WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

АЗАРОВ Евгений Борисович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

НЕСТАЦИОНАРНОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

«ВИБРОТРАНСПОРТИРУЮЩАЯ МАШИНА»

Специальность 01.02.06 Динамика,

прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Екатеринбург

2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС) Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Научный руководитель – доктор технических наук

Румянцев Сергей Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Афанасьев Анатолий Ильич кандидат технических наук Спевак Лев Фридрихович

Ведущая организация – Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный технический университет» (УПИ).

Защита состоится 08 мая 2007 г. в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д 004.023.01 при Институте машиноведения УрО РАН по адресу: 620219, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан «06» апреля 2007 г.

Отзывы на автореферат, в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета по почте.

Ученый секретарь диссертационного совета Харламов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В горнодобывающей промышленности, на металлургических предприятиях и транспортных узлах широко применяются всевозможные вибрационные машины, и в частности вибротранспортирующие машины (ВТМ): вибротранспортеры, вибрационные конвейеры и питатели, вибрационные грохоты и т.п. (рисунок 1).

а) б)

Рисунок 1 – Вибротранспортирующие машины

В последнее время большое распространение получили машины, в которых вибровозбудители (ВВ) механически не связаны друг с другом, а синхронный режим их вращения обеспечивается за счет явления самосинхронизации (рисунок 1, б). первые исследования динамики вибрационных машин с самосинхронизирующимися ВВ принадлежат отечественным ученым. в основном их работы были посвящены установившемуся синхронному движению или установившемуся принудительно синхронизированному движению.

В последние годы стали появляться первые работы, в которых рассматриваются не только установившиеся, но и переходные динамические процессы, т.е. нестационарная нелинейная динамика, приводящая к синхронизации ВВ. В большинстве работ, посвященных динамике ВТМ, вращающий момент приводных двигателей представлен как некоторая функция, зависящая только от скорости вращения ротора (т.н. статические механические характеристики приводных двигателей).

Между тем, при пуске и при ударных нагрузках на машину в двигателях могут возникать (и возникают) переходные динамические процессы, при которых зависимость вращающего момента от угловой скорости весьма сильно отличается от статической характеристики. Учет этих явлений позволяет не только более точно описать влияние двигателей на нестационарную динамику ВТМ, но и влияние динамики ВТМ на электромагнитные процессы в двигателе, и, как следствие, оценить энергозатраты, возникающие при работе машины.

В данной работе сформулирована задача построения комплексной синтетической математической модели электромеханической системы, состоящей из двух приводных электродвигателей и ВТМ.

Анализ взаимной динамики ВТМ и двигателей позволяет уже на стадии проектирования машины оценить длительность переходных процессов, длительность и величины протекающих по обмоткам двигателей токов. Известно, что на практике имеют место случаи, когда двигатели выходят из строя из-за длительного переходного процесса в ВТМ. длительность этого переходного процесса зависит от ряда физических и геометрических параметров самой ВТМ и приводных электродвигателей. Неправильный набор параметров приводит к чрезмерному затягиванию переходного процесса. Поэтому очень важно исследовать совместную динамику машины и двигателя, выяснить те значения параметров и те условия, при которых переходные процессы протекают быстрее, с наименьшими потерями и наименьшей опасностью перегрева обмоток двигателей.

Известны специфические условия пуска ВТМ, когда при пуске двигателям необходимо поднять массивные дебалансы, находящиеся в нижнем положении под действием силы тяжести, на достаточно большую высоту и начать их дальнейшую раскрутку. На практике для скорейшего пуска часто устанавливают на ВТМ двигатели завышенной мощности. Это приводит к тому, что стадия пуска проходится легко, но затем в ходе всего остального рабочего времени расходуется избыточное количество электроэнергии.

Таким образом, задача исследования и математического моделирования совместной динамики ВТМ и электродвигателей как единой электромеханической системы актуальна не только в теоретическом, но и в практическом смысле, поскольку позволяет выработать рекомендации по проектированию машин, потребляющих в рабочем режиме меньшее количество электроэнергии.

В данной работе построенная ранее математическая модель динамики ВТМ* дополнена системой уравнений, описывающей переходные процессы в асинхронных двигателях, и получена новая математическая модель – модель электромеханической системы «вибротранспортирующая машина». исследование динамики полученной системы осуществлялось методом численного эксперимента с математической моделью.

Идея работы. Исследование динамики ВТМ как единой электромеханической системы методом математического моделирования.

Цель работы

1. Построить математическую модель электромеханической системы «вибротранспортирующая машина», позволяющую на стадии проектирования оценить влияние вибротранспортирующей машины на приводные электродвигатели.

2. Оценить энергозатраты, сопровождающие пуск электромеханической системы «вибротранспортирующая машина» и ударные нагрузки на машину.

3. Выработать рекомендации по подбору типа и мощности приводных электродвигателей с целью уменьшения расхода электроэнергии в рабочем режиме.

научная новизна и практическая ценность

1. сформулирована система дифференциальных уравнений электромеханической системы «вибротранспортирующая машина» для случаев установки приводных электродвигателей на неподвижном основании и непосредственно на рабочем органе ВТМ для достаточно широкого набора возможных двигателей, включая разную полюсность, двигатели с короткозамкнутым и с фазным ротором, основного исполнения и модификаций с учетом эффекта вытеснения тока в стержнях обмоток роторов. Все это определяется параметрами, входящими в систему.

2. построена математическая модель, описывающая не только стационарные, но и все механические переходные процессы как в ВТМ, так и в двигателях. Данная

*Румянцев С. А. Динамика переходных процессов и самосинхронизация движений вибрационных машин. – Екатеринбург: УрО РАН. – 2003. – 135 с. – ISBN 5–7691–1366–9

модель позволяет оценить токи, состояние электромагнитного поля при всех нестационарных режимах, т.е. толчках, рывках и т.п., возникающих при работе ВТМ.

3. Разработаны рекомендации по подбору типа, исполнения и мощности приводных электродвигателей с целью уменьшения потребляемой электроэнергии.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации обусловлена: использованием фундаментальных положений динамики системы твердых тел, теории колебаний и удара; использованием фундаментальных положений теории электрических машин; применением хорошо апробированных современных вычислительных методов; соответствием полученных качественных и количественных вычислительных результатов характеру функционирования вибропитателей-грохотов в производственных условиях; сравнением результатов моделирования динамики лабораторного вибрационного стенда с измеренными параметрами его работы и паспортными характеристиками; использованием результатов диссертационной работы конструкторскими организациями.

Реализация работы. Полученные рекомендации по подбору типа и мощности приводных электродвигателей реализованы АОЗТ НППЦ «Уралмеханобр-инжиниринг» при проектировании новых вибротранспортирующих машин.

Апробация работы. Основные положения данной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на: IX всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике, Н. Новгород, 2006; международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании», ВИТ-2004, Алматы, Казахстан; международной конференции XXXII Summer School –Conference “Advanced Problems in Mechanics”, APM 2005, С-Петербург; международной конференции XXXIII Summer School –Conference “Advanced Problems in Mechanics”, APM 2006, С-Петербург; научно-технической конференции «Молодые ученые – транспорту», Екатеринбург, УрГУПС, 2006; научном семинаре ИМаш УрО РАН 2006; расширенном заседании кафедры электротехники и электротехнологических систем УГТУ-УПИ 2006 г.; научных семинарах кафедры «Прикладная математика» УрГУПС 2004 – 2006 г.; научных семинарах кафедры «Электрические машины» УрГУПС 2004 – 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, из которых 4 статьи и 3 работы – тезисы в сборниках международных конференций на английском языке и аннотации доклада на съезде по теоретической и прикладной механике.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 98 наименований, 4 приложений, содержит 126 страниц, 38 рисунков, 3 таблицы.


содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы идея и цель работы, научная новизна, практическая ценность, достоверность и апробация диссертации. Дана характеристика публикаций, структуры и объема работы.

В первой главе выполнен аналитический обзор сведений по динамике вибромашин, об исследованиях в области динамики вибромашин, теории синхронизации механических систем и электромагнитных переходных процессов в асинхронных электродвигателях, приведены основные задачи исследования, проведенного автором.

Работа посвящена исследованию нестационарной динамики вибрационных машин с независимо вращающимися дебалансными ВВ. Принцип работы этих машин основан на использовании явления самопроизвольной синхронизации движений механических систем. Явление самосинхронизации механических дебалансных вибраторов, установленных на одном вибрирующем органе, было экспериментально обнаружено в 1948 г. Д.А. Плиссом. В 1953 г. И.И. Блехман дал физическое объяснение и математическое описание этого явления. В дальнейшем теория синхронизации вибромашин (синхронизации вращений вибровозбудителей) была обобщена и развита в работах И.И. Блехмана, О.П. Барзукова, Л.А.Вайсберга, Л.Б. Зарецкого, Б.П. Лаврова, А.И. Лурье, Р.Ф. Нагаева, В.М. Потураева, К.М. Рагульскиса, К.В. Фролова, К.Ш. Ходжаева, Р. Миклашевского, В. Богуша и З. Энгеля, Л.Шперлинга, Араки Иосиаки, Иноуэ Дзюнкити, Хаяси Сэцуко и других исследователей.

В работах С.А. Румянцева описывается динамика переходных процессов, сопровождающих пуск машины из состояния покоя, а также воздействия на нее различных возмущений, в том числе ударных, вызванных падением на рабочий орган монолита. В его работах вращающие моменты приводных электродвигателей также задаются функциями, представляющими собой статические характеристики двигателей, т.е. модель описывает нестационарную динамику только самой ВТМ без учета переходных динамических процессов в двигателях.

при пуске и при ударных нагрузках на машину в двигателях могут возникать (и возникают) переходные динамические процессы, при которых зависимость вращающего момента от угловой скорости весьма сильно отличается от статической характеристики. Учет этих явлений позволяет не только более точно описать влияние двигателей на нестационарную динамику ВТМ, но и влияние динамики ВТМ на электромагнитные процессы в двигателе, и, как следствие, оценить энергозатраты, возникающие при работе машины.

В области исследования переходных процессов в асинхронных двигателях ведущее место занимают МЭИ, УГТУ-УПИ, ОПИ. В развитии теории электромагнитных переходных процессов асинхронных машин большую роль сыграли работы Р. Парка, А.А. Горева, Г. Стенлея, Г.Крона, Е.Я. Казовского, А.А. Янко-Триницкого, С.В. Страхова, К.П. Ковача, И. Раца, Л.Н. Грузова, А.Т. Голована, В.А. Шубено, А.В. Иванова-Смоленского, В.Я. Беспалова, М.М. Соколова, Л.Б. Масандилова, Л.П. Петрова, В.А. Ладензона, И.П. Копылова и других ученых. Разработанная в их трудах методика составления и исследования дифференциальных уравнений машин переменного тока дает возможность проводить глубокий анализ электромагнитных переходных процессов в асинхронных машинах.

При выполнении данной работы автор ставил перед собой следующие задачи:

– построить комплексную синтетическую математическую модель, описывающую совместную нестационарную динамику системы ВТМ – электродвигатели и рассматривать в дальнейшем ВТМ как единую электромеханическую систему;

– оценить взаимное влияние ВТМ и электродвигателей при различных режимах работы машины (при пуске, стационарном режиме работы и при ударных нагрузках на рабочий орган ВТМ) в случае применения асинхронных электродвигателей различных модификаций;

– выработать рекомендации по проектированию ВТМ, в частности подбору типов и модификаций асинхронных двигателей с целью уменьшения энергозатрат при эксплуатации ВТМ.

Вторая глава посвящена описанию математической модели динамики ВТМ как электромеханической системы.

а)

б)

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.