Керований електромагнітний привод установок для формування високоякісних бетонних виробів
Вантажиться...
Дата
2024
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» – Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Миколаїв 2024.
Технологія виробництва високоякісних бетонних виробів включає в себе вібрування бетонної суміші на різних частотах. Традиційно даний процес забезпечується відцентровими вібраційними приводами. В той самий час, електромагнітний вібраційний привод має більш високу надійність, робочий ресурс та дає можливість незалежно керувати частотою та амплітудою вібрації. Але, для забезпечення високої енергоефективності його необхідно використовувати у режимі, близькому до резонансного. Це обумовило появу великої кількості наукових робіт, присвячених синтезу резонансних коливальних систем з електромагнітним приводом та систем автоматичного керування його амплітудою та частотою. Але, на сьогоднішній день, не досліджено в достатній мірі сумісне керування резонансним електромагнітним приводом та пристроями з регульованою жорсткістю, що унеможливлює ефективне застосування електромагнітного привода для вібромашин зі змінною резонансною частотою. Тому, проведення таких досліджень є актуальною науковою задачею. Метою дисертаційної роботи є створення керованого електромагнітного привода вібраційних машин зі змінною резонансною частотою для формування високоякісних бетонних виробів.
Новизна результатів, одержаних в дисертації, полягає в наступному.
1. Отримала розвиток динамічна модель електромагнітних, електромеханічних, механічних та енергетичних процесів у резонансній вібраційній машині, яка враховує взаємозв’язок процесів при сумісному керуванні амплітудою та частотою електромагнітного вібратора і резонансною частотою динамічного віброгасника з конічними пружинами, що дає можливість здійснювати аналіз та синтез систем автоматичного керування вібраційними машинами зі змінною резонансною частотою з метою підвищення їх ефективності.
2. Вперше науково обґрунтовано доцільність застосування комбінованого принципу керування частотою вібраційних машин, резонансна частота яких регулюється пристроями з нелінійними пружними елементами, що забезпечує енергетичну ефективність таких машин у пускових та перехідних режимах.
3. Вперше запропоновано структуру системи автоматичного керування частотою та амплітудою вібраційної машини з електромагнітним приводом і динамічним віброгасником з нелінійними пружними елементами, яка відрізняється тим, що містить канал непрямого вимірювання резонансної частоти у комбінації з контуром фазової автопідстройки, що забезпечує високу швидкодію і точність налаштування на резонанс і, як наслідок, високий коефіцієнт корисної дії. Наукове значення роботи полягає у розвитку електромагнітного вібраційного привода в частині поширення його на вібраційні машини зі змінною резонансною частотою шляхом удосконалення структури систем автоматичного керування і розвитку динамічної моделі для їх дослідження.
Практичне значення роботи:
– розроблено імітаційну модель процесів у керованому електромагнітному приводі вібраційної машини зі змінною резонансною частотою, яка може використовуватись при проєктуванні вібраційного обладнання, зокрема для виготовлення високоякісних бетонних виробів;
– удосконалено експериментальну установку та програмне забезпечення системи автоматичного керування нею, що може бути використано для подальших досліджень за цим напрямком, а також взято за основу при проєктуванні електромагнітних приводів вібраційних машин зі змінною резонансною частотою.
У вступі дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність теми, показано її зв’язок з науковими програми й темами, сформульовано об’єкт і предмет дослідження, мету та головні його задачі, представлено методи дослідження та обґрунтування достовірності отриманих результатів, визначено наукову новизну та практичне значення результатів роботи, відображено повноту викладення результатів у публікаціях та ступінь апробації.
У першому розділі проведено аналіз сучасних вібраційних установок для формування бетонних виробів та особливості технологічних процесів вібраційного ущільнення. Також проаналізовано принципи побудови вібраційних машин зі змінною резонансною частотою та систем автоматичного керування їх приводами. У другому розділі проведено моделювання керованого електромагнітного вібраційного привода зі змінною резонансною частотою. Розроблено функціональну схему вібраційної установки для виготовлення високоякісних бетонних виробів з електромагнітним вібратором та керованим динамічним віброгасником з конічними пружинами. Розроблено модель електромагнітних та електромеханічних процесів на основі коло-польового методу, основаного на апроксимації залежностей потокозчеплення та електромагнітної сили від МРС та величини повітряного проміжку, які отримані шляхом числових розрахунків магнітного поля. Складено модель механіки чотирьохмасової коливальної системи та модель процесів у приводі руху преса віброгасника. Проведено моделювання процесів у керованому електроприводі, результати показали, що при переході між частотами привод зберігає високу енергетичну ефективність. У третьому розділі проведено синтез системи автоматичного керування електромагнітним приводом вібраційної машини зі змінною частотою. Проаналізовано шляхи удосконалення системи та обґрунтовано доцільність застосування комбінованого принципу автоматичного керування, що реалізується додаванням до існуючої системи каналу прямого керування частотою на основі вимірювання поточних значень координати переміщення преса динамічного віброгасника. Проведено моделювання перехідних процесів у системі з комбінованим керуванням частотою, результати яких підтвердили доцільність застосування запропонованої структури системи керування. Четвертий розділ присвячено експериментальним дослідження розробленого привода. Наведено опис установки, яка дає можливість досліджувати перехідні та стаціонарні процеси у вібраційній машині зі змінною резонансною частотою і автоматичним керуванням параметрами вібрації. Розроблено алгоритми програми, що реалізує створену структуру системи автоматичного керування. Досліджено розімкнену систему керування та визначено характеристики регулювання резонансної частоти. Досліджено замкнену систему автоматичного керування амплітудою і частотою. Результати проведених експериментів підтвердили, що для керування частотою електромагнітного привода вібромашини зі змінною резонасною частотою доцільно використовувати комбінований принцип автоматичного керування. Це забезпечує необхідну швидкість та стійкість налаштування на нову резонансну частоту в перехідних режимах.
Опис
Козлов, А. Ю. Керований електромагнітний привод установок для формування високоякісних бетонних виробів = Controlled electromagnetic drive of the devices for forming high-quality concrete products : дис. … д-ра філос. : 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» / А. Ю. Козлов ; наук. кер. О. О. Черно ; НУК. – Миколаїв, 2024. – 131 с.
Ключові слова
механічні вібрації, вібраційна машина, частотно-керований електромагнітний привод, керований віброгасник, резонанс, електроенергія, динамічні моделі, автоматичне керування, mechanical vibrations, vibrating machine, frequency-controlled electromagnetic drive, controlled vibration absorber, resonance, electric power, dynamic models, automatic control