Интенсификация разгрузки бункерных устройств за счет свободообрушения импульсными электромагнитными системами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Волгин, Андрей Валерьевич

• Волгин, Андрей Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Волгин, Андрей Валерьевич

Введение.

1. СПОСОБЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗРУШЕНИЯ СВОДОВ В БУНКЕРАХ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Характерные особенности образования и разрушения сводов в бункерах.

1.2 Способы и устройства для разрушения сводов в бункерах. Требования, показатели, характерные области применения.

1.3 Цель и задачи исследований.2$

2. КОНСТРУКЦИЯ МАШИНЫ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ С ИМПУЛЬСНЫМ ЛИНЕЙНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ СВОДОВ.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Импульсные линейные электромагнитные двигатели с повышенными удельными энергетическими показателями.

2.2.1 Магнитные системы осесимметричных цилиндрических ЛЭМД с комбинированным якорем и несколькими рабочими зазорами.

2.2.2 Оптимальные геометрические соотношения в магнитных системах однообмоточных броневых цилиндрических ЛЭМД.

2.2.3 Расчет статических тяговых характеристик.

2.2.4 Конструктивные схемы осесимметричных цилиндрических ЛЭМД с комбинированным якорем и несколькими рабочими зазорами.

2.3 Устройство передачи и регулирования механической энергии в системе «импульсный ЛЭМД - бункер».

2.4 Редкоударная машина с импульсным ЛЭМД для сводообрушения в бункерах.

Выводы.

3. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СВОДООБРУШИТЕЛЯ С ИМПУЛЬСНЫМ ЛЭМД.

3.1 Краткий сравнительный анализ источников питания ЛЭМД сводообрушителя.

3.2 Основные типы электрических преобразователей для питания и управления сводообрушителем с ЛЭМД.

3.2.1 Преобразователи, подключаемые к сети переменного тока.

3.2.1.1 Преобразователь для ЛЭМД с узлом статического нагружения якоря.

3.2.2 Преобразователь с емкостным накопителем энергии.

Выводы.

4. РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ СВОДООБРУШИТЕЛЯ С ИМПУЛЬСНЫМ ЛЭМД.

4.1 Экспериментальные исследования рабочих процессов импульсного ЛЭМД сводообрушителя.

4.2 Исследование энергопреобразования ЛЭМД, питаемого от сети.

4.3 Исследование энергопреобразования ЛЭМД, питаемого от емкостного накопителя.

4.4 Влияние конструктивных параметров ЛЭМД сводообрушителя на эффективность энергопреобразования и выходные показатели.

4.5 Производственные испытания импульсного линейного электромагнитного привода.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация разгрузки бункерных устройств за счет свободообрушения импульсными электромагнитными системами»

Многие процессы сельскохозяйственного производства связаны с хранением и транспортировкой сыпучих материалов, доля которых составляет около 60% всех перерабатываемых грузов. Часто при этом используются бункерные устройства. Наряду с очевидными достоинствами (возможность сочетания с любыми механизмами непрерывного или периодического действия, возможность аккумулирования сыпучего материала в том или ином объеме, простота конструкции и обслуживания, большая пропускная способность, надежность) бункерам свойственен серьезный недостаток - перебои при выгрузке сыпучих материалов, приводящий к резкому снижению производительности сельскохозяйственных машин и оборудования, дополнительным затратам рабочего времени и энергии на восстановление сыпучести. Причиной перебоев являются образующиеся у выпускного отверстия устойчивые своды, приводящие к зависанию и частичному или полному прекращению истечения материала из бункера [5,6,15,18].

Из публикаций [5,6,15,18] известно что затраты на осуществление мероприятий по устранению простоев, вызванных сводообразованием сыпучих материалов составляют около 20.30% от общих затрат на обслуживание бункерных устройств.

С целью устранения сводчатых структур применяются различного рода сводообрушающие устройства. Правильный выбор способа и конструкции сво-дообрушителя позволяет решать вопрос восстановления сыпучести материалов из бункеров.

В настоящее время широко примененяются сводообрушители с электроприводом, основанные на вибрационном и виброударном способах разрушения сводов. Для таких устройств характерны регулярные и достаточно продолжительные воздействия на бункеры, что неблагоприятно сказывается на ресурсе оборудования. Кроме того, такие устройства имеют сравнительно высокую металлоемкость. В связи с этим, поиск новых способов и технических средств, повышающих эффективность борьбы со сводообразованием, является актуальной задачей, в том числе, для сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. Одним из таких направлений является создание электропривода, отличающегося импульсным способом воздействия на внешнюю поверхность бункера, малым потреблением электроэнергии, сравнительно высокими удельными показателями и КПД преобразования энергии, отсутствием прямого контакта и отрицательного воздействия на сыпучий материал.

Цель диссертационной работы. Интенсификация разгрузки бункерных устройств за счет сводообрушения импульсными электромагнитными системами.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

- выявить характерные особенности образования сводов сыпучих сред в бункерах и провести анализ способов и устройств для их разрушения; обосновать энергию ударного воздействия импульсного сводообру-шителя.

- обосновать тип магнитной системы импульсного линейного электромагнитного двигателя (ЛЭМД) сводообрушителя, провести расчет его основных геометрических параметров и статических характеристик по заданным выходным показателям сводообрушителя;

- обосновать способ повышения удельных энергетических показателей ЛЭМД сводообрушителя;

- разработать электрические преобразователи, реализующие эффективные рабочие циклы и обеспечивающие требуемые режимы работы машины;

- исследовать процессы энергопреобразования в ЛЭМД сводообрушителя с повышенными удельными показателями при различных способах питания;

- провести технико-экономическую оценку результатов исследований.

Объект исследования - импульсная электромагнитная система для разрушения сводов в бункерах.

Предмет исследования - рабочие процессы сводообрушителя с импульсным лэмд.

Методика исследования. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы исследования, основанные на теории электрических машин, теоретических основ электротехники и автоматизированного электропривода. В экспериментальных исследованиях использовались современные средства измерительной техники, в том числе аналого-цифровой преобразователь ПЭВМ.

Научная новизна работы:

- предложены классификационные признаки и уточнена классификация устройств для разрушения сводов сыпучих материалов в бункерах;

- предложена конструкция управляемого дополнительно по механическому каналу импульсного ЛЭМД с устройством нагружения якоря с улучшенными массогабаритными и удельными энергетическими показателями;

- разработаны электрические преобразователи для питания и управления ЛЭМД, обеспечивающие требуемые режимы работы сводообрушителя;

- исследованы энергопреобразовательные процессы и сформулированы условия повышения выходных показателей ЛЭМД сводообрушителя, питаемого от емкостного накопителя энергии.

Практическая ценность работы. Разработана импульсная электромагнитная система с повышенными удельными энергетическими показателями, обеспечивающая интенсификацию разгрузки бункерных устройств.

Реализация научно-технических результатов. Технические возможности и эффективность импульсной электромагнитной системы с ЛЭМД для сво-дообрушения в металлических бункерах для муки подтверждена производственными испытаниями.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на II Всероссийской конференции «Прогрессивные технологии в обучении и производстве»(г. Камышин, 20-23 мая 2003г.); на десятой международной науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»(г.Москва, 2-3 марта 2004г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии»(г.Тольятти, 21-24 сентября 2004г.); на третьей Всероссийской конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве (г.Камышин, 20-22 апреля 2005г.); на второй научно - технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» (г.Новосибирск, 25-26 октября 2005г.); на ежегодных научно технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского ГАУ им.Н.И.Вавилова в 2002,2003,2004 годах.

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, общим объемом 3,3 печатных листа, из них один патент РФ и одна работа опубликована в центральной печати объемом 0,2 печатных листа. 1,27 печатных листа принадлежит лично соискателю.

На защиту выносятся:

- обоснование энергии ударного воздействия для эффективного разрушения сводов в металлических бункерах для муки;

- уточненная классификация устройств для разрушения сводов сыпучих материалов в бункерах;

- обоснование параметров и конструкция электромагнитной машины ударного действия с повышенными удельными энергетическими показателями для разрушения сводов в металлических бункерах для муки;

- принципиальные схемы электрических преобразователей сводообрушителя с импульсным ЛЭМД;

- процессы энергопреобразования в ЛЭМД сводообрушителя с повышенными удельными показателями при различных способах питания;

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц, 40

Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Волгин, Андрей Валерьевич

Выводы

1. Обоснованы способы повышения выходных энергетических показателей электромагнитных сводообрушителей. Показано, что в ЛЭМД с комбинированным якорем и двумя рабочими зазорами, управляемых только по электрическому каналу, целесообразно увеличение в 1,5 раза рабочего хода якоря д. Для такого ЛЭМД проведен расчет статических тяговых характеристик, в котором перераспределение магнитных потоков и усилий рабочих и нерабочих зазоров при 3>Г] учтено эмпирическим коэффициентом =0,65.0,7.

2. Предложена для сводооборушителя усовершенствованная конструкция ЛЭМД, управляемого, дополнительно к электрическому, и по механическому каналу вспомогательным электромагнитом нагружения якоря, с улучшенными от известной на 22. .27 % массогабаритными и удельными энергетическими показателями.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Волгин, Андрей Валерьевич, 2005 год

1.1 Краткий сравнительный анализ источников питания ЛЭМД сво-дообрушителя

2. Источниками электрической энергии для ЛЭМД сводообрушителя наиболее целесообразно использовать трехфазные и однофазные сети промышленной частоты с номинальным напряжением 380/220 В.

3. В частности, хорошими удельными показателями при запасаемой энергии й^<104 Дж обладают емкостные накопители. Энергией конденсаторов, определяемой емко-стью С и напряжением V, легко управлять и на этапе заряда, и на этапе вывода энергии в ЛЭМД.

4. Особенности энергопреобразований в ЛЭМД сводообрушителей, питаемых от сети и от емкостных накопителей, подробно рассмотрены в главе 4.

5. Основные типы электрических преобразователей для питания и управления сводообрушителем с ЛЭМД

6. Набор признаков представлен диаграммой (рис.3.1). Необходимость учета именно этих особенностей при совершенствовании или создании новых ЭП для сводообрушителей определяется следующими обстоятельствами.

7. Рис. 3.1 Классификация электрических преобразователей ЛЭМД сводообрушителя

8. Дифференцированием по Я определяется Ко, соответствующее максимальной выдержке времени при данной емкости конденсатора, а также необходимая емкость этого конденсатора:1. БВ

9. Рис. 3.2 Схема устройства формирования выдержки времени3.2)и0/е1Улян; С = еМт1Умин, (3.3)где Ат наибольшая требуемая длительность импульса; е - основание натурального логарифма.

10. Регулирование длительности импульса производится либо изменением сопротивления Я, либо изменением емкости конденсатора С, поскольку регулирование изменением напряжения £/<? сложно и связано с дополнительными потерями энергии.

11. Для стабилизации энергии единичного удара ЛЭМД сводообрушителя ЭП оснащен блоком синхронизации начала формируемого им импульса питающего напряжения с напряжением сети по фазе.

12. Установлено 78., что условием возможности работы ЛЭМД без УГ является полное гашение поля и запирание тиристора в течение первого отрицательного полупериода, то есть за время ¿г<0,01 с при частоте сети 50 Гц.

13. Величина гасящего резистора определяется по выражению= ит/10, (3.4)где /о величина тока ЛЭМД в момент окончания рабочего хода.

14. Рис.3.3 Схема электрического преобразователя, обеспечивающая ручной режим одиночных ходов Л ЭМД сводообрушителя с Ау=3 5. 50 Дж

15. Рис. 3.4 Схема электрического преобразователя, обеспечивающая ручной и автоматические режимы работы ЛЭМД сводообрушителя с Ау-35. .50 Дж с регулируемой частотой

16. Ручное одноударное управление работой преобразователя осуществляется кнопкой SB1.

17. Число необходимых ударов задается с помощью устройства формирования выдержки времени, состоящего из конденсатора С4, тиристора VS3 и резистора RIO. Регулирование длительности импульса производится изменением сопротивления подстроечного резистора RIO.

18. Питание мультивибратора на динисторах и устройства формирования выдержки времени осуществляется выпрямленным напряжением через делитель, состоящий из резисторов R1 и R2.

19. Изменяя величину сопротивления резистора R13, можно регулировать время протекания тока через обмотку ЛЭМД и тем самым энергию удара машины.

20. Вместо контакта магнитного пускателя КМ1 в схеме можно применить контакт фотореле, реагирующего на прекращение истечения муки при образовании устойчивого свода.