Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ процесса мятья 11
1.1 Механические воздействия при мятье 11
1.1.1 Изгиб-излом стебля 12
1.1.2 Скользящий изгиб стебля на кромке рифли 14
1.1.3 Поперечное обжатие стеблей слоя (плющение) 18
1.1.4 Встряхивающие воздействия на стеблевой слой 19
1.1.5 Продольное смещение стеблей в слое 20
1.2 Влияние основных технологических факторов на процесс мятья
1.2.1 Умин... 20
1.2.2 Влияние глубины захождения рифлей на технологическую эффективность процесса мятья
1.2.3 Давление на проминаемый слой
1.2.4 Динамические нагрузки, возникающие в мяльной паре 28
1.2.5 Комплектование мяльной машины вальцами 32
1.3 Анализ существующих конструкций для регулирования глубины захождения рифлей и силы прижатия вальцов
Выводы по главе
Глава 2. Решение теоретической задачи по определению глубины захождения рифлей в зависимости от общего числа рифлей в поле мятья и угла изгиба стебля в мяльной паре
Вывод по главе 49
Глава 3. Экспериментальные исследования процесса мятья и изучение особенностей варьирования свойств тресты на льнище .
3.1 Особенности варьирования свойств тресты на льнище
3.2 Определение рациональной глубины захождения рифлей при малой нагрузке на верхний валец
3.3 Определение рациональной глубины захождения рифлей при рекомендуемой нагрузке на верхний валец .
3.4 Прогнозирование прочности волокна в зависимости от свойств сырья и технологических параметров
3.5 Исследование процесса мятья путем изменения усилия на верхние вальцы в мяльной машине
Выводы по главе 71
Глава 4. Разработка систем управления процессом мятья в зависимости от ее свойств .
4.1 Разработка и выбор привода для мяльной машины
4.2 Управление процессом мятья при производстве длинного льноволокна
4.3 Разработка Fuzzy регулятора на нечеткой логике и нечетких множествах
4.3.1 Преимущества Fuzzy регулятора перед традиционными алгоритмами
4.3.2 Построение архитектуры нейронной сети для оптимизации процесса промина льнотресты 4.4 Исследование функционирования системы управления процессом мятья на базе нейронной сети
4.5 Критерии выбора глубины захождения рифлей для мяльной машины М-100Л .
4.6 Моделирование системы автоматического управления процессом мятья .
Выводы по главе 118
Общие выводы 119
Библиографический список
- Изгиб-излом стебля
- Анализ существующих конструкций для регулирования глубины захождения рифлей и силы прижатия вальцов
- Прогнозирование прочности волокна в зависимости от свойств сырья и технологических параметров
- Построение архитектуры нейронной сети для оптимизации процесса промина льнотресты
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время актуальна проблема повышения качества переработки тресты на льнозаводах. С 2008 года в России осуществлялась ведомственная целевая программа «Развитие льняного комплекса России на 2008–2012 годы». По этой программе, кроме федерального бюджета, в субсидировании производителей льна участвовали регионы, в том числе и Костромская область. В г. Иваново на совещании «О развитии текстильной промышленности» от 31.09.2014 г., проведенном под эгидой Правительства Российской Федерации, отмечена необходимость создания льняных кластеров в крупных льносеющих регионах. В ходе обсуждения высказана рекомендация о том, что интеграционным ядром таких кластеров должен являться льнокомбинат по выпуску текстильных изделий, или предприятие по глубокой переработке льна и конопли, тесно взаимодействующий со льнозаводами региона, и объединяющий в рамках сырьевой зоны льносеющее хозяйство и первичную переработку сырья.
Такие проекты или попытки осуществления кластерного подхода имеются в Алтайском крае (ОАО «Бийская льняная компания»), в Новосибирской области (ЗАО «Хорс»)».
С 2013 г. по 2020 гг. стартовала государственная программа (утвержденная
постановлением Правительства Российской Федерации от 14.07. 2012 г. № 717) по
развитию сельского хозяйства, в которую включили и выращивание льна. В
Смоленской области подготовлена ведомственная целевая программа «Развитие
льняного комплекса в Смоленской области на 2012 г. — по 2017 гг.».
Характеристика программных мероприятий включает, в том числе и
реконструкцию производственных мощностей сельскохозяйственных
товаропроизводителей по первичной переработке льна-долгунца, техническую и
технологическую модернизацию производства. В ряде субъектов РФ
подготовлены аналогичные проекты. В Брянской области одной из задач программ
является — приобретение высокопроизводительного технологического
оборудования для льнозаводов по первичной обработке льна-долгунца. В этой программе также отмечено, что предприятиями по первичной переработке льна производится длинное и короткое волокно, доля короткого волокна составляет 90 %.
Современное состояние технологического оборудования льнозаводов даже при наличии качественного сырья не позволяет производить продукцию высоких показателей стандарта качества.
На льнозаводы треста поступает в рулонах и имеет большую варьируемость по своим свойствам, возникает задача ее рациональной обработки на мяльно-трепальном агрегате (МТА). Эта проблема может быть решена путем оперативного управления технологическим процессом производства длинного волокна, для чего необходима разработка и исследование регрессионных моделей для последующего создания регулятора с нейронной сетью (НС), используемого в системе автоматического управления (САУ).
САУ технологическими процессами компенсирует влияние возмущающих воздействий в реальном времени, система сбора данных сделает возможным
оценивать влияние режимов и параметров настройки мяльной машины на качество получаемого волокна. Накопленный информационный ресурс в базе данных будет использован для актуализации регулятора с НС. Поэтому решение данной темы представляется актуальной.
Степень научной разработанности избранной темы
Разработкой принципиально новых алгоритмов автоматического управления технологическим процессом мятья для льнозаводов до недавнего времени никто не занимался. Высказаны гипотезы о возможности автоматического управления различными технологическими процессами Е.Л. Пашиным. Более детально данную проблему в аспекте автоматизации изучали В.Г. Дроздов, Ю.В. Дроздов, С.С. Петров, А.А. Катков, А.С. Ефремов, В.Н. Голубев, А.Е. Мазохин.
Использование нейросетевого анализа для прогнозирования результатов переработки льна предложено И.А. Румянцевой. Более детально этот вопрос исследован А.С. Ефремовым — предложена модель управления процессом трепания при обработке льнотресты в зависимости от ее относительной влажности и отделяемости волокна от древесины с использованием нейронных сетей. Однако остался неизученным вопрос, связанный с управлением процессом, мятья, и, в частности глубиной захождения рифлей вальцов в мяльной машине в зависимости от ее относительной влажности, отделяемости волокна от древесины и разрывной нагрузки волокна. Его также логично решить, используя нейросетевой анализ. Выполненное исследование является продолжением работ по совершенствованию управления процессом промина, который является обязательным технологическим процессом при производстве как короткого, так и длинного волокна.
Диссертационная работа соответствует п. 3, п. 8, п. 11, п. 19 паспорта научной специальности 05.19.02 — Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья.
Цель и задачи исследований. Целью исследования является повышение эффективности процесса мятья за счет применения системы автоматического управления захождением верхних вальцов во впадины парных рабочих органов в мяльной машине в зависимости от отделяемости волокна от древесины, относительной влажности и разрывной нагрузки волокна.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Обосновать необходимость создания системы автоматического управления процессом мятья и разработать квадратичную модель глубины захождения рифлей в зависимости от угла изгиба стебля и числа рифлей на вальце в мяльной паре.
-
Изучить особенности варьирования свойств тресты на льнище.
-
Получить регрессионные модели, позволяющие прогнозировать выходные параметры процесса мятья: умин и абсолютное уменьшение разрывной нагрузки волокна в зависимости от глубины захождения рифлей, отделяемости волокна от древесины, относительной влажности и линейной распределенной нагрузки на слой для среднестебельной льнотресты, и на их основе разработать нейронную сеть на основе нечетких множеств, позволяющую обеспечить управление процессом мятья в заданных технологом диапазоне относительной влажности, отделяемости волокна от древесины, разрывной нагрузки волокна.
-
Разработать структурную схему управления режимом процесса мятья с применением нейронных сетей и решить задачу оптимизации режимов процесса мятья с применением нейронных сетей.
-
Разработать устройства для обеспечения автоматического управления захождением верхних вальцов в мяльной машине и смоделировать автоматическую систему переключений при управлении глубиной захождения рифлей по показателю отделяемости волокна от древесины.
6. Оптимизировать выходные параметры процесса мятья: умин и абсолютную разрывную нагрузку волокна при различной глубине захождения рифлей, относительной влажности, отделяемости волокна от древесины для вальцовых мяльных машин М-100Л и определить экономический эффект от внедрения системы автоматизации мяльной машины.
Научная новизна работы заключается в разработке и апробации научно обоснованных алгоритмов управления процессом мятья с целью повышения его технологической эффективности. При этом выполнены следующие этапы исследований.
-
Построена квадратичная модель, позволяющая определять глубину захождения рифлей в зависимости от общего числа рифлей в поле мятья и угла изгиба стебля в мяльной паре.
-
Разработаны регрессионные модели, позволяющие прогнозировать умин в зависимости от глубины захождения рифлей, отделяемости волокна от древесины, относительной влажности и распределенной нагрузки на слой для льнотресты.
-
Созданы регрессионные модели, позволяющие прогнозировать абсолютное уменьшение разрывной нагрузки в зависимости от глубины захождения рифлей, отделяемости волокна от древесины и относительной влажности для льнотресты.
-
Оптимизированы выходные параметры процесса мятья: умин и разрывная нагрузка волокна при различной глубине захождения рифлей, относительной влажности, отделяемости волокна от древесины для вальцовых мяльных машин М-100Л.
-
Разработана нейронная сеть, обеспечивающая возможность управления приводом для регулирования глубины захождения рифлей мяльных вальцов.
Практическая значимость и реализация результатов. Практическую значимость диссертационного исследования представляют:
1) Значения оптимальных режимов процесса мятья в зависимости от свойств льняного сырья.
-
Нейронная сеть, позволяющая определять глубину захождения рифлей.
-
Регрессионные модели, позволяющие давать качественную оценку процесса мятья, для мяльных машин М-100Л, М-110Л2.
Разработанные в диссертации конструкторские и технологические решения, программное обеспечение реализованы на ОАО «Завод им. Г.К. Королева» г. Иваново, что подтверждается актом внедрения.
Методология и методы диссертационного исследования
При решении поставленных задач применены теоретические и экспериментальные методы.
В теоретических исследованиях предложена методика построения
квадратичных моделей глубины захождения рифлей в зависимости от общего
числа рифлей в поле мятья и угла изгиба стебля в мяльной паре, и как следствие
решена задача оптимизации (Парето — оптимальные решения многокритериальных
задач, уступок), использован нейросетевой анализ, принципы автоматического
управления для реализации систем компенсации возмущений. В
экспериментальной части работы использованы стандартные методики (ГОСТ Р 53143 — 2008 Треста льняная) для определения свойств льнотресты, применены традиционные методы исследования с использованием полного факторного эксперимента.
Для реализации перечисленных методов в работе использовались следующие программные продукты: MS Excel 2007, Statistica 6.0, Mathad 14, КОМПАС 3D V10, Matlab 10, Neural Network Fuzzy Logic Toolbox 2.1.
Объектом исследования явились процессы промина стеблей льнотресты при ее механической обработке на мяльной машине по традиционной технологии с применением методов оптимизации режимов механического воздействия на слой. В результате предложен алгоритм управления процессом мятья.
Предметы исследования:
льнотреста в процессе инструментальной оценки ее свойств подготовки к экспериментальным исследованиям;
закономерности освобождения стеблей от древесной составляющей при механическом воздействии вальцов в процессе промина;
льнотреста в процессе обработки на мяльной машине при изменении режимов обработки: глубины захождения рифлей и силы прижатия верхних вальцов;
- сырец, полученный после обработки на мяльной машине;
Положения, выносимые на защиту:
-
Новый алгоритм управления процессом мятья позволяющий дифференцировано производить переработку льнотресты в зависимости от отделяемости волокна от древесины, относительной влажности и разрывной нагрузки волокна для вальцовых мяльных машин М-100Л, М-110Л.
-
Новые исполнительные механизмы для оперативного изменения глубины захождения рифлей.
-
Новые модели, позволяющие численно оценивать процесс мятья.
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на Всероссийском научном семинаре «Научные проблемы агропромышленной переработки лубоволокнистых материалов» (г. Кострома, КГТУ, 2009, 2010 гг.); расширенном заседании кафедры технологии производства льняного волокна (г. Кострома, КГТУ, 2011, 2012, 2013гг.;расширенном заседании кафедры Механических технологий волокнистых материалов (г. Кострома, КГУ, 2016 г.); межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов (г. Кострома, 2010, 2011, 2012, 2013 гг.);международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (г. Москва, МГТУ имени А.Н. Косыгина, 2012 г.); научно-технической конференции «Инновационные технологии
в текстильной и легкой промышленности» (г. Витебск, 2014 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в технологиях текстильной и легкой промышленности» (г. Кострома, КГУ, 2016 г.); расширенном заседании кафедры технологии и проектирования текстильных изделий (г. Иваново, ИВГПУ 2016 г.)
Публикации. Всего по материалам диссертации опубликовано 22 работы.
Основные результаты диссертации изложены в 5 статьях в журналах
рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов
кандидатских диссертаций, и 11 –– в статьях и сборниках научных трудов, 6 в материалах научно-практических конференций, в 2 патентах на полезные модели Российская Федерация.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит введение, 4 главы, заключение и общие выводы, библиографический список из 64 наименований. Диссертация изложена на 134 страницах, текст работы включает 66 рисунков, 26 таблиц, 4 приложения на 8 страницах.
Изгиб-излом стебля
«Изгиб-излом стебля является основным видом воздействия при разрушении стебля» [2]. «Изгиб-излом является опасным воздействием, так как локализован на отдельных участках стебля и сопровождается надрывом волокна или луба» [3]. Исследованием процесса «Изгиб-излом» занимались И.В. Крагельский, А.Н. Сивцев, А.М. Ипатов, Г.В. Ужик, В.В. Марков, Б. И. Смирнов, В.А. Дьячков и др [1-4].
Предшественники Б.И. Смирнова [4] исследовали в основном только первую стадию нарушения связи между лубом и древесиной, в его работе также проанализированы исследования Г.В. Ужика, которым были сделаны следующие выводы:
1. Желательно, чтобы нарушение связи между древесиной и лубом в мяльной паре происходили в рамках упругого изгиба, поскольку только в этом случае гарантирован излом стебля без повреждения луба. В противном случае напряжение в лубе будет больше допустимого и волокно в стебле разрушится. 2. Существенное влияние на нарушение связи волокна с древесиной оказывает шаг рифлей.
3. Стебли прошедшие плющильные пары сплющиваются, в дальнейшем при процессе мятья существенно снижается риск повреждения волокна в стебле.
В связи с этим необходимо устанавливать в мяльной машине первую пару вальцов гладкой. По полученным уравнениям Г.В. Ужика Б.И. Смирнов делает примерный расчет рациональной длины костринки льняной соломы.
Б.И. Смирнов говорит о том, что «в практике при осуществлении процесса изгиба-излома накладывается ряд дополнительных воздействий, определяемых взаимодействием рифлей в мяльной паре, профилем вальцов, разводкой (глубиной захождения рифлей), величиной рабочих зазоров в узлах мятья и прочее. Все эти дополнительные воздействия оказывают влияние на эффект обработки, одни — положительное, другие — отрицательное» [4].
Дальнейшее изучение изгиба-излома продолжил В.А. Дьячков, который рассмотрел стебель как балку, лежащую на двух опорах, на которую действует сила Q (рис. 1.2). Из рис. 1.2. видно, что при воздействии верхней рифли в стебле возникнут напряжения, в вогнутой части сжимающие, а выпуклой растягивающие z. Соответственно появятся и касательные напряжения, которые и будут благоприятно действовать на стебель, сдвигая его вдоль древесины. При этом деформация должна происходить в рамках упругого изгиба. В противном случае произойдет излом древесины и повреждение волокна. При прохождении стебля через мяльную пару произойдет воздействие верхней рифли на стебель. В результате этого воздействия часть стеблей примет ее форму. В этом случае произойдет деформация поперечного сечения стебля из круглой формы в прямоугольную. Именно в этом месте изгибная жесткость становится меньше, по сравнению с другими частями стебля. На этом участке и происходит отделение древесины от стебля, и это место называется критической длиной костринки Lк [1].
Длина костринки колеблется в пределах от 6 до 15 мм. Это обусловлено физическими свойствами тресты (силами связи с древесиной, жесткостью костры на изгиб, отделяемостью волокна от древесины) [1].
Исследованием процесса скользящего изгиба занимались ученые: А.Н. Сивцов, И.Н. Левитский, В.А. Лясич, Б.И. Смирнов, В.А Дьячков [1-7]. Согласно их исследованиям были предложены различные гипотезы.
В работе Левитского И.Н. [3] проанализированы работы, в том числе, А.Н. Сивцова который обращает внимание, на то, что в результате протаскивания стебля по кромке рифлей происходит его скобление, и это способствует отделению луба от древесины. Он также отмечает, что отделение костры при скользящем изгибе будет в том случае, если стебель будет гибкий. В данном случае эффект будет наблюдаться в основном в последних мяльных парах [3]. Согласно гипотезе И.Н. Левитского [3], в первичной обработке лубяных волокон самыми эффективными воздействиями на удаление костры являются воздействия скользящего изгиба. Свое внимание скользящему изгибу уделяет и В.А. Дьячков [1]. Он утверждает, что наиболее эффективен скользящий изгиб после излома древесины стебля. В результате перемещения стебля по кромке рифли появятся и касательные напряжения, которые и разрушат связи между волокном и лубом.
В результате В.А. Дьячков дает следующие рекомендации: 1. При промине стебля необходимо увеличить число изгибов-изломов стебля, за счет уменьшения шага рифлей и увеличения числа пар мяльных вальцов. 2. «Мяльная пара должна быть спроектированы так, чтобы воздействия скользящего изгиба на кромке испытывала большая часть стебля» [1]. И.Н. Левитский [3], ссылаясь на работы Н.Н Мишина и Н.А Лазаркевича, указывает на то, что если использовать десяток вальцов с малым шагом рифлей, то увеличение числа изгибов-изломов ухудшит процесс мятья: появляется много мелких костринок, эти костринки застревают в волокне, и такому сырцу потребуется большее число воздействий трепальных барабанов. В.А. Лясичем [5] было получено уравнение относительного скольжения тресты по кромке рифли. Таким образом, зная число рифлей Z, глубину захождения і, радиус вальца Rн, половину угла поля мятья —, толщину слоя плющеной тресты 8, можно определить величину относительного скольжения SCK = f( p).
Анализ существующих конструкций для регулирования глубины захождения рифлей и силы прижатия вальцов
Б.И. Смирновым были сделаны следующее заключение: все три фактора в этих моделях фактора значимы.
Наибольшую значимость проявил фактор, как — радиуса рифли, как сам по себе, так и во взаимодействии с другими рифлями.
Относительно количества пар вальцов, Б.И. Смирнов дает рекомендации к использованию стационарного набора мяльных пар и при изменении свойств материала отключать некоторые из них. В результате проведения эксперимента он приходит к выводу, что при обработке тресты малой прочности путем отключения некоторых групп вальцов можно оптимизировать процесс мятья [13].
Вывод: Для того чтобы добиться хорошо промятой тресты, можно изменять: - комплектование вальцов мяльной машины; - силу давления на проминаемый слой; - глубину захождения рифлей мяльных вальцов; - скорость мяльной пары. 1.3. Анализ существующих конструкций приводов для регулировки глубины захождения рифлей и силы прижатия верхних вальцов Рядом исследователей, были предприняты попытки ускорить процесс наладки машины (регулировки глубины захождения рифлей, силы прижатия вальцов, снятие намотов), так как регулировка занимает большое количество времени. Рассмотрим несколько конструктивных решений. Патент, полученный В.А. Марковым, В.А. Ярмоленко, А.М. Ипатовым, А.Н. Пигаловым, В.А. Марамановым и др. [22].
Устройство по патенту [22] рис. 1.17 устанавливают на каждую пару мяльных вальцов. Цель данного изобретения заключается в повышении удобства обслуживания при устранении намотов.
Для установки необходимого усилия прижима необходимо повернуть нажимной винт (9), затем, если есть зазор между головкой и хвостиком толкателя (15), устранить его винтом (11). В случае динамических ударов предусмотрена эластичная шайба (16), которая выполняет роль демпфера.
В случае намотов верхний валец поднимается за счет поворота корпуса перпендикулярно направлению приложения усилия пружины (14).
Данное устройство значительно облегчает регулировку мяльной машины и сокращает время простоев оборудования.
В отличие от патента [22], устройство, предложенное А.М. Ипатовым, А.Н. Пигаловым, В.А. Марамановым, позволяет регулировать глубину захождения рифлей без снятия верхнего стакана (рис. 1.18).
Устройство для регулирования глубины захождения рифлей [23]: 1 – нажимной винт, 2 – регулировочная гайка, 3 – направляющая втулка, 4 – корпус подшипника,5 – демпфер, 6 – верхний стакан, 7 – пружина растяжения сжатия, 8 – втулка, 9 – нажимное кольцо. «Это устройство содержит нажимной винт, выполненный телескопическим из двух частей, взаимодействующий с корпусом подшипника верхнего валка, втулку, установленную в стакане посредством резьбового соединения, и цилиндрическую пружину растяжения-сжатия. При этом верхняя часть винта установлена во втулке также посредством резьбового соединения. При поворачивании нажимного винта относительно втулки регулируется глубина захождения рифлей, а при поворачивании втулки относительно стакана регулируется деформация пружины, и тем самым — сила прижатия верхнего валка к проминаемому материалу» [23].
Б.И. Смирнов, В.А. Дьячков разработали устройство для мятья тресты [24]. Изобретение представлено на рис. 1.19. Цель данного устройства — устранение заклинивания опор верхнего валка. Устройство для мятья лубоволокнистого материала: [24] 1 – привод; 2 – нижний валок; 3 – верхний валок, ; 4 – неподвижный вал; 5 – ползуны; 6,7 – направляющие; 8 – пружина; 9 – гайки; 10,11 – механизм разводки валков. Данное устройство имеет два механизма для регулировки глубины захождения рифлей и силы прижатия верхнего вальца. Механизм обеспечивающий силу прижатия верхних вальцов состоит из верхних концов направляющих (6, 7), ползунов (5), двух пружин (8) и гаек (9). Механизм для регулирования глубины захождения состоит из нижних концов направляющих (6, 7), ползунов (5), гаек (10 и 11). Данное устройство работает следующим образом. «В результате прохождения неравномерного слоя через мяльные вальцы в случае перекосов левый угол переместится на величину S і (неподвижная опора), а правый переместится на величину 32 , при этом подвижная опора повернется на некоторый угол вправо». В результате заклиниваний у такой конструкции не будет [24].
Определенный интерес представляют зарубежные агрегаты для получения волокна. Рассмотрим агрегат фирмы «Дювивье Сикс» (Франция) и вторую линию «Ванхауверт» (Vanhauwaert), созданную в Бельгии. Сходство этих линий заключается в том, что мяльные машины содержат пневмопривод для каждой пары вальцов. Привод этих машин состоит из пневмоцилиндров, компрессора и системы подготовки воздуха. Данный привод осуществляет подъем верхних вальцов при намотах, а также регулирует и силу их прижатия. Особенное отличие первой линии от второй заключается в том, что первая линия создана для получения однотипного волокна.
Среди новых отечественных разработок следует отметить новую линию МТА-3Л для получения длинного волокна. Определенный интерес представляет мяльная машина, которая содержит устройство для изменения глубины захождения рифлей мяльных вальцов [25], регулируется гидромеханическим способом. Устройство по патенту полученное СЕ. Маянским, Е.Л. Пашиным, представлено на рис. 1.20.
Прогнозирование прочности волокна в зависимости от свойств сырья и технологических параметров
Примечательны также различия по годам изучения в долях массы тресты в рулоне, у которых значения свойств превышают пределы доверительного интервала варьирования. Вероятно, причиной этого является проявление совокупности внешних, случайных факторов и условий производства льна, определяющих характер процесса преобразования стеблей соломы в тресту.
Для более точной оценки характера выявленных изменений свойств тресты по длине лент был проведен спектральный анализ опытных данных. На основании работы [10] использовали дискретное преобразование Фурье. Анализ проводили с использованием ППП «Statistica». Его реализацию осуществили для каждого года изучения. Результаты представлены в табл. 3.2.
Полученные результаты свидетельствуют, что применительно ко всем исследуемым свойствам наряду со случайными высокочастотными изменениями проявляются низкочастотные изменения. Однако их появление может наблюдаться не каждый год. При этом период изменения по годам изучения может быть также различным. Появление максимальной спектральной плотности по длине ленты является случайным.
Наибольший интерес вызывает варьирование свойств по длине ленты, необходимой для формирования одного рулона. Спектральный анализ позволил выявить значительную изменчивость изучаемых свойств. При этом трендовая составляющая проявляется незначительно. Особенно это присуще длине стеблей и показателю отделяемости, корреляционно связанных с цветом стеблей стланцевой тресты [29]. Для примера на рисунках 3.1 и 3.2 представлены графики изменения упомянутых свойств на льнище в 2006 году. Очевидны явные изменения, которые следует учитывать при выборе рациональных режимов переработки тресты на льнозаводах [30].
Из совокупности полученных результатов следуют рекомендации относительно необходимости получения информации об изменении важнейших технологических свойств льняной тресты, находящейся в каждом из рулонов, поставляемых на льнозавод. Наличие такой информации обеспечит дифференцированную переработку каждого рулона с учётом изменения в нем свойств тресты. Это обуславливает необходимость в разработки систем контроля свойств тресты и систем управления режимами её переработки [9].
Процесс промина лубоволокнистого сырья должен проходить так, чтобы получить максимальный умин при минимальной потере прочности волокна. Уменьшение прочности, вызванное разрушением волокна, во многом зависит от выбора режима обработки (глубины захождения рифлей, усилия прижима верхнего вальца), относительной влажности обрабатываемой тресты и показателя отделяемости.
В настоящее время широко используются автоматизированные системы управления технологическими процессами, в том числе с использованием нейронных сетей. Для настройки данных систем необходимо иметь регрессионные модели, связывающие свойства сырья и регулируемые параметры машины с качественными показателями процесса. В связи с этим были проведены три серии экспериментов.
Целью первого эксперимента было получение регрессионных моделей, определяющих влияние на умин льнотресты в процессе мятья следующих факторов: глубины захождения рифлей и влажности материала.
В процессе исследований использовали вальцовую мяльную машину марки М-100Л. Общий вид мяльной машины представлен на рис. 3.3. Эксперименты проводили на двух уровнях (верхний и нижний) глубины захождения рифлей при постоянном наборе вальцов (табл. 3.3).
Глубина захождения рифлей (нижний уровень) 2 2 1,5 1 1 0,5 Для выполнения экспериментов были подготовлены однородные горсти льнотресты массой 100,0±0,5 г. Опыты проводились в шестикратной повторности. Линейная плотность загрузки составляла 0,33 кг/м. Матрица планирования полного факторного эксперимента представлена в таблице 3.5. Усадка пружин в стаканах составляла 1 мм [8]. В таблице 3.4 приведена установленная глубина захождения рифлей для первой пары вальцов. Глубина захождения рифлей в остальных вальцах рассчитывалась по формуле равенства периметрических скоростей, [11].
Влажность тресты определялась в сушильном шкафу. Для достижения повышенной влажности тресты, ее увлажняли с помощью пульверизатора, для чего рассчитывалась масса воды в соответствии с заданным значением влажности. Навески после увлажнения помещались в полиэтиленовые пакеты, которые герметично закрывались. Далее тресту взвешивали с пакетами и оставляли надвое суток, чтобы влага равномерно распределилась в материале. Затем навески повторно взвешивались, чтобы убедиться, что масса упакованных навесок не изменилась, после чего пакеты вскрывали и
Построение архитектуры нейронной сети для оптимизации процесса промина льнотресты
Детали электроприводов подвержены износу в большей степени, чем детали пневмо и гидроприводов, поэтому они нуждаются в регулярном обслуживании, уходе [38, 39]; Из всех перечисленных приводов считаю, наиболее рационально использовать электропривод по следующим критериям : 1) низкая цена по сравнению с пневмоприводом; 2) высокая точность и плавность хода; 3) подвод только одного вида энергии; 4) отсутствие замерзания и засорения системы; 5) взрывобезопасность. Выбор электродвигателя
Для данного объекта автоматизации подходят трехфазные шаговые электродвигатели, поскольку мяльная машина работает от трехфазного тока и требует точного позиционирования, а данный двигатель позволяет поворачивать ротор на 1,8.
При выборе механического устройства может быть рассмотрено авт. свид. № 1201362. Наиболее близким аналогом для создания электропривода является устройство авт. свид. №1201362, приведенное в первой главе (рис 1.2). Это устройство содержит нажимной винт, выполненный телескопическим из двух частей, взаимодействующий с корпусом подшипника верхнего вальца, втулку, установленную в стакане посредством резьбового соединения, и цилиндрическую пружину растяжения-сжатия. При этом верхняя часть винта установлена во втулке также посредством резьбового соединения. При поворачивании нажимного винта относительно втулки регулируется глубина захождения рифлей, а при поворачивании втулки относительно стакана регулируется деформация пружины и тем самым сила прижатия верхнего вальца к проминаемому материалу.
Данное устройство нуждается в модернизации. Нами было предложено два технических решения [40,41]. На рис. 4.5. показано устройство для регулирования глубины захождения рифлей после модернизации.
Устройство содержит нажимной винт (1), состоящий из двух частей: верхней, снабженной резьбой, и нижней части – направляющей втулки (2), жестко закрепленной на корпусе (3) подшипника верхнего вальца (4). Нажимной винт (1) посредством резьбового соединения взаимодействует с втулкой (5), которая посредством резьбового соединения установлена в стакане (6), закрепленном жестко на направляющих гребенках (7). Втулка (5) имеет гайку (8). Нижний торец втулки (5) взаимодействует с нажимным кольцом (9), а между нажимным кольцом (9) и корпусом (3) подшипника верхнего вальца (4) установлена цилиндрическая пружина растяжения – сжатия (10).
На верхней части нажимного винта (1) установлена соединительная втулка (11), сечение отверстия которой имеет форму, например квадрата. Такое же сечение имеет верхняя часть нажимного винта (1). Посредством втулки (11) верхняя часть нажимного винта соединяется с концом ведомого вала (12) червячного редуктора (13). Конец вала (12) имеет также в сечении форму квадрата, соответствующего сечению отверстия втулки (11). При этом соединительная втулка (11) обеспечивает не только передачу вращающего момента, но и перемещение нажимного винта (1) вверх или вниз. Ведущий вал редуктора (13) соединен с валом электродвигателя (14). Устройство работает следующим образом.
Перед началом процесса промина льняной тресты устанавливается оптимальная, по результатам предварительных технологических испытаний данной партии тресты, глубина захождения рифлей i на всех мяльных парах, а также усилие прижатия рифлей верхнего вальца (4) к проминаемому материалу (на рис. не показано) и к вальцу (15). Глубина захождения рифлей i обеспечивается вращением винта (1), нижний конец которого, взаимодействуя с пазом втулки (2), опускает или поднимает верхний валец (4). Усилие прижатия верхнего вальца (4) к проминаемому материалу создается вращением втулки (5), при этом торец втулки (5) взаимодействует с нажимным кольцом (9), за счет чего пружина (10) деформируется, обеспечивая необходимое усилие. Достигнутое перемещение втулки (5) фиксируется контргайкой (8).
Однако физические свойства проминаемой тресты и качество промина могут измениться (об этом будет свидетельствовать автоматическая система контроля параметров процесса). В этом случае поступает сигнал на включение электромеханического привода с целью изменения глубины захождения рифлей. После включения электродвигателя (14), посредством червячного редуктора (13) и втулки (11), нажимной винт (1), вращаясь, перемещается вдоль своей оси вверх или вниз. Взаимодействуя с пазом втулки (2), винт (1) воздействует на корпус (3) подшипника верхнего вальца (4). В результате корпус подшипника верхнего вальца поднимается или опускается по пазам гребенок (7), обеспечивая необходимую глубину захождения рифлей i.
Данное устройство отличается тем, что выступающий конец нажимного винта посредством соединительной втулки связан с выходным валом электромеханического привода, например в виде электродвигателя и червячного редуктора, управляемого сигналом от датчиков контроля параметров проминаемого материала. Разработанное устройство, приведенное выше рис. 4.6 позволяет оперативно изменять глубину захождения рифлей, Недостатком данного технического решения является его высокая стоимость, поскольку для автоматизации мяльной машины, содержащей, например, 12 мяльных вальцов, потребуется 24 шаговых электродвигателя. Другим недостатком является возможность возникновения ударных нагрузок при взаимодействии нажимного винта с опорной поверхностью направляющей втулки. Поэтому нами предложено второе решение, позволяющее вдвое сократить потребное количество шаговых электродвигателей и существенно снизить ударные нагрузки при взаимодействии нажимного винта с опорной поверхностью направляющей втулки. Разработанное устройство изображено на (рис. 4.6,4.7).