Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Вибрация в подготовке семян , 8
1.2 Особенности конструкции и режима работы виброзерноочистительных машин. Классификация виброзерноочистительных машин .12
1.3 Обоснование регулирования параметров кинематического режима сепарации семян 16
1.5 Электропривод виброзерноочистительных машин 34
1.6 Динамика электропривода виброзерноочистительных машин 37
1.7 Существующие методики расчета мощности приводного двигателя 43
Выводы по главе 45
1.8 Цель работы и задачи исследования 46
ГЛАВА 2. Теоретическое исследование механики электропривода виброзерноочистительной машины с винтовым колебанием рабочего органа 48
2.1 Уравнение движения системы асинхронный электропривод -многорешётная виброзерноочистительная машина 49
2.1.1 Математическая модель системы 49
2.1.2 Решение системы уравнений 56
2.2 Приводные характеристики многорешётной виброзерноочистительной машины с саморегулируемым вибратором 59
2.2.1 Амплитудно-частотные и силовые характеристики вибратора 59
2.2.2 Момент статического сопротивления многорешётной виброзерноочистительной машины 64
2.2.3 Зависимость момента сопротивления многорешётной виброзерноочистительной машины от угла поворота дебалансов 73
2.3 Влияние основных параметров электропривода многорешётной виброзерноочистительной машины на его работу 76
2.3.1 Нагрузочная диаграмма двигателя с учетом механической инерции..76
2.3.2 Влияние электромагнитной инерции двигателя 78
2.3.3 Влияние упругого звена промежуточной передачи 80
2.3.4 Анализ влияния параметров электропривода на его работу 82
2.4 Методика расчета саморегулируемого вибратора виброзерноочистительных машин 85
2.5 Методика расчета мощности приводного асинхронного двигателя многорешётной виброзерноочистительной машины с саморегулируемым вибратором 88
2.6 Виброзерноочистительные машины с регулируемыми вибраторами 91
Выводы по главе 95
ГЛАВА 3 Методика экспериментальных исследований 97
3.1 Общие задачи исследования 97
3.2 Описание экспериментальной установки 97
3.3 Тарировка преобразователей 106
3.4 Определение конструктивно-кинематических параметров многорешётной вибро-зерноочистительной машины 107
3.5 Определение амплитудно-частотных и приводных (механических, нагрузочных, энергетических, инерционных) характеристик многорешётной
вибро-зерноочистительной машины и её электропривода 112
3.7 Методика исследования механических и энергетических характеристик
асинхронного двигателя с разработанными и модернизированными роторами.
118
Результаты 121
ГЛАВА 4 Анализ результатов экспериментальных исследований 122
4.1 Зависимость амплитуды колебаний рабочего органа многорешётной виброзерноочистительной машины от частоты колебаний 122
4.2 Момент статического сопротивления многорешётной виброзерноочистительной машины и его слагаемые 125
4.2.1 Влияние технологической нагрузки 127
4.3 Нагрузочная диаграмма асинхронного электропривода многорешётной виброзерноочистительной машины 127
4.4 Характеристика распределения мощности 131
4.5 Динамика пуска и выбега асинхронного электропривода многорешётной виброзерноочистительной машины 134
4.5.1 Исследование переходных процессов при пуске 134
4.5.2 Исследование переходного процесса при выбеге многорешётной виброзерноочистительной машины 137
4.6 Торможение многорешётной виброзерноочистительной машины противовключением асинхронного двигателя 140
4.7 Исследование переходных процессов динамического торможения 148
4.8 Влияние процессов динамического торможения и торможения противовключением асинхронного двигателя многорешётной вибро-зерноочистительной машины на время остановки системы 151
4.9 Характеристики асинхронного двигателя с разработанными и модернизированными роторами 154
ГЛАВА 5 Оценка экономической эффективности 169
Факторы, влияющие на эффективность: 169
5.1. Определение экономической эффективности внедрения многорешётной
виброзерноочистительной машины с регулируемыми параметрами 170
5.1.1. Показатели эффективности текущих затрат 170
5.1.2 Показатели производительности труда 174
5Л.З. Технико-экономические показатели 175
5.1,4. Экономическая эффективность капиталовложений 175
Основные выводы 178
Список литературы 180
Приложения
- Особенности конструкции и режима работы виброзерноочистительных машин. Классификация виброзерноочистительных машин
- Приводные характеристики многорешётной виброзерноочистительной машины с саморегулируемым вибратором
- Определение конструктивно-кинематических параметров многорешётной вибро-зерноочистительной машины
- Момент статического сопротивления многорешётной виброзерноочистительной машины и его слагаемые
Введение к работе
Тщательная очистка семенного материала от примесей является не только способом борьбы с сорняками, но и способствует повышению урожайности сельхоз.-культур, что связано с увеличением производства зерна.
Одной из перспективных технологий для очистки семян является использование вибрационной техники, где семена 1-І! класса можно получить за 1-2 пропуска исходного материала.
Исследователями отмечается, что для качественного разделения семян как с изменением вида сельхозкультуры, технологической операции, так и параметров исходного материала требуется регулировать не только частоту колебаний рабочего органа (РО) вибромашины, но и амплитуду. При этом частота и амплитуда колебаний, соответствующие рациональному режиму сепарации, согласованы между собой по данным одних исследований через скоростной фактор, по данным других - через динамический. Анализ динамики виброзерноочистительных машин (ВЗМ) зарезонансного режима работы с асинхронным приводом, которые нашли наибольшее применение, показывает, что в переходных процессах требуется ограничение резонансных амплитуд РО. В связи с этим определение показателей регулирования частоты и амплитуды, установление взаимосвязи их значений и ограничение резонансных амплитуд является актуальной задачей.
Актуальность направления исследований подтверждается соответствием данной темы разделу федеральной программы по научному обеспечению АПК России «Разработать научные основы развития системы технологического обеспечения сельскохозяйственного производства, создание машин и энергетики нового поколения, формирование эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики» 1996-2001 гг., а также федеральной программы «Создание техники и энергетики нового поколения, формирование эффективной инженерно-технической инфраструктуры агропромышленного комплекса» 2001-2005 гг.
Цель работы: повышение эффективности сепарации семян зерноочистительными машинами с использованием асинхронного электровибропривода с регулируемыми параметрами.
Задачи исследования:
1. Установить взаимосвязь частоты и амплитуды колебаний РО ВЗМ и определить диапазон и степень плавности их регулирования.
2. Разработать методику инженерного расчета саморегулируемого инерционного вибратора.
3. Исследовать переходные режимы в асинхронном электроприводе (АЭП) многорешетной вибрационной зерноочистительной машины (МВЗМ) с регулируемыми параметрами.
4. Разработать рекомендации по проектированию и использованию МВЗМ с регулируемыми параметрами в производстве.
Объект исследования. Колебательные процессы РО МВЗМ с АЭП с регулируемыми параметрами.
Предмет исследования. Закономерности изменения параметров колебаний РО МВЗМ и электромеханических процессов АЭП в процессе сепарации.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
1. Уточнена математическая модель для исследования колебательных процессов РО МВЗМ с АЭП с регулируемыми параметрами.
2. Получены нагрузочная и механическая характеристики АЭП МВЗМ с регулируемыми параметрами.
3. Разработана методика инженерного расчета саморегулируемого инерционного вибратора.
4. Определены коэффициенты форм нагрузочных диаграмм с учетом электромеханической инерции, электромагнитной инерции и упругости передачи МВЗМ и оценено их влияние на выбор мощности двигателя.
Новизна технических решений защищена двумя патентами РФ. Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в том, что на основе математической модели и установленных взаимосвязей между конструктивными и кинематическими параметрами разработаны практические рекомендации для проектных организаций, занимающихся вопросами проектирования электропривода вибрационных машин. Был разработан АЭП с регулируемыми параметрами для МВЗМ, который внедрен на Бо-риспольской семяочистительной фабрике "Сортсемовощ" и в совхозе "Россия" МУСП РБ. Результаты диссертационной работы по электроприводу ВЗМ с регулируемыми параметрами используются в учебном процессе БашГАУ.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований были доложены и получили положительную оценку на ежегодных внут-ривузовских и межвузовских конференциях ХИМЭСХ (г. Харьков), УНИМЭСХ и УСХА (г. Киев), ВСХИ (г. Волгоград), БашГАУ, УГАТУ и УГИС (г. Уфа), ЛСХИ (г. Ленинград), УДНТП (г. Челябинск) в период 197Ф-2004 гг.
Публикации. По основным положениям диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, в том числе получено два патента РФ-Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографии из 188 наименований и23 приложение. Основное содержание работы изложено на 196 страницах, содержит/ 63 рисунка и) 9 таблиц.
Особенности конструкции и режима работы виброзерноочистительных машин. Классификация виброзерноочистительных машин
За более чем столетнее развитие вибрационных грохотов [30] разработано, создано и исследовано множество самых различных конструкций ВЗМ с разнообразными формами РО, совершающих от простых до сложных пространственных колебаний и работающих как в дорезонансном, резонансном, так и зарезонансном режимах, В связи с этим напрашивается систематизация ВЗМ по основным признакам. Несмотря на многообразие конструкций ВЗМ все они состоят из следующих основных частей: РО, источника колебаний (вибратора), рамы, упругих подвесок, электропривода, а некоторые из них имеют контрпривод, промежуточную передачу и очистители решет.
Колеблющаяся часть машины, состоящая из РО и вибратора, связана с рамой при помощи упругих подвесок. Под действием возмущающих сил, создаваемых вибратором, колеблющаяся часть машины совершает вибрацию в различных направлениях. По виду привода в ВЗМ применяются вибраторы следующих типов: механические (инерционные и эксцентриковые), электромагнитные, пневматические и гадравлические. В случае привода вибратора от отдельно стоящего от колеблющейся части ВЗМ электродвигателя применяются контрпривод и промежуточная передача. Контрпривод включает упругий элемент в виде гибкого вала или муфты. В промежуточную передачу, как правило, входит клиноременной или другого типа вариатор оборотов если привод осуществляется от асинхронного двигателя.
Подробная классификация вибрационных просеивающих машин дана Я.И.Лейкиным [47]. При классификации автором учтены такие признаки как форма РО, вид движения сит, способ очистки решет, приводные механизмы просеивающих машин, используемых в основном для разделения продуктов переработки зерна. Однако в работе не рассмотрены ВЗМ, разработанные после 60-х годов и довольно поверхностно рассмотрен их электропривод, в особенности, с точки зрения регулирования кинематических параметров колебания (амплитуды и частоты). В связи с вышеизложенным появилась необходимость разработки уточненной классификационной схемы ВЗМ и их электропривода [44]. В основу классификации ВЗМ (см. приложение 4) положены такие основные характеристики как режим и вид движения, форма и количество РО, вид покрытия рабочих поверхностей и признаки разделения семян. Как известно колебательная система на упругих связях обладает собственной частотой, определяемой массой колебательной системы и жесткостью упругих связей. В зависимости от соотношения между вынужденной (рабочей) частотой и собственной, как отмечалось ранее, вибрационные очистители подразделяются на дорезонансные, резонансные и зарезонансные [6, 30, 32, 106]. Дорезонансные машины работают при вынужденной частоте меньшей чем собственная частота колебаний [10, 23, 12, 15, 18, 20, 11]. При этом помимо сил сопротивления нагрузки привод преодолевает и восстанавливающие силы упругих связей.
Резонансному режиму работы машин соответствует равенство этих частот колебаний, при котором происходит уравновешивание восстанавливающей силы и силы инерции. Привод преодолевает только силы сопротивления ВЗМ и в энергетическом отношении этот режим является наиболее благоприятным [22, 8, 9, 98, 14, 94].
Зарезонансный режим машин наступает при превышении вынужденной частоты колебаний над собственной частотой. Для этого режима характерно преодоление приводом сил сопротивления и инерции системы в установившемся режиме, а также переход резонансной зоны в процессе пуска и остановки вибромашины. Проход резонансной зоны сопровождается многократным возрастанием амплитуды колебаний РО.
Наибольшее распространение получили ВЗМ зарезонансного и резонансного режимов работы. Причем предпочтение исследователями отдается зарезонансным ВЗМ [6, 58, 30, 138], у которых закон движения и амплитуда колебаний РО не зависит от нагрузки сепарируемого материала и в тоже самое время на раму машины передается только небольшая динамическая нагрузка.
РО ВЗМ различаются между собой по форме, расположению их в пространстве, виду их покрытия и характеру движения (см. приложение 4).
По основным конструктивным особенностям РО и характеру их движения, по нашему мнению, можно сгруппировать все известные ВЗМ в следующие три группы: - центробежно-вибрационные зерноочистительные машины (ЦВЗМ) [10, 11, 12,13, 16,18,23]; - с плоскими решетами [3, 8, 9, 19, 22, 42, 31, 30, 36, 39, 38, 40, 41, 14]; - с фрикционными или перфорированными рабочими органами (ФВЗМ) [7,30,21,43,58].
У ЦВЗМ РО представляет собой полое тело, которое образовано поверхностями 2-го порядка (см. приложение 4). Сепарация семян в таких машинах производится за счет одновременного воздействия на семян центробежных сил от вращения РО и вибрации направленного действия.
Так у некоторых ЦВЗМ РО выполнены в виде ситового параболоида с вертикальной осью вращения [10, 23], образованного тремя усеченными конусами, цилиндрических решет с осью вращения расположенных наклонно [13], вертикально [12] и горизонтально [16, 58]. У других ЦВЗМ [15, 18, 20, И] РО гладкие или на внутренней поверхности имеются шипы (штифтованные), предназначенные для разрыхления слоя смеси. Они конструктивно представляют собой цилиндрическое сито [11], гладкий [15, 20] и штифтованный [18] усеченные конуса расположенные вертикально. Вибрация, создаваемая инерционным [23, 11, 16, 58], эксцентриковым [10, 12, 20] и электромагнитным [13] вибраторами действует на вращающиеся РО как вдоль [23, 10, 13, 12, 11, 20, 18], под углом [16] так и вокруг оси вращения [58].
Приводные характеристики многорешётной виброзерноочистительной машины с саморегулируемым вибратором
Согласно технологических требований сепарации (см. рисунки 1.2, 1.3, 1.4) семян различных сельскохозяйственных культур на одной ВЗМ в оптимальных режимах необходимо амплитуду колебаний в рабочем диапазоне поддерживать по гиперболическому закону: А = У/Ф2, (2.28) где V - скоростной фактор, имеющий свое значение для каждой группы ВЗМ.
Амплитуда колебаний на определенном радиусе решета R для ВЗМ с винтовым колебанием РО с обычным инерционным вибраторором определяется выражением [30], который для МВЗМ с саморегулируемым вибратором принимает вид: A = 4(ffi r "ЩР) Jsin2 а + т]агК2Гг cos2 а. 2.29) т. Решая совместно (2.28) и (2.29) можно получить закон изменения радиуса центра масс подвижного дебаланса: ,- , Vm l (2.30) m2 4т2ф т2a + (m,aRJ l cosa)2 Q 2
Подставляя (2.29) и (2.30) в равенство (2.12) выразив их через со2 получаем характеристику жесткости фасонной пружины саморегулируемого вибратора: К(р) = m mUlV2 х _ (2.31) 16(J2sin a + m2a3R2 cos2a) [p + (є - г УЦт -тгр)г Как известно главной характеристикой упругих элементов служит функциональная зависимость между приложенной силой и деформацией. Учитывая, что F=KA И АІ-є = р-го (см. рисунок 2.1), упругая сила определяется из выражения: ь m2m J v2 Р (2.32) \6(Jzsin cc + m„a R cos а) (т1т1 т2р) Аналогично можно определить параметры саморегулируемого вибратора для каждой группы ВЗМ. Расчеты по полученным выражениям были проведены для ВЗМ параметрами: т, = 372 кг; Jг = 48,68 кгм1; т, = 2,5 кг; т2=2 кг; = 0,005 м; / , = 0,0759 м; V = 0,268м/с; а = 68 ; R = 0,475м; а = 0,\75м; гг = 0,005 ;и.
Крайние значения рабочих угловых скоростей для ВЗМ с не перфорированными РО равны у .,=140...252 рад/с (см. табл. 1.5). Характер изменения радиуса центра масс р подвижного дебаланса Шг и упругой силы F нелинейной пружины при регулировании амплитуды колебаний А, в зависимости от угловой скорости вращения дебалансов У2 по гиперболическому закону видно из рисунка 2.2. До достижения угловой скорости дебалансов значения соответствующего низшему орХ диапазона регулирования Д=орХ :о?рг подвижный дебаланс т2 под действием предварительно сжатой усилием F0 на длину є пружины находится на радиусе покоя г0. Если требуется обработка семенной смеси с оптимальными параметрами колебаний РО А и а1копт, то с увеличением угловой скорости с х до со2коп„ подвижный дебаланс т2 под действием центробежной силы Р2 = гпгркт\ктт выдвигается на радиус центра масс /э по кривой p = f(d)1), сжимая пружину на длину Ак, создавая тем самым упругую силу FK пружины по нелинейному закону F=f(AK). Следует заметить, что если выражение р; (2.30) справедливо только в рабочем диапазоне угловых скоростей, то F,(2.32) во всем диапазоне возможной деформации пружины. Для выявления влияния Ui рад/с F W3H 2 \ 0 S170 210 250 ш Рисунок 2.2 - Амплитудно-частотная и силовая характеристики саморегулируемого вибратора МВЗМ: 1 - зависимость упругой силы не линейной пружины F = /(ДО; 2 - зависимость радиуса центра масс подвижного дебаланса р = f(a 2); 3 - зависимость амплитуды колебаний РО А = /К)
конструктивно-кинематических параметров ВЗМ кармвк и FMaK имеющим место, при со2=310 рад/с (см. рисунок 2.2), от которых зависят массо-габаритные характеристики саморегулируемого вибратора, был проведен расчет на ЭЦВМ по пяти значениям каждого из параметров, входящих в эти зависимости. Предел изменения параметров принимался исходя из возможной их вариации на существующих ВЗМ. По сравнению с предыдущим случаем отличными были следующие параметры: г, =0,15 м; г0=:0,015ж; є-0,01м. Зависимости рмак и FMajc в относительных единицах от конструктивно-кинематических параметров ВЗМ приведены на рисунках 2.3 и 2.4. За базу были приняты параметры соответствующие исходному варианту. Из рисунка 2.3 видно, что в наибольшей степени рмак зависит от массы mj и радиуса центра масс Г] неподвижного дебаланса и в меньшей степени от Шг, V и а. Изменение массы т, и момента инерции Jz РО не оказывают заметного влияния на р . Максимальная упругая сила пружины FMaK (см. рисунок 2.4) как и р max 12
Рисунок 2.3 - Зависимость радиуса центра массы рмах от конструктивно-кинематических параметров ВЗМ в относительных единицах, при 2=310 рад/с: 1 - от радиуса центра масс гх неподвижного дебаланса; 2 - от массы т„ и момента инерции J2 РО; 3 - от массы т2 подвижного дебаланса; 4 - от скоростного фактора V; 5 - от угла установки а дебалансов; 6 - от массы тх неподвижного дебаланса. max 1.6
Влияние конструктивно-кинематических параметров ВЗМ на упругую силу пружины Рмах в относительных единицах при тг =310 рад/с: 1 - от радиуса центра тяжести г, неподвижного дебаланса; 2 - от радиуса гй установки центра тяжести подвижного дебаланса; 3 от предварительной деформации є пружины; 4,5 - соответственно от массы mt и момента инерции Jz РО; 6 - от скоростного фактора V; 7 - от массы тг подвижного дебаланса; 8 - от угла поворота ее первоначальной установки дебалансов. « увеличивается линейно с возрастанием иіь Гі и нелинейно от первоначального эксцентриситета г0 подвижного дебаланса. Угол перво начальной установки дебалансов а и тем более Jz, mt и m2 особо значения FMaK не изменяют. FMaK с возрастаниями предварительной деформации пружины є нелинейно и скоростного фактора V линейно уменьшается. Указанные выше особенности влияния конструктивно-кинематических параметров на рлиж и FMaK должны быть учтены при расчете параметров саморегулируемого вибратора.
Момент статического сопротивления многорешётной виброзерноочистительной машины Характеристика момента статического сопротивления (2.24) состоит из моментов сопротивления вращательному движению Св тги колебательному движению. При строгом подходе, согласно механической модели ВЗМ, момент сопротивления имеет более сложный вид [125] и состоит из нескольких слагаемых, значимость которых требуется оценить. Кроме составляющей на колебательное движение имеют место сопротивления трения в подшипниках вибратора от развиваемых им возмущающих сил и моментов (Л/шл), от сил тяжести вращающихся деталей вибратора и реакции сил, действующих в косозубой передаче вибратора, потерь в самой зубчатой передаче, аэродинамических потерь и наконец от конструкции подшипника, частоты вращения и вязкости смазки [143]. Учет всех этих факторов связан с большими трудностями, а полученные зависимости громоздки и не удобны в расчетах. В то же самое время влияние некоторых из них на величину суммарного момента сопротивления незначительное (менее 1%). Поэтому все остальные составляющие момента трения, кроме Мтя, выразим линейно возрастающей функцией вида М = Ма + С а?3, параметры постоянных которой определим в дальнейшем из экспериментальных данных.
Определение конструктивно-кинематических параметров многорешётной вибро-зерноочистительной машины
Для целей количественного анализа исследуемых параметров была проведена тарировка чувствительных элементов преобразователей и датчиков. После обработки осциллограммы был построен тарировочный график (приложение 12). Для расширения возможностей аппаратуры и увеличения точности измерений тарировка проводилась на нескольких диапазонах усиления тензометрического усилителя 8АНЧ-7М.
При тарировке преобразователей перемещений использовался штангенциркуль (см. рисунок 3.12). По измерительной шкале делалась отметка (положение 12). Затем с помощью подвижной губки пластинка изгибалась и занимала промежуточные положения (например, положение II), при которых определялось соответствующее перемещение.Все эти положения фиксировались на фотоленте осциллографа. После их обработки были получены тарировочные графики соответственно для вертикального z и для поворотного ср перемещений РО вокруг вертикальной оси (см. приложения 13, 14).
Для тарировки преобразователя напряжения использовался автотрансформатор. С помощью автотрансформатора изменялось напряжение в пределах 0...260 В, которое фиксировалось на фотобумаге осциллографа и регистрировалось по вольтметру класса точности 0,2. Затем строился тарировочный график (см, приложение 15).
К измерительной обмотке трансформатора тока УТТ-5 был подключен 5-амперный амперметр кл. точности 0,2. Изменяя автотрансформатором ток через преобразователь в диапазоне 5...80,4 А, проводилась регистрация по амперметру и одновременно на осциллографе. Тарировочный график приведен в приложении При исследовании и проектировании электропривода ВЗМ, необходимо знать его конструктивно-кинематические параметры, входящие в систему уравнений движения системы или математическую модель МВЗМ - АД (см. главу 2). Это такие параметры как масса т и момент инерции Jz колеблющейся части относительно вертикальной оси Z, коэффициенты демпфирования вдоль Cz и поворотного Сф вокруг вертикальной оси, жесткости пружин вдоль Kz и поворотные К(р вокруг вертикальной оси, момент инерции системы, приведенный к валу вибратора J„p , коэффициент жесткости Кп упругой лепестковой муфты и масса дебалансов т.
Масса колеблющейся части ВЗМ определялась [140] подвешиванием на пружинном указьшающим динамометре типа ДПУ-0,5. Он предназначен для измерения растягивающих усилий при статических испытаниях машин и имеет предел измерения 50-500 кг II класса точности (± 2%). Масса т , определенная 3-х кратным измерением, составила 372 кг.
Момент инерции Jz колеблющейся части ВЗМ вокруг вертикальной оси определялся [140] с помощью бифилярного подвеса [173] с 3-х кратной повторностью. Для этого колеблющаяся часть машины подвешивалась на двух растяжках из стальной проволоки длиной =1,52 м, расположенных от вертикальной оси на расстоянии а =0,11 см. Колеблющаяся часть раскручивалась относительно вертикальной оси на угол 5-6 и затем совершала свободные колебания. При этом фиксировались число полных колебаний и затраченное на это время. Затем по этим параметрам определялся период полного колебания Т и рассчитывался момент инерции по выражению [173] J2 = , которая по трем измерениям составила Jz=48,68 кг м .
Коэффициент жесткости Kz вдоль вертикальной оси упругой подвески определялся замерами прилагаемых грузов и соответствующих перемещений вибростола в 4-х диаметрально противоположных точках, и составила 407 606 Н/м.
Коэффициент жесткости Кф колебаний РО вокруг вертикальной оси был определен непосредственными замерами прилагаемых крутящих моментов к вибростолу и углов поворота РО на упругой подвеске и составил Кф = 74909 Нм/рад.
Для определения коэффициентов демпфирования Cz вдоль вертикальной и Сф вокруг вертикальной оси были записаны [140] с помощью акселерометров (см. рисунок 3.1) переходные процессы свободных колебаний (см. рисунки 3.13 и 3.14). Для этого РО, например, при определении Сг подвешивался на металлическом проводе вдоль вертикальной оси на такую высоту, чтобы пружины упругой подвески по всей окружности вибростола были равномерно несколько ослаблены, после этого включался осциллограф и откусывался провод, подвешивающий РО. После окончания свободных колебаний запись на фотобумаге прекращалась. Уравнения свободных колебаний колеблющейся части получим из уравнений математической модели системы (2.15) и (2.16) после приравнивания к нулю их правых частей:
Момент статического сопротивления многорешётной виброзерноочистительной машины и его слагаемые
При анализе электропривода характеристика распределения мощности, как было отмечено выше, занимает важное место. Она показывает, насколько энергонасыщенной является рабочая машина и в каком соотношении распределяется потребляемая мощность по узлам и механизмам машины. В работе [39] установлено, что преобладающая часть мощности (82% при частоте колебаний РО равной 1900 кол/мин) идет на привод в колебательное движение в холостом ходу ВЗМ. Для более полного анализа распределения мощности нами [180] были сравнительно исследованы в холостом режиме ряд ВЗМ: многорешетная с винтовым колебанием РО (МВЗМ), высокочастотная вибрационная машина Петрусова (ВВМ - П), вибрационная машина для очистки и сортировки лекарственных трав (ВМОСЛТ), вибрационная машина для разборки образцов (ВМРО). Все указанные ВЗМ, кроме ВМРО, который приводился от двигателя постоянного тока, получали привод через КВС от АД соответственно АОЛ2 -32-4 (3,0 кВт), АОЛ 2 -22-4 (1,5 кВт) и АОС 31-4 (0,6 кВт). КВС этих машин обеспечивали диапазоны регулирования скорости на МВЗМ =260,4:132,3 рад/с, ВВМ-П ,1 =252:126,0рад/с и ВМОСЛТ Дш=240;120рад/с. С помощью измерительного комплекта К-50 были проведены измерения тока, напряжения, активной мощности двигателей. Они измерялись при минимальных и максимальных скоростях КВС как для привода ВЗМ, совместно с вариатором, так и для привода только КВС. По данным измерений определялся коэффициент мощности и по построенным энергетическим характеристикам для известных в справочной литературе г\ и cos р при нагрузке относительно от номинальной мощности (0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25) [175] для этих двигателей определялась механическая мощность на валу двигателя, затрачиваемая на соответствующий привод. По полученным данным построена диаграмма (см. рисунок 4.9) мощности в процентах от номинальной мощности двигателя для угловых скоростей вала вибратора ВЗМ соответствующих граничным значениям диапазона регулирования КВС, а также зависимости мощности ВЗМ и КВС от угловой скорости вибратора (см. рисунок 4.10).
Из диаграммы и рисунка видно, что с возрастанием скорости вибратора со2 доля мощности двигателя Рг /Рн »идущая на привод ВЗМ возрастает в среднем с 55,1 % до 93,2 %. Этот рост мощности по типам машин составляет: МВЗМ с 56,3 % до 100,7 % , ВВМ-П с 58,9 % до 107 % и ВМОСЛТ с 50% до 72 % (см. таблицу 4.1). Наибольшие показатели имеют МВЗМ и ВВМ-П. Это связано с тем, что в вибраторе этих машин установлены без достаточно строгого обоснования конические роликовые подшипники, имеющие в 4 раза больший коэффициент трения, чем другие подшипники, которые рекомендованы для применения в ВЗМ [58]. При этом только на колебательное движение РО ВЗМ, без учета мощности на привод КВС, затрачивается в среднем 18,8 % ( от 12,5% до 27,3%) при минимальной и 70,2 % (от 47% до 87,5%) мощности двигателя при максимальной скоростях Й2. Наряду с этим мощность на привод КВС остается в среднем на одном, причем довольно высоком уровне 27,4%-28,8%, в то же время для одних ВЗМ (ВВМ-П) потребляемая мощность КВС больше 1,4 раза (с 31,6% до 44,3%), для других (ВМОСЛТ) наоборот ниже в 1,5 раза (с 37,5% до 25%). При этом доля мощности на привод КВС, относительно мощности ВЗМ на холостом ходу, составляет в среднем 0,51 (0,24-0,75) при минимальной и 0,31 (от 0,17 до 0,41) при максимальной скоростях
Наряду с этим следует заметить, имеющей место некоторое увеличение мощности КВС при минимальной скорости ш2=130 рад/с у ВМОСЛТ. Это было вызвано, по нашим наблюдениям, заклиниванием ремня между ободами регулируемого шкива вариатора. Все это показывает насколько энергоемким и не совершенным является КВС. Анализ сводной таблицы технических и энергетических показателей для 7 специализированных ВЗМ [58] (см. приложение 20) показывает, что масса колеблющейся части т ВЗМ относительно общей массы m находится в пределах 0,25-0,62 (в среднем 0,45), мощность двигателя Р„ на единицу производительности Q составляет 2,19-88,9 Вт/кг/ч (в среднем 38,45), мощность Рн на единицу массы колеблющейся части т равна 2,68-40 Вт/кг (в среднем 13,78) и мощность Рн, приходящейся на единицу оптимальной скорости vA находится в пределах от 0,008 Втм" с до 0,081 Втм-1с (в среднем 0,0303). В работе [2] подчеркивается, что при одинаковой производительности и качестве сортирования при очистке семян риса ВЗМ типа ВВМ-П по сравнению с зерноочистительной машиной ОС-4,5 имеет металлоемкость меньше в 7 раз, энергоемкость в 13 и эксплуатационные расходы ниже в 3 раза. Кроме того в работе [36] отмечается, что при одинаковой производительности перед существующими обычными зерноочистительными машинами отечественного КСК 1-ій зарубежного КСК-2 конструкций ВВМ-П превосходит на единицу веса в 2,2...2,4 раза, по расходу мощности на единицу веса в 1,1...3,5 раза.
Как известно пуск осуществляет перевод агрегата из состояния покоя в рабочее. Один из случаев пуска МВЗМ от приводного АД А051-4 показан на рисунке 4.11. АД А051-4 имеет следующие номинальные параметры: Рн = 4,5кВт, п = 1440 об/мин, 1н = 934А, кратность пускового тока К] = 6,1п = 56,4А, Мн = 29,8 Нм, кратность пускового момента ц,п = 1,4, Mn = 41,66 Нм, кратность критического момента fiK = 2,0, Мк = 59,52 Нм. = амплитудой постепенно убывают и достигают установившихся значений Zy
Из осциллограммы видно, что в первый момент времени (при t«0,2 с), после подачи напряжения в обмотки статора возникает ударный пусковой ток In = 54А, превышающий номинальный ток 5,5 раза. Под действием этого тока создается ударный пусковой момент Мп=112 Нм, что в 3,75 раз больше номинального момента Мн и в 2,78 раз пускового Мп по статической характеристике двигателя.
