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.

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 585 680 руб./год в ценах на I.

01.01.05 г.