автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение производительности вибрационной щековой дробилки на основе стабилизации синхронно-противофазных колебаний средствами автоматизированного электропривода

На правах рукописи

ТЯГУШЕВ Сергей Юрьевич

804604428

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВИБРАЦИОННОЙ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ НА ОСНОВЕ СТАБИЛИЗАЦИИ СИНХРОННО-ПРОТИВОФАЗНЫХ КОЛЕБАНИЙ СРЕДСТВАМИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Специальность 05.09.03 - Электротехнические

комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 НЮН 2010

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010

004604428

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Шонин Олег Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Пронин Михаил Васильевич,

кандидат технических наук, доцент

Борисов Павел Александрович

Ведущее предприятие - Институт проблем машиноведения (ИПМаш) РАН, Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится 17 июня 2010 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д2, ауд.7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 17 мая 2010 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета д-р техн. наук, профессор

В.В.ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вибрационные щековые (ВЩД), конструкции ОАО «НПК «Механобр-Техника» являются перспективным видом оборудования для дробления рудных и нерудных, а также техногенных материалов. Основной вклад в создание и развитие этих машин в разные годы внесли Блехман И. И., Вайсберг Л. А., Лавров Б. П., Нагаев Р. Ф., Туркин В. Я. Фрадков А. Л. и другие ученые.

К достоинствам дробилки следует отнести динамическую уравновешенность конструкции и способность пропускать недроби-мые тела через рабочую камеру. Для получения номинальных показателей ВЩД необходимо, чтобы разрушение и транспортирование материала в рабочей камере происходило при синхронно-противофазном движении щек. Такой режим обеспечивается двух-двигательным приводом вибровозбудителей колебаний симметричных подсистем дробилки при наличии вибрационной связи между ними.

Влияние на процессы в системе технологической нагрузки, а также случайного разброса конструктивных и электромеханических параметров подсистем дробилки вызывает искажение синхронно-противофазного типа колебаний. В ряде случаев это приводит к нарушению условий эффективного разрушения и ухудшению технологических показателей ВЩД. Действие возмущающих факторов на технологический процесс возрастает при использовании ВЩД для измельчения неоднородных материалов различной крупности и твердости, например, при дроблении твердых сплавов, отходов металлургического производства, строительных отходов.

В связи с этим возникает задача обеспечения номинального режима дробления в сложных условиях функционирования ВЩД. Решение задачи требует проведения дополнительных исследований, направленных на выявление основных дестабилизирующих факторов, оценку их влияния на режим работы дробилки и разработку мер по компенсации возмущений с целью стабилизации синхронно-противофазного режима колебаний, при котором технологические показатели ВЩД соответствуют номинальным значениям. В работе

эта задача решается средствами автоматизированного электропривода.

Цель диссертационной работы: Снижение энергоемкости и повышение производительности дробления за счет восстановления номинального режима дробилки путем компенсации возмущений, обусловленных неидентичностью параметров симметричных подсистем ВЩД и влиянием на систему разрушаемого материала. Задачи исследования:

1. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований, опыта эксплуатации ВЩД с целью определения и оценки влияния основных дестабилизирующих факторов на режим и технологические характеристики дробилки.

2. Построение математической и компьютерной моделей электропривода вибрационной щековой дробилки с целью изучения статических и динамических режимов и формирования требований к системе автоматического регулирования.

3. Разработка стратегии управления режимом вибрационной щековой дробилки, обоснование и реализация алгоритма управления на основе автоматизированного электропривода.

4. Экспериментальная проверка работоспособности и эффективности предложенного алгоритма и всей системы в целом.

Идея работы: Для повышения технологических показателей дробилки следует использовать систему автоматической стабилизации синхронно-противофазных колебаний щек на основе автоматизированного электропривода вибровозбудителей с обратной связью по контролируемому углу сдвига фаз колебаний щек. Научная новизна:

1. На основе компьютерного моделирования и экспериментальных исследований электромеханической системы двухдвига-тельного привода вибрационной щековой дробилки выявлены закономерности многомерного движения элементов дробилки, предопределяющие взаимосвязь между рассогласованием синхронно-противофазных колебаний щек, режимными параметрами электропривода и технологическими показателями дробления.

2. Установлена связь между параметрами рассогласованного режима вибрационной щековой дробилки и требуемым изменением

параметров механических характеристик двигателей, что позволило осуществить синтез системы автоматического управления приводом по критерию максимальной производительности дробилки.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Начальный фазовый сдвиг колебаний щек, обусловленный неидентичностью конструктивных и электромеханических параметров подсистем вибрационной щековой дробилки, возрастает при переходе в режим дробления, вызывая неравномерную загрузку двигателей, снижение производительности и рост энергоемкости, не оказывая при этом существенного влияния на степень дробления и гранулометрический состав конечного продукта.

2. Построение модели вибрационной щековой дробилки как объекта управления должно базироваться на взаимосвязанных системах уравнений движения элементов дробилки и уравнений двух-двигательного асинхронного электропривода, что позволяет учесть влияние неидентичности параметров электромеханических подсистем дробилки и технологической нагрузки на режимные параметры двигателей и характер движения щек.

3. Для обеспечения максимальной производительности вибрационной щековой дробилки при минимизации энергозатрат следует применять автоматическую систему управления двухдвигательным электроприводом с отрицательной обратной связью по наблюдаемому углу сдвига фаз колебаний щек, основанную на выравнивании парциальных скоростей асинхронных двигателей путем изменения параметров их индивидуальных механических характеристик.

Методы исследований. При выполнении теоретических исследований использовались аналитические и численные методы электромеханики и автоматизированного электропривода, методы частотного и временного анализа сигналов и систем, структурное моделирование в среде Simulink MatLab 6.5. Экспериментальные исследования проводились на разработанном стенде, в котором использованы современные средства сбора и обработки данных National Instruments-LabView 8.5.

Практическая ценность работы: 1. Разработана модель дробилки с автоматизированным электроприводом, которая позволяет производить оценку влияния не-

симметрии ее подсистем и технологической нагрузки на режимные параметры ВЩЦ, что дает возможность рассматривать представленную модель как эффективное средство проектирования электропривода виброоборудования.

2. Разработанная система измерения режимных параметров ВЩЦ и привода совестно с комплексом программного обеспечения позволяет повысить эффективность испытаний опытных и серийных образцов виброоборудования за счет увеличения числа контролируемых координат системы.

3. Разработаны алгоритмы управления ВЩД по критерию максимальной производительности, работоспособность которых доказана данными компьютерного моделирования и результатами испытаний прототипа системы автоматического управления.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждена удовлетворительным совпадением результатов аналитических расчетов и компьютерного моделирования с результатами экспериментальных исследований ВЩЦ в режиме пуска, безударном режиме и режиме дробления. Подтверждением эффективности предложенного способа стабилизации и работоспособности алгоритмов управления являются результаты единичных испытаний образца ВЩЦ с разработанной системой управления, показавшие увеличение производительности по сравнению с базовым вариантом на 87%.

Внедрение. Модель ВЩД с управляемым приводом, система сбора и обработки данных, а также предложенная система автоматической стабилизации синхронно-противофазных колебаний вибрационной щековой дробилки приняты к использованию в ОАО «НПК «Механобр-техника». В 2009 г. в рамках конкурса на лучшие инновационные проекты в сфере науки и высшего образования Санкт-Петербурга работа отмечена дипломом за «Лучшую научно-инновационную идею».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлены на всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Неделя науки» СПбГПУ Санкт-Петербург 2007 г., 2009 г.; Freiberger Forschungsforum «Innovations in Geoscience, Geoengineering and Metallurgy» (Freiberg, 2008);

международной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение», СПГГИ Санкт-Петрбург 2006-2009 г.; 7-ой международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments», Москва 2008; научном симпозиуме "Неделя горняка 2010", МГГУ, Москва 2010 г.

Личный вклад автора заключается в разработке компьютерной модели ВЩД, разработке алгоритмов и синтезе системы управления, создании экспериментального стенда и прототипа системы управления.

Автор выражает признательность специалистам ОАО «НПК «Механобр-техника» за содействие в проведении исследований и испытаний.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 2 работы в ведущих научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация содержит 148 страниц текста, 85 рисунков, 12 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 82 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе обоснована актуальность работы, проведен анализ существующих типов щековых дробилок, рассмотрены особенности работы привода вибрационных щековых дробилок.

Во второй главе приведено математическое описание ВЩД и асинхронного электропривода, на базе которого разработана компьютерная модель системы в среде Simulink системы MatLAb. Показано соответствие результатов компьютерного моделирования результатам аналитических расчетов, выполненных в соответствии с апробированной методикой расчета режима дробилки на стабильность и устойчивость.

Третья глава посвящена разработке экспериментального стенда для исследования электромеханических характеристик дробилки с использованием системы сбора данных National Instruments и среды визуального программирования Lab View 8.5. Дано описание измерительных каналов и каналов управления.

В четвертой главе обсуждаются результаты экспериментальных исследований дробилки в безударном режиме и режиме дробления. Приведена уточненная модель ВЩД, в которой учтено влияние технологической нагрузки на рассогласование основного режима колебаний дробилки.

В пятой главе осуществлен синтез автоматической системы управления. Приведены результаты компьютерного моделирования и натурных экспериментов, подтверждающие работоспособность и эффективность предложенной системы стабилизации синхронно-противофазного режима колебаний дробилки.

Заключепие обобщает полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований, содержит выводы и рекомендации диссертационной работы.

1. Начальный фазовый сдвиг колебаний щек, обусловленный не идентичностью конструктивных и электромеханических параметров подсистем вибрационной щековой дробилки, возрастает при переходе в режим дробления, вызывая неравномерную загрузку двигателей, снижение производительности и рост энергоемкости, не оказывая при этом существенного влияния на степень дробления и гранулометрический состав конечного продукта.

Объектом теоретических и экспериментальных исследований являлась электромеханическая система ВЩД трех типоразмеров ВЩД 80x300, ВЩД 130x300 и ВЩД 600x800.

Экспериментальные исследования проводились на испытательном стенде (рис. 1, вкладка), который включает серийный образец дробилки ВЩД 130x300 с двумя асинхронными двигателями (АД) 4А132М4 мощностью 11 кВт, преобразователь частоты (ПЧ) и информационно-измерительную систему (ИИС) на базе датчиков электрических и механических величин, платы сбора данных National Instrument NI 6218, персонального компьютера (ПК) и системы визуального программирования Lab View 8.5, с помощью которой сформированы шестнадцать независимых измерительных каналов, реализован спектральный анализ сигналов и косвенные измерения ряда величин, организованы каналы управляющих воздействий на привод. Для измерения параметров механических колебаний дро-

билки использовались датчики ускорений (ДУ) - пьезоакселеромет-ры с усилителем заряда АР-2037, ориентированные на измерение вертикальных и горизонтальных колебаний корпуса дробилки, а также вертикальных виброускорений дебалансных вибраторов (ДБ).

Возмущающими факторами исследуемой системы являются неидентичность электромеханических параметров симметричных подсистем дробилки и технологическая нагрузка. В качестве реакции системы рассматривались: частота вращения вибровозбудителей при самосинхронизации cos, с*1 и угол рассогласования синхронно-противофазного режима колебаний ^=^-180°, где у/А - абсолютный фазовый сдвиг, град; загрузка двигателей по мощности Р\, Рг, Вт; производительность П, кг/ч и энергоемкость дробления Е, Вт/кг, а также степень дробления и гранулометрический состав конечного продукта. В качестве дополнительных характеристик рассогласования ВЩД использовались вибрационный момент W, Нм и разность парциальных скоростей несвязанных двигателей Аа>л, с"1, обусловленная отличием моментов сопротивления Мс, Нм и параметров индивидуальных механических характеристик - скорости идеального холостого хода <уь, с"1 и коэффициента жесткости J3, Нм-с:

А(Оп = ат - й)П2 = о)01 - й)02 - МА / Д + Мс1!р2, (1)

Изменение параметров рассогласования Аа>п и у/р носит случайный характер, обусловленный разбросом параметров двигателей и механических подсистем дробилки. Поэтому в эксперименте контролируемое рассогласование А<% достигалось варьированием скорости идеального холостого хода одного из двигателей <иь=2я/7/?, где р - число пар полюсов двигателя, путем изменения напряжения и частоты по закону U/f=const, при котором Дсуд =А®ь в случае Мсг=

Мс тРгРз.

В безударном режиме ВЩД проверялось соответствие экспериментальных данных основным положениям теории самосинхронизации. Из графиков реакций системы у^(Д<%) и Р] 2(А<Ул) (рис. 2) следует, что при а>ау=а>ог начальное рассогласование дробилки отсутствует ^=0, загрузка двигателей одинакова Р\=Ръ Это свидетельствует о том, что электромеханические подсистемы ВЩД

130x300 практически симметричны. Результаты исследование дробилки другого типа ВЩД 600x800 показали, что при тех же условиях питания двигателей начальный угол рассогласования отличен от нуля у/ро=25°. Согласно формуле (1) это свидетельствует о неидентичности параметров электромеханических подсистем дробилки.

0,0 0,2 0,3 0,5 0,6 Лй>о,с' 00 02 0,3 0,5 0,6 с"'

Рис. 2 Сдвиг фаз колебаний щек цгр0 (а) и мощность двигателей Р\,Рг (б) в зависимости от разности частот идеального холостого хода /Зл^

Смещение механической характеристики АД1 привода ВЩД 130x300 изменением частоты сцц=уаг приводит к росту угла рассогласования у^о и неравномерной загрузке двигателей Рф Рг вследствие появления вибрационного момента ¡V. При этом суммарная мощность =Р\+Р2 остается неизменной.

Оценка модуля вибрационного момента 1^1, выполненная по экспериментальным данным, показала, что среднее значение этой величины составляет |Же)=8,5±0,6 Нм. Это незначительно отличается от расчетного значения |^Г,|=7,8 Нм. Расчет коэффициента вибрационной связи к0г\№ |/Мном=0,12, где Мном - номинальный момент АД, показывает что исследуемый тип дробилки в соответствии с принятой классификацией относится к оборудованию со «сравнительно сильной связью между вибровозбудителями».

Режим дробления исследовался при отсутствии фазового сдвига цгро~0 и наличии начального рассогласования ^=10°, 30°, 50°. В качестве разрушаемого материала использовался гранит крупностью от 40 мм до 65 мм. Дробление производилось при полностью заполненной камере с подпором материала со стороны загрузочной воронки.

Осциллограммы ускорений щек в режиме дробления имеют несинусоидальную форму (рис. 3 а) с коэффициентом амплитуды Граничная частота спектра сигнала по 10% амплитудному критерию составляет/р=300 Гц, коэффициент гармоник £¿,=0,58, коэффициент искажений £„=0,87. Из распределения нормированной мощности гармоник спектра (рис. 3 б) следует, что 75% мощности переносится первой гармоникой.

-250

3 4 5 б 7 Б 9 10 Номер гармоники

Время, с

Рис. 3 Осциллограмма ускорений (а) и распределение нормированной мощности

гармоник спектра (б)

В связи с этим, отклонение от номинального режима оценивалось по фазовому сдвигу между основными гармониками ускорений. Смещение осциллограмм во времени также контролировалось с помощью сформированного в среде ЬаЬУ1е\у 8.5 фазового детектора, работа которого основана на отслеживании моментов времени перехода сигналов через ноль.

20 Время, с

20 Время, с

Рис. 4 Сдвиг фаз колебаний щек (а) и мощность (б) двигателей в режиме дробления при отсутствии начального рассогласования у/ръ=0

Испытания дробилки при у/ро=0 показали, что переход в режим дробления сопровождается появлением угла рассогласования ^=50° и неравномерной загрузкой двигателей Р1/Р2 =1,5 (рис, 4). Из рис. 5 следует, что при %о~30° взаимодействие рабочего органа и разрушаемого материала приводит к росту угла сдвига фаз до значения ^/=70° и неравномерности загрузки двигателей /УР2 =3. При этом время дробления по сравнению со случаем %о=0 существенно возрастает.

б)

Рг

80

Время, с

40

80

Время, с

120

Рис. 5 Сдвиг фаз колебаний щек (а) и мощность (б) двигателей в режиме дробления при начальном рассогласовании ц>ро=30°

По результатам экспериментов получены зависимости производительности П(^0) = П/П0 и энергоемкости дробления

Е(У>о) = Е/Е0от начальной расфазировки колебаний щек у/ро, где По,

Е0 - значения величин при угр=0. Производительность П и энергоемкость Е оценивались по массе и крупности дробленного материла, мощности привода и времени дробления. Установлено, что показатели качества дробления от параметра у/ро практически не зависят.

Из диаграмм (рис. 6) видно, что увеличение начального рассогласования приводит к снижению производительности дробилки и росту энергоемкости дробления. Из-за появления фазового сдвига в режиме дробления (см. рис. 4) значения величин П0 и Ео не соответствуют значениям, которые могут быть достигнуты в случае синхронно-противофазных колебаний щек. Поэтому для обеспечения режима максимальной производительности необходимо осуществлять непрерывную компенсацию отклонений от номинального режима. Разработку методов и средств восстановления номинального

12

режима ВЩЦ целесообразно проводить на основе компьютерной модели электромеханической системы дробилки.

Начальный сдвиг фаз, град Начальный сдвиг фаз, град

Рис. 6 Производительность (а) и удельная энергоемкость дробления (б)

2. Построение модели вибрационной щековой дробилки как объекта управления должно базироваться на взаимосвязанных системах уравнений движения элементов дробилки и уравнений двухдвигательного асинхронного электропривода, что позволяет учесть влияние неидентичности параметров электромеханических подсистем дробилки и технологической нагрузки на режимные параметры двигателей и характер движения щек.

Построение модели приводного механизма с семью степенями свободы (рис. 7, вкладка) основано на методике, разработанной Р. Ф. Нагаевым для аналитического описания безударного установившегося режима дробилки с одинаковыми параметрами ее подсистем. Для описания динамических процессов в механической системе с произвольными значениями параметров необходимо численное решение уравнений. С этой целью в среде БшиНпк МаШЬ 6.5 разработана компьютерная модель (рис. 8, вкладка), которая включает семь блоков, в каждом из которых реализована структурная схема решения соответствующего уравнения динамики. Для учета взаимного влияния приводного механизма и привода, эта модель дополнена расчетными блоками асинхронных двигателей из библиотеки 8тРо\уег8уз1ет. Это позволило воспроизводить пусковые и стационарные режимы ВЩД при различных значениях электромеханических параметров подсистем. С помощью модели проведены исследования ВЩД, которые показали наличие в системе симметричного и кососимметричного резонансов, в области которых наблюдался эффект Зоммерфельда и изменение электромагнитного

13

момента в соответствии с частотной характеристикой системы. Для ВЩД 130x300 значения резонансных частот составили /см=11 Гц и /ксм=31Гц, соответственно. Для ВЩД 600х800:^„=9 Гц, /Ксм=14 Гц.

Анализ результатов серии экспериментов по дроблению материала позволил уточнить модель в части учета технологической нагрузки. Из осциллограмм Р((/) и Р2(/) (см. рис. 4 б и рис. 5 б) видно, что на интервале дробления мощность двигателей Р (() можно представить как наложение постоянной Р и осциллирующей функций АР(0, амплитуда которой не превышает 15% от значения Р в установившемся режиме. Аналогичным образом изменяется и момент М=Р/щ, развиваемый АД. Это позволяет учесть в модели усредненную технологическую нагрузку с помощью дополнительного момента сопротивления.

а) 80

I 60

а 40

к

§ У 20

г

¿Л

Л?г -

б) 5

О

§2 О

о

£ 4 Р?

■V

гЧР0»»*

(Г ;

4 ,1. 4 А* ^ Л 4«

4 , ■ А 4 Р 1 4 4а 4

■мим

20

30

40 50 Время, с

60

20

30

40 50 60 Время, с

Рис. 9 Сравнение экспериментальных данных и результатов моделирования холостого хода и рабочего режима дробилки при у/р0 = 10°

На рис. 9 показаны результаты компьютерного моделирования с помощью уточненной модели, которые совмещены с данными экспериментальных исследований ВЩД с начальной расфазировкой у/ра =10° Соответствие приведенных данных относительно длительности переходного процесса, значений мощностей Р\, Р2, а так же углов начального у/ро и конечного рассогласования цгр% показывает, что разработанная компьютерная модель правильно воспроизводит реакцию привода на переход дробилки из режима холостого хода в режим дробления и может быть использована для разработки новых средств повышения производительности ВЩД на основе системы

автоматической стабилизации синхронно-противофазных колебаний щек.

3. Для обеспечения максимальной производительности ВЩД при минимизации энергозатрат следует применять автоматическую систему управления двухдвигателышм электроприводом с отрицательной обратной связью по наблюдаемому углу сдвига фаз колебаний щек, основанную па выравнивании парциальных скоростей асинхронных двигателей путем изменения параметров их индивидуальных механических характеристик.

В работе рассмотрены способы перевода рассогласованного режима привода ВЩД с отличающимися механическими характеристиками 1 и 2 (рис. 10) в симметричный режим. При вибрационной связи роторов моменты двигателей M\y=Mz\p±W определяются моментами сопротивлений в изолированной системе Мйi 2 и вибрационным моментом W~\W\smii/p.

Из геометрических построений (рис. 10), выполненных для линеаризованных механических характеристик асинхронных двигателей на участке 0<М<Мты, следует что частота вращения роторов при наличии вибрационной связи cos и угол рассогласования у/р определяются формулами:

a, _ani1 Рг

Рх+Рг

Мс:Ц

(2)

Рис. 10 Линеаризованные механические характеристики двухдвигатель-ного привода

smyp =

И А+А

(3)

Для устранения рассогласования синхронно-противофазного режима необходимо управлять параметрами механических характеристик двигателей соо и р из условия выравнивания парциальных скоростей Ао)П=0, при котором цгр =0. Рассогласование системы с характеристиками 1 и 2 можно устранить, если характеристику 1 трансформировать в характеристику 3 путем уменьшения частоты

15

идеального XX сом-^-соог с помощью ПЧ, реализующего скалярный алгоритм управления АД1. Для получения номинального режима необходимо, чтобы Ао^=Асоп. Аналогичного эффекта можно добиться, если трансформировать характеристику 1 в характеристику 4 при <з*)4=гао1=й*) путем уменьшения коэффициента жесткости (i\->fh за счет изменения напряжения питания АД1, например, с помощью тиристорного регулятора.

Оценка диапазона управляющих воздействий на привод для устранения угла рассогласования проводилась по формулам (2), (3), в которых параметры (Оп\,г и Д,2 вычислялись по механическим характеристикам двигателя 4А132М4УЗ в рабочих точках, а модуль вибрационного момента вычислялся по формуле | W в кото-

рой коэффициент А=3,3-Ю"4 кг-м2 учитывал массу дробилки, эксцентриситет и массу дебалансов, а так же коэффициент запаса устойчивости синхронизации вибровозбудителей.

Расчет производился для симметрично нагруженной дробилки МС1= Мс2= Mc=var. Характеристика 1 (см. рис. 10) соответствовала номинальным параметрам АД1. Жесткость характеристики второго двигателя определялась в соответствии с допустимым по ГОСТ 183-74 20%-ным разбросом номинальных скольжений, который воспроизводился разбросом сопротивлений цепи ротора.

Для каждого значения угла рассогласования у/р, зависящего от механической нагрузки Мс и коэффициента жесткости Д, рассчитывались параметры компенсирующего воздействия на АД 2, восстанавливающего номинальный режим у/р =0.

Из графика (рис. 11а) следует, что для компенсации угла рассогласования x¡/p =60° при номинальном моменте привода требуется изменение частоты питания АД1 на A/i=0,3 Гц, что при р= 2 соответствует изменению частоты вращения поля статора на 9 об/мин. Из рис. 116 следует, что при восстановлении номинального режима за счет изменения углового коэффициента механической характеристики требуемый диапазон варьирования напряжения составляет 200-220В. При этом, однако, на границе диапазона имеет место снижение критического момента на 17,5%.

Управление параметрами механических характеристик двигателей соо и р посредством ПЧ или тиристорного регулятора напря-

жения осуществляется в соответствии с сигналом обратной связи, который формируется датчиком угла рассогласования у/р(1).

Рис. 11 Связь параметров управления с параметрами рассогласованного режима при скалярном частотном управлении а) и при использовании регулятора напряжения б)

Предложенные системы управления реализованы в компьютерной модели системы автоматической стабилизации синхронно-противофазных колебаний дробилки, построенной в среде БтиПпк МаЛаЬ 6.5. Модель включает вычислительный блок параметров движения ВЩД, блок фазового детектора, регулятор, подсистему управления полупроводниковым преобразователем (ПП), блок ПП и блок двухдвигательного привода, подключенного к сети с известными параметрами.

Для определения параметров регулятора построена линеаризованная модель системы. Сформированы передаточные функции двухдвигательного привода по каналу управляющих #с(5)=Д<ул(5)/<уй(5) и возмущающих воздействий Н^-А(оп{$)1Мс{$), а также передаточная функция дробилки Я/е{л')= ц/р(з)/Асоп(^). С учетом ряда допущений, принятых в теории автоматизированного электропривода, получена передаточная функция замкнутой системы с регулятором, характеристический полиномом которой имеет третий порядок. Параметры ПИ-регулятора +1) определены в

соответствии с требованиями стандартной настройки на симметричный оптимум: £р=13, Гр=0,3 С.

Результаты компьютерного моделирования работы ВЩД 130x300 с регулируемым приводом показаны на рис. 12. Из диа-

грамм видно, что начальный угол рассогласования в режиме XX дробилки у/рй= 18° возрастает при переходе в рабочий режим до значения ^=70°. После включении контура регулирования в момент времени Гт,7=20 С система переходит в номинальный режим ^¡-0 при равномерной загрузке обоих двигателей Р\= Р2.

_2о ---- 0 "t----

8 12 16 20 24 8 12 16 20 24

Время, с Время, с

Рис. 12 Влияние системы стабилизации на угол рассогласования у/р а) и мощность

двигателей Р1г Р2 б)

Экспериментальная проверка работоспособности и эффективности предложенного способа стабилизации колебаний щек дробилки производилась при испытании дробилки ВЩД 80x300 с наклонной камерой дробления, один из двигателей которой питался от ПЧ, реализующего скалярное частотное управление. Цифровой блок управления реализован с помощью средств National Instruments и LabView 8.5 (рис. 13, вкладка). В базовом варианте начальный угол рассогласования составлял =12°, в режиме дробления y/ps=55°. В дробилке с управляемым приводом среднее по модулю значение угла рассогласования | {¡/ps | не превышало предельно допустимого значения 1//рт, установленного для используемого вида виброборудова-ния \y/ps |=8°<%и=15°. Оценка производительности по данным эксперимента показала, что в результате компенсации рассогласования производительность испытываемой дробилки возросла на 87%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой решена актуальная задача повышения эффективности вибрационной щековой дробилки на осно-

ве предложенного способа стабилизации синхронно-противофазных колебаний щек средствами автоматизированного электропривода.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. На базе средств сбора и обработки данных National Instru-ments-LabView 8.5, серийного образца ВЩД и преобразователя частоты разработан стенд для экспериментального исследования электромеханических характеристик дробилки с двухдвигательным приводом. Разработана методика экспериментального определения технологических показателей ВЩД в зависимости от угла начального рассогласования.

2. Установлено, что переход изначально согласованной дробилки в режим дробления сопровождается появлением угла рассогласования, значение которого превышает предельно допустимое, что приводит к существенному ухудшению технологических показателей виброоборудования по сравнению с расчетными значениями.

3. Предложены способы восстановления синхронно-противофазных колебаний дробилки на основе изменения параметров индивидуальных механических характеристик двигателей в соответствии с углом рассогласования колебаний щек. Показано, что для реализации способа достаточно использовать простейшие алгоритмы управления.

4. Разработана компьютерная модель управляемого привода ВЩД с системой стабилизации синхронно-противофазного режима колебаний щек, учитывающая неидентичность электромеханических параметров подсистем дробилки и технологическую нагрузку.

5. По результатам единичных испытаний модернизированной ВЩД установлено, что применение разработанной системы автоматической стабилизации синхронно-противофазного режима колебаний щек приводит к существенному росту производительности установки по сравнению с базовым вариантом.

6. Полученные результаты могут быть использованы для теоретических и экспериментальных исследований виброоборудования другого типа и при необходимости - для разработки мер по его модернизации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Тягушев С. Ю. Влияние систем управления электроприводом на самосинхронизацию дебалансных вибраторов// Записки Горного института; Т. 173 - СПб.: СПГГИ(ТУ), 2007 г. - С. 115-119;

2. Тягушев С. Ю. Компьютерное моделирование динамических процессов вибрационной щековой дробилки / С. Ю. Тягушев, О. Б. Шонин// Мат. межвуз. науч.-практич. конф. студентов и аспирантов XXXVI Неделя науки СПбГПУ, Ч. V - СПб.: Изд-во Политехи, унта, 2008 г.-С. 120-122;

3. Tjaguschw, S. J. A computer model of the vibration jaw crusher taking into account electrical drive characteristics // Innovations in Geo-science, Geoengineering and Metallurgy Freiberger Forschungsforum 59. BHT - Germany, Freiberger: Technische Universität Bergakademie, 2008-С. 190-194;

4. Тягушев С. Ю. Экспериментальный стенд для исследования электромеханических характеристик вибрационных щековых дробилок ОАО "НПК "Механобр-Техника" / С. Ю. Тягушев, О. Б. Шонин, В. А. Ерошенко// Сборник трудов VII международной научно-исследовательской конференции: «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabView и технологии National Instruments» - M.: ИПК РУДН, 2008 г. - С. 38 - 39;

5. Тягушев С. Ю. Учет свойств приводных двигателей вибрационной щековой дробилки с жестким и нежестким креплением осей вибровозбудителей // Записки Горного института; Т. 182 -СПб.: СПГГИ(ТУ), 2009 г. - С. 125-129;

6. Тягушев С. Ю. Влияние рассогласование подсистем вибрационной щековой дробилки на режим работы электропривода и показатели дробления / С. Ю. Тягушев, О. Б. Шонин // Обогащение руд № 5 -СПб., 2009 г. - С. 36 - 40;

7. Тягушев С. Ю. Обеспечение оптимального режима дробления вибрационной щековой дробилки средствами автоматизированного электропривода / С. Ю. Тягушев, О. Б. Шонин// Мат. межвуз. науч.-практич. конф. студентов и аспирантов XXXVIII Неделя науки СПбГПУ, Ч. II -СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009 г. - С. 89-91.

В^лос^с^

Рис. 1 Общий вид экспериментального стенда с ВЩД 130x300 в цехе испытаний ОАО «НПК «Механобр-Техника».

Рис.13 Функциональная схема экспериментального стенда испытаний ВЩД с управляемым приводом

Подсистема II

Подсистема I

Торшон

Виоровоюудшпслъ

Щека

Рис.7 Расчетная кинематическая схема ВШД

Блок горизонтальных колебаний корпуса X-wave

Блок вертикальных колебаний корпуса Y-wave

От модели привода

Q>

iai1

СО

иС

Блок

угловых колебаний корпуса Fip-wave

К модели привода

Блоки вибрационных моментов Torque

Ускорения щек

Рис.8 Структурная схема модели ВШД в MatLab

РИД СПГГИ. 06.05.2010. 3.248. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ И НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК.

1 Л. Область применения дробильного оборудования.

1.2. Конструкции и характеристики щековых дробилок. j 1.3. Особенности электропривода вибрационной щековой дробилки.

I 1.4. Выводы по главе.

2. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ВИБРАЦИОННОЙ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ. 2.1. Математическая модель приводного механизма.

2.2. Компьютерная модель вибрационной щековой дробилки.

1 2.2.1. Компьютерная модель приводного механизма.

2.2.2. Компьютерная модель асинхронного двигателя.

2.3. Результаты моделирования вибрационной щековой дробилки.

2.4. Выводы по главе.

3. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИБРАЦИОННОЙ ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ.

3.1. Структура экспериментального стенда.

3.2. Измерительный канал виброускорений.

3.2.1. Частотные характеристики инерциального преобразователя

3.2.2. Частотная характеристика пьезопреобразователя.

3.3. Аппаратура сбора данных.

3.4. Алгоритмы анализа и виртуальный интерфейс.

3.4.1. Алгоритмы первичной обработки данных.

3.4.2. Алгоритмы оценки основных параметров режима ВЩД.

3.4.3. Виртуальный интерфейс.

3.5. Выводы по главе.

4. ЭКСПЕРИМНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВЩД В УДАРНОМ И БЕЗУДАРНОМ РЕЖИМАХ.

4.1. Оценка параметров рассогласованного режима ВЩД. Способ воспроизведения несимметричного режима.

4.2. Исследование привода в безударном режиме.

4.3. Исследование привода в ударном режиме.

4.4. Учет особенностей технологической нагрузки в модели вибрационной щековой дробилки.

4.5. Выводы по главе.

5. СИНТЕЗ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ВЩД. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДРОБИЛКИ С ОПЫТНЫМ ОБРАЗЦОМ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

5.1. Способы стабилизации и оценка управляющих воздействий на электропривод.

5.2. Система стабилизации синхронно-противофазного режима ВЩД на базе тиристорного регулятора напряжения.

5.3. Система стабилизации синхронно-противофазного режима ВЩД на основе полупроводникового преобразователя частоты.

5.4. Построение структурной схемы автоматизированного электропривода и синтез параметров регулятора.

5.5. Практическая реализация системы управления приводом ВЩД. Экспериментальные исследования системы.

5.6. Выводы по главе.

Вибрационные щековые дробилки (ВЩД), конструкции ОАО «НПК «Ме-ханобр-Техника» являются перспективным видом оборудования для дробления рудных и нерудных, а таюке техногенных материалов. Основной вклад в создание и развитие этих машин в разные годы внесли Блехман И. И., Вайсберг JI. А., Лавров Б. П., Нагаев Р. Ф., Туркин В. Я. Фрадков A. JI. и другие ученые.

К достоинствам дробилки следует отнести динамическую уравновешенность конструкции и способность пропускать недробимые тела через рабочую камеру. Для получения номинальных показателей ВЩД необходимо, чтобы разрушение и транспортирование материала в рабочей камере происходило при синхронно-противофазном движении щек. Такой режим обеспечивается двух-двигательным приводом вибровозбудителей колебаний симметричных подсистем дробилки при наличии вибрационной связи между ними.

Влияние на процессы в системе технологической нагрузки, а также случайного разброса конструктивных и электромеханических параметров подсистем дробилки вызывает отклонение от номинальных синхронно-противофазных колебаний. В ряде случаев это приводит к нарушению условий эффективного разрушения и ухудшению технологических показателей ВЩД. Действие возмущающих факторов на технологический процесс возрастает при использовании ВЩД для измельчения неоднородных материалов различной крупности и твердости, например, при дроблении твердых сплавов, отходов металлургического производства, строительных отходов.

В связи с этим возникает задача обеспечения номинального режима дробления в сложных условиях функционирования ВЩД. Решение задачи требует проведение дополнительных исследований, направленных на выявление основных дестабилизирующих факторов, оценку их влияния на режим работы дробилки и разработку мер по компенсации возмущений с целью стабилизации синхронно-противофазного режима колебаний, при котором технологические показатели ВЩД соответствуют номинальным значениям. В работе эта задача решается средствами автоматизированного электропривода.

Работа базируется на исследованиях: д.ф-м.н. И.И. Блехмана, д.т.н. Лаврова Б. П., д.т.н. Р.Ф. Нагаева, к.т.н. В.Я. Туркина и других ученых и конструкторов, в области виброоборудования и электропривода на которые имеются ссылки в библиографии диссертации.

Идея работы

Для повышения технологических показателей дробилки следует использовать систему автоматической стабилизации синхронно-противофазных колебаний щек на основе автоматизированного электропривода вибровозбудителей с обратной связью по контролируемому углу сдвига фаз колебаний щек.

Цель работы - Снижение энергоемкости и повышение производительности дробления за счет восстановления номинального режима вибрационной щековой дробилки путем компенсации возмущений, обусловленных неидентичностью параметров симметричных подсистем дробилки и влиянием на систему разрушаемого материала.

Основные задачи исследований:

1. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований, опыта эксплуатации вибрационных щековых дробилок с целью определения и оценки влияния основных дестабилизирующих факторов на режим и технологические характеристики ВЩД.

2. Построение математической и компьютерной моделей электропривода вибрационной щековой дробилки с целью изучения статических и динамических режимов и формирования требований к системе автоматического регулирования.

3. Разработка стратегии управления режимом вибрационной щековой дробилки, обоснование и реализация алгоритма управления на основе автоматизированного электропривода.

4. Экспериментальная проверка работоспособности и эффективности предложенного алгоритма и всей системы в целом.

Защищаемые научные положения

1. Начальный фазовый сдвиг колебаний щек, обусловленный неидентичностью конструктивных и электромеханических параметров подсистем вибрационной щековой дробилки, возрастает при переходе в режим дробления, вызывая неравномерную загрузку двигателей, снижение производительности и рост энергоемкости, не оказывая при этом существенного влияния на степень дробления и гранулометрический состав конечного продукта.

2. Построение модели вибрационной щековой дробилки как объекта управления должно базироваться на взаимосвязанных системах уравнений движения элементов дробилки и уравнений двухдвигательного асинхронного электропривода, что позволяет учесть влияние неидентичности параметров электромеханических подсистем дробилки и технологической нагрузки на режимные параметры двигателей и характер движения щек.

3. Для обеспечения максимальной производительности вибрационной щековой дробилки при минимизации энергозатрат следует применять автоматическую систему управления двухдвигательным электроприводом с отрицательной обратной связью по наблюдаемому углу сдвига фаз колебаний щек, основанную на выравнивании парциальных скоростей асинхронных двигателей путем изменения параметров их индивидуальных механических характеристик.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации подтверждена удовлетворительным совпадением результатов аналитических расчетов и компьютерного моделирования с результатами экспериментальных исследований ВЩД в режиме пуска, безударном режиме и режиме дробления. Подтверждением эффективности предложенного способа стабилизации и работоспособности алгоритмов управления являются результаты единичных испытаний образца ВЩД с разработанной системой управления, показавшие увеличение производительности по сравнению с базовым вариантом на 87%. I s

Научная новизна диссертационной работы:

1. На основе компьютерного моделирования и экспериментальных исследований электромеханической системы двухдвигательного привода вибрационной щековой дробилки выявлены закономерности многомерного движения элементов дробилки, предопределяющие взаимосвязь между рассогласованием синхронно-противофазных колебаний щек, режимными параметрами электропривода и технологическими показателями дробления.

2. Установлена связь между параметрами рассогласованного режима вибрационной щековой дробилки и требуемым изменением параметров механических характеристик двигателей, что позволило осуществить синтез системы автоматического управления приводом по критерию максимальной производительности дробилки.

Практическая ценность работы: ! 1. Разработана модель дробилки с автоматизированным электроприводом, которая позволяет производить оценку влияния несимметрии ее подсистем и технологической нагрузки на режимные параметры ВЩД, что дает возможность рассматривать представленную модель как эффективное средство проектирования электропривода виброоборудования.

2. Разработанная система измерения режимных параметров ВЩД и привода совестно с комплексом программного обеспечения позволяет повысить эффективность испытаний опытных и серийных образцов виброоборудования за счет увеличения числа контролируемых координат системы.

3. Разработаны алгоритмы управления ВЩД по критерию максимальной производительности, работоспособность которых доказана данными компьютерного моделирования и результатами испытаний прототипа системы автоматического управления.

Реализация результатов работы:

Модель вибрационной щековой дробилки с управляемым приводом, система сбора и обработки данных, а также предложенная система автоматической стабилизации синхронно-противофазных колебаний щек приняты к использованию в ОАО «НПК «Механобр-техника».

Результаты работы могут быть использованы при разработке новых видов виброоборудования и модернизации уже имеющегося в горно-перерабатывающей, строительной и металлургической промышленности, такого как вибрационные научно-исследовательские стенды, вибрационные грохота и сита, вибрационные конвейеры, подъемники и питатели.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлены на всероссийской межвузовской научной конференции студентов и аспирантов «Неделя науки» СПбГПУ Санкт-Петербург 2007 г., 2009 г.; Freiberger Forschungsforum «Innovatuons in Geoscience, Geoengineering and Metallurgy» (Germany, Freiberg, 2008); международной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение», СПГГИ Санкт-Петрбург 2006-2009 г.; 7-ой международной научно практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments», Москва 2008; научном симпозиуме "Неделя горняка 2010", МГГУ, Москва 2010 г.

В 2009 г. в рамках конкурса на лучшие инновационные проекты в сфере науки и высшего образования Санкт-Петербурга результаты работы «Энергосберегающий электропривод вибрационной щековой дробилки» отмечены дипломом за «Лучшую научно-инновационную идею».

Автор выражает признательность специалистам ОАО «НПК «Механобр-техника» за помощь в проведении исследований и испытаний.

5.6. Выводы по главе

1. Предложены способы стабилизации номинального режима ВЩД на основе управления параметрами индивидуальных механических характеристик асинхронных двигателей из условия выравнивания их парциальных скоростей. При выполнении этого условия в системе устанавливается синхронно-противофазный тип колебаний, существование которого необходимо для реализации номинальных технологических показателей дробления.

2. Автоматическая стабилизация основного типа колебаний должна базироваться на системе управляемого электропривода с полупроводниковыми преобразователями, реализующими: - скалярное частотное управление, при котором осуществляется параллельный перенос механической характеристики управляемого двигателя; - регулирование напряжения питания двигателя, при котором достигается изменения коэффициента жесткости механической характеристики.

3. Произведена оценка управляющих воздействий для изменения скорости холостого хода в одном случае и для изменения угловых коэффициентов механических характеристик — в другом. В расчете использованы параметры дробилки ВЩД 130x300 и параметры двигателя 4А132М4. Установлено, что для восстановления номинального режима при угле рассогласования, близким к предельному значению 1//я^900, требуется изменение частоты питания регулируемого двигателя на 0,3-0,5 Гц при использовании скалярного закона управления или изменением напряжения на 10% при использовании в качестве исполнительного органа тиристорного регулятора напряжения.

4. Разработана компьютерная модель управляемого привода ВЩД на базе тиристорного регулятора напряжения, включенного в цепь питания одного из двигателей. Базовая модель привода ВЩД дополнена тиристорным блоком, блоком импульсно-фазового управления тиристорами, детектором фазы и регулятором фазы. Регулирование напряжения осуществляется путем управления СИФУ сигналом обратной связи, сформированным датчиком угла сдвига фаз и

ПИ регулятором. На основании осциллограмм пуска, XX и рабочего режима установлено, что разработанная система стабилизации обеспечивает требуемую компенсацию угла рассогласования, обусловленного как разбросом электромеханических параметров, так и влиянием технологической нагрузки на режим работы привода и приводного механизма. Время регулирования составило 2 С, при перерегулировании угла сдвига фаз на 25% относительно компенсируемого значения.

5. Работа управляемого привода на базе ПЧ, осуществляющего скалярное частотное управление одного из двигателей, исследовалась с помощью компьютерной модели, которая кроме блоков базовой модели включала ШИМ-инвертор, блок формирования сигналов управления IGBT — ключами, блок формирования модулирующих сигналов, детектор и регулятор фазы. Стабилизация номинального режима достигнута за счет изменения частоты питания регулируемого двигателя путем коррекции номинального значения частоты в соответствии сигналом отрицательной обратной связи по углу сдвига фаз колебаний щек и изменения напряжения в соответствии с алгоритмом скалярного управления. Анализ осциллограмм показал, что время регулирования и уровень перерегулирования угла рассогласования уменьшилась в два раза по сравнению с аналогичными величинами системы с тиристорным регулятором. Для системы с векторным управлением характерно снижение указанных величин примерно в три раза.

6. Система стабилизации номинального режима ВЩД на базе алгоритма скалярного частотного управления с контуром обратной связи по углу рассогласования колебаний щек реализована в экспериментальном образце управляемого привода дробилки с наклонной камерой дробления, в которой использовался преобразователь частоты ВЕСПЕР. Прототип блока управления реализован с помощью средств National-Instruments-LabView . В ходе испытаний фиксировалось время дробления, масса конечного продукта, потребляемая мощность, угол сдвига фаз колебаний щек. Для базового варианта дробилки дробление материала происходило при угле рассогласования \\/ps =55° . Среднее по модулю значение угла в сравниваемом варианте составило y/ps ^Б0 , что существенно меньше предельно допустимого значения i//p„iax=150 , установленного для исследуемого типа оборудования. Установлено, что снижение угла рассогласования позволило повысить производительность дробилки в 1,87 раза. Это свидетельствует об эффективности предложенного способа и устройства стабилизации синхронно-противофазного типа колебаний щек дробилки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой на основе выявленных закономерностей электромеханических процессов в вибрационной щековой дробилке, решена актуальная задача повышения ее эффективности путем стабилизации номинального синхронно-противофазного режима колебаний щек средствами автоматизированного электропривода.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Ухудшение технологических показателей дробилки связано с нарушением условий эффективного дробления и транспортирования материала в рабочей камере из-за искажений синхронно-противофазного типа колебаний щек вследствие действия таких факторов как: разброс электрических, механических и конструктивных параметров симметричных подсистем дробилки, неоднородность и нестабильность свойств разрушаемого материала, особенности взаимного влияния привода и приводного механизма, обусловленные явлением самосинхронизации. Для восстановления номинального режима дробления необходима разработка мер по компенсации действия возмущающих факторов.

2. Эффективным средством выявления особенностей работы вибрационной щековой дробилки и разработки способов стабилизации основного типа колебаний являются разработанная модель электромеханической системы с управляемым электроприводом. На основе компьютерной модели выявлены особенности прохождения системой симметричного и кососимметричного ре-зонансов, обусловленные эффектом Зоммерфельда и высокой добротностью системы. Модель адекватно воспроизводит влияние неидентичности электромеханических параметров дробилки и технологической нагрузки на параметры движения элементов дробилки и режимные параметры привода.

3. Для экспериментального исследования электромеханических процессов в режимах пуска, холостого хода и дробления разработан испытательный стенд с современными средствами измерения National Instruments-LabView. Экспериментально установлено, что переход дробилки из режима холостого хода в режим дробления сопровождается ростом угла рассогласования номинального типа колебаний. С ростом угла сдвига фаз наблюдается ухудшение технологических показателей на десятки процентов или в несколько раз в зависимости от значения угла начального рассогласования, обусловленного неидентичностью параметров симметричных подсистем дробилки.

4. Предложены способы стабилизации номинального режима колебаний на основе управления параметрами индивидуальных механических характеристик двигателей с помощью полупроводниковых преобразователей.

На базе основных положений теории самосинхронизации и результатов компьютерного моделирования произведена оценка диапазона управляющих воздействий на привод с целью восстановления основного типа колебаний. С помощью компьютерных моделей управляемого привода показано, что для получения номинального режима достаточно использовать простые алгоритмы управления.

5. Проверка работоспособности разработанных способов и средств повышения эффективности вибрационной щековой дробилки выполнена на экспериментальном стенде в ходе испытаний дробилки с наклонной камерой дробления. Установлено, что использование разработанной системы управления приводом на основе частотного скалярного управления позволило снизить угол рассогласования с 55° до 8° и тем самым повысить производительность дробилки на 87%. Это свидетельствует о правомерности разработанных рекомендаций.

6. Дальнейшее развитие работы связанно с усовершенствованием датчика угла рассогласования, разработки микропроцессорного блока управления, исследование привода на базе синхронной машины с постоянными магнитами.

7. Полученные результаты могут быть использованы для теоретических и экспериментальных исследований виброоборудования другого типа и при необходимости - для разработки мер по его модернизации.

1. Адлер Ю.П., Макарова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента в поисках оптимальных условий. - М.: Наука, 1975.

2. Андреев С.Е. Законы дробления // Горный журнал. 1957. - №7.

3. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1966

4. Арсентьев В.А., Вайсберг JI.A., Зарогатский Л.П., Шулояков А.Д. Производство кубовидного щебня и строительного песка с использованием вибрационных дробилок. СПб.: ВСЕГЕИ, 2004.

5. Архипов М.Н., Нагаев Р.Ф. Динамика вибрационной щековой дробилки с двумя рабочими полостями// Вибрационные машины и технологии. Сб. научных трудов 1993. - с. 21-56.

6. Архипов М.Н., Нагаев Р.Ф. Туркин В.Я. Динамика безударного режима вибрационной щековой дробилки //Записки горного института. — 1995. -№5. с. 87-92.

7. Бабаев P.M., Казаков С.В., Тягушев М.Ю. Современные направления в исследованиях дробилок вибрационного типа// Обогащение руд. 2005.-№2 с. 37-42.

8. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и сосотояния./ Пер. с англ. Под ред. Н. С. Райбмана. М.: Мир, 1975.

9. Белов М. П., Козярук А. Е. Инжиниринг электроприводов и систем автоматизации: учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Изд. Центр "Академия", 2006.

10. Блехман И. И. Вибрационная механика- М.: Наука, 1994.

11. Блехман И. И. Динамика привода вибрационных машин со многими синхронными механическими вибраторами// Механика и Машиностроение. -1960. -№1.

12. Блехман И. И. Проблема синхронизации колебательных и вращательных движений// Труды по теории и применения явления синхронизации в машинах и устройствах Вильнюс: Изд-во «МИНТИС»- 1966

13. Блехман И. И. Синхронизация в природе и технике -М.: Наука, 1981.

14. Блехман И. И. Синхронизация динамических систем- М.: Наука, 1971.

15. Блехман И. И. Фрадков A. JI. Управление мехатронными вибрационными установками СПб.: Наука, 2001.

16. Блехман И. И., Вайсберг J1. А. Использование самосинхронизирующихся вибровозбудителей в горных вибрационных машинах// Горный журнал. -2000. № 12. с. 81-82.

17. Блехман И.И., Лавров Б.П. Способ устранения резонансных колебаний вибрационных машин при их остановке // Обогащение руд. — 1959. № 3. — с. 21-26.

18. Вайнберг Д.В., Писаренко Г.С. Механические колебания и их роль в технике. М.: гос. изд. физ.-мат. лит., 1958.

19. Вайсберг Л.А., Зарогатский Л.П., Туркин В.Я. Вибрационные дробилки. Основы расчета, проектирования и технологического применения. С.-Пб.: ВСЕГЕИ, 2004.

20. Вайсберг Л. А., Зарогатский Л. П. Новое оборудование для дробления и измельчения материалов // Горный журнал. 2000. - № 3. с. 45-52.

21. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти томах/ Ред. Совет под ред. В. Н. Челомей. М.: Машиностроение, 1978-1980.

22. Виницкий Ю. Д., Гельфанд Я. Ф. Тиристорные пусковые устройства в электро-энергетике. — М.: Энергоатомиздат, 1992.

23. Водовозов В. М. Теория и системы электропривода: учеб. пособие. СПб., изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004.

24. Генэ В.М., Шипилов А.С., кунцевич А.И. Влияние параметров дробилки на собственную удельную энергоемкость дробления горных пород // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1975. №3. с. 146 - 150

25. Гончаревич И. И. Дригант Б. Г. Исследование на ЭВМ и вибрационных стендах закономерностей работы двух щековых вибрационных дробилок// Вибротехника. -1979. №2. с. 36-40.

26. Гончаревич И. Ф., Сергеев П.А. Вибрационные машины в строительстве. — М.: Машгиз, 1963.

27. ГОСТ 183-74. Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования. -М.: Госстандарт, 1991.

28. ГОСТ Р 50369-92 Электропривод. Термины и определения. — М.: Госстандарт, 1992.

29. Гузев В.В., Лавров Б.П. О некоторых способах стабилизации синхронного режима многовибраторных // Обогащение руд. 1973. - № 5. — С. 32-37.

30. Гультяев А. К. Имитационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие. СПб.: КОРОНАпринт, 1999.

31. Достал И. Операционные усилители. М.: МИР, 1982

32. Джаббаров А. Д. Разработка, построение и исследование системы управления электроприводами вибрационных машин с двухдвигательными центробежными вибровозбудителями: автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук: 05.09.03: СПб 2006.

33. Дженкинс Г., Вате Д. Спектральный анализ и его приложения. М.: МИР, 1972.

34. Жгулев А.С. Электромагнитный уравновешенный вибратор. Ав. свидетельство № 1549922, Кл. 21d 22, Б.И. № 11, 1963.

35. Зегидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. —М.: Наука, 1976.

36. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода/ -М.: Эиег-роатомиздат, 1992.

37. Кирьянов Д. В. MathCAD 2001. СПб.: БВХ - Петербург, 2002.

38. Клюев В. В. Приборы и системы для измерения вибрации шума и удара.-М.: Машиностроение, 1978.

39. Козярук А. Е. Рудаков В. В. Системы прямого управления моментом в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока. СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2005.

40. Козярук А. Е. Рудаков В. В. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2005.

41. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа, 1987.

42. Кравчик А. Э. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник.- М.: Энер-гоиздат, 1996 г.

43. Кузбаков Ж.И. Обоснование параметров, разработка и внедрение дробящих плит щековых дробилок для дробления сырья ферросплавного производства: Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук: 05.04.04 -Днепропетровск. 1988.

44. Лавров Б. П. Кириченко А. И. Теоретический расчет производительности ударно-вибрационной щековой дробилки// Обогащение руд. — 1974. №2 с. 32-34.

45. Лавров Б. П. Вибрационные машины с самосинхронизирующимися вибраторами (конструктивные схемы и специфические особенности расчета). — В кн.: Труды по теории и приложению явления синхронизации в машинах и устройствах. — Вильнюс: Минтис, 1966.

46. Лавров Б. П. Туркин В. Я Исследования динамики ударно-вибрационной дробилки на электронно-моделирующей установке// Обогащение руд. -1970. №6. с. 90-93.

47. Лазарев Ю. Ф. MatLab 5.x. Киев: Ирина, BVH, 2000.

48. Логинов В. Н. Электрические измерения механических величин. М.: ЭНЕРГИЯ, 1970.

49. Лукас В. А. Теория управления техническими системами. Учеб. пособие для вузов. — 4-е издание. Екатеренбург: Изд- во УГГУ, 2005.

50. Лукичев Д. В. Моделирование статических характеристик асинхронного двигателя в пакете MATLAB// Exponenta pro 2004 - №3-4. с. 86-92.

51. Львович А.Ю. Электромеханические системы — Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1989.

52. Медведев Р. Е. АСУ ТП в металлургии. -М.: Металлургия, 1987.

53. Мошиц Г., Хорн П., Проектирование активных фильтров.- М.: Мир, 1982.

54. Нагаев Р. Ф., Утимишев М.М. Оптимальное профилирование рабочих поверхностей гцековых дробилок // Проблемы машиностроения и надежности машин. —2004. №1. — С. 85-89.

55. Поисковые исследования по созданию дробилки с наклонной камерой дробления с целью использования циклично-поточных технологий в подземных условиях и на открытых работах, Отчет о научно-исследовательской работе работе, институт "Механобр", 1986.

56. Пронин М.В., Воронцов А.Г. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет) / Под ред. Крутя-кова Е.А. СПб: «Электросила», 2003

57. Пронин М.В., Воронцов А.Г. Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями (модели-рование, расчет, применение) / Под ред. Крутякова Е.А. -СПб: «Электросила», 2004

58. Ревнивцев В.И., Денисов Г.А., Зарогатский Л.П., Туркин В.Я. Вибрационная дезинтеграция твердых материалов. М.; Недра. 1992.

59. Розанов Ю. К. Основы силовой электроники. — М.: Энергоатомиздат, 1992.

60. Рундквист А. К., Блехмаи И. И., Рудин А. Д. К теории критической щели инерционных дробильно-измельчительных машин. Бюллетень «Обогащение руд». — Л.: Издание института Механобр, 1961.

61. Рундквист К.А. Ударные щековые дробилки//Обогащение руд 1961, №1 с. 29-31.

62. Саблин Р. А. Обоснование рациональных параметров вибрационной щековой дробилки с наклонной камерой дробления: Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук: 05.05.06 — СПб. 2003

63. Слаев В. А., Чугоновкина А. Г. Аттестация программного обеспечения, используемого в метрологии: Справочная книга. — СПб.: «Профессионал», 2009.

64. Соколовский Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным управлением. -М.: Академия, 2006.

65. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под. Ред. В. А. Елисеева, А. В. Шинянского. — М.: Энергоатомиздат, 1983.

66. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы/ Под ред. О. С. Богданова, В. А. Олевского, Н. Т. Бащенко. М.: Недра, 1982.

67. Справочник по автоматизированному электроприводу и систем управления технологическими процессами / Под ред. В. И. Круповича, Ю. Г. Барыкина, М. J1. Салювера. -М.: Энергоатомиздат, 1982.

68. Тангаев И. А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых -М.: «БЕДРА», 1986.

69. Теоретические и экспериментальные исследования вибрационных дробилок с целью совершенствования их конструкции и расширения типораз-мерного ряда: отчет о НИР / Руководители: Туркин В.Я., Шишканов Ю.П., Барзуков О.П. Ленинград, 1990. - 72 с.

70. Тревис Дж. LabView для всех. М.: ДМК, 2005.

71. Туркин В. Я. Сравнительные испытания ударно-вибрационной и щековой дробилки// Обогощение руд. — 1971. -№>3 с.93-97

72. Тягушев С. Ю., Шонин О. Б. Обеспечение оптимального режима дробления вибрационной щековой дробилки средствами автоматизированного электропривода. // XXXIX Неделя науки СПбГПУ: мат. Всеросс. межвуз. науч. техн. конф. студентов и аспирантов. 2009. - 4.V.

73. Тягушев М. Ю. Обоснование устойчивого режима работы вибрационной щековой дробилки выбором ее рациональных конструктивных параметров: Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук: 05.05.06 — СПб.: 2005.

74. Тягушев М.Ю. Перспективы совершенствования вибрационных щековых дробилок// СПГГИ (ТУ) Записки Горного института. 2004. - т. 159, ч. 1 с.126-129.

75. Тягушев С. Ю., Шонин О. Б. Влияние рассогласования подсистем вибрационной щековой дробилки на режим работы электропривода// Обогащение руд 2009. - №5. 36-39.

76. Тягушев С. Ю., Шонин О. Б. Влияние систем управления электроприводом на самосинхронизацию дебалансных вибраторов// СПГГИ (ТУ) Записки Горного Института -2007. Т. 173 с. 115-118.

77. Тягушев С. Ю., Шонин О. Б. Компьютерное моделирование динамических процессов вибрационной щековой дробилки // XXXVI Неделя науки СПбГПУ: мат. Всеросс. межвуз. науч. техн. конф. студентов и аспирантов. 2007. - 4.V.

78. Усыгин Ю. С. Теория автоматичесого управления: учеб. пособие для вузов.- Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010.

79. Фролов К. В. Колебания машин с ограниченной мощностью источника энергии и переменными параметрами — В кн.: Нелинейные колебания и переходные процессы в машинах. М.: Наука, 1972.

80. Шестаков В. М., Епишкин А. Е. Динамика автоматизированных электромеханических систем вибрационных установок СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2005.

81. Шишкин Е. В. Теоретическое и экспериментальное обоснование рациональных параметров дробилок виброударного действия: Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук: 05.05.06 СПб. 2003.