Повышение эффективности транспортировки влажного сахара инерционным конвейером с линейным асинхронным электроприводом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Шагаргазин, Артур Саримович

• Шагаргазин, Артур Саримович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шагаргазин, Артур Саримович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

РАБОТЫ КОНВЕЙЕРА ВЛАЖНОГО САХАРА

1.1 Транспортирование влажного сахара в технологическом цикле сахарного производства. Технологические требования, предъявляемые к конвейерам влажного сахара.

1.2 Пути повышения эффективности работы конвейера влажного сахара. Инерционные конвейеры и их приводы

1.3 Инерционный конвейер системы Маркуса с линейным асинхронным электроприводом

1.4 Выводы по главе.

ГЛАВА 2 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНЕРЦИОННОГО КОНВЕЙЕРА С ЛИНЕЙНЫМ АСИННХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И ЕГО

ИССЛЕДОВАНИЕ

2.1 Условия транспортирования груза инерционным конвейером

2.2 Кинематическая схема инерционного конвейера с линейным асинхронным электроприводом и его математическая модель

2.3 Математическая модель инерционного конвейера с линейным асинхронным электроприводом в среде Matlab (Simulink)

2.4 Исследования математической модели ИКЛАП

2.4.1 Задачи исследований

2.4.2 Влияние коэффициента жесткости упругих элементов на эффективность работы ИКЛАП

2.4.3 Влияние координат включения, выключения ЛАД и координаты начала взаимодействия с упругими элементами на эффективность работы ИКЛАП

2.4.4 Влияние напряжения питания ЛАД на эффективность работы

ИКЛАП

2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ

ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ ГРУЗОНЕСУЩИЙ ЖЕЛОБ - ГРУЗ

3.1 Математическая модель температурного поля системы желоб

3.2 Исследование распределения температуры транспортируемого сахара при различных режимах работы конвейера.

3.3 Выводы по главе

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХЦЕЛЕВОГО ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ИНЕРЦИОННОГО КОНВЕЙЕРА

4.1 Программа экспериментальных исследований

4.2 Описание экспериментальной установки • '

4.2.1 Общие сведения об экспериментальной установке

4.2.2 Линейный асинхронный двигатель

4.2.3 Блок управления

4.3 Экспериментальные исследования

4.3.1 Электромеханические процессы

4.3.2 Тепловые процессы

4.4 Выводы по главе

ГЛАВА 5 РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

5.1 Математическая обработка результатов экспериментов "

5.2 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных 106 исследований

5.3 Рекомендации по проектированию ИКЛАП

5.4 Расчет технико-экономических показателей

5.5 Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности транспортировки влажного сахара инерционным конвейером с линейным асинхронным электроприводом»

В настоящее время в технологическом процессе сахарного производства вибрационные конвейеры являются наиболее рациональным типом конвейеров, обеспечивающих транспортирование горячего влажного сахара. Это обусловлено совокупностью технологических факторов производства, а также механическими, теплофизическими и химическими свойствами транспортируемого груза. Однако эксплуатация вибрационных конвейеров осложняется особенностями привода и режимом работы с подбрасыванием груза. Последний приводит к сегрегации сахара, налипанию мелкодисперсной фракции на поверхность грузонесущего желоба и остановке конвейера для его очистки. Наличие в конвейере механического преобразователя вращательного движения электродвигателя в колебательное, а также рессор, работающих под большими динамическими нагрузками, обусловливает частые поломки конвейера. Это ведет к простоям сахарного завода, достигающим 1.2 % среднегодового рабочего времени, и экономическим потерям от недовыпуска продукции. Другим недостатком вибрационного конвейера является снижение температуры горячего влажного сахара во время транспортирования, вызванное в основном теплопотерями в окружающую среду через стальной грузонесущий желоб. Имеет место неэффективное использование тепловой энергии, при учете того, что после конвейера сахар поступает в сушильную установку для окончательной сушки.

В связи с изложенным, обоснование и разработка конвейера, обеспечивающего надежное транспортирование влажного сахара и его подогрев, представляют собой актуальную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Исследование соответствует Федеральной целевой программе «Энергосбережение России» на 1998-2005 годы, Федеральной программе «Создание техники и энергетики нового поколения, формирование эффективной инженерно-технической инфраструктуры агропромышленного комплекса 2001-2005 гг.».

Цель работы: обеспечение эффективного транспортирования влажного сахара в технологическом цикле его производства и снижение энергозатрат при его сушке путем применения инерционного конвейера, разработанного на базе двухцелевого линейного асинхронного электропривода.

Для достижения сформулированной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Определить технологические требования, провести их анализ и разработать концепцию построения конвейера для инерционного транспортирования и подогрева влажного сахара на базе двухцелевого линейного асинхронного электройривода.

2. Разработать математические модели движения груза по колеблющейся поверхности, электромеханических и тепловых процессов в линейном асинхронном электроприводе инерционного конвейера.

3. Разработать методику экспериментального исследования инерционного конвейера с линейным асинхронным электроприводом.

4. Исследовать влияние конструктивных параметров инерционного конвейера и режимов работы линейного асинхронного двигателя на эффективность транспортирования и подогрева сахара.

5. Разработать рекомендации по проектированию инерционного конвейера с линейным асинхронным электроприводом.

Объект исследования: электромеханические и тепловые процессы в инерционном конвейере с линейным асинхронным электроприводом.

Предмет исследования: закономерности изменения показателей эффективности транспортирования и подогрева влажного сахара от конструктивных параметров инерционного конвейера и режимов работы линейного асинхронного двигателя.

Методы исследований. Исследование электромеханических процессов привода инерционного конвейера, проводится на основе уравнения динамики линейного колебательного асинхронного электропривода, уравнений движения материальной точки по колеблющейся поверхности в среде визуального моделирования SIMULINK. Моделирование стационарных тепловых процессов проводится при помощи тепловых схем замещения. Программа расчета теплового поля грузонесущего желоба написана в. пакете Matlab. Обработка результатов теоретических и физических экспериментов проводилась статистическими методами. Достоверность полученных результатов оценивается с помощью сравнения результатов математического моделирования и физического эксперимента.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

1. Разработаны математические модели для исследования процессов транспортирования и подогрева влажного сахара инерционным конвейером с двухцелевым линейным асинхронным электроприводом.

2. Установлены взаимосвязи отражающие изменения показателей эффективности транспортирования груза от конструктивных параметров инерционного конвейера и режимов работы линейного асинхронного двигателя.

3. В результате теоретических и экспериментальных исследований получены зависимости температуры поверхности инерционного конвейера и температуры сахара от мощности потерь в линейном асинхронном двигателе с учетом его режимных параметров.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов:

В ходе диссертационного исследования создан инерционный конвейер с двухцелевым линейным асинхронным электроприводом. Рекомендации по проектированию инерционного конвейера с линейным асинхронным электроприводом могут быть использованы при инженерных расчетах конвейера для различных технологических линий в АПК. Лабораторный стенд для исследования инерционного конвейера с линейным асинхронным электроприводом с многоканальной выдачей результатов и их математической обработкой на ЭВМ в современных программных продуктах можно использовать для его многостороннего физического исследования.

Результаты исследования приняты к внедрению на ОАО «Чишминский сахарный завод», ОАО «Карламанский сахар"» Республйки Башкортостан и используются в учебном процессе БГАУ.

Апробация работы: Основные результаты исследований обсуждались и получили положительные оценки . на Восьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2001 г.); Международной научно-практической конференции «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (Уфа, 2003 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (Уфа 2004); XLIII, XLIV Международных научно-технических конференциях «Достижения науки - агропромышленному производству» (Челябинск, 2004, 2005 гг.).

По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе патент РФ," отражающих основное содержание работы и новизну технических реI шений.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографии, включающей в себя 135 наименований, и 20 приложений. Основное содержание работы изложено на 128 страницах текста.

Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Шагаргазин, Артур Саримович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Установлено, что разработанный инерционный конвейер с линейным асинхронным электроприводом в сочетании с вторичным элементом ЛАД, являющимся конструктивным элементом грузонесущего органа, отвечает технологическим требованиям транспортирования влажного сахара. Подобное решение обеспечивает надежное транспортирование влажного сахара, дает возможность его попутного подогрева, отвечает общим тенденциям развития конвейеров. Новизна технического решения доказана патентом РФ на изобретение.

2. Разработанные математические модели, как показала экспериментальная проверка в лабораторных условиях, позволяют моделировать рабочие процессы линейного электропривода конвейера с приемлемой для практических целей погрешностью (электромеханических до 12%, тепловых до 15 %) и определять закономерности изменения основных показателей работы конвейера от его режимных и конструктивных параметров.

3. Определено, что coscp ЛАД составляет не менее 0,6; к.п.д. транспортирования ИКЛАП может достигать 15.20% в отличие от инерционного конвейера с классическим приводом, у которого к.п.д. транспортирования менее 5 %.

4. Установлено, что наилучшие технико-экономические показатели ИКЛАП достигаются при использовании упругих элементов с наибольшим коэффициентом жесткости, причем жесткость ограничивается только прочностными характеристиками конвейера.

5. Наиболее высокие скорость, к.п.д. транспортирования и производительность достигаются при соотношении массы груза к массе желоба находящегося в пределах 1.100%. При увеличении этого соотношения груз практически не транспортируется.

6. Установлено, что при определенных соотношениях жесткости упругих элементов и напряжения питания ЛАД имеет место обратное транспортирование, что расширяет технологические возможности применения ИКЛАП.

7. Установлены зависимости изменения температур желоба и груза от конструктивных параметров ИКЛАП и режимов работы ЛАД. При скоростях транспортирования менее 0,06 м/с происходит резкое увеличение температуры желоба и груза, поэтому на поверхности грузонесущего желоба установлены координаты точки с максимумом температуры для размещения аварийного датчика с целью недопущения разложения сахарозы.

8. На основе анализа проведенных исследований разработаны рекомендации по проектированию инерционного конвейера с двухцелевым линейным асинхронным электроприводом, а также программа для расчета температурного поля системы «грузонесущий желоб - груз» при различных конструктивных параметрах ИКЛАП и режимах работы ЛАД.

9. Экономический эффект от внедрения достигается снижением времени простоев, эксплуатационных затрат и экономией тепловой энергии. В результате внедрения на двух сахарных заводах Республики Башкортостан планируется получить суммарный экономический эффект 585680 руб./год в ценах на I

01.01.05 г.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шагаргазин, Артур Саримович, 2005 год

1. Азрилевич М.Я. Технологическое оборудование сахарных заводов - М.: Пищевая промышленность, 1982-391 с.

2. Аипов Р.С., Барыкин К.К., Даутов A.M. Выбор параметров ЛАД для привода качающихся транспортирующих машин/ Электрические машины с разомкнутыми магнитопроводами в технологии и приводе: Межвузовский сб. научн. трудов. Свердловск: УПИ, 1988. - С. 41-44.

3. Аипов Р.С. Линейный электропривод колебательного движения / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа, 1994. - 77с.

4. Аипов Р.С. Линейные электрические машины и приводы на их основе. -Уфа: БГАУ, 2003.-201 с.

5. Аипов Р.С, Чанов Л.Г. Влияние электромагнитных переходных процессов линейного асинхронного двигателя на электромеханические / Управляемые электрические цепи и электромагнитные поля // Межвуз. сб. Уфа: УАИ, 1992. -С. 71 -79.

6. Аипов Р.С Шагаргазин А.С. Двухцелевой линейный асинхронный электропривод: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика // Восьмая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. М.: Издательство МЭИ, 2002. Т. 2. - 224 с.

7. Аипов Р.С Шагаргазин А.С. Двухцелевой линейный электропривод качающегося конвейера. Электрификация с/х: межвузовский научный сборник. Выпуск 3/ БГАУ. Уфа, 2001. - 250 с.

8. Аипов Р.С., Шагаргазин А.С. Качающийся конвейер с двухцелевым линейным асинхронным приводом: «Достижения науки агропромышленному производству» // XLIII Международная научно-техническая конференция:

9. Тез. Докл. Челябинск.: ЧГАУ, 2004. Т. 1. - 365 с.

10. Аипов Р.С., Шагаргазин А.С. Качающийся конвейер с линейным асинхронным приводом // Механизация и электрификация с/х, 2004. № 10. -С. 34

11. Атаназевич В.И. и др. Установки для сушки пищевых продуктов М.: Аг-ропромиздат, 1989. - 354 с.

12. Атаназевич В.И. Сушка пищевых продуктов/ Справочное пособие. М.: ДеЛи, 2000.- 296 с.

13. Барыкин К.К., Казадаев А.П. Об улучшении энергетических показателей линейного электропривода: «Региональные проблемы повышения качества и экономии электроэнергии». Тезисы докладов. Астрахань: АТИРПХ, 1991.-С. 52-53.

14. Баутин В.М. и др. Справочник инженера-электрика с/х производства. М.: Информагротех, 1999. — 212 с.

15. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. — М.: Высшая школа, 1996. 638 с.

16. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1980.-408 с.

17. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. — М.: Наука, 1964.-412 с.

18. Бобров В.П., Чеканов Л.И. Транспортные и загрузочные устройства автоматических линий. М.: Машиностроение, 1980.*"— 118 с.

19. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. -Л.: Энергия, 1980.-256с.

20. Веселовский О.Н. Некоторые вопросы теории и применения линейных двигателей / Электродвигатели с разомкнутым магнитопрово■ Iдом: Межвуз. сб. науч. тр.// Под ред. О.Н. Веселовского; Новосиб. электро-техн. ин-т. -Новосибирск, 1989. С. 3 - 7.

21. Веселовский О.Н., Коняев А.Ю., Сарапулов Ф.Н. Линейные асинхронные двигатели. М.: Энергоатомиздат, 1991, - 256с.

22. ВНИИПТМАШ. Отраслевая инструкция по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в подъемно-транспортном машиностроении Ю М.: ОТИ ВНИПТМАШа, 1979ю 56 с.

23. Вовкотруб Ю.С., Замараев B.C., Кожемякин Ю.А., Тиунов В.В. Переходный режим пуска в электроприводе с ЛАД // Автоматизированный электропривод: Межвузовский сб. науч. трудов. Пермь, 1979. - С.161 -165.

24. Водянников В.Т. Организационно-экономические основы сельской электроэнергетики. Учебное пособие. М.: Экмос, 2002. - 312с.

25. Водянников В.Т. Экономическая оценка энергетики АПК. Учебное пособие. М: Экмос, 2002. - 304 с.

26. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. Л.: Энергия, 1970. - 272с.

27. Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974. 840 с.

28. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Matlab 6.0. СПб.: Корона принт, 2001. - 320 с.

29. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.Ц. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. М.: Агропромиздат, 1990. 287 с.

30. Гинзбург А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. М.: Агропромиздат, 1985. - 336 с.

31. Глушаков СВ., Жакин И.А., Хачиров Т.С. Математическое моделироjвание: Учебный курс. М.: ООО "Издательство ACT", 2001. - 524с.

32. Гортинский В.В. О техническом уровне и перспективах развития вибрационных машин для зерноперерабатывающей и34.