Динамика вибрационного транспортирующего устройства с электромагнитным приводом для нанесения покрытий на зернистые материалы тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. Вибрационные транспортирующие машины для сыпучих материалов.

1.1.1. Анализ технологических процессов переработки сыпучих сред.

1.1.2. Основные типы и область применения вибрационных транспортирующих машин в промышленности.

1.1.3. Классификация и структурные схемы.

1.2. Характеристика электромагнитных возбудителей колебаний.

1.3. Электрические схемы и классификация электромагнитных возбудителей колебаний.

1.4. Способы питания и управления электромагнитными возбудителями колебаний.

1.5. Системы активного контроля и управления электромагнитными возбудителями колебаний.

1.5.1. Классификация систем активного контроля и управления.

1.5.2. Классы адаптивных автоматических систем.

1.5.3. Обобщенные блок-схемы самонастраивающихся систем управления.

1.5.4. Типы самонастраивающихся автоматических систем.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ВИБРАЦИОННОГО ТРАНСПОРТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ЗЕРНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ.

2.1. Построение математической модели вибрационного устройства с электромагнитным возбудителем колебаний.

2.2. Численное исследование динамики устройства для нанесения покрытий на зернистый материалбО

2.3. Представление активного управления электромагнитным виброприводом вибрационного устройства как задачи численной оптимизации.

2.3.1. Определение факторов, влияющих на параметры вибрации.

2.3.2. Численный эксперимент и оптимизация.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Исследование электромагнитного привода с регулятором мощности.

3.2. Исследование поведения системы активного регулирования электромагнитными виброприводами.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ.

4.1. Вибрационный конвейер.

4.2. Устройство для нанесения покрытий на зернистый материал.

4.3. Устройство для вибрационной сушки сыпучих материалов.

4.4. Распылитель с электромагнитным виброприводом с адаптивным управлением.

4.5. Глубинный вибратор с симметричным электромагнитным приводом и активным регулятором мощности.

4.6. Активный регулятор электромагным виброприводом.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Вибрационная техника и технологии с каждым годом расширяют область своего применения и занимают все более прочные позиции в различных отраслях промышленности, строительства, сельского хозяйства, бытовой и медицинской техники.

Успехи в развитии вибрационной техники в значительной степени предопределяются обстоятельной разработкой вопросов теории и практики.

В настоящее время довольно большую гамму приводов вибрационного оборудования составляют электромагнитные устройства, которые выпускаются в России, Франции, Германии, США, Дании, Италии и других странах мира.

Сегодня вибрационная техника довольно прочно занимает свою область на рынке товаров и услуг, что в значительной мере объясняется повсеместным распространением вибрационных процессов в быту, профилактической и реабилитационной медицине, в сфере мелкосерийного производства и в малом бизнесе.

Особый интерес представляет электромагнитный вибропривод, который отличается простотой конструкции, пониженной энергоемкостью, высокой технологической эффективностью, низкой себестоимостью по сравнению с традиционными машинами одинакового назначения.

ЗАДАЧЕЙ настоящей работы является исследование динамики, разработка методов расчета электромагнитного вибропривода с системой активного регулирования параметров вибрации.

ЦЕЛЬЮ является повышение эффективности нанесения покрытий на зернистый материал при его вибротранспортировании на основе исследование динамики вибрационного устройства с электромагнитным виброприводом и системой активного регулирования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

• Разработаны математические модели расчета динамических характеристик электромагнитного вибропривода с системой активного регулятора.

• Получены закономерности работы электромагнитного вибропривода с активным регулятором при различных внешних возмущающих воздействиях.

• Разработана математическая модель вибрационного устройства с электромагнитным приводом и активным регулятором с учетом неравномерности загрузки сыпучего материала.

• Разработан программный комплекс и инженерная методика расчета электромагнитного привода с активным регулированием с учетом влияния внешних возмущающих факторов.

• Созданы устройство для транспортирования и нанесения покрытий на зернистый материал, устройство для вибрационной сушки зернистого материала с электромагнитным приводом и системой активного регулирования, позволяющей поддерживать рациональные параметры вибрации в требуемых пределах. Получены 1 свидетельство РФ на полезную модель № 20636 и 2 решения о выдаче свидетельства РФ на полезную модель.

РЕАЛИЗАЦИЯ работы

Результаты работы использованы при проектировании изделий вибрационной техники в НТЦ «AMO» (г. Курск), в научно-исследовательской лаборатории «Вибрационные машины в пищевой промышленности» (КурскГТУ) при разработке и проектирования изделий вибрационной техники. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использовались при создании регионального научно - технического центра «Вибрационные машины и технологии» при поддержке ФЦП «Интеграция» (грант № 90).

АПРОБАЦИЯ работы

Основные результаты работы доложены на 4 и 5 научно-технических конференциях «Вибрационные машины и технологии», проходивших в 1999 и

2001 годах в КГТУ; IV 1уПжнародна науково - техшчна конференц!я «В1брацп в техшщ та технолог!ях», ВДАУ, Вшниця, Украша, 2002 г.; X Всероссийский семинар «Нейроинформатика и ее приложения», ИВМ СО РАН, Красноярск - 36,

2002 г.; а также на семинарах кафедры «Теоретической механики и мехатрони-ки» Курского государственного технического университета, 1999 - 2003.

ОБЪЕМ работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений, списка литературы из 110 наименований и содержит 196 станиц текста, 119 рисунков и 2 таблицы.

Выводы по главе

1. Разработана конструкция вибрационного конвейера, которая защищена свидетельством на полезную модель.

136

2. Разработана конструкция устройства для нанесения покрытий на зернистый материал, которое защищено свидетельствам на полезную модель.

3. Разработана конструкция устройства для вибрационной сушки сыпучих материалов, которое защищено свидетельством на полезную модель.

4. Предложена конструкция распылителя с электромагнитным виброприводом с адаптивным управлением, который позволяет поддерживать постоянный уровень производительности при переменной вязкости распыляемой жидкости, что повышает качество окраски поверхностей.

5. Разработана конструкция глубинного вибратора с симметричным электромагнитным приводом и активным регулятором мощности, который позволяет поддерживать постоянную амплитуду колебаний рабочего органа вибратора в течение всего технологического процесса уплотнения бетонной смеси.

6. Предложена усовершенствованная конструкция электромагнитного вибропривода с адаптивным электронным управлением, которая позволяет поддерживать постоянную амплитуду колебаний рабочего органа при изменяющейся технологической нагрузке и избежать появления виброударных режимов работы.

7. Результаты исследований используются при вибрационной транспортировки, нанесения покрытий и сушки сахарного песка; в строительстве при уплотнении бетонных смесей в небольших объемах; при производстве ручных электрических краскораспылителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных исследований и обобщений в диссертации получены следующие практические и научные результаты, сделаны выводы:

1. Выявлено перспективное направление развития вибрационных устройств, основанное на применении электромагнитного привода с системой активного регулирования.

2. Разработана принципиальная схема вибрационного транспортирующего устройства с электромагнитным приводом для нанесения покрытий на зернистый материал.

3. Разработана математическая модель электромагнитного привода вибрационного устойства с системой активного регулирования.

4. Разработан алгоритм, позволяющий синтезировать закон управления электромагнитным виброприводом.

5. Создан программный комплекс для выполнения вычислительных экспериментов по математическому моделированию динамики вибрационного устройства с электромагнитным приводом и активным регулированием, позволяющий по разработанному алгоритму синтезировать закон управления регулятором и представить результаты исследований в виде графиков, а также визуализировать процесс.

6. Выявлены законы движения рабочего органа и установлены основные параметры системы с учетом внешних возмущающих воздействий и активного регулирования при проведении динамического анализа вибрационного устройства.

7. Сравнение экспериментальных зависимостей перемещения, скорости, ускорения с расчетными данными позволили сделать выводы об адекватности математической модели реальному вибрационному устройству. Это позволяет аналитическим методом определить основные параметры электромеханической системы с активным регулированием.

8. Установлены закономерности поведения вибрационных устройств с системой активного регулирования: выявлено, что уменьшение амплитуды колебаний исполнительного звена можно скомпенсировать увеличением амплитуды колебаний подвижной части электромагнитного привода.

9. Предложена и разработана конструкция электромагнитного привода и активного регулятора мощности с системой контроля параметров вибрации.

10. Разработаны: устройство для вибрационного транспортирования зернистого материала с электромагнитным приводом, устройство для вибрационной сушки сыпучих материалов, на которые получены решения о выдаче свидетельства РФ на полезную модель; устройство для нанесений покрытий на зернистый материал, на которое получено свидетельство РФ на полезную модель № 20636.

На рис. 5.1 показаны динамические характеристики электромагнитного привода вибрационного устройства.

Рис. 5.1. Фазовые характеристики электромагнитного вибропривода с активным регулированием: 1 - характеристики вибпропривода без нагрузки Р=0; 2 - характеристики вибропривода с нагрузкой Р=40Н; 3 - область переходных процессов; 4 - виброударный режим работы

Работу системы активного регулирования электромагнитным приводом можно проследить на рис. 5.2.

Р,Н г» п !-

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

X, м б) и, в

Рис. 5.2. Работа системы активного регулирования электромагнитным приводом: а) - график изменения технологической нагрузки, Р1=10Н, Р2=30Н, б) - график перемещения подвижной части электромагнита, в) - изменение напряжения на обмотке электромагнита.

Из рис. 5.2 видно, что при изменении технологической нагрузки амплитуда перемещения исполнительного звена остается постоянной, а на обмотке вибропривода меняется напряжение питания. Увеличение напряжения на электромагните приводит к нарастанию магнитного потока через магнитопровод,

Блок - схема системы активного контроля и управления параметрами вибрации электромагнитного привода представлена на рис. 5.4:

1. Абдуллаев Н.Д., Петров Ю.П. Теория и методы проектирования оптимальных регуляторов. JL, 1985.

2. Азрилевич М.Я. Технологическое оборудование свеклосахарных заводов. 3-е изд., перераб. - М.: Агропромиздат, 1986. - 320 с.

3. Алгоритм выбора стратегии управления пневматическим роботом манипулятором // Нейроинформатика и ее приложения: Материалы X Всероссийского семинара. Красноярск - 36, 2002. с. 174-175.

4. Александровский Н.М., Егоров C.B., Кузин P.E. Адаптивные системы автоматического управления сложными технологическими процессами. М., 1973. 273 с.

5. Андронов A.A., Витт A.A., Хайкин С.Э. Теория колебаний. М.: Наука, 1981.-568 с.

6. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь, 1984.

7. Бауман В.А., Быховский И.И. Вибрационные машины и процессы в строительстве. Учебное пособие для студентов строительных и автомобильно дорожных вузов. - М.: Высшая Школа, 1977. - 255 с.

8. Бахвалов Н.С. Численные методы. Т.1. М., 1973. 632 с.

9. Бидерман B.JI. Прикладная теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1972.-416 с.

10. Биндерберг А.Г., Берман M.J1., Волков В.Д., Кузовский А.И. Устройство для измерения параметров вибрации. Патент РФ №2010186 // Открытия, изобретения №6 1994 г.

11. Бихман И.И. Вибрационная механика. М.: Физматлит, 1994.

12. Блехман И.И. Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М.: Наука, 1964.-410 с.

13. Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А., Шамелин В.В. Цифровые интегральные микросхемы. Мн. Беларусь 1991. - 493 с.

14. Божко А.Е., Пермяков В.И., Пушня В.И. Методы проектирования электромагнитных возбудителей. Киев: Наукова думка, 1989. - 208 с.

15. Бражников А. Регулятор мощности // Радио №9 1981 г.

16. Брычков Ю.А., Прудников А.Г., Маричев О.И. Интегралы и ряды. М.: Наука, 1981.-800 с.

17. Буртаев Ю.В. Овсянников П.Н. Теоретические основы электротехники. -М.: Энергоиздат, 1984. 552 с.

18. Бфевалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1975.

19. Быховский И.И. Новые однотактные электромагнитные вибровозбудители. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1972.

20. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники. М.: Машиностроение, 1969.

21. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. Совет: В.Н. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, 1981. - Т. 4. Вибрационные процессы и машины / Под ред. Э.Э. Лавендела. 1981. - 509 с.

22. Волков Е.А. Численные методы. М.: Наука, 1982.23,24