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 | 3 |

Разработка вибрационной транспортирующей машины с импульсным резонансным приводом

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Братыгин Евгений Владимирович

Разработка вибрационной транспортирующей

машины с импульсным резонансным приводом

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЕКАТЕРИНБУРГ

2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет».

Научный руководитель-

доктор технических наук, профессор А.И. Афанасьев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Г.Г. Кожушко

кандидат технических наук, доцент В.М. Таугер

Ведущая организация - ОАО «Научно исследовательский и проектно–конструкторский институт асбестовой промышленности»

Защита состоится 30 ноября 2006 г. в 10 часов на заседании дис- сертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО “Уральский государственный горный университет” по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, зал заседаний Ученого совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО “Уральский государственный горный университет”.

Автореферат разослан «…» октября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета М.Л.Хазин

Общая характеристика работы

Актуальность. Развитие горнодобывающих предприятий в условиях современного рынка неразрывно связано с совершенствованием технологических процессов. Существенный вклад в общую эффективность горного производства вносит технологический процесс классификации горной массы, осуществляемый вибротранспортными машинами (ВТМ).

В настоящее время наибольшее распространение получили ВТМ инерционного типа, работающие в зарезонансном режиме. Инерционный способ возбуждения колебаний имеет ряд недостатков. Главными из них являются: относительно большие энергозатраты, недостаточная долговечность элементов трансмиссии (подшипниковых узлов), а также перегрузки двигателя в пусковом режиме. В другом, широко распространенном классе ВТМ – питателях, часто используется электромагнитный привод, который является более работоспособным по сравнению с инерционным, так как в нем отсутствуют подшипниковые узлы. Однако применение такого привода в грохотах осложняется тем, что он практически не может создавать колебания с амплитудой более 1-2 мм. При таких амплитудах обеспечить требуемую эффективность грохочения весьма затруднительно.

Одним из путей уменьшения энергопотребления может быть работа ВТМ в резонансном режиме. Однако известные резонансные машины не получили широкого распространения из-за отсутствия систем с автоматическим поддержанием резонанса при изменениях параметров динамической системы.

В связи с этим работы, направленные на создание резонансной ВТМ, обеспечивающей значительное снижение удельных затрат энергии при классификации и вибротранспортировании горной массы, являются актуальными.

Предмет исследования - рабочий процесс резонансных вибротранспортных машин.



Объект исследования - резонансные вибротранспортные машины с импульсным линейным двигателем.

Цель работы повышение эффективности работы вибрационных транспортных машин резонансного типа за счет разработки импульсного привода с векторным управлением.

Идея работы заключается в снижении энергозатрат на классификацию и вибротранспортирование горной массы ВТМ резонансного типа за счет подачи в динамическую систему в определенный момент времени дозированного по величине движущего импульса.

Методы исследования: экспериментальные исследования на физических моделях ВТМ, основанные на стандартных методах измерений с использованием измерительной аппаратуры; методы анализа и синтеза, математическое моделирование, методы математической статистики и теории вероятности.

Научные положения, выносимые на защиту:

  1. Обеспечение стабильной работы вибрационной машины в резонансном режиме возможно при применении в качестве привода импульсного магнитоиндукционного двигателя с накопителем энергии и обратной связью по положению рабочего органа.
  2. Энергопотребление при работе резонансной ВТМ зависит от соотношения конструктивных и режимных параметров импульсного двигателя и позволяет осуществить частичный возврат энергии в колебательную систему.
  3. Оценку совершенства режимных и конструктивных параметров ВТМ целесообразно проводить по комплексному критерию эффективности – отношению произведения скорости и массы транспортируемого груза к произведению массы рабочего органа и потребляемой мощности.

Научная ценность работы заключается в выявлении взаимосвязи энергопотребления и параметров вибрации рабочего органа, а также разработке комплексного критерия эффективности ВТМ.

Практическая ценность диссертации состоит в обосновании методики расчета вибрационных машин резонансного типа с импульсным двигателем, а также в разработке рациональной конструкции этих ВТМ.

Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций обоснована использованием фундаментальных положений теории вероятности, применением корректных методов математического и физического моделирования, апробированными методами экспериментальных исследований и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, относительное расхождение которых не превышает 10...15 %.

Реализация результатов. Результаты работы были использованы при проектировании резонансной отсадочной машины, резонансного вибрационного уплотнителя для уплотнения компонентов плавки лигатуры, резонансного грохота легкого типа для классификации тонкодисперсных материалов.

Апробация работы. Основные результаты работы и ее отдельные части докладывались на конференциях: «Неделя горняка - 2003» г. Москва, 2003 г.; «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», г. Екатеринбург, УГГУ, 2003, 2004, 2005, 2006 гг.; “II Международная научно-техническая конференция «Чтения памяти В.Р. Кубачека»”, г. Екатеринбург, 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ в журналах, сборниках научных трудов, материалах международных конференций, в том числе одна в издании из списка ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 80 наименований, содержит 154 страницы текста, 31 рисунок и 24 таблицы.

Основное содержание работы

  1. Состояние вопроса и задачи исследования

Вибротранспортные машины широко применяются при обогащении полезных ископаемых, в перегрузочных системах открытых горных работ, строительстве и т. д. В настоящее время, в связи с относительно высокой стоимостью электроэнергии, энергопотребление установок для грохочения и питания становится одним из важнейших параметров, определяющих эффективность использования этих машин. Изучению процессов, связанных с вибротранспортированием, посвящены работы Блехмана И. И., Гончаревича И. Ф., Крюкова Б. И., Крюкова А. А., Мальцева В. А., Пановко Я. Г., Повидайло В. А., Потураева В. Н., Спиваковского А. О., Червоненко А. Г., Юдина А. В. и многих других известных ученых.

В настоящее время наибольшее распространение получили вибрационные машины, работающие в зарезонансном режиме. При работе в этом режиме часть энергии привода расходуется на так называемое «динамическое гашение».

При работе в резонансном режиме динамическое гашение отсутствует. В связи с этим для работы в резонансном режиме вибрационной машине требуется, при прочих равных условиях, существенно меньше энергии. Опыт эксплуатации резонансных ВТМ, разработанных в середине ХХ века, подтверждает это. Однако эти машины не получили широкого распространения. В числе причин этого можно назвать относительно большую по сравнению с зарезонансными (в 2…4 раза) массу рабочего органа резонансных машин и нестабильность работы при изменении массы груза на рабочем органе. Оба эти недостатка вытекают из принципа возбуждения колебаний. В известных резонансных вибрационных машинах используются вибровозбудители с постоянной частотой возбуждающего воздействия. Они предварительно настраиваются на рабочую частоту, близкую к резонансной. При изменении параметров колебаний может происходить выход из «полосы пропускания» и, как следствие, снижение амплитуды колебаний. Уменьшение амплитуды колебаний приводит к снижению показателей технологического процесса (скорости транспортирования и эффективности грохочения). Такое изменение частоты колебаний возможно, например, при изменении массы груза, находящегося на рабочем органе или при попадании на рабочий орган крупного куска груза.

Одним из путей надежного поддержания работы ВТМ в резонансной зоне является применение обратной связи в системе управления приводом, обеспечивающей изменение частоты возбуждающего воздействия при изменении резонансной частоты. Изменение частоты вынуждающего воздействия необходимо проводить за время, сопоставимое с периодом собственных колебаний, иначе управляющее воздействие будет запаздывать и резонанс не будет достигнут. Анализ конструкций приводов, применяемых в известных ВТМ, показывает, что они практически не способны обеспечить необходимое время реагирования.

Нами был разработан привод, основой которого является импульсный магнитоиндукционный линейный двигатель. Работа вибрационных машин с импульсным возбуждением колебаний освещена в известной литературе недостаточно полно. В связи с этим была поставлена задача установить закономерности, существующие между параметрами движущих импульсов двигателя и движением рабочего органа.

  1. Математическая модель ВТМ

Анализ функций, выполняемых приводом, позволил сформировать функциональную модель разрабатываемой вибрационной машины, представленную на рис. 1.

На базе этой структурной схемы был разработан и создан преобразователь энергии, который позволяет подавать движущие импульсы в систему в соответствующий момент при любой частоте собственных колебаний рабочего органа.

Важным показателем эффективности работы любой машины является потребление энергии. В ВТМ энергия расходуется на компенсацию потерь в упругих элементах подвески (демпфирование), потери в механизмах привода и при перемещении груза.

По нашим исследованиям, уменьшение амплитуды собственных колебаний физической модели ВТМ с плоскими пружинами до нуля происходит за 10…20 циклов, что соответствует коэффициенту демпфирования (), равному 0,05…0,10. Для поддержания стабильной амплитуды колебаний величину импульса (F1, Н*с), развиваемого двигателем, можно определить по формуле

, (1)

где амплитуда резонансных колебаний, м;

с приведенная жесткость подвески рабочего органа (РО), Н/м; m приведенная масса рабочего органа и транспортируемого, кг.

Энергия, необходимая для компенсации конструкционного демпфирования, находится из формулы

. (2)

Эквивалентную расчетную схему резонансной вибрационной машины с одним рабочим органом (РО) и массивным фундаментом можно представить в виде одномассовой динамической системы (рис. 2).

Для обеспечения на низких частотах движения груза с отрывом от РО резонансная машина снабжается ограничителем хода, имеющим соответствующий коэффициент жесткости (сб).

Движущее усилие F прикладывается к центру тяжести рабочего органа.

На рис. 3 приведен график перемещения центра тяжести рабочего органа (Z) и изменения движущего усилия (F, H). В начальный момент времени (t=0) рабочий орган неподвижен (V=0) и отклонен от положения статического равновесия на расстояние Z(0)=Z0. Когда рабочий орган находится в точке Z1 (Z(t1)=Z1), начинает действовать движущее усилие. Нарастание силы от нуля до Fa происходит в течение времени tн=t2 – t1. За это время рабочий орган достигает координаты Z2 (Z(t2)=Z2). Затем происходит уменьшение движущего усилия на участке t2tt3. Далее рабочий орган совершает свободное движение до встречи с упругим буфером в точке Zб. На участке t4 t t5 рабочий орган движется вместе с ограничителем колебаний, а затем при t>t5 совершает свободные колебания.





Уравнения движения РО записываются на каждом этапе в соответствующем виде:

Первый этап движения РО 0<t t1:

; (3)

, (4)

где частота затухающих колебаний , с-1;

K – коэффициент затухания , с-1;

- циклическая частота свободных незатухающих колебаний, рад/с;

С1 и С2 – константы, определяющиеся из начальных условий.

Скорость движения центра тяжести рабочего органа находится из уравнения

. (5)

По известной координате Z1 из уравнение (5) определяем время t1, а затем определим скорость движения РО в конце первого этапа.

Второй этап движения рабочего органа t1tt2.

Когда рабочий орган находится в точке Z=Z1, двигатель начинает подавать движущий импульс. Экспериментальные исследования показали, что импульс силы в первом приближении может быть принят треугольным. Движение рабочего органа на этом этапе описывается дифференциальным уравнением:

, (6)

где – время нарастания силы, определяемое электромеханическими параметрами двигателя и преобразователя энергии.

Воспользовавшись конечными условиями первого этапа, находим координату (Z2) и скорость (V2) в конце второго этапа.

Третий этап движения РО t2tt3.

Аналогично второму этапу рабочий орган движется под действием движущей силы F(t), уменьшающейся до нуля. Длительность участка определяется как , где длительность импульса.

Дифференциальное уравнение движения рабочего органа на этом участке аналогично уравнению (6)

. (7)

Решение уравнения (7) имеет вид

(8)

Скорость движения РО находится из уравнения

(9)

Используя начальные условия третьего этапа, находим постоянные интегрирования, а затем конечные условия третьего этапа.

Четвертый этап движения РО t3tt4.

На четвертом этапе рабочий орган совершает свободные колебания. Дифференциальное уравнение движения рабочего органа на этом этапе аналогично уравнению (3). Окончание четвертого этапа происходит в момент встречи рабочего органа с упругим ограничителем, когда координата Z=Zб. Время окончания этого этапа (t4) можно определить из уравнения

. (10)

Определив t4, можно вычислить скорость рабочего органа в момент встречи с упругим ограничителем:

(11)

Пятый этап движения рабочего органа t4tt5.

Дифференциальное уравнение движения рабочего органа записывается в следующем виде:

, (12)

где Kб – коэффициент затухания в упругих элементах ограничителя;

– циклическая частота колебаний рабочего органа на упругих элементах ограничителя.

Общее решение уравнения (12) будет иметь вид

(13)

Скорость движения рабочего органа определяется из уравнения

(14)

Момент отхода рабочего органа от упругого ограничителя можно найти из условия Z=Zб, решив уравнение (13) относительно t. Конечные условия пятого этапа: t=t5, Z=Z5, V=V5.

Шестой этап движения РО t5tt6.

На шестом этапе рабочий орган продолжает свободное движение. Начальными условиями для шестого этапа служат: Z=Z5, V=V5. Окончание периода колебаний можно определить, приравняв к нулю скорость рабочего органа.

Время начала свободного движения груза (tот) находится из условия (вертикальная составляющая ускорения груза равна сумме ускорений от сил, удерживающих груз на РО)

(15)

Так как скорость полета груза относительно небольшая, действием силы сопротивления воздуха можно пренебречь. С учетом этого допущения движение материала можно считать равнозамедленным с ускорением , тогда уравнение движения груза можно представить в виде:

, (16)

где Sг0– координата груза в момент отрыва;

Vг0– скорость груза в момент отрыва.

Возврат груза на рабочий орган происходит на шестом этапе – после отрыва рабочего органа от упругого ограничителя.

В момент начала шестого этапа координата груза

. (17)

Скорость груза находится из формулы

. (18)

Момент падения груза на рабочий орган определяется из условия равенства координат РО и груза:

. (19)

Увеличение движущего импульса и (или) коэффициента жесткости упругого ограничителя приводит к возрастанию начальной скорости при отрыве груза и соответственно времени полета. При этом встреча рабочего органа с грузом может произойти при движении первого вверх. Кинетическая энергия груза пойдет на “торможение” рабочего органа, что является весьма нерациональным.

Параметры динамической системы должны быть подобраны таким образом, чтобы встреча рабочего органа с грузом произошла при движении их в одну сторону (вниз). Наибольший возврат энергии в колебательную систему происходит при встрече груза с РО в нижней точке траектории последнего. При отсутствии упругого ограничителя такой режим достигается при факторе режима, равном 1,66. Упругий ограничитель, установленный таким образом, чтобы контакт РО с ним Zб=Аain(б), б=600 (А – амплитуда колебаний без ограничителя), позволяет снизить эту амплитуду на 30 %.

На основании закона сохранения количества движения и основного закона динамики величина движущего импульса F2 и, соответственно, энергия (E2), возвращаемая в систему, находятся из формул:

; (20)

. (21)

Величина импульса, необходимая для подъема материала на высоту (Zаsin(0-Z1)), находится из уравнения

, (22)

где координата РО при ударе об него материала.

Если материал на РО скользит только вперед, то импульс силы трения можно определить из уравнения

, (23)

где разность скоростей между материалом и рабочим органом в горизонтальной плоскости.

Таким образом, мощность импульсного двигателя в Вт находится из формулы

, (24)

где частота собственных колебаний ВТМ, Гц.

Скорость движения груза по рабочему органу определяется по формуле

. (25)



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 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.