авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< 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


Pages:   || 2 |

РАЗРАБОТКА АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОГО ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА МАШИНЫ ДЛЯ СОРТИРОВАНИЯ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Гильванов Вадим Фанилевич

РАЗРАБОТКА АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОГО ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА МАШИНЫ ДЛЯ СОРТИРОВАНИЯ КАРТОФЕЛЯ

Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск - 2012

Работа выполнена на кафедре «Электрические машины и электрооборудование» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ).

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Линенко Андрей Владимирович

Официальные оппоненты:

Андрианова Людмила Прокопьевна

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ, профессор кафедры «Электроснабжение и применение электрической энергии в сельском хозяйстве»

Овсянников Николай Владимирович

кандидат технических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение "Агентство по производству и первичной обработке льна и конопли "Лен" (ФГБУ "Агентство "Лен"), начальник

Ведущая организация – Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия» (ФГБОУ ВПО Челябинская ГАА)

Защита состоится «30» марта 2012 года, в 11.00 часов на заседании диссертационного совета КМ220.030.02 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия" по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 9, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА.

Автореферат разослан 28 февраля 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Н.Ю. Литвинюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Картофель относится к одной из важнейших сельскохозяйственных культур, и в России он стал «вторым хлебом», 90 % которого производится в неспециализированных личных подсобных и крестьянских (фермерских) хозяйствах.

В настоящее время на сортирование картофеля в хозяйствах приходятся значительные затраты труда из-за низкой механизации и электрификации технологического процесса. Серийное производство машин для сортирования картофеля практически прекратилось вследствие их большой стоимости и низкой надежности работы, что обусловлено большим числом вращающихся и выходящих из строя деталей, поэтому в хозяйствах резко возросла доля ручного труда при сортировании картофеля. Использование устаревшего, изношенного и энергоемкого оборудования не эффективно. Диспаритет цен между сельскохозяйственной продукцией и цен на оборудование и энергоносители требуют совершенствования технологий и технических средств при производстве сельскохозяйственной продукции.

В связи с этим создание машин для сортирования картофеля с высокими технико-экономическими показателями является актуальной задачей.

Тематика работы отвечает «Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ до 2020 года» и соответствует разделу федеральной программы по научному обеспечению АПК РФ: шифр 01.02 «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 года».

Цель работы: повышение эффективности машины для сортирования картофеля путем разработки автоколебательного линейного асинхронного электропривода.

Задачи исследования:

1. Разработать эффективный автоколебательный линейный асинхронный электропривод машины для сортирования картофеля (АЛЭМСК) с учетом агротехнических требований к картофелесортировальным машинам.

2. Разработать математическую модель АЛЭМСК.

3. Разработать методику физического исследования АЛЭМСК; создать экспериментальный стенд АЛЭМСК и провести ее исследование; проверить адекватность разработанной математической модели.

4. Исследовать влияние параметров АЛЭМСК на характеристику автоколебательного процесса рабочего органа машины и на эффективность сортирования картофеля.

Объект исследования: автоколебательные процессы в приводе машины для сортирования картофеля.

Предмет исследования: закономерности изменения параметров автоколебаний в линейном электроприводе машины для сортирования картофеля в зависимости от ее конструктивных параметров и массы картофеля.

Методы исследований: для исследования поставленных в диссертационной работе задач использованы теория дифференциальных уравнений, теория математического моделирования, метод объектно-визуального моделирования в среде Matlab, метод математической статистики.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- оригинальная конструкция безредукторного АЛЭМСК;

- математическая модель АЛЭМСК;

- результаты теоретических исследований, обосновывающие конструктивные и технологические параметры сортировальной машины;

- результаты исследования экспериментальной машины для сортирования картофеля с автоколебательным линейным асинхронным электроприводом.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

- машина для сортирования картофеля с повышенными технологическими характеристиками на базе безредукторного автоколебательного линейного асинхронного электропривода за счет исключения промежуточных преобразователей вращательного движения в поступательное;

- математическая модель, позволяющая исследовать технологические и электромеханические процессы автоколебательного линейного асинхронного электропривода с учетом конструктивных параметров привода машины и массы картофеля;

- результаты исследования амплитудно-частотной характеристики в зависимости от массы картофеля, напряжения питания, жесткости упругих элементов и закономерности изменения скорости транспортирования и производительности машины от жесткости упругих элементов при различных массах картофеля;

- экспериментально полученные зависимости, отражающие качество сортирования картофеля от скорости рабочего органа, производительность от жесткости упругих элементов при различных массах картофеля, а также амплитудно-частотные характеристики в зависимости от массы картофеля. Новизна технического решения защищена патентом РФ.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов.

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в том, что на их основе был разработан и опробован оригинальный АЛЭМСК. Разработанная математическая модель, установленные взаимосвязи могут быть использованы при проектировании машины для сортирования картофеля с автоколебательным линейным электроприводом. Полученные результаты позволяют дать практические рекомендации по построению автоколебательного линейного электропривода. Стенд АЛЭМСК с многоканальной выдачей результатов и их математической обработкой на ЭВМ в современных программных продуктах можно использовать для ее многостороннего физического исследования.

На основе проведенных в рамках диссертационной работы исследований был разработан и принят к внедрению АЛЭМСК в Управлении сельского хозяйства Караидельского района Республики Башкортостан; в СПК "Халилово".

Результаты теоретических и экспериментальных исследований машины для сортирования картофеля на базе автоколебательного линейного электропривода используются в учебном процессе Башкирского ГАУ по дисциплинам: «Электропривод», «Автоматизированный электропривод».

Личный вклад автора. Экспериментальная установка, методика экспериментальных исследований, результаты экспериментальных исследований, их анализ и интерпретация, представленные в диссертации, получены лично автором. Совместно с научным руководителем, к.т.н., доцентом Линенко А.В. разработана конструкция АЛЭМСК, ее математическая модель и приведены теоретические исследования.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований были представлены и получили одобрение на 7 научно-технических, а также на ежегодных внутривузовских конференциях. В том числе: на II Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов «Молодежная наука и АПК: проблемы и перспективы» (Уфа, 2008); на XLVIII -й и L -й научно-технических конференциях Челябинской государственной агроинженерной академии (Челябинск, 2009г., 2011г.); на Всероссийских научно-практических конференциях в рамках XIX и XX Международной специализированной выставки «Агро Комплекс- 2009» и «Агро Комплекс- 2010» (Уфа); на Международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 80-летию ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ «Молодежная наука и АПК» (Уфа, 2010);: на Всероссийской научно-практической конференции «Научное обеспечение развития АПК в современных условиях» (Ижевская ГСХА, 2011, 1-ое место).

Публикации. По материалам диссертационной работы получено 2 патента РФ, опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературных источников из 123 наименований и 14 приложений. Основное содержание работы изложено на 120 страницах, содержит 57 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность темы, обосновывается цель и задачи исследования, кратко изложены основные положения, выносимые на защиту, дается ее общая характеристика.

В первой главе «Современное состояние вопроса и задачи исследования» на основе материалов, представленных в работах В.П. Горячкина, Е.А. Глухих, Н.Н. Колчина, А.И. Каламина, В.А. Макарова, А.А. Сорокина, Н.В. Шабурова, И.А. Гребенюка, П.Н. Волосевича, М.Ю. Васильченко приведены результаты анализа состояния проблемы сортирования картофеля, а также проведен анализ агротехнических требований к машинам для сортировки картофеля.

Проведенный обзор существующих машин для сортирования картофеля показал, что наиболее широкое распространение получил принцип сортирования по размеру. Рабочие органы таких машин делятся на пять групп: плоско-решетные; роликово-валиковые; барабанные; транспортерные и с комбинированным рабочим органом.

По точности сортирования первое место занимают машины плоско-решетного типа – 82…88%, однако таким машинам свойственна несколько большая повреждаемость клубней.

Общим недостатком описанных в главе машин является сложность их конструкции, большое количество трущихся и изнашивающихся поверхностей.

По технико-технологическим показателям основной машиной для сортирования клубней картофеля могут служить машины плоско-решетного типа, но для повышения их технико-экономических показателей требуется замена эксцентрикового привода решет двигателем вращения на линейный асинхронный электропривод. Это позволит за счет непосредственного преобразования электрической энергии в поступательное движение рабочего органа снизить эксплуатационные расходы и себестоимость машины, а также повреждаемость клубней.

Исходя из сказанного сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе «Разработка конструкции и математической модели автоколебательного линейного асинхронного электропривода машины для сортирования картофеля» разработана конструкция машины для сортирования картофеля с автоколебательным линейным электроприводом и ее математическая модель

Машина для сортирования клубней картофеля представлена на рисунке 1 и включает в себя рабочий орган, состоящий из двух жестко соединенных между собой частей с приводом в виде плоского линейного асинхронного электродвигателя (ЛАД). Первая часть машины представляет собой подвижный сплошной лоток 1, на котором жестко закреплены соединенные алюминиевая и стальная пластины, являющиеся вторичным элементом плоского ЛАД. Под пластинами на раме 6 установлен индуктор 2 ЛАД. На лоток 1 подается подлежащий обработке картофель.

Вторая подвижная часть 3 установки выполнена из прутков 4, установленных на определенном состоянии друг от друга. На этом участке происходит доочистка картофеля от мелких примесей и его сортировка: I – участок доочистки, II – участок сортировки (мелкая фракция), III – участок сортировки (средняя фракция), IV – участок сортировки (крупная фракция).

Подвижные части 1 и 3 установлены на роликах 5 таким образом, что по мере перемещения в обоих направлениях ударяются в упругие элементы 7, которые установлены на основании 6. На рисунке 1 упругие элементы показаны только с одной стороны. Сортированный по размеру картофель сходит по направляющим 8.

Машина работает следующим образом. При подаче напряжения блоком управления (на рисунке 1 не показан) на индуктор 2 ЛАД рабочий орган (лотки) вместе с картофелем приходит в поступательное движение в направлении упругих элементов 7. При достижении последних индуктор отключается от сети, рабочий орган ударяется в упругие элементы и резко останавливается, а картофель по инерции движется вперед. За счет накопленной потенциальной энергии упругими элементами 7 рабочий орган движется в обратном направлении, где также взаимодействует с упругими элементами, останавливается и разгоняется в первоначальном направлении. В этот момент индуктор снова подключается к сети, и далее описанный процесс повторяется. Таким образом, рабочий орган машины для сортирования картофеля работает в режиме автоколебаний, а картофель поступательно перемещается на участок сортирования.

При движении по поперечным пруткам 4 (участок I) картофель освобождается от мелких примесей. Далее сквозь продольные прутки проходит мелкая фракция картофеля (участок II), затем средняя (участок III), а оставшаяся крупная фракция поступает на IV участок.

1 – сплошной лоток; 2 – индуктор ЛАД; 3 – лоток из прутков; 4 – прутки; 5- ролик; 6 – основание; 7 – упругие элементы; 8 – направляющие, I – участок очистки, II – участок сортировки (мелкая фракция), III – участок сортировки (средняя фракция), IV – участок сортировки (крупная фракция).

Рисунок 1 - Машина для сортирования клубней картофеля с линейным электроприводом

Математическое моделирование позволяет исследовать все взаимосвязи в приводе с учетом электромеханических переходных процессов, что особенно важно при проектировании привода на базе ЛАД, работающего в режиме автоколебаний.

При разработке модели приняты следующие допущения: сила вязкого трения между роликами и лотками не учитывается, характеристика упругих элементов считается линейной. Моделирование процесса движения картофеля по колеблющейся поверхности лотков проводится при допущениях, общепринятых при решении аналогичных задач: картофель является материальной точкой, между лотками и картофелем присутствует только сила сухого трения, подчиняющаяся закону Кулона, масса картофеля в течение времени моделирования остается постоянной, момент инерции опорных роликов не учитывается.

Основная система уравнений (1) математической модели в соответствии с принятой кинематической схемой (рисунок 2) включает в себя уравнение динамики линейного колебательного асинхронного электропривода и уравнение движения материальной точки по колеблющейся поверхности. Для описания математической модели приняты три системы координат: XOY неподвижна относительно индуктора ЛАД, X1O1Y1 неподвижна относительно лотка, X2O2Y2 движется в пространстве с синхронной скоростью ЛАД.

, (1)

где: aл, Vл, xл и aк, Vк, xк – соответственно ускорения, скорости и координаты перемещения картофеленесущего лотка и картофеля по оси OX, м/с2, м/с, м;

a1к, V1к, x1к – соответственно ускорения, скорости и координаты перемещения картофеля по оси O1X1 м/с2, м/с, м.

T – время моделирования, с;

m = mк + mл - масса картофеленесущего лотка вместе с картофелем, кг;

mг – масса картофеля, кг;

mл - масса картофеленесущего лотка, кг

F – сила тяги ЛАД, определяется с помощью системы уравнений Парка-Горева, Н.

Для описания и исследования работы ЛАД принята за основу система дифференциальных уравнений Парка-Горева для двигателей вращательного движения. При этом принято допущение – не учитываются краевые эффекты, что допустимо для низкоскоростных ЛАД с синхронными скоростями V05м/с, с учетом электромеханических переходных процессов наиболее удобна система координатных осей, движущаяся в пространстве с синхронной скоростью V0 (2):

1-груз; 2-лоток (вторичный элемент ЛАД); 3 -опорный ролик; 4-неподвижный упор; 5-упругий элемент; 6-датчик включения/отключения ЛАД; 7-подвижный упор; 8-блок управления; 9-индуктор ЛАД

Рисунок 2 - Кинематическая схема процесса транспортирования груза по рабочему органу АЛЭМСК

где: UX1, UY1 – напряжение индуктора по осям OX, OY, В; - полюсное деление обмотки ЛАД, м; Xs=X1+Xm, Xr=X2+Xm – значения сопротивлений, вводимых в модель, Ом; R1, X1, R2, X2 – соответственно активное и реактивное сопротивления индуктора и вторичного элемента, приведенные к обмотке индуктора, Ом; Xm – сопротивление взаимоиндукции между индуктором и вторичным элементом, Ом; X1,Y1,X2,Y2 – потокосцепления по осям O2X2, O2Y2 соответственно индуктора и вторичного элемента, Вб; 0 - угловая частота питающей сети, с-1; Fс1 - суммарная сила сопротивления АЛЭМСК, Н.

Включение и выключение индуктора осуществляется по релейному закону в функции координаты вторичного элемента (картофеленесущего лотка).

Fу – сила сопротивления от упругих элементов, согласно закона Гука, Н. (Fу1 – работающих при отключении ЛАД; Fу2 – работающих при включении ЛАД)

Fр – сила трения качения опорных роликов, Н.

F1тр - сила сухого трения картофеля (Н), определяется в соответствии с законом Кулона (3):

- mкgfк при V1к > 0 и mгaл > mкgfк0

- mкgfк0 при V1к = 0 и mкaл = mкgfк0

- mкaл при V1к = 0 и mкaл < mкgfк0

F1тр = 0 при V1к = 0 и mкaл = 0, (3)

mкaл при V1к = 0 и mкaл < mкgfк0

mкgfк0 при V1к = 0 и mкaл = mкgfк0

mкgfк при V1к < 0 и mкaл > mгgfг0

где: fк и fк0 соответственно коэффициенты трения скольжения и покоя картофеля.

Для анализа динамических режимов работы электромеханических систем используется метод визуального моделирования программного пакета Simulink (приложение к Matlab), который позволяет представить разработанную математическую модель машины для сортирования клубней картофеля одним основным окном. Реализованная математическая модель АЛЭМСК в среде визуального моделирования Simulink позволяет исследовать все взаимосвязи в приводе с учетом электромеханических переходных процессов.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.