Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ методов повышения эффективности локальных очистных устройств 9
1.1 Источники загрязнения воздуха рабочей зоны технологического оборудования и механизмы их образования 9
1.2 Оценка уровня загрязнения воздуха рабочей зоны при реализации технологических процессов 24
1.3 Анализ методов снижения загрязнения воздуха рабочей зоны 30
1.4 Влияние эффективности локальных очистных систем на состояние технологического оборудования и комфортность труда. 39
Выводы по главе I 40
ГЛАВА 2. Разработка математических моделей всасывающих систем устройства очистки воздуха рабочей зоны 42
2.1 Многоканальные всасывающие системы 42
2.2 Разработка математической модели всасывающей системы 45
2.3 Разработка математической модели регулируемой всасывающей системы 49
2.4 Разработка математической модели двухканальной регулируемой всасывающей системы 56
Выводы по главе II 64
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования системы очистки воздуха рабочей зоны при регулировании очистной производительности 65
3.1 Методика экспериментальных исследований 65
3.2 Описание экспериментальной установки 67
3.3 Результаты экспериментальных исследований 73
3.4 Анализ результатов экспериментальных исследований 83
Выводы по главе III 93
ГЛАВА 4. Автоматизированное управление производительностью очистных систем 95
4.1 Разработка методик автоматизированного управления очистной производительностью 95
4.2 Методы изменения пропускной способности каналов 99
4.3 Разработка алгоритма автоматизированного управления очистной производительностью 100
4.4 Разработка автоматизированной системы управления очистной производительностью 104
Выводы по главе IV 108
Заключение 109
Список литературы 111
- Оценка уровня загрязнения воздуха рабочей зоны при реализации технологических процессов
- Разработка математической модели всасывающей системы
- Результаты экспериментальных исследований
- Разработка алгоритма автоматизированного управления очистной производительностью
Введение к работе
Актуальность работы. Современные технологические процессы обработки изделий являются важнейшей составляющей экономического потенциала страны. Показатели качества технологических процессов в значительной степени определяют их конкурентоспособность. При этом особое значение имеют характеристики, определяющие влияние этих процессов на окружающую среду и человека.
Процессы шлифования – являются важной составляющей
технологических процессов обработки изделий. С точки зрения воздействия на окружающую среду и человека технологические процессы шлифования характеризуются существенным загрязнением воздуха рабочей зоны. Для снижения уровня этих загрязнений широко применяют локальные очистные системы с одним общим механизмом побуждения движения воздуха, обслуживающим группу станков.
Однако, очистная производительность каждого локального устройства,
выражающаяся в количестве эвакуируемой массы взвесей-примесей за единицу
времени, не учитывает реальные загрязнения воздуха рабочей зоны.
Объясняется это тем, что производительность каждого локального устройства
определяется постоянством производительности механизма побуждения
движения воздуха и постоянством геометрических размеров каналов каждого
очистного устройства. С точки зрения повышения эффективности этих
устройств необходимо обеспечить управление очистной производительностью
каждого локального устройства с учётом реальных загрязнений воздуха
рабочей зоны. Следует отметить, что существенные преимущества повышения
эффективности локальных систем очистки воздуха рабочей зоны могут быть
обеспечены посредством автоматизированного управления их
производительностью.
Поэтому работа, направленная на повышение эффективности локальных
систем очистки воздуха рабочей зоны на примере шлифовального
оборудования посредством автоматизированного управления
производительностью каждого локального очистного устройства с учётом уровня реальных загрязнений, является актуальной.
Степень разработанности темы. В основу исследований по теме диссертации положены труды российских и зарубежных учёных научно-исследовательских и проектных институтов, научно-производственных объединений и организаций, направленных на очистку воздуха рабочей зоны технологического оборудования с целью обеспечения требуемых показателей качества при реализации технологических процессов разных типов и видов.
Основное внимание вопросам очистки воздуха рабочей зоны
технологического оборудования уделяют технологическим операциям
шлифования, правки и профилирования круга. При этом масса отходов существенно зависит от типа обработки (черновая, получистовая, чистовая), режимов резания и характеристик шлифовального круга. Существенные загрязнения воздуха рабочей зоны возникают при технологической операции – профилирование шлифовального круга.
Для снижения уровня загрязнений воздуха рабочей зоны применяют локальные очистные системы различных типов. Характерной особенностью этих систем является то, что они реализуются с постоянной очистной производительностью.
Цель работы - повышение эффективности локальных систем очистки
воздуха рабочей зоны технологического оборудования посредством
автоматизированного управления очистной производительностью с учётом реальных загрязнений.
Согласно поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
-
Проанализировать существующие локальные системы очистки воздуха рабочей зоны технологического оборудования и определить нагрузку на них при разных технологический процессах, в том числе при шлифовании, правке и профилировании шлифовального круга.
-
Разработать модели и алгоритмы функционирования локальных систем очистки воздуха рабочей зоны технологического оборудования, обеспечивающие повышение эффективности очистки воздуха рабочей зоны посредством автоматизированного управления производительностью очистной системы.
-
Обосновать структурные решения разработанных моделей и алгоритмов с точки зрения повышения эффективности очистки воздуха рабочей зоны посредством автоматизированного управления производительностью очистной системы.
-
Экспериментально подтвердить достоверность разработанных моделей, алгоритмов и методик, обеспечивающих повышение эффективности очистки воздуха рабочей зоны посредством автоматизированного управления производительностью очистной системы.
Объект исследований – уровень загрязнения воздуха рабочей зоны технологического оборудования при реализации технологических процессов обработки резания.
Предмет и методы исследования. Предметом исследования является эффективность систем очистки воздуха рабочей зоны технологического оборудования при различных уровнях загрязнения.
Исследования основываются на основных положениях технологии
машиностроения, теории автоматизированного управления и математической
статистики. При экспериментальных исследованиях использовалась
современная измерительная техника и современные системы обработки информации. При обработке результатов экспериментальных исследований
использовались современные информационные технологии – Microsoft Excel, AutoCAD, CorelDRAW и др.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в методиках и схемных решениях их реализации, обеспечивающих изменения очистной производительности локальных систем очистки воздуха рабочей зоны технологического оборудования с учётом реальных загрязнений.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований очистной производительности локальных систем очистки воздуха рабочей зоны.
-
Модели и алгоритмы повышения эффективности локальных очистных систем, обеспечивающие автоматизированное управление очистной производительностью локальных систем очистки воздуха рабочей зоны технологического оборудования.
-
Методики повышения производительности локальных систем очистки воздуха рабочей зоны на основе регулирования пропускной способности каналов.
Научная новизна работы заключается в:
-
Установление качественных и количественных взаимосвязей между требуемой очистной производительностью локальных систем очистки воздуха рабочей зоны технологического оборудования и реальными загрязнениями;
-
Моделях и алгоритмах управления очистной производительностью локальных систем очистки воздуха рабочей зоны технологического оборудования с учётом реальных загрязнений;
-
Методике автоматизированного управления локальными системами очистки воздуха рабочей зоны посредством изменения соотношения площадей пропускающих каналов.
Апробация и реализация работы. Основные результаты работы обсуждались и доказывались на: заседаниях кафедры инженерной экологии и
безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН» (2011-2016
г. г.); V городской выставке «ОХРАНА ТРУДА В МОСКВЕ» (2014 г.); XIV
международной научно-практической конференции «Анализ и
прогнозирования систем управления в промышленности и на транспорте» (2013 г.).
Результаты диссертационной работы использованы на предприятиях ОАО Авиационная корпорация «Рубин» и Богородский филиал АО Научно-производственное объединение «Прибор» при модернизации локальных очистных систем с целью повышения эффективности очистки воздуха на рабочих местах шлифовального оборудования, а также в учебном процессе на кафедре инженерной экологии и безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН» при изучении дисциплин «Инженерно-экологическое обеспечение технологических процессов» и «Автоматизации обеспечения безопасности технологических процессов».
Работа соответствует научной специальности 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» в части пунктов Паспорта специальности: п. 11 «Методы планирования и оптимизации отладки, сопровождения, модификации и эксплуатации задач функциональных и обеспечивающих подсистем АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включающие задачи управления качеством, финансами и персоналом»; п. 18 «Средства и методы проектирования технического, математического, лингвистического и других видов обеспечения АСУ».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 работы в журналах из перечня периодически рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, 4-х глав и заключения, изложена на 122 страницах машинописного текста и содержит 68 рисунков, 21 таблицу. Список литературы включает 103 наименования.
Оценка уровня загрязнения воздуха рабочей зоны при реализации технологических процессов
В случае необходимости шлифования поверхности, образующая которой выполнена в виде кривой или ломаной линии, прибегают к профильному шлифованию специально профилированными для этих целей шлифовальными кругами [23, 33, 52, 62].
Профилирование шлифовальных кругов является полноценной технологической операцией и осуществляется алмазными роликами. Механизм образования взвесей-примесей при профилировании соответствует механизму образования взвесей-примесей при правке алмазным роликом и представлен на рисунке 1.9. Профилировать круга следует с использованием СОЖ, а при снижения режущих свойств осуществлять правку по контуру профиля.
Дробление зёрен и связки при профилировании происходит, благодаря взаимному вращению правящего инструмента и круга. Разрушению зёрен и связки также способствует высокое давление, создаваемое подачей на глубину правки в зоне контакта [51, 57].
Таким образом, как показал анализ технической литературы, технологические процессы шлифования, правки и профилирования шлифовального круга способствуют загрязнению воздуха рабочей зоны, создавая в нём взвеси-примеси. Механизмы образования взвесей-примесей в воздухе рабочей зоны технологического оборудования определяются особенностями технологических процессов, реализуемых при помощи этого технологического оборудования
Оценка уровня загрязнения воздуха рабочей зоны при реализации технологических процессов заключается в определении массы снимаемого с заготовки и стачиваемого с круга припуска за установленное время, включающего в себя абразивные зёрна и их связку - составляющие взвеси-примеси [44, 61].
Таким образом, масса отходов шлифования (тт), попадающих в воздух рабочей зоны, зависит от величин подачи (р - глубина резания), съёма материала за проход (у - поперечная подача), длины обрабатываемой поверхности (1), плотности заготовки (т) и определяется:
Окно ввода параметров шлифования на станке с ЧПУ представлено на рисунке 1.10. Здесь устанавливаются режимы (значения подач и съёмов) для черновых, получистовых и чистовых проходов, каждый из которых способствует возникновению различного количества отходов шлифования. В соответствии с расчетом припусков и межпереходных размеров для черновой, получистовой, чистовой обработок стальной заготовки l = 400 мм (при различных режимах резания) установим значения глубин резания [66], а также при помощи 1.1 определим массы возникающих отходов шлифования mT за каждый проход инструмента.
Значения масс отходов шлифования за каждый проход при черновой, получистовой и чистовой обработке представлены в таблице 1.6.
Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны искусственного абразива (карборунд, корунд), входящего в состав шлифовальных кругов, согласно перечню ПДК для вредных веществ в воздухе рабочей зоны составляет 6,0 мг/м3 и классифицируется как промышленные газообразные отходы, содержащие токсичные компоненты в виде взвешенных частиц пыли и тумана [64]. Их масса mT при правке определяется разностью объёмов шлифовального круга до правки и после, умноженной на удельный вес шлифовального круга и выражается формулой: n-B-(D2-(D-H)2) Піт = 4 Рт (1.2) где Н - величина правки (глубина резания), D, В и т - диаметр, ширина и удельный вес шлифовального круга.
При подстановке в (1.2) значений диаметра D = 172,1 мм, ширины В = 50 мм, удельного веса т = 0,002 г/мм3, величины правки Н = 0,2 мм и поперечной подачи 0,04, согласно примеру на рисунке 1.11, где изображено окно ввода параметров правки шлифовального круга на шлифовальном станке с ЧПУ, определим массу взвесей-примесей, которые загрязняют воздух рабочей зоны при правке алмазно-металлическим карандашом: Т=3,14 50 (172,1 -(172,1"0,02) ).0,002 = 5,4 (г).
Окно ввода параметров для правки круга на станке с ЧПУ На рисунке 1.12 изображены графики зависимости стойкости шлифовальных кругов зернистостью 40 (кривая 1) и 16 (кривая 2) от величины правки [57]. Стойкость круга определяет его коэффициент полезного использования и, следовательно, частоту правки, увеличение которой способствует увеличению уровня загрязнения воздуха за время обработки детали. Рис. 1.12. Зависимость стойкости шлифовальных кругов зернистостью 40 (график 1) и 16 (график 2) от величины правки
Рассмотрим в качестве источника загрязнения воздуха-рабочей зоны технологический процесс профилирование шлифовального круга.
Сравнительно с правкой и шлифованием профилирование сопровождается наибольшим выбросом взвесей-примесей в воздух рабочей зоны, т.к. изменение геометрии профиля круга достигается стачиванием с его поверхности большого количества связанных абразивных зёрен. На рисунку 1.13 представлены профилированные шлифовальные круги, полученные посредством профилирования плоского шлифовального круга [52].
Профилированные шлифовальные круги Чтобы рассчитать массу взвесей-примесей, попадающих в воздух при профилировании, необходимо умножить разность между объёмами круга до и после профилирования на его удельный вес т: mT = (Wdo- WnocJ- рт , (1.3) где \Удо - объём круга до профилирования; \Упосле - объём круга после профилирования. На рисунке 1.14 представлена деталь и профилированный круг для её обротки, а на рисунке 1.15 - окно ввода параметров для профилирования этого круга из плоского на станке с ЧПУ. Согласно рисунке 1.15, в окне ввода указаны данные: диаметр и ширина профилированного круга составляют D = 190,75 мм и В = 50 мм, а его угол наклона 45о с отступом от торца L = 20 мм.
Разработка математической модели всасывающей системы
Установленные зависимости позволяют рассмотреть физические процессы, характеризующие возможность контроля захватываемой массы взвесей-примесей регулируемой очистной системой. Для этого в ней следует регулировать площадь пропускного отверстия S1. На практике необходимые действие предлагается осуществлять при помощи специальной вставки, встроенной в канал вблизи сопла, которая при помощи установленных в неё заслонок способна полностью или частично перекрывать движущийся поток воздушной смеси (рис. 2.6).
Отражение случая регулирования очистной производительности на схеме обеспечивается путём интеграции во всасывающую систему заслонки с отверстием, а для математического моделирования записывается уравнение неразрывности потоков двух сечений, где левая часть уравнения характеризует сечение, проходящее выше места регулирования, а правая - сечение, сделанное по установленной в сопло заслонке. V-S = Vвс-S! A V(S - Sj) , (2.13) где S и Si - площадь сечения канала и площадь пропускающего отверстия в заслонке (живые сечения); V, Vвс и д V - скорость в общей магистрали, скорость всасывания и потери скорости (из-за внезапного сужения). В выражении (2.3) Si и А V определятся умножением S и V на коэффициент каждой заслонки к: S!= k-S ; (2.14) \V = k-V , (2.15) где k=Si/S - коэффициент каждой заслонки. Выбор Si оказывает существенное влияние на Vвс, поэтому для (2.13) введём коэффициент скорости х, при котором Vвс = V-x . (2.16) С коэффициентами к и х (2.13) принимает вид V-S = x-V-hS - k-V(S -hS) ; (2.17) После раскрытия скобок в правой части имеем V-S = x-V-k-S - k-V-S + k2-V-S , где сократится V- S, образуя уравнение с одной неизвестной х: 1 = х-к-к+к\ откуда получим \-к2 + к Х = (z.lo) к Тогда скорость всасывания будет определяться формулой V vlzlll (2.19) к а расход регулируемого канала одноканальной всасывающей системы при разных пропускающих площадях Qi = Vвс-S! . (2.20) В таблице 2.1 представлены значения расхода Q1 одноканальной регулируемой всасывающей очистной системы, полученные при подстановке S1, S, V в (2.13) и (2.20). Таблица 2.1 Расход одноканальной регулируемой всасывающей очистной системы № 1 2 3 4 5 6 7 8 S1, мм2 S, мм2 к X Vвс, мм/с Q1, мм3/с 86,546 1554,496 0,056 18,906 9452,888 818112 268,650 1554,496 0,114 9,687 4843,744 855526,4 268,650 1554,496 0,173 6,613 3306,571 888364,2 452,16 1554,496 0,291 4,147 2073,530 937567,7 660,185 1554,496 0,425 2,930 1464,972 967152,4 961,625 1554,496 0,619 2 998,961 960625,8 1256 1554,496 0,808 1,430 714,838 897837,4 1554,496 1554,496 1 1 500 777248,1 Зная расходы одноканальной регулируемой всасывающей очистной системы при различных Sb можно рассчитать всасываемые массы взвесей-примесей ти при различных Si - для этого необходимо в (2.12) вместо Q подставить Ql из таблицы 2.1: тТ1 = Qrt-ps-CT . Полученные значения массы mTi, а также использованные для её вычисления данные, представлены в таблице 2.2.
На рисунке 2.7 изображён график (построенный с использованием данных из таблиц 2.1 и 2.2), на котором показано, как меняется величина массы всасываемых взвесей-примесей одноканальной регулируемой очистной системой в зависимости от значения величины отверстия, пропускающего поток воздушной смеси.
Зависимость всасываемой массы за 20 секунд от площади отверстия одноканальной системы характеризует производительность очистной системы. Таблица 2.2 Масса, всасываемая одноканальным регулируемым устройством
График имеет область возрастания, где Vвс-Si AV(S SI) и убывания, где Vвс-Si AV(S SI), а максимальное значение достигает в точке А, где Vвс-Si = AV(S SI). С учётом AV, увеличение Si снижает Vвс, при этом очистная производительность на графике увеличиваться до точки А, после которой Vвс(Si, А V) начинает принимать значения, способствующие убыванию кривой. Приведённая модель одноканальной регулируемой всасывающей системы характеризует управление очистной производительностью локального очистного устройства. Лежащие в основе моделирования формулы далее используются при расчётах очистной производительности двухканальной регулируемой всасывающей системы с общим источником всасывания. 2.4 Разработка математической модели двухканальной регулируемой всасывающей системы На рисунках 2.8 а и 2.8 б изображены схемы двухканальной регулируемой очистной системы с общим источником всасывания, которые всасывают взвеси-примеси через пропускающие отверстия в заслонках, устанавливаемых в специальные вставки; вставки встроены в каналы вблизи сопл. Заслонки способны полностью или частично перекрывать движущиеся потоки воздушной смеси. Всосанные взвеси-примеси транспортируются каналами 1 и 2 в места сбора, куда они попадают через общую магистраль.
Создание модели двухканальной регулируемой очистной системы с общим источником всасывания осуществляется с учётом зависимостей, лежащих в основе моделей для одноканальных нерегулируемой и регулируемой локальных очистных систем.
При моделировании процесса очистки воздуха двухканальной регулируемой очистной системой определялся расход каждого из каналов. Это позволило установить функциональную зависимость скорости всасывания воздушной смеси от площади пропускающих отверстий и учесть потери скорости при использовании каждой заслонки.
Всасывание взвесей-примесей двухканальной регулируемой очистной системой происходит одновременно обоими каналами, механизмы регулирования пропускной способности которых меняют очистную производительность.
Результаты экспериментальных исследований
Установка включает в себя вентилятор, построенный на базе пылесоса модели VAX POWA 4000 мощностью всасывания 1200 Вт, два эвакуирующих воздушных канала 1 и 2, электронные весы с точностью 0,001 г модели Shimadzu BL-220H для взвешивания массы взвесей-примесей.
Время работы экспериментальной установки при каждом исследовании определялось секундомером с погрешность 0,01 секунды.
Для регулирования пропускающей способности канала использованы заслонки, механизм установки которых представлен на рисунке 3.5. На этом же рисунке представлен замкнутый объём для размещения взвесей-примесей, представляющий собой чашу с широким основанием, которое предотвращает её всасывание при работе вентилятора. Это обеспечивается посредством того, что основание чаши при работе устройства упирается в изолирующий колпак, который в свою очередь упирается в заслонку. Рис. 3.5. Механизм регулирования пропускной способности
При экспериментальных исследованиях были приняты сочетания отверстий в устанавливаемых заслонках (рис. 3.6), а диаметры отверстий d, соответствующие каждому номеру N, показаны в таблице 3.1.
При проведении экспериментальных исследований в первую очередь выбирают заслонки (рис. 3.7) с отверстием нужного диаметра для каналов 1 и 2: на начальном этапе S1 = 86,546 мм2 - из условия N1 = 1, а выбор S2 = 86,546 мм2 осуществляется исходя из формулы N2 = n + 1, где n – количество сделанных замен S2 (на начальном этапе n = 0). Рис. 3.8. Алгоритм выполнения экспериментальных исследований, где N1 и N2 – номера отверстий S1 и S2; n – количество замен S1; Р – число повторений эксперимента; i – порядковый номер каждого повтора; mi1до и mi2до – массы до всасывания; t – время всасывания; mi1после и mi2после – массы после всасывания Образовавшаяся пара пропускающих отверстий S1 и S2 пятикратно используется при воздействии через неё всасывающим устройством по t = 20 секунд на предмет всасывания (mi1до и mi2до), в качестве которого выбран засыпаемый в чаши и взвешиваемый абразивный порошок (рис. 3.9).
После каждого применения S1 и S2 абразивный порошок вновь взвешивается, фиксируя mi1после и mi2после, и повторно используется для осуществления всех i = 5 процедур.
Если условие i 5 перестаёт выполняется, согласно принятому алгоритму, осуществляется замена S2, исходя из увеличения N2 на n = 1, и порядок действий повторяется, пока N2 8 (при N2 = 8 осуществляется переход далее), так что N2 принимает значения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8, а S2, соответственно, 86,546 мм2, 176,625 мм2, 268,650 мм2, 452,16 мм2, 660,185 мм2, 961,625 мм2, 1256 мм2 и 1554,496 мм2.
Следующим шагом производится замена N1 на 4, а S1 принимает значение 452,16 мм2. Далее происходит обнуление n и все проделанные действия, согласно алгоритму выполнения экспериментальных исследований, проводятся в новых сочетаниях N1 и N2: 4 и 1, 4 и 2, 4 и 3, 4 и 4, 4 и 5, 4 и 6, 4 и 7, 4 и 8.
Завершение алгоритма происходит невыполнением условия N2 8 и выполнением условия N1 = 4.
В результате этих действие для каждой пары S1 и S2 получены 5 пар значений mi1до и mi2до и 5 пар значения mi1после и mi2после, речь об обработке и анализе которых пойдёт в следующем разделе. 3. 3 Результаты экспериментальных исследований
При воздействии всасывающим потоком воздуха на чашу с абразивным порошком, некоторое количество абразива засасывается в сопло. Величина захваченной массы зависит от площади отверстия, пропускающего поток воздушной смеси.
При взвешивании чаши с абразивным порошком до и после воздействия на неё всасывающим потоком воздуха определялись значения масс, состоящих из изменяющейся массы абразивного порошка и постоянной массы используемой чаши. Масса чаши сокращается при вычислении значений захваченных масс за время работы всасывающего устройства.
Таким образом, из множества полученных масс абразивного порошка в чаше до воздействия на них всасывающим потоком воздуха вычитались соответствующие массы, возникшие после воздействия всасывающим потоком воздуха: A mil 2 = miUdo - УПц,2после , (3.1) где АПІ! 2 - всосанная за время t масса абразивного порошка. Средние значения масс захваченного абразивного порошка за пять повторений эксперимента находятся по формуле: ZAmi 1, 2 (3.2) Am i=1 1,2ср P , где Апі1 2ср - среднее значение всосанной за время t массы абразивного порошка; Р - число повторений эксперимента.
Средние значения захваченных масс абразивного порошка, полученных в ходе экспериментальных исследований, соответствуют значениям захваченных масс взвесей-примесей из воздуха рабочей зоны, полученных в ходе теоретических исследований, что подтверждает достоверность разработанных математических моделей. Результаты экспериментальных исследований для эксперимента 1 и эксперимента 2 представлены в таблицах 3.2 и 3.3 в виде значений масс абразивного порошка до и после воздействия всасывающим устройством (щ1,2до и т1,2после), значений масс захваченного абразивного порошка (дтП;2) и средних значений масс захваченного абразивного порошка за пять попыток (дт1,2ср). Буквы а-з таблиц 3.2 и 3.3 соответствуют указанным в таблице 3.1 сочетаниям заслонок с отверстиями согласно методике эксперимента. Значения масс абразивного порошка в таблицах 3.2 и 3.3 в граммах.
Графическая интерпретация результатов экспериментальных исследований для эксперимента 1 и эксперимента 2 представлена на рисунках 3.10, 3.11, 3.12, 3.13 точками на координатной плоскости (дті12; S2) и на рисунках 42 и 43 кривыми зависимости средних значений масс захваченного абразивного порошка за пять поаыток (Р = 5) попыток (лт12ср) от пропускающих площадей налаженные на кривые зависимости захваченных масс взвесей-примесей из воздуха рабочей зоны (mTij2) от пропускающих площадей полученными в ходе теоретических исследований.
Разработка алгоритма автоматизированного управления очистной производительностью
В исходном состоянии заслонки каналов 1 и 2 локальной очистной системы обеспечивают максимальную производительность. При реализации технологических процессов датчики плотности, установленные в каналах каждого локального очистного устройства, фиксируют реальные значения плотностей воздушной смеси S1 и S2 в них. Эта информация поступает в контроллер, в котором она анализируется. В случае, если плотности воздушной смеси в каждом канале одинаковы (S1 = S2), то контролер не формирует управляющих сигнал на необходимость перемещения заслонки. В том случае, если в одном из каналов плотность воздушной смеси превысит плотность воздушной смеси в другом канале (S1 S2), то контроллер формирует управляющий сигнал на перемещение заслонки для перераспределения очистной производительности посредством изменения пропускающей площади сечения канала. В случае S1 S2 управляющий сигнал формируется для перемещения заслонки второго канала. При этом пропускающая площадь сечения канала уменьшается и уменьшается его очистная производительность. За счёт перераспределения при этом воздушных потоков очистная производительность первого канала увеличивается.
Перемещение заслонки будет осуществляться до тех пор, пока плотность воздушной смеси в обоих каналах не уравняется. В случае, если плотность воздушной смеси будет больше во втором канале, то управляющий сигнал на перемещение заслонки поступит на первое локальное очистное устройство.
В качестве исполнительного механизма для управляющих сигналов на перемещение заслонок могут быть использованы привода с электродвигателями разных типов, в том числе асинхронного, шагового и линейного.
Двигатель асинхронного типа позволяет передавать вращение с постоянной скоростью механизму изменения пропускной способности. Величина перекрытия потока воздушной смеси в данном случае определяется временем работы двигателя.
На рисунке 4.9 рассматривается работа асинхронного двигателя (АД) с моментом М и нагрузкой на валу Мнагр, где механизм изменения пропускной способности канала (К) соединяется с валом асинхронного двигателя.
При управлении очистной производительностью с учётом уровня реальных (с переменной интенсивностью) загрязнений воздуха рабочей зоны возникает необходимость в быстрой остановке (торможении) двигателя механизма изменения пропускной способности. Асинхронная машина может сама выполнять функции тормозного устройства, работая в одном из тормозных режимов, среди которых генераторный, динамический и режим с противовключением. При этом механические тормоза асинхронного двигателя используются для удержания механизма изменения пропускной способности в неподвижном состоянии.
В отличии от асинхронного, шаговому двигателю необходимо задать число импульсов для углового перемещение вала. Применение шагового двигателя позволяет механизму перекрытия управлять очистной производительностью с фиксацией своего положения. Ротор шагового двигателя поворачивается исходя из последовательности и частоты импульсов, определяемых выбранной управляющей функции.
Схемы автоматизированного управления очистной производительностью с использованием шагового двигателя (ШД) изображена на рисунке 4.10, где функция управления (Fупр) в виде импульсов напряжения поступает на вход блока 1, преобразующего последовательность импульсов в соответствии с числом фаз шагового двигателя. Блок 2 формирует эти импульсы по длительности и амплитуде, необходимые для нормальной работы коммутатора 3, к выходам которого подключены обмотки шагового двигателя 4. Коммутатор и остальные блоки питаются от источника постоянного тока 5.
Поскольку механизм изменения пропускной способности перекрывает потоки воздушной смеси, осуществляя возвратно-поступательные движения, то, наряду с использованием асинхронного и шагового двигателей, целесообразно использовать двигатель, ротор которого движется линейно.
Изменять пропускную способность каналов локальных очистных систем воздуха рабочей зоны возможно с использованием линейных двигателей различных конструкций. Один из вариантов конструкции линейного двигателя показан на рисунке 4.11, где вторичный элемент (2) – полоса соединен с механизмом изменения пропускной способности (4). От воздействия на полосу электромагнитного поля статора (3) она способна перемещаться вдоль направляющих (1). Данное расположение составляющих линейных двигателей способствует компоновки с механизмом регулирования очистной производительности всасывающего сопла очистной системы.
Асинхронный, шаговый и линейный типы двигателей позволяют осуществлять автоматизированное управление очистной производительностью, что позволяет достичь производственных преимуществ в условиях переменных нагрузок на каждый канал и на очистную систему в целом, т. е. в условиях реальных загрязнений. Автоматизированное управление очистной производительностью позволяет повысить эффективность очистных систем, обслуживающих рабочие зоны шлифовальных станков, до 25-30%. В основе автоматизированного управления очистной системой лежит математическая модель определяющая производительность при различных нагрузках.