Центробежный регулятор скорости

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиинСоциалистмческинРеспублик п 962878(22) Заявлено 30,10.79 (21) 2833363/18-24с присоелинением заявки ЭЙно лалом изобретений и открытий(54) БЕНТРОБЕЖНЫЙ РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ 1Изобретение относится к центробежным регуляторам скорости и может бытьиспользовано для автоматического регулирования скорости ведущего звена машин и приборов.Известен центробежный регулятор, который состоит из вала вращения, платформы с двумя взаимно перпендикулярныминаправпяюшими, двух инерционных масс,одна иэ которых выполнена в виде элек 1 Отромагнита, двух сателлитов и четырехтяг Е 13Недостатком данного устройства является сложность подачи электрическоготока на вращающийся электромагнит иналичие источника питания для электромагнита.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является центробежный регулятор скорости содержащийвал вращения инерционные массы с коромыслами 2Недостатком известного устройства является невозможность получения стабиль 2ного врашатепьного движения при больших усилияхБель изобретения - повышение точности регулирования.Поставленная цель достигается тем, что в центробежном регуляторе скорости вал вращения выполнен в виде трубки с прорезями, в которых с возможностью перемещения расположены коромысла с инерционными массами, а коромысла установлены в средней части на штифт и соединены подвижно шатунами с двумя плавающими оппозитными валами, на одном из которых установлен балластный груз.На фиг. 1 схематически изображен центробежный регулятор скорости (г, - промежуточный радиус орбит вращения масс); на фиг. 2 - схема привязки центробежного регулятора к двигателю и машине ( йг - величина изменения радиуса орбит в диапазоне регулирования; Н - высота подъема балластного груза); на фиг, 3 - кривые зависимости оборотов и диаметр орбит инерционных масс от3 96287энергии движущих сил; на фиг, 4 - кривые сил, действующие на инерционныемассы,центробежный регулятор скорости содержит вал 1 вращения с прорезями, вкоторых установлены два скрешенных ко ромысла 2, насаженные подвижно среднейчастью на штифт 3,Инерционные массы 4-7 укреплены наконцах коромысел 2, которые в свою оче-,1 Оредь попарно и подвижно соединены посредством четырех шатунов 8 с оппозитными плавающими валами 9, свободно пе 1ремешаюшиеся в полости вала 1.На нижнем вале 9 укреплен балластный груз 10. Когда последний занимаетнижнее положение, инерционные массы 47 примкнуты к валу 1, а когда балластный груз поднят на высоту Н, инерционные массы максимально удалены от осиврашения,Жесткость регулирования зависит откоэффициента обратной связи, равный Момент количества движения для.минимальной орбиты равенколичества движения;и - угловая скоростьФ=Щ +Щ ФП)+ - суммарная масса инерци 4 .5 6онных масс 4-7;чЗо 1 , - текущее значенйе радиуса1 ГП 1 Порбиты, имеющее минимальное значение.т 1 П ="т 1 О 1 .(1)25 где Ь щ - минимальный момент груза,Оптимальный режим регулирования приК=1,Центробежный регулятор через первуюконическую передачу 11 кинематическисоединен с двигателем 12, а через .вто- З 5рую коническую передачу - с, машиной 13.двигатель 12 электрически соединенс датчиком 14 минимальной орбиты и сдатчиком 15 максимальной орбиты в цепь.В исходном состоянии массы 4, 5 и 106, 7 попарно примкнуты к валу 1 поддействием балластного груза 10, Непременным условием нормальной работы центробежного регулятора должно быть соотношение энергоемкостей двигателя, машины и самого регулятораЕ= Ес - Е, (2)т,е, энергоемкость регулятора Ер должна в два или более раз превышать энер Огоемкость двигателя Еи энергоемкостьмашины Е,причем двигатель должен обладать тягловой характеристикой (мягкаяпусковая характеристика)1Центробежный регулятор скорости работает следующим образом,При подаче на устройство электрического тока датчик. 14 минимальной орбиты где дгК = - 1Нгде К - коэффициент обратной связи;йг - величина изменения радиуса орбит в диапазоне регулирования;Н - высота подъема баапастного 8 4включает двигатель 12, который начинает врашать через первую коническую пару 1 1 регулятор по стрелке А с плавно нарастающими оборотами участок 0-В кривой 16 (фиг, 3), По достижении угловой скорости заданного параметра стабилизации инерционные массы 4, 5 и 6, 7 начинают расходиться, Начало расхождения указанных масс соответствует минимальному радиусу орбиты г Расхождение масс обусловлено наличием центробежной2ГЭ)где Г 1 - центробежная сила;оз - угловая скорость;Ф=Ю +щ +ГП+ - суммарная масса инерциононных масс 4-7;4 5 ЬГ - радиус промежуточной орбиты,дальнейшее увеличение центробежной сипы Р- и момента количества движения,от действия движуших сил двигателя происходит не за счет увеличения угловой скорости и) а за счет увеличения радиуса г; . По достижении инерционными массами 4-7 максимальной орбиты гпоступа 1 йОет верхний предел стабилизации оборотов точка С (см. кривые 16 и 17), а датчик 15 максимальной орбиты отключает двигатель 12. Момент количества движения для максимальной орбиты равен гмвц.у. (5)ФОХ, 1 Пбхъо - момент количества движения, запасенный регулятором на максимальной орбите;о - угловая скорость;%=1 т 1 +п 1 +Е + суммарная масса инерци ф%Ь7онных масс 4-7у(13)3.13 5 962871 гоах текущее значение радусаорбиты, имеющее максимальное значение.По достижении максимальной орбиты балластный груз 10 поднимается на высо Нту Н, т,е. на регуляторе запасется по 5 тенциальная энергия где О - потенциальная энергия;п- масса балластного груза;Н - высота подъема балластногогруза.В то же время регулятор обладает кинетической энергией, которая равнаЕ=ыСин,пах "мах),где Е- кинетическая энергия регулятора на максимапьной 20орбите;ы - угловая скорость;- момент количества движения, запасенный регулятором на максимальной орбите,Полная энергия, запасенная регулятором дальнейшее вращение машины 13 происходит от центробежного регулятора через вторую коническую пару 11 за счет накопленной полной энергии Е, СтабилизаЭ 5 ция заданного параметра центробежного регулятора на энергетических уровнях списывается уравнением 8 6Известно, что формулу кинетической энергии можно привести к виду где Еи, - кинетическая энергия;Г 2 - центробежная . сила;- текущее значение радиуса орбит,т,е, кинетическую энергию в предлагаемомрегуляторе определяет центробежная сила,Потенциальную же энергию регулятораопределяет ньютонова сила, равнаяП рр 1 1, (11)нгде Ен - Ньютонова сила взаимного притяжения;111 - масса балластного груза 10;011- масса земного шара;Н - расстояние между массой балластного груза и плоскостьюземли,Выразив угловую скорость из (5) длятекущего значения радиуса гш-(12)и сведя уравнения (3), (11) и (12) всистему получаем уравнение, описывающее алгоритм самостабилизации предлагаемого центробежного регулятораКИН 40 Радиус горбит инерционных масс 4-7 уменьшается, а балластный груз 10 опускается, производя работу при неизменной угловой скорости Ш45Как только радиус орбит инерционных масс занимает минимальное значение датчик 14 минимальной орбиты включает двигатель 12 и происходит следующий цикл накачки энергией центробежного ре 50 гулятора, т,е, кинетическая энергия движущих сип двигателя переходит в кинетическую и потенциальную энергию на регулятор в виде увеличения орбиты, занимаемой инерционными массами 4-7 которые в свою очередь поднимают бапласт 55 ный груз 10, однако при этом обороты центробежного регулятора скоростр остаются постоянными. Стабилизация скорости заключается в следующем.Если момент количества движения Ь, запасенный на регуляторе, падает до какого-то значения , за счет совершенной работы, то, согласно уравнению 3,13, заданная угловая скорость и снижает- ся до значения щ,что моментально приводит к уменьшению центробежной силы(см. 1,13), вследствие чего Ньютонова сила Гн взаимного притяжения, воздействуя на коромысла 2, через шатуны 8 и вал 9, от действия балластного груза 10 начинает сводить инерционные массы 4, 5 и 6, 7, т.е. радиус орбиты уменьшается, что,согласно уравнению 3.13, означает увеличение угловой скорости до заданной оТаким обркьом, по мере убывания момента количества движения радиус орбит вращения инерционных масс соответствен 7 96287но убывает. Этот процесс длится до техпор, пока иаерционные массы не займутминимальную орбиту радиуса г, пос ле чего автоматически включается сило.вой привод и начинает происходить аналогичный процесс, только в обратном направлении по цепочке; увеличение момента количества движения приводит к увеличению угловой скорости, что приводитк увеличению центробежной силы, которая щразводит инерционные массы увеличениярадиус орбиты, а увеличение радиуса приводит отклонившуюся угловую скорость кзаданной,Поскольку постоянная времени нарастания движущих сип выбрана намного боль.ше времени саморегулирования регулятора,девиация угловой скорости заданного параметра стабилизации практически отсутствует. эо На фиг. 4 представлены кривые графического решения уравнения (13), Кривая 18 отображает изменение центробежной силы Г,1 от радиуса орбиты г;, кри-вая 19 - изменение Ньютоновой сипы от высоты подъема Н балластного груза, кривая 20 есть результирующая этих двух сил, Потенциальная яма на кривой 20 несет известный в технике смысл, который заключается в том, что из установившегося режима вывести систему можно 8 8лишь в том случае если на это затратить энергию, превосходящую накопленной самой системой.Центробежный регулятор скорости является саморегу лируюшимся механическим узлом с собственной частотой вращения и обладает резонансными свойствами.Форму ла из обре тен ияЦентробежный, регулятор скорости, содержащий вал вращения, инерционные массы с коромыслами, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения точности регулирования, вап врашения выполнен в виде трубки с прорезями, в кото-рых с возможностью перемещения расположены коромысла с инерционными массами, а коромысла установлены в средней части на штифт и соединены .подвижно шатунами с двумя плавающими оппозитными валами, на одном из которых установлен балластный груз.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР% 763861, кл, С 05 З 13/34, 1978,2, Авторское свидетельство СССР позаяке % 28 2847 2/1 8-24кл. 6 05 0 13/1 О, 18,10,79 (прототип).