Механика / линейные асинхронные машины / Документ Microsoft Word (5)

ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕТРОПРИВОД С РЕГУЛИРЕМЫМИ ПАРАМЕТРАМИ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АПК

Линейный электропривод с регулируемыми параметрами колебаний

для технологического оборудования АПК

 Линенко А.В., Осипов Я.Д., Валишин Д.Е., Эбингер В.В.

1.               Область научной деятельности: технические науки

2.               Организация: Башкирский Государственный Аграрный Университет

3.              Актуальность изучаемой проблемы для данной отрасли знания. Существующие способы получения сложного колебательного движения рабочих органов технологического оборудования и приводы их реализующие обладают рядом недостатков: громоздкость, наличие большого числа трущихся и изнашивающихся поверхностей. Подобные электроприводы (ЭП) обычно работают при неизменных параметрах колебаний рабочего органа, что снижает эффективность их использования. Поэтому создание безредукторного колебательного ЭП с регулируемыми параметрами колебаний является актуальной задачей.

4.               Современное состояние исследований по данной проблеме.

Конструкции технологических машин с колебательным движением рабочих органов, использующие обычные асинхронные двигатели, в течение последних лет не совершенствовались, что обуславливает при работе потери продукции, высокие затраты на энергоносители и обслуживание.

5.               Основные направления исследований в мировой и отечественной науке.

 В современном производстве все возрастающая роль принадлежит автоматизированному ЭП. Общепризнанной тенденцией в развитии ЭП является интеграция кинематических звеньев производственных механизмов с исполнительным двигателем, т.е. создание безредукторных ЭП.

6.               Научная проблема, на решение которой направлена научная деятельность соискателя: низкая энергетическая и эксплуатационная эффективность ЭП колебательного движения технологического оборудования АПК за счет наличия механических преобразователей вида движения.

7.               Цель и задачи исследовательской работы.

Цель работы: повышение энергетической эффективности ЭП технологического оборудования АПК путем применения безредукторного ЭП на основе линейного асинхронного электродвигателя(ЛАД).

Задачи:

·                   разработка приводов технологических машин АПК, реализующих сложное колебательное движение рабочего органа;

·                   обеспечение возможности регулирования параметров движения рабочего органа в широком диапазоне;

·                   исследование разработанного привода, изучение влияния параметров привода на работу технологической машины. 

8.               Научная и практическая значимость работы: определены направления и возможности совершенствования конструкций электроприводов технологических машин с целью повышения их энергоэффективности; разработаны математические модели безредукторных ЭП различного технологического оборудования АПК, позволяющие моделировать рабочие процессы с приемлемой для практических целей погрешностью (электромеханические до 12%, тепловые до 15 %) и определять закономерности изменения основных показателей работы; получены зависимости для максимальных КПД и движущей силы ЛАД, которые могут быть учтены на стадии проектирования ЭП технологической машины; произведен синтез схем управления колебательным электроприводом различных технологических машин; созданы и запатентованы конструкции электроприводов, реализующих различное по характеру движение – поступательное, вращательное, колебательное, колебательно-вращательное.

9.               Аннотация работы.

9.1.   Краткий обзор состояния проблемы

В растениеводстве и технологических процессах производства и переработки продуктов преобладает колебательное движение. Для согласования вращательного движения вала электродвигателя с колебательным движение рабочего органа технологической машины применяются механические преобразователи вида движения: кривошипно-шатунный, кулисный, кулачковый и различные их вариации и сочетания. Каждый такой механический преобразователь имеет десятки трущихся поверхностей. Из-за их износа, а в ряде случаев и повреждения деталей и узлов привода, возникают простои технологического оборудования.

Другим недостатком редукторного электропривода является ограниченная возможность создания управляемого привода для воспроизведения колебаний большой амплитуды (0,05-0,1 м) и низкой частоты (2-5 Гц). Эта область кинематических параметров оказывается оптимальной для многих технологических операций.

В этом аспекте разработчики технологических машин недостаточное внимание уделяют применению в колебательном приводе линейных асинхронных двигателей (ЛАД), которые позволяют электрическую энергию преобразовывать непосредственно в поступательное движение рабочего органа, минуя различного рода преобразователи вида движения. ЛАД отличается конструктивной простотой, технологичностью изготовления, легкостью монтажа и демонтажа, дешевизной, надежностью и допускает разнообразие конструктивных решений. Вследствие отсутствия на вторичном элементе ЛАД обмотки, его подвижной частью может быть непосредственно плоский или цилиндрический рабочий орган оборудования. В результате достигается дополнительное упрощение, появляется возможность блочно-модульного построения привода и его многоцелевое применение. Неоспоримое преимущество приводов с ЛАД заключается и в том, что имеет место регулирование параметров колебаний, как по амплитуде, так и по частоте при применении упругих накопителей механической энергии.

Необходимо отметить, что ЛАД позволяют обеспечить колебательное движение рабочего органа сложной формы (возвратно-поступательно-вращательное, возвратно-поступательное с наложением поперечной и вертикальной составляющих, эллипсоидное), что открывает новую область для совершенствования технологического оборудования различного назначения.

Конструкции технологических машин с колебательным электроприводом в течение последнего десятка лет не совершенствовались, с чем связаны не только огромные потери продукции, но и большие затраты на энергоносители и обслуживание. Все это позволяет считать, что применение ЛАД в приводе технологического оборудования предприятий АПК является эффективным средством совершенствования последнего, соответствующим новейшим тенденциям развития техники.

9.2. Обоснование предлагаемого пути решения задачи.

Причина отсутствия применения линейного электропривода в приводе технологических машин заключается, по нашему мнению в том, что ЛАД и асинхронные двигатели (АД) с вращающимися роторами имеют различные КПД. В зависимости от конструктивного исполнения, при одинаковой мощности, отношение КПД АД (η₁) и КПД ЛАД (η_ЛАД) лежит в пределах 1,4÷1,8. Привод колебательного движения с АД имеет КПД ( ):

,

где - КПД передаточного механизма; - КПД преобразователя вида движения. Сравнение КПД приводов с ЛАД и с АД дает противоположный результат, поскольку ЛАД обеспечивает получение непосредственно прямолинейного движения. Отношение η_ЛАД к  дает в этом случае противоположный результат от первоначального, и лежит в пределах 1,4…1,6.

Применение колебательного линейного электропривода экономически обосновано в следующих установках АПК: бункера-питатели для бесперебойного и регулируемого выпуска сыпучих материалов; многоцелевые инерционные и шагающие конвейеры для транспортировки материала с его одновременным подсушиванием, очисткой, сортировкой; вальцедековые машины для шелушения зерна; измельчители листостебельных кормов; двухножевой режущий аппарат мобильных машин.

10.         Основные научные результаты.

Бункеры-питатели для бесперебойного и регулируемого выпуска сыпучих материалов.

В конусную часть бункера, зону наиболее склонную к сводообразованию устанавливаются ворошители–задвижки с безредукторным линейным электроприводом с регулируемыми параметрами колебаний. Ворошители-задвижки обеспечивают бесперебойный и регулируемый выпуск сыпучего материала, включая аварийное перекрытие выпускного отверстия бункера.

Многоцелевые инерционные и шагающие конвейеры для транспортировки материала с его одновременным подсушиванием, очисткой, сортировкой.

Конвейер представляет собой желоб колебательного движения, состоящий из продольных и поперечных направляющих с приводом от плоского линейного асинхронного двигателя с накопителями механической энергии. Перемещение материала происходит под действием сил инерции с одновременной возможностью очистки, сортировки и подсушивания, к примеру, корнеклубнеплодов.

Вальцедековая машина для шелушения зерна.

Безредукторный колебательно-вращательный электропривод позволяет придать вальцу шелушильной машины наряду с вращением возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения, как следствие, существенно повышается качество шелушения за счет уменьшения выхода недорушенного зерна на 5 - 10%. Кроме того, появляется возможность легкого и в широких пределах регулирования параметров колебаний рабочего органа шелушильной машины, как по частоте, так и по амплитуде, в результате чего обеспечивается расширение возможностей применения.

Измельчитель листостебельных кормов.

Колебательно-вращательный электропривод позволяет придать рабочему органу измельчителя кормов возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения. В результате чего становится возможным регулирования степени измельчения без остановки технологической машины за счет изменения амплитуды и частоты возвратно – поступательных колебаний и частоты вращения направляющего рассекателя.

Безредукторный электропривод двухножевого режущего аппарата мобильных машин.

Разработка представляет собой привод навесного оборудования для скашивания травы. В качестве привода ножей используются два цилиндрических ЛАД с механическими накопителями энергии, вторичные элементы которых движутся в противоположные стороны. Повышается надежность навесного оборудования в 2 раза и увеличивается площадь захвата в 1,5 раза.