Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕДЛЕННОГО ВРАЩЕНИЯ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСТАНОВКАХ

Донской Д.Ю. 1
1 Донской государственный технический университет
Современное, качественное лабораторное оборудование требует тщательного отбора. Факторов отбора очень много: энергетический, структурный (количество деталей, включенных в привод), геометрический (размер оборудования) и даже факторы, обусловленные сложностью обслуживания оборудования. Соответственно, методов реализации вращательного движения очень много. Обусловлено это широким диапазоном выбора приводов и двигателей. Например, разновидностей одних только приводов достаточно, чтобы осознать глобальность данного вопроса – это, например, механические, электрические и электромеханические приводы. Однако не все их виды целесообразны для применения в лабораторных установках. Например, приводы с двигателями переменного тока, которые имеют высокий КПД и высокую мощность, что зачастую излишне в лабораторных установках, требуют большое количество электроэнергии. Таким образом мы проводим полный анализ различных типов приводов.
вращение
привод
позиционирование
точность
механический
электромеханический
электрический
синхронный
асинхронный
момент
передача
передаточное число
1. Козярук А.Е. Рудаков В.В. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. – СПб., 2004.
2. Свириденко П.А., Шмелев А.Н. Основы автоматизированного электропривода. – М.: Изд-во «Высшая школа», 1970.
3. Карпенко Б.К., Ларченко В.И., Прокофьев Ю.А. Шаговые электродвигатели. – Киев: Техника, 1972.
4. Ратмиров В.А., Ивоботенко Б.А. Шаговые двигатели для систем автоматического управления // Библиотека по автоматике. Вып. 66. – М. -Л.: Госэнергоиздат, 1962.

Современные лаборатории нуждаются в полной приспособленности оборудования к различному спектру задач. В данной статье мы рассмотрим методы обеспечения медленного вращения в лабораторных установках. Это требуется для сокращения средств, затрачиваемых на узкоспециализированное оборудование, включающее в себя излишние запасы по мощности или имеющие недостаточную износоустойчивость. Все это требует тщательного анализа возможных видов данного оборудования.

Рассматривая возможные варианты реализации процесса медленного вращения, выявились следующие факторы отбора двигателя: возможность регулировки как скорости, так и направления вращения, поддержание широкого диапазона регулирования скорости и возможность осуществления вращения на низких оборотах (иногда ниже 0,5 оборотов в сутки), отсутствие завышенных требований по моменту вращения (обычно не более 1 Нм) и тормозящему моменту (в среднем 1200 г·см), возможность точного позиционирования якоря и при этом отсутствие жестких требований по точности поддержания заданной скорости (низкая-средняя точность). Также не менее важны сравнительно малые габариты оборудования и по возможности отсутствие (громоздкого) вспомогательного оборудования [4].

1. Виды приводов, используемые для обеспечения вращательного движения

Рассмотрим классификацию приводов, которые могут обеспечивать низкоскоростное вращательное движение.

Сравнительные характеристики приводов вращения

 

Приводы вращения

Точность

поддержания скорости

Надежность

Диапазон регулирования /угол поворота

Стоимость

1.

Механический

       

на основе пружинного часового механизма

средняя

средняя

1:1

низкая

2.

Электромеханический

       

на основе часового механизма с электрическим тактированием

высокая

средняя

1:1

низкая

3.

Электрический

       

на основе синхронного двигателя, с питанием током постоянной частоты

средняя

высокая

1:1

низкая

на основе синхронного двигателя, с частотным управлением

высокая

высокая

1:100

высокая

на основе асинхронного двигателя, с частотным скалярным управлением

средняя

высокая

1:100

средняя

на основе асинхронного двигателя, с частотным векторным управлением

высокая

высокая

1:1000

высокая

на основе вентильного двигателя, с частотным управлением

Очень высокая

высокая

1:1000

высокая

на основе двигателя постоянного тока с шим-управлением

средняя

высокая

1:100

средняя

на основе шагового двигателя с полношаговым управлением

высокая

высокая

1.8 °

низкая

на основе шагового двигателя с дробно-шаговым управлением

Очень высокая

высокая

0.2”

средняя

 

2. Возможные варианты кинематики привода вращения

Приводы прямого действия. Данный тип приводов имеет наиболее высокий КПД в рабочем диапазоне скоростей вращения и мощностей (моментов). Для данного типа характерно применение электрических приводов, которые могут обойтись без дополнительного оборудования, такого как: передаточный механизм; регулятор или колебательная система в часовом механизме; градусника, который предназначен для регулировки периода колебаний, а также самого механизма заводки пружины. Прямой привод упрощает конструкцию средств автоматизации.

Приводы ременной передачи. Данные приводы часто используются с двигателями среднего-высокого крутящего момента и мощности, к которым можно отнести асинхронные и синхронные двигатели. Этот вид передачи реализуется за счет сил трения или сил зацепления, включает в себя гибкий элемент. Это позволяет скомпенсировать перегрузки (за счет проскальзывания) и сгладить пульсации, возникающие в процессе работы двигателя. Привод ременной передачи самый экономичный, то есть не требует больших затрат на замену ремней, что нельзя сказать о редукторах. Если сравнивать с зубчатой передачей, то ременная дает возможность передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии друг от друга. Недостатками является малый срок службы и малая несущая способность, которая возникает из-за эффекта скольжения. Почти всех этих недостатков лишена цепная передача, за исключением эффекта растяжения во время работы.

don1.tiff

Рис. 1. Сравнение редукторной передачи с прямым приводом

Приводы редукторной (зубчатой) передачи или их разновидность приводы с ведущим роликом. Этот тип популярен как для механических и электромеханических приводов, так и для электрических. Редукторная передача зачастую используется с двигателями высоких мощностей из-за своей прочности и износоустойчивости. Его применение позволяет регулировать угол поворота якоря шагового двигателя за один поданный на него импульс (это достигается подбором передаточного числа), что принципиально важно в установках медленного вращения. [2] В приводах с ведущим роликом используется тот же принцип передаточного числа, но вместо шестерни используется валик, т.е. передача вращательного движения происходит за счет трения валиков. Данный тип передачи менее дорогостоящий и используется в маломощных установках, где не требуется высокий момент.

don2.wmf

Рис. 2. Структурная схема привода с шаговым двигателем для медленного вращения круглой платформы (диска)

Приводы ременной передачи. Данные приводы часто используются с двигателями среднего-высокого крутящего момента и мощности, к которым можно отнести асинхронные и синхронные двигатели. Этот вид передачи реализуется за счет сил трения или сил зацепления, включает в себя гибкий элемент. Это позволяет скомпенсировать перегрузки (за счет проскальзывания) и сгладить пульсации, возникающие в процессе работы двигателя. Привод ременной передачи самый экономичный, то есть не требует больших затрат на замену ремней, что нельзя сказать о редукторах. Если сравнивать с зубчатой передачей, то ременная дает возможность передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии друг от друга. Недостатками является малый срок службы и малая несущая способность, которая возникает из-за эффекта скольжения. Почти всех этих недостатков лишена цепная передача, за исключением эффекта растяжения во время работы.

Таким образом, мы рассмотрели возможные варианты реализации медленного вращения в лабораторных установках. Исходя из факторов подбора нужного привода, которые мы определили во введении, следует следующее заключение. Привод должен быть с ведущим роликом или иметь редукторную (зубчатую) передачу (нам не требуется использовать двигатели высокой мощности, которые создают излишние вибрации или высокий крутящий момент). Также привод должен основываться на следующих типах двигателей: двигатель постоянного тока с ШИМ-управлением, двигатель с полношаговым управлением, шаговый двигатель с дробно-шаговым управлением.


Библиографическая ссылка

Донской Д.Ю. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕДЛЕННОГО ВРАЩЕНИЯ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСТАНОВКАХ // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 3-2.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=18232 (дата обращения: 14.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074