CC BY
47
В результате проведенных исследований получены следующие рациональные геометрические, кинематические и аэродинамические параметры конденсора волокна с пульсатором для производительности
П=200 кг/ч; п=85 мин-1; R=0.29 м; Іраб =0,95 м; Увоз=10,9 м/с; (р0 =45°; (рх =290°; Рвтах=0,245 Н; Ро=0,3•Рвтах Н;
А=0,7Рвтах Н; о=370-я/30 с-1. При этом суммарная относительная скорость волокна составит
8-11,87032 м/с, а амплитуда относительной скорости волокна 8а' =0,869451 м/с.
Литература
1. Первичная обработка хлопка / Б.И. Роганов [и др.]. - М.: Легкая индустрия, 1965. - С. 179-184, 235-238.
2. Предварительный патент РУз №675. Очиститель волокнистого материала / Ш.У. Рахматкариев и Д.М. Му-хаммадиев (РУз) // Расмий ахборотнома Патентного ведомства ГКНТ РУз. - 1994. - № 1. - С. 43-44.
3. Рахматкариев, Ш.У. О повышении очистительного эффекта конденсора волокна / Ш.У. Рахматкариев, М.Д. Мухаммадиев. - Ташкент, 1993. - 8 с. - Деп. в ГФНТИ ГКНТ РУз. 20.12.1993, №1966-93.
4. Кавалерчик, М.Я. Пневматический транспорт на текстильных предприятиях / М.Я. Кавалерчик. - М.: Легкая индустрия, 1969. - 104 с.
5. Дьяконов, В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке БЕЙСИК для персональных ЭВМ / В.П. Дьяконов. - М.: Наука, 1987. - 240 с.
6. Аугамбаев, М. Основы планирования научно-исследовательского эксперимента / М. Аугамбаев, А.З. Иванов, Ю.Т. Терехов. - Ташкент: Укитувчи, 1993. - 141 с.
---------♦------------
УДК 621.01 Д.М. Мухаммадиев
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВРАЩЕНИЯ ПИЛЬНОГО ЦИЛИНДРА ДЖИНА 5ДП-156 ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
В работе составлены динамические и математические модели машинных агрегатов волокноотделителя 5ДП-156. С использованием математической модели пильного цилиндра исследована неравномерность вращения пильного цилиндра при различных характеристиках приводного асинхронного электродвигателя. В результате получены законы изменения неравномерности вращения пильного цилиндра в зависимости от упруго-
диссипативных параметров муфты, момента инерции электродвигателя, момента инерции пильного цилиндра при различных их значениях.
В пильных волокноотделителях под значительным силовым воздействием от внешних нагрузок
находятся детали рабочей камеры и, главным образом, ее основного узла - пильного цилиндра. Недостаточная точность и жесткость деталей пильного цилиндра, а также неравномерное вращение пильного цилиндра могут привести к ухудшению процесса волокноотделения и повреждению
волокон.
При исследовании машинных агрегатов важно правильно выбрать характеристики двигателя. В настоящее время используются статическая, линеаризованная динамическая, уточненная динамическая и динамическая механическая характеристики.
Одним из наиболее перспективных направлений является приближенное рассмотрение электромагнитных переходных процессов в двигателе, математическое описание их системой линеаризованных дифференциальных уравнений.
В пильных волокноотделителях под значительным силовым воздействием от внешних нагрузок сырцового валика находятся детали рабочей камеры и, главным образом, ее основного узла - пильного цилиндра. Поэтому нами исследована динамика пильного цилиндра при различных характеристиках приводного двигателя. Недостаточная точность и жесткость деталей пильного цилиндра, а также вибрации могут привести к ухудшению процесса волокноотделения и повреждению волокон.
Пильный джин марки ДП-156 предназначен для отделения волокна от семян средневолокнистых селекционных разновидностей хлопка-сырца влажностью 7-8% в технологическом процессе хлопкоочистительного завода.
Кинематическая схема пильного джина марки ДП-156 показана на рисунке 1.
Динамическая модель пильного джина ДП-156 состоит из четырех машинных агрегатов и представлена на рисунке 2.
марки 5ДП-156:1 - двигатель 4АИР80В6УПУЗ;
2 - муфта; 3 - редуктор; 4 - муфта; 5 - шнек; 6,7,8 - звездочки; 9 - конвейер; 10 - двигатель 4АМ280М8УЗ; 11 - муфта; 12 - пильный цилиндр; 13 - двигатель 4АИР80В6УПУЗ; 14, 15 - шкивы;
16 - червячный редуктор 24-80-40-52-2-343;
17, 18 - тяги; 19 - вал поворота рабочей камеры; 20 - двигатель 4АИР10016УПУ3; 21, 22 - шкивы; 23 - колковый барабан; 24, 25 - шкивы;
26 - вариатор ИВР-1; 27 - питающий валик; 28,29 - шестерни; 30 - питающий валик
Рис. 2. Динамические модели машинных агрегатов пильного джина 5ДП-156: а) улючного конвейера и сорного шнека; б) пильного цилиндра;
в) механизма перемещения рабочей камеры;
г) питающих валиков и колкового барабана:
З01, З02, Зоз, З04, З2, Зэ, З4, З5, Зб, Зт, Зв, Зя, Зю, З11 - соответственно моменты инерции вращающихся масс, кг-м2; М01, М02, Моз, М04, М2, Мз, М4, М5, Мб, Мт, Мв, Мя, Мю, М11 - соответственно моменты нагрузок, действующих на вращающихся валах пильного джина ДП-156, Н-м; С1, 02, сз, С4, 05, Сб, ст, св, ся, С10 - соответственно жесткости гибких ременных передач, Н-м/рад; в1, в 2, вз, в 4, в 5, в б, вт, вв, в я, в 10 - соответственно коэффициенты диссипации в упругих передачах, Н-м-с/рад; З01, ф 02, ф оз, ф 04, ф 2, ф з, ф 4, ф 5, ф б, ф т, ф в, ф я, ф 10, ф 11 - угловые скорости вращающихся масс системы, с-1; '1012, кз, 'ш, '1025, 1зб, 'бт, 'ив, 1вя,
1яю, 11011 - соответственно передаточные отношения системы
При составлении дифференциальных уравнений движения данной системы воспользуемся уравнением Лагранжа второго рода
й_
йг
дТ
дТ дП дФ _
------+--------+--------— 0\.ф ] і
дф, дф дф ^ ]’
(1)
где Т - кинетическая энергия системы; П - потенциальная энергия системы; Ф - диссипативная функция системы; ф- обобщенная координата; ф - обобщенная скорость; 0[фі] - обобщенная сила.
Необходимые параметры и коэффициенты для асинхронного двигателя 4А280М8УЗ рассчитывались по данным работ [1-4]:
N=75 кВт - номинальная мощность двигателя; п=735 об/мин - номинальное число оборотов ротора двигателя; Мк=1948,8 Нм - критическая момент на валу ротора двигателя; Мн= Мк/2=974,4 Нм -номинальная момент на валу ротора двигателя; /с =50 Гц - частота сети; ит=220 В - номинальное фазное напряжение; ц = 0,925 - КПД двигателя; ссвф=0,85 - номинальный коэффициент мощности двигателя;
а, = 78,54 с-1 - синхронная частота вращения ротора двигателя; ан = 76,97 с4 - номинальная частота вращения ротора двигателя; ?н = (а0-ан)/а0 = 0,02- номинальное значение скольжения двигателя; 5к=0,07464 - критическое значение скольжения двигателя; Р=4 - число пар полюсов;
К? = хм /X? = 0,9558824 ; Кг = хм /хг = 0,9523809 - соответственно коэффициенты, равные отношениям
полного реактивного сопротивления взаимоиндукции, хм = 3,957668 ом к полному реактивному сопротивлениям статора х? и ротора хг; а? , аг - соответственно коэффициенты, равные отношениям полного активного сопротивления фазы статора г1 = 0,042621ом и ротора г2 = 0,031966 ом к полному реактивному сопротивлению статора х? и ротора хг (а? = г1/х? = 0,01029412; аБ=аБ/а = 0,1148437; аг = г2/хг = 0,0076923; аг=аг/а = 0,08581729 ; о = 1 - КБ ■ Кг = 0,08963586); х? = хм + х1 = 4,140329ом - синхронное реактивное сопротивление обмотки статора, учитывающее магнитную связь с двумя другими фазными обмотками статора; хг = хм+ х2 = 4,15555 ом - синхронное реактивное сопротивление обмотки ротора, учитывающее магнитную связь с двумя другими фазными обмотками статора; х1 = 0,182662ом - индуктивное сопротивление рассеяние обмотки статора; х2 = 0,197883 ом - индуктивное сопротивление рассеяние обмотки ротора; Ін.ф = 144,53 А - номинальный фазный ток; 3В1 = 4,20 кг ■ м2 - суммарный момент инерции ротора двигателя.
Подставив определенные члены Лагранжевых уравнений, получим дифференциальные уравнения движения для машинного агрегата пильного джина ДП-І56 в общем виде.
І * ^ ОІ~^ ОІ 2^ ~в 1 * ’
3 = *Ф^=С т * І от г<-"Ф от 2*^2^ ~С2* ^'^2~^23''^>3^ +
* еї * ^ „
а
^з*ч5з=сг* ^гз' ґ(|їг"ігз*(,,з-,"сз'
1 аз* ' ґФз-із=г*Ф^')_^ :
^ог* '^02^02~С4* ^(Ро2~ІП25°(Р5^~Є4° <'<^02~ ^ 025*^5і ’
б
Б
(2)
С7~(,$04 ^043*^3^ Є7'<-^>ОЛ ^ОЛ-в'^З-* ’
г
Динамические характеристики асинхронных электродвигателей
I. Асинхронный двигатель учитывается в виде динамической характеристики, предложенной И.С. Пинчуком [1]:
MlD = 2^Mk Wc -Mk P■ Pd -Oc ■ Sk Md , (3)
где Md - движущий момент двигателя, Нм; Mk - критический момент двигателя, Нм; юс - круговая частота сети, питающей двигатель, с-1 ; Р - число пар полюсов двигателя; Pd - угловая скорость вала двигателя, с-1; Sk - критическое скольжение ротора двигателя.
II. Асинхронный двигатель учитывается в виде динамической характеристики, предложенной А.Е. Левином [2]:
M D = (Oc - P ■ Pd ) W-^ ; W = (2 MTk-W) - (Oc - P Pd )■ Md і (4)
ТЭ T Э
ТЭ = ((Oc ■ Sk)-1 - электромагнитная постоянная времени двигателя, с;
S, Sk - соответственно скольжение ротора двигателя и критическое его значения;
W = Sk -(MD + ТЭ ■ dMD 1 dt - вспомогательная переменная, Нм.
S
III. Динамическая механическая характеристика асинхронного электродвигателя, учитывающая
электромагнитные переходные процессы в процессе пуска и установившегося движения, описывается системой дифференциальных уравнений, содержащих составляющие вектора потокосцеплений статора и ротора при синхронной скорости вращения осей координат [3]:
3 ■ P ■ Kr ■ Oo і ч
M D = Z \Wx 2 ' WY1 - Wx 1 ■ WY 2 )>
2 ■ a ■ xS
Wx 1 = Um ■ cos Y- Oo aS ■ Wx 1 + Oo aS Kr ■ Wx 2 + Oo ■ Wy 1 .
WY1 = Um ■ sin Y-Oo aS ■ WY1 +Oo -aS Kr ■ Wy2 - Oo ■ Wx 1 > (5)
Wx 2 = -Oo ■ a ■ Wx 2 + Oo a'r ■ KS ■ Wx 1 + Oo ■ Wy2 - pD ■ Wy2 .
WY2 = -Oo ■ a ■ Wy2 +Oo a'r ■ KS ■ WY1 - Oo ■ Wx 2 + pD ■ Wx 2 .
где Wx 1, WY1 - составляющие обобщенного вектора потокосцеплений статора по осям х и у вращающим-
ся с синхронной скоростью; wx2, W - составляющие обобщенного вектора потокосцеплений ротора по осям х и у.
Для исследования машинного агрегата пильного цилиндра джина 5ДП-156 были экспериментально определены момент инерции пильного цилиндра методом разгона 32=1.244 кг м2, технологическая нагрузка, действующая на вращающийся вал пильного цилиндра М2=Мср+Мо■cos(n-GOЩ+ро) (где Мср=843,72 Нм; Мо=78,78 Нм; OO=n490/30 рад/с; t - время; р - начальная фаза), и далее расчетным путем жесткость c=23065,2 Нм/рад и коэффициент диссипации в=128,5346 Нмс/рад муфты [5-8].
Используя систему нелинейных дифференциальных уравнений (2, б), исследована динамика пильного цилиндра при различных характеристиках приводного двигателя, предложенных И.С. Пинчуком (3), А.Е. Левином (4) и М.М. Соколовым (5) на ЭВМ. Для решения системы уравнений (2,б; 3-5) использовался численный метод Рунге-Кутта для дифференциального уравнения второго порядка в виде
S = d2SI dt2 = F(t, S, S'), имеющий погрешность є ~ At4.
Изучены изменения неравномерности вращения пильного цилиндра в зависимости от упругодиссипативных параметров муфты (с, в) (рис. 3), момента инерции электродвигателя (3 D) (рис. 4), момента инерции пильного цилиндра (3 2) (рис. 5) при различных их значениях.
0,05!
со с
ГО -90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90
Изменение значения упруго-диссипативных параметров, %
М.М.Соколов □ А.Е.Левин А И.С.Пинчук
Рис. 3. Влияние упруго-диссипативных параметров на неравномерность вращения пильного цилиндра
Рис. 4. Влияние момента инерции двигателя на неравномерность вращения пильного цилиндра
Изменение значения момента инерции пильного цилиндра, %
М.М.Соколов А.Е.Левин И.С.Пинчук
Рис. 5. Влияние момента инерции пильного цилиндра на неравномерность вращения пильного цилиндра
На основе результатов исследования уравнения движения пильного цилиндра установлено следующее:
1) с увеличением значений упругодиссипативных параметров муфты от -90 до 100% при характеристиках А.Е. Левина и И.С. Пинчука увеличивается неравномерность вращения с 7.44-10-3 до 4.85-10-2, а при характеристике М.М. Соколова - с 6,44-10-3 до 6,39 -10-3 (см. рис. 3);
2) с увеличением значений момента инерции электродвигателя от - 60 до 100% при характеристиках М. М. Соколова и А.Е. Левина неравномерность вращения пильного цилиндра постоянна и соответственно равна 6,35 - 10-3 и 1,06-10-2, а при характеристике И.С. Пинчука от - 90 до 0% неравномерность вращения пильного цилиндра 5ДП-156 уменьшается с 1.11- 10-2 до 7,9-10-3, далее увеличивается до 1,3 -10-2 (рис. 4);
3) с увеличением значений момента
инерции пильного цилиндра 5ДП-156 от - 90 до 100% при характеристиках М.М.Соколова и А.Е. Левина неравномерность вращения пильного цилиндра одинаково уменьшается с 6,58 -10-3 до 6,32 -10-3 и с 1,08 -10-2 до 1,02 -10-2, а при характеристике И.С. Пинчука увеличивается с 7,23-10-3 до 9,38- 10-3
(рис. 5);
4) изменение момента инерции двигателя при характеристиках М.М. Соколова и А.Е. Левина не влияет на неравномерность вращения пильного цилиндра 5ДП-156;
5) для изучения переходного и установившегося режимов электродвигателя рекомендуется характеристика А.Е. Левина и М.М. Соколова, а для установившегося режима - характеристика И.С. Пинчука.
В целом установлено, что для снижения неравномерности вращения пильного цилиндра необходимо увеличить упруго-диссипативные параметры с 23065,20 до 29984,76 Н-м/рад (с 128,534 до 167,090 Н - м - с/рад).
Литература
1. Пинчук, И.С. Переходные процессы в асинхронных двигателях при периодической нагрузке / И.С. Пинчук // Электричество. - 1957. - № 9. - С. 27-30.
2. Левин, А.Е. Математическое моделирование приводов машин-орудий / А.Е. Левин // Теория механизмов и машин. - Алма-Ата: Наука КазССР, 1977. - С. 259-260.
3. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе / М.М. Соколов [и др.]. - М.: Энергия, 1967. - 200 с.
4. Асинхронные двигатели серии 4А / А.Э. Кравчик [и др.]. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.
5. Джин пильный марки 5ДП-130: паспорт. - Ташкент: Узбекхлопкомаш, 1988. - 22 с.
6. Никитин, Н.Н. Курс теоретической механики / Н.Н. Никитин. - М.: Высш. шк., 1990. - 607 с.
7. Справочник по муфтам / В.С. Поляков [и др.]. - Л.: Машиностроение, 1974. - 352 с.
8. Динамика машин и управление машинами: справ. / В.К. Асташев [и др.]. - М.: Машиностроение, 1988. -240 с.
