CC BY
46
УДК 622.23.05
ПРОДОЛЬНОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ РОТОРА В КОМПЛЕКСЕ ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКОМ МЕХАНИЗИРОВАННОМ
И.Н. Набродова
Рассматривается система уравнений в операторной форме, описывающая динамику компонентов силовой гидросистемы тоннелепроходческого механизированного комплекса. По математическим описаниям узлов и блоков создается структурная схема продольного перемещения ротора с соответствующими передаточными функциями.
Ключевые слова: продольное перемещение ротора, гидронасос, рабочая жидкость, коэффициенты линеаризации.
+ Тыф + ф:
(l)
При продольном перемещении ротора осуществляется плавное частотное регулирование подачи. Линейный привод работает в старт-стопном режиме либо при перемещении «Вперед», либо при перемещении «Назад», фактически как привод одностороннего действия, поскольку доступ рабочей жидкости во вторую (первую) полость перекрыт золотником, а входной клапан первой (второй) полости полностью открыт (рис.1). Давление и расход на выходе гидронасоса равно давлению и расходу на входе в гидроцилиндр [1, 2, 3].
Зависимости для гидронасоса и линейного гидропривода имеют
вид:
1) уравнение моментов, приведенных к валу гидронасоса -
Spf sin g Y sin (f ^ + iAf)+mSp§ cos g + Цтро + Jf + hf i=1 _
= kUU;
2) уравнение расхода рабочей жидкости из полостей гидронасоса -
Q = Sr rtg g Y[1 + cos(f£ + iDf )]dg + Sr tg g Y sin(f£ + iDf)df, (2)
i=1 dt i=1 dt
3) уравнение расхода рабочей жидкости через входной клапан линейного привода (дросселирующее сечение трубопровода) -
1
Q = J/1[pf- Р1] 2; (3)
4) уравнение расхода рабочей жидкости через выходной клапан линейного привода -
1 2
Q'=,(Р1- Рз) ; (4)
5) уравнение неразрывности, без учета сжимаемости жидкости
(5)
6) уравнение сил на штоке до касания с грунтом;
(6)
7) уравнение сил на штоке после касания с грунтом
(7)
В приведенных зависимостях применены следующие обозначения: Рф - давление в рабочей полости гидропривода, которое считается равным
давлению на входе в гидроцилиндр; ф - угловая скорость вала гидронасоса; 7 - угол наклона пластины гидропривода; U - управляющий сигнал на входе привода (в приводе с частотным регулированием скорости вращения вала указанный сигнал управляет частотой питающего напряжения); р^ -
давление в рабочей полости гидроцилиндра; pз - давление на выходе гидроцилиндра, равное атмосферному; Q - объемный расход рабочей жидкости, поступающей из гидронасоса в гидроцилиндр линейного привода; Q/
- объемный расход жидкости, вытекающей из выходного клапана гидроцилиндра; £ - площадь одного поршня цилиндра гидронасоса; - пло-
щадь поршня гидроцилиндра; хп - местоположение плоскости, проходящей через конечные точки породоразрушающих элементов в системе координат хО у 2 ; р - сила, сухого трения; Рн - сила, действующая на шток гидроцилиндра со стороны грунта; Мр - суммарная масса ротора и всех узлов, перемещаемых продольно вместе с ротором; ^р - коэффициент вязкого трения, учитывающий трение поршня о цилиндр, трение в направляющих продольного перемещения ротора и суммарное вязкое трение породоразрушающих элементов о грунт.
Сила р определяется силой сухого трения в направляющих продольного движения.
Сила ¥н зависит от глубины внедрения породоразрушающих элементов в грунт и определяется по нормальной составляющей из уравнения Н = Н(Рн Ут, ам) и тангенциальной составляющей, вследствие вращения
при этом считается, что в начальный момент времени хп совпадает с по-
ротора
РН = РН (хП, аМ X Рн = Рн хП, аМ, у Ё
V М )
(8)
ложением плоскости границы породы.
Линеаризация системы (1) - (8) и последующее преобразование линейных уравнений в операторную форму дает:
а1ф22 + ф[ §ф (*) + а1 рф0§рф(*) + а1у05у(^) = а1и0§и (*); а2ф1*Ф)+ (а2у1* + а2у0 ^у(*) = а200^0 ; а3рф0^рф (*)+ а3р10^р1(*) _ а300^0 ; а4р10^р1(*)_ а40'0§0 ; а0 060 (* ) + а5 хп1^ хп (* ) = а50 0^0 (* );
(9)
,a6xn2s + a6xn1sr dxn(s)+ a6F0dF0(s) = a6p10dp1(s), или
2
a6 xn2 s + a6 xn1s + a6 xn0
' dхп (s) + a6F0dF0 (s) + a6y0sdy = a6^10d^1(s) , где 8...(s) - приращение соответствующего параметра; a... - коэффициенты линеаризации, определяемые по зависимостям:
aif2 = Jkm + tm ; aifi = hkm +1;
S sin g £ sinf + iAf)+KnS cos g
al pф0
i =1
h
m
a1g o
а2ф1
km; alU o = kU + T м;
Spф cos gX sin^ + iAф)- кnSpф sin g i=1
Sr tg g X sin^ + гЛф); a2 gl = Sr rtg g X\l + cos^ + гЛф) i=1 i=1
n
a2g0 = Sr —^ X sinfc + ^ф)ф; a3pф0 = J/1 sin g dt
a3 p10 =-J/1
sin2 gi=l 1
2Ьф- pi J
Y; a3Q0 =1; a4 plo
2\pф - pi J2 2J/,(pi - p3)
a5Q'0 = 1; a5Q0 = 1; a5ХП1 = S1; a6ХП2 = MР ; a6ХП1 = Л Р; = Э/Н (xП, aM ) .
Г; a4Q' 0 2
= 1;
a6 ХП 0 =
Эx'^
П
a6 plo = S1; a6F 0 = 1;
ЭF,
H
J
a6y0
j=1
Эу
1
1
140
Рис. 1. Схема перемещения ротора
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 9. 4.1
В системе (9) входными воздействиями являются сигнал частотного управления 8и (я), сигнал наклона пластины гидронасоса 8у(я), угловая
скорость вращения ротора после контакта с породой я8у(я); сила сухого
трения 8 р о (я) • Указанные воздействия определяют следующие величины:
- скорость вращения вала гидронасоса я8ф(я);
- давление в полостях гидронасоса 8рф(я);
- текущий расход рабочей жидкости на выходе гидронасоса 8д;
- текущий расход рабочей жидкости на выходе линейного гидропривода 8д;
- давление в рабочей полости линейного гидропривода 8 );
- перемещение линейного гидропривода 8 хп (я).
Решение (9) относительно указанных параметров дает:
я8ф(я) = Гу,ф(я )8у(я) + Ги ,ф(я )8и(я) + Гр 0,ф(я )8 р 0(я) + Гу,ф(я )я8у(я);
8 рф (я ) = Гу, рф (я )8у(я ) + Ги, рф (я )8и (я ) + Гр 0, рф (я )8 р 0 (я ) + Гу, рф (я )я8у (я );
8д(я) = Гу,д(я )8у(я) + Ги ,д(я )8и(я) + Гр 0,2(я )8 р 0(я) + Гуд(я )я8у(я); (10)
8д(я) = Гу,д,(я )8у(я) + Ги ,д,(я )8и(я) + гр 0,д(я )8 р 0(я) + Гу,д(я )я8у(я);
8 р1(я) = Гу, р1(я )8у(я) + Ги, р1(я )8и(я) + Гр 0, р1(я )8 р 0(я) + Гу, р1(я )я8у(я);
8 хп(я) = Гу, хп(я )8у(я) + Ги, хп(я )8и(я) + Гр 0, хп(я )8 р 0(я) + Гу, хп(я )я8у(я ) где Гх ^(я) определяется по методике, которая приведена ниже.
Обобщенная структурная схема управления продольным движением приведена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема управления продольным движением
Методика:
1) Система (9) решается относительно неизвестных ^5ф(^), 8рф(£), 8д 8д , 5р1(^) 8ХП (^), имеющих общий индекс V :
5C(s ) =
Ac(s)
_ c
(11)
V ’ A(s)
где (s) получается из A(s) путем подстановки в V -й столбец значения
[a1U о5U (s ) + a1y05y(s ),0,0,0,0, «б F о5 F о (s ) + «бу о s5y]
T
A( s) =
alf2s2 a1Pf0 о
a2f1 о a2Q0
о a3Pf0 a3Q0
о о о
о о a5Q0
о о о
о
о
о
о
о
а 4 P10 a4Q' о 0 a5Q'0
о
о
о
о
о
a5 Xms
a6P10 a6 ХП 2 s + a6 Xms + a6 ХП 0
2. Решение (ll) подставляется в (9).
3. Результаты группируются по индексу I, в результате чего образуются соответствующие передаточные функции Wl(-(s).
Список литературы
1. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем / Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1974. 607 с.
2. Кондаков Л. А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем / Л.А.Кондаков. М.: Машиностроение, 1982. 216 с.
3. Марутов В. А. Гидроцилиндры / В. А. Марутов, С. А. Павловский. М.: Машиностроение, 1966. 169 с.
Набродова Ирина Николаевна, вед. инженер, ira19 78@tsu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
LONGITUDINAL MOVEMENT OF THE ROTOR IN THE MECHANIZED TUNNEL-BORING COMPLEX
I.N.Nabrodova
The system of equations in the operator form, which describes the dynamics of the components of the power of hydraulic tunnel boring mechanized complex. For mathematical descriptions of units and blocks creates a block diagram of the longitudinal displacement of the rotor with the appropriate transfer functions.
Key words: longitudinal displacement of the rotor, hydraulic pump, working liquid, linearization coefficients.
Nabrodova Irina Nikolaevna, senior engineer, ira19 78@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University.
УДК 621.313.333-192
ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ НАДЁЖНОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В.Е. Полевой, М.С. Ежова
Рассмотрены эксплуатационные факторы производственной среды, влияющие на интенсивность отказов асинхронных двигателей, работающих в условиях коксохимических и металлургических комбинатов.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, режим работы, интенсивность отказов, эксплуатационные факторы.
Несмотря на постоянное совершенствование технологии производств и правил безопасности на металлургических и коксохимических предприятиях в зоне производственной среды имеют место высокая температура и запылённость. Для борьбы с этими вредными факторами производственной среды применяют вентиляцию, обеспечивающую приток в помещение атмосферного воздуха и водяное или аэрозольно-капельное душирование, повышающее влажность в производственных помещениях.
В процессе эксплуатации на показатели надёжности электрических машин действует совокупность эксплуатационных факторов, которые можно разделить на три группы: электромеханические, климатические факторы производственной среды и случайные. К электромеханическим факторам относят нагрузку асинхронного двигателя (АД), частоту включений, вибрации, электрическое напряжение. К климатическим факторам производственной среды относят температуру, влажность, запыленность воздуха. Под случайным факторами понимают ошибки или некомпетентность персонала, приводящие к поломкам электрических машин.
Таким образом, интенсивность отказов АД в условиях металлургического комбината состоит из трёх составляющих
1 _ 1 эл.мех + 1 клим + 1 сл (1)
где 1 элмех, 1 клим, 1 сл - интенсивности отказов АД, вызванные соответственно электромеханическими, климатическими и случайными факторами.
В течение года средние значения электромеханических факторов не имеют сезонных отклонений, т.е. фактически не зависят от времени года и
