История развития машин-двигателей. Развитие промышленного электропривода

По мере развития и усложнения производственной техники и необходимости дробления механической энергии паровая машина все более переставала быть универсальным двигателем. Ее функции постепенно и во всевозрастающем объеме переходят к другим, более совершенным и более эффективным машинам-двигателям. Паровая турбина становится двигателем электрогенераторов и крупных морских судов, дизель — двигателем локомотивов, судов, тракторов, экскаваторов; в автомобилях же и самолетах устанавливают легкий и экономичный бензиновый мотор.

В многочисленных рабочих и технологических машинах главным становится электрический двигатель.

Применение в промышленности электропривода вместо паровых машин позволяло концентрировать производство электроэнергии на крупных электрических станциях, что вело к существенному упрощению системы промышленного энергоснабжения и к значительному ее удешевлению.

Электропривод обеспечил широкое развитие разнообразных типов металообрабатывающих станков, подъемных машин, лифтов, конвейеров, мотор-вагонов, погрузочно-разгрузочных машин и многих других видов производственной техники.

В 80—90-х годах основным электрическим двигателем, применявшимся в промышленности, был двигатель постоянного тока.

Основную сферу применения электропривода постоянного тока составляли крупные машинные агрегаты типа прокатных станов, шахтных подъемных машин и некоторые другие виды оборудования.

По мере дальнейшего развития электротехники, позволившего создать экономически выгодную и технически несложную систему трехфазного тока, открывались широкие возможности применения в промышленном производстве асинхронных двигателей переменного тока.

Трехфазные двигатели могли широко использоваться в металлорежущих станках, в горных, строительных и текстильных машинах, в конвейерах, насосах, вентиляторах и т. д.

Простота конструкции асинхронного двигателя, особенно с коротко-замкнутым ротором, позволила устанавливать в цехе или на заводе сотни и тысячи таких двигателей.

Асинхронные двигатели, надежные в эксплуатации, могли изготовляться герметически закрытыми, и, следовательно, их можно было использовать в самых тяжелых условиях: при повышенной влажности, в атмосфере бензиновых паров, различных газов и т. п.

Асинхронные двигатели без повреждений выдерживают значительные кратковременные перегрузки. К концу 90-х годов электромашиностроительные заводы различных стран уже выпускали асинхронные двигатели в большом количестве и в широком диапазоне мощностей.

Внедрение электрического привода играло революционизирующую роль в промышленном производстве. Сначала электродвигатели устанавливали для привода отдельных машин и станков большой мощности. Затем в цехах предприятий стали заменять паровую машину, выполнявшую функции центрального привода, электродвигателем. Так создавался групповой электропривод с многочисленными трансмиссиями в цеху. Это неизбежно создавало повышенную опасность при работе и обусловливало тяжелые производственные условия.

Трансмиссионные передачи представляли собой систему основных и распределительных валов с насаженными на них шкивами, от которых движение с помощью ремней передавалось на шкивы станков. Вся система получала вращение от мощного центрального двигателя, расположенного в цеху или вне цеха.

В дальнейшем в связи с непрерывным ростом числа приводимых от одного двигателя рабочих машин энергию центральной двигательной установки начали рассредоточивать на несколько двигателей, размещенных в здании цеха. Единую трансмиссию делили на участки, обслуживавшие отдельные группы; такая групповая трансмиссия позволяла с большей гибкостью и надежностью управлять станками. Характерным примером группового электропривода может служить один из цехов Сестрорецкого оружейного завода, где в 1911 г. все металлорежущие станки были объединены в группы, каждая из которых предназначалась для одного вида работ и приводилась в действие общим электродвигателем через единый вал.

Лобовой токарный станок с приводом от электродвигателя (Франция, конец XIX в.)

Совершенствование промышленных электродвигателей обусловило целесообразность применения для привода станков одиночного, или индивидуального, электропривода. Такой привод, соединенный лишь с одним станком, освобождает цехи промышленных предприятии от многочисленных трансмиссий, уменьшает холостые ходы машин, намного сокращает непроизводительные потери энергии.

Индивидуальный электропривод позволяет каждому отдельному исполнительному механизму работать при наивыгоднейших скоростях; он дает возможность значительно ускорить процессы пуска и изменения направления вращения.

Эволюция радиалъно-сверлилъных станков на различных этапах развития электропривода а — групповой привод с трансмиссионными передачами; б, е, г — индивидуальный привод с различной конструктивной компоновкой; д — многодвигательный привод

Индивидуальный электропривод существенно повлиял и на конструкцию самих рабочих машин. Слияние приводного двигателя с исполнительным механизмом получалось иногда настолько тесным, что конструктивно они представляли собой единое целое.

Наиболее гармоничная конструктивная связь электропривода со станком осуществлялась при использовании фланцевых электродвигателей, которые выпускались в горизонтальном и вертикальном исполнении и могли непосредственно присоединяться к механизмам станков без промежуточных ременных передач.

Фланцевые двигатели получили применение прежде всего для привода высокоскоростных шпинделей сверлильных, расточных, шлифовальных, полировальных и деревообрабатывающих станков.

Эффективным оказалось использование в качестве индивидуального привода встроенных электродвигателей и особенно двигателей с изменяемым числом оборотов (регулируемый привод). При электрическом или электромеханическом регулировании скорости создаются возможности значительного упрощения кинематической схемы металлорежущих станков.

В начале XX в. преимущества использования индивидуального электропривода в различных отраслях производства, особенно в машиностроении, были доказаны. Такой привод на базе трехфазного тока получил широкое применение в промышленности. Этому способствовало и то, что электромашиностроительные предприятия освоили выпуск крупных серий асинхронных двигателей сравнительно небольшой мощности, предназначенных для металлорежущих станков, а также для ткацких, прядильных, полиграфических, деревообрабатывающих и других машин. Трехфазные электродвигатели очень быстро стали проникать не только на механические, но и на цементные и кирпичные заводы, на текстильные и бумажные фабрики, в рудники и шахты.

Развитие индивидуального электропривода рабочих машин привело к еще более совершенной системе — многодвигательному электроприводу. В этом случае уже не только сама машина, но каждый исполнительный механизм единой машины приводится в движение отдельным электродвигателем.

Например, в металлорежущем станке один двигатель приводит во вращение шпиндель, другой обеспечивает подъем или опускание рабочего органа, третий — поворот и т. д. Такой привод обычно снабжен развитой системой регулирования и автоматики.

В первых десятилетиях XX в. многодвигательный привод был осуществлен прежде всего в радиально-сверлильных и шлифовальных станках. Так, в станке для шлифовки шеек вагонных осей устанавливали шесть двигателей: два из них вращали шлифовальные круги, два обеспечивали подачу кругов в процессе обработки, один вращал обрабатываемую деталь и один приводил в действие насос и гидравлический домкрат.

Впоследствии многодвигательный электропривод, обеспечивающий автоматическое выполнение технологических операций и согласование отдельных движений, получил большое распространение в станкостроении. Вследствие сокращения вспомогательных операций, более точного и плавного регулирования скорости существенно повысилась производительность станков, облегчился труд рабочих, улучшилось качество изделий.

Существенные преимущества многодвигательного привода стимулировали его использование в горных, металлургических, текстильных, полиграфических и многих других машинах.

Шухардин С. В. "Техника в ее историческом развитии"