автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Исследование и совершенствование системы загрузки измельчителя виноградной лозы

Г- Г б С.!

Аграрный Университет Молдовы

на правах рукописи УЛК 621.323.313.088.8.

Житирь Николай Д.мнгрненич

Псследошшис и соиершенс гвоииипе сисгемы зшрузки измельчители шшогрлдпон лозы

Специальность (15.2(1.(11 -мехишгшши сельскою .ошкши Специальность 05.20.02 - злектрифнкииил сельскою хо.лшсша

Аиторгфграт

диссертации на соискание ученной с I сиена док юра гсхшшеекых ииук

К'пшнпсн* 1996

Работа выполнена на кафедре "Электруиехриикя" Технического Университета Молдовы

Научные руководители: - доктор универентар технических наук, профессор Н.Н.Тодос. доктор технических наук А.Я. Иванченко.

официальные оппоненты:

доктор хлбютггат технических паук, пр> фсссор В.М. ПобедннскиА,

доктор хабнлитаттехническихнаук, профессор Г. Р. Носов Д ¡^¡УСЧ\ доктор наук конференшшр В.М. Кнрняк.

Ведущие предприятия: ПО " Агромашнна".

Зашита диссертации состоится " " 1997 г. в часов на зг.седанни

специализированного Совета ДН 05.92.22 в Государственном Аграрпом Университете Молдовы но адресу: 2049, г.- Кишинев, ул. Мнрчеит.,44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеках ТУ и ГАУ Молдовы. Автореферат разослан" " 199С {г.

Ученый секретарь Специализированного Совета

доктор технических наук В.М. Бумаков.

Примечание: Согласно решению ВАК Республики Молдова, степень доктор наук соответствует степени кандидата наук, доктора хабипитат - степени доктора наук.

Общая характеристика.

Актуальность темы. В последнее время созданию безотходной технологий и использованию вторичного растительного сырья, не требующих привлечения дополнительных капитальных вложений, уделяется большое внимание. Многочисленные работы, как в нашей стране, та и эа рубежом, посвящены разработке механизированных средств для осуществления технологии подбора и измельчения виноградной лозы. Однако, нет промышленных образцов механизмов для переработан! 1ру5остебельных материалов и в частности, обрезков виноградной лозы, в разрабатываемых системах машин и механизмов не учитывается технология производства основной сельскохозяйственной культуры и физико-мехакнческие свойства вторичного материала.

Наиболее сложной и менее разработанной системой в мобильных технологических агрегатах ( МТА) по производству сырья из виноградной лозы является система загрузки измельчителя лозой.

В известных многочисленных конструкторских разработках в основном используются механические и гидравлические привода к рабочим органам МТА, что, в известной степени, ограничивает возможность оптимизации конструкции агрегата в целом. С другой стороны, широко используя промышленные автоматизированные системы электропривода и принцип модульного построения структуры агрегата, можно обеспечить оптимальное движение механической системе и рабочим органам, какой является предлагаемая система дозировалной загрузи; измельчителя.

Промышленность выпускает электрифицированные МТЛ. на пример, для поливного земледелия или полностью электрифицированныг лгрст,иы, работающие яа зерновых и семеочистнтельных токах. Но промышленных разработок манит и, тем более, электрифицированных зхрегатоя для подбора и измельчения виноградной лозы до настоящего времени нет.

В связи с этим возникла необходимость обоснования структуры полевого агрегата н исследования технологического процесса работы системы дозированной подачи лозы к измельчителю.

Цель работы. Обоснование наиболее оптимальных конструктивно-кинематических и режимных параметров систем и получение данных, которые могли бы бьггь использованы при проектировании и расчете этих систем. Задачи ч исследования:

Обоснование и разработка кинематической схемы механической части злектромеханического регулятора загрузки;

теоретические и экспериментальные исследования к обоснованию и оптимизации конструктивных параметров и технологических режимов работы электромеханического регулятора загрузки измельчителя;

проведение теоретических и экспериментальных исследован™ приводных характеристик рабочих органов устройства дозированной подачи;

определение оптимального закона регулирования и управления механизмом дозированной подачи:

обоснование экономической эффективности модернизации системы загрузки измельчителя в новой технологии производства сырья из виноградной позы.

Предмет исследования. Технологический процесс дозированной подачи виноградной лозы в измельчитель, осуществляемый электромеханическим регулятором системы загрузки.

Методы исследования. Теоретические исследования в работе выполнены с использованием методов физического и математического моделирования элек-

тромеханических процессов в статике и динамике движения рабочих, органов с построением модели ПФЭ. Теоретические положения проверялись по результатам лабораторных и полевых испытаний макетов и МТА-ов.

Научная новизна.

1. Оптимизирована механическая часть привода рабочих органов устройств дозированной подачи лозы к измельчителю. Упрощена и оптимизирована конструкция однокорпусного двухдвигательного электропривода.

2. Разработана математическая модель электромехагшческого преобразователя энергии, собранного по схеме механического асинхронно-вентильного каскада с двусторонней связью машин: через транспортируемую растительную массу н -одностороннюю обгонную муфту.

3. Исследованы приводные характеристики нового привода устройства подачи.

4. Получена методика расчета и аналитические выражения для статических и динамических характеристик.

5. Найдены законы управления, обеспечивающие защиту от заклинивания механизмов питателя-дозатора.

6. Оптимизированы основные технологические и конструктивные параметры системы загрузки измельчителя.

7. Разработаны и изготовлены три образца-макета машин для подбора и измельчения стебельных культур в полевых условиях.

Практическая ценность. Разработана новая конструкция питателя дозатора и электропривода к нему а так же схема автоматической стабилизации момента привода и защиты механизмов от заклинивания транспортируемой массой.

Разработана инженерная методика расчета механических хараетеристик двухдвигательного электропривода.

Разработан алгоритм расчета переходных процессов при набросе нагрузки случайного характера.

Область применения системы загрузки. Разработанная система загрузки измельчителей растительным материалом может быть использована в электрифицированных мобильных агрегатах, а так же в стационарных устройствах дозированной подачи стебельных и 1ранулировашп,1х материалов. Система обладает повышенной надежностью, сниженными эксплуатационными расходами, определяющими конкурентную способность изделия.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Кишиневского политехнического института 1980-85 гг. , на первой международной конференции по проблемам управляющих систем "Development and Application systems" в городе Suceava-Romania.1992 г. , на заседаниях кафедр: "Электрификация с/х и электропривод", "Электромеханика", "Проектирование и производство с/х машин".,,

Публикации. По теме диссертации имеются: десять публикаций и одна депонированная рукопись отчета, пять авторских свидетельств на изобретение, один действующий макет питателя-дозатора-нзмельчителя агрегатированного с трактора МТЗ-80.

Объем и структура работы. Диссертация, включающая 150 страниц, 62 рисунка и 7 таблиц состоит из введения, 5-ти глав, заключения библиографического списка литературы и 75 наименований и 4 приложений.

Содержание работы.

В первой главе изложен краткий обзор состояния вопроса и задачи исследования систем загрузки при создании новой технологии и оборудования дня

¡шсшйодсгел сырья га обрезков виноградной лозы в полевых условиях. Проведенный обзор и экономический анализ технологий и существующих конструкций механизмов дозированной подачи лозы к измельчающим модулям показывают преимущество электропривода рабочих органов дозированной подачи перед механическим в МТЛ оптимальной конструкции.

В этой главе приводится обзор и анализ теоретических л экспериментальных исследований электропривода питателя-дозатора на МТА. разработанных ранее автором.

Установлено, что до настоящего времени задача создания ошнмальной технологии подбора и измельчения лозы механизированными средствами с целью дальнейшего использования виноградной тепы, как технологическою сырья, не отяеттлогъ и не имеет строгого решения.

В этой же главе проведен анализ конструкций и рабочих процессов ряда измельчителей стебельных культур, на основе которого определен наиболее экономичный вариант технологии и машин для производства сырья из виноградной лозы. Применительно к виноградной лозе измельчитель должен содержать механизм дозированной подачи массы к измельчающему барабану. Наиболее оптимальной является система, содержащая отдельные регулируемые привода к питающему транспортеру и дозирующему устройству. Было установлено, что форма, размеры и направление движения рабочих органов питающего транспортера и дозирующего барабана, образуя систему грабилин двигаясь во взаимно-иротивопсложплх направлениях, расчесывают транспортируемый слой лозы, способствуй нормальному функционированию агрегата вцелои. Установлено также, что, если конструкция измельчителя в плане обеспечения высокой производительности и качества измельченной массы решена .удачно, то система подачи (в частности виноградной лозы) в измельчитель является наиболее узким местом в работе агрегата и, на сегодняшний день, не разработана ки в практическом, ни в теоретическом плане.

1 Доведенный анализ позволил сформулировать цель и задачи исследования.

Во второй главе " Теоретические исследования системы загрузки измельчителя виноградной лозы" при отсутствии прямых аналогов такой системы, а так же отсутствия агротехнических требований агротехнических требований к щепе, обоснована необходимость совершенствования привода рабочих органов нод-

Рис. I. Конструкция механической части регулятора

Основу механической часта составляет (Рис 1) цепной транспортер 1 с пальцами и фигурным кожухом 2. Транспортер установлен гтод углом о = 60° к горизонту и служит для транспорта слоя лозы к питающим вальцам 3 и 4, за которыми установлен съемный стол 5. Подбирающее устройство содержит нижний и верхний битерные барабаны 7 и 8, которые, взаимодействуя между собой, образуют питающую пару. Кроме того, верхний барабан 8 установлен на рамке 9, которая шарнирно закреплена на оси приводной станции транспортера, совершая свободное колебательное движение вокруг оси; она может служить датчиком толщины поступающего слоя лозы.

Дозирующее устройство содержит битерный барабан, который жестко закреплен над входом питающего транспортера 1 и вращается с постоянной скоростью в сторону противоположную транспортируемой массе. Барабан 12, вместе с вошедшим с ним во взаимодействие барабаном 8, составляют вытягивающую пару и служат для отвода излишков поступающей массы.

Анаши 1раектории движения рабочих органов системы загрузки (Рис 2) показал, что качество процесса функционирования системы зависит от степени адаптивности автоматического регулятора толщины поступающей массы к случайно изменяющемся физико-механическим и биоммрическим параметрам вороха лозы

У

%

\

л

Л

о

У

Ри&.2. Траектория движения зубьев рабочих органов питателя дозатора системы загрузки

Йс - радиус-вектор конца зуба I -го рабочего органа,

/^•-область взаимодействия зубьев С/<}-пары битерньпс барабанов

Известно, что наиболее общий формой записи дифференциальных уравнений движения таких систем являются уравнения движения Лагранжа в обобшен-!1ых координатах

() д V 3 IV,

(.:-) • ц. (и

М о. ¿¡; а. q,

где \\'к-запас кинетической энергии системы, выраженный через обобтпетт-ные координаты а, и обобщенные скорости ¿¡:\ <2; - д- /{¡6-ц - обобщенная сила, определяемая суммой элементарных работ 5всех действующих сил на возможном перемещении

В качестве обобщенных координат были приняты угтовме и лилейные перемещения рабочих органов (пальцев транспортера, битерных барабанов) относительно оси привода питающего транспортера.

На первом этапе исследования движения системы загрузки были выделены главные массы и главные упругие связи, определяющие минимальное число степеней свободы, затем были выполнены операции приведения элементов к скорости вала приводного двигателя.

В соответствии с технологией выгреба обрезков лозы из междурядий, ворох лозы представляет собой слоистое полотно, иногда свернутое в валок, стеблей, лежащих поперек оси движения лопаты <11, Рис 1). Поступательное движение лопаты со скоростью Ум агрегата встречает лобовое сопротивление массы лозы, обусловленное силами внутреннего (вязкого) трения стеблей при деформации массы и силами сухого тренич о поверхность лопаты и почвы. Так как силы трения стеблей о почву на 2-3 порядка выше, чем о метал лопаты, то можно принять, что скорость перемещения стеблей, соприкасающихся с почвой, рашш нулю. При таком допущении процесс подъема лозы с почвы можно рассматривать как процесс непрерывного q;eзa с использованием для описания его теории "клина" , разработанном академиком В.П. Горячишым применительно к резашпо растительной массы, к описанию движения лопаты.

Общее сопрошвление движению лопаты может быть представлена суммой

сил

где сила подъема вороха лозы на уровень И, «двигая на преодоление гренчя "корки" (нижней части слоя) о поверхность лопаты; <2 У - сила изгиба слоя лозы; • N - сила сжатия глоя лозы состоящего из N стеблей. Сила сопротивления движению лопаты на пути ее внедрения представляет собой

некоторую вероятностную функцию произведения коэффициента С* внутреннего

трения стеблей лозы в массе валка на плотногп. массы корки, :'миделево" сечение, путь а внедрения лопаты под валок и на первую степень скорости V»:

О. -С . (3)

Здесь В -и -площадь проекции тела корки на плоскость перпендикулярную направлению движения; ¿^ -длина корочки. Коэффициент С, является отвлеченным числом, которое может быть определено как среднеквадратичное отклонение силы Ро вязкого трения стебля лозы. Сила Робыяа определена из проведенного регрессионного анализа по формуле;

= 60 + Ь]-¿ + 62-1 + Ъ3-д + Ь4-т , (4)

5

Здесь Ьо;Ь1;Ь2;Ьз;Ь4-коэффициентырегресС1ш; с1, т- биометрические па-

n

рамегры уУ-го измерения; = ^^о//^' • ¿V-количество опытов с положительным

м

(без излома) исходом по вытягиванию единичного стебля из кучи виноградной лозы.

Путь а по формуле В.П. Горячкина определен как

и = /)-соз<г>-ап2[(90' - <р) /2] -н д>1 - а)/2}сск2[(<р+ <р1 -га)/2], (5) где: Ь-толщина корки; а - угол резания; р-угол трышя материала по граням клина; -угол трения в плоскости скальшания.

Процесс затягивания, уплотнения и подачи массы лозы в горловину питающего транспортера сопровождается процессом утонения и вычесывания формируемого полотна.

В зависимости от параметров, характеризующих работу соответствующей нары и массы поступающей в рабочий зазор лозы изменяются фазы и моменты начала встречи, затягивания, уплотнения и транспортирования массы так же, как изменяются расположения соответствующих им точек на траекториях движения зубьев соответствующих пар.

Для упрощения анализа принято, что окружная скорость зуба каждого из барабанов равна поступательной скорости транспортируемой массы, тогда траектория, описываемая концом зуба, будет представлять обычную циклоиду. В установившемся режиме работы при этом абсолютные скорости V, зуба любой пары равны между собой:

V* = + , (6)

где Я-радиус зуба; У0к -окружная скорость в конце зуба. В соответствии с (6) скорость массы на выходе пары выше скорости на входе, т.е. скорость отвода лозы превышает поступательную скорость, следовательно устраняет зависание и заторы массы перед дозатором. Если количество массы на входе пары возрастает, то рамка дозирующего барабана по действием упругих сил деформации слоя поднимается, зубья граблины дозатора выходят из зацепления с зубьями граблины подборщика. При этом вектор абсолютной скорости массы увеличится (см.рис.3)

ар } в результате этого происходит расслоение полотна, ак-

(К-у):БГ<Л J

тивизация работы дозирующей пары и отвод излишней массы лозы.

Важнейшим параметром для функционирования дозирующей пары является угол« -захватаслоя определяемый по Н.Е. Резнику в зависимости диаметра О вальцов барабанов, толщины Н слоя поступающей в вальцы массы и толщины Ь

уплотненного вальцами слоя. Диаметр £> = ——-— обратнопрапоционален углу

1 — СОЭ (X

захвата, который благодаря геометрии дозирующей пары всегда больше у, что

создает- активную зону М взаимодействия зубьев граблин.

Точка приложения и величина равнодействующей силы Ра не постоянный,

они изменяются в процессе затягивания массы. Поскольку угол ср между реакцией

6

Rrи равнодействующей Fj равен углу трения, то Т • соь/3; R, ью.р ,Т R, •/ , где коэффициент фения / -igip следовательно/?, ■/ соafi>R - -sin/?, f >tgfí откуда

ígip>tg0 и <p> p\

Сила Fp - расслоеш1Я массы действует по оси раздела íNp слоев, и может'

быть найдена как Ньютоновская сила вчпкости

F. - îir -S---■ ' dy

(7)

где г), - коэффшптент внутреннего трения (переплетения) стеблей ло-пн; Зс - площадь соприкасающихся слоен, ориентировочно может быть принята по ттшрт;е В

¿IV

граблины умноженной на длину Э-окружного шага; Зс=ВЗ; -—~ - производная

ау

скорости слоев (называемая градиентом скорости), г;. ~ т] ¡дп, -расчетная производительность, г/. -временная статистически вероятностная функция биометрических параметров материала при его непрерывном замещении в рабочем промежутке Ьр

¿V V,-*.

— = —--- = a>â-m„= const,

dy г

(8)

Следовательно, если со.--ы,, = <о. то Fp=0 и возможно увеличение избыточного слоя позы под кожух и заклинивания его.

Очевидно, что с увеличением тоящмы слоя и подъемом ранки целесообразно умсньшпть скорость питающей пары.

Установлен закон регулиропэ""« vnoBoft скорости подборщика: , m■ m - d'y m, г

-J „ Clt о.

При постояшюй частоте вращения дозирующего барабана функция С) есть периодическая функция толщины у р слоя. Реализовать ее удобнее в замкнутой системе регулирования скорости привода шпатем.

, , ... , -V-fr Í х

-ъ-А

Рис.3 К определению биометрических параметров и режима подъёма валка. r¡

При этом, так как назначения системы регулирования загрузки состоит в стабилизации нагрузки на заданном уровне, близком к номинальной нагрузке двигателя, то в качестве измерителя датчика нагрузки принят датчик тока. Кроме того ток двигателя является интегральной функцией нагрузки во всех элементах системы загрузки. В процессе работы регулятора системы с заданной производительностью расходуется мощность Nip на преодоление сопротивлений на всем пути транспортирования лозы к измельчителю. Приведенный момент всех сил сопротивления к скорости сот привода транспортера определится по формуле

А/ (10)

coT-tjT

где г/т - К.П.Д. механизма питателя - дозатора при расчетной производительности qH.

С учетом (1) и кинематики механизма приведенный момент Мс в развернутом виде запишется

Мс = К, ■ q + К, ■ (4 + Ь, ■ d л Ьг ■ t-rb} ■ q+■ Ь, ■ m) + 2K,(Fya -:- QtJ ,

¿у ; (ii)

щ ■ s• vM + «Л -¿г fdO + ms • ■R ■ ■ cos(^ ■') • >W)

где К^Кг-обобщенные параметры соответственно К{ - 3600 • • g • Лу - cos а к;

ДЯ

KL~Kd--ZT ■ Кг; Ки - 1,1 * 1,3 - коэффициент инерционности рабочих органов;

Л

Ks-коэффициент пропорциональности; т3 - масса рамки дозатора с дозирующим барабаном, сосредоточенная в центре тяжести на оси барабана; остальные параметры указаны на рис 1.

Как следует из (9) и (11) случайный характер изменения нагрузки обуславливает и случайную скоростную диаграмму. При этом связь между процессами изменения нагрузки и скорости является детерминированной и в общем случае нелинейной, зависящей от вида механической характеристики двигателя.

При синтезе системы автоматического регулирования толщины слоя была решена специфическая задача перехода от требований, предъявляемых объектом регулирования, к описанию закона движения исполнительного органа; были сформулированы основные требования: высокое быстродействие и ограничение момента стопорсния, развиваемого двигателем при внезапном заклинивании рабочего зазора транспортируемой массой лозы.

Предложено ограничить момент стопорения двигателя путем создания специальной (экскаваторной) механической характеристики двигателя. Форма такой характеристики обеспечивает высокую производительность машины при номинальных рабочих нагрузках и снижает скорость привода до нуля при моментах нагрузки, превышающих момент стопорения.

Технико-экономический анализ большого числа систем загрузки с электромеханическими регуляторами и с исполнительными электрическими двигателями, обеспечивающими экскаваторную статическую характеристику, позволяет нам

8

предложить оптимальный вариант двухдвигательною электропривода рабочих органов системы загрузки, собранного по схемс каскадного соединения машин.

На рис. 4. представлена принципиальная схема силовой част асинхронного вентидьно-машинного каскада привода пигателя -дозатора системы загрузки

измельчителя, собранного па шасси >-осиггку КУФ-т,К

Г

Рис.4 Принципиальная с*, силовой части системы

'с/Ц-

зегет/эки измельчителя.

|-; ¿{о

__т , I-

Г'Ч

1 \

'-' 'йМ.

Чдссь механическая энергия с ВОМ трактора, ччкз главный редукзор

КУФ-1,8 передается на валы: синхронного генератора О, измельчающего барабана БИ, якоря машины М2 постоянного тока с независимым возбуждением и привода механизма дозатора 2МГ\ привода механизма 1МР осуществляется асинхронным двигателем М! с фазным ротором, в цепь которого через выпрямитель V включен якорь М2; дополнительно через одностороннюю обгоннуто муфту 1-У механическая мощность Р! (1- Б) двигателя М1 передастся на вал М2. Питается М1 от лехырехпроводной (А,В,С,К) сети генератора электрической мощностью Р|, мощность нагрузки Р^, которая регулируется путем изменения скольжения 8, пройдя каскад преобразований, возвращается на вал \12. таким образом, если не учитывать потери мощности (ЛР) в электрическом (V) и злектромехатш-ческоы(М2> преобразователях, хо мощность регулирования Р1Б, складываясь с Р, (1- Б), возвращается на ВОМ трактор, обеспечивая ему при любом скольжении номинальную загрузку: Р|= Рг(1- 8)+ Р^-ь АР = Рь Рабочие органы питателя и дозатора, взаимодействуя с транспортируемой или отделяемой лозой, как с элементами упругой деформации переменной жесткости соответственно С| или С:, создаю! упругие моменты Му| или Мул которые алгебраически складываясь с моментом нагрузки Мс вызывают подъем рамки дозатора массы на угол Ау .

Массы измельчителя БИ, генератора О, якоря М2 и механизма дозатора 2МР жестко связаны с ВОМ и способствуют я лалоокалю кояебс_1:;и1 ВОМ трактора нри колебаниях на1рузкн.

Автоматическое регулирование нагрузки осуществляется по двум каналам механическому и электрическому. Первый канал реализуется через массу лозы в прямом направлении путем ввода в зацепление зубьев счесывающего барабанов с зубьями дозирующего, второй- реализуется по электрической цепи ротора М1

путем автоматического регулирования противо Э.Д.С. Емп якоря М2, вводимой в цепь выпрям ленного тока .

На основе схемы (рис. 5) замещения выпрямленного напряжения имеем выражение для выпрямленного токе. Ем-8~Еш-г дг/

«э

(12)

где Ем - среднее напряжение на выходе выпрямительного моста V при разомкнутой цепи постоянного тока и скольжении 8=1; Кэ - эквивалентное сопротивление:

2 л

(О)

Рис.5 Схема замещения асинхронного двигателя.

Если угловая скорость от машины М2 принять равной угловой частоте вращения о>а синхронного генератора, то Э.Д.С. Еш будет пропорциональна потоку Фмп машины, который при ненасыщенной магнитной системе, пропорционален т™у возбуждения 1в.

Наличие односторонней муфты ИУ обеспечивает механическую развязку двигателей, что дает возможность поддерживать Э.Д.С. якоря МП постоянной во всем диапазоне изменения скольжения АД.

На рис.6 представлены зависимости от скорости Э.Д.С. машины М2 и приведенной к цепи выпрямленного тока Э.Д.С. Ем ■ 5 АД (а), механические характеристики АД (б) и электромеханического каскада двусторонней связи через муфту Р¥(в).

С увеличением тока возбуждения уменьшается перегрузочная способность АД , что приводит к "опрокидыванию'' двигателя под действием момента нагрузки Мс и снижению скорости до нуля. На рис.би пунктиром показана переходная характеристика АД при полностью возбужденной машине М2 и замкнутой цепи воздействия на ток возбуждения в функции тока(момента) нагрузки 1<)С(МГ).

С учетом схемы замещения (рис.5) и функциональной схемы (рис. 4) составлена система уравнений (14), описывающая функционирование электромеханической системы регулирования толщины елся лозы

М -Мг- Му,

-А

<¡0 Jt

I

Кет-' <Л- = О'

j áco _ dyf -Krr -и

ф , KnrllLu^

Е,,„ =К-аз„-Ф

Ed з-S-Eun =L-R-,

(14)

-тЛЛ d11

: и

Нэ основе си'лсмы уравнений ( Í4> записанной в виде приращении переменяли в операторной форме Ллпааса, составлена структурная схема (Рис 7)

Ú т,

Мо \

Г~

játO ¿Ajt

V I ! I I !—

\'Ko,

Рис. Структурная схема регулятора систем и загрузни

Здесь Кт„ -коэффициент усиления тнристорного преобразователя; Tro- постоянная времени тнристорного преобразователя; К» - коэффициент пропорциональности между потоком Ф и током возбуждения; Т,= I.,/ R„- постоянная времени обмотки возбуждения LM2: Тэ - Ьэ/ Кэ- постоянная времени якорной цепи;

II

Ког - коэффициент обратной связи по току нагрузки Ij; См- коэффициент момента АД, при условии пропорциональности между током и моментом; Ji- приведенный к валу АД момент инерции движущихся масс, жестко связанных с валом двигателя; Ci- эквивалентный коэффициент упругой деформации транспортируемой массы лозы; Му- момент упругой деформации слоя лозм, "ртедотньтй к валу АД;

Л TT d

nij- масса механизма дозатора, приведенная к скорости вала АД; р- — опера-

Л

тор Лапласа.

В соответствии со схемой (рис. 7) передаточная функция момента АД в каскадной схеме включения по управляющему воздействию при нулевых начальных условиях

--^^------

Щ, "^в^тп^яТзиР +(JrnTs{rou +ТаТмТзи +ТтТтпТзи)р +

(15) +1

"" +(ЗД> + Тптт + ТтпТзм){Г +0г„ + rm + Тш + Т0)р+1 „ J-T-Û3 „

где Тзм - —----R.j - электромеханическая постоянная времени приво-

• £¿5

К • 1С '

да; Т0 --——— ТВ1 ■ Тзи - обобщишая постоянная времени регулято-

К-вГ^-э С /

ра; Кц = у„ - передаточный коэффициент обратной связи по моменту нагрузки, /л-ог

Характеристическое уравнение момента в операторной форме на основе (16) будет

гдев,) = ТБ]ТтпТ31Тэм, о; = (ТтпТэ(2эм + ТВ1ТЭ17ЭМ ->- ТтТтпТэм),

а2 = WmTm + ТвРтп г ттптзм> > 'h - (tbi + Ттп + + а4 =1 Проверка по критерию Гурвица системы на устойчивость Oj-^-a, -сь-а-)->0. (17)

показала, что система регулирования момента нагрузки устойчива, а так как 'Гц,« Т,„и T,i<Ti,<Tjii, то величиной (ао), как малой высшего порядка, можно пренебречь, приняв ао^О, тогда условие (17) запишется как: ¡^ • щ - а, • а4 >0 и так как Т,„> Т>; Т,> Т,, это тождественно подтверждает условие (17)

Были определены вынужденные колебания момента двигателя при синусоидальном изменении момента нагрузки Мс = М^ sin Oct.

Здесь Qc- частоту колебаний нагрузки, создаваемая транспортируемой массой лозы; Мп - амплитуда момента нагрузки, создаваемой транспортируемой массой лозы. Для этого случая передаточная функшхя момента АД по возмущающему воздействию записана в комплексной форме

=_LLffifî__(18)

К (1 - rBT3MQ2) + JQT3U(r> ++ ^ - (T3TE)ti>) где обозначено K()T<,=Tl,i.

Отношение амплитудных значений Мга и Mcm в относительных единицах обобщенных параметров запишется:

_л/„ _ /____li^Si2*_

Mrn ~ \'(Г- Qlf- - 0iof(l - y ,Q: f

Здесь введены обозначения:

¡y, ~

Q

o

f.I > / l y, + y,

Резонансная часто та, (19). определите«:

найденная исследованием на максимум уравнения

2V.-4-

Ь, V

"зТГ

о.

(2о;

Как следует из (20) резонанс амплитуд наступает при /,=0,5 и ©^=0,5. Следовательно, подбирая параметры у,; 7'-.. и Гц можно добиться практически полного демпфирования колебаний.

Доказано, что создав моментную (экскаваторную) характеристику с жесткостью 0 и Тж =(0,7-0,9) Тв можно исключить возникновение автоколебаний в системе регулирования.

Исследован вопрос компенсации времени транспортного запаздывания. Упреждение в механической части регулятора обеспечивается выдвижением оси дозирующего барабана на встреч} транспортируемой массе лозы. В электрической часш нейтрализация влияния времени запаздывания объекте на динамику процесса достигается охватом цепи регулятора обмотки возбуждения LM2 с передаточной функцией vVptr(p) дополнительной обратнои связью пк^чшеп передаточную функцию

ivjP) = ;ут,(р)(1-гг'), <21)

iae Wosi(p) = Wos(p) - передаточная функция объекта регулирования: г-кремя чистою транспортного запаздывания. Передаточная функция пени ряули-рованпя Wftríp) выбирается таким образом, чтобы обеспечить минимальное время возбуждения М2, то есть исходя го условий настройки САР на технический оптимум, при этом, принебрегая тшерпией электрической цепи ротора по граетте кию с механической инерцией рег улятора можно представить периодическим зпе-['ом с запаздыванием

^(В „-рг

Т,Р+1

(22)

где Ti-Тэм; Коб = Кот/См-

Структурная схема оптимальной системы представлена на рис. 8.

В виду того, что реальной аппаратурой воспроизвести точно чистое запаздывание невозможно, воспользовались апроксимацией (первыми членами ряда

\-r-pl2 _.г т-р

Паде): е г «--— то есть вместо звена 1-е использовано звено--— .

\ + т-рИ 1+ г-р/2

С учсгом лжого передаточная функция оптимизированного регулятора

W¿ar.P Ар) =--—1----------------------------------(23)

ДГ, +l)-(TlP + \)-i-p+ 0 + К, s- -Ка ■ т-р

В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследований" приведена совокупность и параметры физических величин которые определяют качество работы электромеханического регулятора системы загрузки а, так же проверка адекватности физических моделей.

Лабораторно-полевые испытания образца машины: "Дозатор-измельчитель-погрузчик" - Д11П-6.0 были проведены по ОСТ 70.15.1 -74 " Машины и инвентарь для обрезки плодовых деревьев и виноградных кустов, удаления, измельчения обрезков лозы, веток, сучьев. Программа и методы испытаний" и содержит' техническую экспертизу машины, агротехническую оценку.

Лабораторно-полевые испытания привода устройства дозированной подачи были проведены на макете мобильной электрифицированной машины ДИП-6.0А, смонтированной на шасси одноосного автомобильного прицепа с кабельным питанием электрической энергией. Приведена принципиальная электрическая схема экспериментального стенда, на котором моделировались физические процессы загрузки измельчителя, проверялась работа привода на холостом ходу и иод Haipjjjvoii. Загрузка питающего транспортера лозой осуществлялась вручную, при этом напряжения, токи и мощности контролировались по приборам и записывались на диаграмную ленту. Процесс заклиневання рабочего зазора лозой наблюдался при большом объеме поступающей массы свежесрезанной лозы при этом двигатель питателя переходит в режим короткого замыкания при токах Fat, не превышающих расчетный ток етопорения. Машина постоянного тока последовательного возбуждения, работая в режиме холостого хода с питанием от цепи ротора как от источника тока развивает противо Э.Д.С., равную напряжению Edo.

Была проведена техническая экспертиза электропривода, собранного по схеме электрического каскадного соединения асинхрошюго двигателя с машиной последовательного возбуждения, работающая на вентиляторную нагрузку.

Для электрических устройств подбора и подачи позы были проведены статистические исследования замеров усилий отделения единичного стебля из валка. Опьггы проведены методом рендомизированных повторений, анализ результатов дал возможность оценить влияние плотности и вязкости валка на усилие отделение стебля. ^

Установлено, что динамическая вязкость стебельного материала во многом зависит от формы н шероховатости схебля. Были введены понятия коэффициента формы

и коэффициента шероховатости

К -m+q пъ

ли7 ~-. та u->)

m j.1»

i,ie и <„-ереднин диамезр и средняя длина стеолси ышорада определенного сорта: и - средний диаметр и срсдияя длина i-ro стебля , вытяну! о-

i о без излома из ватка; т- число междуузлин на стебле: q- число отростков.

Относительная объемная плотность валка в зависимости от коэффициента формы е первом приб.тнлишл может быть найдена по формуле

Здесь Ks- относительная плотность валка идеально-гладких стеблей.

Я первом приближении коэффициент К - динамической вязкости может быть принят

ка = цгкф-к!л, (27)

Разработан новый метод расчета механической Mc(t) характеристики устройства дозированной подачи по кривой тока ротора. Из уравнения движения привода

\{Jt)= A/(i) - Л/„<П. (28)

где M,(f) - мгновенное значение динамического момента, который при условии линейности механической характеристики АД на участке стабилизации электромагнитного мот-гента МП) и пропорциональности меясгу током и моментом, можег быть определен как

XUD - А (cü(tj), где Jx - суммарный момент инершш механизма загоуз-" dl

ки; аХ.1)- мгновенное значение скорости вала двигателя. которую можно иайти из уравнения электромеханической характеристики

йКО^о),-^ -Iä(t), (29)

где - -ан'г.— — - коэффициент пропорциональности между током Ь и

л

частотой (О вращения ротора.

Иайдя производную скорости ш (29) и по/г ставим в (28), полупим

Таким образом, механическую характеристику электромеханического регулятора можно рассчитать численным методом по диаграмме тока !d(t) нагрузки.

Проведен анализ механической характеристики системы загрузки ц =f(i) в режиме юкоограничения нагрузки, при известных параметрах электромеханической системы и i'-t.¡численных начальных условиях ü-f(t) была определена с помощью теоремы разложения уравнения (13) с принятым ограничением <ац=0) в ряд Тейлора

М (31)

QU»

где Р(р) и Q(p) - соответственно полиномы числителя и знаменателя изображения функции. Оригинал ее может быть вычислен по формуле

(?(0) ыР&ЧРг)

где рк корни характеристического уравнения <3(р)=0; <2'(<2'(РкУ) = ■

ар п

Корни характеристического уравнения были определены по формулам Кардана.

В главе 4 "Анализ результатов экспериментальных исследований функционирования системы загрузки измельчителя" приведены результаты полевых испытаний машины ДИП-6.0, проведенных в соответствии с ОСТ 70.15. 1.74 "Машины и инвентарь для обрезки плодовых деревьев и виноградных кустов, удаление, измельчение обрезков лозы, веток, сучьев. Программа и методы испытаний." Были даны положительные оценки качества изготовления машины вцелом и работоспособности подающего устройства.

В результате анализа значимости коэффициентов регрессии дня уравнения усилия отделения единичного стебля из вороха лозы установлено, что все рассматриваемые факторы влияют на силу вязкого трения. Наиболее резко увеличивается сила Ио при увеличении числа отростков q; сравнительно мало влияет средний диаметр ё стебля. Лоза виноградника промышленных сортов винограда одновременной обрезки мало отличается биометрическими параметрами, что дает возможность ввести в расчеты усилий, приходящихся на палец питателя, некоторую среднюю силу Роср=(Ю0-140) Н/ед. на единичный стебель средних биометрических параметров.

Данные обработки нагрузочных диаграмм привода при случайном характере нагрузки позволяют представить электропривод, регулируемый по моменту нагрузки, инерционным звеном второго порядка с передаточной функцией 0 52

Щр) =-—-. (33) -

• 0.172/> +0.86/7+1

Расчеты переходных процессов на математической модели электромеханического регулятора системы загрузки определили оптимальную структуру привода, обеспечивающую минимальное время регулирования и монотонность процесса ограничения момента. Кратность динамического момента не превышает 1.6.

В главе 5 "Технико-экономическое обоснование модернизации системы загрузки измельчителей в новой технологии производства сырья из виноградной лозы" выявлена эффективность использования электропривода рабочих органов на МТА . Как следует из расчетов, наиболее эффективным вариантом электроснабжения является вариант электрифицированного мобильного технологического агрегата модульного типа с усовершенствованной системой загрузки измельчителя виноградной позы: самые низкие (в сопоставимых ценах) суммарные приведенные затраты 3004<3500<4670 лей; самая высокая прибыль от реализации продукта 17852>15982>14936 лей; самая высокая рентабельность производства сырья (технологической щепы для мебельного производства) 594%>337%>252%.

Общие выводы и результаты.

Наиболее узким местом Ь конструкциях измельчителей лозы является система подачи растительного материала к измельчающему аппарату. Отсутствие надежной системы загрузки измельчителя предопределила проведение ряда теоретических и экспериментальных исследований, позволяющих сделать следующие выводы.

1. Технико-экономический анализ дал возможность выбрать оптимальный вариант системы загрузки измельчителя на базе электромеханического регулятора с электрическими исполнительными двигателями.

2. Разработана конструкция мобильного электрифицнрозанного агрегата . на базе шасси КУФ-1.8 с системой автоматического регулирования потребляемой

мощности от ВОМ трактора.

3. Проведены полевые испытания двух мобильных образцов измельчителей виноградной лозы с разработанной системой загрузки, на основе которых определены механические характеристики привода устройства дозированной подачи и оптимальный закон регулирования момента.

4. Разработана конструкция электромехалпиеского регулятора на базе каскадного соединения машин через обгонную муфту, обеспечивающую работу каскада в режиме ограничения момента. Получена специальная механическая характеристика экскаваторного типа.

5. Разработана математическая модель расчета статических и динамических характеристик, анализ которых дал возможность представить механизм регулятора апериодическим звеном с запаздыванием.

6. Для оптимизации процесса регулирования транспортируемого слоя лозы по толщине исследован процесс деформации валка лозы путем взаимно противоположного движения рабочих органов питателя-дозатора, определена зависимость усилия вязского трения от биометрических параметров и получена математическая модель ее.

7. Использование в конструкции питателя дополнительного выдвинутого вперед барабана позволяет компенсировать время транспортного запаздывания за счет1 введения в систему управления звена предварения.

8. Разработана методика расчета механических характеристик питателя-дозатора по кривой тока и ЭДС ротора.

9. На бозе Проведенных расчетов и исследований разработана схема заши-Tf)i механизма питателя-дозатора от заклинивания транспортируемой массой. За внедрение схемы зашиты автор удостоен медали "рационализатор СССР".

10. Бьша внедрена машина ДИП-6.0 с разработанной системой загрузки в' хозяйствах Ново-Анненстсого и Каушанского районов республики.

Основные положения дессерташш опубликованы в следующих работах:

1. Н.Житарь, А. Иванченко. Область использования и выбор технологии заготовки лозы. -Ж. "Сельское хозяйство Молдавии", №12,1981.-2с.

2. Разработка и исследование машин для предварительного измельчения об-ргзков виноградной лозы в полевых условиях. /Депонир. рукопись отчета по НИР №3377 Ответственный исполнитеяь-с.н.с.Н.Д.Житарь/ КПИ, Кишинев 1978,-114с,ил.-библиогр.:7названий. Депонирована в ОНТИ 09.06.80. №77.041.473-с/х машиностроение.

3. Житарь Н.Д. и др., Привод рабочих органов устройства для подачи материалов, а.с. СССР .N"9 718065, опубл.28.02.80, Б.И. № 8.

4. Житарь Н.Д и др. Маппша доя подбора и измельчения виноградной лозы, а.с. СССР, № 843854, опубл.07.07.81., Б.И. № 25.

5. Жнтарь Н.Д. и др. Питатель-дозатор к измельчителю виноградной лозы, а.с. СССР, № 1263213, опубл.15.10.86., Б.И. № 38.

6. Житарь Н.Д. и др.Привод рабочих органов устройства для подачи материалов, а.с. СССР №917813, опубл.07.04.82., Б.И. № 13.

7. Житарь Н.Д. и др.Устройство для зашиты трехфазного электродвигателя от перегрузки и обрыва фазы, а.с. СССР №877671, опубл.30.10.81., Б.И. № 40.

8. Житарь Н.Д. , Тодос П.И.-, Бырладеан A.C., Механические характеристики электромеханического дозирующего устройства./ Оптимизация и исследование

электрических машин: -сб.науч.тр.отд. энергитической кибернетики АН МССР, Кишинев "Штиинца" 1982.

9. Житарь Н.Д. Асинхронно-вентильный каскадный электропривод. / Ж."Техникав сельском хозяйстве"№6,1983.-с31-32.

10. Житарь Н.Д., Мишин В.И. Регулируемый электропривод рабочих органов устройства загрузки измельчителя виноградной лозы.//Преобразование и применение электрической энергии: С.Б. научн. Тр. Киш. полит, института, Кишинев, "Штиинца", 1985 - стр37-47.

11. T.S. Arabros, N.D. Jitari. The smoothing down of the impulse load in electro drive with an individual feeding source. "Develjpment & aplication systems D&A.S." Published by Electrical Engineering Department "Stefan eel Mare" University, Suceava, 1992,pp.277-282.

12. Житарь H.Д.,Иванченко АЛ. Дозатор, измельчитель, погрузчик виноградной лозы и грубых кормов./Информ. листок "Сельское хозяйство Молдавии" №162 ,1986.

13. Житарь Н.Д. Исследование динамики взаимосвязанного привода меха- ' низма подачи стебельной массы, //-сб. тез. докл. на НТК ТУМ, Кишинев, 1994 с. 1.

14. Амброс Ф.С., Житарь Н.Д. Электромеханический регулятор динамического момента. //-Ьб. тез. докл. на НТК ТУМ, Кишинев, 1994 с. 1.

Анотация

На основе проведенного анализа литературных источников, а также теори-тических и экспериментальных исследований, в диссертационной работе обоснована, структура системы загрузки измельчителя виноградной лозы с электромеханическим регулятором и исполнительными электрическими двигателями на базе электомеханического каскадного» соединения машин, обеспечивающих постоянство нагрузки на валу отбора мощности Трактора при случайном характере нагрузки.

Предложена методика экспериментального исследования электромеханического регулятора на базе физического и математического моделирования, выбрана наиболее оптимальная конструкция питателя-дозатора, обеспеечивающего дозированную подачу массы лозы в измельчитель.

Проведенный анадиз выявил превосходство агротехнических и технико-экономических показателей разработанной электромеханической системы автоматической загрузки по сравнению о системой дискретной, гадро-механической или ручной загрузки.

Summary

According to literature sources analys so as teoretical & experimental

investigations the structure of vine rodscraps utilizator's load system with electromechanical regulator & electrical executive motors based on electromechanical cascad is determinated.

The effect of constancy of load is revealed. The method of experimental investigation of electromechanical regulator based on physical & mathimatical simulation is proposed.

The most optimal, original dezing of feeder-hopper, pro\iding the vine rodscraps mass dosage , is choosen.

The tests it have passed show us advantages in comparing with other mecanical

units.

Reiumat.

in baz3 çtudiulii surselor bibliografice, a cercetârilor teoretice si expérimentale în tezà se argumenteazâ struciura óptima a sistemului de îiicàrcare a fàrâmâçonilui de vi(á de vie eu reguhtor electromecanic de sarciná si cu abonare cu masini electrice unité în cascada, carc perm't mentinerea puterii constantá la arborele de accionare a îractorului, sarcina avînd un earacter aleaioriu.

Se propune:metoda de cercetare experimenta!! a regulaterului electromecanic folosind modekrea maternaiicá si ílzicá;cortsímcpa optiniâ a alimentatoruiai-dezator, tare asigurâ avansul dozat al stratului de material cu separare simultonà a acestuia de pietre si piese metalice.

Analiza efectuata a scos la evidenfa avantajele agroîehnice si tehnico-economice a sistemului eïctromecanic élaborai fata de sistemul puf mecanic.