автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Модульное уравновешивающее устройство динамической системы для автоматического подавления вибрации центробежного помольного агрегата

На правах рукописи

Стативко Станислав Андреевич

МОДУЛЬНОЕ УРАВНОВЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДАВЛЕНИЯ ВИБРАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПОМОЛЬНОГО АГРЕГАТА

05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» (строительство) 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород-2015 г.

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им. В.Г. Шухова).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Рубанов Василий Григорьевич

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Севостьянов Владимир Семенович

Официальные оппоненты: Корсунов Николай Иванович

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор Белгородского государственного национального исследовательского университета

Качаев Александр Евгеньевич

кандидат технических наук, главный конструктор ООО «Воскресенский завод «Машиностроитель»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Юго-Западный государственный университет (г. Курск)

Защита состоится «25» марта 2015 г. в 1230 на заседании диссертационного совета Д 212.014.04 при Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова по адресу: 308012, г.Белгород, ул. Костюкова 46, БГТУ им. В.Г. Шухова, главный корпус, ауд. 242.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ЬИр://р05 att.bstu.ru Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.

Автореферат разослан «17» февраля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.А. Семикопенко

IРОССИЙСКАЯ !ГОСУДАРСТВЕННАЯ ; БИБЛИОТЕКА

: 201 ь__3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Широкое применение продуктов тонкого и сверхтонкого измельчения материалов привело к созданию большого числа измельчителей разных типов. Анализ этого оборудования показывает, что у большинства измельчителей движения помольных камер для всего цикла измельчения одинаковые. С целью интенсификации процесса измельчения в одной технологической машине целесообразно обеспечить различные траектории движения камер для реализации различных режимов их работы. Известен трехкамерный центробежный помольный агрегат, который позволяет осуществлять высокодисперсный помол и смешение материалов, обладающих различными физико-механическими свойствами. Основу конструкции агрегата составляет рычажный механизм, подвижные звенья которого необходимо уравновешивать с целью уменьшения динамических нагрузок. Для повышения эффективности работы требуется оснащение агрегата средствами автоматизации, что позволит поддерживать минимальный уровень вибрации, возникающей во время технологического процесса измельчения и оказывающей негативное воздействие на конструкцию машины. Интенсивность вибрации во многом определяет ресурс работы и надежность машины, поэтому существенное значение имеет задача обеспечения допустимых вибрационных параметров.

Разработка модульного уравновешивающего устройства, входящего в состав системы автоматического снижения уровня вибрации, вследствие уменьшения неуравновешенных инерционных сил, является актуальной задачей для класса машин, основой конструкции которых являются рычажные механизмы.

Диссертационная работа выполнялась при поддержке гранта по программе УМНИК «Разработка модулей автоматической балансировки центробежных измельчителей» (проект №10765р/16944) и гранта РФФИ «Синтез адаптивных и нечетких позиционных энергосберегающих систем автоматизации тепло-технологических объектов, машин и механизмов» (проект № 14-41-08009).

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование системы управления с модульным уравновешивающим устройством для автоматического снижения уровня вибрации в механической системе центробежного помольного агрегата.

Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

- анализ существующих измельчителей как объектов управления с точки зрения автоматизации снижения вибрации, анализ способов уравновешивания механизмов и технических устройств для их реализации;

- определение влияния основных конструктивно-технологических параметров центробежного помольного агрегата на возникающие неуравновешенные силы инерции, являющиеся основным источником вибрации;

- получение аналитических зависимостей, определяющих кинематические и динамические характеристики центробежного помольного агрегата и модульного уравновешивающего устройства;

- определение прочностных параметров модульного уравновешивающего устройства;

- разработка патентно-защищенной конструкции центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством, являющимся элементом системы автоматического снижения вибрации;

- идентификация центробежного помольного агрегата как объекта управления в режиме номинального функционирования с модульным уравновешивающим устройством и без него;

- разработка алгоритма управления, в соответствии с которым реализуется управление противовесом модульного уравновешивающего устройства;

- разработка патентно-защищенного способа, согласно которому осуществляет работу система автоматического снижения уровня вибрации;

- разработка структуры системы автоматического снижения уровня вибрации.

Научную новизну работы составляют:

- экспериментально-статистические математические модели патентно-защищенного центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством и без него, отражающие влияние реальных физических параметров на амплитуду вибрации в установившемся режиме;

- разработанный алгоритм управления, в соответствии с которым реализуется управление противовесом модульного уравновешивающего устройства;

- разработанная структура системы автоматического снижения уровня вибрации центробежного помольного агрегата, осуществляющая косвенное регулирование согласно патентно-защищенному способу.

Практическая значимость работы заключается в:

- разработке патентно-защищенной конструкции центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством;

- возможности использования разработанной структуры системы автоматического снижения уровня вибрации, осуществляющей работу согласно патентно-защищенному способу, для класса машин, основой конструкции которых являются рычажные механизмы;

- технической реализации алгоритма управления.

Внедрение результатов исследований:

- по результатам диссертационной работы был изготовлен опытно-промышленный образец модульного уравновешивающего устройства центробежного помольного агрегата; проведены опытно-промышленные ис-

пытания на ООО «РЕЦИКЛ-ИНТЕХ»; проведена опытно-промышленная апробация в условиях стекольного производства на ОАО «Кварцит» (Брянская обл.), получен экономический эффект в размере 279,5 тыс. рублей;

разработанные алгоритмы, подпрограммы и результаты исследований внедрены в учебном процессе в рамках реализации учебного плана подготовки специалистов по специальности 220301.65 - «Автоматизация технологических процессов и производств» и бакалавров по направлению 220700.62 - «Автоматизация технологических процессов и производств».

На защиту выносятся:

- патентно-защищенная конструкция центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством;

- экспериментально-статистические математические модели центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством и без него, отражающие зависимость уровня вибрации от положения противовеса при различных значениях загрузки помольных камер и разной частоте вращения эксцентрикового вала в номинальном режиме;

- алгоритм управления, в соответствии с которым реализуется управление противовесом модульного уравновешивающего устройства;

- патентно-защищенный способ, согласно которому осуществляет работу система автоматического снижения уровня вибрации;

- разработанная структура системы автоматического снижения уровня вибрации механической системы центробежного помольного агрегата.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационные исследования соответствуют паспорту специальности 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» (строительство) по областям исследования - пп. 3 и 6, и паспорту специальности 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» (строительство) - п. 3.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки» (Кузнецк: 2011); на Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и материалы» - XX научные чтения (Белгород: 2011); на Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород: 2012); на Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород: 2013); на IV Международной научно-технической интернет-конференции молодых учёных «Автоматизация, мехатроника, информационные технологии» (Омск: 2014); на Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова «Наукоемкие технологии и инновации» - XXI научные чтения (Белгород: 2014).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 работах, из которых 2 опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, в том числе получен патент РФ на изобретение и патент РФ на полезную модель.

Личный вклад соискателя. Все разделы диссертационной работы написаны лично автором по результатам исследований, полученным им самостоятельно, либо при его непосредственном участии.

Методы исследования. В работе при решении задач были использованы методы теории автоматического управления, планирования эксперимента, математического моделирования. Численное моделирование выполнено на ПЭВМ с использованием среды Simulink пакета MATLAB.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 187 страницах машинописного текста, включая список использованной литературы из 128 наименований и 5 приложений.

Благодарности. Автор выражает благодарность и признательность к.т.н., доц. В.И. Уральскому за помощь в изготовлении опытных образцов и организации проведения экспериментов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, отмечены научная новизна, практическая значимость и внедрение результатов работы, сформулированы положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе приведен анализ измельчителей как объектов управления с точки зрения автоматизации снижения уровня вибрации. Проведен анализ способов балансировки и уравновешивания различных машин и механизмов на основе работ российских и зарубежных исследователей: B.J1. Бидермана, И.И. Блехмана, Б.И. Горбунова, A.A. Гусарова, В.И. Сусанина, A.A. Куинджи, М.Е. Левита, В.П. Нестеренко, Ю.С. Рейбаха, С.П. Тимошенко, В.А. Щепетильникова и др. Проанализированы устройства для осуществления рассмотренных способов, выявлены их недостатки. Предложены пути совершенствования центробежных помольных агрегатов с применением средств автоматизации.

Во второй главе рассмотрены методы уравновешивания кривошип-но-ползунных механизмов. Определены возникающие неуравновешенные инерционные силы, действующие на кривошипно-ползунный механизм центробежного измельчителя. Установлено, что изменяя положение противовесов можно снизить величину неуравновешенных инерционных сил до 50% за счет устранения горизонтальной составляющей неуравновешенной силы. Представлено описание работы разработанного модульного уравновешивающего устройства центробежного помольного агрегата (рис. 1) и его кинематическая схема привода (рис. 2). Определена масса противовеса модульного уравновешивающего устройства при максимальном приведен-

ном моменте сил тяжести подвижных звеньев центробежного измельчителя.

Рис. 1. Центробежный измельчитель: а) общий вид; б) модульное уравновешивающее устройство; / - станина; 2 - полуоси; 3 - противовесы; 4 — противовес; 5,11 - колонки; 6 - ползуны; 7 - рама; 8 - помольные камеры; 9, 12, 20 - патрубки; 10 - поперечная штанга; 13 - шестерни; 14 - вал; 15 - электромагнитные муфты; 16- внешние опоры; 17- опоры; 18 - эксцентриковый вал; 19 - водило; 21 -передача «винт-гайка»; 22 - ходовой винт; 23 - сателлит; 24 - шестерни дифференциала; 25 - программируемый контроллер; 26 - блок питания; 27 - датчик положения противовеса

Получен приведенный к входному звену 1 (рис. 3) момент силы тяжести трех помольных камер Ма при условии, что центр масс помольных камер находится в точке В. Из условия равенства мощностей имеем:

М(, - о) = 6'г • У ■ eos а, (1)

где GT - сила тяжести помольных камер (Н); Vs - скорость центра масс помольных камер (м/с); а - угол между векторами Су и Vs; со - угловая скорость входного звена (рад/с).

При угле поворота <р=л/2 1-го звена (рис. 3) проекции скоростей рассматриваемых точек на ось Y (2)-(4) равны,

Рис. 2. Кинематическая схема привода: 1 - станина; 2 - ползуны; 3 - рама; 4 - привод; 5 - передача; 6 -эксцентриковый вал; 7- противовесы; 8 - промежуточный вал; 9, 11 - шестерни; 10- электромагнитные муфты; 12 - полуоси; 13 - водило; 14 - противовес модульного уравновешивающего устройства; 15 - дополнительный вал

V. =

У. =

л

(

±± л

с1{1{ • ак <р) Л

= -/

' • Б1П (р ■ О) ;

вт (р - — • 2

1 / • БШ (р • СОБ <р

4

■ вт

^с =

Л

^ У \

-/, • БШ (р —

V

лАТ^

• эт

Ч> )

Приведенный момент силы тяжести противовеса М0\

в ■ V СОБ/?

М

(2)

(3)

(4)

(5)

со

где б'л - сила тяжести противовеса (Н); - скорость центра масс противовеса (м/с); Р - угол между векторами (/¿> и У0; со - угловая скорость входного звена (рад/с); 1и /2 - длины 1 -го и 2-го звена; 1й - расстояние от центра масс противовеса до оси вращения (мм).

Определено расстояние от центра масс противовеса до оси вращения для уравновешивания центробежного помольного агрегата без загрузки помольных камер материалом (6). Для уравновешивания регулируемыми противовесами механической системы центробежного помольного агрегата (ЦПА) необходимо обеспечить равенство нулю суммы приведенных моментов сил тяжести помольных камер Л/0, противовесов Мп, измельчаемого материла Мм и дополнительного противовеса МЕ\ Мх = Ма + А/д + Мм + МЕ = 0. Для уравновешивания центробежного помольного агрегата с Рис. 3. Положение рычажного механиз- загрузкой помольных камер из-ма при максимальном приведенном мельчаемым материалом с помо-моменте сил тяжести подвижных звень- щью модульного уравновешиваю-ев; /, 2,3 - звенья; Ц,, С/2 - передаточ- щег0 устройства найден приведенные отношения зубчатых передач

ный момент силы тяжести противовеса модульного уравновешивающего устройства МЕ.

G •V cos а (т +т +т )

I _Г J__4 А В С I/

/„ ---- ---У cosa, (6)

G а ■ cos В т ■ й) • cos В

и о

где тА=тв=тс - массы помольных камер (кг); /я0 - масса противовеса (кг).

МЕ получен из соотношения (7):

G • V • cos В G V ■ cos а

Mt=UrU1—£—*-= -UrUl—¡!—i-. (7)

(Ü со

где GM - сила тяжести материала (Н); G¿ - сила тяжести дополнительного противовеса (Н).

Отсюда, при U\=U2-\'.

G ■ V

М = —-—- = G ■!. (8)

с л i

О)

Исходя из соотношения (8) при массе материала в 5 кг масса противовеса модульного уравновешивающего устройства т,ш не превысит 2 кг.

Предложенная конструкция модульного уравновешивающего устройства содержит три полых вала, связанных между собой посредством фланцевого соединения. Для проведения исследований напряжений и деформаций, возникающих в модульном уравновешивающем устройстве, была построена 3D модель, определены связи и приложены внешние нагрузки, учитывающие вес конструкции и силы инерции, при следующих параметрах: угловая скорость вращения вала со - 40 рад/с; масса противовеса тт, = 2 кг; плечо противовеса от поверхности вала 1Е = 100 мм, 60 мм и 30 мм (от оси вращения / = /¿ + R, где £>=76 мм - внешний диаметр полого вала); материал полого вала, водила и направляющих - СтЗ (ГОСТ 3802005); материал противовеса - БрОЦС4-3 (ГОСТ 5017-74); длина полого вала - 1420 мм, длина водила - 130 мм.

Результаты выполнения серии расчетов напряжений и деформаций (рис. 4, 5), возникающих от нагрузок в узлах и элементах модульного уравновешивающего устройства, показали, что максимальное напряжение достигается в месте соединения полого вала с водилом - 52,67 МПа, максимальная деформация наблюдается в месте крепления противовеса к направляющим - 0,177 мм.

При этом при массе противовеса модульного уравновешивающего устройства т,ш = 2 кг конструкция обладает лучшим числовым значением вероятности неразрушения по критерию прочности, определенным по таблице нормального распределения в зависимости от квантили. Вероятность безотказной работы модульного уравновешивающего устройства по критерию прочности равна />(0=0,90 при т,ш = 2 кг и />(í)=0,61 при = 6 кг.

Рис. 4. Напряжения, возникающие в узлах и элементах модульного уравновешивающего устройства при 1Е = 100 мм. т„м = 2 кг и со - 40 рад/с

Известно, что 50% случаев вибрации вызваны неуравновешенными силами

I" ■■■^НЯВШННЩН инерции неравномерно распределенных масс движущихся или вращающихся частей машин. Из анализа действующих сил инерции на криво-шипно-ползунный механизм сделан вывод, что наибольшее влияние на неуравновешенные силы инерции оказывает нижняя помольная камера измельчителя, это наблюдается когда измельчаемый материал пересыпался из верхней и средней помольных камер в нижнюю. Изменяя положение противовеса можно добиться уменьшения сил инерции до 50%.

Разработана функ-

__ циональная схема

нелинейной подсис-

... ^^^^^^^^^^ ____темы управления по-

ложением противовеса модульного уравновешивающего уст-£ ройства.

В третьей главе представлено разработанное с использованием теоретических исследований модульное уравновешивающее устройство. Электромагнитные муфты устройства при постоянной частоте вращения эксцентрикового вала центробежного помольного агрегата использованы как исполнительные механизмы постоянной скорости. На рис. 6 представлен общий вид центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством. Устройство способно поддерживать весь диапазон частот вращения эксцентрикового вала измельчителя. Для измерения параметров вибрации использовался виброанализатор НПП «ИНТЕРПРИБОР» ВИБ-РАН 2.1. В главе описана методика проведения экспериментальных исследований процесса снижения уровня вибрации механической системы центробежного помольного агрегата.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований подсистемы управления положением противовеса, из которых

Рис. 5. Деформации, возникающие в узлах и элементах модульного уравновешивающего устройства при //. = 100 мм. т„м = 2 кг и си = 40 рад/с

определена переходная характеристика h(t), найдена передаточная функция iV{s) исполнительного механизма и объекта управления подсистемы управления положением противовеса.

Приведены результаты исследования по снижению уровня вибрации механической системы центробежного помольного агрегата без модульного уравновешивающего устройства и с ним. На рис. 7 приведены графики, отражающие влияние основных факторов на уровень вибрации основания колонок центробежного помольного агрегата без модульного уравновешивающего уст----ройства. После оптимизации по

Рис. 6. Обший вид центробежного по- методу наискорейшего спуска мольного агрегата с модульным уравно- найдено математическое описа-вешивающим устройством ние в области экстремума функ-

ции )'в форме уравнения регрессии (9). На рис. 8 отражено влияние основных факторов на среднеквадратическое значение виброперемещения основания колонок центробежного помольного агрегата.

Рис. 8. Зависимость среднеквадратиче-ского значения виброперемещения от основных факторов (дг2 е [100; 150] мм; хз е [25; 27] %): а) X] = 320 об/мин; б) jci = 336 об/мин

Рис. 7. Зависимость среднеквадратиче-ского значения виброперемещения от основных факторов (х2 £ [150; 200] мм; х} е [25; 35] %): а) = 332 об/мин; б) Х\ — 340 об/мин

У, мм

х2, мм

Рис. 9. Зависимость среднеквадратиче-ского значения виброперемещения от основных факторов (дг2 € [0; 100] мм; *3 е [25; 27] %): а) х{ = 320 об/мин; б) лг| = 345 об/мин

На рис. 9 представлены графики, отражающие влияние основных факторов на виброперемещения колонок центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством, согласно уравнению регрессии (10). Из полученных математических моделей в виде уравнений регрессии (9)—(10) можно судить о наличии экстремальных значений функций. Проведенный анализ показал, что изменение положения противовеса модульного уравновешивающего устройства в период работы центробежного помольного агрегата существенно влияет на

(9) (Ю)

уровень вибрации.

Гцпа без усгр= з 1,40-0,1515875-х,-0,006488-х2-0,475ос3+ +0,00023-х,2+0,000046-х22+0,0092-х32-0,000016-х|-;с2. >цпа с устр = 30,611 -0,1501 -х,-0,00 153-х2-0,469-л:3+ +0,0002312-х,2 +0,000011 48-х22+0,009 I -х32-0,000009*, х2.

Вычисление значений среднеквадратического виброперемещения по полученным уравнениям регрессии при коэффициенте загрузки помольных камер равным 0.26, Ь = 125 мм и различных частотах вращения эксцентрикового вала «1=320 об/мин и л2=345 об/мин, показало, что для измельчителя без модульного уравновешивающего устройства КЦПа без устр.1=0,184 мм и ^цпа без устР2=0'265 мм, а при наличии модульного уравновешивающего устройства данный параметр уменьшается на 12% и 9% соответственно и составляет УцпАсустР1 =0,161 мм и КЦПА сустр2=0,241 мм.

В пятой главе разработана структура системы программного управления автоматического снижения вибрации центробежного помольного агрегата (рис. 10), содержащая три подсистемы: подсистему управления положением противовеса модульного уравновешивающего устройства; подсистему загрузки помольных камер и подсистему управления частотой вращения эксцентрикового вала. Система управления осуществляет анализ режима работы и учет параметров в ходе технологического процесса помола и обеспечивает возможность поддержания минимального уровня вибрации во время работы. Предложен способ управления для снижения уровня вибрации, заключающийся в том, что используется поверхность статических характеристик (рис. 11), полученная по уравнению регрессии (10) для центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством, и значения известных параметров в ходе технологического

процесса помола (частота вращения эксцентрикового вала; коэффициент загрузки помольных камер; плечо, на котором расположен противовес) для определения режима в котором находится центробежный измельчитель.

Рис. 10. Структура системы автоматического управления: ЗД1, ЗД2 - задатчики; Р1-РЗ - регуляторы; УП1-УПЗ - усилители преобразователи; ИМ1-ИМ4 - исполнительные механизмы; Р01, Р02 - рабочие органы; Д1-Д4 - датчики

Далее для текущего режима работы определяется ¿тт (мм) - положение противовеса модульного уравновешивающего устройства, которое соответствует минимальному уровню вибрации механической системы центробежного измельчителя. Полученное положение противовеса модульного уравновешивающего устройства выступает в качестве задания для разработанного алгоритма управления положением противовеса модульного урав-

Рис. 11. Поверхность статических характеристик центробежного измельчителя для заданной частоты вращения эксцентрикового вала

новешиваюшего устройства. Разработана подпрограмма (рис. 12) осуществляющая работу согласно предложенному способу. Блок-схема разработанного алгоритма управления приведена на (рис. 13). Алгоритм реализует работу адаптивного трехпозиционного регулятора с адаптацией край-

Средняя позиция является фиксированной и настроенной под нагрузку объекта управления. Фиксированность средней позиции связана со сложностью использования сигнала средней позиции, находящегося между значениями сигналов крайних позиций, в модульном уравновешивающем устройстве, из-за сложности сопряжения регулятора, работающего на средней позиции с двумя электромагнитными муфтами, работающими поочередно, так как данные исполнительные механизмы удобнее всего использовать в режимах «включе-но»/«выключено».

В случае выбега регулируемой величины (положение противовеса модульного уравновешивающего устройства) за пределы заданной зоны нечувствительности Ду трехпозиционного регулятора включается в работу одна из крайних позиций и одновременно осуществляется изменение для недействующей крайней позиции в текущий момент в сторону сближения со средней позицией либо скачком на величину ДА, равную 5-15% от размаха сигналов крайних позиций, либо согласно некоторому закону (например, апериодическому).

Для реализации значений крайних позиций генерируются управляющие воздействия в виде ШИМ-импульсов различной скважности и полярности подаваемые на исполнительные механизмы подсистемы управления положением противовеса.

них позиций в сторону средней позиции.

( пуск Л

Пол^члпк иЦюрчж т о типлпи п ром /»••»<. г

I

Получение кЦюрчллп о яг»Нтамяп 1аф«»т ыигр

игщриоехпогп ньмолыюю »гре( г тэ

_ 1 ... ...

11ол\чоя|с 1»Ц»>Р -н-вгигрикоюсо иипо'кгак а^ткниа »л ттшшо ярсим

*

Определен» пояожеим стичииЛ ираперпстм) о

рабочсА ТОЧН1 (фллнчесш)» м»>»сьь аиЛрашш Г), сагяаыа («Цифимч соафМЯсЯсш ■ Лам дна»«

4

Согласно стшгескоП ыраперклгое опрвжластс.

шашчишиЛ урсасм пртпаоисса соо аоктауюым тому уроаню |Лрж «II

*

Опреде.киие к.игч яги росеогласоаанна нсл^г

фаппческоЛ к.чнннчИ Щ||))м1аа1) и мимнм ниш! ¡'гм

^останов)

Рис. 12. Блок-схема подпрограммы модели объекта управления для определения режима работы центробежного помольного агрегата

Рис. 13. Блок-схема разработанного алгоритма управления

При изменении нагрузки объекта управления и превышении некоторого допустимого значения Зцо,, для уровня вибрации происходит перенастройка средней позиции под новую нагрузку объекта.

Адаптивный трех-позиционный регулятор реализован алгоритмически на программируемом контроллере.

Проведены опытно-промышленные испытания разработанного модульного уравновешивающего устройства на предприятии ООО «РЕ-ЦИКЛ-ИНТЕХ», и опытно-промышленная апробация центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством в условиях производства на ОАО «Кварцит» (Брянская обл.). Получен экономический эффект в размере 279,5 тыс. руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Рассмотрены известные способы уравновешивания механизмов и машин и приведены технические устройства для их реализации, проведен анализ существующих измельчителей как объектов управления с точки зрения автоматизации снижения уровня вибрации, предложены возможные пути усовершенствования агрегатов;

2. Определены аналитические зависимости позволяющие определить изменения неуравновешенных сил инерции, действующих на элементы конструкции кривошипно-ползунного механизма центробежного измельчителя в зависимости от конструкторско-гехнологических параметров;

3. Получены аналитические зависимости, определяющие кинематические и динамические характеристики центробежного помольного агрегата и модульного уравновешивающего устройства;

4. Определены напряжения и деформации возникающие в модульном уравновешивающем устройстве при установке противовесов различных масс; установлено, что вероятность безотказной работы модульного уравновешивающего устройства при установке противовеса массой 2 кг на 28% выше, чем при установке противовеса массой 6 кг;

5. Разработана патентно-защищенная конструкция центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством (патент РФ №2494813 от 27.04.12);

6. Проведена идентификация объекта управления и получена экспериментально-статистическая математическая модель центробежного помольного агрегата с модульным уравновешивающим устройством и без него, для установившегося режима функционирования,

7. На основе полученных регрессионных зависимостей определено, что применение модульного уравновешивающего устройства снижает общий уровень вибрации механической системы центробежного измельчителя до 12%, что приводит к увеличению ресурса работы агрегата;

8. Разработан алгоритм управления, реализующий адаптивное трех-позиционное регулирование с адаптацией крайних позиций в сторону фиксированной средней позиции, в соответствии с которым реализуется управление противовесом модульного уравновешивающего устройства, в результате работы алгоритма снижаются затраты энергии на управление;

9. Разработан патентно-защищенный способ (решение о выдаче патента РФ на изобретение, заявка №2013149882 от 07.11.13), на основе которого разработана структура системы автоматического снижения уровня вибрации механической системы центробежного помольного агрегата, осуществляющая косвенное регулирование и уменьшающая амплитуду вибрации с учетом степени загрузки помольных камер, положения противовеса и частоты вращения эксцентрикового вала;

10. Изготовлен опытно-промышленный образец модульного уравновешивающего устройства, проведена опытно-промышленная апробация в технологической линии по производству стеклопорошка на ОАО «Кварцит» (Брянская обл.), получен экономический эффект в размере 279,5 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

I. Стативко, С.А. Система автоматического подавления негативной вибрации помольно-смесительного агрегата / С.А. Стативко, В.Г. Ру-

банов, Ю.А. Гольцов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2014-№10 - С. 1-7.

2. Стативко, С.А. Идентификация помольно-смесительного агрегата в номинальном режиме функционирования методами планирования эксперимента / С.А. Стативко, В.Г. Рубанов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013,- №12,- С. 282-292.

Статьи и материалы конференций

3. Стативко, С.А. Система управления для подавления вибрации помольного агрегата и моделирование ее работы / С.А. Стативко, В.Г. Рубанов // Наукоемкие технологии и инновации (XXI научные чтения): меж-дунар. научно-практ. конф. молодых ученых БГТУ им. В. Г. Шухова, (Белгород, 9-10 окт., 2014 г.), Белгород: Изд-во БГТУ, 2014,- Ч. 6.-С. 297-303.

4. Модульные мехатронные системы автоматической балансировки / С.А. Стативко, Д.А. Бушуев, В.Г. Рубанов, В.И. Уральский II Автоматизация, мехатроника, информационные технологии: IV междунар. науч,-техн. интернет-конф. молодых учёных, (Омск, 14-15 мая 2014 г.), Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014.- С. 132-135.

5. Разработка модульных устройств автоматической балансировки /

B.Г. Рубанов, С.А. Стативко, Д.А. Бушуев, и др. // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвуз. сб. ст. под ред. B.C. Богданова, Белгород: Изд-во БГТУ, 2013,- Вып. XII.- С. 338-342.

6. Tasks of grinding aggregates automation for high-dispersible powders production / D.A. Bushuev, S.A. Stativko, V.G. Rubanov, V.S. Sevostyanov // Студенство. Наука. Иноземна мова: сб. наукових праць, Харьков: ХНАДУ, 2013.-Вип. 5.-С. 389-393.

7. Стативко, С.А. Разработка системы автоматического управления для подавления вибрации помольно-смесительного агрегата / С.А. Стативко, Е.В. Немыкин // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, посвященная 160-летию со дня рождения В.Г. Шухова (Белгород, 19-20 мая, 2013 г.) Белгород: Изд-во БГТУ, 2013.-С. 474-478.

8. Стативко, С.А. Повышение эффективности центробежных измельчителей с помощью модульных систем автоматической балансировки /

C.А. Стативко, Д.А. Бушуев, В.И. Уральский // Сборник трудов молодых ученых и специалистов Белгородской области, Белгород: Константа, 2012.-С. 102-107.

9. Стативко, С.А. Разработка модулей автоматической балансировки центробежных измельчителей / С.А. Стативко, Д.А. Бушуев // Исследования и инновации в ВУЗе: междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых БГТУ им. В. Г. Шухова, сб. докл., Белгород: Изд-во БГТУ, 2012,- Ч. 4,-С. 225-228.

10. Вопросы автоматизации помольно-смесительных агрегатов для получения высокодисперсных материалов / В.Г. Рубанов, B.C. Севостья-нов, С.А. Стативко, Д.А. Бушуев // Инновационные технологии и материалы (XX Научные чтения): Междунар. науч.-практ. конф., (Белгород, 11-12 окт. 2011 г.), Белгород: Изд-во БГТУ, 2011.-Ч.2.-С. 215-220.

11. Исследование вибрации центробежного помольного агрегата в зависимости от загрузки / С.А. Стативко, В.Г. Рубанов, B.C. Севостьянов, В.И. Уральский // Актуальные проблемы науки: сб. докл. междунар. науч.-практ. конф., (Кузнецк, 30 сент. 2011 г.), Кузнецк: ИП Тугушев С.Ю., 2011- Т.З.-С. 99-102.

Полученные объекты интеллектуальной собственности

12. Пат. 2494813 Российская федерация, В02С17/14. Помольно-смесительный агрегат с автоматической балансировкой / Глаголев С.Н., Рубанов В.Г., Севостьянов B.C., Уральский В.И., Стативко A.A., Стативко С.А., Бушуев Д.А.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова- №2012117656/13; заявл. 27.04.2012; опубл. 10.10.13, Бюл. №28.

13.Пат. 114875 Российская Федерация, B02CI7/00. Помольно-смесительный агрегат с автоматической балансировкой / Рубанов В.Г., Севостьянов B.C.. Уральский В.И., Стативко A.A., Бушуев Д.А., Стативко С.А.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова,-№2011144546/13; заявл. 02.11.2011; опубл. 20.04.12, Бюл. №11.

Подписано в печать 12.02.2015 Формат 60x84/16.

Усл. печ.л. 1. Тираж 120 экз. Заказ

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46

1 863

2014356920