Lab. 2 (ćw. 12)

1. Wymienić główne źródła strat mocy w obrabiarce.

Głównymi źródłami strat mocy w obrabiarkach są ogniwa występujące na drodze od źródła napędu do zespołu wykonawczego - wrzeciona. Są to najczęściej zespoły występujące w niemal każdej obrabiarce, a mianowicie: silnik, przekładnie pasowe i zębate, sprzęgła i hamulce, łożyska oraz wszystkie elementy wirujące. W przypadku innych obrabiarek mogą to być na przykład mechanizmy korbowe (dłutownice), jarzmowe (strugarki) oraz zespoły występujące najczęściej w napędzie posuwu: śruba-nakrętka, koło zębate-zębatka, prowadnice itp. Ponadto pobierana z sieci moc jest zużywana na napęd zespołów pomocniczych, takich jak pompa oleju, pompa chłodziwa, transporter wiórów, magazyn narzędziowy, urządzenia do automatycznej wymiany narzędzi, zmieniacz palet, a także na oświetlenie miejsca pracy, napęd ruchu posuwowego i ruchów pomocniczych (np. obrót głowicy narzędziowej), zasilanie układu sterowania, podświetlenie elementów obsługi itd.

1. Przyczyny występowania strat mocy w silnikach asynchronicznych. Sprawność silnika.

Przede wszystkim straty w uzwojeniu stojana (straty w miedzi) i wirnika (straty w żelazie) oraz straty mechaniczne w ułożyskowaniu wirnika i napędzie wentylatora chłodzącego silnik. Sprawność silnika asynchronicznego zmienia

się wraz ze współczynnikiem „k” jego obciążenia. Przez współczynnik ten rozumie się stosunek mocy rzeczywistej Nrz, pobieranej z wału silnika do jego mocy znamionowej Nzn.

1. Przyczyny strat mocy w bocznikowych silnikach prądu stałego.

W przypadku bocznikowych silników prądu stałego straty składają się z czterech części.

ΔPc = ΔPm + ΔPFe + ΔPf + ΔPobc (2),

gdzie: - ΔPm - straty mechaniczne,

- ΔPFe - straty w żelazie,

- ΔPf - straty wzbudzenia,

- ΔPobc - straty od obciążenia.

Suma strat mechanicznych (ΔPm) i strat w żelazie (ΔPFe) nazywa się stratami bez obciążenia. Dochodzą do tego, pominięte we wzorze (2), straty dielektryczne i inne, niezależne od prądu obciążenia, ale są one niewielkie. Straty mechaniczne są spowodowane tarciem w łożyskach, tarciem szczotek o komutator, tarciem wirnika o powietrze oraz stratami wentylacyjnymi. Straty w żelazie są sumą strat na histerezę magnetyczną i na prądy wirowe. Są one proporcjonalne do kwadratu indukcji magnetycznej „B”. Wreszcie straty wzbudzenia są proporcjonalne do iloczynu rezystancji w obwodzie wzbudzenia i do kwadratu prądu wzbudzenia.

1. Dlaczego w przekładniach pasowych występują straty mocy?

W przekładniach pasowych występują straty mocy spowodowane głównie przeginaniem pasów na kołach pasowych, histerezą odkształceń materiału pasa, a w przypadku przekładni o sprzężeniu ciernym (z pasem klinowym i z pasem płaskim) także wskutek nieuniknionego poślizgu pasów. Ponadto wpływ na wartość traconej mocy mają inne cechy geometryczne np. kąt opasania koła, własności mechaniczne stosowanych pasów oraz właściwy montaż przekładni.

1. Przyczyny strat mocy w przekładniach zębatych.

Przyczyną występowania strat mocy w przekładniach zębatych są poślizgi międzyzębne, praca odkształceń bocznych powierzchni zębów oraz straty hydrodynamiczne wynikające z obecności czynnika smarującego. Ich wartość zależy od współczynnika tarcia materiału kół, chropowatości powierzchni zębów, lepkości czynnika smarującego, ilości i sposobu podawania go do zazębienia, prędkości obwodowej kół, szerokości wieńca, przełożenia, stopnia pokrycia,

prędkości poślizgu oraz od rodzaju przekładni. Ważnym czynnikiem jest tu również rodzaj i właściwy montaż przekładni zębatej.

1. Przyczyny strat mocy w elektromagnetycznych sprzęgłach wielopłytkowych.

W przypadku elektromagnetycznych sprzęgieł wielopłytkowych występuje zjawisko magnetyzmu szczątkowego. W pracy sprzęgła objawia się ono tym, że pomimo wyłączenia dopływu prądu do cewki elektromagnesu płytki są dalej dociskane do siebie w wyniku magnetycznej histerezy materiału sprzęgła. Często w takich przypadkach (sprzęgłowe nawrotnice w obrabiarkach) część zewnętrzna i wewnętrzna sprzęgła muszą obracać się w przeciwnych kierunkach, co zwiększa ilość traconej w nich mocy. Szczególny wpływ na wartość mocy traconej w sprzęgłach wielopłytkowych, pracujących bez obciążenia, ma ilość oleju i sposób jego doprowadzania do sprzęgieł. Unikać należy odśrodkowego smarowania sprzęgieł.

1. Źródła strat mocy w łożyskach tocznych.

Straty mocy w łożyskach tocznych są wynikiem tarcia tocznego i ślizgowego elementów tocznych o bieżnie i o koszyk oraz tarcia hydrodynamicznego. O wartości strat mocy w łożysku rozstrzyga jego konstrukcja, wielkość, prędkość obrotowa, obciążenie, ilość i lepkość czynnika smarującego.

1. Co obrazuje bilans energetyczny (wykres Sankey’a) napędu obrabiarki.

Wykres pokazuje ilościowy i procentowy rozpływ mocy pobieranej z sieci przez silnik na poszczególne ogniwa napędu maszyny przy pracy bez jej obciążenia. Na szczególną uwagę zasługuje znaczny, bo wynoszący prawie 50%, pobór mocy przez łożyska wrzecionowe.

1. Jak należy przygotować obrabiarkę do pomiaru strat mocy i sprawności?

Pomiary powinno prowadzić się na obrabiarce całkowicie zmontowanej, ustawionej w sposób trwały na podłożu, podłączonej do sieci i mającej odpowiednie zapasy smarów w miejscach podlegających smarowaniu. Na wrzecionie należy pozostawić tylko wyposażenie zamocowane na nim na stałe.

1. Zasada pomiaru mocy pobieranej przez silnik asynchroniczny. Przyrządy, połączenie cewek.

Do pomiaru mocy pobieranej przez silnik asynchroniczny, zarówno przy obciążeniu wrzeciona obrabiarki, jak i przy pracy bez obciążenia stosuje się jeden, dwa (układ Aron’a) lub trzy watomierze. Przy stosowaniu jednego watomierza zakłada się równomierne obciążenie wszystkich faz, mierzy się wtedy moc pobieraną z jednej z faz a uzyskany wynik należy pomnożyć przez 3.

1. Co to są straty mocy układu napędowego przy pracy bez obciążenia obrabiarki?

Straty mocy napędu ruchu głównego przy pracy obrabiarki bez obciążenia są równe mocy pobieranej z sieci przez silnik napędu ruchu głównego, gdy obrabiarka nie wykonuje żadnej pracy użytecznej. Z definicji tej korzysta się przy wyznaczaniu strat mocy napędu bez obciążenia.

1. Dlaczego zależność ΔN=f(n) na przebieg nie monotoniczny?

1. Jak wyznacza się ogólną sprawność obrabiarki?

Ogólną sprawność łańcucha napędu wrzeciona definiuje się jako stosunek mocy efektywnej, niezbędnej do wykonania pracy skrawania, do mocy elektrycznej, pobieranej przez silnik z sieci. Ponieważ moc posuwu jest najczęściej ułamkiem procenta mocy ruchu głównego przyjmuje się za moc efektywną - moc ruchu głównego, odbieraną z wrzeciona. Dla obciążenia obrabiarki mocą efektywną i zmierzenia wartości tej mocy obciąża się wrzeciono momentem hamującym, wywieranym przez hamulec oraz mierzy się prędkość obrotową wrzeciona.