Керований електромагнітний привод установок для формування високоякісних бетонних виробів

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorЧерно О. О.
dc.contributor.advisorCherno О. О.
dc.contributor.authorКозлов Андрій Юрійович
dc.contributor.authorKozlov A. Yu.
dc.date.accessioned2024-07-03T10:47:01Z
dc.date.available2024-07-03T10:47:01Z
dc.date.issued2024
dc.descriptionКозлов, 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.
dc.description.abstractДисертація 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.
dc.description.abstract1Dissertation for the Doctor of Philosophy degree in specialty 141 "Electropower, electromechanics and electrical engineering" – Admiral Makarov National Shipbuilding University, Mykolaiv 2024. The technology for the production of high-quality concrete products includes the vibration of the concrete mixture at various frequencies. Traditionally, this process is provided by centrifugal vibration drives. At the same time, the electromagnetic vibration drive has higher reliability, service life and enables independent control of the vibration frequency and amplitude. However, to ensure high energy efficiency, it must be used in a mode close to resonance. This led to the emergence of a large number of scientific works devoted to the synthesis of resonant oscillatory systems with an electromagnetic drive and systems for automatic control of its amplitude and frequency. But nowadays the compatible control of the resonant electromagnetic drive and devices with adjustable stiffness has not been sufficiently investigated, which makes it impossible to effectively use the electromagnetic drive for vibrating machines with a variable resonant frequency. Therefore, conducting such research is an urgent scientific task. The aim of the dissertation work is to create a controlled electromagnetic drive of vibrating machines with a variable resonance frequency for forming high-quality concrete products. The scientific novelty of the results obtained in the dissertation is as follows. 1. A dynamic model of electromagnetic, electromechanical, mechanical, and energy processes in the resonant vibration machine was developed, which takes into account the interrelationship of processes during the simultaneous control of the electromagnetic vibrator amplitude and frequency and the resonant frequency of the dynamic vibration absorber with conical springs, which makes it possible to perform the vibrating machines with a variable resonance frequency automatic control systems analysis and synthesis in order to increase their efficiency. 2. For the first time, the expediency of applying the feedback and feedforward frequency control of the vibration machines with the resonance frequency regulated by devices with nonlinear elastic elements, which ensures the energy efficiency of such machines in starting and transition modes, has been scientifically substantiated. 3. For the first time, the structure of the automatic frequency and amplitude control system of a vibrating machine with an electromagnetic drive and a dynamic vibration absorber with nonlinear elastic elements is proposed, which differes that it contains a channel for indirect measurement of the resonant frequency in combination with a phase auto-adjustment circuit, which ensures high speed and accuracy of resonance tuning and, as a result, a high efficiency. The scientific significance of the work is in the development of the electromagnetic vibration drive in terms of its extension to vibration machines with a variable resonant frequency by improving the structure of automatic control systems and developing a dynamic model for their research. Practical meaning of the work: – the simulation model of the processes in the controlled electromagnetic drive of the vibrating machine with a variable resonant frequency has been developed, which can be used in the vibrating equipment design, in particular for the production of high-quality concrete products; – the experimental sample and the software of its automatic control system have been improved, which can be used for further research in this direction, and also taken as a basis for the design of electromagnetic drives of vibrating machines with a variable resonance frequency. The introduction of the dissertation substantiates the relevance of the topic, shows its connection with scientific programs and topics, formulates the object and subject of the research, the goal and its main tasks, presents research methods and substantiation of the obtained results reliability, defines the scientific novelty and practical significance of the work results, the completeness of the presentation results in the publications and the degree of approval are reflected. In the first chapter an analysis of modern vibration devices for the concrete product formation and the peculiarities of the vibration compaction technological processes has been carried out. The principles of vibration machine with a variable resonant frequency construction and their drive automatic control systems have been also analyzed. In the second section, the simulation of the controlled electromagnetic vibration drive with a variable resonance frequency has been carried out. A functional diagram of a vibration device for the high-quality concrete products forming with an electromagnetic vibrator and a controlled dynamic vibration absorber with conical springs has been developed. A model of electromagnetic and electromechanical processes has been developed based on the circle-field method, based on the approximation of the dependences of flux coupling and electromagnetic force on the MMF and the air gap, which are obtained by numerical calculations of the magnetic field. A model of the mechanics of the four-mass oscillating system and a model of the processes in the drive of the vibration absorber press have been made. The simulation of the processes in the controlled electric drive has been carried out, the results showed that the drive maintains high energy efficiency during the transition between frequencies. In the third chapter, the synthesis of the the vibrating machine with variable frequency electromagnetic drive automatic control system has been carried out. Ways to improve the system were analyzed and the feasibility of applying the feedback and feedforward automatic control, realized by adding to the existing system a channel of direct frequency control based on the measurement of the current values of the dynamic vibration absorber press movement coordinate, has been justified. Modeling of transient processes in the feedback and feedforward frequency control system has been carried out, the results of which confirmed the feasibility of using the proposed structure of the control system. The fourth chapter is devoted to experimental studies of the developed drive. A description of the experimental sample which makes it possible to study transient and steady-state processes in a vibrating machine with a variable resonance frequency and automatic control of vibration parameters is given. Algorithms of the program that implements the proposed automatic control system structure have been developed. The open-loop control system has been investigated and the characteristics of the resonant frequency regulation have been determined. A closed amplitude and frequency automatic control system has been investigated. The results of the experiments confirmed that it is advisable to use the feedforward automatic frequency control for the electromagnetic drive of the vibrating machine with a variable resonant frequency. This provides the necessary speed and stability of tuning to a new resonant frequency in transient modes.
dc.identifier.urihttps://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/8516
dc.language.isouk
dc.relation.ispartofseriesУДК; 621.3:681.5
dc.subjectмеханічні вібрації
dc.subjectвібраційна машина
dc.subjectчастотно-керований електромагнітний привод
dc.subjectкерований віброгасник
dc.subjectрезонанс
dc.subjectелектроенергія
dc.subjectдинамічні моделі
dc.subjectавтоматичне керування
dc.subjectmechanical vibrations
dc.subjectvibrating machine
dc.subjectfrequency-controlled electromagnetic drive
dc.subjectcontrolled vibration absorber
dc.subjectresonance
dc.subjectelectric power
dc.subjectdynamic models
dc.subjectautomatic control
dc.titleКерований електромагнітний привод установок для формування високоякісних бетонних виробів
dc.title.alternativeControlled electromagnetic drive of the devices for forming high-quality concrete products
dc.typeThesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
diss. Kozlov_A_Yu.pdf
Розмір:
7.26 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
4.38 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації