Разработка и исследование взаимосвязанных электромеханических систем автоматизированных транспортно-технологических комплексов

В повышении эффективности производства, увеличении производительности труда, улучшении качества продукции особая роль отводится обновлению средств производства. Одним из основных направлений технического перевооружения современного серийного производства является создание автоматизированных транспортно-технологических комплексов (АТТК). В структуре АТЖ можно выделить следующие установки: транспортно-технологические конвейеры, монорельсовые дороги, технологические стендовые установки для испытаний. К системам автоматического управления (САУ) транспортно-технологических установок предъявляются следующие разноплановые требования: регулирование и стабилизация скоростиавтоматическое выравнивание нагрузки между отдельными электродвигателямирегулирование и ограничение ускоренияточность позиционированияминимальный износ механической частидлительное время безотказной работыбезопасность обслуживанияминимальные трудности при монтаже, эксплуатации и ремонтерациональный расход топлива и электроэнергииминимальные габаритывозможность использования серийного оборудования.

Существующие САУ позволяют в целом решать данные проблемы, однако они имеют ряд существенных недостатков.

Электромеханические системы (ЭМС) конвейерных установок имеют разветвленную электрическую часть, связывающую отдельные электродвигатели, удаленные друг от друга на значительные расстояния, что отрицательно влияет на точность и надежность работы системы и создает дополнительные трудности и затраты при монтаже. Для обеспечения точного позиционирования в транспортных установках используется режим доводочной скорости, что требует усложнения механической и электрической частей системы и уменьшает производительность.

При обкатке и испытаниях двигателей под нагрузкой вырабатывается значительное количество энергии, которое, как правило, не используется. Такое положение объясняется тем, что существующие стендовые установки вырабатывают электрическую энергию с нестабильными параметрами или работают на гидравлические тормоза. Создание системы управления, обеспечивающей стабилизацию частоты вращения и выходной мощности нагрузочного генератора даст возможность полезно использовать получаемую при испытаниях энергию.

Учитывая изложенные положения, целью настоящей работы является разработка и исследование взаимосвязанных электромеханических систем для широкого класса автоматизированных транспортно-технологических комплексов, обеспечивающих увеличение производительности поточных линий и значительную экономию электроэнергии.

Диссертационная работа построена следующим образом.

Первая глава посвящена анализу структур и режимов работы автоматизированных транспортно-технологических установок, дана их классификация, рассмотрены основные типы. Определяются причины неравномерности загрузки отдельных электродвигателей многодвигательных электромеханических приводов конвейеров в условиях серийного производства. Определяется структура и возможные направления использования двухпоточных электромеханических систем (ДЭМС), построенных на основе дифференциальной электромеханической передачи (ДЭМП) и электрического контура регулирования (КР). Сформулированы задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке новых технических решений и анализу работы ДЭМС транспортно-технологических установок в статических режимах. Разработан многодвигательный электропривод конвейера на основе информации о тяговых усилиях исполнительных механизмов и принципа двухпо-точности. Предложена система точного позиционирования транспортных установок, обеспечивающих перемещение грузов при заданных величинах скорости, ускорения, при дополнительной возможности существенного уменьшения или полного исключения необходимости работы механизмов в режиме доводочной скорости. Предложена методика расчета мощности машины контура регулирования ДЭМС в случае обобщенной зависимости момента сопротивления рабочего механизма от скорости его вращения без учета и с учетом потерь мощности. На основе принципа двухпоточности разработана структура многодвигательного электромеханического стенда для обкатки и испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС), обеспечивающего рекуперацию в сеть предприятия электрической энергии стабильных параметров и неизменной мощности.

В третьей главе сформулированы основные задачи динамического анализа электромеханических систем автоматизированных транспортно-технологических линий. Приведены результаты экспериментального исследования режимов в многодвигательных системах непрерывного транспорта, которое показало, что на медленно текущий процесс изменения степени загрузки двигателей накладываются низкочастотные колебания, обусловленные влиянием упругих межприводных связей. На основе динамических моделей, учитывающих упругости и зазоры в механических частях привода и влияние нелинейных межприводных связей через конвейерную цепь, построена нормированная структурная схема (НСС) исследуемой электромеханической системы. Результаты исследования НСС объекта выявили наличие в переходных процессах низкочастотной составляющей, обусловленной наличием упругих связей второго рода.

Предложена структурная модель электропривода конвейерной линии, результаты исследования которой подтверждают удовлетворительное качество динамики многосвязной системы. Показано, что влияние упругих межприводных связей конвейерной линии сказывается в повышении демпфирования возмущений и значительном увеличении времени переходных процессов.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования и разработки ДЭМС. Экспериментальные исследования выполнены на физической модели, действующих установках. Разработаны рекомендации по использованию результатов работы в промышленности. 8.

Таким образом, представленная работа состоит из двух основных частей:

1) разработка новых ЭМС автоматизированных транспортно-технологических комплексов;

2) синтез многодвигательных электроприводов конвейерных линий с учетом влияния разнородных упругих связей и оптимизация динамики рассматриваемых систем.

Обе части исследований потребовали углубленного изучения электрической и механической частей автоматизированных транспортно-технологических установок, образующих взаимосвязанные ЭМС.

Указанные исследования проводились автором в 1991;1995 гг в рамках научно-исследовательских работ в студенческом научном обществе Санкт-Петербургского университета технологии и дизайна и затем в 1995;1998 гг. во время обучения в аспирантуре Санкт-Петербургского института машиностроения, а также во взаимодействии с коллективом специалистов ОАО «Кировский завод», Центрального научно-исследовательского института судовой электротехники и технологии и научно-производственного объединения «Океан», которым автор выражает свою глубокую признательность.

4.3. Выводы по главе 4.

1. Создана физическая модель для исследования статических и динамических характеристик ДЭМС, а также настройки блоков управления, испытаний и грузовой обкатки планетарных дифференциальных редукторов. Экспериментальный стенд позволяет проводить длительные испытания при наличии потенциального статического момента на валу электродвигателя.

2. Произведена оценка возможностей использования планетарных дифференциальных механизмов для целей регулирования, стабилизации или изменения по заданному закону частоты вращения или активной мощности электродвигателей в составе многодвигательного электропривода конвейерных и других транспортно-технологических установок.

3. Проведена модернизация привода подвесного толкающего конвейера ГГГК-4 ОАО «Кировский завод» путем введения дополнительного планетарного дифференциального редуктора и системы автоматического управления в функции тягового усилия, обеспечивающая автоматическое выравнивание нагрузки между приводными электродвигателями. Внедрение данной системы позволило сократить время простоя конвейера на 40. 50%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Выполнен анализ структур и режимов работы электромеханических систем транспортно-технологических и испытательных стендовых установок. Показана перспективность применения двухпоточных ЭМС при решении технических задач по созданию автоматизированных транспортно-технологических установок, обеспечивающих увеличение производительности поточных линий и значительную экономию электроэнергии.

2. На базе использования принципа двухпоточности разработаны новые структуры многодвигательных электромеханических систем транспортно-технологических установок: а) многодвигательный электромеханический привод конвейерных установок для автоматического выравнивания и пропорционального распределения нагрузок и регулирования скорости с использованием в качестве регулирующего воздействия сигнала с датчиков положения натяжных станцийб) многодвигательный электромеханический привод конвейерных установок с нелинейными обратными связями, исключающими постоянную работу системы в переходных режимах.

3. Предложена инженерная методика расчета мощности машины контура регулирования ДЭМС, исходя из условия минимума установленной мощности. Полученные соотношения позволяют определять мощность машины КР при любом виде зависимости момента сопротивления от скорости вращения, диапазоне регулирования и к.п.д. машины опоры.

4. Разработана комбинированная система управления электроприводом, обеспечивающая точное позиционирование транспортных установок с дискретно изменяющейся массой, учитывающая возможные случайные возмущения, при регулировании и изменении по заданной программе скорости и ускорения.

5. На основе принципа двухпоточности разработана система много двигательного электромеханического стенда для обкатки и испытаний ДВС, обеспечивающая стабилизацию частоты вращения нагрузочного генератора и стабильность его выходной мощности. Данная система обеспечивает возможность одновременного испытания нескольких ДВС, работающих на один нагрузочный генератор. Проведено моделирование работы многодвигательного электромеханического стенда на ЭВМ и определена оптимальная организация испытаний, при которой получают электроэнергию стабильных параметров при неизменной или малоизменяющейся выходной мощности нагрузочного генератора.

6. Экспериментальное исследование режимов многодвигательных систем непрерывного транспорта показало, что на медленный процесс изменения степени загрузки двигателей накладываются низкочастотные колебания, обусловленные влиянием упругих межприводных связей. В соответствии с этим разработаны адекватные математические модели взаимосвязанной электромеханической системы. Для обеспечения необходимого функционирования АТТК предложена система многодвигательного электропривода переменного тока с автономными инверторами напряжения и структурами подчиненного регулирования. Определены рациональные настройки регуляторов, обеспечившие требуемое качество динамики многосвязной системы. Установлено, что влияние упругих межприводных связей конвейерной линии сказывается в повышении демпфирования возмущений и значительном увеличении времени переходных процессов.

7. Проведен ряд экспериментальных исследований статических и динамических характеристик ДЭМС на физической модели. Произведена оценка возможностей использования планетарных дифференциальных механизмов для целей регулирования, стабилизации или изменения по заданному закону частоты вращения или активной мощности электродвигателей в составе многодвигательного электропривода конвейерных линий и других транспортно-технологических установок.

8. Проведена модернизация многодвигательного привода подвесного толкающего конвейера ПТК-4 ОАО «Кировский завод» путем введения дополни.

147 тельного планетарного дифференциального редуктора и системы автоматического управления в функции тягового усилия, обеспечивающая автоматическое выравнивание нагрузки между электродвигателями. Внедрение данной системы позволило сократить время простоя конвейера на 40.. 50%.