Введение к работе
Актуальность работы, В современной промышленности широко используется сжатый воздух, который участвует в технологических процессах, выполняет механическую работу, используется для получения, передачи и обработки информации, в том числе и для осуществления функций управления и т.д. Для производства сжатого воздуха обычно используются компрессоры объемного действия (поршневые, мембранные, роторные). Мембранные компрессоры применяют в тех случаях, когда предъявляются особо жесткие требования к чистоте сжимаемого газа (не допускается присутствие паров смазочного масла, воды, пыли и т. д.). Кроме того, полная герметичность полости сжатия мембранных компрессоров позволяет применять их для сжатия и перекачки таких газов, как кислород, окись азота, фтор, хлор и других.
Вопросам конструирования, расчета и эксплуатации мембранных компрессоров сегодня уделяется большое внимание. В то же время анализ показывает, что этот интересный тип компрессоров пока не получил широкого распространения, так как изучен недостаточно. Перспективным направлением в области создания новых конструкций компрессоров является разработка приводов, в основу которых положен вибрационный принцип работы (электродинамических, электромагнитных). Однако широкое распространение таких приводов ограничивается из-за того, что движение исполнительного органа у них не является кинематически заданным, а определяется динамическими свойствами всей электромеханической системы. Резервом повышения функциональных возможностей электромагнитных приводов является оснащение таких устройств системой автоматического управления (САУ). Задача создания методики расчета устройств с электромагнитным виброприводом и САУ является актуальным направлением при совершенствовании конструкций машин.
Объектом исследования данной работы являются динамические процессы, протекающие в сложной электромеханической системе, в которую входят электромагнитный привод с САУ, передаточное устройство и рабочий орган, испытывающий воздействие технологической нагрузки.
Цель работы. Целью настоящей работы является повышение эффективности работы мембранного компрессора с электромагнитным приводом за счет разработки уточненной методики расчета, основанной на комплексном анализе сложной электромеханической системы, включающей в себя электромагнитный вибровозбудитель с САУ, трансмиссию, рабочий орган и технологическую нагрузку.
Для достижения заданной цели в настоящей работе решаются следующие задачи:
разработка расчетной схемы мембранного компрессора, учитывающей особенности сложной конструкции и наличие САУ;
разработка дифференциальна уравнений для,знддича ловчкния гибкого рабочего органа и проведения численно го эксяврйМЙАЙ'с'щЦью получе-
3 snSSfM
ния уточненных данных о распределении действительных напряжений, действующих в мембранном полотне устройства;
разработка математической модели мембранного компрессора с электромагнитным приводом в виде системы дифференциальных уравнений, учитывающих сложное взаимовлияние элементов электромеханической системы;
проведение натурного эксперимента для исследования особенностей динамики рассматриваемой конструкции компрессора в реальных условиях эксплуатации и проверки адекватности разработанной математической модели;
разработка рекомендаций по совершенствованию данного устройства с целью улучшения его эксплуатационных показателей и создание системы автоматического управления магнитопровода вибровозбудителя, позволяющей улучшить его потребительские свойства.
Методы исследований. Результаты исследований получены теоретическим и экспериментальным методами при использовании уравнений теории колебаний, теории электромагнитного процесса, теории автоматического управления. При этом использовались методы математического моделирования. Для решения дифференциальных уравнений второго порядка Лагранжа-Максвелла используются метод Рунге-Кута.
На зашиту выносятся:
математическая модель мембранного компрессора с электромагнитным виброприводом, учитывающая взаимосвязь механической и электромагнитной подсистем;
математическая модель гибкого рабочего органа мембранного компрессора с учетом действующей рабочей нагрузки;
результаты теоретических и экспериментальных исследований динамики мембранного компрессора с электромагнитным виброприводом и САУ;
конструкция мембранного компрессора с электромагнитным приводом и САУ, позволяющая повысить надежность его работы и снизить вибрации.
Достоверность научных положений. Достоверность научных положений обеспечивается корректностью постановки задачи, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, применением известных математических методов. Достоверность численных расчетов обеспечивается применением адекватной (подтвержденной экспериментальными данными) математической модели мембранного компрессора, а также внедрением полученных результатов в промышленность.
Научная новизна:
- разработана математическая модель мембранного компрессора с учетом
тесного взаимодействия электромагнитной и механической подсистем, отли
чающаяся учетом изменяющейся, в зависимости от направления движения
рабочего органа, величины технологической нагрузки;
- разработан программный комплекс и инженерная методика расчета
электромагнитного привода мембранного компрессора с учетом изменяю
щейся технологической нагрузки;
получены динамические характеристики движения исполнительного органа технологической машины с электромагнитным приводом и системой автоматического управления;
предложена новая конструкция мембранного компрессора с электромагнитным приводом и САУ, оригинальность которой подтверждена двумя свидетельствами РФ на полезную модель.
Практическая ценность. Практическая ценность данной работы заключается в том, что разработанные математические модели и программное обеспечение позволяют установить параметры электромагнита, в частности площадь поперечного сечения и количество витков катушки электромагнитного привода, обеспечивающие длительный режим работы при максимальной технологической нагрузке. На основании уточненного аналитического расчета гибкого рабочего органа предложено решение по увеличению прочности и долговечности мембраны компрессора. Кроме того, при использовании разработанного мембранного компрессора:
повышается чистота сжимаемого воздуха;
снижается расход электроэнергии;
- снижаются затраты на ремонт и техническое обслуживание.
Личный вклад автора:
разработана математическая модель мембранного компрессора с электромагнитным приводом и системой автоматического управления с учетом изменяющейся технологической нагрузки;
разработан программный пакет и методика расчета технологической машины с электромагнитным приводом и САУ;
разработан экспериментальный образец компрессора с электромагнитным приводом и системой автоматического управления, позволившая подтвердить результаты численного исследования и выработать технические требования по изготовлению и эксплуатации разработанного мембранного компрессора.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на IV и V Международных научно-технических конференциях «Вибрационные машины и технологии» (г. Курск - 2001, 2003г.), Международном симпозиуме «Машины и механизмы ударного, периодического и вибрационного действия» (г. Орел -2000 г.), XXI и XXII вузовских научных конференциях студентов и аспирантов в области научных исследований «Молодежь и XXI век» (г. Курск - 2003,2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, включая 6 статей, 2 свидетельства РФ на полезную модель и 5 решений о выдаче свидетельства РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложения. Текст диссертации изложен на 140 страницах, иллюстрирован 58 рисунками, 3 таблицами, библиографический список содержит 139 наименований.
