В ряде исполнительных механизмов требуется строго синхронное вращение двух или более осей или же поддержка постоянства соотношения скоростей. При большой удаленности звеньев, для которых должно быть обеспечено равенство угловых перемещений или скоростей, соединение их посредством различного рода механических передач, как правило, не является рациональным в силу их сложности и высокой стоимости. Для упрощения кинематики рабочего механизма бывает целесообразно установка отдельных электродвигателей для каждого рабочего органа и использование системы синхронного вращения, которую называют также «электрическим валом». Использование синхронных машин для привода отдельных звеньев машины не решает задачи, так как на ряду с синхронностью хода иногда возникает необходимость синхронного вращения и в переходных режимах – при пуске и торможении электрической машины.
В каких отраслях применимы системы синхронного вращения электрических машин?
В системе синхронного вращения обеспечивается не только синхронность вращения, но и синфазность положения вращающихся элементов. Однако требования в отношении допустимого расхождения углов поворота осей электродвигателей, как правило, весьма невелики. Обычно лишь ставится требование сохранения устойчивой работы при максимально возможных нагрузках, особенно при пиковом ее характере, и в связи с этим предельный угол расхождения осей ограничивается значением 20 – 30 электрических градусов.
С необходимостью обеспечения синхронности вращения мы встречаемся в механизмах целого ряда отраслей промышленности и прежде всего – в механизмах гидротехнических сооружений; затворах, воротах шлюзов, разводных мостах и так далее.
Значительность пролета, перекрываемого затвором или щитом, а в случае шлюза также сложность прокладки соединительного вала, как в подводной, так и надводной части камеры, делает затруднительным применение однодвигательного привода. Между тем для устранения возможности возникновения перекосов и появления больших механических напряжений в конструкции затвора необходимы строго одинаковые перемещения обеих сторон щита. Поэтому, как правило, устанавливаются самостоятельные электродвигатели на каждой лебедке и используется система синхронного вращения.
Система синхронного вращения необходима для механизмов вертикально-подъемных мостов, в которых пролетное строение поднимается двумя или четырьмя лебедками, установленными на двух башнях, расположенных по обе стороны пролета. Часто синхронное вращение должно иметь место с целью обеспечения правильности закрывания замкового устройства.
В металлургической промышленности системы электрического вала применяются в летучих ножницах, в электроприводе подачи тележек в печь для отжига, если для транспортировки больших листов стали одновременно должны подаваться несколько тележек.
В области подъемно – транспортных механизмов электрический вал используется для привода моста в портальных кранах с большими расстояниями между опорами, в транспортерах с многодвигательным электроприводом.
Также электрический вал начал внедряться в практику металлорежущих станков взамен ходовых винтов и валов. В крупных станках с большим расстоянием между центрами электрический вал обеспечивает большую точность токарно-винторезных работ и требует меньших затрат, чем механическая система связи между суппортом и шпинделем.
Электрический вал также используется в электроприводе ротационных машин полиграфической промышленности, чесальных машин текстильной промышленности при работе их в непрерывном потоке, в электроприводе цепных решеток хлебопекарных печей и в ряде других случаев, где необходимо обеспечение синхронного вращения осей.
Синхронное вращение электрических машин может быть целесообразным в приводе судовых гребных винтов. При сохранении относительного расположения винтов неизменным вибрации судна уменьшаются. Системы синхронного вращения используются также в приводе слипов – сооружений для спуска судов.
Разновидности систем синхронного вращения или электрического вала
Существующие системы электрического вала можно разбить на две основные группы:
- Системы со вспомогательными уравнительными машинами;
- Системы, в которых синхронная связь осуществлена между основными приводными электродвигателями;
В системах со вспомогательными уравнительными машинами в качестве последних чаще всего используют асинхронные машины с фазным ротором. Применение синхронных машин здесь нецелесообразно, так как это связано не только с большими затратами, но и не обеспечивает синхронной связи при малых скоростях и в положении покоя.
Как упоминалось выше, в большинстве случаев система электрического вала используется для обеспечения синхронности хода двух или более электрических машин, приводящих во вращение различные механически друг с другом не связанные звенья одной рабочей машины. При этом электрический вал способствует выравниванию режимов работы приводных электродвигателей путем передачи энергии с вала одного менее нагруженного приводного электродвигателя на вал другого, более загруженного. Такого рода электрический вал называют уравнительным.
В некоторых случаях на одной из двух осей рабочей машины приводной электродвигатель может вовсе отсутствовать, и вращение ее осуществляется посредством машины системы электрического вала. При этом вся энергия на эту ось поступает через электрический вал, который поэтому может быть назван «рабочим электрическим валом». Такого рода система используется в токарных станках для передачи движения от шпинделя к суппорту.
