Введение к работе
Актуальность темы. Процессы вибротранспортирования и разделения сыпучих материалов по крупности являются одними из наиболее масштабных и относительно энергоемких операций в горнодобывающей, строительной, химической и других отраслях промышленности РФ. Проведение этих операций сопровождается значительными затратами энергии. Удельная энергоемкость этих процессов доходит до 1 кВтч/т. Учитывая масштабы транспортирования, общие затраты энергии в РФ достигают значительных размеров.
Рост экономических показателей работы предприятий, использующих вибротранспортные процессы, возможен при совершенствовании конструкции вибротранспортных машин и повышении эффективности рабочего процесса. По конструктивному исполнению вибротранспортные машины (ВТМ) имеют относительно большую номенклатуру, но все без исключения содержат основной узел – вибровозбудитель, работа которого определяет эффективность рабочего процесса. Тип вибровозбудителя обусловливает конструктивное исполнений ВТМ. В горной и других отраслях промышленности применяются в основном эксцентриковые (кривошипно-шатунные), инерционные, пневматические, гидравлические и электромагнитные вибровозбудители. В меньшей мере в вибротранспортных машинах используются, как правило, линейные двигатели, которые эффективно работают в зоне резонанса на относительно высоких, кратных 50 Гц, частотах с амплитудой 1…2 мм.
Альтернативой существующим электромагнитным вибровозбудителям служат линейные управляемые электромагнитные двигатели постоянного тока. Однако рабочий процесс этих вибровозбудителей изучен недостаточно, что не позволяет определять их рациональные параметры. Изучение рабочих процессов электромагнитных вибровозбудителей постоянного тока, определение их рациональных параметров, обеспечивающих повышение эффективности работы вибротранспортных горных машин – актуальная научная задача.
Объект исследования – низкочастотные вибротранспортные горные машины с линейным электромагнитным вибровозбудителем – линейным двигателем постоянного тока.
Предмет исследования – установившиеся и переходные рабочие процессы вибровозбудителя – линейного управляемого двигателя постоянного тока в низкочастотной вибротранспортной машине.
Цель работы – повышение эффективности работы низкочастотных вибротранспортных горных машин с электромагнитным вибровозбудителем – линейным управляемым двигателем постоянного тока за счет совершенствования его конструкции на базе исследований, позволяющих определить его рациональные параметры.
Идея работы заключается в повышении эффективности рабочего процесса низкочастотной вибротранспортной машины за счет усовершенствования конструкции вибровозбудителя – линейного электромагнитного двигателя постоянного тока и выбора рациональных параметров режима его работы.
Для достижения данной цели были поставлены задачи:
1. Обосновать и сформулировать критерии эффективности работы линейных электромагнитных вибровозбудителей низкочастотных, в том числе резонансных вибротранспортных машин.
2. Определить наиболее эффективный тип линейного управляемого вибровозбудителя для относительно низкочастотных вибротранспортных машин.
3. Определить рациональное время работы линейного двигателя за один цикл колебаний, положение рабочего органа в момент включения и выключения двигателя, а также токовые нагрузки, обеспечивающие приемлемую работоспособность вибровозбудителя.
4. Обосновать эквивалентную схему для расчета установившейся избыточной температуры и методику ускоренных тепловых испытаний.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Степень совершенства конструкции линейных вибровозбудителей и эффективность работы ВТМ должны определяться на основе их тяговых и энергетических характеристик с учетом режимных параметров системы управления.
2. Одним из эффективных вибровозбудителей для низкочастотных вибротранспортных машин, работающих в «полубыстроходном» и «быстроходном» режимах, является линейный электромагнитный двигатель постоянного тока с сенсорным управлением, связанным с положением рабочего органа (РО).
3. Рациональный путь повышения энергетической эффективности рабочего процесса резонансных грохотов и снижения тепловой нагруженности вибровозбудителей – уменьшение непроизводительных потерь энергии, обусловленных нерациональным включением и выключением линейного двигателя.
Научная новизна работы заключается: в обосновании критериев оценки степени конструктивного совершенства линейного электромагнитного вибровозбудителя, разработке методики определения рациональных режимных и конструктивных параметров вибровозбудителей, их связи с параметрами рабочего процесса низкочастотных ВТМ, амплитудой колебаний рабочего органа, производительностью и удельными энергозатратами.
Практическая значимость диссертации состоит в разработке конструкции линейных электромагнитных вибровозбудителей постоянного тока, а также источника питания и системы управления им для низкочастотных вибротранспортных машин, обеспечивающих их приемлемую производительность и энергоемкость.
Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций обоснована корректным использованием методов математического и физического моделирования, положений теории вероятности и математической статистики, апробированными методами экспериментальных исследований. Удовлетворительная сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований (относительное расхождение не превышает 15 %) подтверждает их достоверность.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при проектировании вибрационной машины для грохочения мелких классов хвостов обогащения руд тяжелых металлов и в ударной установке для забивания труб в связный грунт с целью его укрепления.
Апробация работы. Основные результаты работы и ее отдельные положения докладывались: на Международной научно-технической конференции «Математическое моделирование механических явлений», Екатеринбург, 2011 г.; Международной научно-технической конференции «Транспорт XXI века: Исследование, инновации, инфраструктура», г. Екатеринбург, 17-19 ноября 2011 г.; «Неделе горняка», г. Москва, 23-28 января 2012 г.; «Уральской горнопромышленной декаде», г. Екатеринбург, 18-20 апреля 2012 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ в журналах, сборниках научных трудов, материалах международных конференций, в том числе 7 работ в журналах из списка ВАК.
Вклад автора в публикации, выполненные в соавторстве, состоит в определении и формулировке направлений исследований, постановке задач, разработке методик исследований, организации и непосредственном участии в выполнении исследований и испытаний, анализе и обобщении полученных результатов, разработке рекомендаций, написании текстовой части публикаций и в публичных докладах.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 117 наименований, содержит 122 страницы текста, 44 рисунка, 15 таблиц и 1 приложение.
