Нікіта ХИТРУК *
студент 3-го курсу,
інженерно-технологічний факультет,
Вінницький національний аграрний університет
Вінниця, Україна
ОБГРУГТУВАННЯ СПОСОБУ КЕРУВАННЯ РЕЗОНАНСНИМИ ВІБРАЦІЙНИМИ МАШИНАМИ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Анотація. Запропоновано метод керування роботою адаптивних вібраційних технологічних машин, що дозволяє перейти від екстремально-пошукових систем керування до стежать систем керування і розширює функціональні можливості даних машин і призводить до економії електроенергії, яка витрачається на їх привод.
Annotation. Method of operating the work of adaptive vibration technological machines is offered allowing to pass from the extreme-searching systems of management to the watching systems of management. The method also extends functional possibilities of the given machines what results in lowering electric power consumption, used for their driving
Вступ. У сучасних виробничих процесах різних галузей народного господарства і сільськогосподарського зокрема, все більшого розповсюдження набуває вібраційна техніка і технологія. Внаслідок відносної простоти конструкції, високої надійності та невеликої енергоємності технологічних процесів вони дозволяють досягати значних техніко-економічних ефектів. Однак переважна більшість вібраційних машин, що обладнані дебалансними віброзбуджувачами працюють у неекономічному за резонансному режимі. При роботі таких машин спостерігаються значні не продуктивні втрати енергії а при їх переході через резонансну частоту різко зростає амплітуда коливань робочих органів, що може призвести до пошкоджень самих машин та оброблюваної ними продукції. Тому останнім часом все більшого розповсюдження набувають керовані вібраційні машини, які дозволяють здійснювати технологічні процеси зі змінними регульованими параметрами коливань робочих органів.
Виклад основного матеріалу. Відомо ряд методів підтримки роботи вібраційних технологічних машин (ВТМ) в режимах близьких до резонансного. Зокрема метод підтримки режиму коливань робочого органу, близького до резонансного за рахунок зміни жорсткості пружної системи машини. Недоліками даного методу є неможливість автоматичного регулювання жорсткості підвіски при зміні навантаження на робочий орган, та неможливість автоматичного регулювання амплітуди коливань робочого органу на резонансній частоті ВТМ;
________________________
Науковий керівник: к.т.н., доцент кафедри електроенергетики, електротехніки та електромеханіки ВНАУ Ярошенко Л.В.
Найближчим за технічною суттю є метод керування роботою машини із коливними рухами робочих органів, де в процесі роботи ВТМ система керування контролює два параметри – частоту та амплітуду коливань робочого органу і у випадку зміни завантаження робочого органу або при необхідності зміни режиму роботи вібромашини система керування коректує частоту та амплітуду вимушуючих коливань віброприводу робочого органу, до частоти яка близька до резонансної частоти пружної системи вібромашини при заданому завантаженні робочого органу і амплітуду коливань на резонансній частоті так, що б вона відповідала оптимальному режиму технологічного процесу. Такий метод керування дозволяє автоматизувати процес налагодження частоти і амплітуди вимушуючих коливань віброприводу робочого органу ВТМ при зміні завантаження робочого органу або при необхідності зміни режиму роботи вібромашини до значень, які відповідають резонансному режиму роботи. Вібромашини які реалізують такий метод керування мають назву адаптивних вібраційних технологічних машин (АВТМ) [5] завдяки постійній адаптації параметрів віброприводу до нових параметрів коливної механічної системи та забезпечують мінімальні енергозатрати на вібропривод.
Недоліком такого методу керування роботою АВТМ є те, що він базується на пошуку екстремуму амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) АВТМ у якому закладено пошукові алгоритми роботи що мають певну невизначеність і висновок про напрям переміщення власної резонансної частоти АВТМ можна зробити лише за реакцією механічної коливної системи АВТМ на корегувальну дію екстремальної адаптивної системи керування, тому такий метод керування, через додаткові затрати часу на визначення напряму корекції не забезпечує високої якості і точності керування та мінімальних енергозатрат на вібропривод, що зумовлюється тимчасово не резонансним режимом роботи АВТМ.
Метою роботи є розробка методу резонансного керування вібраційних машин для розширення їхніх технологічних можливостей та економія електроенергії, яка витрачається на їх вібропривод.
Поставлена мета досягається тим, що в методі керування роботою адаптивних вібраційних технологічних машин, в якому система керування віброприводом, відслідковуючи зсув фаз між амплітудою коливань робочого органа адаптивної вібраційної технологічної машини та амплітудою циклічної вимушуючої сили віброприводу, підтримує резонансний режим роботи адаптивної вібраційної технологічної машини, згідно винаходу, в процесі роботи адаптивної вібраційної технологічної машини система керування контролює зсув фаз між коливаннями робочого органа адаптивної вібраційної технологічної машини та коливаннями вимушуючої сили віброприводу і у випадку зміни завантаження робочого органу або при необхідності зміни режиму роботи адаптивної вібраційної технологічної машини система керування коректує частоту циклічної вимушуючої сили віброприводу наближаючи її до частоти яка близька до резонансної частоти пружної системи адаптивної вібраційної технологічної машини при заданому завантаженні робочого органу таким чином, щоб коливання вимушуючої сили віброприводу випереджали по фазі коливання робочого органу адаптивної вібраційної технологічної машини на кут π/2.
Даний метод керування роботою адаптивних вібраційних технологічних машин дозволяє перейти від екстремально-пошукових [6] систем керування віброприводом АВТМ до слідкуючих систем керування. Така система керування буде постійно слідкувати за зсувом фаз коливань робочого органа АВТМ і коливань вимушуючої сили віброприводу, та зводити його відхилення від оптимального кута рівного π/2 до нуля за рахунок зміни частоти циклічної вимушуючої сили віброприводу.
На фіг.1 зображено функціональну схему методу керування роботою адаптивних вібраційних технологічних машин. Адаптивна вібраційна технологічна машина 1 завдяки зворотному зв’язку через датчик частоти коливань робочого органу - ωd з’єднана із детектором зсуву фаз 3. На другий вхід детектора зсуву фаз 3 поступає сигнал прямо пропорційний частоті циклічної вимушуючої сили віброприводу – ωp. Детектор зсуву фаз 3 з’єднаний із регулятором частоти циклічної вимушуючої сили 4. Регулятор частоти циклічної вимушуючої сили 4 безпосередньо з’єднаний із віброприводом 5, а вібропривод 5 із адаптивною вібраційною технологічною машиною 1 на яку діє 2 збурюючий фактор ±ΔM зміни маси завантаження робочого органа АВТМ 1.
Рисунок 1 - Метод керування роботою адаптивних вібраційних технологічних машин
Автоматично підтримуючи співвідношення між переміщенням робочого органу АВТМ та циклічною вимушуючою силою віброприводу постійно рівним π/2 за допомогою корекції (z = ω/ω0) частоти циклічної вимушуючої сили віброприводу ω до власної резонансної частоти АВТМ ω0 можна забезпечити постійний резонансний режим роботи.
Метод керування роботою адаптивних вібраційних технологічних машин полягає у наступному. При зміні приведеної маси 2 (рис. 1) ±ΔM у АВТМ 1 відбувається зсув фаз між коливаннями вимушуючої сили віброприводу та вимушеними коливаннями робочого органу АВТМ. В детекторі зсуву фаз 3 постійно в робочому режимі проходить порівняння та визначення величини відставання або випередження між двома гармонійними сигналами, частоти коливань робочого органа адаптивної вібраційної технологічної машини ωd та частоти циклічної вимушуючої сили віброприводу ωp. Сигнал пропорційний зсуву фаз ±Δφ після визначення поступає в 4 регулятор частоти циклічної вимушуючої сили, де відповідно до закладених законів керування виробляється необхідний приріст частоти циклічної вимушуючої сили віброприводу ±Δω, який через вібропривод 5 впливає на АВТМ 1 та зводить заданий зсув фаз між вимушуючими та вимушеними коливаннями до оптимального з точки зору точності дотримання резонансного режиму значення (π/2). Таким чином відбувається адаптація вібромашини до нової маси завантаження робочого органу та забезпечується резонансний режим роботи АВТМ.
Висновки. Застосування запропонованого методу керування роботою адаптивних вібраційних технологічних машин дозволить оптимізувати процес керування ними та забезпечити оптимальні режими роботи при мінімальних затратах енергії на вібропривод. Зменшення енергозатрат зумовлене тим, що таке керування дозволяє швидше проводити корекцію нерезонансного режиму роботи, а як наслідок машина менше часу працюватиме при економічно невигідних нерезонансних режимах. Окрім того даний спосіб зводить до мінімуму різкі зростання амплітуди коливань у перехідних процесах, які звичайно спостерігаються при зміні маси завантаження чи зміні режимів роботи та параметрів технологічного процесу.
Література:
Вибрационный питатель: А.с. № 541740 СССР, МКИ B 65 G 27/00, В. П. Чайка, В. А. Пашыстый (СССР). № 2117850/03; Заявлено 10.04.75; Опубл. 05.01.77; Бюл. № 1.
Электромагнитный вибропривод питателя: А.с. № 776961, СССР, МКИ B 65 G 27/24, Л. П. Рыбак, А. П. Шовкун (СССР). № 2546510/2703; Заявлено 21.11.77; Опубл. 07.11.80; Бюл. № 41.
Э. Э. Лавендал. Вибрации в технике: Справ., в 6 т. М.: Машиностроение, 1981. Т.4: Вибрационные процессы и машины. 510 с.
Пат. 10971 А Україна, B65BG27/24. Спосіб керування роботою машини із коливними рухами робочих органів. П. С. Берник, Р. В. Чубик, В. А. Пашистий. (Україна). № 200502375; Опубл. 15.12.2005; Бюл. № 12.
Ярошенко Л.В., Чубик Р. В. Керовані вібраційні технологічні машини. Монографія. Вінниця: ВНАУ, 2011. 355с. ISBN9789662462357;.
Куропаткін П. В. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высш. Школа, 1980. 287 с.