Инерционный конвейер влажного сахара со звеном предварительного разгона линейного асинхронного электропривода
На правах рукописи
Акчурин Салават Вагимович
ИНЕРЦИОННЫЙ КОНВЕЙЕР ВЛАЖНОГО САХАРА
СО ЗВЕНОМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО РАЗГОНА
ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Специальность 05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование
в сельском хозяйстве
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург - Пушкин - 2013 2
Работа выполнена на кафедре «Электрические машины и электрообору дование» ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет».
кандидат технических наук, доцент
Научный руководитель Линенко Андрей Владимирович
Официальные оппоненты:
Епифанов Алексей Павлович доктор технических наук, профессор, за ведующий кафедрой «Электрические машины и электропривод» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»;
Шагаргазин Артур Саримович кандидат технических наук, техниче ский директор ООО «Эком».
ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная
Ведущая организация:
агроинженерная академия»
Защита состоится « 27 » декабря 2013 года, в 13 часов 30 минут на засе дании диссертационного совета Д220.060.06 при ФГБОУ ВПО «Санкт Петербургский государственный аграрный университет» по адресу: 196601, Санкт-Петербург-Пушкин, Петербургское шоссе, 2, ауд. 2.719.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт Петербургский государственный аграрный университет».
Автореферат разослан «_» ноября 2013 года.
Автореферат размещен на сайтах: http:vak2.ed.gov.ru, http:spbgau.ru.
Ученый секретарь диссертационного совета Смирнов Василий д.т.н., профессор Тимофеевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. На сегодняшний день общая производственная мощность сахарных заводов РФ составляет более 50 тыс. т/сут., в каждом из них имеется участок, в котором транспортирование влажного сахара произво дится вибрационным конвейером. Это обусловлено критериями, включающи ми в себя совокупность технологических факторов производства и свойств ма териала.
Однако эксплуатация вибрационных конвейеров сопряжена с трудностя ми, вызванными режимом работы с подбрасыванием груза и наличием в элек троприводе сложного и имеющего весьма низкую надежность механического преобразователя вращательного движения в возвратно-поступательное.
Ранее были попытки повышения эффективности транспортирования влажного сахара путем применения инерционного конвейера системы Маркуса с линейным асинхронным электроприводом (ЛЭП), в которой исключены пре образователи вида движения из вращательного в возвратно-поступательное. Но данное техническое решение имеет недостатки, так как предусматривает рабо ту в режиме частого пуска и отключения линейного асинхронного двигателя (ЛАД). Каждый пуск сопровождается переходными процессами: длительными пусковыми токами, рывками и большими динамическими нагрузками, что негативно влияет на эффективность работы инерционного конвейера.
Решением данных недостатков является применение в ЛЭП возвратно поступательного движения звена предварительного разгона.
Тематика работы отвечает «Стратегии развития пищевой и перерабаты вающей промышленности РФ до 2020 года» и соответствует разделу Феде ральной программы по научному обеспечению АПК РФ: шифр 01.02 «Разрабо тать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 года».
Цель работы: повышение эффективности работы инерционного конвей ера для транспортирования влажного сахара путем применения ЛЭП со звеном предварительного разгона.
Для достижения сформулированной цели в диссертационной работе по ставлены и решены следующие задачи:
1. Разработать конструкцию ЛЭП со звеном предварительного разгона и согласовать ее установку в инерционный конвейер влажного сахара.
2. Разработать математическую модель инерционного конвейера на базе ЛЭП со звеном предварительного разгона, позволяющую определить парамет ры колебаний транспортирующего лотка от режимов работы ЛЭП.
3. Разработать методику исследования инерционного конвейера на базе ЛЭП со звеном предварительного разгона, создать экспериментальный стенд и провести его исследование, проверить адекватность разработанной математи ческой модели.
4. Исследовать влияние режимов работы и конструктивных параметров разработанного привода инерционного конвейера на его характеристики и эф фективность работы. Разработать рекомендации по проектированию инерци онного конвейера на базе ЛЭП со звеном предварительного разгона.
Объект исследования: электромеханические процессы в инерционном конвейере на базе ЛЭП со звеном предварительного разгона.
Предмет исследования: закономерности изменения параметров колеба ний основных узлов инерционного конвейера и параметров электромеханиче ских процессов ЛЭП в зависимости от конструктивных элементов и режимов работы.
Методы исследований: для исследования поставленных в диссертаци онной работе задач использованы фундаментальные законы и уравнения меха ники и электромеханики, основные положения теории электропривода, метод объектно-визуального моделирования в среде Matlab, методы математической статистики.
Основные положения, выносимые на защиту:
- оригинальная конструкция ЛЭП со звеном предварительного разгона для инерционного конвейера влажного сахара.
- математическая модель инерционного конвейера со звеном предвари тельного разгона ЛЭП;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований, отра жающие изменения параметров электромеханических переходных процессов и колебаний основных узлов инерционного конвейера в зависимости от кон структивных элементов и режимов работы ЛЭП со звеном предварительного разгона.
Оригинальность конструкции электропривода инерционного конвейера на базе ЛЭП со звеном предварительного разгона защищена патентом РФ на изобретение №2422348.
Практическая ценность работы и реализация ее результатов:
В ходе диссертационного исследования создан инерционный конвейер со звеном предварительного разгона ЛЭП. Полученные результаты позволяют дать рекомендации по проектированию, которые могут быть использованы при инженерных расчетах для различных технологических линий в АПК. Экспери ментальный стенд - инерционный конвейер с многоканальной выдачей резуль татов и их математической обработкой на ЭВМ в современных программных продуктах можно использовать для его многостороннего физического исследо вания.
Результаты исследования приняты к внедрению в ООО «Раевсахар»
Альшеевского района Республики Башкортостан и используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы до ложены и одобрены на 7 научно-практических конференциях, в том числе, на Международной научно-практической конференции молодых ученых (Санкт Петербург – Пушкин, 2013, Санкт-Петербургский ГАУ);
49, 50, 52 Междуна родных научно-практических конференциях «Достижения науки агропромышленному производству» (Челябинск, 2010, 2011, 2013 г., Челябин ская ГАА), Всероссийской научно-практической конференции «Научное обес печение развития АПК в современных условиях» Ижевск, 2011 г., Ижевская ГСХА) и научно-технических конференциях Башкирского ГАУ.
Инерционный конвейер влажного сахара со звеном предварительного разгона ЛЭП был удостоен серебряной медали на конкурсе «Золотая осень 2013» по номинации «Лучший инновационный проект».
Публикации. По результатам исследований получено два патента РФ, опубликовано 10 статей, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пя ти глав, выводов по работе, списка использованной литературы, включающего в себя 113 наименований, и 6 приложений. Основное содержание работы
из ложено на 124 страницах текста, содержит 62 рисунка, 10 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, опреде лена цель, поставлены задачи, кратко изложены основные положения, выноси мые на защиту, представлена общая характеристика работы.
В первой главе «Современное состояние вопроса и пути повышения эф фективности работы инерционного конвейера влажного сахара» приведен об зор существующих конвейеров влажного сахара, проведён анализ процесса инерционного транспортирования влажного сахара в технологической линии производства сахара.
Обзор существующих конвейеров влажного сахара показал, что на са харных заводах России, Украины и Республики Беларусь, массово применяе мым типом конвейеров, является вибрационный конвейер (трясун) Ш53-ПТА- подобный по конструкции конвейерам, применяемым за рубежом.
Установлено, что причиной большинства простоев на заводах является несоответствие характеристик вибрационного конвейера свойствам груза.
Недостатки конвейера в основном обусловлены видом движения и высо кой частотой колебаний рабочего органа, что приводит к сегрегации и налипа нию груза на поверхность транспортирующего лотка. Кроме того, наличие в приводе механического преобразователя вращательного движения вала элек тродвигателя в возвратно-поступательное движение транспортирующего лот ка, существенно снижает надежность и эксплуатационные свойства конвейера.
Применение ЛАД в приводе возвратно-поступательного движения дает возможность заметного улучшения свойств технологического оборудования, т.к. ЛАД обеспечивает непосредственное преобразование электрической энер гии в энергию поступательного движения.
Применение ЛАД в приводе производственно-технологического обору дования описано в работах: Аипова Р.С. Вольдека А.И., Веселовского О.Н., Епифанова А.П., Насар С.А. Сарапулова Ф.Н., Сапсалева А.Н., Свечарника Д.В., Соколова В.Е., Скобелева А.Н., Ямамура С. и др.
Были предложения повышения эффективности транспортирования влаж ного сахара путем применения инерционного конвейера на базе ЛАД совмест но с упругими накопителями механической энергии.
Для получения возвратно-поступательного движения без дополнитель ных механических узлов необходимо применять реверс ЛАД, что предполагает работу машины в режиме пуска и торможения. Каждый пуск сопровождается скачками токов, которые перегружают обмотки машины и цепь коммутирую щего аппарата и приводят к дополнительным потерям энергии.
Пуск так же сопровождается броском электромагнитного усилия, что приводит к дополнительным динамическим нагрузкам и, в случаи инерционно го транспортирования, к проскальзыванию груза в обратном направлении, что снижает эффективность транспортирования и повышает эксплуатационные за траты.
Для снижения длительности пусковых токов, как наиболее простой и эффективный способ, применимый в приводе возвратно-поступательного дви жения с ЛАД является предварительный разгон его индуктора или вторичного элемента.
Сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе «Выбор конструкции и составление математической модели инерционного конвейера со звеном предварительного разгона ЛЭП»
рассмотрены варианты реализации звена предварительного разгона ЛЭП (рис.
1) в инерционном конвейере и проведено их теоретическое исследование.
а б Рисунок 1 Кинематические схемы ЛЭП с предварительным разгоном индуктора – а, с предварительным разгоном вторичного эле мента – б: 1 – индуктор ЛАД;
2 – вторичный элемент ЛАД;
3 – транспортирующий лоток, 4 – основание На рис. 2 показана расчетная схема инерционного конвейера с предвари тельным разгоном вторичного элемента ЛЭП с указанием действующих сил на транспортируемый груз 1, транспортирующий лоток 3 и вторичного элемента ЛАД 8.
Инерционный конвейер работает следующим образом: при подключении индуктора 10 блоком управления 14 к сети, вдоль индуктора 10 создается бе гущее магнитное поле, например в сторону упругого элемента 4. Бегущее маг нитное поле взаимодействует с током во вторичном элементе 8. Возникает электромагнитная сила между индуктором и вторичным элементом ЛАД. Так как вторичный элемент имеет возможность двигаться относительно транспор тирующего лотка 3, ускорение вторичного элемента будет больше, чем уско рение лотка, при этом упругий элемент 11 сжимается. По мере разгона лотка упругий элемент 11 разжимается, тем самым обеспечивается дальнейший раз гон лотка.
y' 1 2 3 4 х' 0' xгрmгр Fmp.гр Fупр.л. Fpол xлmл Fупр.в.э.
Fmp.гр y FЛАД Fупр.в.э. Fтр.в.э. xв.э.mв.э.
х 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Рисунок 2 – Расчетная схема инерционного конвейера с предварительным разгоном вторич ного элемента ЛАД: 1- транспортируемый груз;
2, 7- упоры лотка, 3- транспортирующий лоток, 4, 6, 11- упругие элементы;
5- опорные ролики;
8- вторичный элемент;
9- направля ющие вторичного элемента;
10- индуктор;
12, 13- датчики положения лотка;
14- блок управ ления;
15- основание При достижении упором 2 датчика положения 13 блок управления от ключает индуктор от сети. Лоток, движущийся по инерции, взаимодействует с пружиной 4. Пружина 4 сжимается, затем, разжимаясь, разгоняет лоток со вто ричным элементом в обратном направлении. После взаимодействия с пружи ной 6 лоток, двигаясь вправо, достигает упором 2 датчика положения 12. Блок управления 14 подключает индуктор 10 повторно к сети, и процесс повторяет ся.
Перемещение транспортируемого груза 1 происходит за счет его силы инерции при резком торможении лотка пружиной 4.
По рис. 2 составлены уравнения сил действующих на вторичный элемент, лоток и транспортируемый груз, по которым построена математическая модель их движения с применением кусочно-постоянных функций Хевисайта (х) и сигнум sign(х). Для описания математической модели приняты следующие си стемы координат: XOY - неподвижная относительно основания, XOY - непо движная относительно лотка 3.
Причем перемещение, скорость, ускорение транспортируемого груза и лотка в этих системах связаны следующим образом:
x'в.э. xв.э. xл, x'гр xгр x л, где x' гр, x'в.э. - перемещение транспортируемого материала и вторичного эле мента, соответственно, по оси О'X', м;
x гр, xв.э., x л - перемещение транспорти руемого материала, вторичного элемента и лотка, соответственно, м.
Напряжение питания ЛАД:
U1 U ист ( x л ) ( x л xвкл ) ( xвыкл x л ), (1) где U ист - напряжение источника питания, В;
xвкл, xвыкл - координаты датчиков включения и выключения напряжения питания ЛАД, м.
Ускорения транспортирующего лотка, транспортируемого груза и вто ричного элемента, соответственно м/с2:
л ( Fупр.в.э. Fупр. л Fрол Fтр.гр Fтр.в.э. ), x (2) mл гр sign ( x'гр ) g f гр 1 sign x'гр x sign ( л ) g f гр л g f гр л g f гр л, (3) x x x x в.э. ( FЛАД Fупр.в.э. Fтр.в.э.), x (4) mв.э.
где m л, mв.э. - масса транспортирующего лотка и вторичного элемента, соот ветственно, кг;
f гр - коэффициент трения транспортируемого груза об поверх ность лотка;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
F упр.в.э. - сила упругого элемента звена предварительного разгона, Н:
Fупр.в.э. ( x'в.э. ) (k11 x'в.э. F0.11), (5) где k11 - коэффициент жесткости упругого элемента звена предварительного разгона 11, Н/м;
F0.11 - сила предварительного сжатия упругого элемента 11, Н;
Fупр. л - сумма сил упругих элементов 6 и 4 действующих на лоток с учетом ко ординат их расположения и сил их предварительного сжатия F0.6 и F0.4,Н:
Fупр. л Fупр.6 Fупр.4 ( x л xвкл ) (k 6 ( x л xвкл ) F0.6 ) (6) ( x л xвыкл ) (k 4 ( x л xвыкл ) F0.4 ), где k 6, k 4 - коэффициенты жесткости упругих элементов 6 и 4, Н/м;
Fрол - си ла сопротивления опорных роликов лотка, Н:
Fрол Fтр.к. sign ( xл ) ( xл ) ( Fупр.в.э. Fупр. л Fтр.гр ) 1 ( Fупр.в.э. Fупр. л Fтр.гр ) 1 xл Fтр.к. sign ( Fупр.в.э. Fупр. л Fтр.гр ) (7) Fупр.в.э. Fупр. л Fтр.гр Fтр.к. xл, где Fтр.к (mл mгр mв.э. ) g f рол – сила трения качения роликов, Н;
mгр масса транспортируемого груза, кг;
f рол - коэффициент трения качения роли ков. Fтр.гр - сила трения транспортируемого груза об поверхность лотка, Н:
Fтр.гр mгр гр.
x (8) Fтр.в.э. - сила трения в направляющих звена предварительного разгона, Н:
Fтр.в.э. ( Fтр Fогр ) sign ( x'в.э. ) ( x'в.э. ) ( Fв ) 1 ( Fв ) 1 x'в.э.
( Fтр Fогр ) sign ( Fв ) Fв ( Fтр Fогр ) x'в.э., где Fтр.ск - сила трения скольжения, Н;
Fогр - сила, учитывающая ограничение хода вторичного элемента в сторону отрицательного перемещения относитель но транспортирующего лотка, Н:
Fогр (sign ( x'в.э. )) (sign ( x'в.э. )), (9) Fв - сила взаимодействия вторичного элемента и лотка, Н:
mв.э.
Fв FЛАД Fупр.в.э. ( FЛАД Fупр. л Fтр.гр Fрол);
mв.э. mл FЛАД f (U1, xв.э ) - продольная сила, развиваемая ЛАД, подчиняющаяся уравнению электромеханического преобразования энергии Парка-Горева и за висящая от значений подаваемого напряжения U1, скорости вторичного эле мента, параметров схемы замещения, полюсного деления и синхронной скоро сти ЛАД.
В третьей главе «Методика исследования инерционного конвейера со звеном предварительного разгона ЛЭП» описывается методика исследований, направленных на установление взаимосвязей в электроприводе инерционного конвейера.
Для исследования математических моделей конструкций инерционного конвейера со звеном предварительного разгона ЛЭП определены параметры схемы замещения ЛАД: R1=0,5 Ом, X1=1 Ом, X2’=0,1 Ом, Xm=5 Ом, R2’=1 Ом, и полюсное деление =0,036 м.
При исследовании приняты за базовые величины: масса транспортируе мого груза 172 кг и масса транспортирующего лотка 550 кг, которые соответ ствуют заводскому конвейеру Ш53ПТА-3 с производительностью по сахару 450 т/сут.
Введено понятие коэффициента энергоемкости разгона е транспортируе мого груза, как один из критериев оценки эффективности работы инерционно го конвейера:
W е, Ek.гр.
где W1 – электрическая энергия, затрачиваемая для передачи кинетической энергии транспортируемому грузу, находящемуся на транспортирующем лот ке, Дж;
Ek.гр – кинетическая энергия транспортируемого груза, приобретённая за время разгона, Дж.
Математическая модель инерционного конвейера со звеном предвари тельного разгона ЛЭП реализована и исследована в приложении Simulink про граммы MATLAB.
Создана физическая модель инерционного конвейера со звеном предва рительного разгона ЛЭП, общий вид которой представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Эксперимен тальный образец инерци онного конвейера влаж ного сахара со звеном предварительного разго на ЛЭП: 1- транспорти рующий лоток;
2-ролики;
элемент 3-вторичный ЛАД;
4-упругий элемент;
5-основание;
6-индуктор ЛАД Установка оснащена современной контрольно-измерительной аппарату рой с многоканальной регистрацией результатов измерений и их математиче ской обработкой на ЭВМ, базирующихся на современных программных про дуктах. Для контроля тока используется активный линейный датчик тока марки CKLAICF фирмы «Honeywell», для измерения перемещения вторичного эле мента в стендах использовался датчик перемещения «Gefran». Сигналы с дат чиков регистрировались многоканальным осциллографом (аналогово цифровым преобразователем) PCS64i фирмы «Velleman», с последующей запи сью сигнала на жесткий диск компьютера. Далее сигнал обрабатывался в про грамме Microsoft Excel, в результате чего определились действительные значе ния тока, потребляемого индуктором ЛАД, перемещения, скорости и ускорения вторичного элемента в реальном масштабе времени.
Погрешность измерений определялась путем математической обработки полученных результатов с использованием метода доверительных оценок рас пределения Стьюдента (в программе Statistica).
В четвертой главе «Результаты исследований. Определение конструк тивно-технологических параметров ЛЭП инерционного конвейера» приведены теоретические исследования разработанного инерционного конвейера в среде объектно-визуального моделирования Matlab (Simulink) и экспериментальные исследования на опытном образце, доказана адекватность математической мо дели.
При исследовании процесса разгона подвижного элемента получены рас четные временные зависимости перемещений и скоростей (рис. 4, а и б), по ко торым можно определить длину участка разгона Хн, необходимую для полной передачи энергии накопленной звеном предварительного разгона при пуске.
Выявлено, что конструкция привода с предварительным разгоном индук тора ЛАД не обеспечивает необходимую плавность пуска, что объясняется жесткой связью транспортирующего лотка с вторичным элементом, из-за ко торой усилия переходного процесса передаются от вторичного элемента к транспортирующему лотку и приводят к проскальзыванию транспортируемого материала в обратном направлении.
Данный недостаток отсутствует в конструкции с предварительным раз гоном вторичного элемента VЛ = VГР (рис. 4, б), т.к. связь последнего с транс портирующим лотком посредством упругих элементов обеспечивает сглажи вание динамических усилий воздействующих на вторичный элемент.
X, м А ХВЭ а XН ХЛ = ХГР 0,7 t, с 0,2 0, 0,1 0, 0,4 0, V, м/ с V б VЛ = VВЭ VВЭ 1 VЛ = VГР i, А в t, с 0, 0 0, 0,1 0, 0,4 0, 0, Рисунок 4 - Процесс непрерывного разгона инерционного конвейера с предварительным разгоном вторичного элемента ЛЭП: ХВЭ (VВЭ), ХЛ (VЛ), ХГР (VГР) – перемещение (ско рость),соответственно, вторичного элемента, транспортирующего лотка, транспортируемого груза, V0 – синхронная скорость ЛАД;
i – ток ЛАД: 1, – без – и 2 – со звеном предваритель ного разгона Полученные осциллограммы (рис. 4, в) потребляемого тока индуктором ЛАД подтверждают снижение пусковых токов, как по амплитуде, так и по продолжительности.
Получены зависимости минимальной энергоемкости разгона транспор тируемого груза еmin от напряжения U1 питания ЛАД (рис. 5) и зависимости необходимой длины участка разгона ХН для получения еmin при различной мас се вторичного элемента и при его жестком соединении (Жест.) к лотку (рис. 6).
Рисунок 5 – Расчетная зависимость Рисунок 6 – Расчетная зависимость необходи минимальной энергоемкости еmin разгона мой длины участка разгона ХН для достиже транспортируемого груза от напряжения ния минимальной энергоемкости еmin разгона U1 питания ЛАД транспортируемого груза Оказалось, что ХН пропорциональна синхронной скорости ЛАД V0, име ет отрицательную зависимость от начальной скорости транспортирующего лотка Vл.0 (рис.7) и положительную - от отношения пускового усилия ЛАД FП к силе предварительно сжатия упругого элемента F0.11 (рис.8).
Рисунок 7 – Расчетная зависимость ХН от Рисунок 8 – Расчетная зависимость ХН от синхронной скорости ЛАД V0, и начальной отношения пускового усилия ЛАД FП скорости транспортирующего лотка Vл.0 к силе упругого элемента F0. В процессе работы конвейера получены временные зависимости ускоре ний, скоростей, перемещений груза, и сил, действующих на них (рис. 9).
Рисунок 9 – Расчет ные временные за висимости сил дей ствующих на транс портируемый груз Fгр, его ускорение агр, скорость Vгр и перемещение Xгр относительно лотка и перемещения Xгр относительно осно вания По полученным осциллограммам построены интегральные зависимости средней скорости транспортирования, среднего к.п.д. транспортирования, средней производительности, средней мощности, потребляемой ЛАД из сети, частоты колебаний, среднего cos от массы груза, коэффициента жесткости упругих элементов, координат включения и отключения ЛАД, координаты начала взаимодействия с упругими элементами, напряжения питания ЛАД.
Основным электрическим показателем для оценки адекватности разрабо танной математической модели выбран ток I, потребляемый индуктором ЛАД (рис. 10);
в качестве механического параметра выбрана зависимость амплиту ды перемещения звена предварительного разгона от напряжения питания (рис.11).
i, А X'в.э.,м расчетная экспериментальная 0, расчетная t, мс 0, экспериментальная 0, U1, В 200 250 300 Рисунок 10 – Временная зависимость Рисунок 11 – Зависимость амплитуды переме потребляемого тока индуктором ЛАД щения вторичного элемента относительно лотка X'В.Э. от напряжения питания U1 ЛАД Сопоставление теоретических и экспериментальных зависимостей пока зало, что их расхождение не превышает 15% - по электрическим процессам и 10 % - по механическим, что позволяет использовать разработанную матема тическую модель инерционного конвейера со звеном предварительного разго на ЛЭП в практических расчетах и считать ее адекватно отражающей физиче ские процессы.
Для оценки эффективности разработанного инерционного конвейера по строены зависимости средней скорости транспортирования сахара-песка и к.п.д. транспортирования материала от массы транспортируемого груза (рис.
12 а и б, соответственно).
а б Рисунок 12 - Зависимости а – средней скорости транспортирования VСР и б - КПД транспортирования от массы транспортируемого груза mгр.
Установлено, что средний cos ЛАД мало зависит от параметров инер ционного конвейера и в среднем равен 0,6…0,75. Средняя мощность, потреб ляемая ЛАД из сети мало зависит от массы транспортируемого груза (15 % при значениях массы груза 1…200 % относительно базовой массы), но находится в линейной зависимости от напряжения питания ЛАД.
Полученные зависимости позволяют сделать вывод, что при установке звена предварительного разгона на инерционный конвейер с ЛЭП появляется возможность повышения скорости транспортирования материала и к.п.д.
транспортирования.
По полученным зависимостям видно, что максимальная скорость транс портирования достигается при массе груза 80 кг, а максимальный к.п.д.– при 250 кг.
В пятой главе «Рекомендации по проектированию инерционного кон вейера со звеном предварительного разгона ЛЭП. Технико-экономическая оценка» сформулированы рекомендации по проектированию инерционных конвейеров со звеном предварительного разгона ЛЭП, показан разработанный производственный образец, представлена методика расчета технико экономических показателей разработанного ЛЭП.
По результатам проведенных исследований модернизирован инерцион ный конвейер Ш53-ПТА-3, производственные испытания которого проведены в ОАО «Раевсахар» Альшеевского района Республики Башкортостан.
Сформулированы рекомендации по установке ЛЭП со звеном предвари тельного разгона на инерционные конвейеры:
– использовать автоколебательный режим работы ЛАД с установкой в цепи управления бесконтактных герметичных датчиков положения, что позво ляет поддерживать фиксированное значение частоты колебаний транспорти рующего лотка;
– для соблюдения необходимого и минимального воздушного зазора между индуктором и вторичным элементом ЛАД необходимо устанавливать опорные ролики, ограничивающие ход вторичного элемента перпендикулярно к индуктору;
– в целях демпфирования неконтролируемых колебаний звена предвари тельного разгона установить его на направляющих из износостойкого материа ла (например фторопласта);
– установить амплитуду колебаний транспортирующего лотка, равную 650 мм, с частотой колебаний fкол.л = 0,75 Гц;
Расчетный КПД привода Ш53-ПТА-3 составляет 2 = 12%. КПД разрабо танного ЛЭП со звеном предварительного разгона составляет 1 = 20%, соот ветственно, можно утверждать, что КПД привода инерционного конвейера по вышается на 8 %.
Расчет эффективности работы предлагаемого электропривода с плоским ЛАД проводился согласно ГОСТ Р 52777–2007 и ГОСТ Р 53056–2008 для сель скохозяйственной техники. Среднегодовой экономический эффект от реализа ции проекта составил 242 000 рублей и срок окупаемости 3,1 года.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Предложен тип и конструкторское исполнение электропривода инер ционного конвейера со звеном предварительного разгона ЛЭП для транспорти рования влажного сахара защищенное патентом РФ №2422348.
2. Исследованы технологические характеристики инерционного конвейе ра, которые позволили согласовать установку плоского ЛАД в электроприводе транспортирующего лотка.
3. Разработана математическая модель, позволяющая исследовать работу ЛЭП и определять зависимости изменения параметров колебаний транспорти рующего лотка от конструктивных элементов и режима работы ЛЭП с учетом параметров транспортируемого груза.
4. Разработана методика исследования инерционного конвейера со звеном предварительного разгона ЛЭП, апробированная на созданной эксперименталь ной установке с приемлемой для практических целей погрешностью. Исследо вания показали, что средняя скорость транспортирования груза и к.п.д транс портирования имеют максимальные значения при разных массах транспортиру емого груза.
5. Сформулированы рекомендации по выбору рациональных параметров ЛЭП со звеном предварительного разгона в инерционном конвейере влажного сахара;
6. С учетом полученных рекомендаций создан производственный обра зец с ЛЭП на базе конвейера Ш53-ПТА-3, проведено его исследование. Выяв лено, что к.п.д. машины предлагаемой конструкции выше на 8 %, чем у анало гичного по производительности вибрационного конвейера.
7. Среднегодовой экономический эффект от реализации проекта составил 242 000 руб. при сроке окупаемости 3,1 года.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Акчурин С. В, Гильванов В.Ф., Линенко А.В. Повышение энергоэф фективности инерционного конвейера с линейным электроприводом путем накопления «пусковой» энергии упругими элементами // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. – 2011. – № 4 (20). – с. 51 – 54.
2. Акчурин С. В, Линенко А. В., Туктаров М. Ф. Анализ работы привода решетного стана экспериментальной зерноочистительной установки с исполь зованием линейного электродвигателя // Вестник Ульяновской государствен ной сельскохозяйственной академии. – 2012. – № 2(18). – С. 97–101.
3. Акчурин С. В, Линенко А. В., Туктаров М. Ф. Установка с линейным электроприводом для сортирования картофеля // Сельский механизатор. – 2012. – № 12. – С. 8–9.
4. Акчурин С. В, Линенко А. В., Туктаров М. Ф. Математическая модель инерционного движения материала в установках с линейным электроприводом // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. – 2013. – № 1(25). – С. 83–86.
Публикации в других изданиях 5. Акчурин С.В., Линенко А. В. Применение линейного асинхронного двигателя в сушильных установках // Материалы XLIX междунар. науч.-техн.
конф. «Достижения науки – агропромышленному производству». – Челябинск : ЧГАА, 2010. – Ч. 2. – С. 275 - 278.
6. Акчурин С.В., Линенко А. В. Конвейер для сушки початков кукурузы с линейным электроприводом // Научное обеспечение инновационного развития АПК. – Уфа : Башкирский ГАУ, 2010. – Ч. III. – С. 150 - 152.
7. Акчурин С.В. Повышение технико-экономических показателей инер ционного конвейера с линейным электроприводом // Материалы L междунар.
науч.-техн. конференции «Достижения науки – агропромышленному произ водству». – Челябинск : ЧГАА, 2011. – Ч. V. – С. 3 - 7.
8. Акчурин С.В., Линенко А. В. Экспериментальная установка инерцион ного конвейера с подвижным индуктором линейного асинхронного двигателя // Научное обеспечение развития АПК в современных условиях : матер. Всерос.
науч.-практ. конф. ;
в 3 т. / ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА». – Ижевск : Ижев ская ГСХА, 2011. – Т. 3. – С. 53-56.
9. Акчурин С.В., Линенко А. В. Инерционный транспортер влажного са хара на базе линейного асинхронного электропривода с подвижным индукто ром // Материалы LII междунар. науч.-техн. конференции «Достижения науки – агропромышленному производству». – Челябинск : ЧГАА, 2013. – Ч. V. – С.
89 - 96.
10. Акчурин С.В., Линенко А. В. Математическая модель инерционного транспортера на ба-зе линейного асинхронного электропривода со звеном предварительного разгона // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные основы научн.-техн. и технолог. модерниза ции АПК». – Уфа: Башкирский-ГАУ, 2013. – С. 409 - Патенты 11. Пат. на изобр. № 2422348 РФ. Инерционный конвейер / Р. С. Аипов, С. В. Акчурин, А. В. Линенко, М. Ф. Туктаров ;
заявитель и па тентообладатель Башкирский ГАУ. – № 2010110857/11 ;
заявл. 22.03.2010 ;
опубл. 27.06.2011, Бюл. № 18. – 5 с.
12. Пат. на изобр. № 2446669 РФ. Сепарирующая машина / Р. С. Аипов, С. В. Акчурин, А. В. Линенко, М. Ф. Туктаров ;
заявители и па тентообладатели Р. С. Аипов, С. В. Акчурин, А. В. Линенко, М. Ф. Туктаров. – № 2010150378/13 ;
заявл. 07.12.2010 ;
опубл. 10.04.2012, Бюл. № 10. – 7 с.