Введение к работе
Актуальность темы. Текстильная промышленность - одна из наиболее материалоемких отраслей. Затраты на сырье составляют свыше 80% стоимости продукции. Снижение материальных затрат только на 1% позволяет увеличить прибыль отрасли на 500 млн. руб. (в ценах 1990 года). В этом направлении проводится большая работа, которая находит отражение в соотношении темпов роста товарной продукции и материальных затрат. Широко внедряется ассортимент тканей менее материалоемких структур из натуральных и химических волокон.
Из общего количества химических волокон, перерабатываемых в текстильной промышленности, 27% используется в шерстяной отрасли, 45% - в шелковой, 15% - в хлопковой, 8% - в льняной и 5% - в производстве нетканых материалов.
Высокие потребительские свойства химических волокон и экономическая эффективность их производства обеспечивают постоянный и Есе увеличивающийся спрос на них для производства текстильных изделий. Ежегодный прирост доли химических волокон в общем балансе сырья для текстильной промышленности, обьем их производства как в нашей стране, так и за рубежом продолжают расти.
Для производства химических волокон требуется разработка новых технологий, совершенствования существующего технологического оборудования, разработка новых высокопроизводительных машин для их производства и переработки. Одной из существенных частей указанных машин являются быстровращающиеся роторные узлы: вытяжные цилиндры, галеты, приемно-намоточные механизмы (ПНМ) и др., как правило имеющие индивидуальный электропривод, в котором чаще всего используются синхронно-реактивные электродвигатели (СРД) и
синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ). Использование указанных электродвигателей необходимо потому, что колебания линейной скорости нити ведут к браку (неровноте линейной плотности, обрывности последней).
Конструктор, создающий ПНМ и роторные узлы с индивидуальным приводом, стоит перед дилеммой, выбирать электродвигатель малой мощности, при котором время выхода бобинодержателя на установившийся режим велико и требуются специальные системы управления для его снижения, либо большей мощности, при котором системы управления, как правило, ке требуется, однако повышается потребление электроэнергии. Исходя из сказанного, приходится подбирать двигатель наименьшей мощности, но не требующий разработки системы управления для вывода бобинодержателя на заданный режим. Решение указанной проблемы является актуальной и важной.
Цель исследований состоит в разработке методов, алгоритмов и программного обеспечения для моделирования работы привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД и СДПМ на ЭВМ, позволяющих выдать инженерные рекомендации конструктору по выбору двигателя, на основе изучения его возможных режимов работы. Разработки могут быть включены в САПР машин химических волокон.
Для достижения общей цели в работе намечались следующие задачи:
-
разработать комплекс математических моделей СРД с целью определения базовой для исследований, ее оценка с точки зрения полноты учета свойств и параметров двигателя и ПНМ;
-
разработать математическую модель привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СДПМ;
-
на основе исследования установившихся режимов работы СРД на синхронной скорости, получить аналитические соотношения элек-ромагнитных переменных двигателя, для данных режимов;
-
выполнить оценку устойчивости и запасов устойчивости привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД;
-
разработать методы, алгоритмы и программное обеспечение для расчета установившихся режимов работы привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СДПМ;
-
получить условия выхода привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД на промежуточные (несинхронные) скорости;
-
исследовать возможность прохождения приводом ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД серии квазиустановившихся режимов в условиях пуска и реализации при этом управляемого пуска (за счет выбора законов изменения формы и частоты питающего напряжения);
-
исследовать влияние механической части привода ПНМ и нагрузки на переходные процессы в СРД, с учетом исходного положения ротора относительно статора;
-
исследовать возможность появления счетной неустойчивости процессов численного моделирования привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД из-за влияния произвольного выбора шага интегрирования и за счет дискретизации математической модели.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Разработаны методы, алгоритмы и программное обеспечение для моделирования работы привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД и СДПМ на ЭВМ. Эти разработки позволяют выдать инженерные рекомендации конструктору по выбору двигателя.
-
Теоретически показано существование множества сочетаний значений параметров привода, соответствующих разнообразным по форме, но неприемлемым для практического использования переходным процессам, приводящим к установившимся процессам с несинхронной скоростью вращения ротора.
-
Теоретически спрогнозирована и подтверждена численным экспериментом возможность существования переходных процессов привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД, отличающихся практическим отсутствием, при синусоидальном питании, колебательности (типа колебательного звена 2-го порядка), или наоборот присутствием апериодичности (типа апериодического звена 1-го порядка).
-
Дан вариант объяснения возможности появления счетной неустойчивости при интегрировании математической модели привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД, с выбранным постоянным шагом интегрирования, с использованием теории устойчивости систем уравнений с запаздыванием.
-
Определены соотношения для электромагнитных переменных математической модели привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД и СДПМ на установившихся режимах привода, при синхронной скорости вращения ротора.
Практическая значимость работы:
Предложенные методики, алгоритмы и программное обеспечение для вывода привода ПНМ и быстровращающихся роторных узлов с СРД и СДПМ на заданные режимы работы позволяют конструктору сократить время на правильный выбор двигателя при выполнении всех требований ТЗ к приводу ПНМ и быстровращающихся роторных узлов.
- 7 ~
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедр "Проектирования машин текстильной и легкой промышленности", "Автоматизации производственных процессов", курсовое и дипломное проектирование.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку:
на научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПГУТД, посвященной бОлетию механического факультета. С-Петербург, 1998;
на международной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве". (ПРОГРЕСС - 96), Иваново, 19-22 ноября 1996;
на международной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве". (ПРОГРЕСС - 97), Иваново, 28-30 октября 1997.
на VIII Всероссийской конференции (РАН вычисл. центр) "Математические методы распознавания образов". Пущине 1997.
По материалам диссертации опубликовано 15 работ и получены положительные решения на регистрацию 2ух программ для ЭВМ.
Обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 69 наименований. Работа изложена на 238 страницах машинописного текста, содержит ИЗ рисунков, 8 таблиц.
Похожие диссертации на Анализ режимов работы привода приемно-намоточных механизмов и роторных узлов с синхронно-реактивными двигателями машин химических волокон методами математического моделирования
