Введение к работе
Актуальность работы. Вибрационные щековые дробилки (ВЩД) предназначены для дробления руд и нерудных материалов, переработки изделий с большим отношением длины к толщине, получения продуктов с низким содержанием мелких классов. Эти дробилки получили применение в горно-обогатительной, металлургической, химической, строительной промышленности и в других областях народного хозяйства.
Достоинствами ВЩД являются высокая степень дробления, низкая удельная энерго- и металлоемкость, ускоренное прохождение материала через камеру дробления, динамическая уравновешенность системы и способность пропускать недробимые тела. Эти дробилки способны работать в условиях перегрузок, их можно останавливать и пускать с полностью загруженной рабочей камерой. В ВЩД возможно использование явления резонанса для разрушения материала.
В России ВЩД разрабатываются в ОАО «Механобр-Техника», Институте горного дела имени А.А. Скочинского и др., за рубежом работы по созданию ВЩД проводились в ФРГ (Siebtechnik), Швеции (Svedala), Польше (Горная академия г. Кракова), США и т.д.
Традиционные ВЩД оснащаются электромеханическими вибровозбудителями, выполненными на основе самосинхронизирующихся несбалансированных роторов с электроприводом переменного тока. ВЩД работают в неэффективной с точки зрения энергетических затрат зарезонансной зоне, а работа на резонансной частоте электромеханической системы невозможна из-за проявления эффекта Зоммерфельда. Поэтому установленная мощность электродвигателей оказывается завышенной в 2-5 раз, что обуславливает неудовлетворительную энергетику приводов.
Использование авторезонансного электропривода возвратно-вращательного движения (ЭПВВД) для привода маятниковых вибровозбудителей ВЩД позволит создать вибрационную дробилку, лишенную указанных недостатков и способную работать на резонансной частоте электромеханической системы. Синхронно-противофазный режим колебаний дробящих щек обеспечивается за счет принудительной электрической синхронизации электроприводов при питании от одного источника.
Одним из актуальных вопросов при создании ВЩД с авторезо-
нансным электроприводом маятниковых вибровозбудителей возвратно-вращательного движения является обоснование режимов работы ВЩЦ, решению которого и посвящена настоящая работа.
В работе исследовался нетрадиционный ЭПВВД с использованием электромеханического преобразователя, состоящего из трехфазного статора асинхронного электродвигателя и ротора с возбуждением от постоянных магнитов (магнитный ротор) - далее ЭДМР.
Работа базируется на результатах исследований Аристова А.В., Асташева В.К., Блехмана И.И., Вайсберга Л.А., ГончаревичаИ.Ф., ЕпишкинаА.Е., Загривного Э.А., Зарогатского Л.П., Кононенко В.О., ЛуковниковаВИ, Мандельштама Л.И., Нагаева РФ., РевнивцеваВИ, Тимошенко СП., ТуркинаВ.Я., Усольцева А.А., УсынинаЮ.С, Шеста-кова В.М. и многих др.
Цель работы - повышение эффективности работы ВЩЦ за счет реализации авторезонансного режима работы ЭПВВД вибрационной щековой дробилки с маятниковыми вибровозбудителями.
Идея работы. С целью обеспечения работы в резонансных режимах в вибрационных щековых дробилках следует применять маятниковые вибровозбудители с авторезонансным электроприводом возвратно-вращательного движения с заданным размахом колебаний.
Задачи исследований включают разработки:
Расчетной схемы и математической модели системы «авторезонансный ЭПВВД - ВЩЦ - дробимый материал»;
Системы управления электроприводом маятниковых вибровозбудителей ВЩЦ в авторезонансном режиме;
Методики определения основных динамических параметров ВЩЦ с авторезонансным ЭПВВЦ;
Имитационной модели ВЩЦ с авторезонансным ЭПВВЦ и анализ режимов работы ВЩЦ с ЭПВВЦ маятниковых вибровозбудителей;
Лабораторного макета авторезонансного ЭПВВЦ и проведение экспериментальных лабораторных исследований авторезонансного ЭПВВЦ для ВЩЦ.
Научная новизна исследований вибрационной щековой дробилки с авторезонансным электроприводом возвратно-вращательного движения маятниковых вибровозбудителей, защищенной патентами РФ [9-11], заключается в том, что впервые:
1. Получены зависимости электромагнитного момента электродвигателя с магнитным ротором и трехфазным статором от угла пово-
рота ротора относительно статора с размахом колебаний ротора 60, 120 и 180 электрических градусов в зависимости от схем соединения обмоток статора, которые позволяют выбирать трехфазные статоры для авторезонансного электропривода возвратно-вращательного движения маятниковых вибровозбудителей.
Установлена зависимость параметров маятникового вибровозбудителя от заданных значений передаваемой дробящей щеке мощности, резонансной частоты и соотношений амплитуд колебаний маятникового вибровозбудителя и дробящей щеки.
Обоснован способ определения работы, выполняемой внешней и диссипативными силами в виде линейно-нарастающей, вязкого и сухого трений при несимметричном режиме на рабочем ходе.
Защищаемые научные положения:
Связанные колебательные системы с равными парциальными частотами и сильной инерциальной связью электромеханическая с авторезонансным электроприводом возвратно-вращательного движения маятникового вибровозбудителя и механическая с дробящей щекой, образующие вибрационную щековую дробилку, делают возможной стабильную работу в резонансной зоне с расчетными нагрузками, при этом требуемая амплитуда вынужденных резонансных колебаний дробящей щеки в номинальном режиме обеспечивается заданием распределения амплитуд дробящей щеки и маятникового вибровозбудителя.
Размах колебаний маятникового вибровозбудителя может принимать значения 60, 120 и 180 электрических градусов в зависимости от схемы соединения обмоток электродвигателя с трехфазным статором и магнитным ротором, которым укомплектован электропривод маятникового вибровозбудителя, а авторезонансный режим электропривода маятникового вибровозбудителя должен реализоваться путем изменения знака электромагнитного момента при скорости колебаний ротора равной нулю.
Методы исследований. Теоретические исследования, имитационное моделирование электромеханической системы с использованием приложения Simulink пакета прикладных программ Matlab, анализ полученных результатов. Экспериментальные исследования режимов работы макета на лабораторном стенде с разработанной системой управления авторезонансным ЭПВВД с использованием среды графического программирования Lab VIEW, анализ полученных ре-
зультатов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов базируется на использовании известных положений теоретической механики, теории колебаний, электромеханики и электрических машин, теории автоматизированного электропривода, методов компьютерного моделирования и сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований не хуже 90%.
Практическая значимость работы заключается в разработке:
Авторезонансного ЭПВВД маятниковых вибровозбудителей с электродвигателем, укомплектованным ротором с возбуждением от постоянных магнитов Nd-Fe-B и трехфазным статором, для ВЩД, защищенной патентом РФ.
Схем соединения обмоток ЭДМР в авторезонансном ЭПВВД маятниковых вибровозбудителей.
Имитационной модели (с вычислителями работ за период внешней и диссипативной сил) электромеханической системы ВЩД с авторезонансным ЭПВВД маятниковых вибровозбудителей.
Экспериментального стенда, имитирующего работу авторезонансного ЭПВВД маятниковых вибровозбудителей ВЩД на основе ЭДМР.
Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: 4-ой Международной конференции «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, ИПКОН РАН, 2007 г.); Всероссийской конференции «Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2007 и 2008 гг.); 48-ой Международной научной конференции в Краковской горнометаллургической академии (Польша, Краков, AGH, 2007 г.); Всероссийском форуме «Наука и инновации в технических университетах» (Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2008 г.); ежегодной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2007-2009 гг.); ежегодной Международной конференции молодых ученых «Challenges and Solutions in Mineral Industry» во Фрайбергской горной академии (Германия, Фрайберг, 2009).
Личный вклад автора:
1. Получены аналитические выражения электромагнитного момента ЭДМР при работе в режиме возвратно-вращательного движения
и в зависимости от схемы соединения обмоток статора.
Разработана методика определения основных динамических параметров ВЩД с авторезонансным ЭПВВД.
Создана имитационная модель электромеханической системы ВЩД с ЭПВВД.
Разработан и использован виртуальный прибор (в Lab VIEW) для проведения экспериментальных исследований.
Разработан лабораторный макет авторезонансного ЭПВВД для маятниковых вибровозбудителей ВЩД.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации, 2 работы в зарубежных изданиях, 2 патента РФ, а также получено 1 положительное решение о выдаче патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 163 страницах, содержит 114 рисунков, 22 таблицы, список литературы из 83 наименований.
Похожие диссертации на Обоснование режимов работы вибрационной щековой дробилки с авторезонансным электроприводом маятниковых вибровозбудителей возвратно-вращательного движения
