Введение к работе
Актуальность темы. Повышение цен на энергоносители в современном мире заставляет промышленность ускоренно переходить к использованию энергосберегающего производственного оборудования. Особенно серьезно этот вопрос стоит в отраслях промышленности, где широко применяются энергоемкие технологии тепломассообменных процессов. Одной из таких отраслей промышленности является производство резшювых изделий, которые применяются в качестве комплектующих изделий в автомобилестроении, авиастроении, судостроении, в сельскохозяйственном машиностроении и др.
Масштаб проблемы энергосбережения при производстве резиновых изделий можно оценить по следующим цифрам: в России за период с января по сентябрь 2012 года было произведено 1052 тыс. тонн синтетического каучука; 36,6 млн. штук шин, покрышек, резиновых камер; 59 млн. метров рукавов из резины [].
Для изготовления резиновых изделий используются автоклавы, предназначенные для ускоренного проведения физико-химических процессов при нагреве и повышешюм давлении различных технологических изделий.
Исследования области автоклавной обработки сырья изложены в работах Б.А. Кондорфа, А.Н. Плановского, Д.А. Гуревича, С.А. Мокрушина, П.И. Тевиса, В.А. Ананьева, Е.Г. Шадека, В.Н. Косточкина, Г.Н. Мазанова, А.Н. Мазанова, СИ. Луговского, В.П. Бабарина, Б.Л. Флауменбаума, А.В. Шагина, Б.А. Голоденко и многих других ученых.
На сегодняшний день большая часть технологического оборудования для автоклавной обработки морально устарела: в процессе термообработки материалов под давлением по прежнему широко применяется паровой нагрев изделий, приводящий к высоким энергозатратам; параметры технологического процесса не удается выдержать в нужном диапазоне в связи с устаревшей системой управления технологическим процессом, что также приводит к дополнительным энергозатратам.
Повышению энергоэффективности технологического процесса термообработки резиновых изделий может способствовать замена энергозатратного парового нагрева электрическим нагревом, а также внедрение автоматизированных систем управления технологическим процессом термообработки резиновых изделий, позволяющим более точно регулировать процесс нарастания и стабилизации температуры и давления в автоклаве. В силу этого разработка и исследование энергосберегающих технологий вулканизации в автоматизироваїшьгх системах производства резиновых изделий является актуальной научно-технической задачей.
Объектом исследования является технологический комплекс для термообработки резиновых изделий под давлением.
Предметом исследования являются модели технологического комплекса для термообработки резиновых изделий под давлением.
Цель работы и основные направления исследований.
Целью диссертационной работы является разработка методов и средств повышения энергоэффективности технологического комплекса для термообработки резиновых изделий под давлением.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ современного состояния разработок в области автоматизации технологических комплексов по термообработке различных видов деталей, выявить потери энергии в используемых способах регулирования;
разработать математические модели системы управления параметрами технологического комплекса для термообработки резиновых изделий при паровом и электрическом нагреве;
разработать алгоритмы работы автоматизированных систем управления технологическим комплексом для термообработки резиновых изделий при паровом и электрическом нагреве;
провести экспериментальные исследования, подтверждающие адекватность разработанных математических моделей реальному технологическому процессу;
разработать методику расчета энергосберегающего оборудования для термообработки резиновых изделий.
Методы исследований
При проведении исследований применялись методы теории
автоматического управления, методы имитационного и структурного
моделирования технологических процессов.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту
'" впервые разработаны математические модели системы управления технологическим процессом термообработки резиновых изделий в автоклаве при паровом способе нагрева при регулировании давления и температуры, учитывающие связь между этими двумя параметрами;
впервые разработаны математические модели системы управления
технологическим процессом термообработки резиновых изделий в
автоклаве при электрическом способе нагрева при регулировании
давления и температуры, позволяющие ввести независимое
' - регулирование этими двумя параметрами;
' впервые разработана методика расчета потерь энергии при паровом и -электрическом способах нагрева в автоклаве;
"разработаны алгоритмы работы новой автоматизированной системы
управления для регулирования давления и температуры в автоклаве при электрическом нагреве, позволяющие независимо управлять параметрами процесса термообработки резиновых изделий. Практическая ценность
исследования работы нового энергосберегающего технологического
оборудования для регулирования нарастания и стабилизации
температуры и давления в автоклаве показали возросшую энергоэффективность системы управления автоклавом;
новая энергосберегающая автоматизированная схема автоклава для термообработки резиновых изделий под давлением позволит уменьшить расход энергии в 4,5 раза;
предложенная методика расчета параметров электрического оборудования автоклава для термообработки резиновых изделий под давлением позволяет ускорить внедрение результатов исследования в производство.
Реализация и внедрение результатов работы
Основные результаты диссертационной работы использованы на Иркутском авиационном заводе (филиал ОАО Корпорации «Иркут»), в ООО «Берта» (г. Иркутск), в учебном процессе кафедры электропривода и электрического транспорта (ЭЭТ) Иркутского государственного технического университета (ИрГТУ).
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Всероссийских научно - практических конференциях с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергоресурсов в условиях Сибири» (г. Иркутск, 2009 - 2012 гг.), 7-й Международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительных и металлургичеких производств» (г. Вологда, 2012 г.), XXV Международной научной конференции «Математические Методы в Технике и Технологиях (ММТТ-25)» (г. Волгоград, 2012 г.), ХШ Российской (Ш Байкальской) венчурной ярмарке (г. Иркутск, 2012г.), а также семинарах кафедры ЭЭТ ИрГТУ (2009 - 2012 гг.)
Личный вклад. Результаты, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором. В совместных публикациях автору принадлежат результаты, связанные с разработкой алгоритмов управления и математических моделей технологического процесса вулканизации в автоклаве.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, а также 1 патент на полезную модель.
Объем и структура диссертации:
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Объем работы включает в себя 155 страниц основного текста, 6 таблиц и 81 рисунков. Библиографический список включает 108 наименований.
