Нормирование электропотребления транспортных устройств в деревообрабатывающей промышленности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311

DOI: 10.17238^п0536-1036.2017.4.130

НОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ УСТРОЙСТВ

В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С.П. Агеев, д-р техн. наук, проф.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2-я Красноармейская ул., д. 4, Санкт-Петербург, Россия, 190005; е-mail: [email protected]

Нормирование удельных расходов энергии на деревообрабатывающих предприятиях строится в соответствии с расчленением производства, с одной стороны, на отдельные операции и процессы по видам производимой продукции, с другой - на отдельные участки (агрегаты, цехи, предприятие в целом). В соответствии с этим различают операционные удельные нормы по отдельным операциям и суммарные удельные нормы по отдельным производственным процессам. Цель настоящей статьи - разработка подхода к установлению операционной нормы удельного расхода электроэнергии на выполнение транспортных операций деревообрабатывающего производства, используемых для выгрузки леса из воды, транспортировки лесоматериалов со складов в цех и обслуживания технологических операций между отдельными агрегатами. Исследования энергетических свойств электропривода конвейеров проведены в направлении, при котором потери и полезное потребление энергии определяются через некоторые коэффициенты потерь и производительность агрегатов. Получены аналитические зависимости между потребляемой мощностью, удельным потреблением электроэнергии и производительностью конвейера, названные энергетическими характеристиками. Используемый метод позволяет выразить полезную нагрузку на агрегат через производительность - показатель, по которому практически оцениваются результаты работы агрегата, участка, цеха и т. д. Наличие энергетических характеристик дает возможность более качественно подойти к вопросу планирования удельных расходов энергии по каждому типоразмеру сортиментов и производству в целом. В результате исследований установлено, что энергетическая характеристика мощности, потребляемой транспортными устройствами, носит линейный характер, удельного расхода электроэнергии - нелинейный. Выявлены основные технологические факторы и параметры оборудования и сырья, влияющие на удельное электропотребление конвейеров.

Ключевые слова: конвейер, производительность, энергетическая характеристика, потребляемая мощность, удельный расход электроэнергии, потери электроэнергии, транспортные операции, деревообрабатывающее производство.

Для цитирования: Агеев С.П. Нормирование электропотребления транспортных устройств в деревообрабатывающей промышленности // Лесн. журн. 2017. № 4. С. 130-148. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238^п0536-1036.2017.4.130

Введение

Продольные конвейеры на деревообрабатывающем производстве применяют для выгрузки леса из воды, транспортировки лесоматериалов со складов в цех и обслуживания технологических операций между отдельными агрегатами [8]. Энергоемкость конвейерного транспорта составляет 10...15 % общего расхода электроэнергии.

Исследования энергетических свойств механизмов с электроприводом можно проводить по двум принципиально различным направлениям.

При первом направлении потери энергии определяются через коэффициент полезного действия, который изменяется в функции нагрузки на валу приводного двигателя. Способы измерения этой нагрузки могут быть различными, но при этом всегда требуется соответствующее аппаратурное сопровождение, так как непосредственно в производственных условиях нагрузка на валу обычно не измеряется.

При втором направлении, предложенном В.И. Вейцем, потери и полезное потребление энергии определяются через некоторые коэффициенты потерь и производительность агрегата. В результате получают аналитические зависимости между потребляемой мощностью (удельным потреблением электроэнергии) и производительностью исследуемого механизма, названные энергетическими характеристиками [1-3]. В настоящей статье используется второй метод, так как он позволяет выразить полезную нагрузку на агрегат через производительность - показатель, по которому практически оцениваются результаты работы агрегата, участка, цеха и т. д.

Решению перечисленных выше задач с использованием различных подходов посвящен ряд работ [10-13].

Методы и результаты исследования

Продольные конвейеры работают при постоянной скорости, их энергетический режим (при постоянной длине конвейера и угле наклона) полностью определяется производительностью, которая в свою очередь зависит от веса транспортируемого материала. В связи с этим удельный расход электроэнергии необходимо выразить в виде зависимости от производительности конвейера:

й = ф( 7К),

где й — удельный расход электроэнергии, кВт • ч/м3;

Ук — объемная производительность конвейера, м3/ч.

Цель настоящей статьи - построение и анализ энергетических характеристик транспортирующих устройств для решения задач нормирования и планирования электропотребления предприятий деревообрабатывающей промышленности.

Цепные конвейеры

В цепных конвейерах в качестве тягового органа применяют различные цепи. Звездочка в приводном устройстве передает тяговое усилие цепи в результате зацепления.

На рис. 1 показана структурная схема передачи мощности в цепном пластинчатом конвейере, приводимом в движение асинхронным двигателем.

Рис. 1. Структурная схема передачи мощности в цепном конвейере: Рд — мощность, потребляемая двигателем из сети, кВт; Рр — мощность, подводимая к редуктору, кВт; РК — мощность, подводимая к конвейеру, кВт; ДРд — потери мощности в двигателе, кВт; ДРР — потери мощности в редукторе, кВт

Подводимая к конвейеру мощность содержит две составляющие: переменную (полезную) и постоянную (мощность потерь энергии).

Таким образом,

РК = РК. ПЕ Р + Дрк.п О СТ = СК УК + А Р К. по ст (1)

где - частичный удельный расход энергии, характеризующий конвейер, кВт • ч/м3;

Ук — объемная производительность конвейера, м3/ч. При номинальной производительности конвейера подводимая к

нему мощность имеет номинальное значение:

рк.ном = ск^ном + ДРклост-Редуктор осуществляет преобразование движения в механической части электропривода конвейера и характеризуется потерями мощности , состоящими из переменных и постоянных потерь энергии:

А рр . п о ст = аРРК. н ом; (2)

А Рр . п ЕР = Ь рРю (3)

где а р и Ь р — коэффициенты постоянных и переменных потерь в редукторе. Тогда мощность, подводимая к редуктору,

Рр = Рк + АРр = Рк + А Рр . п ост + АРр . пе р = Рк( 1 + Ьр) + арРкн о м. (4)

Коэффициенты потерь в редукторе можно определить по номинальному

коэффициенту полезного действия - КПД (г| Р 1 н 0 м ) и отношению потерь:

Д^р.пост аР ,,ч

Хр = ТБ-= 7-1 (5)

р.пер.ном °р

При этом номинальный КПД представим как отношение полезной (отдаваемой) мощности Рк н о м редуктора к подводимой мощности Рр 1 н о м :

_ Рк.ном __Рк.ном_ _ 1 (ел

Л р 1 н о м = п-= п-ТПТтГГл = ТГ7ТГ' (6)

РР 1 н о м РК н о м( 1 Т ар Т 7р) 1 Т ар Т 7Р

откуда

. , 1_ Лр.ном аР Т 7 Р =-1 (7)

Лр.ном

Возвращаясь к (4) и учитывая (1), составим уравнение энергетической характеристики мощности Рр = /( Ук), подводимой к редуктору. Тогда

Р- = ( ск4 Т ДРк по ст )( 1 + 7-) Т арРк н о м = = ( 1 Т 7 -)ск^к + [( 1 + Ь-)Д Рк по ст + «-Рк н о м], (8)

или

РР = СрУк + РР 1 п о ст < (9)

где - частичный удельный расход энергии, характеризующий механическую часть конвейера, кВт • ч/м31 Слагаемое

р.пост

= ( 1 + b р)Д Рк. п о ст + а рРк. н о м = рк. н о м[ а к( 1 + b р) + аР] (10)

есть суммарная мощность постоянных потерь энергии в механической части конвейера (где а к = Д Ркп о ст/Ркн о м _ коэффициент постоянных потерь в конвейере).

Определим слагаемые, входящие в (1), используя методику тягового расчета пластинчатого цепного конвейера, изложенную в работе [9]. Введем следующие обозначения:

I - длина конвейера, м;

Р - угол наклона конвейера;

I г - длина горизонтальной проекции трассы конвейера, м,

I г = I с о 5 Р ;

V - скорость движения цепи конвейера, м/с;

Н - высота подъема груза, м;

дг - вес транспортируемого груза, приходящийся на 1 м длины конвейера, Н/м;

д н - вес 1 м настила с цепями и опорными катками, Н/м;

ш — коэффициент сопротивления движению ходовой части на катках.

Схема трассы наклонного цепного конвейера приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема трассы цепного конвейера

По методике расчет выполняют во всех характерных точках конвейера, при этом силы сопротивления суммируют согласно методу обхода по всему контуру цепи конвейера. Замкнутый контур, образованный тяговым элементом, разбивают на участки так, чтобы на каждом из них характер сопротивления был неизменным, и намечают четыре расчетные точки: т. 1 — на сбегающей ветви приводной звездочки конвейера, т. 4 - на набегающей ветви приводной звездочки; на натяжной звездочке - соответственно т. 2 и т. 3.

Ввиду того, что тяговое усилие в цепном конвейере передается путем зацепления цепи со звездочками, минимальное натяжение гибкого эле-

мента может быть принято в точках 1 или 2 в зависимости от соотношения tg р и и. При условии, что tg р < и, минимальное натяжение будет иметь место в верхней точке, т. е. I м = В противном случае I м = ¿2. От нахождения точки с будут зависеть силы сопротивления в других точках и мощность привода. Определив точку минимального натяжения тягового элемента, примем

Рассмотрим случай, когда Тогда силу сопротивления в сле-

дующей по направлению движения расчетной т. 3 определим как

¿■з^ 1 + Ы (11)

где - коэффициент сопротивления движению цепи на звездочках конвейера, к3 = 0, 0 3 . . .0,0 7 [5].

Сила натяжения цепи в т. 4:

р4 = рз + (дг + Чн)а Ги + Я). (12)

Для определения силы натяжения в т. 1 произведем обход контура против движения цепи. Тогда

^1 = ^2-дн(1 гш-н )1 (13)

Окружное усилие на приводной звездочке

Ро к- = *4 - Т (*4 Т *1)к3, (14)

или с учетом (12) и (13):

Рок- = *2(3 Т кз)/сз Т д г(1 гШ Т Н)( 1 Т к3) Т 2 дн(1 гШ Т Нкз) (15)

При анализе режимов работы конвейеров различают массовую (кг/ч) и объемную Ук(м3/ч) производительность. Эти величины связаны зависимостью

<2 к = Ук р, (16)

где р — плотность транспортируемого груза, кг/м3.

Объемная производительность оборудования поточной линии при распиловке круглых лесоматериалов I- г о диаметра соответствует объемной производительности головного станка и определяется по известной формуле [6]:

3600

У1=——=г-д1Кт, (17)

1 ц ( Т Ь£ п

где продолжительность рабочего цикла при обработке бревна

- диаметра, с;

Ь £ п — суммарные внецикловые потери времени головного станка, с; д ^ — объем бревна ¿-го диаметра, м3;

коэффициент использования оперативного времени смены. Учитывая, что вес транспортируемого груза ( д г, н/ м ), приходящийся на 1 м длины конвейера, определяется по формуле

<?к

дг = —, (18)

V

массовую производительность ( кг/ч) необходимо выразить в ньютонах на секунду. Для этого следует использовать формулу

УкР 9

«к = Ш5- (19)

где д — сила тяжести, д = 9 , 8 1 н / к г.

Мощность на приводной звездочке, равная мощности Р^-, подводимой к конвейеру, определиться как

РокрУ

Рк = 1Ж 1 (20)

Решая совместно уравнения (15) по (20), находим уравнение энергетической характеристики конвейера:

= (I гИ + Я)( 1 + кз)р д

К 1000-3600 к

¿2( 3 + к з)к з + 2 чнО- гИ + Якз)

+--г? = сКУК + ДРК.пост, (21)

которое совпадает с полученным ранее выражением (1).

Полагая, что переменные потери мощности в двигателе изменяются пропорционально первой степени нагрузки, можно получить формулы для нахождения коэффициентов переменных ( ) и постоянных ( ) потерь в двигателе. Относительная погрешность при этом составляет не более 1,5 % [1].

Тогда

. , 1- Лд.ном

аД + йД = —--' (22)

Лд.ном

где Л Д. н ом — номинальный КПД двигателя.

Для определения коэффициентов потерь необходимо также знать отношение потерь:

_ АРд.пост _ ад . .

Хд=ТБ-= 7-. (23)

Д.ПЕР.НОМ °Д

Следует учесть, что номинальной нагрузкой двигателя будет номинальная мощность подводимая к редуктору. Таким образом, номинальная мощность на валу двигателя

( ) (24)

Мощность, потребляемая двигателем из сети при произвольной нагрузке:

Рд = Рр.ном[ур( 1 + йд) + ад], (25)

где уР — коэффициент нагрузки редуктора, у Р = Рр/Рр . н о м.

Из (25) можно найти зависимость активной мощности, потребляемой двигателем из сети, от производительности конвейера, т. е. уравнение энергетической характеристики ( ) электропривода конвейера.

Действительно,

РД = РР . н о М[уР( 1 + ^Д) + аД] = РР . н омур( 1 + ^Д) + адрр . н о м = ( ) ( )( )

( ) ( ) ПОСТ + аДРР.НОМ — ( 1 + й д)( 1 + й р)Ск Ук +

+{( 1 + йд) [ак( 1 + йд) + ар] + ад ( 1 + ар + й р)}-к.н о м, (26)

или с учетом (24):

Рд = ( 1 + йд)( 1 + й р)Ск Ук + ( 1 + й д)( 1 + й р)Д -К. п о ст +

+ [( 1 + й Д)а р Л р . н о м + аД]РД . н о м = СДУК + РД . п о ст , (27)

где Сд - частичный удельный расход электроэнергии двигателя, кВт • ч/м3;

Рд . п о ст - постоянная составляющая мощности, потребляемой двигателем из сети, кВт.

Поделив выражение (27) на объемную производительность конвейера получим выражение для определения энергетической характеристики полного удельного расхода электроэнергии двигателя конвейера:

¿ = ^^1 (28)

Анализ полученных зависимостей показывает, что частичные удельные расходы энергии в значительной степени зависят от общего коэффи-

циента сопротивления движению цепи и геометрических характеристик конвейера. Кроме этого, мощность потерь ( ) энергии пропорциональна скорости (V) движения ленты конвейера.

Практическое значение формул (27) и (28) состоит в том, что они позволяют определить основные показатели электропотребления конвейера через его фактическую производительность и номинальные паспортные данные двигателя и редуктора: номинальную мощность ( ), КПД двигателя

(Л Д1 н о м ) и редукт°ра (Л р 1 н о м).

Пример. Рассчитать энергетические характеристики продольного цепного конвейера, предназначенного для транспортирования бревен к окорочному станку. Технические данные конвейера представлены ниже.

Скорость движения цепи V.....................................................................0,5 м/с

Длина конвейера .....................................................................................25 м

Наибольший диаметр транспортируемого бревна.................................65 см

Ширина полотна В....................................................................................80 см

Высота подъема Н........................................................................................9 м

Угол наклона конвейера Р........................................................................21,1°

Установленная мощность двигателя....................................................10 кВт

Номинальная частота вращения двигателя.................................920 об/мин

КПД двигателя............................................................................................0,87

КПД редуктора...........................................................................................0,92

Продольный конвейер установлен в рамном потоке, на котором осуществляется распиловка бревен с брусовкой лесопильными рамами 2Р75-1/2 при частоте вращения вала 325 об/мин. Распиловка выполняется пилами толщиной 2,2 мм с шагом зубьев 26 мм. На распиловку поступает хвойный (сосна) пиловочник диаметром 22 см, средняя длина 6 м. Плотность древесины составляет 505 кг/м3 при относительной влажности 12 %. Схемы раскроя сортиментов: 16-25-150-25-16 (1-й проход); 16-16-44-44-44-16-16 (2-й проход).

Решение. 1. Расчет производительности Уп лесопильного потока выполняем согласно методике, изложенной в [6]. В результате получаем Уп = = 26,61 м3/ч. Так как данный конвейер транспортирует все бревна, подлежащие распиловке, то его объемная производительность равна производительности потока, т. е. Ук = Уп = 26,61 м3/ч.

2. Вес транспортируемого груза, приходящийся на 1 м длины конвейера,

(¿к УкРд 26,61-505-9,81

дг = т=збоогг= з б о о-о, 5 = 7 3, 2 4 н / м .

3. Вес 1 м настила с цепями и опорными катками приближенно может быть определен по формуле [5]:

дн = ( б о В + А)д = ( б о - о, 8 + 5 о ) 9,8 1 = 9 б 1 , 4 н/ м, где эмпирический коэффициент, зависящий от плотности древесины и ширины настила,

4. Принимаем значение коэффициента сопротивления движению катковых цепей на подшипниках скольжения, соответствующее средним условиям работы конвейера, равным 0,1.

5. Точку минимального натяжения определяем из условия

tgP < м/.

Так как , то условие не выпоняется, а значит, минимальное

натяжение тягового элемента находится в т. 2.

6. Окружное усилие на приводной звездочке определяем по формуле (15), предварительно приняв = I м = 2 о о о И .

Тогда

¿о кр = ¿2( 3 + кз)к з + <7г(! ги + Я)( 1 + к з) + 2 дн(1 ги + Якз ) =

= 2 о о о ( 3 + о , о 5 ) - о , о 5 + 73,2 4(2 3,3 - о, 1 + 9 )( 1 + о, о 5 ) + 2 - 9 б 1 , 4 X ( )

7. Мощность на приводной звездочке находим по формуле (20):

Рокр^ 6521,7-0,5

рк = =-= 3 26 кВт.

к 1000 1000 '

8. Частичный удельный расход энергии конвейера

= (I ги + Я)( 1 + кз)р д =

Ск 1000-3600

( )( )

= —-'--— = о , о 1 б 4 кВ т - ч / м з.

3 600 000 '

9. Постоянная составляющая мощности на приводной звездочке

_ ¿2(3 + к з)к з + 2 дн(1 ги + Я к з) АРклост - 1000 17 "

2 о о о ( 3 + о , о 5 )о , о 5 + 2 - 9 б 1 , 4 ( 2 3 , 3 - о , 1 + 9 - о , о 5 ) =-——-0,5 = 2,827 кВт.

1000

Проверка. 10. Рассчитаем мощность на приводной звездочке по формуле (1).

Тогда

что совпадает с полученным выше результатом.

11. Находим коэффициенты потерь энергии в редукторе, принимая для простой кинематической схемы . Тогда

аР = ЬР =

1 -лр.

ном

1,0 - 0,92

= 0,0435.

2Лр.ном 2 ■ 0,92 12. Находим коэффициенты потерь энергии в двигателе. Для рассматриваемого двигателя отношение потерь Хд = 0 , 3 [ 4] Тогда коэффициент переменных потерь

1-Лдном 1,0-0,87 Ьд = „ ^ |Д'ним = = 0,1149,

1,3 ■ 0,87

1,Злд.ном

коэффициент постоянных потерь

ад = ХррА = 0,3 ■ 0,1149 = 0,0345.

13. Частичный удельный расход электроэнергии двигателя

Сд = ( 1 Т ЬД)( 1 Т ЬР)ск = ( 1 Т 0, 1 1 4 9 )( 1 Т 0, 043 5) ■ 0, 0 1 64 = 0, 0 1 9 1 1

14. Постоянная составляющая мощности, потребляемой двигателем:

РД 1 п о ст = ( 1 Т Ь Д)( 1 Т Ь Р)^ Рк п о ст Т [( 1 Т Ь Д)а Р Л Р 1 н о м Т аД]РД 1 н о м = = ( 1 Т 0, 1 1 4 9 )( 1 Т 0, 043 5 ) ■ 2, 82 7 Т Т [( 1 Т 0, 1 1 49) ■ 0,0 43 5 ■ 0,9 2 Т 0,0 3 45] ■ 1 0 = 4, 0 8 кВт

15. Мощность, потребляемая двигателем из сети при данной производительности:

Рд = срук + Рд.пост = 0,0191 ■ 26,61 + 4,08 = 4,59 кВт.

16. Удельный расход энергии при данной производительности определим по формуле (28):

Рд погт 4,08 _

а = СД Т Д тп о с ' = 0, 0 1 9 1 Т = 0 , 1 7 2 кВ т ■ ч / м 31

Ук 26,61

Выполняя аналогичные расчеты для других диаметров распиливаемого сырья, получим следующие значения объемной производительности, потребляемой мощности и удельного расхода энергии (см. таблицу).

Расчет показателей электропотребления

Диаметр бревна, см Производительность, м3/ч Мощность, потребляемая двигателем из сети, кВт Удельный расход энергии, кВтч/м3

14 12,6 4,58 0,3632

16 15,9 4,64 0,2918

18 19,8 4,71 0,2379

20 22,3 4,76 0,2136

22 26,6 4,84 0,1720

24 30,6 4,91 0,1605

26 34,7 4,99 0,1435

28 37,6 5,04 0,1341

30 41,4 5,11 0,1233

32 43,3 5,14 0,1188

34 46,4 5,20 0,1120

Окончание таблицы

Диаметр бревна, см Производительность, м3/ч Мощность, потребляемая двигателем из сети, кВт Удельный расход энергии, кВтч/м3

36 48,3 5,23 0,1084

38 51,8 5,30 0,1023

40 54,6 5,35 0,0981

42 58,5 5,42 0,0927

44 59,1 5,43 0,0919

46 59,4 5,44 0,0916

48 61,9 5,49 0,0886

50 64,0 5,52 0,0863

52 66,4 5,57 0,0838

На рис. 3 приведен график, отражающий связь удельного расхода энергии и диаметра бревен. Аналогичные кривые могут быть получены и для других длин бревен и породы древесины.

С учетом нормы расхода круглых лесоматериалов на производство 1 м3 пиломатериалов можно определить производительность лесопильного потока и удельный расход электроэнергии на выработку пиломатериалов для всех диаметров бревен.

0,45

у = 0,4028л-0-527 Я2 = 0,9916

0,00

Т-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 Диаметр бревна, см

Рис. 3. Зависимость удельного расхода энергии продольного цепного конвейера подачи бревен к окорочному станку от диаметра бревен

Ленточные конвейеры

В ленточных конвейерах в качестве несущего и тягового органа используется прорезиненная гибкая лента, опирающаяся верхней (рабочей) и нижней (холостой) ветвями на роликовые опоры и огибающая на концах конвейера приводной и натяжной барабаны.

На рис. 4 показана структурная схема передачи мощности в ленточном конвейере, приводимом в движение асинхронным двигателем.

Рис. 4. Структурная схема передачи мощности в ленточном конвейере: Рд — мощность, потребляемая двигателем из сети, кВт; Рр — мощность, подводимая к редуктору, кВт; РК — мощность, подводимая к конвейеру, кВт; ДРд — потери мощности в двигателе, кВт; ДРр — потери мощности в редукторе, кВт

Подводимая от редуктора к конвейеру мощность содержит две составляющие: переменную мощность Рк. п е р и постоянную Д Рк. п о ст мощность потерь.

Таким образом

РЙТ = РК. п ер + Д РК. п ост = Ос^К + ДРК. по ст. (29)

Определим слагаемые, входящие в (29), используя методику выбора мощности приводного двигателя, изложенную в [5]. Введем следующие обозначения:

I — длина конвейера, м; V — скорость движения ленты, м/с; д г — вес груза на 1 м длины конвейера, Н/м; д^ — вес 1 м ленты, Н/м;

д р г — погонный вес вращающихся частей роликов, поддерживающих

груженую ветвь ленты, Н/м; др п — то же порожнюю ветвь ленты, Н/м; и — общий коэффициент сопротивления движению ленты на роликоопо-рах, складывающийся из сопротивления трению в подшипниках и уплотнениях и сопротивления перекатыванию ленты по роликам. Расчет выполняем во всех характерных точках ленточного конвейера, а силы сопротивления передвижению ленты суммируем согласно методу обхода по всему контуру ленты конвейера. При использовании этого метода замкнутый контур, образованный тяговым элементом, разбиваем на участки так, чтобы на каждом из них характер сопротивления был неизменным. Затем точ-

ку сбегания тягового элемента с приводного барабана принимаем за начало и обходим последовательно весь контур по ходу движения ленты, подсчитывая сопротивления на отдельных участках и натяжения в тяговом элементе.

Пусть в т. 1 сила натяжения тягового элемента, сбегающего с приводного барабана, = РСБ (рис. 5).

Груз

Рис. 5. Схема ленточного конвейера: 1 - 4 - точки приложения силы

Силу сопротивления в следующей по направлению движения т. 2 определяем как

^2=^1+ Р1 2 , (30)

где Р1 2 — сила сопротивления движению ленты на участке 1-2,

Р1 2 = (Чл Т Чр пН Рассчитываем силу натяжения в т. 3:

р3 = р2 Т р2 3 = р2 Т кБ нр2 = р2( 1 Т кБ 1 н ), (31)

где к б н — коэффициент, характеризующий сопротивление на натяжном барабане, к Б н = 0,05...0,07 при угле обхвата барабана лентой 180°. Сила натяжения (набегания) ленты в т. 4:

Р4 = рнАБ = р3 Т р34, (32)

где Р3 4 - с ила сопротивления на участке 3-4, Р3 4 = (чг Т Чл Т Чр г)^ ^ С учетом изложенного выше

Р4 = Рнаб = ( 1 Т к Б н)[р1 Т ( Чл Т Ч р пН И Т ( Ч г Т Чл Т Ч р г)£ ^ 1 (33) Окружное усилие Ро кр на приводном барабане, которое должно обеспечиваться силами трения между лентой и барабаном, равно разности сил натяжения ленты в точке набегания ее на барабан и в точке сбегания ее с барабана:

рэкр = рнаб _ рсб = /ч ~ =

= к Б н Т [( 1 Т к Б н)( Чл Т Ч р п) Т ( Ч г Т Чл Т Ч р гЖ ^ 1 (34)

Для того, чтобы лента не скользила на приводном барабане, между силами Рнаб и Рс б должно соблюдаться соотношение Эйлера:

Рнаб < Рс Бе(35) где ц. — коэффициент сцепления ленты с поверхностью приводного барабана; а — угол обхвата барабана лентой, рад.

Тогда

ро кр = рНАБ — рСБ = — 1 ) = ^(в ^ — 1 ). (36)

Решая совместно (34) и (36), получаем

[( 1 + ^б н)(дл + др п) + (дг + дл + др г)]1 и ^ =-в -1 — *„,-. (37)

Согласно (36) окружное усилие

[( )( ) ( )]

^Кр=-в — 1 — к б н-(в" — 1 ). (38)

По аналогии с цепным конвейером мощность, подводимая к конвейеру,

(в ^ —1 )1и р д К 1 0 0 0-3 6 О О (в —1 —кБ н)

[( 1 + кБн)(дл + др п) + дл + др г]v 1 и ( . = 1 0 0 0 (в 1 —кБ н) ( в )

= сКУК + АРклосТ' (39)

что совпадает с найденной ранее зависимостью (29).

Рассуждая аналогично, получаем зависимость активной мощности, потребляемой двигателем из сети, от производительности конвейера: Рд = ( 1 + йд)( 1 + йр)% Ук + ( 1 + йд)( 1 + й р)ДРк. п о ст + [( 1 + Ьд)ар Л р . н о м +

+ад]Рд. н ом = СДУК + Рд. по ст. (40)

Пример 2. Рассчитать энергетические характеристики горизонтального ленточного конвейера для транспортировки обрезных досок от лесопильной рамы 2-го ряда, используя условия примера 1. Технические характеристики конвейера представлены ниже.

Ширина ленты........................................................................500 мм

Длина ленты...............................................................................50 м

Скорость ленты........................................................................0,5 м/с

Расстояние между роликовыми опорами нагруженной ветви конвейера... 1,3 м Расстояние между роликовыми опорами на порожней ветви конвейера... .2,6 м

Вес 1 м (погонного) ленты..........................................................83 Н/м

Общий коэффициент сопротивления движению по роликовым опорам...0,025

Коэффициент сцепления ленты с поверхностью приводного барабана.......0,65

Угол охвата барабана лентой......................................................3,14 рад

Коэффициент, характеризующий сопротивление на натяжном барабане.....0,06

Установленная мощность двигателя................................................5 кВт

КПД редуктора..........................0,92

КПД двигателя..........................0,87

Решение. 1. Выполняем расчет часовой производительности ленточного конвейера.

В работе [7] приведен пример расчета постава при распиловке бревен по указанной схеме. Суммарный объем обрезных досок составляет 0,1188 м3, или 42,42 % объема бревна. В этом случае расчетная производительность ленточного конвейера при транспортировке досок

Ук = 0,42 42 Уп = 0,42 42 ■ 2 6,6 1 = 1 1, 2 9 м 3/ч.

2. Вес транспортируемого груза, приходящийся на 1 м длины конвейера,

VKp д 11,29-505-9,81

Чг = 3бо0; = з 6 о о ■ о, 5 = 3 1 , 0 6 н / м ■

3. Погонный вес вращающихся частей роликов, поддерживающих груженую ветвь,

<7р 73,5 Чр г = 7" = ~Т1Г = 5 6, 5 4 Н / м ■

I р 1,3

4. Погонный вес вращающихся частей роликов, поддерживающих порожнюю ветвь,

qp 73,5 Чр п = -гг = -тт- = 2 8,2 7 Н / м ■ zip 2,6

5. Окружное усилие на приводном барабане

[( 1 + ^ б н)(Чл + Чр п) + (Чг + Чл + Чр гЖ w FoKP=-в ^-1-//б н-_1 ) =

_ [( 1 + о, 0 6)(83 + 2 8,2 7) + (3 1, 0 6 + 83 + 5 6, 5 4)] ■ 5 0 ■ 0, 0 2 5

= е0,65-3,14 006 Х

Х(е0,б 5-3, 14 -1 ) = з 64,4 н

6. Мощность на приводном барабане конвейера

F0KPv 364,4 ■ 0,5 Рк = Т^г = = 0,182 кВт.

к 1000 1000

7. Частичный удельный расход энергии конвейера

_ (в ^а-1 )Lw р д _(в06 5 - 3 1 4-1 ) ■ 50-0,0 2 5-5 0 5-9, 8 1 _

Ск = 1 0 0 0^3 6 0 0 (в 1 - /бн) = 3 60 0 0 0 0 (в0, 6 5 ■ 3, 1 4 - 1 - 0, 0 6 ) =

= 0, 0 0 1 74 кВ т ■ ч/ м 3

8. Постоянная составляющая мощности на приводном барабане [( )( ) ]

л Рк. п о ст= 1 0 0 0 (в —1 —кБ н) ( в — 1 ) = _ [(1 + 0,0 6)(8 3 + 2 8, 2 7) + 83 + 5 6, 5 4] - 0, 5-5 0-0,0 2 5 065.314 _ = 1 0 0 0 (в°,6 5 ■ 3, 1 4 — 1 — 0, 0 6 ) (в , , — 1 ) =

= 0,162 кВт.

Проверка. 9. Рассчитываем мощность на приводной звездочке по формуле (1): Рк = + ДРк.пост = 0,00174 ■ 11,29 + 0,162 = 0,182 кВт,

что совпадает с полученным выше результатом.

10. Находим коэффициенты потерь энергии в редукторе, принимая для простой кинематической схемы . Тогда

1-т1рном 1-0,92 аР = ЬР = |КН0М = ' = 0,0435. 2лр.ном 2 ■ 0,92

11. Находим коэффициенты потерь энергии в двигателе. Для рассматриваемого двигателя отношение потерь [ ] Тогда коэффициент переменных потерь

, 1-Лд.ном 1 ~ 0,8?

коэффициент постоянных потерь

ад = ХдЬд = 0,4 ■ 0,1067 = 0,0427.

12. Частичный удельный расход электроэнергии двигателя

Сд = ( 1 + йд)( 1 + й р)сК = (1 + 0, 1 0 67)(1 + 0,0 43 5) - 0,0 0 1 74 = = 0, 0 0 2 кВ т-ч / м 3.

13. Постоянная составляющая мощности, потребляемой двигателем,

Рд. п о ст = ( 1 + йд)( 1 + й р)АРК.п о ст + [( 1 + йд)ар л р . н о м+ад]Рд. н ом = = (1 + 0, 1 0 67) - (1 + 0, 043 5 ) - 0, 1 6 2 + + [(1 + 0, 1 0 67) - 0, 043 5 - 0,9 2 + 0, 042 7] - 5 = 0, 6 2 кВ т.

14. Мощность, потребляемая двигателем из сети при данной производительности,

рд = срУк + рд.пост = 0,002 ■ 11,29 + 0,62 = 0,64 кВт.

15. Полный удельный расход электроэнергии, отнесенный к производительности лесопильного потока,

Ук Рп пост 11,29 0,62

d = к + ^СТ = о , о 2 ■ + ^^ = о, о 3 1 8 кВ т ■ ч / м 3 ; ^п 26,61 26,61

полный удельный расход электроэнергии, отнесенный к производительности

ленточного конвейера,

Рд погт 0,62 _

d = = о, 0 2 + —— = 0, 0 749 кВ т ■ ч / м 3

д VK 11,29

Выполняя аналогичные расчеты для других диаметров распиливаемого сырья, получаем значения объемной производительности, потребляемой мощности и удельного расхода энергии приведенные в таблице (см. с. 139).

Заключение

В результате исследований найдены аналитические зависимости между потребляемой мощностью, удельным потреблением электроэнергии и производительностью транспортных устройств, получившие название энергетических характеристик.

Установлено, что энергетические характеристики потребляемой мощности конвейеров носят линейный характер. Наличие энергетических характеристик позволяет более качественно подходить к вопросу планирования и нормирования удельных расходов энергии по каждому типоразмеру сортиментов и производству в целом.

Выявлены основные технологические факторы и параметры оборудования и сырья, влияющие на удельное потребление электроэнергии транспортными устройствами.

Используемый метод дает возможность выразить полезную нагрузку на агрегат через производительность - показатель, по которому оцениваются результаты работы агрегата, технологического участка, цеха и т. д.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агеев С.П. Энергетическая характеристика электропривода механизма окорки роторного окорочного станка // Лесн. журн. 2007. № 3. С. 94-100. (Изв. высш. учеб. заведений).

2. Агеев С.П. Энергетическая характеристика механизма резания лесопильной рамы // Лесн. журн. 2009. № 1. С. 95-100. (Изв. высш. учеб. заведений).

3. Агеев С.П. Энергетическая характеристика электропривода механизма резания лесопильной рамы // Лесн. журн. 2009. № 2. С. 96-100. (Изв. высш. учеб. заведений).

4. Алексин М.В., Синев В.С., Пижурин П.А., Коперин И.Ф., Головков С.И., Пав-лосюк В.А. Экономия энергоресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности. М.: Лесн. пром-сть, 1982. 216 с.

5. Зенков Р.Л., Ивашков И.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта: учеб. для вузов. М.: Машиностроение, 1987. 432 с.

6. Инструкция по расчету производственной мощности лесопильного предприятия. Архангельск: ЦНИИМОД, 1986. 65 с.

7. Рыкунин С.Н., Пятков В.Е. Методы составления и расчета поставов: учеб. пособие. М.: МГУЛ, 2002. 69 с.

8. Силаев А.Б., Козориз Г.Ф. Подъемные и транспортные устройства деревообрабатывающих предприятий: учеб. для вузов. М.: Лесн. пром-сть, 1989. 409 с.

9. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины: учеб. пособие для машиностроит. вузов. М.: Машиностроение, 1983. 487 с.

10. Kreisel K., Jochem E. Druckluft rationell erzengen und nutzen // Fachartikel im Rahmen der Initiative «Energie effizient nutzen-Schwerpunkt Storm», Wirtschaftsministerium Baden-Wurttemberg, 1996.

11. Leber J.F., Matthews M.B. Neurale Netsuke: eine Uebersicht. Bull. SEV/VSE 80.1989.

12. Rummelhart D.E., Hinton D.E., Williams R.J. Learning Representations by Back-Propagating Errors // Nature. 1986. Vol. 323. Pp. 533-536.

13. Tonsing E. Stromsparende Beleuchtungssysteme - mehr Licht fur weniger Kosten // Fachartikel im Rahmen der Initiative «Energie effizient nutzen-Schwerpunkt Storm». Wirtschaftsministerium Baden-Wurttemberg, 1996.

Поступила 26.12.16

UDC 621.311

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.130

Electrical Energy Rationing of Transport Units in the Woodworking Industry

S.P. Ageev, Doctor of Engineering Sciences, Professor Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, 2-ya Krasnoarmeyskaya ul., 4, Saint Petersburg, 190005, Russian Federation; е-mail: [email protected]

Electrical energy rationing in woodworking enterprises is based in accordance with the decomposition of production into the items and processes by the output types, and individual sectors (units, shops, enterprises). We distinguish operational specific power requirements for items and total specific power requirements for separate industrial processes. The purpose of this article is to develop an approach to the operating quota setting of the specific energy consumption for underway operations of the woodworking industry: wood hauling, timber transporting from lumber yards to the shops, and technical operations servicing between separate units. We investigate the energy properties of conveyor electric drives when the power waste and useful power consumption are determined by some loss factors and unit capacity. The analytical dependencies - the energetic characteristics - between power consumption, specific energy consumption and conveyor capacity are obtained. This method allows us to express the useful load on the unit through productivity - an evaluating indicator of the results of the unit, site, and shop operation. The presence of energy characteristics helps to consider the issue of specific energy consumption scheduling for each type of timber assortments and the production as a whole. The energy characteristic of power consump-

For citation: Ageev S.P. Electrical Energy Rationing of Transport Units in the Woodworking Industry. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2017, no. 4, pp. 130-148. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.130

tion of transport devices is linear; of the specific energy consumption is non-linear. The main technological factors and parameters of equipment and raw materials influencing on the specific energy consumption of conveyors are revealed.

Keywords: conveyer, performance, energetic characteristic, consumed power, specific energy consumption, electric power waste, underway operation, woodworking industry.

REFERENCES

1. Ageev S.P. Energeticheskaya kharakteristika elektroprivoda mekhanizma okorki ro-tornogo okorochnogo stanka [Energy Characteristic of Electric Drive of Barking Mechanism of Rotor Debarking Machine]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2007, no. 3, pp. 94-100.

2. Ageev S.P. Energeticheskaya kharakteristika mekhanizma rezaniya lesopil'noy ramy [Energetic Characteristic of Cutting Mechanism of Frame Saw]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2009, no. 1, pp. 95-100.

3. Ageev S.P. Energeticheskaya kharakteristika elektroprivoda mekhanizma rezaniya lesopil'noy ramy [Energy Characteristic of Electric Drive for Cutting Mechanism of Saw Frame]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2009, no. 2, pp. 96-101.

4. Aleksin M.V., Sinev V.S., Pizhurin P.A., Koperin I.F., Golovkov S.I., Pavlosyuk V.A. Ekonomiya energoresursov v lesnoy i derevoobrabatyvayushchey promyshlennosti [Energy Conservation in the Timber and Woodworking Industry]. Moscow, 1982. 216 p.

5. Zenkov R.L., Ivashkov I.I., Kolobov L.N. Mashiny nepreryvnogo transporta: ucheb. dlya vuzov [Stream-Flow Transportation]. Moscow, 1987. 432 p.

6. Instruktsiya po raschetu proizvodstvennoy moshchnosti lesopil'nogo predpriyatiya [Instruction on the Production Capacity Calculation of the Sawmill]. Arkhangelsk, 1986. 65 p.

7. Rykunin S.N., Pyatkov V.E. Metody sostavleniya i rascheta postavov: ucheb. posobie [Methods of Compilation and Calculation of Sawing Patterns]. Moscow, 2002. 69 p.

8. Silaev A.B., Kozoriz G.F. Pod"emnye i transportnye ustroystva derevoobrabatyvayushchikh predpriyatiy: ucheb. dlya vuzov [Lifting and Transport Devices of Woodworking Enterprises]. Moscow, 1989. 409 p.

9. Spivakovskiy A.O., D'yachkov V.K. Transportiruyushchie mashiny: ucheb. posobie dlya mashinostroit. vuzov [Transporting Machines]. Moscow, 1983. 487 p.

10. Kreisel K., Jochem E. Druckluft rationell erzeugen und nutzen. Fachartikel im Rahmen der Initiative "Energie effizient nutzen - Schwerpunkt Storm". Baden-Wurttemberg, Germany, 1996.

11. Matthews M.B., Leber J.F. Neurale Netzwerke: Ein Ubersicht. Bulletin of the Swiss Electronic Society (SEV), 1989, vol. 15, pp. 923-932.

12. Rumelhart D.E., Hinton G.E., Williams R.J. Learning Representations by Back-Propagating Errors. Nature, 1986, vol. 323, pp. 533-536.

13. Tonsing E. Stromsparende Beleuchtungssysteme - mehr Licht fur weniger Kosten. Fachartikel im Rahmen der Initiative "Energie effizient nutzen - Schwerpunkt Storm". Baden-Wurttemberg, Germany, 1996.

Received on December 26, 2016