10. Кольцо 7 является правым ограничителем хода фрикционных дисков при срабатывании муфты.

Если кольцо 7 и фрикционные диски 5 п 6 сделаны из магнитного материала, то некоторая электромагнитная сила создается и за счет потока, проходящего через них.

Электромагнитный тормоз на базе ЭФМ может быть получен из любой ЭФМ, предназначенной для передачи вращения, если одну из ее частей (ведущую или ведомую) установить неподвижно, а с вращающимся валом, который необходимо затормозить, соединить другую часть этой муфты. У муфты с вращающейся катущкой последняя располагается обычно на ведущей части, поэтому, если неподвижно закрепить ведущую часть, у такой муфты отпадает необходимость в контактных кольцах и щетках.

Электромагнитный тормоз на базе многодисковой ЭФМ с фрикционными дисками, через которые не проходит рабочий поток, показан на рис. 14.9. Он предназначен для затормаживания двигателя при отключении катущки 4. При этом якорь 6 под действием пружин 2 прижимает весь набор вращающихся 9 и невращающих-ся 7 фрикционных дисков к ограничителю 8, неподвижно закрепленному на корпусе 5. Втулка /, жестко связанная с валом двигателя, останавливается. Корпус 5 тормоза может быть установлен непосредственно на корпусе двигателя с помощью болтов 3. Тормоз рассмотренной конструкции действует на конец вала двигателя, который закрывается крыщкой 10 муфты (привод рабочей ма-щины осуществляется от противоположного конца вала двигател).

§ 14.3. Характеристики, динамика работы, выбор, материалы электромагнитных фрикционных муфт

Характеристики и параметры. Имеются в виду характеристики и параметры, включенные в ГОСТ [27]. Эти характеристики указываются в промышленных каталогах, руководящих материалах и технических условиях на ЭФМ, по ним выбирается муфта на заданную нагрузку из выпускаемых промышленностью.

Статические характеристики. ЭФМ, как правило, работают в релейном режиме и не предназначены для плавного регулирования момента, однако при включении и отключении муфты происходит проскальзывание ведущих дисков относительно ведомых. Скольжение s= {п1-П2)1п\; скорость скольжения Us = = ((Ol-а)2)/)ср/2, где П[ и «2 - частота вращения, а а)1 = 2я«1 и (02 = 2я«2 - угловые скорости вращения соответственно ведущей и ведомой частей муфты. Так как трение покоя (т. е. без скольжения, при Us=0) отличается от трения движения (т. е. со скольжением, при f«>0), то и моменты, передаваемые муфтой в этих двух режимах при одной и той же силе сжатия фрикционных дисков, не одинаковы. По [27]-[29] момент, передаваемый муфтой без сколь-

жения, называется передаваемым моментом, а момент, передаваемый муфтой со скольжением, - вра«{аю«{ыл« моментом. Так как в литературе по электрическим аппаратам и машинам эти слова обычно используются в другом смысле, в гл. 14 вместо них употребляются соответственно термины момент без скольжения и момент со скольжением.

Различают статическую характеристику Л1б.с(/вх) муфты по моменту без скольжения (зависимость установившегося значения момента без скольжения от установившегося значения тока управления) и статическую характеристику Л1с.с(/вх) по моменту со скольжением. У муфт сухого трения для фрикционных пар металлокерамика - сталь в рабочем диапазоне скольжений Л1б.с= (l,15-f-l,l)iMc.c [29]; у масляных муфт это соотношение зависит от температуры, скорости скольжения и продолжительности скольжения, конфигурации фрикционных поверхностей и материалов фрикционной пары. При холодном и вязком масле при низких и средних скоростях скольжения Л1б.с= (2,5ч-3)Л1с.с; в самых благоприятных условиях Л1б.с/Л1с.с не бывает меньше 1,4-1,5 [28].

Основными характеристиками муфты являются максимальный и номинальный моменты, передаваемые без скольжения. Максимальный момент Л1тахб.с - момент, передаваемый муфтой без скольжения при номинальном сигнале управления (номинальном напряжении или номинальном токе и активном сопротивлении обмотки при 20°С); номинальный момент Л1н.б.с = Л1тах б.с/з.н.б.с - установленное нормативным документом (техническими условиями) значение момента, передаваемого без скольжения. Коэффициент запаса йз.н.б.с учитывает увеличение сопротивления обмотки при нагреве ее до установившейся температуры, возможное при работе муфты уменьшение напряжения питающей сети и другие факторы (йз.н.б.с> 1)-

Аналогичным образом можно ввести понятия максимального Almaxc.c и номинального Л1н.с.с моментов, передаваемых со скольжением.

В зависимости от наличия или отсутствия скольжения разными являются также и остаточные моменты: остаточный момент Мо.ъ.с без скольжения - наибольший момент электромагнитной муфты, которым можно нагрузить муфту после снятия сигнала управления и окончания электромагнитного переходного процесса без скольжения ведущих дисков относительно ведомых; остаточный момент AIq.c.c со скольжением - момент, передаваемый муфтой при заданной скорости скольжения после окончания переходного процесса, который следует за размыканием обмотки управления. Чаще всего экспериментально остаточный момент AIo.c.c со скольжением измеряется при неподвижной ведомой части муфты и пониженной по сравнению с номинальной частоте вращения ведущей части.

• Динамические характеристики. Зависимости от времени моментов, передаваемых муфтой без скольжения и со скольжением, называются динамическими характеристиками муфты.

На рис. 14.10 показан процесс включения и отключения масляной многодисковой муфты с фрикционными дисками, через которые проходит рабочий поток (например, муфты рис. 14.5), при следующих условиях:

1. Муфта работает в приводе с двигателем неограниченной мощности, развивающим на ведущем валу муфты такой вращающий

момент, который требует от него рабочая машина. Частота вращения вала такого двигателя, а значит, и ведущей части муфты ni=const.

2. Рабочая машина создает постоянный во времени статический противодействующий момент Мпр и имеет приведенный к ведомому валу муфты момент инерции вращающихся частей /г, в который входит и момент инерции ведомой части муфты.

3. Напряжение источника питания обмотки не изменяется во времени к находится иа уровне минимально допустимого. Обмотка муфты разогрета до установившейся допустимой температуры, поэтому при включении муфта может без скольжения передать ие максимальный, а номинальный момент ЛТн.б.с-

4. Номинальный момент муфты со скольжением Л1н.с.с>Л1пр. Под моментом Л1н.с.с, который в

общем случае зависит от скорости скольжения, для определенности далее будем понимать момент сил, передаваемый муфтой со скольжением в момент времени, соответствующий концу переходного процесса нарастания потока в магнитопроводе муфты при включении.

Рис. 14.10. Динамика работы многодисковой ЭФМ с фрикционными дисками, через которые проходит рабочий поток:

а - изменение тока I в обмотке муфты: б - изменение потока в магнитопроводе муфты; в - изменение моментов: сплошная кривая - момент М f передаваемый муфтой; момент, который после отключения могла бы передать муфта без скольжения б.с.отк t -~ штрихнуиктирная линия; со скольжением Мр pqi f - штриховая линия; г - измеиение частот вращенна л, и соответственно ведущей и ведомой частей муфты

5. Между ведомой частью муфты и рабочей машиной имеется устройство, позволяющее передавать момент только по направлению от двигателя к рабочей машине. Поэтому, если противодействующий статический момент больше передаваемого муфтой момента, то ведомая часть муфты неподвижна или вращается с замедлением (за счет кинетической энергии, приобретенной при предшествующем рабочем цикле) вплоть до полной остановки. Если передаваемый муфтой момент больше статического противодействующего момента, то ведомая часть муфты вращается с ускорением, при этом частота вращения ведомой части растет вплоть до Пи При равенстве этих моментов частота вращения ведомой части муфты постоянна и равна Пи

6. В момент включения обмотки (точка О на рис. 14.10) частота вращения ведомой части муфты П2 = 0. При этом муфта передает момент Mt, равный остаточному моменту AIo.c.c (при скольжении

5=1).

На участке от точки О до точки / происходит увеличение тока /вх в обмотке муфты до тока трогания при срабатывании Ьр.ср (рис. 14.10, а; см. также рис. 3.6, а), при котором рабочий поток муфты равен потоку трогания при срабатывании Фтр.ср (рис. 14.10, б), достаточному для начала движения якоря. Почти одновременно с началом движения якоря или чуть позже (в точке / на рис. 14.10, в) начинает увеличиваться сила сжатия дисков, а значит, начинает нарастать момент, который передает муфта. В промежутке времени от точки / до точки 2 момент Mt, передаваемый муфтой, меньше противодействующего момента Мпр, поэтому ведомая часть муфты начинает вращаться только в точке 2, в которой Л1(=Л1пр.

В точке 3 входной ток и рабочий поток практически достигают своих установившихся значений (в магнитопроводе муфты заканчивается переходный электромагнитный процесс). От точки / до точки 3 рост момента Mt происходит главным образом за счет сжатия фрикционных дисков, которое увеличивается из-за увеличения в течении этого времени тока в обмотке (рис. 14.10, а), а значит, рабочего потока (рис. 14.10, б) и создаваемой этим потоком электромагнитной силы. С прекращением роста рабочего потока процесс роста момента Mt, передаваемого муфтой, не заканчивается. Это происходит лишь в точке 4, как только скорость Лг ведомой части муфты становится равной скорости rii ведущей. На участке 3-4 момент растет за счет уменьшения скорости скольжения. Скорость изменения момента и частоты вращения ведомой части муфты резко возрастают вблизи точки 4 при переходе от тре ния скольжения к треиию покоя.

Для промежутка времени, при котором момент Mt, создаваемый двигателем и передаваемый муфтой, больше или равен противодействующему, справедливо уравнение AI(=AInp-l-/2do)2/d/. Разность Mt-Л1пр=/2(1(02/(1/ идет иа разгон рабочей машины и ведомой части муфты. В точке 4 момент Mt, создаваемый двигателем

и передаваемый муфтой, падает до противодействующего момента М„р потому, что, начиная с этой точки, отпадает необходимость в разгоне рабочей машины и ведомой части муфты: частота вращения ведомой части «2 становится равной неизменной во времени частоте вращения ведущей части «i. Это означает, что (iu)2/dt=0. Поэтому Л1( = Л1пр.

В точке 5 происходит размыкание цепи обмотки муфты. При этом ток Ibx практически мгновенно падает до нуля (рис. 14.10, а). Поток, уменьшающийся в муфте, по закону электромагнитной индукции наводит ЭДС, которая создает в магнитопроводе вихревые токи. По закону Ленца, выхревые токи направлены так, чтобы создаваемый ими поток противодействовал изменению, в данном случае уменьшению потока, вызвавшего вихревые токи. Таким образом, вихревые токи поддерживают рабочий поток Ф,. Он уменьшается существенно медленнее (рис. 14.10, б), чем ток в обмотке муфты после размыкания обмотки.

Начиная с точки 5, вместе с уменьшением рабочего потока уменьшается и сила сжатия дисков, создаваемая этим потоком, а значит, уменьшается и момент, который может передать муфта без скольжения (кривая Л1б.с.отк< на рис. 14.10, в) и со скольжением (кривая ЛГс.с.откО- Начиная с точки 6, противодействующий момент становится больше момента, который муфта может передать без скольжения (напомним, что на участке 4-6 скольжение отсутствует), поэтому в точке 6 происходит «срыв» - проскальзывание дисков. После проскальзывания момент, передаваемый муфтой, резко падает, так как происходит переход от трения покоя к трению скольжения и соответствующее этому переходу резкое уменьшение коэффициента трения. Начиная с точки 6 передаваемый муфтой момент Mt уменьшается по кривой, совпадающей с кривой Лс.с.отк t] частота вращения «2 ведомой части муфты уменьшается, скольжение увеличивается.

В точке 8 поток Ф( уменьшается до остаточного Фо. При этом передаваемый муфтой момент становится равным остаточному со скольжением Afo.c.c В общем случае Afo.c.c-Mo.c.c в точке О, так как в точке 8 и точке О отличаются скольжения.

Основными характеристиками динамического процесса включения и отключения муфты, важными с точки зрения ее работы в электроприводе, являются обозначенные на рис. 14.10, в промежутки времени о, о,9 и о,о5. Время запаздывания при включении электромагнитной муфты to-интервал времени между моментом включения обмотки и началом нарастания передаваемого муфтой момента.

Время нарастания момента электромагнитной муфты to,9 - интервал времени от окончания времени запаздывания до точки динамической характеристики, соответствующей значению 0,9 от номинального момента Л1н.б.с или момента Мс.с, установленного техническими условиями (например, номинального момента Масс как на рис. 14.10, в). Правой границей времени нарастания момента

/о,9 для определенности выбрана точка 3, в которой M(=0,9Mh.c.c, а не точка <?, в которой M<=Mh.c.c. Это сделано потому, что в области точки 3 момент почти не изменяется: зафиксировать точку 3 экспериментально можно лишь с большой погрешностью.

Время спадания момента электромагнитной муфты при отключении- это время от момента размыкания цепи управления до точки динамической характеристики Мб.с.отк < или Мс.с.отк* при отключении электромагнитной муфты, соответствующей значению 0,05 от номинального момента Л1н.б.с или момента Мс.с, установленного нормативным документом (на рис. 14.10, в этот последний взят равным Л1н.с.с)- Правой границей времени /о,о5 берется точка 7 при Л1<=0,05Л1н.с.с, а не точка 8, при которой Л1(=Л1о.с.с, потому что положение точки 8, как и точки <?, трудно точно определить экспериментально.

Условия снятия динамических характеристик конкретной муфты обычно отличаются от действительных условий ее работы, поэтому и времена в действительности несколько отличаются от получаемых экспериментально. Это следует учитывать при проектировании приводов с ЭФМ.

Энергетические характеристики. При отсутствии скольжения ЭФМ нагревается за счет джоулевых потерь в обмотке управления. При скольжении источником дополнительного тепловыделения является трение в дисках. Для правильного выбора муфты необходимо учитывать режим ее работы, так как частые включения и отключения могут привести к недопустимому перегреву отдельных ее частей. Способности ЭФМ рассеивать теплоту характеризуют два параметра: средняя теплорассеивающая способность - значение мощности, рассеиваемой муфтой при предельно допустимой температуре обмотки, измеренной методом сопротивления, в стационарном тепловом режиме, и единичная энергия- значение предельно допустимой энергии, преобразованной в тепловую энергию в дисках муфты за один цикл работы.

ЭФМ, выпускаемые отечественной промышленностью. Электротехнической промышленностью выпускаются муфты электромагнитные фрикционные многодисковые единой серии ЭТМ с вынесенными дисками на номинальные моменты Мн.б.с от 25 до 4000 Н-м. Их коэффициент запаса йз.н.б.с= 1,6. В настоящее время внедряются в промышленность электромагнитные фрикционные муфты серии Э1М [29]. Специально для встройки в высокомоментные электродвигатели постоянного тока, применяемые в приводах автоматизированных станков с числовым программным управлением и ЭВМ всех групп, а также в приводах других станков и механизмов, в том числе автоматических манипуляторов (роботов), выпускаются электромагнитные фрикционные безлюфтовые тормоза серии НЗТБ (на базе ЭФМ). Они предотвращают аварии в случае исчезновения напряжения в сети или схеме управления, служат для позиционирования перемещения роботов, а также удерживают подвижные части станков и механизмов.