Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние вопроса и пути улучшения выдачи сыпучих материалов из бункеров-питателей 11
1.1 Общие сведения о бункерах-питателях II
1.1.1 Сводообразование в бункерах при истечении сыпучих материалов 12
1.1.2 Питатели сыпучих материалов 22
1.2 Пути улучшения выпуска сыпучего материала 29
1.3 Анализ существующих типов приводов возвратно-поступательного перемещения рабочего органа 30
1А Бункеры - питатели с колебательным линейным асинхронным электроприводом ворошителей-задвижек 38
1.5 Выводы по первой главе 42
Глава 2 Математическая модель колебательного линейного асинхронного электропривода ворошителей-задвижек (клапв) бункера-питателя 43
2.1 Кинематическая схема колебательного линейного электропривода и его уравнение движения 43
2.2 Анализ рабочих процессов линейного асинхронного двигателя (ЛАД)... 44
2.3 Математическая модель ЛАД в среде MATLAB /Simulink/ 49
2.4 Сила сопротивления на вторичном элементе ЛАД от ворошителей-задвижек 54
2.5 Математическая модель КЛАПВ бункера-питателя в среде MATLAB /Simulink/ 55
2.6 Выводы по второй главе 63
Глава 3 Теоретическое исследование колеба тельного линейного асинхронного электропривода ворошителей-задвижек бункера-питателя 64
3.1 Общие сведения 64
3.2 Анализ влияния параметров КЛАПВ бункера-питателя на электромеханические переходные процессы в ЛАД 65
3.3 Влияние конструктивных элементов бункера-питателя и сыпучего материала на параметры колебательного процесса ворошителей-задвижек... 71
3.4 Амплитудно-частотные характеристики линейного электропривода бункера-питателя 79
3.5 Определение силы тяги ЛАД для привода ворошителей-задвижек бункера-питателя 82
3.6 Выводы по третьей главе 85
Глава 4 Методика и результаты экспериментального исследования колебательного линейного асинхронного электропривода ворошителей- задвижек бункера-питателя 86
4.1 Программа экспериментальных исследований 86
4.2 Описание экспериментальной установки , 86
4.2.1 Конструктивное исполнение установки 86
4.2.2 Импульсное управление КЛАПВ бункера-питателя 87
4.3 Методика экспериментальных исследований, анализ полученных результатов 93
4.3.1 Общие сведения 93
4.3.2 Определение фазного тока ЛАД 94
4.3.3 Определение угла поворота ворошителя-задвижки 99
4.4 Математическая обработка результатов
эксперимента 103
4.5 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований 106
4.6 Выводы по четвертой главе 108
Глава 5 Экономическое обоснование использования бункера-питателя с линейным асинхронным электроприводом ворошителей-задвижек 109
5.1 Расчет экономической эффективности от использования бункера-питателя с линейным электроприводом ворошителей-задвижек 109
5.2 Определение вероятного материального ущерба от аварийных отказов 112
5.3 Выводы по пятой главе 112
Основные выводы по работе 114
Библиография
- Пути улучшения выпуска сыпучего материала
- Анализ рабочих процессов линейного асинхронного двигателя (ЛАД)...
- Влияние конструктивных элементов бункера-питателя и сыпучего материала на параметры колебательного процесса ворошителей-задвижек...
- Методика экспериментальных исследований, анализ полученных результатов
Введение к работе
В настоящее время бункера-питатели, силосы и специальные силосы-резервуары являются основными хранилищами сыпучих грузов. Их широко применяют в производственно-технологических процессах, а также в поточно-транспортных системах перемещения в виде приемных, перегрузочных, аккумулирующих, промежуточных и погрузочных устройств, и в сельскохозяйственных технологических процессах они составляют более 80 % стационарных машин, установок и поточных линий [14].
Это обусловлено тем, что при бестарных перевозках и хранении сыпучих грузов снижается в 3-5 раз стоимость перевозки одной тонны груза, уменьшается в 3-4 раза стоимость п огрузоч но -раз груз очных работ, обеспечивается комплексная механизация и автоматизация этих работ, сокращаются в 5-10 раз потери груза, уменьшается в 2 раза и более стоимость сооружения хранилищ и потребность в площади для их строительства, ликвидируются расходы на тару, расфасовку и упаковку груза [38],
Разработкой и выпуском бункеров-питателей занимаются такие известные фирмы, как: "BROCK" (США); "ENCL Maschinen", "FUNKI", "Big Ои!сІітап"(Германия); АО мАНТИ-ТЕОЛЛИСУСС"(Финляндия); "ESTEV" (Франция) и др.
На сегодняшний день бункера-питатели - это экономически оправданное оборудование в цепи технологического процесса производства продукции с одной стороны, а с другой - это оборудование или с высокой себестоимостью и высокими эксплуатационными расходами, или с низкой надежностью работы.
Сказанное обусловлено тем, что основными критериями, по которым судят об эксплуатационных качествах бункеров-питателей, являются свободный (без сводообразований) и регулируемый выпуск материала, включая и полное перекрытие выпускного отверстия. Для обеспечения этих эксплуатационных качеств бункера-питатели оснащаются двумя, а иногда и тремя отдельными энергоемкими приводами. Например, бункера-питатели для выдачи сыпучих материалов на хлебоприемных пунктах включают в себя: - привод побудителей сыпучего материала для работы бункера без сводообразований; - привод питателя, обеспечивающего равномерную выдачу сыпучего материала; - привод шиберной заслонки для перекрытия выпускного отверстия бункера. Сказанное приводит к увеличению себестоимости оборудования и высоким эксплуатационным расходам. Поэтому часто, а особенно в агропромышленном комплексе, бункера-питатели оснащаются только одной шиберной заслонкой для перекрытия выпускного отверстия. Это приводит только к усугублению вопросов связанных со свободным и регулируемым выпуском сыпучего материала. Образовавшиеся своды ликвидируются шуровочными операциями (нанесение механических ударов по стенкам бункера), что ведет к изменению формы бункера, а следовательно, к более лучшим условиям для образования устойчивых сводов, а далее и к выходу из строя бункера-питателя. Отсутствие регулируемой и равномерной выдачи материала из бункера-питателя приводит к неблагоприятным (нестабильным) режимам работы, что ограничивает возможности его применения, также необходимо присутствие наблюдателя за процессом истечения материала.
Существенное улучшение технико-экономических показателей бункеров-питателей может быть достигнуто оснащением последних в месте образования сводов ворошителями-задвижками с колебательным линейным асинхронным электроприводом, что позволит обеспечить свободный и регулируемый выпуск материала, а также рабочее или аварийное перекрытие выпускного отверстия.
Указанные обстоятельства обуславливают актуальность сформированной темы исследования.
Исследование соответствует федеральной программе «Разработать научные основы развития системы технико-технологического обеспечения сельскохозяйственного производства, создания машин и энергетики нового поколения, формирования эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики» 1996-2001 гг., федеральной программе «Создание техники и энергетики нового поколения и формирование эффективной инженерно-технической инфраструктуры агропромышленного комплекса» 2001-2005 гг.
Цель работы: обеспечение на предприятиях АПК бесперебойного и регулируемого выпуска из бункера-питателя зерна и продуктов его переработки путем разработки и применения ворошителей-задвижек с колебательным линейным электроприводом.
Для достижения сформулированной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие основные задачи:
Разработать эффективные ворошители-задвижки бункера-питателя с колебательным линейным асинхронным электроприводом для бесперебойного и регулируемого выпуска сыпучего материала;
Установить аналитическую зависимость силы сопротивления на вторичном элементе линейного асинхронного двигателя (ЛАД) от поворотно-колебательных движений ворошителей-задвижек и разработать математическую модель колебательного линейного асинхронного электропривода ворошителей-задвижек (КЛАПВ) бункера-питателя;
Разработать методику физического исследования КЛАПВ бункера-питателя; создать стенд и провести исследование КЛАПВ, установленного на физической модели бункера-питателя; проверить адекватность разработанной математической модели;
4 Исследовать влияние конструктивных элементов КЛАПВ и параметров сыпучего материала на характеристику колебательного процесса ворошителей- задвижек.
Объект исследования - колебательные процессы в приводе ворошителей-задвижек бункера-питателя.
Предмет исследования - закономерности изменения параметров_колебаний ворошителей-задвижек бункера-питателя и электромеханических переходных процессов ЛАД в зависимости от конструктивных элементов КЛАПВ и параметров сыпучего материала.
Методы исследований. Исследования взаимосвязей в колебательном линейном асинхронном электроприводе ворошителей-задвижек бункера-питателя с учетом электромеханических переходных процессов проводились на основе математического моделирования дифференциальных уравнений Парка-Горева, преобразованных применительно к ЛАД, в среде визуального моделирования SIMULINK /Matlab/. Обработка результатов машинных и физических экспериментов проводилась статистическими методами с использованием методов доверительных оценок распределения Стьюдента. Экспериментальные данные с аналогово-цифрового преобразователя обрабатывались в Matlab и Microsoft Excel. Достоверность и обоснованность полученных результатов оценивалась с помощью сопоставления расчетных значений с данными эксперимента, полученных на предлагаемой установке в реальных условиях эксплуатации.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту
Установлена закономерность, отражающая зависимость силы сопротивления на вторичном элементе ЛАД от поворотно-колебательных движений ворошителей-задвижек бункера-питателя с учетом параметров сыпучего материала.
Разработана математическая модель для исследования колебательного линейного асинхронного электропривода ворошителей-задвижек бункера-питателя.
Установлены закономерности, отражающие изменение колебательного процесса ворошителей-задвижек бункера-питателя в зависимости от параметров колебательного линейного электропривода и сыпучего материала.
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 бункер-питатель с ворошителями-задвижками с линейным асинхронным электроприводом.
Разработанные математические модели, установленные взаимосвязи могут быть использованы на всех стадиях проектирования бункера-питателя с ворошителями-задвижками на базе линейного асинхронного электропривода. Полученные результаты позволяют дать практические рекомендации по построению колебательного линейного асинхронного электропривода. Разработан и создан лабораторный стенд для физического исследования процессов, происходящих в приводе ворошителей-задвижек бункера-питателя, с возможностью многоканальной выдачи и математической обработки результатов в современных программных продуктах.
На основе проведенных в рамках диссертационной работы исследований был разработан и принят к внедрению бункер-питатель с ворошителями- задвижками на базе колебательного линейного асинхронного электропривода: в ОАО "Уфамолзавод" (хоздоговор №38-2001); в ДУП "Кушнаренковский элеватор" (хоздоговор №89-2000); в учебно-опытном хозяйстве Башгосагроуниверситета.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обеспечению бесперебойного и регулируемого выпуска сыпучего материала из бункера-питателя с ворошителями-задвижками используются в учебном процессе Башгосагроу ни вер с итета.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований были представлены и получили одобрение на 8 научно-технических, а также на ежегодных внутри вузовских конференциях. В том числе: на Седьмой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (Москва, 2001г.); на XLI-й и ХІЛІ-й научно-технических конференциях Челябинского государственного агроинженерного университета (Челябинск, 2002г., 2003г.); на Восьмой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (Москва, 2002г.); на специализированной выставке-конференции "Уралпромэкспо" (Уфа, 2002г,); на Всероссийской научной конференции "Проектирование научных и инженерных приложений в среде Matlab" (Москва, 2002г.); на международной научно-практической конференции «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (Уфа - 2003г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе 2 патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографии из 101 наименования и 15 приложений. Основное содержание работы изложено на J 24 страницах, содержит 58 рисунков.
Пути улучшения выпуска сыпучего материала
Как показано выше, в настоящее время эксплуатация бункеров-питателей является не самой эффективной и экономичной, так как для этого требуется установка двух, а иногда и трех отдельных энергоемких привода.
Одним из перспективных направлений по улучшению технико-экономических показателей бункеров можно считать сращивание рабочих органов питателя и побудителя сыпучего материала. При этом бесперебойная и регулируемая выдача сыпучего материала из бункера будет осуществляться одним приводом [5].
В связи с вышесказанным нами предлагается бункер-питатель следующей конструкции (рисунок 1.4). В зоне, наиболее склонной к сводообразованию (сужающейся части бункера 1), устанавливаются на осях вращения 2 так называемые ворошители-задвижки 3. Оси вращения ворошителей жестко крепятся с рычагами 4, которые с другой стороны шарнирно соединены со штангой 5 (рисунок 1.4). Штанга 5, в свою очередь, соединяется с приводом возвратно-поступательного движения. В исходном состоянии ворошители-задвижки полностью перекрывают выпускное отверстие бункера.
Принцип работы бункера-питателя заключается в следующем. При сообщении штанги 5 возвратно-поступательно го перемещения ворошители зо задвижки 3 придут во вращательно-колебательное движение, тем самым открывая выпускное отверстие. При этом сыпучий материал будет выходить из бункера, а вращение ворошителей-задвижек в зоне, наиболее склонной к с водо образованию обеспечит его бесперебойную работу. Производительность бункера-питателя будет зависеть от частоты и амплитуды колебаний штанги 5. Достоинством данной конструкции также является то, что питатель и побудитель будут работать в одном режиме, что исключит нежелательное уплотнение сыпучего материала. к приводу в озвр атно -поступа тельного перемещения
Бункер-питатель с приводом ворошителей-задвижек от возвратно-поступательного движения Технико-экономические показатели данной установки во многом будет определять привод возвратно-поступательного движения штанги 5. Поэтому следующим этапом работы является анализ существующих приводов, обеспечивающих возвратно-поступательное перемещение.
Анализ существующих типов приводов возвратно-поступательного перемещения рабочего органа В качестве передач, обеспечивающих возвратно-поступательное перемещение рабочего органа оборудования, используются все типы приводов: пневматические, гидравлические, электрические.
Механизмы с пневматическим приводом нашли применение при малых усилиях и небольших ходах, когда не требуется постоянная скорость, а необходимо переместить рабочий орган или изделие на заданное расстояние за определенный промежуток времени.
Достоинствами пневмопривода являются отсутствие обратных трубопроводов, возможность получения большого числа включений в единицу времени, эксплуатационная надежность, работа во взрывоопасной среде, меньшая чувствительность к колебаниям температуры, возможность перегрузки вплоть до полной остановки.
К недостаткам пневмопривода следует отнести наличие ком пресс орно-насосных станций, подводящих коммуникаций, расходы на фильтрацию, очистку и сушку воздуха, наличие шума, низкий КПД (10...30%) [91]. Из-за сжимаемости воздуха невозможно получить стабильную скорость исполнительного органа, особенно при медленных движениях. Сейчас, в основном, применяются пневматические приводы с силой тяги до 100 Ы, реже до 200 Н.
Широкое распространение получил гидропривод, обеспечивающий большие усилия. Однако такой привод имеет недостатки: громоздкость и дороговизна, особенно при значительных перемещениях, недостаточная надежность, малые эстетичность и гигиеничность. Для гидравлических систем характерны проблемы, связанные с утечкой масла в трубопроводах, пожароопасностью, зависимостью показателей привода от температуры. В штатном расписании хозяйств, в оборудование которых входит гидропривод, должны быть предусмотрены специалисты по электрооборудованию и специалисты-гидравлики по обслуживанию гидросистем. Сейчас, в основном, применяются комбинированные системы, где сам привод остается фактически гидравлическим или пневматическим, а функции управления осуществляют электромеханические устройства. Подобным системам присущи следующие недостатки: ограниченность величины хода, плохая управляемость из-за наличия промежуточных устройств (клапанов), которые также снижают быстродействие и точность [92].
Анализ рабочих процессов линейного асинхронного двигателя (ЛАД)...
Продольный краевой эффект особенно большое влияние оказывает на параметры высокоскоростных ЛЛД [99]. При этом в режиме нормальной работы, характеризующимся малым значением скольжения, он существенно снижает движущую силу и коэффициент мощности ЛАД. Значительно уменьшается и к.п.д. Тем не менее при разгоне, когда значение скольжения лежит в интервале 0,2-1,0, краевой эффект не оказывает существенного влияния [99]. С другой стороны, исследованиями профессора О.Н. Веселовского [19] установлено, что "в многополюсных низкоскоростных двигателях при обычных для них диапазонах скольжения коэффициент продольного краевого эффекта настолько мало отличается от единицы, что в расчетах его можно не учитывать. Более или менее заметно краевой эффект начинает проявляться при скольжениях, меньше 0,4 и при числе пар полюсов меньше 3-4". Поэтому при исследовании ЛАД привода бункера-питателя, являющимся низкоскоростным, оказывается возможным не учитывать влияние продольного краевого эффекта [50, 70, 95], Кроме того, величина воздушного зазора в ЛАД существенно больше, чем в обычном вращающемся асинхронном двигателе. Поэтому магнитная индукция в ЛАД снижается, активное сопротивление цепи намагничивания становится пренебрежимо малым, и его можно не учитывать [19],
Исследование ЛАД возможно по схемам замещения или на основе результатов решения задачи о структуре электромагнитного поля в различных частях двигателя [16, 20, 63, 73, 93]. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки. Расчет электромагнитного поля дает большую информацию о характере и свойствах ЛАД, чем расчет по схемам замещения. Недостаток полевого метода - большая трудоемкость расчетов. Решение полевых задач при питании двигателя от источника напряжения приводит даже при немагнитной вторичной цепи к исключительно сложным выражениям для компонент электромагнитного поля [15, 97, 98]. Другой особенностью, затрудняющей применение полевых методов для исследования ЛАД, является то, что известные решения уравнений электромагнитного поля в них проводятся при заданной токовой нагрузке в первичной части, которая обычно считается неизменной. Вместе с тем на стадии разработки привода с ЛАД линейная токовая нагрузка еще не известна, а допущения ее постоянства справедливы лишь в частном случае, когда комплексное сопротивление первичной цепи много больше эквивалентного сопротивления вторичной цепи и ветви намагничивания. Этот случай встречается редко, обычно при очень больших или "открытых" воздушных зазорах.
Для исследования нестационарных режимов работы ЛАД с учетом влияния продольного краевого эффекта применяются различные модели, отличающиеся разным уровнем допущений и сложности вычислений. Можно выделить два типа моделей, достаточно корректно учитывающих влияние продольного краевого эффекта: - двух- и трехмерные модели с расчетом магнитного поля методами конечных разностей или конечных элементов на каждом временном шаге [99]. Они слабо ориентированы на синтез системы автоматического управления, требуют больших вычислительных ресурсов, мало пригодны для моделирования процессов в реальном времени, отличаются сложностью учета индуцированных токов в массивных элементах; модели, основанные на детализированных магнитных схемах замещения. Они сводят задачу к расчету цепи, параметры которой (сопротивления и магнитодвижущие силы пазов) интегрально представляют участки конструкции и магнитодвижущих сил при моделировании устройства [86]. Эти модели более успешно могут быть применены для синтеза системы автоматического управления и для исследования переходных процессов в электромеханической системе, но также требуют больших вычислительных ресурсов и ввода ограничений на конструкции ЛАД. В настоящей работе для исследования динамики ЛАД выбран метод, заключающийся в описании двигателя дифференциальными уравнениями, составленными на основе схемы замещения, по следующим обстоятельствам. Во-первых, при исследовании ЛАД бункеров-питателей приходится идти на компромисс, связанный с противоречивыми обстоятельствами. С одной стороны, общий алгоритм не должен быть связан с конкретным типом ЛАД, с другой стороны, полное решение возможно только с учетом упрощающих допущений, зависящих от конструктивных особенностей устройства, поэтому отпадают трудности, связанные с определением параметров схемы замещения. Во-вторых, число исследуемых параметров схемы замещения меньше, чем при решении полевой задачи, что уменьшает время исследования и позволяет более просто проследить взаимосвязь электромагнитных и электромеханических процессов от параметров двигателя. В-третьих, существенно уменьшается объем вычислительной работы и, как следствие, появляется возможность исследовать большее количество вариантов.
Общность физических явлений позволяет при выводе уравнения ЛАД взять за основу известную систему дифференциальных уравнений Парка-Горева для двигателя вращательного движения [95]. Исследование ЛАД по уравнениям Парка-Горева проводилось и другими авторами [50, 90, 95]. Для записи уравнений ЛАД важным является выбор системы координатных осей. Первая система координатных осей является неподвижной относительно вторичного элемента. В этой системе координат контуры вторичного элемента остаются неизменными, а контуры индуктора преобразуются к координатным осям, перемещающимся вместе с вторичным элементом. Эта система обычно применяется для исследования несимметрии вторичной цепи. Вторая система координатных осей является неподвижной относительно индуктора.
Влияние конструктивных элементов бункера-питателя и сыпучего материала на параметры колебательного процесса ворошителей-задвижек...
Установление закономерности влияния составляющих КЛАПВ бункера-питателя и сыпучего материала на параметры колебательного процесса ворошителей-задвижек представляют большой интерес, так как это может быть использовано на практике при проектировании реальных конструкций. При реализации рассматриваемого КЛАПВ бункера- питателя необходимо знать, как влияют на динамику колебательного процесса следующие составляющие предложенной конструкции: длительность и частота включения ЛАД, количество ворошителей и их конфигурация, высота сыпучего материала в бункере, жесткость упругого элемента и его предварительное натяжение, насыпная плотность материала и параметры рычагов.
В качестве параметров, определяющих динамику колебательного процесса, в работе приняты перемещение вторичного элемента и угол поворота ворошителя-задвижки в установившемся режиме работы. Это обусловлено тем, что угол поворота ворошителя определяет технологический процесс работы бункера-питателя, а по перемещению вторичного элемента ЛАД можно судить о динамике привода в целом.
На рисунке 3.7 представлено влияние жесткости упругого элемента на параметры колебательного процесса в установившемся режиме. Как видно из графика, с увеличением жесткости упругого элемента амплитуда максимального и минимального перемещения вторичного элемента ЛАД уменьшается, причем амплитуда минимального перемещения уменьшается в большей степени, чем максимального. К примеру, по сравнению с жесткостью упругого элемента 90 Н/м, амплитуда максимального перемещения при 120 Н/м уменьшилась на 0,07м, а минимального на 0,1м. Такая же зависимость наблюдается и в отношении угла поворота ворошителей в бункере, что объясняется наличием непосредственной кинематической связи вторичного элемента ЛАД с осями вращения ворошителей. -— Максимальное перемещение бегуна, м -+— Минимальное перемещение бегуна, м - - Максимальный угол поворота ворошителя,, град -е- Минимальный угол поворота ворошителя, град. 95 100 105 110 115 120 Жесткость упругого элемента, Н/м
Рисунок 3.7 Влияние жесткости упругого элемента на параметры колебательного процесса КЛАПВ Установка упругого элемента с первоначальным натяжением предусмотрена конструкцией бункера-питателя. Натяжение надо подбирать таким образом, чтобы упругий элемент обеспечивал возврат подвижной системы в исходное состояние. Лишнее натяжение упругого элемента приведет к неоправданным затратам электроэнергии. На рисунке 3.8 представлено, как влияет первоначальное натяжение упругого элемента на динамику привода бункера-питателя. Как и следовало ожидать, с увеличением первоначального натяжения, т.е. увеличения силы сопротивления, максимальная и минимальная амплитуда перемещения вторичного элемента и соответственно углы поворота ворошителей уменьшаются. Так, увеличение первоначального натяжения (0,05м) я и u В s a. L 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 110 -о- Максимальное 90 перемещение бегуна,, м - - Минимальное 70 перемещение бегуна, м 50 - - Максимальный угол поворота 30 ворошителя, град. -— Минимальный 10 угол поворота ворошителя, град. -10 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15 Натяжение, м
Рисунок 3.8 Влияние предварительного натяжения упругого элемента на параметры колебательного процесса КЛАПВ в два раза приводит к уменьшению амплитуды минимального перемещения на 45%, а максимального на 25%.
При проектировании КЛАПВ бункера-питателя необходимо учитывать влияние высоты сыпучего материала в бункере на параметры колебаний ворошителей и исходить из того, чтобы КЛАП обеспечивал требуемый режим колебаний, как при максимальной, так и при минимальной высоте сыпучего материала. На рисунке 3.9 представлена зависимость параметров колебаний бункера-питателя от высоты сыпучего материала в нем. Как видно, с увеличением материала в бункере максимальная амплитуда перемещения вторичного элемента уменьшается, а минимальная увеличивается. В результате этого уменьшается размах колебаний ворошителей в бункере. К примеру, размах колебаний ворошителей при высоте материала в бункере 1 метр составляет 65 градусов, а при 6 метрах 35.
На рисунке 3.10 приведена зависимость влияния насыпной плотности сыпучего материала на динамику привода бункера-питателя. Насыпная плотность, представленная здесь, соответствует таким сельскохозяйственным культурам, как пшеница, просо, горох и т.п. При этом коэффициент уплотнения сыпучего материала сі (2,4) принят постоянным на основе того, что для материалов с схожей геометрической формой он имеет одинаковые значения. Из графика видно, что увеличение насыпной плотности в указанном диапазоне приводит к уменьшению размаха колебаний ворошителей. К примеру, при увеличении насыпной плотности с 600 до 850 кг/м3 размах колебаний уменьшился на 5 %.
Методика экспериментальных исследований, анализ полученных результатов
Измерение угла поворота ворошителя-задвижки производилось путем снятия выходного напряжения с линейного резистора марки СПЗ - 4аМ (1кОм), регулировочная ручка которого жестко крепится на осевом валу ворошителя-задвижки (рисунок 4.11).
Измерение производится следующим образом. От стабилизатора напряжения на полное сопротивление резистора подается напряжение 5V, а с выхода резистора снимается напряжение 0.88V, что соответствует закрытому выпускному отверстию бункера-питателя (угол поворота ворошителя равен нулю). При включении установки, ворошители-задвижки приходят во вращательное движение, что приводит к изменению выходного напряжения на резисторе. Данное изменение напряжения через осциллографическую приставку PCS64i заносится в память компьютера. Перевод записанного сигнала напряжения в соответствующее ему изменение угла поворота ворошителя производится аналогично определению фазного тока индуктора ЛАД (параграф 4.3.2). Повороту ворошителя на 90 градусов соответствует напряжение 1,75V на дисплее осциллографа. На рисунках 4.12 и 4.13 представлены соответственно сигнал напряжения поступающий на осциллографическую приставку с резистора и отражающий его действительный угол поворота ворошителя-задвижки в градусах.
В приложении 7 представлены вместе зависимости изменения угла поворота ворошителей и фазного тока ЛАД от времени. Как видно, изменение фазного тока в режиме противовключеїшя существенного влияния на параметры колебаний не оказывает.
Общий вид экспериментальной (лабораторной) установки представлен на рисунке 4.14, а в приложении 8 вид действующего бункера-питателя с ворошителями-задвижками на базе КЛАП,
В соответствии с методиками измерений и методами математической обработки результатов /42, 79, 83/ определим вероятностную погрешность физических измерений, приведенных в п.4.3. Основным показателем, характеризующим точность измерения, является средняя квадратичная ошибка измерения (с).
После исключения грубых и систематических ошибок точность измерения будет определяться только случайными ошибками. Истинное значение некоторой величины при п независимых ее измерениях и полученных значениях yi, у2,. . .уп, находится в границе доверительного интервала (Лпм-Є, ґизм+є), который с заданной вероятностью Р закрывает истинное значение fniM /83/. Приведенные ниже доверительные оценки истинного значения измеряемой величины даются в предположении, что случайные ошибки измерения подчинены нормальному закону распределения вероятностей. Здесь рассматриваются только симметричные доверительные оценки, которые имеют вид следующего неравенства где у - среднее арифметическое значение.
Величина определяется по заданной доверительной вероятности Р. Поскольку средняя квадратичная ошибка с нам заранее неизвестна, то вместо нее используем эмпирический стандарт: При этом доверительная оценка принимает вид s причем множитель t(P;k) зависит и от доверительной вероятности Р, и от числа измерений п, которые связанны с числом степеней свободы (к) соотношением к=п-1. Значения этого множителя определялись по таблицам /83/, которые составлены с помощью так называемого распределения Стьюдента т.е. распределения вероятностей отношения (у -y)4nls.
Рассмотрим на примере измерения угла поворота ворошителя определение вероятностных интервалов и доверительных оценок измерений. Искомые, наиболее вероятные значения измеряемой величины на основе распределения Стьюдента будут находиться в следующем интервале: у Ч{Р;к) у- у ЩР-к) = (4.4)
Зададимся надежностью =0.98, и при числе измерений п=5 (таблица 4.1), находим по таблице /83/ множитель t(0.98;4)=3.747.
На основе этого для разных диапазонов измерения находим соотношения в соответствии с выражениями (4.1-4.4) и заносим их в таблицу 4.1
Полученные зависимости доверительных интервалов (таблица 4.1) показывают, что измеренные значения угла поворота ворошителя не выходят за пределы допустимых значений. Так как выбор надежности доверительной оценки допускает некоторый произвол, то при обработке результатов можно воспользоваться практическим правилом «трех сигм»: - отклонение истинного значения измеряемой величины от среднего арифметического значения результатов измерений не превосходит утроенной средней квадрати ческой ошибки этого среднего значения: (yt y)- 2sl4n .
Поскольку правило «трех сигм» представляет собой доверительную оценку при неизвестной величине ст, то ее надежность существенно зависит от количества измерений п и определяется по таблицам, приведенным /83/, и для нашего случая, при п=5, составляет 0.96, что является вполне допустимым.
Утроенная средняя квадратическая ошибка 3s/Jn по диапазонам измерений Y1,Y2,Y3,Y4 соответственно равна: 0,009; 0,004805; 0,002908; 0,0096. В таблице 4.2 приведено отклонение истинного значения измеряемой величины от среднего арифметического значения результатов измерений, из чего можно сделать вывод, что погрешности измерений не выходят за предел ±4%.
