических систем и устройств. Приведенные методы определения оптимальных параметров магнитных систем муфт могут быть применены при анализе и расчете магнитных систем различных электромагнитных механизмов. Уравнения относительных механических характеристик муфт, определяющие зависимость их формы от различных параметров, могут использоваться в применении к электродвигателям с массивным ротором.
Автор надеется, что его книга будет способствовать дальнейшему развитию и распространению в различных отраслях народного хозяйства современных конструкций муфт, приводов и передач с муфтами, повышению их технического уровня.
Автор выражает глубокую благодарность рецензенту канд. техн. наук Г. М. Фридлидеру за ряд ценных замечаний и советов, а также доктору техн. наук С. Р. Мизюрину, выполнившему большую работу по редактированию рукописи.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Электромагнитные муфты скольжения (называемые также индукционными, асинхронными, муфтами на вихревых токах или с массивным якорем) получили наибольшее распространение в промышленности в качестве элемента регулируемого автоматизированного электропривода переменного тока, включающего помимо муфты нерегулируемый электродвигатель и систему автоматического регулирования тока возбуждения муфты.
К достоинствам привода с муфтой скольжения относятся простота устройства и эксплуатации, низкая стоимость, высокая надежность и долговечность, малая мощность управления, облегчающая автоматизацию различных процессов и режимов работы.
Бесконтактные муфты скольжения по своей надежности и низким требованиям к обслуживанию не уступают асинхронным короткозамкнутым двигателям и даже превосходят их, имея массивный магнитопровод вместо шихтованного и простейшую кольцевую обмотку возбуждения.
По сравнению с тиристорными электроприводами постоянного и переменного тока приводы с муфтами обеспечивают более высокий коэффициент мощности на всех режимах работы и не искажают форму кривой напряжения питающей сети. Работа тиристорных электроприводов сопровождается появлением в кривой напряжения питающей сети высших гармоник, что ухудшает работу электрических машин и аппаратов, повышает потери, вызывает помехи и нарушения работы электронной аппаратуры, приборов, устройств автоматики.
Недостатками муфт скольжения являются большие потери мощности при работе на низких частотах вращения и низкий КПД, приблизительно равный отношению частот вращения ведомого и ведущего валов муфты.
Электромагнитные тормоза скольжения, являющиеся конструктивной разновидностью муфт, применяются для плавного торможения механизмов и в качестве динамометров для испытательных стендов. От тормозных устройств фрикционного типа их выгодно отличает отсутствие быстроизнашивающихся элементов, возможность плавного 0 регулирования тормозного момента и работы с высокими частотами вращения.
Электромагнитные муфты и тормоза скольжения на мощности от десятков ватт до сотен киловатт серийно выпускаются многими фирмами и предприятиями США, Англии, ФРГ, Франции, Японии, Австралии, Бельгии, ГДР, ЧССР как в отдельном исполнении, так и в комплекте с приводным электродвигателем и системой управления. В Советском Союзе выпускаются комплектные приводы с муфтами мощностью до 4,5 кВт и отдельные муфты дли приводов до 200 кВт. Опытные образцы и отдельные серии муфт различных конструкций разрабатываются и изготавливаются многими организациями с целью исследований и для комплектации выпускаемого оборудования, а в ряде случаев — для собственных нужд в эксплуатации.
Приводы с муфтами скольжения находят применение в установках систем кондиционирования, дутьевых вентиляторах мартеновских печей, насосах, полиграфических машинах, экскаваторах, земснарядах, контейнерах, буровых установках, металлорежущих станках, подъемных кранах, прокатных станах, экструдерах, волочильных станках, намоточных устройствах бумажной и текстильной промышленности, трубоволочильных станках, прессах и кузнечно-прессовых автоматах, шаровых мельницах, каландрах, центробежных разливочных машинах, шлифовальных и других станках и механизмах.
Конструктивные разновидности муфт скольжения весьма разнообразны и отличаются многими признаками, основным из которых является исполнение магнитной системы, включающей индуктор и якорь. Наибольшее распространение получили муфты с массивным якорем как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации.
Приводы с муфтами иногда включают также встроенный в общий корпус тормоз скольжения, обеспечивающий возможность быстрого перехода с высшей частоты вращения на низшую, торможение механизма и получение устойчивых режимов работы с малыми нагрузками при низких частотах вращения.
Электромагнитные муфты скольжения с разветвленными магнитными системами обеспечивают возможность их использования в режимах муфты и тормоза или асинхронной и синхронной муфт.
Электромеханические передачи, включающие муфту с тормозом скольжения и механический дифференциал, позволяют в нижней части диапазона регулирования увеличить вращающий момент, полезную мощность и КПД привода, а в верхней части диапазона обеспечивают торможение механизма с рекуперацией энергии в питающую сеть.
Существенную роль в конструкции муфты скольжения имеет система охлаждения, эффективность которой определяет допустимый диапазон регулирования, зависящий также от характера нагрузки. Наиболее эффективными являются системы водяного охлаждения, хотя они заметно усложняют конструкцию муфты и требуют присоединения трубопроводов для подвода и слива воды.
По условиям нагрева муфт скольжения наиболее легким режимом является их работа с вентиляторной нагрузкой, более тяжелым — при постоянном моменте нагрузки. Работа муфты на нагрузку постоянной мощности сопровождается наибольшими потерями мощности, особенно в нижней части диапазона регулирования.
При вентиляторной нагрузке приводы с муфтами скольжения часто оказываются более экономичными в сравнении с другими системами регулируемого привода. Применение их для нагрузок с постоянным моментом или мощностью чаще всего обусловлено высокой надежностью и долговечностью, простотой эксплуатации, не требующей высокой квалификации обслуживающего персонала, легкостью автоматизации и низкой стоимостью.
