Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1 Тенденции развития электроприводов колебательного движения сельскохозяйственного назначения 9
1.2 Описание технологий работы установок колебательного перемещения сельскохозяйственного назначения 12
1.2.1 Установка для мойки деталей и узлов машин 14
1.2.2 Зерноочистительная машина 15
1.3 Математические модели электромеханических систем колебательного перемещения 18
1.3.1 Модель обобщенной электрической машины колебательного движения 19
1.3.2 Образование качающегося магнитного поля в электродвигателе колебательного движения 21
1.4 Обоснование возможности использования электромашинного привода колебательного перемещения сельскохозяйственного назначения без механического преобразователя 23
1.5 Цели и задачи исследования 27
2 Разработка систем колебательного перемещения сельскохозяйственного назначения на примере зерноочистительной машины и мойки 29
2.1 Зерноочистительная машина с однофазным асинхронным двигателем... 29
2.2 Установка для мойки деталей и узлов машин с рамой и преобразователем частоты ... 3 7
2.3 Установки для мойки деталей и узлов машин различных конструкций 43
2.4 Выводы по главе: 47
3 Разработка метода выбора электродвигателя для привода колебательного перемещения сельскохозяйственных установок 49
3.1 Особенности выбора электродвигателя для зерноочистительной машины 49
3.1.1 Определение зависимости угла поворота поддона от угла поворота решета 49
3.1.2 Определение скорости механизма 53
3.1.3 Определение момента двигателя 54
3.1.4 Определение потерь в двигателе 57
3.2 Особенности выбора электродвигателя для установки мойки деталей и узлов машин с приводом колебательного перемещения 63
3.2.1 .Определение угла отклонения платформы 63
3.2.2.0пределение скорости механизма 64
3.2.3. Определение момента двигателя 65
3.2.4. Определение потерь в двигателе 68
3.3 Выводы 69
4 Математическое моделирование технологического процесса установок колебательного перемещения сельскохозяйственного назначения 70
4.1 Моделирование системы очистки зерна 70
4.2 Модель установки для мойки деталей и узлов машин 78
4.3 Учет электромагнитных переходных процессов 81
4.4 Синтез оптимальной структуры управления 90
4.5 Выводы 96
5 Разработка принципиальной схемы силовой части и адаптивной системы управления зерноочистительной машины 97
5.1 Система управления для привода с преобразователем частоты 97
5.2 Система управления для релейного привода 107
5.3 Выводы ; ПО
6 Эксперементальное исследование и оценка экономической эффективности 111
6.1 Экспериментальное исследование работы асинхронного двигателя в колебательном режиме 111
6.2 Формирование процесса пуска асинхронного двигателя, работающего в "синусном" режиме 116
6.3 Оценка экономической эффективности применения в зерноочистительной машине асинхронного двигателя без кривошипно-шатунного механизма с преобразователем частоты.
120
6.3.1 Сравнительная экономическая оценка при серийном производстве ЗМ при различных вариантах привода 120
6.3.2 Расчет экономической эффективности применения зерноочистительных машин с различными вариантами привода 122
6.4 Выводы 127
Заключение 128
Литература
- Описание технологий работы установок колебательного перемещения сельскохозяйственного назначения
- Установка для мойки деталей и узлов машин с рамой и преобразователем частоты
- Определение скорости механизма
- Учет электромагнитных переходных процессов
Введение к работе
Актуальность темы. Разработка электроприводов для сельского хозяйства остается важной и актуальной задачей. При этом необходимо учитывать маломощность сетей, подводящих электрическую энергию к установкам, наличие энергоемких технологий, нерегулярность профилактического обслуживания установок высококвалифицированным персоналом. Ремонтопригодность новых образцов техники должна позволять в полевых условиях устранять их неисправности и отказы. В тоже время, электропривод обязан отвечать всем требованиям по реализации технологического цикла работы установки.
Во многих отраслях сельского хозяйства используются устройства, рабочий орган которых совершает возвратно-поступательное, возвратно-вращательное или иное колебательное движение. Наиболее распространенным приводом инструмента, совершающего колебательное движение, является электропривод вращательного или поступательного движения, использующий для получения колебаний различного рода механические преобразователи. Большая металлоемкость, потери энергии, сложность регулирования и интеграции с рабочим инструментом заставляют искать пути получения колебательного движения без механических преобразователей.
Решением вопроса получения колебательного движения без кривошипно -шатунного механизма является построение управляемого электромашинного безредукторного привода на основе обычных электродвигателей вращательного и поступательного движения, работающих в колебательном режиме.
Для разработки приводов и систем управления, в качестве примера, были выбраны два технологических процесса: зерноочистка и мойка деталей и узлов машин. Технология зерноочистки заключается в разделении зерна на фракции по размеру зерен. Образуются фракции прохода и схода. По результатам работы зерноочистительной машины определяются сортность, загрязненность зерновой смеси, оцениваются его потребительские свойства. Установки для мойки деталей и узлов машин также необходимы для эффективного ведения хозяйства на земле.
Восстановление изношенных деталей позволяет иногда многократно использовать исчерпавшие ресурс детали и сборочные единицы. Износы поверхностей или другие дефекты, возникшие в процессе эксплуатации машин, могут быть устранены при восстановлении. Это значительно сокращает расход новых запасных частей, обеспечивает значительную экономию денежных средств и труда, способствует охране окружающей среды в связи с исключением этапов производства детали. [1]
Анализ технологического оборудования перерабатывающих отраслей показывает, что более 70% быстроизнашивающихся деталей поддаются восстановлению. Себестоимость восстановления обычно составляет 20-70% цены новых деталей, а ресурс восстановленных деталей выше благодаря использованию эффективных способов восстановления и улучшенным свойствам упрочненных поверхностей.
Таким образом совершенствование этих двух технологий, разработка для них более эффективных приводов является актуальной задачей. Цель работы:
Разработка установок сельскохозяйственного назначения с асинхронным приводом колебательного перемещения с использованием трехфазного асинхронного двигателя и преобразователя частоты и однофазного асинхронного двигателя без фазосдвигающих элементов.
Оптимизация кинематических схем и систем электропривода сельскохозяйственного назначения на примере разработанных установок.
Моделирование технологических процессов для доказательства работоспособности систем электропривода с предложенной структурой.
Получение оптимальной структуры системы управления колебательного перемещения.
Синтез системы управления колебательного перемещения.
Анализ результатов математического моделирования и экспериментального исследования.
Для достижения указанных целей в работе решаются следующие задачи исследования:
Выбор технологий сельскохозяйственных механизмов с циклическим характером нагрузки.
Разработка установок сельскохозяйственного назначения с асинхронным приводом колебательного перемещения.
Выбор электродвигателя и силового оборудования сельскохозяйственного назначения,
Выработка целевых функций оптимизации структур систем управления зерноочистки и мойки.
Создание математических моделей с учетом особенностей кинематических схем.
Учет электромагнитных переходных процессов при моделировании сельскохозяйственных механизмов с асинхронным приводом колебательного перемещения.
Разработка алгоритма и составление программного обеспечения для микроконтроллера.
8. Создание систем управления для получения колебательного перемещения. Методы исследования в диссертации следующие:
Теория планирования эксперимента, дисперсионный и регрессионный анализ.
Структурное моделирование с использованием проблемно-ориентированных математических пакетов.
Оптимальный синтез систем электропривода по результатам применения теории планирования
Экспериментальные исследования
Научная новизна. Научная новизна заключаются в следующем:
Разработка конструкции и системы управления колебательного перемещения для зерноочистительной машины и мойки, новизна которых подтверждена тремя патентами и двумя полезными моделями,
Произведена оптимизация кинематических схем зерноочистительной машины и установки для мойки деталей и узлов машин.
Составлены модели установок с учетом ударов в механической части, электромагнитных процессов.
Доказана эффективность зерноочистки предложенного механизма.
Составлены модели несимметричных по статору режимов работы приводного двигателя для механизмов зерноочистки и мойки.
Найден косвенный показатель эффективности зерноочистки.
Предложены методики выбора асинхронного двигателя для зерноочистительной машины с использованием закона сохранения энергии.
8. Составлены принципиальные схемы с использованием современной элементной базы РІС контроллеров, IGBT модулей силовой части.
Практическая ценность работы заключается в следующем: для данной работы были взяты механизмы широко применяемые в сельском хозяйстве. В результате проделанной работы была упрощена их техническая реализация, что сделало их ремонтопригодными в полевых условиях. Для установок предложены более эффективные устройства, внедренные в ОАО «САОМИ». Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 2003), на научно-технической конференции студентов и аспирантов (Смоленск, 2003), на 4-й Международной научно-технической конференции (ГНУ ВИЭСХ). Доклады были отмечены дипломами второй и третьей степени.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ: 7 статей 5 патента РФ, и 1 рекпамно-техническом описании. На защиту выносятся следующие положения: разработка новых устройств сельскохозяйственного назначения с асинхронным приводом колебательного перемещения; обоснование возможности использования асинхронного однофазного двигателя колебательного перемещения и трехфазного асинхронного двигателя с преобразователем частоты в приводе зерноочистительной машины и установки для мойки деталей и узлом машин; математическое моделирование технологий с их подробным описанием, позволяющие учитывать удары в кинематике и электромагнитные переходные процессы, подтверждающие работоспособность механизмов; поиск косвенного показателя эффективности зерноочистки посредствам метода планирования эксперимента и построение поверхности откликов; - синтез системы управления для зерноочистительной машины. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы.
Автор выражает глубокую признательность кл\н. доц. В.В. Льготчикову за научную консультацию по вопросам построения систем управления.
Описание технологий работы установок колебательного перемещения сельскохозяйственного назначения
Рассмотрим мойку с погружением ремонтируемых объектов в ванну (рисЛ Л). Это наиболее простой способ очистки загрязненных деталей и узлов. Он основан на отмочке и растворении частиц, загрязняющих поверхность.
На качество мойки влияют состав моющих композиций, температура степень возмущения раствора. Рассматриваемый способ мойки можно применить с органическими растворителями, в их смесях с эмульгаторами и в щелочных растворах [51,52,53,54,55].
Моющая способность различных жидкостей проявляется тем больше, чем интенсивнее механическое воздействие на загрязнение.
Упругие колебания, как моющей жидкости, так и промываемых объектов создают условия для более тесного контакта раствора с загрязнением, способствуют отрыву частиц загрязнения под действием тангенциальных сил, возникающих при относительном перемещении детали и жидкости.
Для мойки деталей и узлов применяют ванны с колеблющейся платформой. Внутри ванны 1 (рис I) на двух цапфах 9 подвешена колеблющаяся платформа 2, представляющая собой сварную решетку с перфорированным дном. К торцу платформы приварено ушко 3, к которому шарнирно присоединена тяга 8. Другим концом тяга прикреплена к кривошипу 7, установленному в подшипниках 6.
Типы зерноочистительных машин. Для очистки и сортирования зерна и семян применяют безрешетные, воздушно-решетные, комбинированные и специальные машины, которые бывают стационарные и передвижные. Первые используют в поточных линиях агрегатов и комплексов, вторые - на открытых токах и складах. По назначению различают машины предварительной, первичной и вторичной очисток. Первую группу машин используют для очистки зерна, поступившего от комбайна, перед сушкой или закладкой на временное хранение. Машинами первичной очистки обрабатывают зерно после сушки. Окончательно очищают и сортируют зерно на машинах вторичной очистки [56,57,58,59,60]. Рассмотрим несколько вариантов конструкций зерноочистительных машин.
Безрешетная зерноочистительная машина Стационарная машина МПО-50 предназначена для предварительной очистки зернового вороха, поступающего от комбайнов, от крупных и мелких сорных примесей [61,62,63,64,70].
Машина включает в себя приемную камеру и пневмоаспирационную систему. В камере установлены сетчатый транспортер (рисЛ .2.), встряхиватель 2 и распределительный шнек 4. Замкнутая пневмосепарирующая система состоит из диаметрального вентилятора 5, нагнетательного 9 и всасывающего 10 канал отстойной камеры 7, дроссельной заслонки 6 и шнека 8.
Зерновой ворох загружают в шнек 4, который равномерным слоем распределяет его по ширине машины. По скатному листу ворох поступает на сетку транспортера 3. Зерно, легкие и мелкие примеси просыпаются через отверстия в сетке, а крупные примеси (солома, листья, колоски и др.) выводятся транспортером из машины. Встряхиватель, воздействующий на верхнюю ветвь транспортера, способствует расслоению вороха и проходу зерна. Зерновой ворох двумя потоками ссыпается во всасывают канал 10 пневмосистемы и взаимодействует с воздушным потоком, который уносит легкие примеси в отстойную камеру. Далее примеси попадают в шнек 8 и выводятся из машины. Зерно самотеком ссыпается в приемник и поступает на последующую обработку.
Режим работы пневмосепарационной системы регулируют, изменяя частоту вращения вентилятора и положение дроссельной заслонки. Производительность машины 50 т/ч. Ее устанавливают в точных линиях агрегатов и комплексов.
Передвижной очиститель вороха ОВС-25 (рис. 1.3) предназначенный для предварительной очистки зернового вороха на открытых токах и площадках, включает в себя загрузочный транспортер, приемную камеру, воздушные каналы, решетный станы, отгрузочный транспортер[71,72,73,74].
Рама машины опирается на три колеса, ось переднего закреплена на поворачиваемой вилке. Машина снабжена механизмом самопередвижения, она может перемещаться со скоростью 0,1...0,3 м/мин и переезжать по току со скоростью 2,7...6,1 м/ми. Очиститель ОВС-25 оснащен тремя электродвигателями, суммарная мощность которых 9,6 кВт. Загрузочный транспортер составлен из наклонного скребкового транспортера и двух шарнирно соединенных с ним скребковых питателей, которые могут копировать поверхность тока.
Загрузочный транспортер подает зерно в приемную камеру, а шнек 2 распределяет его равномерно. Кожух шнека снабжен регулируемым лотком — зерносливом, по которому ссыпается лишнее зерно.
Приемная камера делит зерно на две равные части, которые поступают на решетные станы. В нижней части камеры смонтированы ребристые питающие валики 3, подающие зерно в воздушные каналы 4. Под каждым валиком расположен регулировочный клапан.
Воздушные каналы 4 предназначены для очистки зерна от легких примесей. Каналы соединены с вентилятором корпусом из листовой стали с окном, закрываемым передвижной заслонкой, при помощи которой регулируют скорость воздушного потока в каналах. Воздушный поток уносит легкие примеси в отстойную камеру 13, где часть примесей осаждается, а наиболее легкие поступают в пневмотранспортер 10.
Решетные станы 9 (верхний) и 8 (нижний) работают параллельно.
В решетный стан вставлены рамки с решетами Б1, Б2, В и Г (рис. 1.З.). Станы приводятся в колебательное движение. Для уравновешивания инерционных сил станы движутся в противоположном направлении. К машине приложен комплект решет с продолговатыми отверстиями шириной 1,5...5,0 мм и с круглыми диаметром 3,6...10 мм. Фракции зерна, получаемые в результате работы станов, сходят по скатным доскам 5 и лоткам. Снизу к решетам прилегают щетки, которые, двигаясь возвратно-поступательно, выталкивают зерна, застрявшие в отверстиях решет.
Зерно, очищенное от легких примесей, поступает из воздушных каналов 4 на решето Б1, каждого решетного стана. Мелкие примеси и часть зерна, пройдя сквозь решето Б1, падают на решето, крупные примеси и оставшееся зерно сходят на решето Б2, Таким образом, решето Б1 делит зерно на две фракции.
Решета В и Г, работающие последовательно, выделяют мелкие тяжелые примеси, которые по нижней скатной доске 6 ссыпаются в горловину выгрузного шнека 7
Крупные примеси сходят с решета Б2. Зерно, прошедшее сквозь решето Б2 по верхней скатной доске 5, ссыпается в приемник, в этот же приемник поступает и сход с решета Г. Отгрузочный транспортер, в нижнюю головку которого зерно ссыпается из приемника, подает его в кузов автомашины или в бурт. Пневмотранспортер 10 сбрасывает отходы в бурт отходов.
Рабочую скорость машины подбирают так, чтобы при полной загрузке решетных станов через 5... 10 мин работы в питательной камере образовались излишки зерна. Затем машину останавливают. После схода излишков снова включают механизм самопередвижения.
Установка для мойки деталей и узлов машин с рамой и преобразователем частоты
Синусоидальный характер изменения момента трехфазного асинхронного двигателя объясняется тем, что одна из статорных его обмоток подключена непосредственно к сети, а две другие, включенные последовательно, соединяются с однофазным преобразователем частоты, напряжение на выходе которого имеет частоту, отличную от частоты сети. При данном способе включения асинхронного электродвигателя происходит непрерывное изменение сдвига фаз между двумя напряжениями питания, обуславливаемое различными величинами периодов питающих напряжений. Поле в рабочем зазоре при этом меняется от кругового до пульсирующего с изменением чередования фаз, что приводит к появлению периодически меняющегося электромагнитного момента двигателя. Частота изменения момента определяется абсолютной разностью частот питающих напряжений. Приведенные к валу моменты от равнодействующей выталкивающих сил и вязкого трения придают процессу колебаний платформы устойчивость и симметрию относительно вертикали OY. Момент от равнодействующей выталкивающих сил, действующих на контейнеры, пропорционален угловому перемещению платформы 1, что обеспечивается конструкцией установки, а также Я тем, что при загрузке деталей и узлов в контейнеры проводится сортировка с целью обеспечения для контейнеров примерно равного общего и удельного веса деталей и узлов, загруженных в каждый из них. В этом случае платформа первоначально будет располагаться горизонтально и ее колебания будут происходить симметрично относительно вертикали OY. Момент вязкого трения имеет место благодаря наличию моющего раствора в ванне.
После затухания свободных составляющих, определяемых начальными условиями движения платформы (первые два слагаемых в (2.2.2)), она устойчиво колеблется около среднего положения при ф = 0, что соответствует положению вертикали OY, с фиксированной амплитудой и фазой. По соотношению (2.2.2) выбираются параметры управления (амплитуда момента М и частота его изменения (ои), позволяющие полностью использовать пространство ванны, заполненное моющим раствором.
Загрязненные детали собраны в контейнеры для получения большего значения приведенного момента от равнодействующей выталкивающих сил (увеличивается ki). При этом колебания платформы при равномерной загрузке контейнеров стабильны и симметричны относительно вертикали OY. При значительном коэффициенте кг, определяющим величину момента ВЯЗКОГО трения, показатели степени двух первых слагаемых в (2) равны действительным значениям, а значит установка не имеет собственных частот колебаний, что делает процесс мойки устойчивым.
Таким образом, наличие трехфазного асинхронного двигателя и однофазного преобразователя частоты, специальным образом организованное управление ими по закону (2.2.2) и особенности конструкции установки позволяют полностью реализовать функции кривошипно-шатунного механизма и исключить его из кинематической схемы. Благодаря включению контейнеров в конструкцию установки процесс мойки становиться стабильным. Наличие однофазного частотного преобразователя дает возможность регулирования частоты колебания платформы и получения таких значений частот этих колебаний, при которых достигается наилучшая очистка деталей и узлов машин с использованием всего пространства ванны, заполненного моющим раствором.
Отсутствие приведенного момента от равнодействующей выталкивающих сил делает закон движения платформы несимметричным относительно вертикали OY: -- -- (2.2.3) p(t) = C\-B-e т +Cl-De r -А\9 -sm(a), + y/ + Cl где СІ и С2 - коэффициенты, которые находятся из начальных условий; Т = -— постоянная времени; В = —:—2-Ц ;D = —=— коэффициенты уравнения; k22+o)2rJ2 k2-(kl+tf -J2) Je А\р = ——r = = - амплитуда колебаний платформы; О}) -д/їУ; J2 +к\ W\ = агсщ Кл щ -J j сдвиг по фазе колебаний платформы относительно колебаний момента двигателя.
Наличие коэффициента С2, определяемого из начальных условий, указывает на то, что колебания происходят в этом случае около положения случайным образом определенного и не связанного с направлением вертикали OY. Если платформа до пуска установки была зафиксирована в горизонтальном положении, то и тогда в процессе работы, за счет случайных факторов, изменяющих нагрузку на валу двигателя при движении его в одну, а затем в другую сторону, положение (угол поворота) при котором происходит смена направления скорости будет произвольно и непредсказуемо смещаться. Это приведет к ударам платформы об элементы конструкции. При этом процесс мойки с законом движения платформы (2.2.3) не обладает свойством «самовыравнивания», которое было присуще закону движения (2.2.2). Таким образом, наличие контейнеров, увеличивающих долю приведенного момента от равнодействующей сил выталкивания, необходимо. Отсутствие момента вязкого трения приводит к неустойчивому движению платформы по закону: При отсутствии вязкого трения, как следует из (4), к вынужденным колебаниям, которым соответствует третье слагаемое в (4), добавляются колебания на собственной частоте установки (первые два слагаемых в (2.2.4)). Причем эти дополнительные колебания носят незатухающий характер и нарушают технологический процесс. Так как моющий раствор обладает значительной вязкостью, то процесс изменения угла поворота вала и платформы по закону, описанному соотношением (2.2.4), невозможен.
Итак, процесс мойки деталей и узлов машин в установке предлагаемой конструкции устойчив. Характер движения платформы полностью соответствует технологии. Применение трехфазного асинхронного двигателя и однофазного частотного преобразователя для приведения установки в движение упрощает кинематическую схему и повышает ее надежность, происходит улучшение энергетических показателей работы установки.
Определение скорости механизма
В инженерной деятельности задача правильного определения требуемой мощности электропривода и выбора двигателей, обладающих достаточной мощностью и перегрузочной способностью, имеет исключительно важное практическое значение.
В этом разделе приведем расчет нагрузочной диаграммы и тахограммы механизма по которым осуществим предварительный выбор двигателя. Данный механизм относится к числу механизмов циклического действия. Его характерной особенностью является реверс [23]. диаграммы и тахограммы движения механизма. Для построения тахограм мы требуется определить зависимость угла поворота поддона от угла поворота решета, тогда появится возможность приведения маховых масс и моментов к валу двигателя. Сложность в том, что движение поддона и решета согласуются механизмом уравновешивания сил инерции и преобразования амплитуды - это рычаг АВ с осью М на рис.3.1. Рычаг имеет прорези, в которых перемещаются штыри А и В закрепленные на поддоне и решете. Рассмотрим треугольник (рис. 3.1):
Рычаг, соединяющий поддон и решето зерноочистительной машины Для нахождения зависимости угла поворота поддона от угла поворота решета была составлена система из трех уравнений (2.1) с использованием теоремы косинусов [30]: fil2 ftlA fil6 _r2 + M2-Ll2 fi22 fi24 fi26 R2 + M2-L22 2 + 4! 6! 2rM 2 + 4! 6! 2RM ! _ (fil-№)% + W -№)4 ifil -fi2f _ r2 + R2-(LI + L2)2 4! б! 2Rr У (3.1) где r-радиус решета; R-радиус поддона; Данная система уравнений была решена с помощью пакета Maple 8 с применением функции solve.B результате решения получим функцию зависимости fl( от fi2 (fil угол поворота решета, й2-угол поворота поддона). Было получено численное решение. Общее аналитическое решение система (3.1) не имеет.
После подстановок в эту функцию ряда значений fil от —0.7 радиан до 0.7 радиан с шагом 0.05, получим график зависимости fil от Й2: График зависимости угла поворота решета от угла поворота поддона.
Штриховкой выделим рабочую зону изменения углов элементов машины, которая составляет от -0.35 до 0.35 радиан для решета и От 0.122 до -0.122 -для поддона. При составлении системы уравнений (3.1), функция косинуса была заменена рядом Тейлора, содержащего четыре члена ряда. Данное количество членов ряда Тейлора было выбрано из соображений повышения точности расчета, что можно проиллюстрировать при помощи графиков (см. приложение). Используя полином Лагранжа [30], у=Ел (х, - ,).( ,-. „) (3.2) аппроксимируем данную функцию (3.2). Для аппроксимации выберем пять точек из рабочей зоны зависимости fi]=fi(n2). В результате аппроксимации получим зависимость : fil = -0.2000000000 10"5/?24- 83.49092259 fi23 +0.2262800000 IO 7fi22 (3.3) - 1.626173568 fi2 Затем построим полученный полином Лагранжа на рис.3.3: график зависимости угла поворота решета от угла поворота поддона, полученный как численное решение. 2 -полином Лагранжа, предсказывающий поворот поддона по углу поворота решета. Из графика видно, что на рабочем участке график 1 совпадает с графиком 2. Из этого следует, адекватность полинома.
Исходя из технологии зададим скорость двигателя. Для построения нагрузочной диаграммы механизма необходимо определить моменты сопротивления и инерционные массы [23]. Исходя из кинематики, угловая частота качаний механизма: где г -радиус; g-ускорение свободного падения. (0=2.5 (рад/сек). Требуется произвести предварительный выбор двигателя. 1. Нужно построить зависимость угла поворота решета и поддона от времени, используя найденный ранее полином Лагранжа:
Определим скорость механизма, продифференцировав угол решета, зная максимальное отклонение маятника от вертикали, к которому приведены все качающиеся массы: а (0 = dfi\ Ы (3.4) ом = 0.875cos(2.50
В использовании соотношения (3.4) для выбора номинальной скорости двигателя находит отражение тот факт, что электропривод должен работать согласованно (в резонанс) с собственной частотой установки. Как показали расчеты именно в этом случае установленная мощность привода минимальна. После построения получим зависимость скорости механизма от времени:
Учет электромагнитных переходных процессов
При моделирование процессов в зерноочистительной машине преследовалась цель доказать, что при ударах поддона возникают условия для продолжения движения. Было учтено два вида ударов: наличие ударов о элементы конструкции, необходимые по технологии при сепарации зерновой смеси и удары фракции зерна о кромки решета. В модели зерно представлено сосредоточенной массой с конечными линейными размерами, перемещающееся в пределах решета. В результате моделирования был проведен анализ изменения пространственного положения решета, зерна и поддона за цикл работы. Была составлена модель привода зерноочистительной машины с учетом и без учета ударов. Без учета удара зерна и поддона система имеет вид:
В первом уравнении при «3 момент трения направлен против движения, а при л», мъ момент трения направлен по движению. Эта ситуация возможна после удара, а зерно продолжает по инерции двигаться в прежнюю сторону.
В третьем уравнении функция знака в первом слагаемом отражает факт изменения знака реактивного момента в зависимости от знака относительной скорости (зерна относительно решета). Если скорость й , а г, то сила трения влечет за собой зерно, обеспечивая положительное ускорение.
Описание подсистемы, обслуживающей удар в зерноочистительной машине(рис.4.1, 4.2). Назначение подсистемы —мгновенно изменять начальные условия на интеграторах, решающих основные уравнения в соответствии с соотношениями (гл.З)
Условно бледно красным (гамма блока Step) выделена «служба времени» (рис.4.2). Основное ее назначение - временная организация начальных условий и пуска привода в первый момент. Алгоритм должен быть такой: сначала выставляются начальные углы поворота решета, поддона и зерна, что соответствует и технологии, а затем подключается двигатель. Строб на подключение двигателя (strobpuska) получен на выходе 9 субсистемы. Блоки StepO-З формируют последовательность логических единиц с задержками на шаг расчета. Появление каждой из логических единиц на выходах этих блоков соответствует событиям: установка начальных значений углов; прохождение строба на интеграторы углов, записывающие начальные условия; формирование разрешающего строба на запуск двигателя и электропривода. Логические блоки ИЛИ 13,14 необходимы для учета строба в общей линии.
Элементы И 10, 11 совместно с НЕТ 12 использованы для сброса сигналов после выполнения задачи формирования н.у. Реле 12 подает аналоговый сигнал уровня н.у. в момент пуска. Рассчитываются эти начальные условия на блоке произведения 4, где учтено передаточное отношение механизма выравнивания колебаний, по формуле: т =(п _ Ъл. (4.3) где і = -— - передаточное отношения, которое выбирается по текущим значениям углов из системы в соответствии с полиномом Лагранжа. По (1) поворот зерна, решета и поддона — предельно возможный.
Желтым цветом (гамма вх. блока fpod 1) выделены блоки проверки условия наличия удара поддона о раму. Здесь предельный угол поворота поддона сравнивается с текущим углом.
Голубым цветом (гамма вх. блока firech 4) обозначены блоки, формирующие логические условия наличия удара в системе «решето - зерно». Эти логические условия для поддона и «зерна - решета» имеют вид: (АЛЛ где рш - задают половину угловой ширины субъектов удара (индексы 1, 2, 3 соответствуют решету, поддону и зерну по порядку). Зеленым цветом (гамма вх. блока tzalip 2) выделены блоки, гарантирующие систему от «залипання» в крайних положениях. Так как начальные значения в интеграторах формируются по фронту стробирующего сигнала, то «зеленые» цепи, совместно с внешним генератором, инициируют эти фронты через элементы И 2, 3 с высокой частотой, тем самым гарантируя систему от «залипаний» и «условных разрушений», когда в модели углы положения отдельных элементов в силу пошагового расчета могли бы выйти за пределы, очерченные конструкцией. Система находится таким образом в режиме «звонка» по проверке условий возникновения «ударных» ситуаций. Это оказывается, в частности, важным и в таком режиме, как одновременное совершение двух ударов различных частей машины. При этом из-за разных коэффициентов восстановления одна система должна как бы «подталкивать» другую впереди себя (возможны и другие ситуации).
Далее подключены логические блоки, выделяющие типы ударов по их влиянию на начальные значения углов и скоростей. Одним цветом выделены блоки с одинаковым функциональным назначением. С помощью ИЛИ 4 при любом из ударов генерируются стробы по заданию н.у. углов и скоростей для решета, а значит и поддона (они кинематически жестко связаны). Элемент И 5 выбирает вариант наличия сразу двух ударов при этом инициализируется «одноцветный» блок подсистемы ударов и поддона и зерна, который через соответствующие релейные элементы 2, 7 и 4, 9 формирует н.у. по скорости и углу решета и зерна соответственно. Именно в этих редких случаях наличия одновременных ударов возможен эффект «подталкивания» одной системы (с большим коэффициентом восстановления) другую (с меньшим коэффициентом восстановления). Здесь следует обратить внимание на подсистему типа удара (typekick). При одновременном ударе возможны случаи: зерно бьется о решето, двигаясь в сторону его движения и тогда можно рассматривать удар, как в целом удар всех подвижных элементов о раму; зерно бьется о решето в противоположную его движению.
