где,  потери энергии, обусловленные по­стоянными потерями мощности, потери энергии, обусловленные переменными потерями мощности.[1]
Потери энергии  легко можно найти в том случае, когда по­стоянные потери мощности К не изменяются за время переходного процесса, т.е.

;       (2)

Потери энергии выражающие переменные потери мощности через ток и сопротив­ление можно определить по формуле

        (3)

Использование выражения (3) для определения  во мно­гих случаях оказывается затруднительным из-за того, что при этом необходимо знать закон изменения тока двигателя в переходном процессе i(t), а также располагать данными об изменении сопро­тивления R. Так как часто зависимость не выражается аналити­чески, а в переходных процессах R изменяется, то точное вычисле­ние интеграла (3) оказывается затруднительным. Более удобные расчетные соотношения для определения потерь энергии в переходных процессах получаются в том случае, если переменные потери мощности выражаются через механические пере­менные и параметры.[1]
Потери энергии при работе ЭП без нагрузки (М_с = 0). Потери мощ­ности в якоре ДПТ и роторе АД определяются по одной формуле (1) и поэтому переменные потери энергии в этих частях двигате­лей также определяются идентично:

       (4)

где,  - скольжение или относительная скорость двигателей.

Исключим из (4) время как переменную, воспользовавшись для этого уравнением механического движения, при получим

       (5)

Заменим в (4) dt и изменив одновременно пре­делы интегрирования, получим

       (6)
Полученное выражение (6) удобно для определения потерь энергии, так как при его использовании не требуется знать зависи­мость изменения координат ЭП во времени, а необходимо лишь иметь значения 
Определим потери энергии в яко­ре ДПТ и роторе АД при их пуске, реверсе и торможении вхолостую. При пуске двигателей


поэтому в соответствии с чем

         (7)

Интересно отметить, что в соответствии с (7) численно поте­ри энергии равны кинетической энергии, которая будет запасена к концу пуска в движущихся механических частях ЭП.[2]
Пои динамическом торможении потери энергии, поскольку 
также определяются выражением (7), т.е.

В этом режиме весь запас кинетической энергии в ЭП превращается в потери энергии, выделяемые в виде тепла.
При торможении противовключением s_нач = 2, s_кон = 1, а потери энергии

       (8)

т.е. они равны тройному запасу кинетической энергии ЭП. Следо­вательно, потери энергии при торможении противовключением су­щественно (в 3 раза) превышают потери при динамическом тормо­жении.
При реверсе s_m4 = 2, s_koh = 0 и потери энергии

        (9)

т.е. они равны сумме потерь при торможении противовключением и пуске.
Для определения полных переменных потерь энергии в АД не­обходимо найти еще потери в цепи статора. Для этого воспользу­емся выражением (8.12), из которого следует, что

       (10)

Тогда полные потери энергии в АД

       (11)

Отметим, что потери энергии в роторе АД не зависят от его со­противления, в то время как потери в статоре АД обратно пропор­циональны его сопротивлению.
Потери энергии в системе «преобразователь – двигатель». Поло­жительным свойством системы П-Д является возможность суще­ственного сокращения потерь энергии в переходных процессах. Это достигается путем плавного изменения в переходных процессах с помощью управляемого выпрямителя напряжения для ДПТ и с по­мощью преобразователя частоты – частоты напряжения для АД, в результате чего происходит постепенное изменение и задаваемой ими скорости идеального холостого хода двигателей. При этом раз­ность между скоростью холостого хода и скоростью якоря или ротора оказы­вается меньшей, чем при скачкообразном изменении напряжения или частоты, что и ведет к сокращению потерь в двигателе. В пре­деле, когда М_с = 0 и скорость щ₀ изменяется бесконечно медленно, отдаваемая источником энергия идет только на сообщение двига­телю кинетической энергии, а потери ее отсутствуют.
Уменьшение потерь электроэнергии в переходных процессах имеет важное значение, поскольку позволяет улучшить энергети­ческие показатели работы ЭП. Различают два основных способа снижения потерь электроэнергии в переходных процессах: уменьшение момента инерции ЭП J и регулирование в переходных процессах скорости идеального холостого хода двига­телей щ₀.
Уменьшение момента инерции ЭП возможно за счет снижения мо­мента инерции применяемых электродвигателей, т. е. за счет исполь­зования малоинерционных двигателей, имеющих пониженный мо­мент инерции якоря (двигатели с повышенным отношением длины якоря к его диаметру, с полым или дисковым якорем); рациональ­ного конструирования механической передачи (выбора оптималь­ного передаточного числа редуктора, рациональных размеров и форм элементов механической передачи); замены одного двигате­ля двумя, имеющими его половинную номинальную мощность. Рас­четы показывают, что суммарный момент инерции двух двигате­лей половинной мощности оказывается меньше момента инерции одного двигателя полной мощности. Например, два двигателя типа 4АН200 мощностью по 45 кВт имеют суммарный момент инерции 2-1,38 = 2,76 кгм². Двигатель 4АН250 мощностью 90 кВт, рассчи­танный на ту же скорость, имеет момент инерции 3,53 кг-м², т.е. почти на 30% больше.[3]
Регулирование скорости идеального холостого хода двигателей по­стоянного тока обеспечивается изменением напряжения на якоре в системе «управляемый выпрямитель – двигатель», а АД – измене­нием частоты питающего напряжения в системе «преобразователь частоты – АД» или числа пар полю­сов в многоскоростном АД. Остано­вимся на снижении потерь в ЭП с многоскоростным АД.

В качестве примера рассчитаем по­тери электроэнергии в роторе двухскоростного АД при разбеге его до высо­кой скорости (характеристика 1) и тор­можении с высокой скорости при от­сутствии нагрузки с помощью механи­ческих характеристик, приведенных на рис.1.
Пуск АД возможен двумя спосо­бами: включением обмотки статора сразу на число пар полюсов р_х (пря­мой пуск, характеристика 1) или включением обмотки статора сна­чала на число пар полюсов р₂ = 2р_х (характеристика 2), а затем пере­ключением обмотки статора на число пар полюсов р_х(ступенчатый пуск).
Потери энергии в роторе АД при прямом пуске (характерис­тике 1)

;

Потери энергии при ступенчатом пуске при разбеге АД по харак­теристике 2 (первая ступень пуска)

а при разбеге АД по характеристике 1 (вторая ступень пуска)

Суммарные потери при ступенчатом пуске

Сопоставление показывает, что при ступенчатом пуске произош­ло снижение потерь электроэнергии в два раза по сравнению с пря­мым пуском. Таким образом, за счет изменения в переходном про­цессе скорости холостого хода происходит снижение потерь энер­гии в роторе, которое определяет снижение потерь в статоре и пол­ных потерь в АД. В общем случае, если скорость идеального холостого хода в пере­ходном процессе имеет n ступеней регулирования, потери энергии в роторе уменьшатся в n pаз 
Сокращаются потери в многоскоростном АД и при ступенча­том торможении с высокой скорости. При торможении противо­включением в одну ступень двигатель с характеристики 4 перехо­дит на работу по характеристике 3, соответствующей тому же чис­лу пар полюсов двигателя p_v но при измененном порядке чередова­ния фаз напряжения на статоре. Потери энергии в роторе за время торможения до нулевой скорости

При ступенчатом торможении путем изменения числа пар по­люсов с р_х на р₂ = 2р_х АД сначала переходит на работу по характе­ристике 2, при которой он тормозится до скорости со₀₂ с отдачей энергии в сеть. Потери энергии на этом этапе (при s = -1, s = 0)

На следующем этапе путем изменения чередования фаз при том же числе пар полюсов осуществляется торможение противовклю­чением (характеристика 4), потери при котором (при s_нач= 2, s_кон= 1)

Суммарные потери при ступенчатом торможении

Таким образом при ступенчатом торможении потери сокращаются вдвое. Анализ показывает, что потери мощности и энергии в электроприводах можно снизить путём применения оптимальных способов пуска, торможения и реверса для конкретного типа ЭП.[2]

По комплексу физико-механических свойств, для разработки композиционных полимерных покрытий были выбраны следующие полимеры:     эпоксидная смола ЭД-16, полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), пенто пласт (ПНП), полиамид, поливинилбутираль, полипропилен.

Кристаллический полиэтилен высокой плотности обладают достаточно высокими свойствами, имеют низкую стоимость и обеспечены сырьевой базой.

Для отверждения эпоксидного ЭД-16 олигомера использовали отвердители, широко применяемые в промышленности, такие как полиэтиленполиамид (ПЭПА) и малеиновый ангидрид (МА). Эти отвердители позволяют получать покрытия холодной и горячей сушкой, что важно для практического их использования в деталях для хлопкоуборочной и хлопкоочистительной техники.

Все выбранные полимеры имеют хорошие физико-механические свойства.Как указано выше, введение наполнителей в полимер позволяет целенаправленно изменять физико-химические и эксплуатационные свойства получаемого композиционного покрытия. Известно, что наполнители изменяют свойства полимера и в объеме и в слое, примыкающем к поверхности наполнителя. В результате адсорбционного взаимодействия полимера с поверхностьюнаполнителя и изменения молекулярной подвижности в граничном слое, а также из-за влияния поверхности на формирование молекул при реакциях отверждения химическая и структурная неоднородность композиционного материала увеличиваются. Изменение структуры наполненных полимеров вызывает изменение физико-механических свойств.

В качестве наполнителей применяют широкий круг природных и искусственных материалов. По своему действию наполнители разделяют на активные, инертные и занимающие промежуточное положение.

Введение активных наполнителей значительно улучшает свойства полимера и покрытий на их основе. Вторые две группы применяют, в основном, для снижения стоимости покрытия без ухудшения его качества. Такое разделение наполнителей условно, так как и активность, и инертность зависят, во – первых, от химической природы полимера, и, во – вторых, определяются тем, какое свойство наполненного полимерного покрытия является наиболее функционально важным. Возможно, что улучшая одно из них, наполнитель может не оказывать влияние на другое. Так, введение талька и вермикулита увеличивает, в основном, коэффициент потерь полимера; введение барита, слюдяной муки, каолина и асбеста увеличивает динамический модуль упругости, а введение чешуйчатого графита – и коэффициента потерь и модуль упругости [68, 78, 79, 89-92].

Кроме того, необходимо учитывать, что вибропоглощающие покрытия также работают на трение и износ при контакте с хлопком.

Для улучшения динамических и антифрикционных свойств и износостойкости композиционных полимерных покрытий в основной состав (ОС) – полимерное связующее вводится наполнители различной природы:

а) неорганические наполнители (железный и медный порошки, алюминиевая пудра, оксид железа и меди);

б) минеральные (графит, тальк, каолин, слюдяная мука, асбест, маршалит, цемент, сажа);

Указанные наполнители отличаются и по структуре: зернистые и порошковые (металлы и их окислы), пластинчатые (графит, слюда, тальк, каолин), волокнистые (асбест, стеклянные волокна).

Выбор в качестве наполнителей железного порошка и окислов железа был обусловлен тем, что для повышения свойств покрытий нами использована обработка в магнитном поле. Очевидно, что эффективность такой обработки связана с магнитными свойствами наполнителя в композиционном полимерном покрытии.

При выборе пластификаторов мы учитывали, что целесообразно, чтобы выбро поглощающие полимеры для покрытий имели температуру стеклования, близкую к температуре эксплуатации покрываемых изделий. Для снижения температуры стеклования вибропоглощающих полимерных материалов рекомендуется применять пластификаторы. С повышением содержания пластификатора увеличивается коэффициент механических потерь вплоть до предела совместимости полимеров с пластификатором, а модуль потерь при этом проходит через максимум. Введение пластификатора в полимерную композицию смещает максимум модуля потерь в сторону увеличения содержания наполнителя.

Очевидно, что применение не пластифицированных эпоксидных и фурано–эпоксидных композиций не целесообразно из–за высокой температуры стеклования. Поэтому, с учетом дефицитности, стоимости, токсичности для пластификации эпоксидных и фурано–эпоксидных композиций был выбран дибутильфталат. Поскольку из литературы неизвестно влияние содержания пластификатора на износостойкость и антифрикционные свойства полимерных покрытий, работающих в контакте с хлопком сырцом, то содержание пластификатора варьировалось нами от 0 до 40 масса ч.

При выборе подложек мы исходили из того, что наиболее распространенным материалом является сталь. В отдельных случаях применяют алюминий и медь. Для контрольных опытов применяли стекло. Таким образом, в качестве подложек в экспериментах использовали сталь Ст.3, алюминий, медь и стекло.

Таблица 1.1. Характеристика исследованных подложек

Примечание: ФМ – ферромагнетик, ПМ – парамагнетик, ДМ – диамагнетик.

Все объекты, выбранные при исследовании свойств композиционных полимерных покрытий для машин и механизмов уборки и переработки хлопка – сырца, приведены в табл. 1.1 – 1.2.

Для исследования полимерных покрытий, работающих в условиях трения, в качестве контр–тела использовали хлопок–сырец 1 сорта, сорта 108-Ф и Ташкент-1 ручного и машинного сбора с влажностью от 7 до 50 % и засоренностью, соответственно, от 1-3 до 20-25 %. Эти сорта наиболее типичны в настоящее время для хлопкосеющих республик. Процент влажности и засоренности хлопка наиболее характерен для работы заготовительной сети хлопкоочистительной промышленности.

Таблица 1.2. Материалы объекта исследования

1.2. Методики получения композиционных полимерных покрытий

Технология получения покрытий на поверхности образцов–подложек выбирали в зависимости от агрегатного состояния полимеров и композиций.

Для нанесения порошковых полимеров и композиций применялся вибро–вихревой (рис. 1.1) и электростатический (рис. 1.2) методы напыления, так как они позволяют получать равномерную толщину покрытия по высоте и ширине напыляемого изделия, покрытия с большей толщиной и хорошей сплошностью.

Сущность выбро–вихревого способа напыления заключается в том, что псевдоожижение достигается за счет совместного и одновременного воздействия на порошкообразную пластмассу сжатого воздуха или газа и вибрации. При этом мелкодисперсный полимерный порошок засыпается в аппарат и под действием восходящего потока газа, подаваемого через пористую перегородку под давлением, и вибрации переходит в псевдоожиженное состояние. Затем предварительно обработанную и нагретую деталь опускают в псевдоожиженный слой. Порошок оседает на поверхности детали, расплавляется на ней и растекается, образуя ровное покрытие. Этот метод позволяет использовать полимерные порошки различного гранулометрического состава, а также комкающиеся и плохосыпучие полимерные порошки (рис. 1.1). Полонии принцип работы приведены в литературе.

Рис.1.1. Установка вибро – вихревого напыления

Сущность напыления в псевдоожиженном слое потока при воздействии электростатического поля заключается в том, что холодное изделие погружают в слой порошка, находящегося под воздействием коронного разряда электрического поля высокого напряжения. Частицы полимера заряжаются и под действием электростатических сил равномерно оседают на деталь. После чего деталь перемещается в оплавительную печь, где полимер оплавляется, образуя на поверхности детали равномерное покрытие (рис. 1.2).

Масса осевшего на поверхности детали порошка увеличивается пропорционально напряжению и времени нанесения.Полонии принцип работы приведены в литературе [2].

Рис.1.2. Установка для напыления в облаке заряженных частиц

В табл. 1.3 приведены оптимальные режимы получения покрытий из порошковых полимеров, выбранные опытным путем. Время выдержки образца в кипящем слое порошка выбиралось в зависимости от толщины покрытия.

Технология нанесения покрытий из жидких композиций была совершенно другой. Жидкие композиции наносили на предварительно очищенную и обезжиренную поверхность образцов при помощи шпателя и кисти, методом окунания или облива.

Полимерная композиция на основе фурано–эпоксидных олигомеров готовилась следующим образом: в 100 масса ч. смолы ФАЭД-20 вначале вводили пластификатор ДБФ в определенном количестве, при тщательном перемешивании механической пропеллерной мешалкой добавляли наполнитель в заданном количестве, затем снова тщательно перемешивали. С целью удаления воздушных включений композицию выдерживали в термическом шкафе при 313-323 К в течение 30-40 мин. Затем, при перемешивании, в композицию вводили отвердитель ПЭПА.

Подготовленную композицию наносили на поверхность образцов. Покрытие получалось с толщиной 100-200 мкм.

Таблица 1.3. Режимы получения покрытий из порошковых полимеров 

Для получения более толстого слоя (300-400 мкм) композицию наносили через 4-5 часов после приготовления, так как при этом вязкость композиции увеличивалась. При высоких степенях наполнения получали покрытия толщиной 0,3-1,0 мм. Так как отверждение нанесенного покрытия при комнатной температуре происходит медленно (4-5 суток), применяли метод горячего отверждения (при 393-413 К в течение 60 мин), охлаждение производили на воздухе при комнатной температуре.