Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в сельском хозяйстве и различных отраслях промышленности модернизации требует технически и морально устаревший электропривод стационарных машин возвратно -поступательного движения рабочих органов, в состав которого входят механические передачи, преобразователи вида движения. Поэтому основные технические решения должны быть направлены на упрощение кинематических схем привода путем уменьшения количества передаточных звеньев.
Одним из главных недостатков, применяемых в сельскохозяйственном производстве машин с возвратно - поступательным движением рабочих органов, является низкие технико-экономические показатели, связанные с необходимостью применения преобразователей вращательного движения вала приводного электродвигателя, в возвратно-поступательное движение рабочего органа машины (клиноременная передача, эксцентриковый колебатель), что значительно увеличивает массу и габариты, удорожает конструкцию сельскохозяйственной машины. Большая металлоемкость, потери энергии, сложность регулирования и интеграции с рабочим органами сельскохозяйственных машин заставляет искать пути получения возвратно -поступательного движения без механических редукторов.
Совершенствование конструкций сельскохозяйственных машин за счет совмещения рабочего органа и электродвигателя, имеющего высокие технико-экономические показатели, имеет актуальное значение. Совмещение рабочего органа с/х машин и ротора электродвигателя позволяет уменьшить массу и размеры машин, исключить из электропривода преобразователь движения в виде редуктора или другого передаточного механизма, улучшить условия теплоотдачи, охлаждения и вентиляции.
Работа выполнена в рамках научных исследований, проводимых кафедрой «Электрооборудования и автоматики» федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный заочный университет»,
по теме НИР №21 «Разработка зерноочистительных машин с линейными асинхронными двигателями возвратно-поступательного перемещения».
Цель работы. Повышение эффективности применения технологических машин с возвратно-поступательным движением рабочего органа путем применения линейного электропривода при разночастотном питании, совершенствование конструкций с/х машин за счет разработки встраиваемого линейного электропривода на основе линейного асинхронного двигателя (ЛАД).
Задачи исследования:
Обоснование целесообразности применения линейного электропривода рабочих органов с/х машин с возвратно-поступательным движением.
Разработка математической модели ЛАД возвратно - поступательного движения с целью обоснования его параметров и режимов работы.
Проведение комплексных исследований режимов работы ЛАД и определения влияния различных факторов на амплитуду и частоту возвратно - поступательного движения рабочих органов с/х машин с линейным электроприводом.
Разработка конструкции с/х машин с линейным электроприводом возвратно-поступательного движения рабочих органов, на основе ЛАД.
5. Проведение экспериментальных исследований для проверки
адекватности результатов, полученных на математической модели.
6. Экономическая оценка эффективности применения линейного
электропривода с/х машин с возвратно - поступательным движением
рабочих органов.
Объект исследования - с/х машины с возвратно-поступательным движением рабочих органов и линейным электроприводом.
Предмет исследования. Закономерности и взаимосвязи характера возвратно-поступательного перемещения рабочих органов с/х машин с режимами работы ЛАД при разночастотном питании.
Методы исследования. Для достижения поставленных целей применялось математическое моделирование с использованием проблемно ориентированных математических пакетов и численного решения дифференциальных уравнений ЛАД, полученных на основе общей теории электромагнитного поля и теории цепей. Для оценки влияния различных факторов на электромеханические характеристики линейного электропривода использовались методы математического планирования эксперимента. Проверка адекватности полученных теоретических результатов осуществлялась экспериментальными методами с применением современных средств измерительной техники.
Достоверность результатов исследований, полученных на математической модели, подтверждается результатами экспериментальных исследований с использованием современных средств измерений, высокой степенью сходимости теоретических и экспериментальных данных, а также применением апробированных методов математического моделирования электромеханических систем с привлечением пакета расширения программной системы Maple 11 и моделированием процессов в реальных технологических машинах.
Научная новизна:
теоретически обоснована возможность применения линейного электропривода рабочих органов с/х машин возвратно - поступательного движения на основе ЛАД.
математическая модель ЛАД, основанная на одномерной теории поля и теории цепей, для исследования динамических и установившихся режимов, позволяющая определить влияние различных факторов на характеристики возвратно - поступательного движения рабочих органов с/х машин с линейным электроприводом.
определен характер возвратно - поступательного движения рабочих органов с/х машин при различных условиях работы и оптимальные параметры линейного электропривода на основе ЛАД.
- разработаны конструкции принципиально новых с/х машин с линейным электроприводом рабочих органов возвратно-поступательного движения при разночастотном питании ЛАД.
Практическая ценность работы. Разработана математическая модель, позволяющая исследовать динамические и установившиеся режимы в линейном электроприводе на основе ЛАД. Получены полиномные зависимости частоты и амплитуды возвратно поступательного движения вторичного элемента ЛАД (рабочего органа с/х машин) от разности частот питающих напряжений, нагрузки, начальной фазы питающего напряжения и числа пар полюсов ЛАД. Для выбранных с/х машин возвратно -поступательного движения предложен более эффективный привод на базе ЛАД, элементы конструкций которого используются при разработке с/х машин в ООО «Славянка» (г.Фурманов, Ивановской области). Разработанные технические решения по объединению электродвигателя и с/х машин могут быть использованы при разработке различных с/х машин с возвратно -поступательным движением рабочих органов. Результаты диссертационной работы используются в ООО «Балашихинская - Электросеть -Энергосервис», а так же в учебном процессе в ФГОУ ВПО «РГАЗУ».
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на конференциях РГАЗУ (2009-2011 г.г.), Саратовского ГАУ им. Вавилова (2009-201 Іг.г.), РУДН (2009 г.), Орловского ГАУ (2009 г.), ГНУ ВИЭСХ (2010 г.), Курской ГСХА им. И.И. Иванова (2010 г.), Челябинской ГАА (2010 г.), Липецкого ГТУ (2010 г.), VII Медународной научно-технической конференции «ЭЛМАШ-2009» (Москва, сентябрь 2009 г.), 13th International Conference on Electromechanics, Electrotechnology, Electromaterials and Components (ISEEE-2010) (Alushta. Crimea, Ukraine, September, 2010), на кафедре Электрооборудования и автоматики ФГОУ ВПО «РГАЗУ» (2011 г.).
Во II туре (в ЦФО) Всероссийского конкурса среди студентов, аспирантов и молодых ученых ВУЗов Минсельхоза РФ автор
диссертационной работы был отмечен дипломом II степени (Рязань, Рязанский ГАТУ им. П.А. Костычева, апрель 2010), а так же дипломом в финальном туре названного конкурса (Саратов, Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова, май 2010).
Публикации: Опубликовано 37 работы: 27 статей из них 5 в изданиях рецензируемых ВАК, 10 патентов на изобретение РФ.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель линейного электропривода с/х машин с
возвратно - поступательным движением рабочих органов на основе ЛАД.
2. Результаты исследования возможности и эффективности
использования ЛАД возвратно-поступательного движения при
разночастотном питании в приводах с/х машин с возвратно -
поступательным движением рабочих органов.
3. Конструктивные решения рабочих органов с/х машин с линейным
электроприводом возвратно-поступательного перемещения на основе ЛАД.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 113 страниц машинописного текста, 7 таблиц, 78 рисунков, список литературы из 130 наименований на 12 страницах и приложения на 9 страницах.
