CC BY
20
УДК 621.311 С.П. Агеев
Филиал «Севмашвтуз» С.-Петербургского государственного морского технического университета
Агеев Сергей Петрович родился в 1957 г., окончил в 1979 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных систем технической подготовки производства филиала «Севмашвтуз» СПбГМТУ. Имеет более 60 научных работ в области электроснабжения промышленных предприятий. Тел.: (8184) 20-03-57
КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕСОПИЛЬНЫХ РАМ
Выполнены построение и анализ энергетических характеристик лесопильных рам в зависимости от изменения их загрузки и времени использования в операционном цикле.
Ключевые слова: потребляемая мощность, электроэнергия, удельный расход энергии, потери энергии, производительность, энергетическая характеристика, рабочий цикл.
Лесопильные рамы являются одними из энергоемких потребителей лесопильного производства. Для оценки экономичности их работы при различной производительности применяют энергетические характеристики, представляющие собой зависимости абсолютного или удельного расходов электроэнергии от производительности оборудования при постоянном режиме нагрузки [1]. Энергетические характеристики обладают некоторыми особенностями. Они заключаются в том, что цикличный характер распиловки древесины, возможность измерять ее объем за целое число операционных циклов и наличие операционных перерывов в работе препятствуют построению энергетических характеристик мгновенных значений соответствующих величин.
Цель настоящей статьи - выяснить влияние основных технологических параметров работы лесопильных рам на их энергетические показатели.
На рис. 1 приведен график потребления активной мощности P(t) за операционное время to одного рабочего цикла распиловки бревна.
Характеристику, относящуюся к операционному времени, удается построить только как зависимость расхода электроэнергии wo за полный цикл от объема распиленного бревна V: wo = f(V), или как зависимость средней потребляемой мощности Po от средней часовой производительности Ao: Po = f(Ao). Соответственно и характеристика удельного расхода электро-
энергии выражает здесь зависимость среднего удельного расхода энергии от средней часовой производительности, т. е. = ф(А0).
Рис. 1. График электропотребления лесопильной рамы за время операционного цикла
( 0 - wэ; 0 - ^в)
На производительность Ао лесопильных рам
влияют изменения не только технологических параметров их работы и загрузки (объем бревен, скорость подачи), но и доли вспомогательного времени ^в в составе операционного (0. При этом зависимости Р0 = ДА0) и й0 = ф(А0) не однозначны, а имеют различный характер при изменении Ао под влиянием каждой из указанных аргументирующих величин. Таким образом, одному и тому же значению Ао в общем случае может соответствовать большой диапазон значений Р0 и й0. В связи с этим представляется целесообразным при нормировании и анализе электропотребления лесопильных рам пользоваться двумя видами энергетических характеристик [4].
Частные аналитические энергетические характеристики. Эти характеристики относятся к эффективному времени 4 и, следовательно, к средней часовой производительности Аэ. При этом каждая из них должна соответствовать изменению Аэ под влиянием только одной из указанных аргументирующих величин при постоянных значениях всех остальных.
Нами получено уравнение энергетической характеристики электропривода механизма резания лесопильной рамы [3]:
Рэ= (1 + Ьм.п )( 1 + Ьд )( 1 + Ьш )сПу[А + Рпост = Ьл.р сПуА + Рпост , (1)
где
Ьм.И; Ьд?
Рэ - средняя активная мощность за эффективное время, потребляемая двигателем из сети, кВт; Ьш - коэффициенты переменных потерь соответственно в механизме передачи, двигателе и кривошипно-шатунном механизме;
сп - постоянный (при определенных условиях) параметр, характеризующий энергоемкость процесса резания,
кДж/м1'^0'5;
Аэ - средняя часовая производительность лесопильной рамы за эффективное время, м3/с; Рпост - мощность постоянных потерь энергии (холостого хода), кВт; Ьл.р - коэффициент, совокупно учитывающий переменные
(нагрузочные) потери энергии в лесопильной раме. При этом параметр [2], характеризующий энергоемкость,
сп =2К Впр 2П й" рйр I1 л/Ц", (2)
1000л/ п
где Кт - удельная работа при нормированных (табличных) условиях резания, Дж/м3; Впр - ширина пропила, м; Zп - число пил в поставе;
ап.р - коэффициент, учитывающий плотность древесины различных пород; ар - коэффициент, учитывающий затупление резцов и зависящий от
длительности работы пил после заточки; а - коэффициент постава, принимаемый в зависимости от вида распиловки [5]; и - скорость подачи бревен, м/с.
Время распиловки одного бревна (с) для каждого постава [6]
- 1000- 604 = - =---, (3)
и Д п
где Ь - длина бревна, м;
Д - расчетная посылка, мм;
п - частота вращения вала рамы, мин-1. Тогда средняя производительность лесопильной рамы (м3/с) за эффективное время
^-Ц-. (4)
К -
Подставив (2) и (4) в выражение (1), получим
7>рар а1 и V
п 1000/П
РЭ 2Ьл.р Кт Впр 2п-р-Р .- и л\ т + Рпост. (5)
Выражение (5) показывает, что зависимости средней потребляемой мощности Рэ от каждого из параметров процесса различны. Например, при изменении скорости подачи она прямолинейна, а при изменении объема бревна - криволинейна (выпукла вверх).
Запишем уравнение энергетического баланса лесопильной рамы, отнесенного к эффективному времени распиловки бревен:
_ _ А °п.р°р°1 V Ь Ь
= Рэ4=2Ьл.р Кт Впр 2п 1=- и л\~ + Рпост ~ г=
э р р 1000л/Л VI 3600и 36°°М (6)
апрара1 __Ь
= 2Ьлр Кт Впр 2п 36оооооТЛ ^ + Рпост 3600Ц'
где - электроэнергия, потребляемая механизмом резания за эффективное время, кВтч;
Часовая производительность (м3/ч), лесопильной рамы за эффективное время ее работы
_ 3600К _ 3600Ки _ 3600КАрп _ 6КАрп э /э " Ь ~ 1000 • 60! " 100! ' Удельный расход энергии (кВтч/м3), отнесенный к эффективному времени работы лесопильной рамы,
Р Р Ь К т Впрапр 2 п аР а, ГТ
й = = ^о^ + 2Ъ т пр пр п Р 1 Т' (7)
Аэ 3600Уы лр 1000 • 3600>/Л \у На рис. 2 приведены энергетические характеристики лесопильных рам, не учитывающие и учитывающие вспомогательное время.
Из выражения (7) и рис. 2 видно, что при одном и том же увеличении производительности Аэ удельный расход электроэнергии снижается по-разному. Так, наибольший эффект дает увеличение объема бревен, затем -
Рис. 2. Энергетические характеристики лесопильной рамы при работе без учета (а) и с учетом (б) операционного вспомогательного времени: 1,1' - изменение Аэ за счет изменения и; 2, 2 - V; 3, 3' - изменение Ао за счет изменения ко; 4, 4' - кт
Нормовые энергетические характеристики [2]. В производственных условиях производительность лесопильных рам чаще всего подвергается изменениям под влиянием колебаний загрузки (переменный объем распиливаемых бревен) и продолжительности вспомогательного времени. Поэтому для анализа зависимости показателей электропотребления от указанных факторов могут быть рекомендованы нормовые энергетические характеристики, выражающие зависимость средних потребляемой мощности Ро и удельного расхода электроэнергии й0 от среднечасовой производительности Ао за операционное время ¿0 при постоянных технологических параметрах работы лесопильных рам. Последние при построении нормовых характеристик необходимо принимать равными тем нормализованным величинам, которые устанавливаются в результате анализа электропотребления с помощью частных аналитических характеристик Рэ = /(Лэ) и йэ = ф(Аэ). Составим для этого случая энергобаланс лесопильной рамы, отнесенный к одному полному операционному циклу распиловки бревен:
^о ^э ^ ^в Ъл.рРрез^э + Рпост^э + Рпост^в Ъл.р Ррез^э +
+ Рпост*о Ъл.р сп ^Аэ + Рпостtо, (8)
где - электроэнергия, потребляемая электродвигателем механизма резания за один операционный цикл, кВт-ч; wв - то же за вспомогательное время *в, кВт-ч.
Разделив (8) на полное время *о одного операционного цикла, получим выражение для средней потребляемой мощности:
ро = ~ — Рпост + Ь^ э ~~~ — Рпост + ^пТМ^ о, (9)
* о
где кт - технологический коэффициент загрузки механизма резания;
Аэтах - максимальная среднечасовая производительность лесопильной рамы, отнесенная к эффективному времени; ко - коэффициент использования лесопильной рамы в операционном времени;
По условию средняя часовая производительность Ао варьирует только при изменении загрузки лесопильной рамы за цикл и продолжительности вспомогательного времени *в. Соответственно технологический коэффициент загрузки кт изменяется только под влиянием изменения объема распиливаемых бревен V, а коэффициент ко - только под влиянием изменения *в. В зависимости от указанных факторов характер изменения мощности Ро будет различным. Так, при изменении объема распиливаемых бревен (коэффициент кт) зависимость Ро = ДАо) нелинейная, а при изменении продолжительности *в - линейная.
Разделив (9) на Ао, получим уравнение среднего удельного расхода энергии:
¿о = Ро — рно£1 + ЪлрСпктЛтах — ^ + ^ /Мэтах ко2 . (10)
о А А А А А У т э о
Ао Ао Ао Ао Ао
Учитывая, что Ао= ко кт Аэтах, а также (2), получим
а _ Рпост | Ъл.рсп _ Рпост | 2Ъл.рКтВпр2пап.рар о к о ктАэтах д/к т Аэтах к0 ктАэтах 1000^/ пк т Аэтах '
Установив параметры режима работы лесопильной рамы, по ее нор-мовой энергетической характеристике можно определить удельный расход энергии, соответствующий этому режиму. Если по условиям производства нельзя зафиксировать часовую производительность лесопильной рамы на определенном уровне, то следует предусмотреть возможность небольших ее колебаний относительно среднего уровня. В этом случае нормовая характеристика позволит установить соответствующий диапазон возможных колебаний среднего удельного расхода энергии, оценив который можно задать норму удельного расхода по среднему значению.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агеев, С.П. Режимы электропотребления окорочных станков [Текст] / С.П. Агеев // Лесн. журн. - 2007. - № 4. - С. 104-111. - (Изв. высш. учеб. заведений).
2. Агеев, С.П. Энергетическая характеристика механизма резания лесопильной рамы [Текст] / С.П. Агеев // Лесн. журн. - 2009. - № 1. - С. 95-100. - (Изв. высш. учеб. заведений).
3. Агеев, С.П. Энергетическая характеристика электропривода механизма резания лесопильной рамы [Текст] / С.П. Агеев // Лесн. журн. - 2009. - № 2. - С. 96-101. -(Изв. высш. учеб. заведений).
4. Гофман, И.В. Нормирование потребления энергии и энергетические балансы промышленных предприятий [Текст] / И.В. Гофман. - М.; Л.: Энергия, 1966. - 315 с.
5. Песоцкий, А.Н. Лесопильное производство [Текст] / А.Н. Песоцкий. - Л.: Лесн. пром-сть, 1973. - 325 с.
6. Рыкунин, С.Н. Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств: учебное пособие для студентов [Текст] / С.Н. Рыкунин, Ю.П. Тюкина, В.С. Шалаев. -М.: МГУЛ, 2003. - 225 с.
Поступила 15.04.08
S.P. Ageev
«Sevmashvtuz», Branch of Saint-Petersburg State Marine Technical University Classification and Properties of Energy Characteristics for Saw Frames
Graphing and analysis of energy characteristics for saw frames are realized depending on their load change of and usage time in the operational cycle.
Keywords: power consumption, electric power, specific power consumption, energy loss, efficiency, energy characteristic, operational cycle.
