WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Чиркова Алёна Анатольевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ПАРАМЕТРОВ СРЕДСТВ АКТИВИЗАЦИИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ГОРНЫХ МАШИН

Специальность 05.05.06 «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЕКАТЕРИНБУРГ

2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Саитов Виль Ирхужеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент

Мальцев Виктор Алексеевич

кандидат технических наук, доцент

Косолапов Анатолий Николаевич

Ведущее предприятие: Институт горного дела УРО РАН

Защита состоится « …» 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» в зале заседаний ученого совета по адресу: 620144, Екатеринбург, ул. Куйбышева,30

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО "Уральский государственный горный университет".

Автореферат разослан « » 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Хазин М.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В горнодобывающей промышленности процессы разрушения и разделения твердых полезных ископаемых являются одними из наиболее масштабных, энергоемких и, вследствие этого, дорогостоящих операций. На эти цели затрачивается около 5% всей энергии производящейся в нашей стране. В этих процессах широко используются вибрационные машины, а также машины с активными рабочими органами. Это обусловлено тем, что они во многих случаях обеспечивают более высокую, чем у обычных машин, технологическую эффективность. Исследования и практика показывают, что в результате усовершенствования горных машин можно добиться существенного роста показателей работы горно-добывающего предприятия. Поэтому дальнейшее развитие вибрационных машин и оборудования с активным рабочим органом имеет важное экономическое значение.

Вибрационные машины просты по конструктивному устройству. Основными конструктивными элементами являются привод и рабочий орган. Особенным разнообразием отличаются типы приводов, от схемы которых в большой степени зависит общая конструкция машины. В настоящее время наибольшее распространение в горной промышленности получили инерционные, эксцентриковые, и поршневые (пневматические и гидравлические) вибраторы.

Альтернативой перечисленным механизмам являются использующие электрическую энергию линейные импульсные электромагнитные двигатели. Применение этих двигателей для создания возмущающей или ударной силы, позволяет обойтись без сложной трансмиссии, так как передаточным элементом служит тяга. Основными недостатками известных конструкций являются относительно небольшая величина движущего импульса, а также низкий коэффициент полезного действия, что может привести в некоторых случаях к перегреву основного элемента линейного двигателя – обмотки.

В этой связи исследования, направленные на изучение тепловых и электромеханических процессов для повышения эффективности работы горных машин с линейными импульсными электромагнитными двигателями являются актуальной научной задачей.

Предмет исследования - горные машины с линейным импульсным электромагнитным двигателем.

Объект исследования - электромеханические и тепловые процессы в линейном импульсном электромагнитном двигателе.

Цель работы – повышение эффективности работы горных машин с импульсным линейным двигателем за счет выбора рациональных параметров и совершенствования конструкции на основе уточненной математической модели рабочего процесса.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности рабочего процесса линейного импульсного электромагнитного двигателя возможно путем выбора рациональных электромеханических параметров, учитывающих параметры динамической системы рабочего органа и режим работы горной машины.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Параметры динамической системы рабочего органа горной машины определяют параметры электромеханической системы импульсного линейного двигателя.

2. Критериями эффективности преобразования электрической энергии в механическую импульсным магнитно-индукционным двигателем и, соответственно, степени совершенства принятой конструкции, являются величина движущего импульса и его отношение к эквивалентной намагничивающей силе, т.е. относительный электромеханический импульс.

3. Математическая модель магнитно-индукционного импульсного линейного двигателя должна учитывать величину присоединенной массы рабочего органа горной машины.

4. Линейные параметры магнитно-индукционного двигателя и плотность потока энергии в магнитопроводе и катушке ограничиваются одним из основных критериев работоспособности – теплостойкостью.

Научная ценность работы заключается в выявлении взаимосвязи электромеханических и силовых параметров и в разработке математической модели рабочего процесса магнитно-индукционного линейного двигателя.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке методики расчета параметров частотных и низкочастотных линейных импульсных двигателей для ВТМ и электромолотов, а также разработке рациональной конструкции этих двигателей.

Достоверность и обоснованность основных научных положений, выводов и рекомендаций обоснована корректным использованием положений теории вероятности и математической статистики, методов математического и физического моделирования, апробированными методами экспериментальных исследований и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, относительное расхождение не превышает 10-15%.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при проектировании резонансной вибрационной машины для уплотнения шихты в ОАО «Уралредмет» и для машины доводки золотосодержащих шлихов.

Апробация работы. Основные результаты работы и её отдельные положения докладывались на «Неделе горняка», Москва, 2004г. и 2005г., III -ей Международной научно–технической конференции. «Нетрадиционные технологии и оборудование для разработки сложно-структурных МПИ», Екатеринбург,2005 г., 10-ой Международной научно–технической конференции. «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», Екатеринбург,2005 г., 8-ой Международной научно-практической конференции « Проблемы карьерного транспорта», Екатеринбург, 2005 г., 11-ой Международной научно–технической конференции. «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», Екатеринбург, 2006 г..

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ в журналах, сборниках научных трудов, материалах международных конференций, в том числе 2 статьи в журнале из списка ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 89 наименований, содержит 122 страниц текста, 26 рисунков и 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

  1. Состояние вопроса и задачи исследований.

Главной целью конструктивного совершенствования рабочих органов горных машин является снижение энергоемкости технологического процесса и расширение их функциональных возможностей, что существенно повышает эффективность их работы. Одним из способов достижения этой цели является активизация рабочего органа при помощи различных механизмов.

Исследования, проведенные Ю.И. Анистратовым, Р.А. Маттисом и другими учеными показали, что активизация ковшей экскаваторов, стругов, рабочих органов проходческих комбайнов, уплотнителей, рыхлителей, приводит к существенному повышению эффективности рабочего процесса.

По конструктивному исполнению, средства активизации рабочих органов выемочно-погрузочных и вибротранспортных машин можно разделить на следующие группы: пневматические, гидравлические и гидропневматические, тепловые, инерционные, эксцентриковые, кривошипно-шатунные и электромагнитные.

Линейные электромагнитные двигатели используются в горной промышленности более 70 лет. По принципу действия эти машины, непосредственно преобразующие электрическую энергию в механическую, можно разделить на пять типов: электромагнитные импульсные механизмы (с ферромагнитным сердечником), магнитоэлектрические машины (с постоянным магнитом), электродинамические машины (с подвижной обмоткой), индукционные машины, магнитно-индукционные машины (с ферромагнитным якорем, на котором имеется индукционное одно или несколько колец). Общим недостатком всех электромагнитных линейных двигателей является относительно низкий КПД.

Развитие теории подобия электромагнитных машин и разработку методов расчета линейных двигателей (электромагнитов) для вибротранспортных и ударных машин питающихся переменным и постоянным током осуществили Алабужев П. М., Буйлов А. Я., Гордон А. В., Лысов Н. Е., Москвитин А. И., Ряшенцев Н. П., Тер-Акопов А. К. и др. ученые.

Основы тепловых расчетов электрических аппаратов приведены в известных работах. Они позволяют определять температуру проводников обмотки (или другого элемента аппарата), обеспечивая этим их надежность и необходимый ресурс работы. Использование существующих методик теплового расчета магнитно-индукционных линейных двигателей с накопителем энергии в виде конденсаторной батареи не обеспечивают необходимую достоверность результатов. При подключении обмотки к конденсаторной батарее, форма импульса тока отличается от синусоидальной и зависит от резонансной частоты электрического контура, которая в свою очередь зависит от положения якоря с индукционными кольцами в катушке и величины рабочего зазора. При расчете магнитно-индукционных двигателей для ВТМ, масса рабочего органа которых существенно превышает массу якоря, в существующих методиках расчетов не учитываются параметры динамической системы, что не позволяет оценить эффективность энергопреобразования. В связи с этим, для определения рациональных параметров импульсных линейных двигателей необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить взаимосвязь параметров динамической системы рабочего органа горной машины и параметров электромеханической системы импульсного линейного двигателя.

2. Выбрать и обосновать критерий эффективности преобразования электрической энергии в механическую и, соответственно, степени совершенства принятой конструкции импульсного магнитно-индукционного двигателя

3. Разработать математическую модель магнитно-индукционного импульсного линейного двигателя, учитывающую величину присоединенной массы рабочего органа горной машины.

4. Выявить рациональное соотношение габаритов магнитно-индукционного двигателя с плотностью потока энергии в магнитопроводе и обмотке, при котором обеспечивается стабильная работа ВТМ.

2. Исследование рабочего процесса электромагнитных импульсных механизмов.

Технической функцией импульсных электромагнитных механизмов является преобразование электромагнитной энергии в механические импульсы требуемой величины и частоты, при которых обеспечивается высокая эффективность рабочего процесса горной машиной в течении заданного периода времени (наработки на отказ). Обеспечить это возможно при соответствии этих двигателей основным критериям работоспособности: прочности и теплостойкости. Теплостойкость определяет долговечность электромагнитных двигателей при частоте импульсов 4 Гц и более. Экспериментально установлено, что потеря работоспособности двигателя выражается в коротком замыкании витков обмотки статора и реже – заклинивании подшипников скольжения.

Согласно своему функциональному назначению одним из главных параметров рабочего процесса импульсного электромагнитного двигателя, является импульс силы

, (1)

где tu – время действия силы F, с.

Величина этого параметра должна стремиться при прочих равных условиях к максимуму. Для частотных импульсных электромагнитных машин с конденсаторным аккумулятором энергии, величина этого импульса должна быть согласована с параметрами динамической системы – величиной её приведенной массы (включающей массу груза) и жесткостью упругих элементов.

При определенном, не оптимальном сочетании емкости конденсаторной батареи, индуктивности обмотки и параметров динамической системы, длительность импульса оказывается больше времени, за которое рабочий орган ВТМ отклонится на максимальное расстояние. В этом случае часть времени импульса движущая сила действует в противоположную направлению движения рабочего органа с якорем сторону и становится тормозящей, что вызывает дополнительные потери энергии. Для определения необходимого времени действия движущего импульса была составлена эквивалентная расчетная схема динамической системы ВТМ, которая представлена в виде одномассовой односвязной системы, без демпфирующего элемента.

Согласно законам электродинамики, величина движущего усилия пропорциональна току, осциллограммы которого для обмоток с различным числом витков приведены на рис.1. В первом приближении нелинейный закон изменения движущего усилия можно представить линейным, эквивалентным по площади фактическому.

Рис. 1. Осциллограммы токов в катушке импульсного двигателя. 1 – число витков – 108; 2 – число витков - 250; 3 – число витков - 360.

Из дифференциального уравнения движения рабочего органа с якорем находится время () движения рабочего органа до крайнего положения.

Параметры обмотки и конденсаторной батареи должны быть согласованы таким образом, чтобы выполнялось соотношение:

. (2)

При постоянной конфигурации и размерах магнитопровода, один и тот же импульс силы можно получить, изменяя параметры обмотки и конденсаторов, определяющие число ампер-витков.

По эквивалентному числу ампер-витков невозможно в полной мере оценить рациональность принятых параметров магнитно-индукционного двигателя. В связи с этим, предложен новый критерий (К2э) – относительный электромеханический импульс, т.е. отношение импульса силы к эквивалентной намагничивающей силе

, (3)

где - амплитуда тока в катушке, А, – число витков катушки, tи – время протекания тока в катушке, с.

По этим двум критериям, при прочих равных условиях, можно оценивать эффективность работы различных по параметрам обмоток и конденсаторов электромагнитных импульсных двигателей.

Pages:     || 2 | 3 |






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