CC BY
44
УДК 519.6
О.А. Кузнецова, канд. техн. наук, (4872) 35-54-50, o.a.kuznetsova@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
В.А. Сушкин, канд. техн. наук, (4872) 35-54-50, v.a.sushkin@gmail.com (Россия, Тула, ТулГУ)
ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЩЕКОВОЙ ДРОБИЛКИ
Рассмотрен способ многокритериальной оптимизации электропривода с асинхронным двигателем с целью формирования оптимального управления с помощью адаптивного метода исследования пространства параметров.
Ключевые слова: оптимальное управление, электропривод, адаптивный метод исследования пространства параметров.
В настоящее время существует сложная проблема формирования единого целостного подхода, который обеспечивал бы дальнейшее развитие теории оптимизации и оптимального управления электроприводом исполнительного органа, а также дальнейшую разработку практических методов энерго- и ресурсосберегающего управления.
В промышленности применяются различные электромеханические устройства, для которых основным режимом работы является колебательный. К таким механизмам относят дробилки, грохоты и т.д. Дробилки являются технологически универсальными машинами для переработки твердых материалов любой прочности - от руды, стройматериалов и твердых сплавов до древесины и отходов промышленности и сельского хозяйства. Причем процесс дробления-измельчения может вестись в сухом и мокром режимах.
Научно-исследовательские и конструкторские работы послужили основой для внедрения дробилок на российских и зарубежных заводах применительно к производству щебня, песка и наполнителя железобетона.
Таким образом, возникает проблема выбора или замены двигателя, обеспечивающего запуск, на менее мощный, обеспечивающий энергоэффективную работу установки.
Параметры механической части электропривода щековой дробилки определяют их технические возможности и являются основой при их создании. Выбор параметров является первоначальным и главным этапом разработки технического задания на стадии проектирования или модернизации щековой дробилки.
Оценка эффективности работы электропривода щековой дробилки производится на основе определения выходных критериев Fv, которые качественно и количественно характеризуют работу установки в целом.
Исходная постановка задачи оптимизации параметров электропривода щековой дробилки включает оценку эффективности работы электропривода щековой дробилки по следующим критериям:
136
1) момент электродвигателя;
2) отклонение момента электродвигателя от среднего значения;
3) угловая скорость электродвигателя;
4) отклонение угловой скорости электродвигателя от среднего значения;
5) амплитуда колебаний исполнительного органа;
6) средняя мощность электропривода;
7) коэффициент полезного действия электропривода;
8) производительность дробилки;
9) уровень дробления;
10) снижение нагруженности элементов.
Проведенные исследования поставленной задачи оптимизации параметров асинхронного электропривода щековой дробилки, основывающиеся на снижении размерности множества критериев на базе дисперсионного анализа и метода главных компонент, позволили установить основной фактор, определенный на таблице испытаний при 4 критериях:
р = (Р1 ,Р2 ,Р3 ,Р4 ) •
К этим критериям оценки электропривода щековой дробилки
предъявляются технические, конструктивные и другие ограничения:
* **
Ру < Fv< Р * ,
* **
где Ру , Ру - минимальные и максимальные значения критериев
При оптимизации варьируемыми параметрами являются: эксцентриситет эксцентрикового вала /1 = О1 А,м; длина основания подвижной щеки /2 = АВ,м; длина распорной плиты /3 = О3В,м ; длина ребра /4 = AD'M ; длина рабочей поверхности подвижной щеки /5 = CD'M; длина рабочей поверхности подвижной щеки /7 = /5 ,м; ширина выходного отверстия /б\ь = СЕ, м; углы \2подвижной щеки, град; угол наклона распорной
плиты град; угол захвата , град; угол отклонения оси рабочей камеры от вертикали в , град; угол а|^ = 900 + б|^ / 2; координаты центра
масс подвижной щеки 4 S2, м; - угловая координата центра масс подвижной щеки \ з, град.
Таким образом, принятые варьируемые параметры определили поиск области Я15. Расчеты проводились с условием, что область оптимальных решений находится с ошибкой от объема L = 0,01(1 % от исходного
объема области параметров) и вероятностью Р = 0,99. Условия определили необходимое число точек ЛПТ - последовательности, N = 600.
В результате проведенных исследований по поиску оптимальной области параметров 594 расчетных варианта не удовлетворили параметрическим, функциональным, критериальным ограничениям и процедуре выделения Парето-оптимального множества. В результате сформирована упорядоченная таблица испытаний, в которой введены значения базового (исходного) варианта электропривода щековой дробилки.
Анализ упорядоченной таблицы испытаний показал, что оптимальным вариантом является расчетный вариант № 2, при условии равноправия всех критериев по своей значимости.
Сравнение результатов оптимизации показало, что
- уменьшился момент двигателя на 10 %;
- уменьшилась требуемая мощность двигателя на 14 %;
- уменьшилось отклонение угловой скорости электродвигателя от среднего значения на 20 %.
В результате проведенной оптимизации параметров механической части асинхронного электропривода щековой дробилки выбран рациональный вариант параметров, снижающий потребление энергии из сети на 15 %, снижение температуры нагрева вследствие оптимизации параметров электромеханической системы щековой дробилки на 20 %.
В качестве базовой модели для модернизации выбрана дробилка 187 ДР.
Для наглядной демонстрации результатов поиска оптимальных параметров электромеханической системы щековой дробилки в таблице приведены значения технических показателей работы базовой модели и оптимального варианта модернизированной модели.
Сравнение значений показателей работы моделей ЩДС
Технические показатели работы дробилки 187 ДР Модели Отклонения
базовая оптимальная значения %
Q т/час 0,301 0,413 0,11 37,3
F 1 ср мм 11,3 8,6 -2,7 -23,8
п 0,59 0,52 -0,07 -10,0
Дф град 1,2 -31,5 -32,7 -
Анализируя данные таблицы, можно сделать вывод о том, что при переходе от базовой к модернизированной модели происходит увеличение производительности Q на 37 %, уменьшение среднего пути трения Fср на
24 %, уменьшение параметра нагружения эксцентрикового вала на 10 % и отклонение траектории нижней точки рабочей поверхности подвижной
щеки Дф на 30° от неподвижной щеки в сторону разгрузки материала.
Значительное увеличение производительности объясняется сразу двумя факторами: точки, принадлежащие рабочей поверхности подвижной щеки, приобретают направленное движение в сторону разгрузки, вследствие чего в процессе хода сжатия материал начинает принудительно проталкиваться к выходному отверстию рабочей камеры; ход сжатия подвижной щеки в нижней части рабочей камеры увеличивается, увеличивая тем самым объем выходящего из нее за один оборот эксцентрикового вала материала.
Уменьшение среднего пути трения происходит вследствие увеличения наклона траекторий верхней и нижней точек рабочей поверхности подвижной щеки.
В результате проведенной оптимизации параметров механической части асинхронного электропривода щековой дробилки выбран рациональный вариант параметров, снижающий потребление энергии из сети на 15 %, снижение температуры нагрева вследствие оптимизации параметров электромеханической системы щековой дробилки на 20 %.
Список литературы
1. Клушанцев Б.В., Косырев Ю.А., Музеймнек Ю.А. Дробилки: Конструкция. Расчет. Особенности эксплуатации. М.: Машиностроение, 1990. 319 с.
2. Кузнецова О.А. Многокритериальная оптимизация асинхронного электропривода: монография / под ред. В.А. Сушкина. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2009. 104 с.
3. Кузнецова О.А., Сушкин В.А. Многокритериальная оптимизация электропривода с учетом динамических и энергетических показателей // Труды V Международной (16 -й Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2007. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2007. С. 139-141.
O.A. Kuznetsova, V.A. Sushkin
OPTIMIZATION OF ELECTRIC DRIVE OF A JAW CRUSHER
A method of a multicriterion optimization of electric drive with an asynchronous motor to form the optimal control using an adaptive method of research of the space of parameters is described.
Key words: optimal control, electric drive, adaptive method of research of the space of parameters.
Получено 17.05.12
