авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Астрологический Прогноз на год: карьера, финансы, личная жизнь


Повышение производительности вибрационной щековой дробилки на основе стабилизации синхронно противофазных колебаний средствами автоматизированного электропривода

На правах рукописи

ТЯГУШЕВ Сергей Юрьевич 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

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010

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 машиноведе ния (ИПМаш) РАН, Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится “17” июня 2010 г. в 14 ч.

30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 7212.

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

Автореферат разослан “17” мая 2010 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета д.т.н., профессор В. В. ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вибрационные щековые дробилки (ВЩД), конструкции ОАО «НПК «Механобр-Техника» являются перспективным видом оборудования для дробления рудных и не рудных, а также техногенных материалов. Основной вклад в созда ние 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 пока зателей ВЩД необходимо, чтобы разрушение и транспортирование материала в рабочей камере происходило при синхронно противофазном движении щек. Такой режим обеспечивается двух двигательным приводом вибровозбудителей колебаний симметрич ных 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 на рушению условий эффективного разрушения и ухудшению техноло гических 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 ме таллургического 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 факто ров, 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 электропри вода.

Цель диссертационной работы: Снижение энергоемкости и повышение производительности дробления за счет восстановления номинального режима дробилки путем компенсации возмущений, обусловленных неидентичностью параметров симметричных под систем 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 элек тропривода вибрационной щековой дробилки с целью изучения ста тических 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 эффек тивности предложенного алгоритма и всей системы в целом.

Идея работы: Для повышения технологических показателей дробилки следует использовать систему автоматической стабилиза ции синхронно-противофазных колебаний щек на основе автомати зированного электропривода вибровозбудителей с обратной связью по контролируемому углу сдвига фаз колебаний щек.

Научная новизна:

1. На основе компьютерного моделирования и эксперимен тальных исследований электромеханической системы двухдвига тельного привода вибрационной щековой дробилки выявлены зако номерности многомерного движения элементов дробилки, предо пределяющие взаимосвязь между рассогласованием синхронно противофазных колебаний щек, режимными параметрами электро привода 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 парамет ров подсистем вибрационной щековой дробилки, возрастает при пе реходе в режим дробления, вызывая неравномерную загрузку двига телей, снижение производительности и рост энергоемкости, не ока зывая при этом существенного влияния на степень дробления и гра нулометрический состав конечного продукта.

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

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

Методы исследований. При выполнении теоретических ис следований 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 ис пользованы современные средства сбора и обработки данных Na tional Instruments-LabView 8.5.

Практическая ценность работы:

1. Разработана модель дробилки с автоматизированным элек троприводом, которая позволяет производить оценку влияния не симметрии ее подсистем и технологической нагрузки на режимные параметры ВЩД, что дает возможность рассматривать представлен ную модель как эффективное средство проектирования электропри вода 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 контроли руемых координат системы.

3. Разработаны алгоритмы управления ВЩД по критерию мак симальной производительности, работоспособность которых дока зана данными компьютерного моделирования и результатами испы таний прототипа системы автоматического управления.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждена удовлетворительным совпа дением результатов аналитических расчетов и компьютерного моде лирования с результатами экспериментальных исследований ВЩД в режиме пуска, безударном режиме и режиме дробления. Подтвер ждением эффективности предложенного способа стабилизации и работоспособности алгоритмов управления являются результаты единичных испытаний образца ВЩД с разработанной системой управления, показавшие увеличение производительности по сравне нию с базовым вариантом на 87%.





Внедрение. Модель ВЩД с управляемым приводом, система сбора и обработки данных, а также предложенная система автомати ческой стабилизации синхронно-противофазных колебаний вибра ционной щековой дробилки приняты к использованию в ОАО «НПК «Механобр-техника». В 2009 г. в рамках конкурса на лучшие инно вационные 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 «Inno vations in Geoscience, Geoengineering and Metallurgy» (Freiberg, 2008);

международной конференции молодых ученых «Полезные ископае мые России и их освоение», СПГГИ Санкт-Петрбург 2006-2009 г.;

7-ой международной научно-практической конференции «Образова тельные, 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 компью терной модели ВЩД, разработке алгоритмов и синтезе системы управления, создании экспериментального стенда и прототипа сис темы 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, рекомен дованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация содержит 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 осо бенности работы привода вибрационных щековых дробилок.

Во второй главе приведено математическое описание ВЩД и асинхронного электропривода, на базе которого разработана ком пьютерная модель системы в среде Simulink системы MatLAb. Пока зано соответствие результатов компьютерного моделирования ре зультатам аналитических расчетов, выполненных в соответствии с апробированной методикой расчета режима дробилки на стабиль ность и устойчивость.

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

В четвертой главе обсуждаются результаты эксперимен тальных 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.

Заключение обобщает полученные результаты теоретиче ских и экспериментальных исследований, содержит выводы и реко мендации диссертационной работы.

1. Начальный фазовый сдвиг колебаний щек, обусловлен ный неидентичностью конструктивных и электромеханических параметров подсистем вибрационной щековой дробилки, возрас тает при переходе в режим дробления, вызывая неравномерную загрузку двигателей, снижение производительности и рост энер гоемкости, не оказывая при этом существенного влияния на степень дробления и гранулометрический состав конечного про дукта.

Объектом теоретических и экспериментальных исследова ний являлась электромеханическая система ВЩД трех типоразмеров ВЩД 80х300, ВЩД 130х300 и ВЩД 600х800.

Экспериментальные исследования проводились на испыта тельном стенде (рис. 1, вкладка), который включает серийный обра зец дробилки ВЩД 130х300 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 сис темы визуального программирования LabView 8.5, с помощью кото рой сформированы шестнадцать независимых измерительных кана лов, реализован спектральный анализ сигналов и косвенные измере ния 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 реак ции системы рассматривались: частота вращения вибровозбудителей при самосинхронизации s, c-1 и угол рассогласования синхронно противофазного режима колебаний p=A-180o, где A - абсолют ный фазовый сдвиг, град;

загрузка двигателей по мощности P1, P2, Вт;

производительность, кг/ч и энергоемкость дробления, Вт/кг, а также степень дробления и гранулометрический состав конечного продукта. В качестве дополнительных характеристик рассогласова ния ВЩД использовались вибрационный момент W, Нм и разность парциальных скоростей несвязанных двигателей П, c-1, обуслов ленная отличием моментов сопротивления Mc, Нм и параметров индивидуальных механических характеристик - скорости идеально го холостого хода 0, c-1 и коэффициента жесткости, Нмс:

П П 1 П 2 01 02 М c1 / 1 М c 2 / 2, (1) Изменение параметров рассогласования П и p носит слу чайный характер, обусловленный разбросом параметров двигателей и механических подсистем дробилки. Поэтому в эксперименте кон тролируемое рассогласование П достигалось варьированием ско рости идеального холостого хода одного из двигателей 0=2f/p, где p - число пар полюсов двигателя, путем изменения напряжения и частоты по закону U/f=const, при котором П =0 в случае Mc2= Mc1 и 1=2.

В безударном режиме ВЩД проверялось соответствие экс периментальных данных основным положениям теории самосин хронизации. Из графиков реакций системы p0(П) и P1,2(П) (рис. 2) следует, что при 01=02 начальное рассогласование дробил ки отсутствует p0=0, загрузка двигателей одинакова P1=P2. Это свидетельствует о том, что электромеханические подсистемы ВЩД 130х300 практически симметричны. Результаты исследование дро билки другого типа ВЩД 600х800 показали, что при тех же услови ях питания двигателей начальный угол рассогласования отличен от нуля p0=25о. Согласно формуле (1) это свидетельствует о неиден тичности параметров электромеханических подсистем дробилки.

а) б) 60 PS P Мощность, кВт Сдвиг фаз, град P 0 D 0, с-1 D 0, с- 0,0 0,2 0,3 0,5 0,6 0,8 0,0 0,2 0,3 0,5 0,6 0, Рис. 2 Сдвиг фаз колебаний щек p0 (а) и мощность двигателей P1,P2 (б) в зависи мости от разности частот идеального холостого хода D Смещение механической характеристики АД1 привода ВЩД 130х300 изменением частоты 01=var приводит к росту угла рассо гласования p0 и неравномерной загрузке двигателей P1 P2 вследст вие появления вибрационного момента W. При этом суммарная мощность P =P1+P2 остается неизменной.

Оценка модуля вибрационного момента |W |, выполненная по экспериментальным данным, показала, что среднее значение этой величины составляет |We|=8,50,6 Нм. Это незначительно отличается от расчетного значения |Wt|=7,8 Нм. Расчет коэффициента вибраци онной связи k=|W |/Mном=0,12, где Mном - номинальный момент АД, показывает что исследуемый тип дробилки в соответствии с приня той классификацией относится к оборудованию со «сравнительно сильной связью между вибровозбудителями».

Режим дробления исследовался при отсутствии фазового сдвига p0=0 и наличии начального рассогласования p0=100, 300, 500. В качестве разрушаемого материала использовался гранит крупностью от 40 мм до 65 мм. Дробление производилось при пол ностью заполненной камере с подпором материала со стороны за грузочной воронки.

Осциллограммы ускорений щек в режиме дробления имеют несинусоидальную форму (рис. 3 а) с коэффициентом амплитуды kA=4,1. Граничная частота спектра сигнала по 10% амплитудному критерию составляет fгр=300 Гц, коэффициент гармоник kг=0,58, ко эффициент искажений kи=0,87. Из распределения нормированной мощности гармоник спектра (рис. 3 б) следует, что 75% мощности переносится первой гармоникой.

б) а) Ускорение, м/с 0,45 0,475 0,5 0,525 0,55 0, - Время, с Рис. 3 Осциллограмма ускорений (а) и распределение нормированной мощности гармоник спектра (б) В связи с этим, отклонение от номинального режима оцени валось по фазовому сдвигу между основными гармониками ускоре ний. Смещение осциллограмм во времени также контролировалось с помощью сформированного в среде LabView 8.5 фазового детекто ра, работа которого основана на отслеживании моментов времени перехода сигналов через ноль.

а) б) Мощность, кВт Сдвиг фаз, град P P 0 0 10 20 30 40 0 10 20 30 Время, с Время, с Рис. 4 Сдвиг фаз колебаний щек (а) и мощность (б) двигателей в режиме дробле ния при отсутствии начального рассогласования p0= Испытания дробилки при p0=0 показали, что переход в ре жим дробления сопровождается появлением угла рассогласования ps=500 и неравномерной загрузкой двигателей P1/P2 =1,5 (рис. 4). Из рис. 5 следует, что при p0=300 взаимодействие рабочего органа и разрушаемого материала приводит к росту угла сдвига фаз до значе ния ps=700 и неравномерности загрузки двигателей P1/P2 =3. При этом время дробления по сравнению со случаем p0=0 существенно возрастает.

а) б) Сдвиг фаз, град Мощность, кВт P P 0 0 40 80 120 0 40 80 Время, с Время, с Рис. 5 Сдвиг фаз колебаний щек (а) и мощность (б) двигателей в режиме дробле ния при начальном рассогласовании p0= По результатам экспериментов получены зависимости про изводительности ( p 0 ) / 0 и энергоемкости дробления ( p 0 ) / 0 от начальной расфазировки колебаний щек p0, где 0, 0 - значения величин при p=0. Производительность и энергоем кость оценивались по массе и крупности дробленного материла, мощности привода и времени дробления. Установлено, что показа тели качества дробления от параметра p0 практически не зависят.

Из диаграмм (рис. 6) видно, что увеличение начального рас согласования приводит к снижению производительности дробилки и росту энергоемкости дробления. Из-за появления фазового сдвига в режиме дробления (см. рис. 4) значения величин 0 и 0 не соответ ствуют значениям, которые могут быть достигнуты в случае син хронно-противофазных колебаний щек. Поэтому для обеспечения режима максимальной производительности необходимо осуществ лять непрерывную компенсацию отклонений от номинального ре жима. Разработку методов и средств восстановления номинального режима ВЩД целесообразно проводить на основе компьютерной модели электромеханической системы дробилки.

б) а) 6, Энергоемкость, о.е.

1, Производительность, 0, 0, 3, 0, о.е.

0, 0, 0,2 0,19 1, 1, 0 0 10 30 50 0 10 30 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 взаимосвязан ных системах уравнений движения элементов дробилки и урав нений двухдвигательного асинхронного электропривода, что по зволяет учесть влияние неидентичности параметров электро механических подсистем дробилки и технологической нагрузки на режимные параметры двигателей и характер движения щек.

Построение модели приводного механизма с семью степеня ми свободы (рис. 7, вкладка) основано на методике, разработанной Р. Ф. Нагаевым для аналитического описания безударного устано вившегося режима дробилки с одинаковыми параметрами ее под систем. Для описания динамических процессов в механической сис теме с произвольными значениями параметров необходимо числен ное решение уравнений. С этой целью в среде Simulink Matlab 6. разработана компьютерная модель (рис. 8, вкладка), которая вклю чает 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 биб лиотеки SimPowerSystem. Это позволило воспроизводить пусковые и стационарные режимы ВЩД при различных значениях электроме ханических параметров подсистем. С помощью модели проведены исследования ВЩД, которые показали наличие в системе симмет ричного и кососимметричного резонансов, в области которых на блюдался эффект Зоммерфельда и изменение электромагнитного момента в соответствии с частотной характеристикой системы. Для ВЩД 130х300 значения резонансных частот составили fсм=11 Гц и fксм=31Гц, соответственно. Для ВЩД 600х800: fсм=9 Гц, fксм=14 Гц.

Анализ результатов серии экспериментов по дроблению ма териала позволил уточнить модель в части учета технологической нагрузки. Из осциллограмм P1(t) и P2(t) (см. рис. 4 б и рис. 5 б) вид но, что на интервале дробления мощность двигателей P (t) можно представить как наложение постоянной P и осциллирующей функ ций P(t ), амплитуда которой не превышает 15% от значения P в установившемся режиме. Аналогичным образом изменяется и мо мент М=P/s, развиваемый АД. Это позволяет учесть в модели ус редненную технологическую нагрузку с помощью дополнительного момента сопротивления.

а) б) 80 P Мощность, кВт Сдвиг фаз, град P 0 20 30 40 50 60 20 30 40 50 Время, с Время, с Рис. 9 Сравнение экспериментальных данных и результатов моделирования хо лостого хода и рабочего режима дробилки при p 0 На рис. 9 показаны результаты компьютерного моделирова ния с помощью уточненной модели, которые совмещены с данными экспериментальных исследований ВЩД с начальной расфазировкой p0 =100. Соответствие приведенных данных относительно длитель ности переходного процесса, значений мощностей P1, P2, а так же углов начального p0 и конечного рассогласования ps 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 авто матическую систему управления двухдвигательным электропри водом с отрицательной обратной связью по наблюдаемому углу сдвига фаз колебаний щек, основанную на выравнивании парци альных скоростей асинхронных двигателей путем изменения па раметров их индивидуальных механических характеристик.

В работе рассмотрены способы перевода рассогласованного режима привода ВЩД с отличающимися механическими характери стиками 1 и 2 (рис. 10) в симметричный режим. При вибрационной связи роторов моменты двигателей M1,2=Mc1,2W определяются мо ментами сопротивлений в изолированной системе Mc1,2 и вибраци онным моментом W=|W|sin p.

Из геометрических по строений (рис. 10), выполненных для линеаризованных механиче ских характеристик асинхронных двигателей на участке 0MMном, следует что частота вращения ро торов при наличии вибрационной связи s и угол рассогласования p определяются формулами:

П 1 1 П 2 s ;

(2) 1 Рис. 10 Линеаризованные механиче ские характеристики двухдвигатель ного привода П 1 sin p. (3) W 1 Для устранения рассогласования синхронно-противофазного режима необходимо управлять параметрами механических характе ристик двигателей 0 и из условия выравнивания парциальных скоростей П=0, при котором p =0. Рассогласование системы с характеристиками 1 и 2 можно устранить, если характеристику трансформировать в характеристику 3 путем уменьшения частоты идеального ХХ 0103 с помощью ПЧ, реализующего скалярный алгоритм управления АД1. Для получения номинального режима необходимо, чтобы 0=П. Аналогичного эффекта можно добить ся, если трансформировать характеристику 1 в характеристику 4 при 04=01=0 путем уменьшения коэффициента жесткости 12 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 П1,2 и 1,2 вычислялись по механическим ха рактеристикам двигателя 4А132М4У3 в рабочих точках, а модуль вибрационного момента вычислялся по формуле |W |=As2, в кото рой коэффициент A=3,310-4 кгм2 учитывал массу дробилки, эксцен триситет и массу дебалансов, а так же коэффициент запаса устойчи вости синхронизации вибровозбудителей.

Расчет производился для симметрично нагруженной дробил ки Mc1= Mc2= 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, кото рый воспроизводился разбросом сопротивлений цепи ротора.

Для каждого значения угла рассогласования p, зависящего от механической нагрузки Mc и коэффициента жесткости 2, рассчи тывались параметры компенсирующего воздействия на АД 2, вос станавливающего номинальный режим p =0.

Из графика (рис. 11 а) следует, что для компенсации угла рассогласования p =600 при номинальном моменте привода требу ется изменение частоты питания АД1 на f1=0,3 Гц, что при p=2 со ответствует изменению частоты вращения поля статора на 9 об/мин.

Из рис. 11 б следует, что при восстановлении номинального режима за счет изменения углового коэффициента механической характери стики требуемый диапазон варьирования напряжения составляет 200-220В. При этом, однако, на границе диапазона имеет место сни жение критического момента на 17,5%.

Управление параметрами механических характеристик дви гателей 0 и посредством ПЧ или тиристорного регулятора напря жения осуществляется в соответствии с сигналом обратной связи, который формируется датчиком угла рассогласования p(t).

а), град б ), град p p M c, Нм f1, Гц M c, Нм U 1, В 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 компью терной модели системы автоматической стабилизации синхронно противофазных колебаний дробилки, построенной в среде Simulink MatLab 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 извест ными параметрами.

Для определения параметров регулятора построена линеари зованная модель системы. Сформированы передаточные функции двухдвигательного привода по каналу управляющих Hc(s)=П(s)/0(s) и возмущающих воздействий Hd(s)=П(s)/Mc(s), а также передаточная функция дробилки HJC(s)= p(s)/П(s). С уче том ряда допущений, принятых в теории автоматизированного элек тропривода, получена передаточная функция замкнутой системы с регулятором, характеристический полиномом которой имеет третий порядок. Параметры ПИ-регулятора Hp(s)=kp(1+1/ Tps) определены в соответствии с требованиями стандартной настройки на симметрич ный оптимум: kp=13, Tp=0,3 С.

Результаты компьютерного моделирования работы ВЩД 130х300 с регулируемым приводом показаны на рис. 12. Из диа грамм видно, что начальный угол рассогласования в режиме ХХ дробилки p0=180 возрастает при переходе в рабочий режим до зна чения ps=700. После включении контура регулирования в момент времени tвкл=20 C система переходит в номинальный режим ps2= при равномерной загрузке обоих двигателей P1= P2.

а) б ) ps P Мощность, кВт Сдвиг фаз, град P p ps - 8 12 16 20 8 12 16 20 Время, с Время, с Рис. 12 Влияние системы стабилизации на угол рассогласования p а) и мощность двигателей Р1, Р2 б) Экспериментальная проверка работоспособности и эффек тивности предложенного способа стабилизации колебаний щек дро билки производилась при испытании дробилки ВЩД 80х300 с на клонной 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 p0 =120, в режиме дробления ps=550. В дробилке с управляемым приводом среднее по модулю значение уг ла рассогласования |ps | не превышало предельно допустимого зна чения pm, установленного для используемого вида виброборудова ния | ps |=80pm=150. Оценка производительности по данным экспе римента 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 по вышения 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 час тоты разработан стенд для экспериментального исследования элек тромеханических характеристик дробилки с двухдвигательным при водом. Разработана методика экспериментального определения тех нологических показателей ВЩД в зависимости от угла начального рассогласования.

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

3. Предложены способы восстановления синхронно противофазных колебаний дробилки на основе изменения парамет ров индивидуальных механических характеристик двигателей в со ответствии с углом рассогласования колебаний щек. Показано, что для реализации способа достаточно использовать простейшие алго ритмы 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 автома тической стабилизации синхронно-противофазного режима колеба ний щек приводит к существенному росту производительности ус тановки по сравнению с базовым вариантом.

6. Полученные результаты могут быть использованы для теоре тических и экспериментальных исследований виброоборудования другого типа и при необходимости - для разработки мер по его мо дернизации.

Основные положения диссертации опубликованы в следую щих 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 Политехн. ун та, 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 Universitat Bergakademie, 2008 – С. 190-194;

4. Тягушев С. Ю. Экспериментальный стенд для исследования электромеханических характеристик вибрационных щековых дро билок ОАО “НПК ”Механобр-Техника” / С. Ю. Тягушев, О. Б. Шо нин, В. А. Ерошенко// Сборник трудов VII международной научно исследовательской конференции: «Образовательные, научные и ин женерные приложения в среде LabView и технологии National Instruments» - М.: ИПК РУДН, 2008 г. - С. 38 – 39;

5. Тягушев С. Ю. Учет свойств приводных двигателей вибра ционной 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 вибра ционной щековой дробилки на режим работы электропривода и по казатели дробления / С. Ю. Тягушев, О. Б. Шонин // Обогащение руд № 5 –СПб., 2009 г. – С. 36 – 40;

7. Тягушев С. Ю. Обеспечение оптимального режима дробле ния вибрационной щековой дробилки средствами автоматизирован ного электропривода / С. Ю. Тягушев, О. Б. Шонин// Мат. межвуз.

науч.-практич. конф. студентов и аспирантов XXXVIII Неделя науки СПбГПУ, Ч. II –СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009 г. – С. 89-91.

Подсистема I Подсистема II Рис.7 Расчетная кинематическая схема ВШД Рис. 1 Общий вид экспериментального стенда с ВЩД 130x300 в цехе испытаний ОАО «НПК «Механобр-Техника».

Блок горизонтальных колебаний К модели корпуса X-wave привода Блок Ускорения вертикальных колебаний корпуса корпуса Y-wave Блоки От модели вибрационных моментов Torque привода Блоки угловых колебаний Блок щек Ускорения угловых колебаний Fi -wave корпуса щек Fip-wave Рис.13 Функциональная схема экспериментального стенда испытаний Рис.8 Структурная схема модели ВШД в MatLab ВЩД с управляемым приводом

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.