Nauchnaya_rabota_(1)

2

АННОТАЦИЯ

Актуальность работы. Замена применяемых в металлургии в качестве при-

водов вибрационных питателей электромагнитных возбудителей более деше-

выми и менее материалоемкими дебалансными вибродвигателями сдержива-

ется невозможностью регулирования амплитуды возмущающей силы оди-

ночных вибродвигателей в процессе работы. Поэтому разработка системы управления многодвигательным дебалансным виброприводом, обеспечи-

вающей указанное регулирование, является актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследования. Разработка имитационной модели со-

вместной работы дебалансных виброприводов, что требует решения задач по:

разработке лабораторного стенда; математическому описанию момента, обу-

словленного движением оси вращения неуравновешенного тела; эксперимен-

тальному определению параметров элементов стенда; оценки адекватности предлагаемой модели по результатам математического моделирования и фи-

зического эксперимента.

Объект исследования. Многодвигательный дебалансный вибропривод

Предмет исследования. Взаимное влияние дебалансных вибродвигателей,

установленных на одной подвижной платформе

Методы исследования. Математическое моделирование и эксперимент.

Основные научные и практические результаты, их значение. Получена имитационная модель, учитывающая взаимное влияние вибродвигателей, ко-

торая может быть использована при синтезе системы управления, обеспе-

чивающей регулирование возмущающей силы группового вибропривода.

Общая характеристика научной работы. Работа состоит из введения, 6

разделов и выводов. Общий размер работы составляет 30 страниц, в том чис-

ле 19 рисунков, 4 таблиц и 10 источников.

ВИБРОПРИВОД, ДЕБАЛАНС, СИНХРОНИЗАЦИЯ, ВИБРАЦИОННОЕ ПОДДЕРЖАНИЕ ВРАЩЕНИЯ, АКСЕЛЕРОМЕТР.

3

ОТЗЫВ

на научную работу студентов

«Учет момента, обусловленного движением оси вращения неуравновешенного тела при моделировании совместной работы дебалансных виброприводов»

В технологических операциях дозирования возможность регулирования ам-

плитуды вибрации, с целью изменения производительности питателя, является одним из важных требований для обеспечения высокой скорости и точности дозирования. Наиболее привлекательным с точки зрения цены и материало-

емкости является дебалансный вибропривод на основе асинхронного двигателя,

однако данный вид привода не позволяет регулировать амплитуду возмущающей силы в процессе работы. Поэтому разработка системы управления много-

двигательным дебалансным виброприводом, обеспечивающей указанное регули-

рование, является актуальной задачей.

Характеризуя научную работу студентов следует отметить, что выбранная тема является актуальной и в то же время недостаточно исследованной.

В результате исследований получена имитационная модель, учитывающая взаимное влияние вибродвигателей, которая может быть использована при синтеза системы управления, обеспечивающей регулирование возмущающей силы многодвигательного дебалансного вибропривода.

Во время практических исследований студенты принимали активное участие в изготовлении лабораторного стенда, экспериментальном определении парамет-

ров элементов стенда, замерах, расчете и сравнении результатов, проявили самостоятельность в работе, умение поиска необходимой информации в сети

Internet, электронных и печатных источниках.

Работа выполнена авторами самостоятельно. Со стороны руководителя производилось общее руководство и редактирование печатного материала.

4

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………5

1.ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИБ-

РОПРИВОДОВ……………………………………………………………..6

1.1.Конструкция дебалансных виброприводов …………………..6

1.2.Особенности совместной работы дебалансных

вибропривдов……………………….………………………..…7

1.3.Влияние разности углов поворота дебалансов на амплитуду возмущающей силы……………………………………….…...9

2.ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ДЕБАЛАНС-

НЫХ ВИБРОПРИВОДОВ………………………………………………..12

3.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОГО ДЕ-

БАЛАНСНОГО ВИБРОПРИВОДА…………………………….……….13

4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛАБОРА-

ТОРНОГО СТЕНДА…………………………………..……………....….15

4.1Определение массы деталей конструкции …………………...15

4.2Определение параметров механической части системы …....15

4.3Определение электромеханических характеристик двигателя ………………………………………………….……19

5.ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДВУХ ДЕБАЛАНСНЫХ ВИБРОПРИ-

ВОДОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ОДНОЙ ПОДВИЖНОЙ ПЛАТ-

ФОРМЕ С УЧЕТОМ МОМЕТА, ОБУСЛОВЛЕННОГО ДВИЖЕНИЕМ ОСИ ВРАЩЕНИЯ НЕУРАВНОВЕШЕННОГО ТЕЛА………………...25

6.РЕЗУЛЬТАТЫ ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА И МАТЕМАТИ-

ЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ………………………………...……....27

ВЫВОДЫ……………………………………………………………….....29

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………30

5

ВВЕДЕНИЕ

Вибротехнологии используются практически во всех отраслях про-

мышленности [1, 2].

В технологических операциях дозирования металлургического производства широко распространены вибрационные питатели,

представляющие собой лоток, колебательные движения которого обеспечиваются в большинстве случаев электромагнитными или дебалансными виброприводами. Существенным фактором в обеспечении точности как дискретного так и непрерывного дозирования является возможность изменения в процессе работы производительности вибро-

питателей [3, 4].

Электромагнитные виброприводы позволяют плавно регулировать ам-

плитуду возмущающей силы и соответственно производительность приво-

димого в движение вибрационного питателя. Дебалансные виброприводы существенно дешевле и менее материалоемкие, но в тоже время не позволя-

ют регулировать амплитуду возмущающей силы в рабочем режиме.

Растущие требования повышения качества выпускаемой продукции и снижения ее себестоимости влекут за собой необходимость повышения точ-

ности и удешевления систем дозирования. Одним из вариантов удовлетворе-

ния противоречивых требований повышения точности и снижения стоимости систем дозирования может быть многодвигательный вибропривод, в котором несколько дебалансных виброприводов установлены на одном подвижном основании, а регулирование амплитуды возмущающей силы производится путем изменения взаимного расположения (фаз) вращающихся дебалансов.

Целью данного исследования является разработка лабораторного стен-

да и имитационной модели совместной работы дебалансных виброприводов,

учитывающей момент, обусловленный движением оси вращения неуравно-

вешенного тела.

7

При включенном дебалансном вибродвигателе, центробежная сила, воз-

никающая в результате вращательного движения ротора с его эксцентрика-

ми, приводит, связанную с дебалансным вибродвигателем машину, в колеба-

тельное движение. Вибрационное воздействие можно регулировать путем изменения угла между эксцентриками. Если угол между ними равен 180о то воздействие отсутствует, если же угол равен нулю, то вибрационное воздей-

ствие максимально. Недостатком такого вибропривода является невозмож-

ность регулирования вибрационного воздействия во включенном состоянии.

1.2 Особенности совместной работы дебалансных виброприводов

Самосинхронизация неуравновешенных роторов представляет собой одно из удивительных явлений, обусловленных вибрацией. Это явление со-

стоит в том, что два или более кинематически и электрически не связанных между собой роторов, установленных на общем подвижном основании и приводимых от независимых асинхронных двигателей, вращаются синхрон-

но т.е. с одинаковыми или кратными средними угловыми скоростями и с оп-

ределенными взаимными фазами. Тенденция к синхронному вращению ока-

зывается во многих случаях столь сильной, что даже выключение одного из двигателей не приводит к выпадению из синхронизма: роторы с выключен-

ными двигателями могут вращаться неограниченно долго. Энергия, необхо-

димая для поддержания их вращения, передается от включенных в сеть дви-

гателей благодаря вибрации основания, на котором они установлены.

Явление самосинхронизации механических дебалансных вибровозбу-

дителей было обнаружено в ленинградском институте «Механобр» в 1947-

1948 гг. при выполнении исследовательской работы, проводившейся под ру-

ководством Д.А. Плисса. Интересу этому явлению и пониманию связанных с ним возможностей способствовало следующее наблюдение. На стенде инсти-

тута проходила длительные испытания вибрационная машина с двумя номи-

нально одинаковыми независимыми дебалансными возбудителями, приво-

8

димыми от отдельных асинхронных электродвигателей. При установке на неподвижном основании роторы таких возбудителей неизбежно вращались бы с несколько различными угловыми скоростями и случайными фазами.

Это обусловлено неточностью изготовления двигателей и возбудителей. Од-

нако будучи установленными на общем вибрирующем органе машины, оба возбудителя работали в среднем синхронно и синфазно. При этом тенденция к синхронному вращению роторов оказалась столь сильной, что их вращение не нарушилось даже при случайном обрыве провода, подводящего питание к одному из электродвигателей: обрыв был обнаружен лишь через несколько часов, на протяжении которых машина практически нормально работала (и

продолжала работать до выключения второго двигателя). Иными словами,

здесь имело место вибрационное поддержание вращения неуравновешенного ротора – явление, представляющее частный случай самосинхронизации.

Сделанное наблюдение было зафиксировано Д.А. Плиссом и И.М. Абрамовичем в отчете института «Механобр» в 1948 г., причем было обращено внимание на существенное значение этого явления для вибрацион-

ной техники.

В 1953 г. И.И. Блехманом было дано физическое объяснение и матема-

тическое описание эффекта самосинхронизации механических вибровозбу-

дителей [7].

В настоящее время вопросы самосинхронизации не потеряли свою ак-

туальность. В частности, ведутся исследования в области самосинхронизации дебалансных возбудителей с кратными частотами вращения в вибрационных машинах с плоским движением рабочего органа [8].

1.3 Влияние разности углов поворота дебалансов на амплитуду

возмущающей силы

После приведения подобных получим

Таким образом изменение параметра (0.... ) позволяет регулировать

амплитуду возмущающей силы и в тоже время не влияет на ее направление.

Из (1.3) с учетом (1.4):

после упрощения (1.7) получаем

таким образом, для предлагаемого закона управления (1.4) вращательный момент M * 0 для любых .

В ходе исследования установлено, что закон управления