автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Манипулятор для автоматизации процесса доения на основе линейных электродвигателей

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

НИКИТЕНКО Геннадий Владимирович

МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ДОЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Специальности: 05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства и ■ 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации ка соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск. 1992

Работа выполнена в Ставропольском ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственном институте

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.Н. Гурницкий

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.Н. Ванурин

кандидат технических нау] доцент И.Д. Кабанов

Ведущая организация: Всероссийский ордена Трудового Красного Зна мени научно-исследовательский и проектно-те нологический институт механизации и электри фикации сельского хозяйства (ВНИПТИМЭСХ г. Зерноград)

Защита состоится ".30" /?><??Хг)Р^ 1992 г. в /О час. на за седании специализированного совета Д 120.46.02 Челябинского госу дарственного ордена Трудового. Красного Знамени агроинженернм университета, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университет«

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печаты просим направлять ученому секретарю специализированного совета ] адресу: 454080, г.Челябинск, просп. Ленина, 75, ЧГАУ.

Автореферат'разослан '¡5" ¿¿ИТ&1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Л.А. Саплин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Доение коров - один из самых трудоемки процессов на молочных фермах и комплексах. Несмотря на то, что уровень электрификации и автоматизации доения коров довольно высок, существует ряд технологических операций, которые до сих_ пор выполняются вручную операторами машинного доения. Одной из таких операций является одевание доильных стаканов на соски вымени коровы. Использование ручного труда при снятии и одевании доильных стаканов на различных типах доильных установок приводит к существенному снижению производительности труда обслуживающего персонала и делает его малопривлекательным и неэффективным. Кроме того, снижается качество и количество молока в связи с нарушением длительности операций по подготовке к доению и в результате передержек стаканов lia вымени коровы, а это, в свою очередь, приводит к возникновению маститов, понижающих продуктивность животных. Поэтому, задача повышения уровня автоматизации процесса доения за счет применения манипуляторов для одевания и снятия доильных стаканов - актуальная на сегодняшний день и от эффективности ее решения во многом зависит рост производительности надоев молока, его качество и количество. Применение манипуляторов для машинной дойки коров позволит сократить число обслуживающих доильные установки операторов машинного доения и сделать более удобным их рабочий день.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка и исследование манипулятора доения на основе линейных управляющих двигателей (ЛУД).

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- выбор способа машинного доения и доильных установок для автоматизации процессов одевания и снятия доильных стаканов с вымени животных ;

- обоснование принятой за основу компоновочной схемы манипулятора цсения;

- создание линейных электродвигателей для привода манипулятора дожил;

- разработка системы управления электродвигателями; • изучение статических характеристик ЛУД!

- составление математического алгоритма для расчета динамических зависимостей с учетом влияния вихревых токов;

•■ исследование линейных управляющих электродвигателей как элементов системы автоматического управления (САУ)|

- применение методики тепловых схем для нахохдания средней температуры нагрева ЛУД!

проведение физического и математического эксперимента с применением ЭВМ и сравнение полученных результатов!

-- обоснование технико-экономической эффективности повышения уровня автоматизации процесса доения коров.

Объект исследований! За основу взят линейный электропривод манипулятора доения.

Научная Новизна работы. Теоретически обоснована возможность создания манипуляторов доения для одевания и снятия доильных стаканов с вымени коровы, приводом которых служат линейные двигатели <ЛД).

•Разработаны методики'расчетов статических, динамических и тепловых процессов, протекающих в ДУД, с применением численных методов и алгоритмического языка "Фортран -'77".

Выявлены и исследованы особенности магнитных систем линейных электродвигателей, а такке решены вопросы по их оптимизации.

Исследованы характеристики ЛУД в стагике, на основании которых решена задача анализа4изменения электромагнитной силы тяги от хода якоря.

Пол/чены функциональные зависимости основных динамических характеристик на этапах трогаш:я и движения якоря ДД..

Даны характеристики, найденные в результате исследования линейных двигателей как -элементов САУ.

Составлены тепловые схемы для нахождения средней температуры нагрева линейных электродвигателей.

Представлены данные, полученные путем физического и математического эксперимента,- а также их погрешности.

Новизна технических решений подтверждена авторским свидетельством .

Практическая ценность. Разработаны теоретические и методические основы анализа, оптимизации и построения ЛУД. позволяющие создать на их основе эффективные в технико-экономическом отношении манипуляторы доения душ автоматизации процессов одэвания и снятия

доильных стаканов с вымени коровы.

Создан пакет прикладных программ, обеспечивающих автоматизацию этапов расчета, связанного с оптимальным выбором конструкции линейных электромагнитных двигателей,

Применяемая система управления, выполненная по модульному типу. позволяет управлять работой электроприводов манипулятора доения от микропроцессора.

Реализация результатов исследований..По полученным результатам разработаны два опытных манипулятора доения и системы управления к ним, а также техническая документация душ изготовления серийных образцов. Все манипуляторы доения успешно прошли контрольные испытания в лаборатории комплексной механизации и автоматизации молочного животноводства ВИЭСХ и были признаны в качестве базовых для дальнейшего совершенствования их конструкций.

Апробация работы. Оснозные положения и результаты диссертации докладывались на научно-технических конференциям Ставропольского СХИ (1887...1991г.г.), ЧИМЭСХ (1989г.), АЧИМСХ (1991г.), на заседании кафедры электротехники ВСХИЗО (1991г.) и на расширенных заседаниях кафедры автоматики ЧГАУ (1991,1892г.г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе 1 авторское свидетельство, 2 экспозиции на ВДНХ СССР (1888,1989г.г.), 1 выставка-ярмарка в НРА (1888г.), 1 выставка-ярмарка в СРР (1988г.).

Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит ' та введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 134 наименования. Ее содержание изложено на 246 страницах и состоит из 124 страниц основного машинописного текста, 69 рисунков, 11 таблиц и 4 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, обозначен объект исследований, сформулированы научная новизна и практическая значимость, представлена реализация результатов исследований.

В первой главе "Анализ современного состояния электрификации и автоматизации процесса доения коров на фермах и комплексах" изучены способы машинного доения и применяемые-в зависимости от орга-

низации содержания животных в зимний и летаий периода доильные установки. выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью, а также представлены их краткая классификация.и конструктивно-технологические схемы. Обоснована целесообразность повышения уровш автоматизации процесса доения в связи с ростом концентрации и углубления специализации молочного скотоводства. Рассмотрены состояние и тенденции развития технических средств машинного доени на основе использования устройств пневмо- и электроавтоматига Отмечено наиболее перспективное направление для повышения производительности труда и надоев молока - создание манипуляторов да таких операций, как одевание и снятие доильных стаканов с вымеш коровы без участия оператора машинного доения. Даны кинематически* схемы, наиболее часто используемых в промышленности и сельском хозяйстве манипуляторов, а также характеристики электроприводов применяемых в конструкциях исполнительных систем роботов.

Технико-экономический анализ применяемых способов и средст) машинного доения показывает, что на молочных фермах и комплекса: перспективно доение в доильных залах. В этом случае, можно макси мально автоматизировать процесс доения, полностью выдержать сани-тарно-технические нормы, создать дополнительные удобства для рабо ты операторов, до минимума сократить протяженность молочных и вакуумных линий, снизить численность обслуживающего персонала, достигнуть высокой производительности труда.

Одновременно с производительностью труда должны быть решен: следующие задачи: повышение безопасности доения (снижение числ; коров, заболевших'маститом); рост количественных, и качественны: показателей молока; упорядочение рабочего дня и рабочей недели и как следствие, омолаживание этой категории рабочих.

Основным источником повышения производительности труда и на доев молока является сокращение затрат на выполнение ручных опера ций, в которые обычно входят: впуск и выпуск животных! обмывани или обтирание вымени коровы; сдаивание первых струек молока; вклю чение, одевание и снятие доильного аппарата с вымени; ре1улирова ние дойки; проверка вымени или заключительный массаж| транспорта ровка молока; перехода от коровы к корове; раздача концентриро ванных кормов| замер количества молока при контрольных дойках.

Большинство операций машинного доения автоматизировано, н отдельные автоматические устройства (например, манипуляторы) при

меняются не лпя всех операций машинного доения. Опыт создания и применения манипуляторов в промышленности показывает, что используемые на предприятиях автоматические манипуляторы с жестким программным управлением после небольшой доработки можно успешно применять в качестве замены человека па простейших сельскохозяйственных операциях. Однако, для решения задач в области молочного животноводства, и в частности, роботизации процесса доения, надо создавать манипуляторы особых модификаций, так как здесь автоматические системы и связанное с ними технологическое оборудование в конкретных производственных условиях стыкуются с биологическими объектами - животными, что и определяет неоднозначный подход к решению возникающих проблем.

Необходимо конструировать такие мангтуляторы, которые позволяли бы выполнять с зысоким качеством и производительностью операции машинного доения, не подвергаясь субъективным (психологическим) воздействиям, с полным исключением физических недостатков, присущих живому труду, а также с учетом физиологии животных.

Вторая глава "Разработка манипулятора доения и системы управления" посвящена выбору кинематической схемы манипулятора доения, разработке линейных электродвигателей и созданию систем управления.

Главным элементом исполнительной системы является манипулятор, который по своей структуре должен быть аналогичен руке человека. Для того, чтобы свободно манипулировать в трехмерном пространстве, манипулятор должен иметь 6 степэней подвижности: 3 степени подвижности требуется для осуществления переноса предмета, например, блока доильных стаканов в заданное положение, а еще 3 -для установки его в нужной ориентации.

С точки зрения кинематической схемы и конструкции можно выделить пять общих типов компоновки манипуляторов, различающихся между собой системой координат: декартова, цилиндрическая, сферн чоская, ашулярнзя и система,' в которой все сочленения расположены в горизонтальной плоскости.

Проектируемые манипуляторы для автомэтизчции процесса доен '¡; должны обладать следующим набором свойст в :. маллм потреблением эл- -ктроэнергии; широкими функциональными возможностями! приспособленностью к сложным условиям эксплуатации! простотой обслуживания повышенной надежностью, связанными п невысокой квчлификяиива оь

ративного персонала| малой массой и значительной мобильностью; высокими быстродействием и точностью позиционирования рабочего органа в пространстве.

В Ставропольском сельскохозяйственном институте на кафедре ПЭЭСХ по заданию ВИЭСХ, с учетом вышеперечисленных требований, были разработаны две модификации манипулятора доения на базе линейных управляющих и вращающихся электродвигателей:

- мобильный манипулятор напольного типа (рис.3);

- мобильный манипулятор подвесного типа (рис.2).

- .Поскольку основными потребителями электрической энергии I манипуляторах являются электродвигатели, последние должны сочетать такие показатели, как высокая экономичность и надежность прз минимальных' затратах на. обслуживание в течение срока службы в различных окружаюших условиях (повышенная влажность воздуха, агрессивная среда и др.).

Летальный анализ серийно выпускаемых электрических двигателей- для робототехники по'казывает, что применение их в качеств! приводов манипуляторов сельскохозяйственных роботов, не позволяв' решать ряд специфических задач, присущих этой отрасли. народноп хозяйства. Таким образом, создание элетродвигателей для привод; манипуляторов сельскохозяйственного назначения, в частности, дл: молочного животноводства -' задача актуальная на сегодняшний день.

Наиболее перспективным электродвигателем для привода манипу лятора доения, по нашему убеждению,-является линейный двигатель основное отличие которого заключается з создании возвратно-посту пательнога перемещения вторичного элемента (якоря). Технически! характеристики ЛД наиболее полно удовлетворяют тем требованиям которые предъявляются к электроприводу манипулятора доения, именно: бесшумность передвижения якоря! быстродействие и точност позиционирования! плавное изменение скорости движения якоря| дос таточные по величине удельные значения силы тяги и хода! улучшен ные технико-экономические показатели! модульное построение магнит ног системы.

Тщательный анализ существующих конструкций линейных электро двигателей показал, что наиболее подходящим двигателем для приво да исполнительной системы манипулятора доения является новый ви электродвигателя - линейный управляющий- двигатель, который об •ладает оптимальной по отношению к предъявляемым требованиям со

Рис. I. Мооалышй манипулятор дсения напольного типа .

Рис. 3. Схема конструкции линейного координатного электродвигателя

Рис. 2. Мобильный манипулятор доения подвесного типа

Рис. 4. Схе:.'.а кснсчрукцйп лаиэйного

двигателя-охвата

_ вокупкостш возможностей.

В качестве'координатных элек^юдвигателей, установленных л осям (х,г,г) манипуляторов доения, был применен сконструирован«!)! ДЦ, магнитная система которого представлена на рис.3.

С целью предотвращения резких динамических воздействий в блок доильных стаканов; в качестве двигателя-схвата был созда ЛУД с шунтированным якорем,- обладающий повышенной плавностью ход (рио.4).

Работа электродвигателей осуществляется при помощи систем управления, состоящей из блока питания, задающего генератор тактовых импульсов, счетчиков импульсов, линии задержки, элоктрои 'ных ключей на транзисторах, тиристорных оптопар, кнопок управлэни режимами работы, а также .блока реле для коммутации двигателя пос тоянного тока - привода самоходной тележки.

В третьей главе "Теоретические исследования линейных элект родвигателей манипулятора доения как объекта системы управления рассматриваются вопросы математического моделирования магнитнс системы линейных двигателей, нахождение статической, -и динамичес кой силы тяги, изучение ДЦ как элементов системы автоматическог управления; расчет основных динамических характеристик с учзтс влияния вихревых токов.

Математическое моделирование магнитной системы линейнь управляющих двигателей осуществляется по методу цепей. Исходя \ теории подобия, представляется картина распределения вероятнь путей гоохоадения основных магнитных потоков по магнитопровод статора, якоря и воздушных промежутков для каждого линейног электродвигателя. Статор и якорь ЛУД разбиваются на N участков одинаковым поперечным сечением по длине. Границами -раздела межд участками служат места соединения деталей и узлы на схемах заме щения, представленные для двигателя-схвата на рис.5 и координат ного электродвигателя на рис.6.

В основу методики расчета статической тяговой характерней ки двигателя-схвата манипулятора доения могут быть положены еле дующие предположения и-допущения:

- магнитная система находится в насыщенном состоянии при начал! ном рабочем зазоре и малых значениях тока в катушке;

- в каждом участке цзпи распределенлый магнитный поток заменяет ся эквивалентным сконцентрированным;

Л

я-а Ht Um "

V \ !

Рпс. Г), замещения маг-

нитной системы дгпга-тп-;-схгата '

Гиа. 6. Схема Заменен;!,! маг: нсл системы коордшк ного дппгателл

наткого ДхЛ!гаге;:к п ее полная гспк -íí схем' замецел.гп

?ис. 8. Fa? pes лиге Иного де> гатзля-ехпата и его полная тепловая схег/ замещения

■- магнитные сопротивления кмэ, ^ и принимаются переменными, а их величинй изменяются в зависимости от хода якоря.

Наличие во внутреннем магнитопроводе двигателя тонкий шунтирующей якорь ферромагнитной вставки приводит к тому, что магнитным сопротивлением стали нельзя пренебрегать, поскольку ее сопротивление соизмеримо по-величине с сопротивлением рабочего зазора, Вследствие этого, распределение магнитного потока по элемента;, магнитопровода осуществляется неравномерно, что приводит к сильному насыщению отдельных участков цепи статора. В этом случае магнитные. проводимости ферромагнитных деталей двигателя-схвата существенно зависят от положения якоря и являются функциями магнитны: проницаемостей Поэтому расчет статической тяговой характе

ристики ЛД необходимо осуществлять с учетом нелинейности криво: намагничивания стали магнипнгровода. Решение такой задачи невоз можно без применении численных методов и вычислительной техники Для исследования магнитной системы ЛУД был разработан математичес кий алгоритм, на основе которого составлена компьютерная программ Магнитная проводимость с торца ферромагнитной .вставки пред ставлкетсл как проводимость полого цилиндра

Л = 0,25М пГ <32-йг 1 I"1, (1:

Т ^О 2 1 J ср

где - магнитная постоянная:

<1 и Л ~ внутренний и внешний диаметры Форр' 'магнитной вставки: 1 - средняя длина магнитной силовой лилии. Проводимость с ребр« вставки рассчитывается как для четверя сплошного цилиндра

л = 1 ,04ц п1о,5И +2 а+ь 1, (i

р * 'о ' я Ь в) '

где - диаметр якоря;

1Д- длина магнитной силовой линии в паразитном зазоре; ьв- толщина стенки Аррромагнипюй вставки. Магнитная приводимость с грани вставки определяется как д четверти полого цилиндра

\ = [1,26Яоп(015с1я+1д+ов]]/[0,5 т 1Д'(ЬД-1Д'- «у)"], 13

>

где длина шунтирующего зазора д ;

Ьц - толщина стенки ферромагнитного цилиндра.

Результирующая проводимость системы "круглый пп.гаос-плоскость" находится путем суммирования проводимостей с торца, грани и ребра вставки

Для расчета статической силы тяги ЛУД можно воспользоваться уравнением

л

р = 0,5 12Н* —,

с ах

где т - ток в катушке;

N - число витков намагничивающей катушки.

При проектировании ЛУД об их работоспособности судят по тической тяговой хара1стеристике и величине хода якоря: при стремятся, чтобы сила на протяжении ходя якоря располагалась результирующей характеристики всех противодействующих сил.

Однако, процесс включения линейного двигателя характеризуется не статическими, а динамическими характеристиками, ь.1ражающими характер рабочих процессов, во времени.

Магнитспровод статора и якорь электродвигателей выполнены из нешихтованной стали, поэтому при исследовании режимов движения якоря необходимо учитывать ашяние вихревых токов.

Электромагнитные процессы, протекающие в ЛУД, магнитная систем? которого представляет собой эквивалентный трансформатор с воздушным зазором, работающий под нагрузкой, описываются уравнениями: - уравнение электрической цепи

с г \ ^ г с"- ^ л

и = I К + - Ц +• К21- I — +■ *I — + К2 —в*|. 16)

I с ах] I с ^ ^ с ^ У

где и - напряжение на катушке!

1 - мгновенный ток в катушке ЛУД;

Я, (*дх- активные сопротивления намагничивающей катупки и контура вихревых токов;

<с - коэффициент электромагнитной связи между катушкой и контуром вихревых токов, найденный опытным путем для ЛУД (Кс= 0,2... 0,25)! ■

1-, индуктивности катушки и эквивалентного контура вихревого тока; * - время;

(5)

ста-этом выше

- уравнение движэния

и — = Р - У Р , :7>

А I пр»

гдо м - масса всех движущихся частой, приведенная к якорю; х - координата хода якоря;

динамическая сила тяги двигателя;

Рпр~ сумма противодействующих СИЛ; - уравнение динамической силы тяги

Г сИ с!1- 1 ? = 0,51 ,и — +1 - . (8)

^ ах ¿х J

Для нахождения времени трогания якоря, с учетом влияния вихревых токов, используется уравнение

•/ Ш'1 + -/ 1

Ь = -——■ 1 п

2/ №

тр

/ - V 1

-1

— Т 1

тр

I?)

где 1_п- приведенная индуктивность двух контуров и+ксиех> ■,

к -приведенное активное сопротивление намагничивающей катушки и контура вихревого тока <«п= .

Мгновенное значение тока в любой точке хода якоря

и - ц — п л

± =- . ао)

<0. А. к + — + к* -вх "Л с

Дифференциальное уравнение но) представляет собой нелинейное уравнение вида 1 = -Рч) и решается с помощью численных методов. - .

Найти строгое аналитическое решение для расчета основных ди намических характеристик ЛУД не представляется возможным, так как в процессе движения якоря неизвестно значение тока в конце каждг>-го участка рабочего хода; поэтому для решения используется один из известных итерационных методов (деление отрезка пополам).

По разработанному алгоритму были составлены две машинные программы :

- для нахождения характеристик тока и времени в момент трогания якоря ЛУД;

- для расчета электромеханических процессов на этапе движения.

Исследование ЛУД как звена'САУ, преобразующего входную величину (ток в намагничивающей катушке) в выходную величину (ход якоря), изменяющиеся во.времени, осуществлялось обычными методами, поскольку эти величины связаны примерно линейной зависимостью, -а электродвигатели содержат два инерционных элемента: массу подвижных частей и приведенную индуктивность. Указанные обстоятельства позволяют приближенно представить ЛД как линейное звено второго порядка.

Передаточная функция указанного звена определяется по уравнению

к

w(s> = - , (11)

t*s* + ts + 1 к а,

где к - коэффициент усиления; .s - комплексная переменная;

тк, та- постоянные времени колебательного и апериодического процессов.

Исходя из выражения eil), находятся уравнения для расчета частотных характеристик линейных двигателей и показателей качества. На основании полученных функциональных зависимостей можно сделать вывод, что чем больше рабочий ход электродвигателя, тем вероятнее возможность интерпретировать его как колебательное звено второго порядка, а чем меньше - как апериодическое звено этого же порядка.

В четвертой главе "Теоретические исследования ' электропривода манипулятора доения" проведены исследования стационарных и нестационарных тепловых режимов работы линейных электродвигателей, а также даны уравнения и характеристики основных коэффициентов, позволяющие найти обмоточные данные намагничивающих катушек ЛУД.

В течение времении, когда якорь двигателя-схвата удерживает блок доильных стаканов, по его намагничивающей катушке протекает постоянный ток; В результате этого в раз,тачных частях электродвигателя,, в процессе одевания и снятия доильных стаканов с вымени коровы, формируются температурные поля, зависящие от двух условий: количества, расходуемой мощности на нагрев и' интенсивности, отвода тепловой энергии в окружающую среду.

Теплоотдача в электродвигателях осуществляется при помощи

трех видов теплообмена: выделяющаяся в катушке теплота передается путем теплопроводности к поверхности охлаждения; далее, она отводится в окружающее пространство конвекцией; кроме того, имеет место теплоотьод излучением.

Закрытое исполнение и особенности конструкции .двигателей осложняют теплоотвод с поверхности; поатому, для достижения высоких энергетических и технико-экономических показателей линейных двигателей необходима разработка методики теплового расчета с учетом их конструктивных особенностей. Важный показатель закрытого исполнения - тепловое взаимодействие деталей электродвигателя во всех направлениях движения тепловых потоков. В таких условиях эффективным средством исследования служит тепловая схема составленная для всего ЛУД (рис.7, рис.8).

Тепловой расчет линейных двигателей при нестационарных режимах работы основывается на предположении о нагрею двух однородных тел: меди и стали.

Основными препятствиями, мешающими получить достоверные результаты, явлйюгеп: сложность определения коэффициента заполнение проводом обмоточного пространства и трудности определения коэффициента теплоотдачи. Решению этих проблем и посвящен данный раздел диссертационной работы.

В пятой главе "Экспериментальные исследования ЛУД", была поставлена цель опытной провержи теоретических положений. В связи с этим, определены следующие задячи исследования:

- проведение математического эксперимента для нахождения статических, динамических и тепловых функциональных зависимостей ЛУД;

- определение статических характеристик ЛУД;

- снятие основных динамических характеристик ЛУД;

- получение средних температур ппгрева электродвигателей!

- нахождение погрешностей расчетов.

На основании поставленных задач разработана программа экспериментальных исследований, состоящая из трех частой: первая часть:

1) экспериментальная проверка точности расчета обмоточных данных намагничивающей катушки ЛУД;

2) проведение оптимизации геометрических размеров ЛД с использованием "Фортран-программы";

3) снятие контрольных замеров значений тока и напряжения на катуш-

ке ЛД. а <акже измерение; величин электромагнитной силы в Функции хода якоря|

4) сравнение экспериментальных и расчетных статических характеристик двигателей; вторая часть:

1) расчет динамических характеристик ЛУД с применением компьютерной программы;

2) получение осциллограмм основных динамических характеристик линейных двигателей»

3) построение основных динамических характеристик на основе снятых осциллограмм, с учетом масштабов тока, времени и скорости движение якоря!

4) сравнение расчетных и экспериментальных динамических зависимостей и определение процента помятостей вычислений)

третья часть':

.1) отыскание методом сопротивления .средней температуры нагрева ЛУД; 2) определение погрешностей расчетов нагрева двигателей в статике.

Экспериментальные исслг-даяния проводились в лабораториях кафедры ПЭЭСХ, а также в 'ВЦ Ставропольского сельхозинститута. По данным математического и физического исследований были построены статические (рис.Р, рис.Ш) и динамические (рис.11, рис.12) характеристики ЛУД, Процент наибольшей погрешности между расчетной и экспериментальной статическими тяговыми характеристиками не преьы-гаает 12Ж, а между соответствующими основными динамическими - 18Я.

Шестая глава "Технико-экономические показатели манипуляторов доения" посвящена оценке экономической эффективности созданных ма нипуляторов.

За образец для сравнения, близкого по технической сути к рас -сматриваемому назначению, был выбран разработанный ГСКБ (г.Рига) для ферм крупного рогатого скота и выпускаемый ПО "К.ургансельмаш" (г.Курган) манипулятор для доения МД-Ф-1, предназначенный для механического доения коров, додаивания и последующего отключения доильных стаканов, снятия и ныведения их из-под вымени животных на серийно;выпускаемых доильных установках УДА-8А, УДА-16А.

Расчет и анализ экономической эффективности разработанном о манипулятора осуществлен по отношений к доильно-молочному блоку на 800 коров, в'котором размещены две установки типа "Тандем" с энергосберегающими системами.

Рис. S. Стоические характеристики двигателя-сената

Pi;с. 10. Статические ¿ap¿K-териотики координат ного двигателя

jr X L Л ¿

ti ^е 1 *» Í

а

1.4

fi

— tí

* ff t, 4- J_ 1 сП ••••Г '<1

1 / V ч. *

/ ч А

\¡ I \ У

/ ( 'ч. —^

i -

/ i

/ ■у

'4 !:Ь

-J -А Г 1 i

Рис. II. Основные динамические характеристики двигателл-охвата

Рчс. 12. Основные динамичесв характеристики kooi динатного дзигател;:

с, г

Исходные данные взяты из строительных каталогов "Лшалыю -молочные блоки" и "Комплексы и фешы", а также ча основании технических характеристик манипулятора МД-Ф-1 и установки УДА-8А.

Из расчетов видно, что автоматизация процессов одеышия и снятия доильных стаканов с. сосков вымени коровы, в результате применения разработанного напольного манипулятора доения, г.оыипает продуктивность животных и производительность труда примерно п 1 177.; загрузка оборудования возрастает приблизительно на '¿0%-, при отом снижается количество обслуживающего персонала на ЯЗЯ: а о-пе-ток-мость продукции - на 11%: металлоемкость уменьшается нч 21X. Кроме этого улучшается распорядок рабочего дня жиъотноводоь, уменьшаются затрата мышечной онерпи операторов машинного дг.-чшя, что способствует росту эффективности и привлекательности их груда.

Годовой экономический эффект от применения манипуляторов на молочной ферме на'800 коров составляет 107 тыс. руб. в год.

Использование манипуляторов доения, приводом которых являются ЛУД в доильных установках типа УДА-8А и УДА-1РА, позволяет сократить срок окупаемости капитальных вложений до 2,9 года, что впо.лне приемлемо для сельскохозяйственного производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом настоящей работы является разработка и исследование манипулятора доения для одевания и снятия доильных стаканов с вымени коровы, приводами которого служат линейные электродвигатели (с единым блоком управления) нового поколения. Этом итог включает следующие основные результаты.

1. Доказано предположение автора о возможности созданш: манипулятора доения на основе линейных управляющих двигателей, главной отличительной особенностью которого я&ляется отсутствие тр-.нсмис-сии между электроприводом и звеньями манипулятора, поскольку роль плечевых рычагов выпо.чняют сами линейные двигате.ли,что приводит к повышению быстродействия и точности позиционирования рабочего органа. а также к улучшению технико-экономических показателей.

2. Обоснована необходимость выбора декартовой системы координат для разработки конструкции манипулятора доения с линейным электроприводом, поско.льку именно эта система позволяет раскрыть

функциональные возможности ЛУД.

3. Созданы две модификации манипулятора доения - подвесного и напольного типа, отличительными особенностями которых являкггся: пришглпиально различное положение в пространства - относительно станков доильной установки и количество обслуживаемых животных за одну плойку.

4. Разработаны конструкции линейных упра&ляющих двигателей, отвечающие требованиям сельскохозяйственного производства, а имен-' но: низким потреблением электроэнергии из сети, малой стоимостью, простотой обслуживания и изготоаления, высокой стойкостью к агрессивной среде и повышенной влажности.

5. Найдена возможность управления электроприводами манипулятора доения от микропроцессорной техники и мини-ЭВМ; изготовлена модульная система дистанционного управления ЛУД.

6. Проведены исследования электродвигателей в статике. Создан алгоритм расчета статической электромагнитной силы тяги и разработана машинная программа.

7. ИзучЗны свойства ЛУД в динамике с учетом влияния вихревых токов, а также разработан новый алгоритм с использованием итерационных методов. На основании' этого составлены, две "Фортран-программы" для расчетов процессов трогания и движения якоря двигателя.

8. Благодаря детальному исследованию тепловых режимов ЛД, ис-' пользованы аналитические решения дифференциальных уравнений нагрева с учетом температурных зависимостей материалов провода и магни-топровода. Изучен вопрос нахождения коэффициентов теплоотдачи с поверхности двигателя.

9. Экспериментально подтверждены основные теоретические положения, представлены погрешности расчетов, что позволяет утверждать о достаточном качестве разработанных математических моделей.

• ХО. Проведен технико-экономический анализ базового манипулятора для одевания и снятия доильных стаканов МД-Ф-1 с созданной конструкцией манипулятора напольного типа. Полученные результаты дают возможность сделать вывод, что конструкция предлагаемого манипулятора доения по основным экономическим показателям превосходит базовый.

Основные научные положения диссертационной работы кашли отражение в следующих публикациях.

IS

1. Никитенко Г.В., Давош Л.И. Схема управления ЛУД для привода гидронасоса // Устройства контроля и управления работой электрооборудования: Сб.науч.тр. / Ставроп.СХИ - Ставрополь, 1888,- С. 28. ..32.

2. Гурницкий В.Н.. Никитенко Г.В. Линейный двигатель (ЛУД 00. ООО). Проспект ВДНХ СССР, 1988.

3. Гурницкий В.Н., Никитенко Г.В. Разработка манипулятора для автоматизации, процесса доения коров // Устройства контроля и управления технологическими процессами в сельскохозяйственном производстве: Сб.науч.тр./ Ставроп. СХИ.- Ставрополь, 1089,- С. 9...13.

4. Гурницкий В.Н., Никитенко Г.В., Атанов И .-В. Линейный управляющий двигатель (ЛУД-А-УЗ). Проспект ВДНХ СССР. 1089.

5. Гурницкий В.Н., Никитенко Г.В. Линейный управляющий двигатель. Информационный листок Ставропольского ЦНТИ, 1S89, n 93-89.

6. А.с.СССР ' N 1541046, Кл.Б25 о 19/12, 11/00. Манипулятор / Гурницкий В.Н. .Краусп В.?. .Никитенко Г.В. Опубл.07.02.90г. Бюл.и 5.

7. Гурницкий В.Н..Никитенко Г.В. Линейный управляющий двигатель. Информационный листок Ставропольского ЦНТИ, 1039, n 89-8.

3. Гурницкий В.Н.,'Никитенко Г.В., Атаноз И.В. Социальные аспекты применения линейного электропривода.// Общечеловеческие ценности и студенческая молодежь. Часть 2: Сб.науч.тр. / Ставроп. СХИ - Ставрополь, 1990. - С. 66...68.

9. Никитенко Г.В., Атанов И.В. Исследование динамических процессов линейного управляющего электродвигателя. - В кн. Тезисы докладов межвузовской конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию Ставроп.СХИ,- Ставрополь, 1991.- С, 148, 149.

10. Никитенко Г.В., Атанов И.В. Расчет статической силы тяги ЛУД.- В кн. Тезисы докладов межвузо.вской конференции колодах ученых н специалистов, посвященной 30-дзтию Ставроп.СХИ.- Ставрополь, 1991.- С, 149, 150.