автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение эффективности технологических машин в АПК применением линейного асинхронного электропривода с накопителями механической энергии

АИПОВ Рустам Сагитович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН В АПК ПРИМЕНЕНИЕМ ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С НАКОПИТЕЛЯМИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Специальность 05.20.02 —электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - Пушкин - 2006

Работа выполнена на кафедре электрических машин и электрооборудования Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет».

Ведущая организация — Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный агроинженерный университет» (г. Челябинск).

Защита состоится 10 октября 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 220.060.06 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196601, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д.2, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

|Петленко Борис Иванович | (г. Москва)

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор

Епифанов Алексей Павлович (г. Санкт-Петербург-Пушкин) — доктор технических наук, профессор Сарапулов Федор Никитович (г. Екатеринбург)

— доктор технических наук, профессор Сапсалев Анатолий Васильевич (г. Новосибирск)

2-719.

Автореферат разослан « ^ » 2006 г.

Ученый секретарь диссертациош доктор технических наук

В.Я.Сковородин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Надежное снабжение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем — одна из основных задач аграрной политики правительства РФ и региональных структур управления в современных условиях. Важнейшее значение здесь придается качеству и количеству получаемой сельскохозяйственной продукции, показатели которых напрямую зависят от технической оснащенности и эффективности применяемых технологических машин.

Рабочие органы технологических машин совершают различные по характеру движения (поступательное, вращательное, возвратно-поступательное, колебательное). В растениеводстве и процессах производства и переработки продуктов преобладает колебательное движение.

Для согласования вращательного движения вала электродвигателя с колебательным движением рабочего органа применяются механические преобразователи вида движения: кривошипно-шатунный, кулисный, кулачковый и различные их вариации и сочетания. Каждый такой механический преобразователь имеет десятки трущихся поверхностей. Из-за их износа, а в ряде случаев и повреждения деталей и узлов редукторного привода, возникают простои технологического оборудования.

Другим недостатком редукторного электропривода является ограниченная возможность создания управляемого привода для воспроизведения колебаний большой амплитуды (0,05-0,1 м) и низкой частоты (2-5 Гц). Эта область кинематических параметров оказывается оптимальной для многих технологических операций. В сельскохозяйственном производстве электроприводы обычно работают при неизменных параметрах колебаний рабочего органа оборудования, что снижает эффективность их использования, а именно качество и количество выпуска продукции. Конструкции технологических машин с колебательным электроприводом в течение последнего десятка лет не совершенствовались, с чем связаны не только огромные потери продукции, но и большие затраты на энергоносители и обслуживание.

В этом аспекте более перспективным представляется применение в приводе технологических машин линейных асинхронных двигателей (ЛАД). ЛАД обеспечивает получение непосредственно прямолинейного движения. Совмещение ЛАД в концевых звеньях с упругими накопителями механической энергии позволяет реализовать энергетически эффективный электропривод колебательного движения, т.к. при этом появляется возможность производить разгон рабочего органа технологической машины в обратном направлении за счет запасенной энергии.

Немаловажно и то, что ЛАД отличается конструктивной простотой, технологичностью изготовления, легкостью монтажа и демонтажа, дешевизной, надежностью и допускает разнообразие конструктивных решений. Вследствие отсутствия на вторичном элементе ЛАД обмотки его подвижной частью может быть непосредственно плоский или цилиндрический рабочий орган оборудования. В результате появляется возможность дополнительного упрощения, снижения металлоемкости машин, блочно-модульного построения привода и его многоцелевого применения. Все это отвечает общим тенденциям развития электрооборудования технологических машин АПК, направленного на экономию энергии и ресурсов. Однако широкое использование ЛАД затруднено, в том числе и тем, что интеграция производственного

механизма с исполнительным двигателем приводит к необходимости проектирования каждый раз привода и механизма, работающих в комплексе.

В диссертационной работе впервые рассматриваются вопросы построения, теории и расчета колебательных линейных асинхронных электроприводов с упругими накопителями механической энергии (КЛАП) технологических машин АПК, что представляет собой актуальную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Актуальность выбранного научно-технического направления исследования подтверждается соответствием данной темы разделу федеральной программы по научному обеспечению АПК РФ («Разработать научные основы развития системы научно-технического обеспечения сельскохозяйственного производства, создание машин и энергетики нового поколения, формирование эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики») и тематическому плану Межведомственной координационной программы по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса РФ на 2001-2005 годы. Данное направление было одобрено НТС Межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации республик и областей Уральского региона (протокол от 28.11.2002 г. №6)

Общей целью работы является развитие теории и принципов построения линейных асинхронных электроприводов, совмещенных с накопителями механической энергии, обеспечивающих повышение эффективности применения технологических машин с колебательным движением рабочего органа путем управления параметрами колебаний, многоцелевого применения со снижением энергетических затрат.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

1. На основе технологических требований к приводу механизмов для процессов транспортирования, хранения и переработки продуктов разработать принципы построения колебательных линейных асинхронных электроприводов, совмещённых с упругими накопителями механической энергии.

2. Разработать математический аппарат расчета и провести анализ статических и динамических процессов ЛАД с учетом условий работы в КЛАП технологической машины, обосновать потенциальную возможность его многоцелевого использования.

3. Аналитическим и численными методами провести анализ математических моделей КЛАП и технологических машин с КЛАП для процессов транспортирования, хранения и переработки продуктов, определить рациональные взаимосвязи параметров колебаний электромеханической системы с учетом согласования требуемых характеристик, параметров двигателя и нагрузки для различных условий применения.

4. Разработать и исследовать математическую модель сопуствующих электромеханическому преобразованию энергии тепловых процессов в ЛАД, оценить возможность их использования в технологическом процессе для повышения КПД технологической машины с КЛАП.

5. Для проверки адекватности разработанных математических моделей провести экспериментальные исследования КЛАП различных модификаций и технологических машин с КЛАП.

6. Внедрить КЛАП в натурные образцы и рабочие проекты технологических машин для процессов хранения и переработки продуктов. Провести анализ технико-экономической эффективности разработок.

Предмет исследования. Закономерности и взаимосвязи характера колебаний электромеханической системы с параметрами и режимами работы ЛАД, совмещенного с упругими накопителями механической энергии, и нагрузкой, определяемой условиями применения.

Объект исследования. Технологические машины в АПК с колебательным движением рабочих органов.

Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены на базе фундаментальных законов и уравнений механики и электромеханики и основных положений теории электропривода.

Достоверность результатов исследований проверялась экспериментально-аналитическими методами, сравнением некоторых полученных результатов с решениями других авторов, а также методами физического моделирования электромеханических систем с привлечением одного из основных пакетов расширения программной системы МаНаЬ — 5т1иПпк, моделированием процессов в реальных технологических машинах, экспертизой разработанных технических решений и способов в Роспатенте РФ.

Научная новизна положений работы, выносимой на защиту:

- принципы построения колебательных линейных асинхронных электроприводов с упругими накопителями механической энергии, имеющих возможность управления параметрами колебаний и многоцелевого применения;

- конструкции технологических машин для применения в агропромышленном комплексе, отличающиеся высокими технико-экономическими показателями в результате использования КЛАП;

- математические модели электромеханической системы, содержащей линейный асинхронный двигатель, совмещенный с упругими накопителями механической энергии, и результаты ее многофункционального анализа, включая технологический нагрев;

- закономерности изменения показателей эффективности технологических машин, содержащих КЛАП, в зависимости от их конструктивных параметров и режимов работы электропривода;

- методика и результаты экспериментальных исследований КЛАП и технологических машин на базе колебательного линейного асинхронного электропривода с упругими накопителями механической энергии с многоканальной выдачей и обработкой информации на ЭВМ.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- отработан на уровне изобретений ряд конструкций и конструктивных схем, способов реализации колебательного движения КЛАП, обладающих повышенной надежностью и эффективностью;

- предложенная концепция, разработанные методы и алгоритмы расчетов позволяют на начальной стадии проектирования КЛАП технологической машины принимать рациональные решения, обеспечивающие требуемые технические параметры электромеханической системы при минимальных материальных и энергетических затратах;

- разработаны конструкции, созданы рабочие проекты и натурные образцы технологических машин с КЛАП с управляемыми параметрами колебаний рабочего органа, возможностью многоцелевого применения и имеющие высокие технико - экономические показатели;

- созданы образцы лабораторных установок КЛАП и технологических машин с КЛАП, обеспечивающие эффективное выполнение фундаментальных и прикладных исследований.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертации использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР, проводимых в различные годы. Внедрены в механическом цехе предприятия в составе качающегося конвейера для транспортировки отходов металлообработки, на ряде сахарных заводов в качестве конвейера для транспортирования влажного сахара (ожидаемый экономический эффект на четырех сахарных заводах Башкортостана составляет 1 миллион 160 тыс, рублей в год), на хлебоприемных пунктах и молочных заводах РБ в качестве приводов ворошителей-задвижек бункеров-питателей (суммарный фактический экономический эффект составляет 177,2 тыс. рублей в год), а также в учебном процессе БГАУ:

- в монографии «Основы построения и теории линейных асинхронных приводов с упругими накопителями энергии»;

- в учебных пособиях «Линейные электрические машины и приводы на их основе», «Линейный электропривод колебательного движения».

Публикации. В диссертации обобщены 121 авторская публикация, в том числе 1 монография, 2 учебных пособия, из которых одно рекомендовано УМО по аг-роинженерному образованию в качестве учебного пособия для студентов вузов. Оригинальные технические решения защищены 25 авторскими свидетельствами и патентами РФ. Общий объем публикаций - 59 п.л. Монография, учебные пособия и 11 научных статей написаны соискателем лично, общий объем - 44 п.л.

Существенную техническую помощь по созданию (проектированию, изготовлению и испытанию) технологических машин для сельскохозяйственных, пищевых и других производств оказали соавторы, указанные в перечне основных работ, опубликованных по теме диссертации.

Неоценимую помощь своими советами и консультациями соискателю оказали д-р техн. наук профессор Петленко Б.И., д-р техн. наук профессор Хайруллин И.Х. Пользуясь случаем соискатель выражает свою искреннюю благодарность названным лицам.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на ВДНХ СССР в 1987 и 1988 годах и отмечены соответственно бронзовой и серебряной медалями. Докладывались и получили одобрение на 18 научно-технических конференциях и семинарах в 1978 — 1988 гг., в том числе Всесоюзных школах-семинарах «Проблемы применения линейных электрических машин в транспортно-технологических элементах гибких производственных систем» (Одесса, 1986г., 1988г.; Донецк, 1987г.). Докладывались и получили одобрение на 19 научно- практических конференциях в 1995 — 2006 гг., в том числе на «Первой международной конференции по автоматизированному электроприводу» (Санкт-Петербург, 1995г.); Всемирном электротехническом конгрессе (Москва, 1999г.); ХЫУ Международной научно-технической конференции «Достижения науки — агропромышленному производству» (Челябинск, 2005); ежегодных всероссийских конференциях БГАУ (Уфа, 1998 — 2006 гг.).

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа содержит 331 страниц основного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и 10 приложений. В работе содержатся 12 таблиц и 213 рисунков. Список использованной литературы насчитывает 247 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность и народнохозяйственное значение рассматриваемой проблемы.

Освещается роль известных ученых в создании и развитии родственных научных направлений: Вольдека А.И., Тийсмуса Х.А. (индукционные насосы); Веселов-ского О.Н., Луковникова В.И., Петленко Б.И., Сарапулова Ф.Н., Свечарника Д.В., Соколова М.М. (производственно-технологическое оборудование); Винокурова А.И., Епифанова А.П., Лейтуейта Е.Р., Насар С.А., Скобелева В.Е., Ямамура С. (высокоскоростной транспорт) и др., подготовивших основы практического использования линейного привода в различных отраслях техники.

Доказывается перспективность применения в технологических машинах АПК линейного асинхронного электропривода с упругими накопителями механической энергии, обеспечивающих существенное повышение эффективности их использования.

Сформулированы цели и задачи исследований, показаны научная новизна положений, выносимых автором на защиту, и практическая ценность работы. Отражены вопросы реализации и апробации полученных научных результатов, дана общая характеристика выполненных исследований.

В первой главе «Технологические машины и их приводы с колебательным движением рабочего органа в АПК. Цели и задачи исследований по повышению эффективности их работы путем применения линейных асинхронных электроприводов с накопителями механической энергии» рассматриваются вопросы организации технологических процессов в растениеводстве, хранении, переработке и транспортировании продуктов. Показано, что колебательное движение рабочего органа характерно для большинства технологических машин. Отмечено, что эти машины были созданы на основе многолетних исследований процессов очистки продуктов, кинематики и динамики рабочих органов технологических машин.

Используемые в них приводы из-за сложности кинематики не в полной мере соответствуют требуемым характеристикам колебательного движения, что снижает эффективность их применения.

При реализации колебательного движения рабочего органа технологической машины лучших технико-экономических показателей можно достичь, используя привод на базе линейного асинхронного двигателя, совмещенного с накопителем механической энергии.

Анализ электроприводов по способам реализации и формирования необходимых законов колебательного движения рабочего органа технологической машины позволил предложить несколько структурных схем линейных асинхронных приводов с накопителями механической энергии, в качестве которых используются цилиндрические пружины (рисунок 1).

ТК I-Н ЛАД НН УЭ

СУ I-Н ТК I-Н ЛАД I—Ч УЭ |-

СУ>-^-1 ДГС б)

Рисунок 1 Структурные схемы линейных электроприводов на базе ЛАД, совмещенных с упругими накопителями энергии, работающих в режимах: автоколебательном (а); вынужденных колебаний (б)

Электропривод (рисунок 1, а) работает в режиме автоколебаний. Подключение ЛАД к сети производится одним нереверсивным тиристорным коммутатором (ТК) в порядке, определяемом схемой управления (СУ) и датчиком положения (ДП) рабочего органа с координатой X/, что существенно упрощает силовые цепи и увеличивает надежность привода. Носителем программы и считывающим устройством является вторичный элемент. СУ в КЛАП (рисунок 1, б) сама формирует закон коммутации тиристоров, электропривод работает в режиме вынужденных колебаний. Упругие накопители механической энергии (УЭ) используются для запасания кинетической энергии рабочего органа при прямом ходе и последующего ее возврата при обратном. Электрический двигатель расходует энергию только на компенсацию механических потерь, обусловленных технологической нагрузкой. На рисунке 2 представлены кинематические схемы КЛАП, объединенные в две модели.

»■» БЭ у»

ь====р тщ

.ах»

.........—- ГсЕ?

ТТГ б)

Рисунок 2 Кинематические схемы КЛАП: модель 1 (а); модель 2 (б)

При разработке кинематических схем КЛАП ставились задачи их унификации, а также удовлетворения требованиям многоцелевого применения. Модель 1 КЛАП (рисунок 2, а) соответствует структурной схеме, приведенной на рисунке 1, а. ЛАД привода в цикле колебательного движения вторичного элемента (ВЭ) работает в ре-

жиме противовключения с последующим переходом в двигательный режим. КПД технологической машины с таким КЛАП может быть увеличен при использовании выделяемого тепла в процессе электромеханического преобразования энергии для решения сопутствующей технологической операции нагрева.

Структурной схеме на рисунке 1,6 соответствует модель 1 КЛАП, выполненная без ДП. В модели 2 КЛАП (рисунок 2, б) ДП настраивается так, что СУ через ТК включает двигатель после возврата УЭ рабочему органу механической энергии. ЛАД привода работает в двигательном режиме. В модели 1 КЛАП работает в режиме автоколебаний и вынужденных колебаний, в модели 2 КЛАП работает в режиме автоколебаний. В результате проведенного анализа обоснована возможность регулирования параметров колебаний разработанных КЛАП и их многоцелевого использования.

Приведены характерные примеры конструкций технологических машин сельскохозяйственного назначения с КЛАП, в том числе инерционного конвейера для транспортирования и одновременного подогрева влажного сахара; бункера-питателя с КЛАП ворошителей-задвижек, обеспечивающих одним приводом разрушение сводов и управляемую выдачу продуктов. Основные технические решения в этом направлении защищены 10 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Несмотря на разнообразие исполнений и назначений рассматриваемых КЛАП всех их объединяет то, что в них имеет место: импульсное управление ЛАД, накопители механической энергии, сопряженные с вторичным элементом двигателя, вторичный элемент, жестко связанный или одновременно являющийся рабочим органом технологической машины. Наличие таких классификационных признаков позволяет рассматривать КЛАП как особый класс специальных электроприводов.

На основании анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований сформулирована научная проблема, решению которой посвящена настоящая работа: развитие теории и принципов построения линейных асинхронных электроприводов, совмещенных с накопителями механической энергии, обеспечивающих повышение эффективности применения технологических машин с колебательным движением рабочего органа путем управления параметрами колебаний, многоцелевого применения со снижением энергетических затрат.

Во второй главе «Расчет и анализ статических и динамических процессов линейного асинхронного двигателя в КЛАП» рассмотрен подход к выбору конструктивных параметров и расчету схемы замещения ЛАД с учетом его разновидностей в КЛАП, разработана математическая модель электромеханических процессов в линейном асинхронном двигателе, проведен анализ переходных процессов, происходящих в двигательном и тормозном режимах работы ЛАД. Решение уравнения движения позволило определить параметры ЛАД, обеспечивающие соответствие та-хограмм движения технологическим требованиям; получены аналитические выражения, описывающие динамику ЛАД.

Показано, что двигатели в КЛАП относятся к низкоскоростным ЛАД, с учетом чего рассмотрен подход к выбору конструктивных параметров ЛАД по значению электромагнитной добротности, удобный на стадии предпроектных исследований. В ЛАД, в отличие от двигателей вращения, существует взаимосвязь главных геомет-

и

рических размеров (длина индуктора и ширина или диаметр вторичного элемента). По этой причине величина полюсного деления должна быть соизмерима с диаметром ВЭ и для повышения мощности ЛАД необходимо увеличивать не полюсное деление, а число пар полюсов. В работе приведена методика расчета параметров схемы замещения ЛАД без учета потерь в магнитопроводе индуктора, индуктивности рассеяния немагнитного покрытия и ферромагнитной основы ВЭ.

В общем случае цикл колебательных движений рабочего органа технологической машины состоит из времени (1Р), когда ЛАД подключен, и времени (10>, когда ЛАД отключен от источника питания с напряжением и (рисунок 3). Электрическая

машина работает постоянно в переходном режиме. Математическое моделирование переходных процессов, происходящих в ЛАД, проводилось на основе уравнений Парка-Горева, преобразованных применительно к ЛАД в двухфазной системе координат, неподвижной относительно поля индуктора. При составлении уравнений были приняты обычные для подобных преобразований допущения.

Сложное взаимное влияние электромагнитных и механических переходных процессов, происходящих в ЛАД, позволяет исследовать их только численными методами. Для моделирования был использован пакет БтиПпк (приложение к МаЫаЬ), специально разработанный для исследований динамических систем. Исследуемые ЛАД (рисунок 4) имели различные параметры, перекрывающие возможный диапазон их значений в низкоскоростных машинах с синхронными скоростями до 10 м/с и немагнитным зазором до 5 мм.

1

Гдпп лпп ■

Рисунок 3 Режим работы ЛАД в КЛАП

2_/ | и и сг

Рисунок 4 Конструктивные разновидности ЛАД в КЛАП: а-двухсторонний; б — односторонний; в - цилиндрический; 1 - индуктор; 2 - вторичный элемент

Проведенный анализ влияния параметров схемы замещения, источника питания и подвижной массы на электромагнитные переходные процессы в ЛАД позволили дать рекомендации по их выбору с учетом условий работы в КЛАП. Например установлено, что при частоте источника питания 50 Гц с влиянием электромагнитных переходных процессов можно не считаться при включении ЛАД с частотой менее 10Гц. Для варианта работы ЛАД в модели КЛАП с жесткой связью ВЭ с УЭ установлено влияние жесткости УЭ, подвижной массы на электромагнитные переходные процессы в двигателе. Влияние электромагнитных переходных процессов на электромеханические оценивалось по степени отличия динамических механических характеристик (ДМХ) двигателя от статических механических характеристик (СМХ)

в режимах двигателя и противовключения. Степень отличия ДМХ от СМХ оценивалась по приведенной погрешности а = тах{Кс.о/^ь Fq-d ¡Fk), где Vc-d - отличие СМХ от ДМХ по скорости для конкретного значения силы тяги двигателя; Vi — синхронная скорость ЛАД; FC-d — отличие СМХ от ДМХ по силе тяги для конкретного значения скорости ВЭ ЛАД; Fk - максимальная сила, развиваемая ЛАД.Обработка результатов моделирования, представленных в виде номограмм, позволила установить, что для двигательного режима работы ЛАД а < 5% при критическом скольжении двигателя л>> 0,4 в интервале скольжений вторичного элемента 0,4 < s < 1 и его ускорении F//m < 60 м/с2 (m — масса вторичного элемента). Для sk> 0,8, Ft tm< 100 м/с2, 0,6 < s <1 - <з < 5%. ДМХ и СМХ практически совпадают во всем интервале скоростей ЛАД с s* = 1 и FJm < 6 м/с2. В режиме торможения отличие ДМХ от СМХ наблюдается в границах 1,4 < j < 2. Для Fk!m> -18 м/с2 и .ц > 0,4 ДМХ и СМХ практически совпадают в интервале скольжений вторичного элемента 1 <s < 1,4. В варианте применения КЛАП в приводе инерционного конвейера допустимое ускорение движения грузонесущего органа при работе ЛАД определяется величиной ¡.ig (р - коэффициент трения покоя транспортируемого груза, g — ускорение свободного падения). Получено, что ускорения, обеспечивающие транспортирование груза без проскальзывания, находятся в пределах ± 30 м/с2, то есть динамику ЛАД привода допустимо анализировать по СМХ двигателя с хк> 0,7, в этом случае а < 5-8%.

Таким образом уравнение, описывающее движение рабочего органа технологической машины с КЛАП при работе ЛАД без учета электромагнитных переходных процессов, может быть представлено в виде:

m-x = F(i)-ß;t-./v; (1)

F(x), FK{2 + q)SK(Vl~x)yl (2)

где x(/), i(/) - вторая и первая производные по времени пути, пройденного рабочим органом; ß - коэффициент вязкого трения; N - сила сухого трения; q - параметр двигателя.

При решении уравнения (1) использовался метод численного интегрирования. Решение выполнялось при дискретно изменяемых параметрах ЛАД и силах сопротивления движению, охватывающих целесообразный диапазон применения в технологических машинах:

0<q<\; 0,4<ä>< 1; 3,5 м/с< Fi < 12,5 м/с;

-3,5 м/с<*нач<4м/с; 0,01 c"'<ß/2m<0,15с"1; 0< N/m<0,1 м/с2; х,шч - начальное, перед включением двигателя, значение скорости рабочего органа. Поскольку для большинства продуктов ц = 0,6, значение Fk Im определялось величиной 6 м/с2.

По результатам решений оценивалось влияние параметров ЛАД и сил сопротивления движению на характер динамических процессов рабочего органа технологической машины с позиции наименьшего времени торможения и последующего разгона или только разгона. Указанные условия необходимы для обеспечения требуемой энергетической эффективности привода. Для определения величины синхронной скорости ЛАД вводилось дополнительное условие: обеспечение минимума потерь электроэнергии. При амплитудах перемещения рабочего органа машины, дости-

гаюших 0,5 м, рекомендуемые значения параметров двигателя лежат в диапазоне 0,7-1; <7 = 1; К, = (3-3,5) хкаи (хко„ - требуемое по технологическим условиям значение скорости рабочего органа перед взаимодействием с упругим элементом). Для значений 5 = 0-2 СМХ ЛАД с указанными параметрами описывается многочленом:

+ (3)

где В0, В\,В2- коэффициенты, постоянные для ЛАД, определяемые и

Коэффициенты В0, В\, В2 найдены отдельно для двигательного и тормозного режимов в виде аналитических зависимостей и представлены графиками и таблицами. После подстановки (3) в (1) получены простые аналитические выражения, описывающие динамику рабочего органа технологической машины. Выражение для скорости разгона имеет вид:

/

2

= Y

i ■ г-1

+ 1

d 2/'

(4)

где

ka =-

х„ач + d/2f - у

- + 1;

Y,

Т = --

4 (FkB2)2

2 FkB2y

FkBp-N . FkB2 '

d _ P-ft¿>i 2/ 2 FkB2

Для 5 = 1-2и5,= 0,8-1 СМХ ЛАД описывается линейной функцией (В2 = 0). Выражение для скорости торможения имеет вид

р + FiS1J р +

хт ~ х,

(5)

*r

5 « т

«« ti

ÍS (í

и 11

ij и

1! С

V «

f

•••-•»—: i /

r -í Cj— К" -г f* 3f/ s

ж

A

V,

ix

r К к i

где т =

электромеханическая посто-

р+РкВ1 янная времени ЛАД.

Результаты расчетов х,,и) и х^) и экспериментально полученные зависимости приведены на рисунке 5.

Сравнение расчетных и экспериментальных данных для двигательного и тормозного режимов показывает, что погрешность расчета не превышает 10-12%, наибольшее расхождение имеет место на начальных участках, что делает возможным рекомендовать уравнения (3), (4), (5) для инженерных расчетов динамики рабочего органа технологической машины в цикле работы ЛАД.

Проведенные исследования показали возможность реализации дополнительных функций ЛАД в КЛАП для создания технологической машины (функции вибратора, индукционного нагревателя). Показана эффективность функционального и электромагнитного совмещения при реализации в КЛАП указанных дополнитель-

áét fias ¿я* лг да sjs Рисунок 5 Расчетные и экспериментальные изменения скорости вторичного элемента при разгоне и торможении ЛАД (ít = 0.86; N = 2% Н; Р = 21 Нс/м)

ных функций. Основные технические решения в этом направлении защищены тремя авторскими свидетельствами на изобретения.

В третьей главе «Выводы и исследования аналитических взаимосвязей параметров колебаний КЛАП для различных режимов работы двигателя и условий применения» найдены аналитические взаимосвязи параметров колебаний для моделей КЛАП. Установлено влияние величины силы тяги ЛАД, времени его включения, параметров механической колебательной системы, сил сопротивления движению на параметры колебания КЛАП. На основе анализа взаимосвязей доказана предпочтительность изменения длительности включения ЛАД для управления параметрами колебаний, предложена методика расчета переходных процессов в КЛАП в виде комбинации методов припасовывания и гармонической линеаризации.

Динамика моделей КЛАП была описана уравнением:

тх = Fi(x)-Р* — С(х)х — N¡signx , (6)

где С(х); N\(x)-, Ft(x) — нелинейные функции перемещения - соответственно силовая характеристика упругих элементов, сила сухого трения, сила ЛАД.

Решение (6) с учетом особенностей моделей КЛАП получено на основании комбинаций метода гармонической линеаризации и припасовывания. Возможность применения метода гармонической линеаризации обусловлена тем, что КЛАП обладает собственной колебательной системой (подвижная масса и упругие накопители энергии), подавляющей гармоники выше первого порядка, порождаемые нелинейными элементами. Метод позволяет определить основные параметры установившихся колебаний.

Гармоническая линеаризация Р(х) и А\(х) проводилась по общепринятой методике, за исключением С(х) для режима автоколебаний. Разнообразие конкретных видов силовых характеристик упругих элементов обусловило необходимость определения коэффициентов гармонической линеаризации функции С(х) на ступенчатом движении - «прямоугольном синусе». Такой подход позволил найти универсальное выражение для коэффициентов линеаризации С'(х). F\{x) определяется многими факторами: критическим скольжением, синхронной скоростью, фазой и длительностью включения двигателя, частотой и амплитудой колебаний КЛАП. Такое многообразие форм воздействия на колебательную систему КЛАП делает невозможным получение общего выражения гармонически линеаризованной функции F¡(x). Гармонически линеаризованная функция F¡(x) может определяться только при конкретном режиме работы ЛАД в КЛАП. Это, естественно, несколько снижает общность получаемых решений. Как показали экспериментальные исследования ряда конкретных КЛАП с рекомендованными выше величинами параметров ЛАД, сила, развиваемая ЛАД в режиме установившихся колебаний, постоянна и близка к FK. На основании изложенного при решении были получены выражения для частоты ÍÍ и амплитуды ах автоколебаний при одностороннем включении ЛАД и управлении длительностью его включения tj для модели 1 (рисунок 2, а):

2 2ci (д* ~ А )+ Fk"П n t ¡ . — -—,

я та

где Ci - коэффициент жесткости упругого элемента; Д - координата включения ЛАД, равная половине расстояния от датчика положения до упругого элемента. Для модели 2 КЛАЛ (рисунок 2, б) в выражении (7) отличается первая зависимость;

п2 +C2fax -b)+Fksmntj ^

типах

где Сг - коэффициент жесткости второго упругого элемента. Пределы регулирования длительности включения ЛАД моделей КЛАП определяются из условия

1 / 2Mpñt2íf,L J . д

—arceos 1---- < 5—arcsm— . (У)

а _ { fk J a

При несимметричном двустороннем включении ЛАД в модели 2 (^¡Ф tp) вычислительные процедуры значительно усложняются. Для определения параметров колебания КЛАП метод гармонической линеаризации был усовершенствован согласно подходу, предложенному Бабицкиным В.И. Суть усовершенствований заключается в том, что вместо системы, описываемой уравнением (6), рассматриваются две колебательные системы, выбранные так, что закон движения первой системы с симметричным двусторонним включением двигателя при i>0 совпадает с решением исходного уравнения на участке jc> 0, а закон движения второй системы также с симметричным двусторонним включением двигателя при х <0 совпадает с решением исходного уравнения на участке х <0. Решения отдельных колебательных систем находятся приведенным выше способом. Решение исходного уравнения получается припасовыванием решений соответствующих колебательных систем. Возможность предложенного перехода от одной колебательной системы к другой определяется тем, что в крайних положениях кинетическая энергия колебательной системы равна нулю, поэтому «сшивание» решений сводится к обеспечению равенства амплитудных значений первой и второй колебательных систем.

Для КЛАП с двигателем, управляемым по координате перемещений (модель 2 на рисунке 2,6), получены следующие зависимости: а2 = 2{cl+c2)jax-A)ax + KD;

(10)

-2Щ+ - (2ЛГ)А -~ ' 2лрП '

где £> - расстояние между координатами включения и выключения ЛАД.

Для анализа вынужденных колебаний КЛАП (модель 1 на рисунке 2,а) найдено выражение амплитудно-частотной характеристики:

А(<*)= , Тм°о (11)

TWo

z

где Тм = —;—, - постоянная времени КЛАП; па = - собственная частота колебаний колебательной системы КЛАП; + . амплитуда гармоники

силы сухого трения;

• 1 I "о

Кг =---агат—

2 к ах

Хр жах

относительная амплитуда гар-

моники силовой характеристики упругого элемента; со - частота колебаний вынуждающей силы; хо - динамический уход колебательной системы, определяемый из условия

2к

VI2 _

ах)

х0с< х0с\ . *0 - + ОГСЯИ—:

2 л аг

(12)

Полученные решения позволяют проводить анализ и синтез КЛАП: исследовать влияние величины силы ЛАД, времени его включения, механической колебательной системы, сил сопротивления движению на параметры колебания. Анализ изменения массы транспортируемого груза показал, что лучшей стабильностью параметров колебания обладает КЛАП, работающий в режиме автоколебаний. В этом режиме КЛАП допускает регулирование частоты изменением длительности включения ЛАД. Широкими возможностями регулирования параметров колебаний обладает КЛАП, работающий в режиме вынужденных колебаний. При подстановке в формулы (7), (8), (10), (11) числовых значений параметров элементов КЛАП расхождения частоты и амплитуды колебаний от действительных хорошо согласуются с экспериментом (рисунки б и 7). В целом полученные аналитические зависимости для расчета параметров КЛАП составляют его теоретическую модель, адекватно отражающую процессы в КЛАП и полностью объясняющую характер поведения и фи-

зические свойства привода.

Рисунок 6 Расчетные и эксперименталь- Рисунок 7 Расчетные и эксперимен-ные зависимости амплитуды вынужден- тальные зависимости частоты автоко-

ных колебаний КЛАП от длительности включения ЛАД- модель 1:

т= 119 кг; N=28 Н; В = 30 Нс/м; С| = 28720 Н/м

лебаний КЛАП от длительности включения ЛАД- модель 2: т = 119 кг, С, = 28720 Н/м; С2= 13960 Н/м; Дг= 28 Н

Специфика работы КЛАП в приводе инерционного конвейера, обеспечивающего условие направленного транспортирования грузов, приводит к необходимости проведения более детального анализа динамики КЛАП в пределах каждой из характерных фаз колебаний. Для этого в работе метод гармонической линеаризации дополнен методом припасовывания. Возможности применения метода облегчаются найденными аналитическими зависимостями, описывающими динамические про-

цессы ЛАД. В результате анализа работы КЛАП инерционного конвейера получены выражения, описывающие свободное движение рабочего органа, а также получены параметры упругих элементов (жесткость и допустимая деформация) для их выбора по условиям применения. Несмотря на большой объем вычислений, метод припасо-вывания обеспечивает наибольшую точность расчетов. Расхождение результатов расчета и эксперимента не превышает 15% (рисунок 8).

а/*

ш -

м

о.м

0,(43-

иг

0,(3? - гт

0.(32

о,1 и

I».

Л

'И . \ N

--1—рос м«т * д т тспврин внт

Рисунок 8 Расчетные и экспериментальные зависимости параметров автоколебаний КЛАП от изменения коэффициента жесткости упругих элементов: F = 320 Н; 1; = 0,19 с; т = 119 кг; Д = 0,109 м

* юъ н-ь

В четвертой главе «Обоснование и разработка математических моделей и анализ технологических машин с КЛАП. Оценка их эксплуатационных режимов» представлены результаты математического моделирования и важнейшие результаты исследований технологических машин с КЛАП (инерционного конвейера и бункера-питателя), а также описаны их конструкции и кинематические схемы.

Применение инерционного конвейера с КЛАП для транспортирования влажного сахара при его производстве (рисунок 9) дает возможность снизить энергетические затраты.

Рисунок 9 Инерционный конвейер с приводом от КЛАП: 1 - грузонесущий желоб;

2 - опорные катки; 3 - центрифуги с сахаром; 4 - упор; 5 - индуктор ЛАД; б - упругий элемент; 7—транспортируемый сахар; 8 — схема управления; Р - мощность ЛАД, идущая на нагрев грузонесущего желоба и сахара в нем

Перемещение груза (сахара) относительно грузонесущего органа осуществляется во время взаимодействия последнего с упругим элементом. Электропривод реализован по кинематической схеме (рисунок 2,а), удовлетворяющей возможностям многоцелевого применения ЛАД. Режим автоколебаний, включение - выключение двигателя выполняется по датчикам положения. ЛАД работает в режиме торможения с последующим переходом в двигательный. Вторичным элементом ЛАД является грузонесущий орган инерционного конвейера.

Для математического описания работы технологической машины принято сочетание теории электромеханического преобразования энергии в ЛАД по уравнениям Парка-Горева и теории механических процессов, описывающих создание и взаимодействие колебательного движения рабочего органа со средой. При таком подходе в рамках универсальной математической модели удается анализировать широкий круг конструкций технологических машин с КЛАП.

1

2

Рисунок 10 Кинематическая схема процесса транспортирования груза инерционным конвейером с КЛАП: 1 — груз (материальная точка); 2 — грузонесущий желоб (вторичный элемент ЛАД); 3 - опорный ролик; 4 - неподвижный упор; 5 - упругий элемент; 6 - датчик отключения ЛАД; 7 — датчик включения ЛАД; 8 — подвижный упор; 9 - блок управления; 10 - индуктор ЛАД

В математической модели рассматриваемой технологической машины приняты три системы координат: ХОУ неподвижна относительно индуктора ЛАД, Х^^ неподвижна относительно грузонесущего желоба, Х20г движется в пространстве с синхронной скоростью ЛАД. Основная система уравнений (13) математической модели, в соответствии с принятой кинематической схемой (рисунок 10), включает в себя уравнение динамики КЛАП с учетом электромеханических процессов в двигателе и уравнение движения материальной точки по колеблющейся поверхности:

т

-к

1

■гй;

ж

(13)

_..... Уг, хг - соответственно, ускорения, скорости и координаты перемещения грузонесущего желоба и груза по оси ОХ; У]л х\ — соответственно, ускорение, скорость и координата перемещения груза по оси О^У); Т - время моделирования; тп = тг + тж — масса грузонесущего желоба вместе с грузом; тг — масса груза; тж — масса грузонесущего желоба; Р — сила тяги ЛАД, определяемая системой уравнений Парка-Горева.

Включение и выключение индуктора осуществляется по релейному закону в функции координаты вторичного элемента, поэтому:

Ил-

(14)

и при Ллг < и Уж > О О при хж > Ьвыкя и Уж>0 О прихж> Ьякя и К».<0 ■1/прихж <¿„0 и Уж<0 ,

где и— амплитудное напряжение питания ЛАД; Ьвкл — координата фузонесущего желоба по оси ОЛ', при котором осуществляется включение ЛАД; ¿вЬ1КЛ — координата гру-зонесущего желоба по оси ОА', при котором осуществляется выключение ЛАД; — сила противодействия упругих элементов согласно закону Гука

(15)

где С — коэффициент жесткости упругого элемента; ху — деформация упругого элемента;

(16)

Г 0 при хж < Ьу х — Ьу при хж > .

где Ьу - координата грузонесущего желоба по оси ОХ, при котором начинается взаимодействие упора с упругим элементом; Рр - сила трения качения опорных роликов;

г - прЬт£/Пр при Уж> О

| О ПРИ 0 (17)

пр Ъmg/Rp при Уж< О ,

где пр - число опорных роликов; 5 - коэффициент трения качения роликов (сталь по стали); ускорение силы тяжести; Яр - радиус ролика; Ь4 тр — сила сухого трения груза, определяемая по закону Кулона:

г~ при У\ > 0 и т,аж> 0

- тг&м при У*г=0 и т&ж=тг%[;0

- тгаж при и т,-лж < ■тр=^ 0 при и/яа,=0 (18)

т^х при К1г=0 и < "Ь&л при О и ^ при К'г < 0 и и,а* > т„д/>,, где^ /о - соответственно коэффициенты трения скольжения и покоя груза.

Существенная нелинейность уравнений, входящих в математическую модель, позволяет исследовать ее только численными методами. Для исследования электромеханических динамических процессов использован пакет втиПпк. Возможность программы иметь иерархическую структуру позволяет представить разработанную математическую модель одним основным окном (рисунок 11).

21Увр«л.нЯ«ПЛЛ И

w— ) 97

{ ао ^ .1 ■ » Г Ьи'аЛЪ» ■ и

й— tgSfo »» so ^ ^

Re 34 нха «1 ГН~>— S2

40 41 и Pi ^ Рим. э* ♦<£¡53 i

Р35Б1- ft* шз—► ESQ—► Хш [а.юа ]—* И, МП 01 14 11 -»-¿foTTI t

иаггеп-». «У * 17

RT ' шя

а упруг, имн

Z3

ш>*

я*

[Ей>*

27

ШЯ>-*

Ша^-'НцТ!

«HI

Уцаапам* я

[gp-rtJ j«.

" ЕЕ>—'

< iMMtnioiMlo* <1«»*р<м»отя

f"RT>—»■

4«

[teD—►

Рисунок 11 Основное окно математической модели инерционного конвейера с КЛАП в среде 81тиНпк (Ма£1аЬ)

На рисунке 12 представлены временные зависимости ускорения вторичного элемента и действующего значения фазного тока ЛАД, полученные путем моделирования и экспериментально по параметрам на рисунке 11.

"Х2-S гб-51

ГТи.

&-чЬг-КГ-'

tar

а) б)

Рисунок 12 Временные зависимости действующего значения фазного тока (а) и ускорения вторичного элемента ЛАД (б), полученные путем математического моделирования и экспериментально

Хорошее согласование зависимостей подтверждает адекватность разработанной математической модели. С помощью математической модели произведено исследование влияния параметров КЛАП на эффективность транспортирования груза. В результате теоретических исследований определены временные диаграммы ускорений, скоростей, перемещений желоба и груза, сил, действующих на них, мгновенные значения токов, напряжений, мощностей ЛАД для широкого диапазона изменений конструктивных и режимных параметров КЛАП. Теоретически получены интегральные зависимости следующих средних показателей: скорости и КПД транспор-

тирования, производительности, мощности, потребляемой ЛАД из сети, мощности ЛАД, идущей на нагрев вторичного элемента, ссм-ф при изменениях массы груза, коэффициента жесткости упругого элемента, координат включения и отключения ЛАД и напряжения источника питания. Установлено, что сагф ЛАД мало зависит от параметров КЛАП и в среднем составляет 0,60-0,75. При относительном изменении массы груза к массе желоба до 4-х раз и изменении расстояния между датчиками положения в пределах 0,05-0,45 м изменение потребляемой мощности ЛАД не превышает 15%. Выявлено, что присутствуют экспоненциальная зависимость мощности, потребляемой ЛАД, от коэффициента жесткости упругого элемента и линейная зависимость от напряжения источника питания. Все показатели эффективности работы КЛАП повышаются с увеличением коэффициента жесткости упругого элемента (рисунок 13). Тем самым подтверждается обоснованность выбора модели КЛАП для инерционного транспортирования. Рекомендуется при проектировании КЛАП конвейера выбирать наибольшую жесткость упругого элемента, ограниченную только прочностными характеристиками конвейера.

и Д|- М —е—»1-11X4 —В1-10.1—I—иг-11,6

С.Н/М

Рисунок 13 Зависимости КПД транспортирования от коэффициента жесткости упругих элементов при различных массах груза в кг

иа,в

Рисунок 14 Зависимости скорости транспортирования от напряжения источника питания при различных массах груза в кг

Наиболее высокие скорость, КПД транспортирования и производительность достигаются при соотношении массы груза к массе желоба до 100%. Все показатели эффективности работы КЛАП имеют экстремумы при определенных напряжениях источника питания ЛАД (рисунок 14). Например, при принятых параметрах достигается максимум производительности (19 т/ч) и КПД транспортирования (12%). Установлено, что при определенной жесткости упругого элемента и напряжения питания ЛАД имеет место обратное транспортирование, что расширяет технологические возможности применения конвейера. Максимальный КПД транспортирования в технологической машине с КЛАП при рациональных параметрах может достигать 15-20%, что существенно больше, чем у традиционного конвейера (5%).

На сегодняшний день бункеры-питатели — экономически эффективное оборудование в цепи технологического процесса производства продукции, в то же время имеющие недостатки из-за образования сводов и сложности обеспечения управляемой выдачи продуктов.

Значительное улучшение технико-экономических показателей бункеров-питателей может быть достигнуто оснащением их ворошителями-задвижками с КЛАП в месте вероятного образования устойчивых сводов. На рисунке 15 приведена конструкция такого бункера-питателя. Ворошители-задвижки установленные в сужающейся части бункера-питателя, совершают вращательно- колебательное движение, вследствие чего разрушаются своды и обеспечивается управляемый выход продукции с рабочим и аварийным перекрытием выпускного отверстия. Технические решения защищены двумя патентами РФ на изобретения.

Рисунок 15 Конструкция бункера-питателя с КЛАП ворошителей-задвижек: 1 - бункер-питатель; 2 - ось; 3 - ворошители-задвижки; 4 - приводной рычаг; 5 -вторичный элемент ЛАД; б - индуктор ЛАД; 7 — упругий элемент; 8 — система управления с тиристорным коммутатором

Разработка математической модели бункера-питателя с КЛАП ворошителей-задвижек была проведена по кинематической схеме (рисунок 2,а).

Сила сопротивления на вторичном элементе ЛАД (Fc) определялась на основании равенства мощностей вращательного и поступательного движения. При этом мгновенную мощность р, необходимую для вращения ворошителей в бункере, предложено определить путем преобразования уравнения Ластовцева-Хвальнова (Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. — М.: Машиностроение, 1973), откуда

,, _ р _ и кi р„ шл1,2£° 82 cosQi Ь h

с ~ ~ т г *

где к/ - коэффициент сопротивления материала в режиме уплотнения; Р„- насыпная плотность материала, кг/м3; оз., - угловая скорость вращения лопасти, с"1; b и L -соответственно ширина и длина лопасти (ворошилки), м;

И — высота слоя сыпучего материала над лопастью, м; п - количество ворошителей-задвижек, шт; г|„ - КПД передачи.

Исследование математической модели было проведено в пакете ВтшНпк

На рисунке 17 приведены расчетная и экспериментальная амплитудно-частотные характеристики КЛАП ворошителей бункера-питателя с пшеницей, подтверждающие адекватность разработанной математической модели.

Ц4

1025 02 0.-Б

X 1

\ ]

- Т....... ■о. „ * " -о

-Раснет

« - Эклери ыенг

и 1в гэ

Частоту Гц

Я2

Рисунок 17 Расчетные и экспериментальные амплитудно-частот-ные характеристики КЛАП ворошителей бункера-питателя с пшеницей

Исследование взаимосвязей в КЛАП с учетом параметров сыпучего материала позволило установить влияние жесткости упругого элемента и его предварительного натяжения, количества ворошителей и их конфигурации, высоты сыпучего материала и его плотности, длительности и частоты включения ЛАД на параметры колебательного процесса ворошителей-задвижек, что может быть использовано на практике при проектировании предлагаемого бункера. Амплитудно-частотные характеристики КЛАП (рисунок 18) показали, что широкий диапазон регулирования параметров колебаний наиболее эффективно выполняется путем изменения постоянной составляющей вынуждающей силы (длительности) и частоты включения ЛАД, при этом необходим вторичный элемент двигателя длиной не менее 0,6м для размеров типового бункера. Незначительное влияние диапазона плотности сельскохозяйственных зернистых материалов на параметры колебаний ворошителей-задвижек позволяет эффективно использовать бункер-питатель на базе КЛАП одной мощности для различных сыпучих материалов. Выбор ЛАД для привода ворошителей производился из условия обеспечения установившихся колебаний. При этом главным становится преодоление двигателем (при движении колебательной системы в исходное состояние) максимальной результирующей силы на вторичном элементе ЛАД (Г0 ), которая включает в себя наличие деформации упругого элемента, инерционную силу системы и силу сопротивления на рабочем органе. Отсюда максимальная сила, развиваемая ЛАД (/%„ тах), должна удовлетворять условию

Эди тах — 1>2 /"о-

Рисунок 18 Амплитудно-частотные характеристики КЛАП ворошителей-задвижек бункера-питателя в зависимости от жесткости упругого элемента и его предварительного натяжения, плотности материала и длительности включения ЛАД, высоты материала в бункере и длины вспомогательных рычагов, количества ворошителей и

массы подвижных элементов

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что максимальная результирующая сила в системе возрастает по мере приближения угла наклона ворошителей к горизонтальному положению (рисунок 19).

Как видно, в принятой модели Ро имеет наибольшее значение при постоянной составляющей вынуждающей силы ЛАД 55%. Исходя из того, что максимальная сила сопротивления, которую должен преодолеть ЛАД, приходится на его включение, необходимо обеспечить > 1.

60

50 40

о 20

Ю 0

¿4, V, А

X, V/ У

/ /"ч

\\

>Х1 90 „

га

„ ->3

?08

Ч се

7015

и

601 501

-Сила

Постоянная составляющая

Рисунок 19 Максимальная результирующая сила на вторичном элементе ЛАД в зависимости от положения ворошителей в бункере при различной величине постоянной составляющей силы

о ю ш 60 ео

Угол поворота ворошителя, град

В пятой главе «Математическая модель тепловых процессов системы «грузонесущий желоб-груз» многоцелевого инерционного конвейера с КЛАП»

разработана и исследована математическая модель температурного поля грузонесу-щего желоба инерционного конвейера и груза в нем. Проведено исследование зако-

номерности изменений температурного поля, приведены результаты анализа теплового и суммарного КПД инерционного конвейера с двухцелевым КЛАП. Доказаны возможность и высокая эффективность применения инерционного конвейера с двухцелевым КЛАП.

Нагрев вторичного элемента ЛАД в процессе электромеханического преобразования энергии в КЛАП относится к индукционному нагреву. Индукционный нагрев по сравнению с другими видами электрического нагрева обладает рядом преимуществ, среди которых следует отметить: высокий КПД, безопасные условия работы обслуживающего персонала, равномерный нагрев.

Математическая модель температурного поля системы «грузонесущий желоб — груз» разработана при следующих допущениях: скорость движения сахара по гру-зонесущему желобу постоянна и равна средней скорости транспортирования; высота слоя сахара равномерна по всему желобу и постоянна во времени; расчет температурного поля производится для установившегося режима; теплообмен между индуктором и желобом за счет большого воздушного зазора ЛАД отсутствует; выделение тепла во вторичном элементе происходит только над поверхностью индуктора с равномерным распределением по всему его объему вследствие незначительной амплитуды колебаний грузонесущего желоба относительно размеров индуктора.

При этих допущениях моделирование тепловых процессов КЛАП сводится к задаче о трехмерном стационарном температурном поле в теле, с внутренними источниками теплоты. Для моделирования использовался метод электрических аналогий, основанный на тепловых сопротивлениях. Тепловые сопротивления соединяются в тепловую сеть, имитирующую реальные пути передачи тепловых потоков (рисунок 20). Грузонесущий желоб и слой сахара разбиваются на некоторое количество параллелепипедов (элементов тепловой схемы замещения). Шаг разбиения при принятых допущениях определяется только необходимой точностью вычислений.

Рисунок 20. Электрическая модель стационарного температурного поля системы «желоб-груз»: а - поперечное сечение; б - продольное сечение

Определение температуры в узлах тепловой сети осуществляется с помощью метода узловых потенциалов. С помощью математической модели рассчитаны графики температурного поля грузонесущего желоба и сахара при различных скоростях движения груза и мощности, выделяемой в виде тепла во вторичном элементе ЛАД. На рисунке 21 приведены расчетные и подтверждающие их экспериментальные зна-

чения температуры грузонесущего желоба. Установлено, что при скоростях транспортирования менее 0,06 м/с происходит значительное увеличение максимальной температуры желоба и средней температуры груза в нем (рисунок 22); определены координаты точки с максимумом температуры желоба.

-Теоретическая

0,02 0,04 0,06 0,08

0,12 0,14 0,16 0,18

и » * в "'«о я ¡0 |-*-Ттах -»-Тер

\

\

\

\. 1

о,1 М о^ о Ус*«* 4 0,5 0,4

Рисунок 21 Температура поверхности желоба в поперечном сечении (ширина желоба 0,2 м)

Рисунок 22 Графики зависимостей средней температуры сахара Тср и максимальной температуры грузонесущего желоба Ттох в зависимости от скорости транспортирования Уср

На основании проведенных вычислительных экспериментов установлено, что тепловое КПД (г|т) существенно больше КПД транспортировония (г^) (при благоприятных сочетаниях параметров КЛАП отличие более 2 раз, рисунок 23).

5

А ' \ ..........

3 2

1

1 1 а 1 а й 3 и а ш

ш,в

ю оа гкоо эсщ

00 50 00 611 ио

4Ш*

Рисунок 23 График зависимости теплового КПД от напряжения источника питания при разной массе транспортируемого груза (кг): 1-0,2; 2-41,6; 3-83,2

Рисунок 24 Зависимость суммарного КПД от коэффициента жесткости упругих элементов при разной массе транспортируемого груза (кг): 1-0,2; 2-41,6; 3-83,2

В главе проанализированы пути регулирования цг ■ Показано, что г)г и цтр коррелируются друг с другом. На основе проведенного анализа даются рекомендации по способу управления параметрами колебаний КЛАП конвейера для согласования требований производительности и нагрева. Выявлено, что суммарное КПД конвейера (г|у = т\тр + г|7) может достигать при определенном сочетании параметров 40% (рисунок 24).

Шестая глава «Экспериментальные исследования. Проверка адекватности математических моделей» посвящена вопросам экспериментального исследования КЛАП и технологических машин с КЛАП. Описаны экспериментальные установки различного целевого назначения, программа и методика экспериментальных исследований, приведены важнейшие результаты исследований.

Были разработаны и созданы варианты экспериментальных установок для многостороннего исследования КЛАП, бункера-питателя с КЛАП, инерционного конвейера с двухцелевым КЛАП.

Программа экспериментальных исследований включала проверку адекватности:

— теоретических и экспериментальных значений тока ЛАД привода;

— механических параметров (скорости, амплитуды, частоты) колебаний

привода;

— температурного поля поверхности грузонесущего желоба и индуктора

инерционного конвейера с двухцелевым КЛАП.

Для исследования КЛАП в качестве ЛАД использовался двигатель с плоским индуктором (5■*= 0,86, Рк = 1100 11 и = 7,2 м/с). Для исследования работы КЛАП ворошителей-задвижек бункера-питателя применялся цилиндрический ЛАД с параметрами 1, /•*= 350 Н и У\ = 2,1 м/с. Конструкция ЛАД имеет возможность за счет модульного построения изменять число пар полюсов. Техническое решение защищено авторским свидетельством. Для исследования КЛАП двухцелевого применения использовался ЛАД с плоским индуктором с параметрами 1,1;/^ = 350 Ни У{ = 3,6 м/с.

На рисунке 25 в качестве примера приведена блок-схема стенда для исследования КЛАП.

Г—

Рисунок 25 Блок-схема испытательного стенда КЛАП

Испытательный стенд включает в себя: блок управления тиристорами (БУТ), пульт управления (ПУ), генератор импульсов (ГИ), формирователь им-

пульсов(ФИ), усилитель-формирователь (УФ), источник трехфазного регулируемого напряжения (ИП), измерительную систему (ИС) для определения параметров движения; регистрирующее устройство (РУ), фотоэлектрический датчик положения (ДП), односторонний плоский ЛАД с подвижным ВЭ, который в процессе движения может взаимодействовать с устанавливаемыми упругими элементами (на рисунке 26 не показаны). Возможности стенда определяются:

1) наличием в схеме управления набора устройств: ГИ, ФИ, УФ, что позволяет реализовать необходимые схемы для получения различных режимов работы КЛАП;

2) функциональными возможностями ГИ, ФИ, УФ, которые способны обеспечить десятки вариантов параметров вынужденных и автоколебаний с управлением работой ЛАД по времени и положению вторичного элемента;

3) характеристиками упругих элементов и регулируемой их установкой относительно рабочего органа КЛАП.

ИС представляет собой блок электрических датчиков перемещения, скорости и ускорения с погрешностью, не превышающей 0,15%.

Установки оснащены современной контрольно-измерительной аппаратурой с многоканальной регистрацией результатов измерений и их математической обработкой на ЭВМ, базирующихся на современных программных продуктах. Для контроля тока экспериментальные установки оснащены активным линейным датчиком тока марки CSLAICF фирмы «Honeywell», для измерения ускорения вторичного элемента в стендах использовался акселерометр ADXL 105JQC фирмы ANALOG DEVICES. Сигналы с датчиков регистрировались двухканальным осциллографом (аналогово-цифровым преобразователем) PCS64i фирмы Velleman, с последующей записью сигнала на жесткий диск компьютера. Далее сигнал обрабатывался в программе Matlab, в результате чего определялись действительный ток, потребляемый индуктором ЛАД, и ускорение вторичного элемента в реальном масштабе времени.

Измерение температуры на поверхности грузонесущего желоба проводилось с помощью контактного цифрового термометра ТК-5.03 фирмы ТЭХНАС (ГОСТ Р51330.09).При проведении исследований уделено внимание испытаниям индуктора ЛАД на нагревание и оценке его зависимости от тока питания.

Погрешность измерений определялась путем математической обработки полученных результатов с использованием метода доверительных оценок распределения Стьюдента.

Сопоставление теоретических и экспериментальных зависимостей показало, что их расхождение не превышает 12% по электромеханическим процессам и 15% - по тепловым процессам, что позволяет использовать разработанные математические модели в практических расчетах и считать их адекватно отражающими физические процессы.

В седьмой главе «Оценка экономической эффективности и результаты внедрения технологических машин с КЛАП» определена экономическая эффективность внедрения установок с КЛАП, включая качающийся конвейер отходов металлообработки, бункера-питателя с ворошителями-задвижками,

инерционного конвейера для транспортирования влажного сахара. Предложены рекомендации по проектированию двухцелевого линейного привода инерционного конвейера.

Анализ процессов производства показал, что узким местом в механических цехах является транспортировка отходов металлообработки. Причиной этого является отсутствие надежных машин, способных транспортировать разнообразные виды стружки. Это послужило основанием для внедрения качающегося конвейера в механическом цехе. Эксплуатация разработанного конвейера показала устойчивую работоспособность технического решения, правильность выводов и положений работы. Применение конвейера, состоящего из трех модулей общей длиной транспортирования 36 м, позволило высвободить в цехе предприятия двух рабочих, занятых малоквалифицированным трудом.

Расчет эффективности внедрения бункера-питателя проводился в соответствии с . методикой экономической оценки средств электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства. Экономический эффект от внедрения достигнут за счет исключения затрат на устранение устойчивых сводов и составил 2600 рублей при сроке окупаемости не более 1,5 лет.

Определение экономической эффективности внедрения инерционного конвейера влажного сахара проводилось на сахарных заводах с производственной мощностью 3000 т/сут. Расчет эффективности выполнялся в соответствии с вышеупомянутой методикой. Экономический эффект от внедрения достигается в основном за счет исключения потерь от недовыпуска продукции, а также снижения эксплуатационных затрат при досушивании влажного сахара. Снижение ущерба от простоев составляет около 295 тыс. руб./год. При этом энергоемкость процесса снижается с 0,5 до 0,4 кВт-ч/т, снижение эксплуатационных затрат составляет 16 тыс. руб./год в ценах на 01.01. 2005 г. Экономия тепловой энергии составляет 44 МДж на тонну произведенного сахара.

В приложении приведены конструкции технологических машин, разработанные при непосредственном участии автора, имеющие высокие технико-экономические показатели применения в АПК, защищенные авторскими свидетельствами и патентами РФ, примеры инженерного расчета плоского и цилиндрического ЛАД, программа расчета температурного поля инерционного конвейера, написанная в пакете Matlab, при его двухцелевом применении, программы и результаты испытаний, документы о внедрении.

Основные выводы и результаты

1. Показано, что применяемые конструкции колебательных электроприводов в большинстве случаев неизбежно приводят к усложнению устройства технологических машин, снижению их надежности, технических и эксплуатационных характеристик. Повышение эффективности таких машин путем создания управляемого привода для воспроизведения колебаний большой амплитуды (0,05-0,1 м) и низкой частоты (2-5 Гц) является важной научной проблемой, решение которой базируется на применении без-редукторных линейных асинхронных электроприводов с накопителями механической энергии.

2. Разработаны принципы построения линейного асинхронного электропривода, совмещенного с накопителями механической энергии; на уровне изобретений — конструкции, конструктивные схемы технологических машин АПК и способы практической реализации технологических задач на базе КЛАП, что существенно повышает технико-экономические показатели, упрощает конструкцию и снижает металлоемкость технологической машины, а главное — открывает перспективы оптимального управления технологическим оборудованием, а в дальнейшем — всей технологической линией.

3. На основе разработанной математической модели электромеханической системы, содержащей линейный асинхронный двигатель, для участков пуска и торможения выполнен анализ характеристик, позволяющий обеспечить выбор рациональных параметров исполнительного двигателя. Получено упрощенное расчетное выражение для определения его силы, справедливое в достаточно широком диапазоне изменения ускорений в цикле колебательного движения рабочего органа технологической машины.

4. Предложены и развиты концептуальные основы и методы теории расчета колебательного асинхронного электропривода с накопителями механической энергии, основанные на фундаментальных уравнениях теории электропривода и современных программных продуктах реализации. Выполнен комплекс расчетов, позволяющий обеспечить рациональный выбор параметров такого привода с учетом технологического фактора применения.

5. Установлены закономерности управления параметрами колебаний технологической машины, неизвестные ранее взаимосвязи параметров колебаний с параметрами и режимами работы линейного асинхронного двигателя, силами сопротивления движению, массой рабочего органа, параметрами упругих накопителей механической энергии, позволяющие проводить анализ и синтез привода для решения различных практических задач. Выявлены резервы повышения эффективности за счет многоцелевого применения линейной электрической машины.

6. Предложены математические модели и исследованы специальные режимы работы КЛАП, позволяющие реализовать его дополнительные функции, необходимые для создания технологической машины (функции дополнительного вибратора, индукционного нагревателя). Показана эффективность функционального совмещения при реализации в технологической машине с КЛАП указанных дополнительных функций.

7. Установлено и экспериментально проверено, что сауф составляет не менее 0,6, а КПД инерционного конвейера с линейным асинхронным электроприводом, совмещенным с накопителями механической энергии, при многоцелевом использовании двигателя достигает 40% в отличие от инерционного конвейера с классическим приводом, у которого КПД не более 5%.

8. Спроектированы и разработаны опытные стенды для проведения экспериментальных исследований КЛАП с учетом технологического фактора с

возможностями регулирования исследуемых параметров. На их базе проведен большой объем исследований различных моделей КЛАП и технологических машин с КЛАП, подтверждающих адекватность разработанных математических моделей электромеханических процессов и достоверность полученных теоретических результатов.

9. Результаты исследований КЛАП и предлагаемые методики их расчета использованы при создании технологических машин на их основе (бункера-питателя с КЛАП ворошителей-задвижек, инерционного конвейера и других), внедренных либо предназначенных для внедрения на предприятиях агропромышленного комплекса и в других областях. Экономический эффект от внедрения разработанных устройств достигается снижением времени простоев, эксплуатационных затрат и экономией тепловой и электрической энергии, а также высвобождением рабочих, занятых малоквалифицированным трудом.

10. Основные теоретические положения и результаты исследований нашли отражение в читаемых автором в Башкирском государственном аграрном университете лекционных курсах, в дипломном и курсовом проектировании, а также в трех изданных учебных пособиях.

11. Выполнение комплекса исследований ЛАД, КЛАП и технологических машин с КЛАП, создание методического и программного обеспечения их разработок, изготовление и успешная эксплуатация ряда технологических машин с КЛАП позволяют говорить о достижении цели, поставленной в диссертации, и могут служить основой для широкого внедрения рассматриваемых КЛАП при создании разнообразных технологических машин.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации

1. Аипов P.C. Основы построения и теории линейных асинхронных приводов с упругими накопителями энергии // Монография — Уфа: БГАУ, 2006. - 295 с.

2. Аипов P.C. Линейные электрические машины и приводы на их основе. Учебное пособие. Рекомендовано УМО по агроинженерному образованию. - Уфа: БГАУ, 2003.-201 с.

3. Аипов P.C. Линейный электропривод колебательного движения: Учебное пособие. - Уфа: УГАТУ, 1994. - 77 с.

4. Петленко Б. И., Аипов Р. С, Линейный электропривод качающихся транспортирующих машин // Электричество.- 1992.- № 6.- С. 5-59.

5. Аипов Р.С, Линенко A.B. Бункера-питатели с колебательным линейным асинхронным электроприводом ворошителей-задвижек // Механизация и электрификация сельского хозяйства-2004,- №7.- С. 14-15.

6. Аипов Р.С, Шагаргазин A.C. Качающийся конвейер с линейным асинхронным приводом // Механизация и электрификация сельского хозяйства- 2004,- №10.-С. 34.

7. Аипов Р.С.Колебательный линейный электропривод машин в сельскохозяйственном производстве //Механизация и электрификация сельского хозяйства- 2005,- №11.- С. 12-13.

8. Аипов Р.С, Линенко A.B. Динамика линейного асинхронного электропривода ворошителей бункера-питателя е технологических линиях перерабатывающих предприятий // Механизация и электрификация сельского хозяйства- 2006.- №4.- С. 22-24.

9. Аипов Р.С, Пугин A.M. Управление активатором агрессивной среды через герметичную стенку // Автотракторное электрооборудование- 2004. -№8.- С. 38-39.

10. Аипов P.C., Барыкин К.К., Терегулов Н.Г. Инерционный конвейер с приводом от линейного асинхронного двигателя // Промышленный транспорт- 1985,- №11.- С. 14-15.

11. Аипов P.C., Петленко Б.И. Определение параметров колебаний транс-портно согласующего устройства резонансного типа с линейным электроприводом // Электронные устройства управления и моделирование процессов на транспорте и строительстве: Межвузовский сборник научных трудов. - М.: МАДИ, 1988. - С. 4-9.

12. Аипов P.C., Барыкин К.К., Даутов A.M., Выбор параметров линейного асинхронного двигателя для привода качающихся транспортирующих машин //Электрические машины с разомкнутым магнитопроводом в технологии и приводе: Межвузовский сборник научных трудов. — Свердловск: УПИ, - 1988. - С. 41- 44.

13. Аипов P.C., Чанов Л.Г. Влияние электромагнитных переходных процессов линейного асинхронного двигателя на электромеханические // Управляемые электрические цепи и электромагнитные поля. Межвузовский научный сборник. - Уфа: УАИ, 1992. - С . 71-79.

14. Аипов P.C., Белова H.A. Расчет сил притяжения между индуктором и вторичным элементом одностороннего асинхронного двигателя привода транспортной машины // Микропроцессорное управление и моделирование: Межвузовский сборник трудов. - М.: МАДИ, 1994. — С. 20-26.

15. Аипов P.C. Автоматическое обеспечение максимального КПД и движущей силы при разгоне линейным асинхронным двигателем // Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов: Межвузовский сборник научных трудов. - Уфа: УГАТУ, 1996. — С. 10-14.

16. Аипов P.C. Максимальный КПД и минимальное время разгона линейных асинхронных двигателей // Электромеханические комплексы и системы управления ими: Межвузовский сборник научных трудов. - Уфа: УГАТУ, 1998.-С. 147-149.

17. Аипов P.C., Казадаев А.П. Расчет температуры ЛАД в повторно-кратковременных режимах работы в системах автоматического управления // Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов. Межвузовский научный сборник. — Уфа: УГАТУ, 1996. - С. 13-18.

18. Aipov R.S.,Belova N.A.,Pugih A.M.The linear oscillatihg elecktrodrive with improved texhology - ecological indictz. Proceedings of international scien-tifictechnikal conference on Unconvetional Electromechanical and Electro-technikal Systems. Szczecin: 1995.Р,- 35-40.

19. Аипов P.C. Принципы построения линейных электроприводов колебательного движения сельскохозяйственных машин//Электрификация сельского хозяйства: Межвузовский научный сборник. — Уфа: БГАУ, 1999. — С. 18-24.

20. Аипов Р.С., Валиев М.М. Высокоэкономичное электромагнитные системы резонансного типа на базе линейных двигателей/Л 1а рубеже веков: итоги и перспективы: Тезисы докладов Всемирного электротехнического конгресса. ВЭЛК 1999-М.: МЭИ-(ТУ), 1999.-С. 179-182.

21. Аипов Р.С. Высокоиспользованный и экономичный линейный колебательный электропривод сельскохозяйственных машин: проблемы и задачи // Энергосбережение в Республике Башкортостан: Материалы второй научно-практической конференции. — Уфа: УГАТУ, 1999. — С. 194-198.

22. Аипов Р.С., Линенко А.В. Энергетика двухцелевого линейного электропривода // Электрификация сельского хозяйства. Межвузовский научный сборник. Выпуск 2. - Уфа: БГАУ, 2000. - С. 93-97.

23. Аипов Р.С., Линенко А.В. Математическое моделирование асинхронных двигателей в среде MATLAB / SIMULINK // Энергосбережение, эксплуатация электрооборудования и автоматизация технологических процессов в АПК. Сборник научных трудов Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - Пушкин: СПбГАУ, 2001. - С. 93 - 99.

24. Аипов Р.С., Стыскин А.В. Применение энергосберегающих электроприводов с преобразователями частоты в сельскохозяйственном производстве И Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса регионов России: Материалы международной научно-практической конференции. - Уфа: БГАУ, 2002. - С. 22-26.

25. Аипов Р.С., Линенко А.В., Шагаргазин А.С. Влияние влажности транспортируемого сахара на производительность качающегося конвейера с линейным асинхронным приводом // Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России: Материалы всероссийской научно-практической конференции. — Уфа: БГАУ, 2003. — С. 137-440.

26. Аипов Р.С., Шагаргазин А.С. Качающийся конвейер с двухцелевым линейным асинхронным приводом // Достижения науки — агропромышленному производству: XLIII Международная научно-техническая конференция. - Челябинск: ЧГАУ, 2004. - Т. 1. - С. 316-319.

27. Аипов Р.С., Пашин А.Г.Динамические характеристики качающегося конвейера с линейным асинхронным электроприводом//Повышение эффективности и устойчивого развития агропромышленного комплекса: Материалы всероссийской научно-практической конференции. — Уфа: БГАУ, 2005.-С. 90-93.

28. Аипов P.C., Шагаргазин A.C. Результаты исследований математической модели качающегося конвейера с линейным асинхронным электроприводом // Достижения науки — агропромышленному производству: XLIV Международная научно-техническая конференция. - Челябинск: ЧГАУ, 2005.-Т.1.-С. 58-61.

29. Аипов P.C., Гайсин Д.Д., Шагаргазин A.C. Двухцелевой линейный электропривод для транспортирования и подогрева влажного сахара // Актуальные проблемы ресурсо и энергосберегающих технологий: Труды всероссийской научно-технической конференции с международным участием,- Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006,- С. 267-271.

30. A.C. 1400983 СССР, МКИ В6567/100. Инерционный конвейер /Б.И. Пег-ленко, К.К.Барыкин, Р.С.Аипов, Н.Г.Терегулов (СССР). - № 4026743/2703; Заявлено 26.02.86; Опубл. 07.06.88; Бюл. № 21.

31. A.C. 1265111 СССР, МКИ В656 27/18. Инерционный конвейер /К.К.Барыкин, М.И.Неганов, Н.Г.Терегулов, Р.С.Аипов (СССР). -№3884835/27-03; Заявлено 23.04.85; Опубл. 23.10.88; Бюл. №39.

32. A.C. № 1528965 СССР, МКИ В 21 Д 43/00. Устройство для подачи материала в зону обработки /Р.С.Аипов, К.К.Барыкин, А.М.Даутов, А.А.Московин, В.П.Маслов (СССР). - № 4415677/25-27; Заявлено 27.04.88; Опубл. 30.10.90; Бюл. № 4.

33. А.С 1630998 СССР, МКИ В656-27/100. Способ вибрационного транспортирования штучных грузов и устройство для его осуществления /Р.С.Аипов, К.К.Барыкин, Ф.Г.Тимершин (СССР). - № 4081888/03; Заявлено 14.04.86; Опубл. 28.02.91; Бюл. № 8.

34. A.C. 1666407 СССР, МКИ В656-27/18. Инерционный конвейер /Р.С.Аипов, К.К.Барыкин, Н.С.Гареев, Ф.Г.Тимершин (СССР). - № 4724021/03; Заявлено 0.06.86; Опубл. 28.02.91; Бюл. № 8.

35. A.C. № 1630999 СССР, МКИ В65 627/18. Вибрационный конвейер /Р.С.Аипов, К.К.Барыкин, А.М.Даутов, Н.Г.Терегулов, Ф.А.Юсупова (СССР). - 4068215/03; Заявлено 20.05.86; Опубл. 30.05.91; Бюл. №20.

36. A.C. №1652227 СССР, МКИ В65 627/00. Вибрационный конвейер /Р.С.Аипов, К.К.Барыкин, Н.Г.Терегулов, Ю.В.Абоймов (СССР). - № 4724021/03; Заявлено 27.07.89; Опубл. 30.07.91; Бюл. № 28.

37. Патент РФ № 2003377. кл. В03С1/04 Способ сепарации сыпучих материалов и устройство для его осуществления / Аипов P.C., Барыкин К.К., Ка-задаев А.П. // БИ. 1991 №43-44.

38. A.C. 1722986 СССР, МКИ В656-27/100. Способ транспортирования грузов многосекционным вибрационным конвейером /Р.С.Аипов, Б.И.Петленко, И.Х.Хайруллин (СССР). - № 4766109/03; Заявлено 11.10.89; Опубл. 30.03.92; Бюл. №12

39. A.C. 1728095 СССР, МКИ В656-27/18. Инерционный конвейер /К.К.Барыкин, Р.С.Аипов, А.М.Даутов, А.П.Казадаев (СССР). - № 4815449/03; Заявлено 19.04.90; Опубл. 23.04.92; Бюл. №15.

40. A.C. 1746171, МКИ 26B15/16. Сушилка для электротехнических изделий /К.К. Барыкин, Н.Н.Городницкий, Э.В.Узберг, P.C. Аипов и др. - № 4710672/06; БИ № 25 от 7.07.92.

41. A.C. 1828778 СССР, МКИ В21Д43/00. Установка для обработки листового материала /Н.Г.Терегулов, К.К.Барыкин, Р.С.Аипов, Ю.В. Абоймов. -№4873157/08; БИ№27 от 23.07.93.

42. Патент РФ №2067960, кл. В 65 D 88/64. Бункерный питатель для выдачи порошкообразных материалов 7 P.C. Аипов, А.П. Казадаев, P.A. Султа-нов//БИ. 1996 №29.

43. Патент РФ № 2198089. кл. B27B3/30 Лесопильная рама / Аипов P.C., Газизуллин И.Ф. // БИ. 2000 №4.

44. Патент РФ №2193515 кл. 7 В 65 G 25/04. Шагающий конвейер /Аипов P.C., Линенко А.В.//БИ. 2002 №33.

45. Патент РФ № 2213685 Вибрационный конвейер/Аипов P.C., Шагаргазин А.С.//БИ. 2003 № 28.

46. Патент РФ № 2215678. Бункерный питатель для выдачи порошкообразных материалов//Аипов P.C., Линенко А.В.//БИ. 2003 №31.

47. Патент РФ № 2256514. Кл. В06В1/04 Электромагнитный вибратор / Аипов P.C., Гайсин Д.Д, Шайбекова Ю.Т. //БИ. 2005 №20.

Кроме перечисленных работ по теме диссертации опубликованы еще 74 работы в межвузовских научных сборниках, материалах различных конференций и других изданиях.

Отпечатано с готовых диапозитивов в типографии Башкирского государственного аграрного университета

Подписано в печать 28.08.2006 г. Формат бумаги 60x84 ^

Усл. печ. л. 2,00. Уч. изд. л. 1,57. Бумага писчая Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Заказ 633. Тираж 100 экз.

Издательство Башкирского государственного аграрного университета Типография Башкирского государственного аграрного университета Адрес издательства и типографии: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ИХ ПРИВОДЫ С КОЛЕБАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧЕГО ОРГАНА В АПК. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ РАБОТЫ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С НАКОПИТЕЛЯМИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

1.1. Вибрационные сепарирующие и сортировальные машины и их приводы

1.2. Бункера-питатели сыпучих материалов с колебательными рабочими органами технологических приводов

1.3. Качающиеся транспортирующие машины

1.3.1. Транспортирование влажного сахара в технологическом цикле сахарного производства. Технологические требования, предъявляемые к конвейерам влажного сахара

1.3.2. Пути повышения эффективности работы конвейера влажного сахара

1.3.3. Приводы инерционных транспортирующих машин

1.3.4. Законы и параметры колебаний рабочего органа инерционных транспортирующих машин

1.3.5. Повышения эффективности транспортирования использованием дополнительной вибрации рабочего органа

1.4. Технико-экономические основы применения в приводе технологических машин линейных асинхронных двигателей

1.5. Структурные схемы и принципы построения энергетически эффективных колебательных линейных асинхронных электроприводов с накопителями механической энергии (КЛАП)

1.6. Варианты технологических машин с КЛАП 71 1.6.1. Инерционный конвейер для транспортирования влажного сахара

1.6.2. Бункера-питатели с колебательным движением ворошителейзадвижек

1.7.Цели и задачи исследований по повышению эффективности работы технологических машин в АПК применением КЛАП

ГЛАВА II. РАСЧЕТ И АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В КЛАП

2.1. Особенности применения линейных асинхронных двигателей в КЛАП

2.2. Инженерная методика выбора и расчета конструктивных параметров и параметров схемы замещения ЛАД

2.2.1. Выбор конструктивных и главных геометрических размеров двигателя КЛАП

2.2.2 Расчет параметров схемы замещения разновидностей ЛАД

2.3. Исследование динамических режимов работы ЛАД

2.3.1. Характеристики переходных процессов и методов расчета. Математическая модель ЛАД

2.3.2. Математическая модель ЛАД в среде Ма^аЬ (8нтш1тк)

2.3.3. Анализ влияния параметров схемы замещения ЛАД на его электромагнитные переходные процессы

2.4. Анализ влияния параметров КЛАП на электромеханические переходные процессы ЛАД

2.5. Влияние электромагнитных переходных процессов на электромеханические характеристики ЛАД

2.6. Анализ динамических процессов в приводе по статическим механическим характеристикам ЛАД

2.7. Энергетика линейного асинхронного двигателя в КЛАП

2.8. Исследование дополнительных высокочастотных колебаний вторичного элемента ЛАД

2.9. Выводы

ГЛАВА III. ВЫВОД И ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ПАРАМЕТРОВ КЛАП ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ

РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ И УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ

3.1. Определение параметров режима автоколебаний

3.2. Определение параметров режима вынужденных колебаний

3.3. Исследование зависимости параметров установившихся колебаний КЛАП от режимов работы ЛАД

3.4. Определение конструктивных параметров упругих накопителей механической энергии в КЛАП

3.5. Метод припасовывания для определения параметров переходных и установившихся колебаний КЛАП

3.6. Выводы

ГЛАВА IV. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН С КЛАП. ОЦЕНКА ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ

4.1. Математическая модель инерционного конвейера. Режим автоколебаний КЛАП

4.1.1. Реализация математической модели инерционного конвейера с КЛАП

4.1.2. Оценка влияния коэффициента жесткости упругих накопителей механической энергии на энергетические характеристики привода

4.1.3. Оценка влияния координат включения и выключения ЛАД на энергетические характеристики привода

4.1.4. Оценка влияния напряжения источника питания на энергетические характеристики привода

4.2. Математическая модель бункера-питателя с КЛАП ворошителей -задвижек. Режимы вынужденных колебаний

4.2.1. Анализ влияния конструктивных элементов К ЛАП и сыпучего материала на параметры колебательного процесса

4.2.2. Амплитудно-частотные характеристики КЛАП ворошителей-задвижек бункера-питателя

4.2.3. Определение силы тяги ЛАД КЛАП ворошителей-задвижек бункера-питателя

4.3 Выводы

ГЛАВА V. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ «ГРУЗОНЕСУЩИЙ ЖЕЛОБ - ГРУЗ» МНОГОЦЕЛЕВОГО ИНЕРЦИОННОГО КОНВЕЙЕРА С КЛАП

5.1. Технико-экономические основы использования индукционного нагрева в технологической машине с КЛАП

5.2. Закономерности индукционного нагрева. Математическая модель температурного поля системы «грузонесущий желоб - груз»

5.3 Исследование распределения температуры транспортируемого груза при различных режимах работы привода конвейера

5.4 Анализ КПД двухцелевого инерционного конвейера от изменения основных его параметров

5.5 Выводы

ГЛАВА VI. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. ПРОВЕРКА

АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

6.1. Программа и методика экспериментальных исследований 246 6.2 Экспериментальные установки КЛАП и технологических машин с КЛАП

6.3.Результаты экспериментальных исследований

6.4 Экспериментальные исследования температурного поля желоба и индуктора ЛАД

6.5 Математическая обработка результатов экспериментов

6.6 Выводы

ГЛАВА VII. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И

РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

С КЛАП

7.1. Инерционный конвейер отходов металлообработки

7.2. Оценка экономической эффективности внедрения инерционного конвейера с двухцелевым КЛАП

7.3. Расчет экономической эффективности от использования бункерапитателя с КЛАП ворошителей-задвижек

7.4. Определение вероятного материального ущерба от аварийных отказов

Актуальность проблемы. Надежное снабжение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем - одна из основных задач аграрной политики правительства РФ и региональных структур управления в современных условиях. Важнейшее значение здесь придается качеству и количеству получаемой сельскохозяйственной продукции, показатели которых напрямую зависят от технической оснащенности и эффективности применяемых технологических машин.

Рабочие органы технологических машин совершают различные по характеру движения (поступательное, вращательное, возвратно-поступательное, колебательное). В сельскохозяйственном производстве, как и в других отраслях производственной деятельности, более 50% вращающихся электродвигателей используются в приводе с колебательным движением рабочего органа [1,2,3].

Для согласования вращательного движения вала электродвигателя с колебательным применяются механические преобразователи вида движения: кривошипно-шатунный, кулисный, кулачковый и различные их вариации и сочетания [4]. Каждый такой механический преобразователь имеет десятки трущихся поверхностей. Из-за их износа, а в ряде случаев и повреждения деталей и узлов привода, возникают простои технологического оборудования, достигающие за год более 15% рабочего времени [3].

Другим недостатком редукторного электропривода является ограниченная возможность создания управляемого привода для воспроизведения колебаний большой амплитуды (0,05-0,1м) и низкой частоты (2-5 Гц). Эта область кинематических параметров оказывается оптимальной для многих технологических операций в растениеводстве и процессах производства и переработки продуктов [5]. В сельскохозяйственном производстве электроприводы обычно работают при неизменных параметрах колебаний рабочего органа оборудования, что снижает эффективность их использования, а именно качество и количество выпускаемой продукции. Конструкции технологических машин с колебательным электроприводом в течение последнего десятка лет не совершенствовались, с чем связаны не только огромные потери продукции, но и большие затраты на энергоносители и обслуживающий персонал [5,6,7,8].

В этом аспекте более перспективным представляется применение в приводе технологических машин линейных двигателей, среди которых самыми распространенными в силу явных преимуществ являются линейные асинхронные двигатели (ЛАД) [2]. ЛАД обеспечивает получение непосредственно прямолинейного движения. Совмещение в концевых звеньях ЛАД с упругими накопителями механической энергии позволяет реализовать энергетически эффективное колебательное движение, т.к. при этом появляется возможность производить разгон рабочего органа технологической машины в обратном направлении в цикле колебательного движения за счет запасенной энергии [9].

Немаловажно и то, что ЛАД отличается конструктивной простотой, технологичностью изготовления, легкостью монтажа и демонтажа, дешевизной, надежностью и допускает разнообразие конструктивных решений [2]. Вследствие отсутствия на вторичном элементе ЛАД обмотки его подвижной частью может быть непосредственно плоский или цилиндрический рабочий орган оборудования. В результате появляется возможность дополнительного упрощения, снижения металлоемкости машин, блочно-модульного построения привода и его многоцелевого применения [3]. Все это отвечает общим тенденциям развития электрооборудования технологических машин в АПК, направленного на экономию энергии и ресурсов.

Попытки применения ЛАД для колебательных приводов делались неоднократно. В 1922г. - для привода сваебойной машины [10], 1940г. - для отбойных молотков [11]. В 1957г. проф. Лейтуейт Е.Р. (Англия) предложил самоколеблющуюся установку, состоящую из двух индукторов ЛАД, включенных встречно, с одним вторичным элементом [12]. Оригинальную установку с ЛАД применил в вибростендах Луковников В.Н. [13], где электродвигатель приходит в колебательное движение за счет бигармонического питания обмоток индуктора от источника переменного тока с различной частотой. Имеется и ряд других работ в этом направлении [14, 15, 16, 17, 18, 19, 20].

Применением в приводе машин различного целевого назначения линейных электрических двигателей занимались известные ученые, среди которых необходимо отметить: Вольдека А.И., Тийсмуса Х.А. (индукционные насосы) [21,22,23,24]; Веселовского О.Н., Луковникова В.И., Петленко Б.И., Сарапулова Ф.Н., Свечарника Д.В., Соколова М.М. (производственно-технологическое оборудование) [25,26,27,28,29,30,31,32,33,34]; Винокурова А.И., Епифанова А.П., Лейтуейта Е.Р., Насар С.А., Скобелева В.Е., Ямамура С. (высокоскоростной транспорт) [35,36,37,38,39,40,41,42,43,44] и др.

В диссертационной работе впервые рассматриваются в комплексе вопросы построения, теории и расчета колебательных линейных асинхронных электроприводов с накопителями механической энергии (КЛАП) технологических машин в АПК, что представляет собой актуальную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Актуальность выбранного научно-технического направления исследования подтверждается соответствием данной темы разделу федеральной программы по научному обеспечению АПК РФ («Разработать научные основы развития системы научно-технического сельскохозяйственного производства, создание машин и энергетики нового поколения, формирование эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики») и тематическому плану Межведомственной координационной программы по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса РФ на 2001-2005 годы. Данное направление было одобрено НТС Межрегионального комитета по сельскохозяйственному машиностроению Ассоциации республик и областей Уральского региона (протокол №6 от 28.11.2002 г.)

Общей целью работы является развитие теории и принципов построения колебательных электроприводов на базе линейных асинхронных двигателей, совмещенных с упругими накопителями механической энергии, обеспечивающих повышение эффективности применения технологических машинах с колебательным движением рабочего органа путем управления параметрами колебаний, многоцелевого применения со снижением энергетических затрат.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

1. На основе технологических требований к приводу механизмов для процессов транспортирования, хранения и переработки продуктов разработать принципы построения колебательных линейных асинхронных электроприводов, совмещённых с упругими накопителями механической энергии.

2. Разработать математический аппарат расчета и провести анализ статических и динамических процессов ЛАД с учетом условий работы в КЛАЛ технологической машины, обосновать потенциальную возможность его многоцелевого использования.

3. Аналитическим и численными методами провести анализ математических моделей КЛАП и технологических машин с КЛАП для процессов транспортирования, хранения и переработки продуктов, определить рациональные взаимосвязи параметров колебаний электромеханической системы с учетом согласования требуемых характеристик, параметров двигателя и нагрузки для различных условий применения.

4. Разработать и исследовать математическую модель сопутствующих электромеханическому преобразованию энергии тепловых процессов в ЛАД, оценить возможность их использования в техи нологическом процессе для повышения эффективности технологической машины с КЛАП.

5. Для проверки адекватности разработанных математических моделей провести экспериментальные исследования КЛАП различных модификаций и технологических машин с КЛАП.

6. Внедрить КЛАП в натурные образцы и рабочие проекты технологических машин для процессов хранения и переработки продуктов. Провести анализ технико-экономической эффективности разработок.

Предмет исследования. Закономерности и взаимосвязи характера колебаний электромеханической системы с параметрами и режимами работы ЛАД, совмещенного с упругими накопителями механической энергии, и нагрузкой, определяемой условиями применения.

Объект исследования. Технологические машины в АПК с колебательным движением рабочих органов.

Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены на базе фундаментальных законов и уравнений механики и электромеханики и основных положений теории электропривода.

Достоверность результатов исследований проверялась экспериментально-аналитическими методами, сравнением некоторых полученных результатов с решениями других авторов, а также методами физического моделирования электромеханических систем с привлечением одного из основных пакетов расширения программной системы Ма^аЬ - 81тиПпк, моделированием процессов в реальных технологических машинах, экспертизой разработанных технических решений и способов в Роспатенте РФ.

Научная новизна положений работы, выносимой на защиту: - принципы построения колебательных линейных асинхронных электроприводов с упругими накопителями механической энергии, имеющих возможность управления параметрами колебаний и многоцелевого применения;

- конструкции технологических машин для применения в агропромышленном комплексе, отличающиеся высокими технико-экономическими показателями в результате использования КЛАП;

- математические модели электромеханической системы, содержащей линейный асинхронный двигатель, совмещенный с упругими накопителями механической энергии, и результаты ее многофункционального анализа, включая технологический нагрев;

- закономерности изменения показателей эффективности технологических машин, содержащих КЛАП, в зависимости от их конструктивных параметров и режимов работы электропривода;

- методика и результаты экспериментальных исследований КЛАП и технологических машин на базе колебательного линейного асинхронного электропривода с упругими накопителями механической энергии с многоканальной выдачей и обработкой информации на ЭВМ. Практическая ценность работы состоит в следующем:

- отработан на уровне изобретений ряд конструкций и конструктивных схем, способов реализации колебательного движения КЛАП, обладающих повышенной надежностью и эффективностью;

- предложенная концепция, разработанные методы и алгоритмы расчетов позволяют на начальной стадии проектирования КЛАП технологической машины принимать рациональные решения, обеспечивающие требуемые технические параметры электромеханической системы при минимальных материальных и энергетических затратах;

- разработаны конструкции, созданы рабочие проекты и натурные образцы технологических машин с КЛАП с управляемыми параметрами колебаний рабочего органа, возможностью многоцелевого применения и имеющих высокие технико-экономические показатели;

- созданы образцы лабораторных установок КЛАЛ и технологических машин с КЛАП, обеспечивающих эффективное выполнение фундаментальных и прикладных исследований.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертации использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР, проводившихся в различные годы. Внедрены в механическом цехе предприятия в составе качающегося конвейера для транспортировки отходов металлообработки, на ряде сахарных заводов в качестве конвейера для транспортирования влажного сахара (ожидаемый экономический эффект на четырех сахарных заводах Башкортостана составляет 1 миллион 160 тыс. рублей в год), на хлебоприемных пунктах и молочных заводах РБ в качестве приводов ворошителей-задвижек бункеров-питателей (суммарный фактический экономический эффект составляет 177,2 тыс. рублей в год), а также в учебном процессе БГАУ:

- в монографии «Основы построения и теории линейных асинхронных приводов с упругими накопителями энергии»;

- в учебных пособиях: «Линейные электрические машины и приводы на их основе», «Линейный электропривод колебательного движения». Публикации. В диссертации обобщены 121 авторская публикация, в том числе 1 монография, 2 учебных пособия, из которых одно рекомендовано УМО по агроинженерному образованию в качестве учебного пособия для студентов вузов, 25 авторских свидетельств и патентов общим объемом - 59 п.л. Монография, учебные пособия и 11 научных статей написаны соискателем лично, общий объем - 44 п.л.

Существенную техническую помощь по созданию (проектированию, изготовлению и испытанию) технологических машин для сельскохозяйственных, пищевых и других производств оказали соавторы, указанные в перечне основных работ, опубликованных по теме диссертации.

Неоценимую помощь своими советами и консультациями соискателю оказали д.т.н., профессор Петленко Б.И., д.т.н., профессор Хайруллин И.Х.

Пользуясь случаем соискатель выражает свою искреннюю благодарность названным лицам.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на ВДНХ СССР в 1987 и 1988 годах и отмечены соответственно бронзовой и серебряной медалями. Докладывались и получили одобрение на 18 научно-технических конференциях и семинарах в 1978-1988гг., в том числе Всесоюзных школах-семинарах «Проблемы применения линейных электрических машин в транспортно-технологических элементах гибких производственных систем» (Одесса, 1986г., 1988 г.; Донецк, 1987г.). Докладывались и получили одобрение на 19 научно-практических конференциях в 1995-2006 гг., в том числе на «Первой международной конференции по автоматизированному электроприводу» (Санкт-Петербург, 1995г.); Всемирном электротехническом конгрессе (Москва, 1999г.); Х1ЛУ Международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству» (Челябинск, 2005); ежегодных всероссийских конференциях БГАУ (Уфа, 19982006 гг.).

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа содержит 331 страниц основного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и 10 приложений. В работе содержатся 12 таблиц и 213 рисунков. Список использованной литературы насчитывает 247 источников.

Основные результаты по теоретической и практической разработке проблемы, связанной, с построением привода и расчетом их номинальных параметров и, как следствие, повышением эффективности процесса преобразовании энергии в КЛАП технологического назначения состоят в следующем:

1. Показано, что применяемые конструкции колебательных электроприводов в большинстве случаев неизбежно приводят к усложнению устройства технологических машин, снижению их надежности, технических и эксплуатационных характеристик. Повышение эффективности таких машин путем создания управляемого привода для воспроизведения колебаний большой амплитуды (0,05-0,1 м.) и низкой частоты (2-5 Гц) является важной научной проблемой, решение которой базируется на применении безредукторных линейных асинхронных электроприводов с накопителями механической энергии.

2. Разработаны на уровне изобретений конструкции, конструктивные схемы технологических машин АПК и способы практической реализации технологических задач на базе линейного асинхронного электропривода, совмещенного с накопителями механической энергии, что существенно повышает технико-экономические показатели, упрощает конструкцию и снижает металлоемкость технологической машины, а главное - открывает перспективы управления технологическим оборудованием, а в дальнейшем - всей технологической линией.

3. На основе разработанной математической модели электромеханической системы, содержащей линейный асинхронный двигатель, для участков пуска и торможения выполнен анализ характеристик, позволяющий обеспечить выбор рациональных параметров исполнительного двигателя. Получено упрощенное расчетное выражение для определения его силы, справедливое в достаточно широком диапазоне изменения ускорений в цикле колебательного движения рабочего органа технологической машины.

4. Предложены и развиты концептуальные основы и методы теории расчета колебательного асинхронного электропривода с накопителями механической энергии, основанные на фундаментальных уравнениях теории электропривода и современных программных продуктах реализации. Выполнен комплекс расчетов, позволяющий обеспечить рациональный выбор параметров такого привода с учетом технологического фактора применения.

5. Установлены закономерности управления параметрами колебаний технологической машины, неизвестные ранее взаимосвязи параметров колебаний с параметрами и режимами работы линейного асинхронного двигателя, силами сопротивления движению, массой рабочего органа, параметрами упругих накопителей механической энергии, позволяющие проводить анализ и синтез привода для решения различных практических задач. Выявлены резервы повышения эффективности за счет многоцелевого применения линейной электрической машины.

6. Предложены математические модели и исследованы специальные режимы работы КЛАП, позволяющие реализовать его дополнительные функции, необходимые для создания технологической машины (функции дополнительного вибратора, индукционного нагревателя). Показана эффективность функционального совмещения при реализации в технологической машине с КЛАП указанных дополнительных функций.

7. Установлено и экспериментально проверено, что соэср составляет не менее 0.6, а КПД инерционного конвейера с линейным асинхронным электроприводом, совмещенным с накопителями механической энергии, при многоцелевом использовании двигателя достигает 40% в отличие от инерционного конвейера с классическим приводом, у которого КПД не более 5 %.

8. Спроектированы и разработаны опытные стенды для проведения экспериментальных исследований КЛАП с учетом технологического фактора с многоканальной выдачей и обработкой информации на ЭВМ и с широкими возможностями регулирования исследуемых параметров. На их базе проведен большой объем исследований различных моделей КЛАП и технологических машин с КЛАП, подтверждающих адекватность разработанных математических моделей электромеханических процессов и достоверность полученных теоретических результатов.

9. Результаты исследований КЛАП и предлагаемые методики их расчета использованы при создании технологических машин на их основе (бункера-питателя с КЛАП ворошителей-задвижек, инерционного конвейера и других) внедренных либо предназначенных для внедрения на предприятиях агропромышленного комплекса и в других областях. Экономический эффект от внедрения разработанных устройств достигается снижением времени простоев, эксплуатационных затрат и экономией тепловой и электрической энергии, а также высвобождением рабочих, занятых малоквалифицированным трудом.

10. Основные теоретические положения и результаты исследований нашли отражение в читаемых автором в Башкирском государственном аграрном университете лекционных курсах, а также в трех изданных учебных пособиях.

11. Выполнение комплекса исследований ЛАД, КЛАП и технологических машин с КЛАП, создание методического и программного обеспечения их разработок, изготовление и успешная эксплуатация ряда технологических машин с КЛАП позволяют говорить о достижении цели, поставленной в диссертации, и могут служить основой для широкого внедрения рассматриваемых КЛАП при создании разнообразных технологических машин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного комплекса аналитических и экспериментальных исследований разработаны основы построения и теории колебательных линейных асинхронных приводов с накопителями механической энергии для применения в технологических машинах предприятий агропромышленного комплекса с целью повышения их эффективности.

1. Луковников В.И. Электромашинный безредукторный колебательный электропривод//Электротехническая промышленность. Электропривод. 1980.- Вып.8(88). - С. 14-18.

2. Веселовский О.Н. и др. Линейные асинхронные двигатели/О.Н. Весе-ловский, А.Ю. Коняев, Ф.Н. Сарапулов. М.: Энергоатомиздат, 1991. -256 с.

3. Аипов P.C. Линейные электрические машины и приводы на их основе. -Уфа: БГАУ, 2003.-201 с.

4. Копылов Н.Г. Теория качающихся конвейеров. Л.: Машгиз, 1963. - 340 с.

5. Гортинский В.В. О техническом уровне и перспективах развития вибрационных машин для зерноперерабатывающей и пищевой промышленности //Машиноведение. 1985. - №1. - С. 3-7.

6. Сычунов Н.П., Сычунов Ю.В., Исупов В.И. Механизация послеуборочной обработки зерна и семян трав. Киров: НИИСХ Северо-Восток, 2003.-367 с.

7. Дёмский А.Б., Веденьев В.Ф. Оборудование для производства муки, крупы и комбикормов. Справочник. М.: ДеЛипринт, 2005. - 760 с.

8. Технологические основы применения пневматических сортировочниых столов в сельском хозяйстве. М.: Россельхозакадемия, 2003. - 98 с.

9. Аипов P.C. Основы построения и теории линейных асинхронный приводов с упругими накопителями энергии//Монография. Уфа: БГАУ, 2006. - 295 с.

10. Ямпольский Я.С. Магнитофугальные ударные машины. // Электричество, 1925,№11,-С. 646-653.

11. Москвитин А.И. Электрические машины возвратно-поступательного движения. -М.-Л.: АНСССР. 144 с.

12. Лейтуейт Е.Р. Линейные электрические машины личная точка зрения //ТИИЭР, 1975. - Т.63 № 5. - С. 64-112.

13. Луковников В.И. Основы общей теории электродвигателей вращательного и поступательного движения, работающих в режиме колебаний: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Свердловск, 1979. - 40 с.

14. Садовский Б.Д. Асинхронный двигатель как машина поступательно -возвратного движения.//Вестник электропромышленности. 1940, №37. - С. 10-15.

15. Петленко Б.И., Малкин Ю.И., Круковский Л.Е. Применение асинхронных двигателей в приводах станков. Механизация и автоматизация производства, 1979, №2. - С. 7-9.

16. Банников С. П., Петленко Б.И., Круковский Л. Е. и др. Разработка линейного асинхронного двигателя для разгонного устройства имитатора столкновений автомобилей. Труды МАДИ, 1978, вып. 146. - С.55-68.

17. Trombetta 3. The electrie hammer //AJEE Conv.Chicago,1922,- №4-S.233-241c.

18. Штурман Г.И. Индукционные машины с разомкнутым магнитопрово-дом // Электричество -1946,№10. С. 43-50.

19. Панин A.C., Петленко Б.И., Круковский Л. Е. и др. Применение линейных электродвигателей в производстве теплоизоляционных конструкций. // Сб. научн.тр. МАДИ. М.: МАДИ, 1980, вып. 184. - С. 7783.

20. Japolsk Y. Uber Masgnetfelder mit Verausderlicher Bewegungschwindikeit Archiv für Elektrotexnik, Bd/XIV, Berlin: 1924 C. 106-128.

21. Вольдек А. И., Толвинская E.B. Метод расчета характеристик линейных и дуговых индукционных машин с учетом влияния продольного краевого эффекта. «Магнитная гидродинамика», 1971, № 1.

22. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. Д., «Энергия», 1970.

23. Тийсмус Х.А., Лаугис Ю.Я., Тээметс P.A. Линейные асинхронные двигатели. Опыт разборки, изготовления и применения // Труды Таллиннского политехнического института. Таллин: 1986. - Вып.627. - С. 1525.

24. Луковников В.И. Электромашинный безредукторный колебательный электропривод // Электротехническая промышленность. Электропривод.- 1980.- Вып.8(88). С. 14-18.

25. Веселовский О.Н. Низкоскоростные линейные электродвигатели. Дисс. докт. техн. наук. -Новосибирск, 1979.-366с.

26. Соколов М.М., Сорокин Л.К. Применение асинхронных двигателей прямолинейного движения для привода прокладчика уточной нити ткацкого станка. В кн.: Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве. Т. 4. М., «Энергия», 1971.

27. Модель электромеханического преобразователя линейного асинхронного электропривода/ Сарапулов Ф.Н., Иванушкин В.А., Шимчак П.// Электротехника № 8, 1998. С. 28-31.

28. Сарапулов Ф.Н., Черных И.В. Математическая модель линейной индукционной машины как объекта управления./ Электричество, 1994, №5 5. С. 46-49.

29. Черных И.В., Сарапулов Ф.Н. Основы теории и моделирования линейного асинхронного двигателя как объекта управления / Екатеринбург, 1999.- 228 с.

30. Свечарник Д.В. Электрические машины непосредственного привода. Безредукторный электропривод. Тенденции развития электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 208 с.

31. Петленко Б.И. Линейный электропривод и тенденции его развития// Электричество. 1981. - 19 с.

32. Винокуров В.А, Попов Д.А. Электрические машины железнодорожного транспорта. М.: Транспорт, 1986. 520 с.

33. Винокуров В.А., Козаченко Е.В., Власов В.А., Серебрянская Н.З. Характеристики и пути совершенствования линейных асинхронных двигателей // Электромеханика. 1979. № 11. - С. 87-93.

34. Скобелев В.Е., Соловьев Г.И., Епифанов Л.П. Анализ путей улучшения характеристик тяговых линейных асинхронных двигателей для высокоскоростного наземного транспорта// Железные дороги мира. 1978. -№2.

35. Laithwaite E.R. Linear electric motors. London, Mills and Boon, 1971.

36. Laithwaite E.R. Induction Machines for Special Purposes, New York: Chemical Publishing Co. Ltd, 1986, 377 pp.

37. Nasar S.A. Electromagnetic fields and forces in a linear induction motor, taking into account edge effects. «Ргос. 1ЕЕ» London, 1969, v. 116, № 4.

38. S. Yamamura, H. Masuda, H. Ito. Three-dimensional analysis of double sided linear induction motor with iron plate secondary Trans, of Tokyo Section Meeting IEE Japan, № 254, Nov. 1977.

39. S. Yamamura, H. Ito, H. Masuda, K. Yanouchi. Three-dimensional analysis of single-sided linear induction motor. Trans. IEE Japan, Section E. p. 1, Vol. 98, № 12,1978.

40. Yamamura, H. Ito, H. Masuda, K. Yanouchi. Three-dimensional analysis of single-sided linear induction motor Trans, of Tokyo Section Meeting IEE Japan, №253, Nov. 1977.

41. Епифанов А.П. Основные вопросы проектирования тяговых линейных асинхронных двигателей//Электротехника, 1992.-№.№ 1,5,10.

42. Епифанов А.П., Лебедев A.M., Скобелев В.Е., Соловьев Г.И. Метод исследования плотности распределения нормальных сил в одностороннем линейном асинхронном двигателе// ИВУЗ. Электромеханика. Новочеркасск, 1985. -№ 1.

43. Богомягких В.А., Радин В.В. Бункерным устройствам технологическое совершенствование // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2000. - №5. С. 34-35.

44. Басов A.M., Быков В.Г., Файн В.Б. Электротехнология. М.: Агро-промиздат, 1985. - 256 с.

45. Гончаревич И.Ф., Урьев Н.Б., Талейсник М.А. Вибрационная техника в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1977.-27 с.

46. Зенков Р.Л., Гриневич Г.П., Исаев B.C. Бункерные устройства. М.: Машиностроение, 1977. - 222 с.

47. Платонов П.Н., Пунков С.П., Фасман В.Б. Элеваторы и склады. М.: Агропромиздат, 1987. - 184 с.

48. Прищеп Л.Г., Якименко А.П., Шаповалов Л.В. Проектирование комплексной электрификации. М.: Колос, 1983. - 271 с.

49. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. Учебное пособие для машиностроительных вузов. 3-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1983. - 487 с.52. http://www.cisco-eagle.com/systems/conveyors/conveyor Vibrating conveyor.

50. Бугковский В.А., Мерко А.И., Мельников Е.М. Технологии зернопере-рабатывающих производств. Учебник -М.: Интеграф сервис, 1999. -472с.

51. Дженике Э.В. Складирование и выпуск сыпучих материалов. М.: Мир, 1968.- 164 с.

52. Зенков Р.Л., Ивашков И.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта. -М.: Машиностроение, 1987. 432 с.

53. Аипов P.C., Линенко A.B. Линейный электропривод бункеров-питателей сыпучих материалов / Электрификация сельского хозяйства: межвуз. науч. сб. Выпуск 2 // БГАУ. Уфа, 2000. - С. 38-43.

54. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. М: Высшая школа, 1985.-520 с.

55. Гончаревич И.Ф. Вибрация нестандартный путь. - М: Наука, 1986. -207 с.

56. Блехман В.А., Джанелидзе Г.Ю., Вибрационное перемещение. -М.: Наука, 1964.-412 с.

57. Гончаревич И.Ф., Сергеев П.А., Вибрационные машины в строительстве. Основы теории, проектирование и расчет. М.: Маш-гиз, 1963.-210 с.

58. Азрилевич М.Я. Технологическое оборудование сахарных заводов. -М.: Пищевая промышленность, 1982. 391 с.

59. Атаназевич В.И. и др. Установки для сушки пищевых продуктов М.: Агропромиздат, 1989. - 354 с.

60. Атаназевич В.И. Сушка пищевых продуктов / Справочное пособие. -M.: ДеЛи, 2000.- 296 с.

61. Гребенок В.К. Технологическое оборудование сахарных заводов M.: Пищевая промышленность, 1983. -420 с.

62. Жарик В.Н. Механизация трудоемких процессов на сахарных заводах. -Киев.: Урожай, 1988.- 160 с.70