CC BY
90
Электротехнические комплексы и системы
References
1. Rekomendacii po raschjotu i proektirovaniju sistem obespechenija mikroklimata zhivotnovodcheskih pomeshhenij s utilizaciej teploty vybrosnogo vozduhu [Tekst]. - M: Cekcija tehnologicheskogo proektirovanija Nauchno - tehnicheskogo soveta Minsel'hoza Rossii 8 aprelja 2004 g. - Protokol № 22.
2. Andreev L.N. Metodika opredelenija jeffektivnosti sistem ochistki vozduha ot mikroorganizmov [Tekst] / L.N. Andreev, V.N. Mishagin, I.E. Syromjatov, S.D. Matveev // MJeSH. - 2008. - № 5.
3. Astaf’ev D.V. Optimizacija parametrov ozonatora na
osnove koronnogo razrjada [Tekst] / D.V. Astafev // Spisok trudov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Rol' molodyh uchenyh v realizacii nacional'nogo proekta «Razvitie APK». - M.: MGAU, 2007. - s. 212-218.
4. Vozmilov A.G. K opredeleniju aktivnoj dliny osaditel'nogo jelektroda mokrogo jelektrofil'tra [Tekst] / A.G. Vozmilov, N.I. Smolin, L.N. Andreev, B.V. Zherebcov // Dostizhenija nauki i tehniki APK. - 2012. - №12. - s.64-65.
5. Kondratenkov V.N. Konstanty skorosti gazofaznyh reakcij. Spravochnik. [Tekst] / V.N. Kondratenkov. - M.: Nauka. 1970. - 351 s.
Линенко А.В.
Linenko A.V.
кандидат технических наук, доцент, декан энергетического факультета ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», Россия, г. Уфа
Акчурин С.В.
Akchurin S. V.
кандидат технических наук, ассистент кафедры «Электрические машины и электрооборудование» ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», Россия, г. Уфа
Туктаров М.Ф.
Tuktarov M.F.
кандидат технических наук, ассистент кафедры «Электрические машины и электрооборудование» ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», Россия, г. Уфа
УДК 621-133.33
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛИНЕЙНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА РЕШЕТНОГО СТАНА ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
В настоящее время очень мало научных исследований, посвященных замене традиционных прямолинейных колебаний решетного стана зерноочистительной машины на продольно-поперечные (сложные) колебания. При этом отмечено, что данный тип колебаний повышает ориентацию частиц зерновой смеси относительно отверстий решетных полотен и увеличивает суммарную траекторию движения зернового материала.
Статья посвящена исследованию возможности создания плоским линейным асинхронным двигателем (ЛАД) сложного вида движения рабочего органа (решетного стана) зерноочистительной машины с одновременным повышением эффективности сепарации зернового материала и уменьшением энергетических затрат.
Для анализа работы предложенной конструкции линейного электропривода создана его математическая модель в среде объектно-визуального моделирования Matlab (Simulink) и разработан экспериментальный образец зерноочистительной машины с использованием в электроприводе решетного стана плоского ЛАД, который при включении одновременно развивает силу тяги F совпадающую с направлением схода зернового материала, и силу притяжения F направленную перпендикулярно (в поперечном направлении) к силе тяги F Таким образом, линейный электропривод (ЛЭП), работающий в режиме «включения-выключения», будет обеспечивать сложные колебания рабочего органа.
Проведенные исследования также показали, что использование зерноочистительных установок с ЛЭП является энергетически эффективным решением.
Ключевые слова: энергетическая эффективность, линейный асинхронный двигатель, математическая модель, продольно-поперечное движение.
28
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 1, т. 10, 2014
Electrical facilities and systems
ENERGY INDICATORS OF THE LINEAR ELECTRIC DRIVE OF THE SIEVE PAN GRAIN-CLEANING MACHINE
Currently, there are very little scientific research on the replacement of traditional rectilinear oscillations of the sieve pan grain cleaning machine on the longitudinal-transverse (complex) oscillations. At the same time noted that this type of oscillation increases the orientation of the particles of the grain mixture with the holes sieve cloths and increases the total trajectory of movement of the grain material.
The article investigates the possibility of creating a flat linear induction motor (LIM) longitudinal-transverse motion of the working body of the form (sieve pan) grain-cleaning machine with simultaneous increase of the separation efficiency of the grain material and decrease energy costs.
Mathematical model of linear actuator created in an environment of object-visual simulation Matlab (Simulink) for the analysis of the proposed design. An experimental model using flat linear induction motor in the linear electric drive of the sieve pan was developed. Starting, the flat linear induction motor simultaneously developed moving and attractive forces. Moving force Fх coincides with the vanishing grain material. Attractive force FY is directed perpendicular (in transverse direction) to the moving force Fx. Thus, linear actuator, working in the "on-off" duty type, will provide the complex oscillations of the working body.
Our experiments also showed that using of grain cleaning systems with linear actuator is energy-efficient solution.
Key words: energy performance, linear induction motor (LIM), mathematical model, longitudinal-transverse motion.
В настоящее время очень мало научных исследований, посвященных замене традиционных прямолинейных колебаний решетного стана зерноочистительной машины на продольно-поперечные колебания. При этом отмечено, что данный тип колебаний повышает ориентацию частиц зерновой смеси относительно отверстий решетных полотен и увеличивает суммарную траекторию движения зернового материала [1]. Поэтому разработка электропривода решетного стана, обеспечивающего сложное колебательное движение последнего и отличающегося простотой, надежностью и низкой стоимостью, является актуальной задачей.
Одним из способов повышения эффективности работы зерноочистительной машины за счет создания продольно-поперечных колебаний является применение в электроприводе решетного стана плоского линейного асинхронного двигателя (ЛАД) [1]. Последний позволяет преобразовать электрическую энергию непосредственно в поступательное движение, исключив механический преобразователь вращательного движения.
Разработана и изготовлена экспериментальная зерноочистительная установка с использованием в электроприводе решетного стана плоского ЛАД, который при включении одновременно развивает силу тяги F совпадающую с направлением схода зернового материала, и силу притяжения Fy, направленную перпендикулярно (в поперечном направлении) к силе тяги F Таким образом, линейный электропривод (ЛЭП), работающий в режиме «включения-выключения», будет обеспечивать продольно-поперечные колебания решетного стана. В среде объектно-визуального моделирования Matlab (Simulink) создана математическая модель
разработанного ЛЭП решетного стана, позволившая сравнить результаты теоретических и экспериментальных исследований и оценить эффективность работы опытной установки, более подробно описанной в опубликованных ранее работах [2, 3, 4, 5].
Согласно работам исследователей [6] функциональные схемы энергетически эффективного колебательного ЛЭП зерноочистительной машины от-
Рис. 1. Функциональные схемы колебательного ЛЭП с упругими элементами: а - автоколебательный режим работы; б - режим вынужденных колебаний:
СУ- система управления; ТК - тиристорный коммутатор;
УЭ - упругий элемент; ДП - датчик положения
Схемы содержат, кроме ЛАД, накопитель потенциальной энергии - упругий элемент, который вместе с накопителем кинетической энергии - массой (вторичный элемент) - образует колебательную пару. Функции упругого элемента обычно выполняют цилиндрические винтовые пружины. Они имеют небольшие габаритные размеры и массу,
Electrical and data processing facilities and systems. № 1, v. 10, 2014
29
Электротехнические комплексы и системы
обеспечивают стабильность настройки и долговечны при эксплуатации. ЛАД с упругими накопителями энергии имеет большое количество кинематических схем, отличающихся количеством двигателей, упругих элементов, датчиков положения, программной работой систем управления [6].
Энергетические характеристики ЛЭП решетного стана зерноочистительной машины получены в среде Matlab (Simulink). Рассмотрено влияние очищаемой культуры и удельной нагрузки на траекторию сложного движения решетного стана, работающего в автоколебательном режиме, и установлены оптимальные параметры технологического процесса работы зерноочистительной машины, при которых определялись энергетические показатели разработанного ЛЭП. Известно, что в зависимости от очищаемой культуры объемные массы (натуры) зернового материала отличаются между собой. По данным ФГУ «Государственная семенная инспекция по Республике Башкортостан» в 2013 г. объемная масса семян пшеницы составила 700... 800 г/л, озимой ржи 640.. .740 г/л, ячменя 600...700 г/л. С учетом этого, подача зернового материала осуществляется по объемной массе.
На рисунке 2 показан график влияния начальной удельной нагрузки q зернового материала на траекторию движения решетного стана. Полученные траектории свидетельствует о том, что решетный стан осуществляет продольно-поперечное колебательное движение. Определено, что при повышении удельной нагрузки от значения q = 0,34 кг/см на 0,14 кг/см амплитуда продольных колебаний Апрод = 14,5 мм (при данной амплитуде наблюдался наиболее эффективный процесс очистки) изменилась на 5,5 %, и потребляемая мощность ЛАД возросла на 7,8 %.
Рис. 2. Траектория движения решетного стана при изменении удельной нагрузки q (х - амплитуда продольных колебаний; у - амплитуда поперечных колебаний)
Для оценки энергетических показателей электропривода решетного стана построены: зависимость мощности ЛАД Р от коэффициента жесткости P = f(C) при неизменных амплитуде
продольного А , и поперечного А колебаний, частоте колебаний и сохранении траектории сложного движения; зависимость мощности ЛАД P от производительности Q зерноочистительной машины P = f(Q); зависимость энергетического КПД линейного двигателя пэнерг от удельной нагрузки q при разных значениях коэффициента жесткости упругих элементов пэнерг = f(q,C).
Расчетный КПД привода для существующей серийной зерноочистительной машины Petkus К531А, конструкция и производительность которой аналогичны экспериментальной установке, составляет п2 = 0,41. КПД разработанного ЛЭП экспериментальной зерноочистительной установки составляет ц1 = 0,45, соответственно КПД привода повысился на 4 %.
Максимальная производительность по пшенице для Petkus К531А составляет 1,5 т/ч при среднем энергопотреблении 1,9 кВт. Анализ полученных зависимостей (рисунки 3 и 4) показывает, что требуемая для сравнения производительность экспериментальной установки (1,5 т/ч) достигается при значении коэффициента жесткости С = 3000 Н/м и потребляемой мощности Р = 1470 Вт, что существенно ниже чем у Petkus К531А. Построенная теоретическая зависимость P = f(Q) позволяет оценить требуемую мощность ЛАД, необходимую для проектируемого электропривода решетного стана зерноочистительной машины.
Энергетический КПД - это произведение cosy и КПД линейного двигателя. На рисунке 5 показана зависимость энергетического КПД линейного двигателя пэнерг от удельной нагрузки q при разных значениях коэффициента жесткости пэнерг= f(q,C). Учитывая, что cosy для ЛАД составляет 0,2...0,3, использована компенсация реактивной мощности с помощью косинусных конденсаторов, позволивших повысить cosy до 0,75. По полученной зависимости можно оценить максимальный энергетический КПД (Пэнерг = 0,42) разработанного электропривода, т. к. ЛАД - это его основной конструктивный элемент, при этом нет возможности сравнить его с существующими электроприводами зерноочистительных машин ввиду отсутствия такого понятия у последних.
Важным показателем для оценки энергетической эффективности зерноочистительной машины является коэффициент удельной энергетической эффективности Эээ, который находят согласно формуле:
где Р - потребляемая мощность, кВт; Q - средняя производительность, т/ч.
При расчете данного коэффициента необходимо учитывать, что сравнивать необходимо решет-
30
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 1, т. 10, 2014
Electrical facilities and systems
Рис. 3. Расчетная зависимость мощности ЛАД от коэффициента жесткости упругих элементов Р = f(C)
Производительность, кг/ч
Рис. 4. Расчетная зависимость мощности ЛАД от производительности зерноочистительной установки P = f(Q)
-С=1000Н/м -С=2000 НУм -С=3000Н/м -С=4000 Н/м
Удельная нагрузка q , кг/с*м
Рис. 5. Расчетная зависимость энергетического КПД от удельной нагрузки при разных значениях
коэффициента жесткости Цэнерг = f(q,C)
НЬЮ ^рноочистителшью машины с соразмерными Petkus K531А) и Э 2 = 0,6 (для эксперимен-
площадями решетных станов, т. к. с увеличением ээ2 т
рабочей поверхности решет производительность тальной устан°вки), т. е. коэффициент энергетиче-
прямопропорционально возрастает. ской эффективности Эээ повысился на 33%.
В результате проведенных экспериментов по- Пр°веденные исследования п°казали, что ис-лучены следующие данные: Эээ1 = 0,93
К^Т 4 (для пользование зерноочистительных установок с ЛЭП
является энергетически эффективным решением.
Electrical and data processing facilities and systems. № 1, v. 10, 2014
31
Электротехнические комплексы и системы
Список литературы
1. Лапшин И.П. Расчет и конструирование зерноочистительных машин [Текст] / И.П. Лапшин, Н.И. Косилов. - Курган : ГИПП «Зауралье», 2002. - 168 с.
2. Акчурин С.В. Математическая модель инерционного движения материала в установках с линейным электроприводом [Текст] / С.В. Акчурин, А.В. Линенко, М.Ф. Туктаров // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2013. -№ 1 (25). - С. 83-86.
3. Туктаров М.Ф. Электропривод решетного стана зерноочистительной машины на базе плоского линейного асинхронного электродвигателя: Автореферат дисс... канд. техн. наук [Текст] / М.Ф. Туктаров. - Челябинск, 2013. - 24 с.
4. Акчурин С.В. Анализ работы привода решетного стана экспериментальной зерноочистительной установки с использованием линейного электродвигателя [Текст] / С.В. Акчурин, А.В. Линенко, М.Ф. Туктаров // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 2 (18). - С. 97-101.
5. Патент № 2446669 Российская Федерация, МПК7 A01F12/44 Сепарирующая машина [Текст] / Р.С. Аипов, С.В. Акчурин, А.В. Линенко, М.Ф. Туктаров; заявители и патентообладатели Р.С. Аипов, С.В. Акчурин, А.В. Линенко, М.Ф. Туктаров. - № 2010150378/13; заявл. 07.12.2010; опубл. 10.04.2012.
- Бюл. № 10. - 7 с.
6. Аипов Р.С. Основы построения и теории линейных асинхронных приводов с упругими накопителями энергии: учебное пособие [Текст] / Р.С. Аипов. - Уфа: БГАУ, 2006. - 294 с.
References
1. Lapshin I.P. Raschet i konstruirovanie zernoochistitel'nyh mashin [Tekst] / I.P. Lapshin, N.I. Kosilov. - Kurgan : GIPP «Zaural'e», 2002. - 168 s.
2. Akchurin S.V, Linenko A.V., TuktarovM.F. Matematicheskaja model' inercionnogo dvizhenija materiala v ustanovkah s linejnym jelektroprivodom [Tekst]/ S.V. Akchurin, A.V. Linenko, M.F. Tuktarov // Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2013. - № 1(25). - S. 83-86.
3. Tuktarov M.F. Jelektroprivod reshetnogo stana zernoochistitel'noj mashiny na baze ploskogo linejnogo asinhronnogo jelektrodvigatelja: Avtoreferat diss.kand. tehn. nauk [Tekst] / M.F. Tuktarov. - Cheljabinsk, 2013. - 24 s.
4. Akchurin S.V, Linenko A.V., Tuktarov M.F. Analiz raboty privoda reshetnogo stana jeksperimental'noj zernoochistitel'noj ustanovki s ispol'zovaniem linejnogo jelektrodvigatelja [Tekst] /
S.V. Akchurin, A.V. Linenko, M.F. Tuktarov // Vestnik Ul'janovskoj gosudarstvennoj sel'skohozjajstvennoj akademii. - 2012. - № 2 (18).
- S. 97-101.
5. Patent № 2446669 Rossijskaja Federacija, MPK7 A01F12/44 Separirujushhaja mashina [Tekst] / R.S. Aipov, S.V. Akchurin, A.V. Linenko, M.F. Tuktarov; zajaviteli i patentoobladateli R.S. Aipov, S.V. Akchurin, A.V. Linenko, M.F. Tuktarov. - № 2010150378/13; zajavl. 07.12.2010; opubl. 10.04.2012. - Bjul. № 10. - 7 s.
6. Aipov R.S. Osnovy postroenija i teorii linejnyh asinhronnyh privodov s uprugimi nakopiteljami jenergii: uchebnoe posobie [Tekst] / R.S. Aipov. - Ufa: BGAU, 2006. - 294 s.
Семина И.А.
Semina I.A.
старший преподаватель кафедры «Электрическая техника» ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет», Россия, г. Омск
УДК 621.313.2:537.6/8
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ОТКРЫТОГО ТИПА В КОМПЛЕКСЕ ПРОГРАММ ANSYS
Имитационное моделирование - это распространенная разновидность аналогового моделирования, реализуемого с помощью набора математических инструментальных средств, специальных имитирующих компьютерных программ и технологий программирования, позволяющих посредством процессов-аналогов провести целенаправленное исследование структуры и функций реального сложного процесса в памяти компьютера в режиме «имитации», выполнить оптимизацию некоторых его параметров.
Имитационной моделью называется специальный программный комплекс, который позволяет имитировать деятельность какого-либо сложного объекта. Он запускает в компьютере параллельные взаимодействующие вычислительные процессы, которые являются по своим временным параметрам (с точностью до масштабов времени и пространства) аналогами исследуемых процессов. Имитационная математиче-
32
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 1, т. 10, 2014
