close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Продольное перемещение ротора в комплексе тоннелепроходческом механизированном..pdf

код для вставкиСкачать
Управление роботами и технологическими комплексами
УДК 622.23.05
ПРОДОЛЬНОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ РОТОРА
В КОМПЛЕКСЕ ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКОМ
МЕХАНИЗИРОВАННОМ
И.Н. Набродова
Рассматривается система уравнений в операторной форме, описывающая динамику компонентов силовой гидросистемы тоннелепроходческого механизированного
комплекса. По математическим описаниям узлов и блоков создается структурная
схема продольного перемещения ротора с соответствующими передаточными функциями.
Ключевые слова: продольное перемещение ротора, гидронасос, рабочая жидкость, коэффициенты линеаризации.
При продольном перемещении ротора осуществляется плавное частотное регулирование подачи. Линейный привод работает в старт-стопном
режиме либо при перемещении «Вперед», либо при перемещении «Назад»,
фактически как привод одностороннего действия, поскольку доступ рабочей жидкости во вторую (первую) полость перекрыт золотником, а входной клапан первой (второй) полости полностью открыт (рис.1). Давление и
расход на выходе гидронасоса равно давлению и расходу на входе в гидроцилиндр [1, 2, 3].
Зависимости для гидронасоса и линейного гидропривода имеют
вид:
1) уравнение моментов, приведенных к валу гидронасоса –
n


 Spφ sin γ ∑ sin φb + i∆ φ + κnSpφ cos γ + µТР 0 + J&φ& + ηφ&  kµ + Т М &φ& + φ& =
(1)
i =1


= kU U ;
2) уравнение расхода рабочей жидкости из полостей гидронасоса n
n
dγ
dφ
Q = Sr сtg γ ∑ 1 + cos φb + i∆ φ
+ Sr tg γ ∑ sin φb + i∆ φ
,
(2)
dt
dt
i =1
i =1
3) уравнение расхода рабочей жидкости через входной клапан линейного привода (дросселирующее сечение трубопровода) –
(
)
[
(
)]
(
[
]
)
1
2
Q = ϑf1 pφ − p1 ;
(3)
4) уравнение расхода рабочей жидкости через выходной клапан линейного привода –
1
2
Q′ = ϑ′f ′( p1 − p3 ) ;
137
(4)
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 9. Ч.1
5) уравнение неразрывности, без учета сжимаемости жидкости –
dx ′
Q = Q′ + S1 П ;
(5)
dt
6) уравнение сил на штоке до касания с грунтом;
dx′
d 2 x′П
F0 + S1 p1 = M p
+ ηР П ;
(6)
dt
dt 2
7) уравнение сил на штоке после касания с грунтом
d 2 x′П
dx′
F0 + FН + S1 p1 = M Р
+ ηР П .
(7)
2
dt
dt
В приведенных зависимостях применены следующие обозначения:
pφ – давление в рабочей полости гидропривода, которое считается равным
давлению на входе в гидроцилиндр; φ – угловая скорость вала гидронасоса; γ – угол наклона пластины гидропривода; U – управляющий сигнал на
входе привода (в приводе с частотным регулированием скорости вращения
вала указанный сигнал управляет частотой питающего напряжения); p1 –
давление в рабочей полости гидроцилиндра; p3 – давление на выходе гидроцилиндра, равное атмосферному; Q – объемный расход рабочей жидкости, поступающей из гидронасоса в гидроцилиндр линейного привода; Q ′
– объемный расход жидкости, вытекающей из выходного клапана гидроцилиндра; S – площадь одного поршня цилиндра гидронасоса; S1 – площадь поршня гидроцилиндра; x′П – местоположение плоскости, проходящей через конечные точки породоразрушающих элементов в системе координат x′O ′y ′z ′ ; F0 – сила, сухого трения; FH – сила, действующая на
шток гидроцилиндра со стороны грунта; M P – суммарная масса ротора и
всех узлов, перемещаемых продольно вместе с ротором; η P – коэффициент вязкого трения, учитывающий трение поршня о цилиндр, трение в направляющих продольного перемещения ротора и суммарное вязкое трение
породоразрушающих элементов о грунт.
Сила F0 определяется силой сухого трения в направляющих продольного движения.
Сила FH зависит от глубины внедрения породоразрушающих элементов в грунт и определяется по нормальной составляющей из уравнения
h = h(FН ,VT , a M ) и тангенциальной составляющей, вследствие вращения
ротора
J


FH = FH ( x′П , a М ) , Fн = Fн  x′П , a М , ψ& ∑ R j  .
(8)


j =1


при этом считается, что в начальный момент времени x′П совпадает с по138
Управление роботами и технологическими комплексами
ложением плоскости границы породы.
Линеаризация системы (1) - (8) и последующее преобразование линейных уравнений в операторную форму дает:
[a1φ2s 2 + a1φ1s]⋅ δφ (s ) + a1 pφ0δ pφ (s ) + a1γ0δγ (s) = a1U 0δU (s );
(
)
a2ϕ1sδ ϕ (s ) + a2 γ1s + a2 γ 0 δ γ (s ) = a2Q 0 δQ ;
a3 pφ0 δ pφ (s ) + a3 p10 δ p1 (s ) = a3Q 0 δ Q ;
a4 p10δ p1(s ) = a4Q′0δ′Q ;
(9)
a5Q ′0δ′Q (s ) + a5 xп1sδ xп (s ) = a5Q 0δQ (s ) ;
[a6xп2 s 2 + a6xп1s]⋅ δ xп (s ) + a6F 0δ F 0 (s ) = a6 p10δ p1(s ), или
[a6xп2 s 2 + a6xп1s + a6 xп0 ]⋅ δ xп (s ) + a6F 0δ F 0 (s ) + a6ψ& 0 sδψ = a6 p10δ p1(s ) ,
где δ...(s ) – приращение соответствующего параметра; a... – коэффициенты линеаризации, определяемые по зависимостям:
a1φ2 = Jkµ + TM ; a1φ1 = ηkµ + 1 ;
n


a1 pφ0 =  S sin γ ∑ sin φb + i∆ φ + κnS cos γ  kµ
i =1


n


a1γ 0 =  Spφ cos γ ∑ sin φb + i∆ φ − κnSpφ sin γ  kµ ; a1U 0 = kU + Т м ;
i =1


(
)
(
(
n
)
)
n
[
)]
(
a 2φ1 = Sr tg γ ∑ sin φb + i∆ φ ; a2 γ1 = Sr сtg γ ∑ 1 + cos φb + i∆ φ ;
i =1
i =1
1 n
dφ
a 2 γ 0 = Sr
sin φb + i∆ φ
; a3 pφ0 = ϑf1
∑
2
dt
sin γ i =1
(
)
1
[
2 pφ − p1
a3 p10 = −ϑf1
1
[
]
1
2
; a3Q 0 = 1; a4 p10 =
1
1
2
]
1
2
;
; a4Q′0 = 1;
2 pφ − p1
2ϑ′f ′( p1 − p3 )
a5Q′0 = 1 ; a5Q 0 = 1 ; a5 ХП1 = S1 ; a6 ХП 2 = M Р ; a6 ХП1 = η Р ;
∂F ( x′ , a )
a6 ХП 0 = Н П М ; a6 p10 = S1 ; a6 F 0 = 1 ;
∂x′П
J


∂FH  x′П , a М , ψ& ∑ R j 


j =1

.
a6ψ& 0 =
∂ψ&
139
Рис. 1. Схема перемещения ротора
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 9. Ч.1
140
Управление роботами и технологическими комплексами
В системе (9) входными воздействиями являются сигнал частотного
управления δU (s ) , сигнал наклона пластины гидронасоса δ γ (s ) , угловая
скорость вращения ротора после контакта с породой sδ ψ (s ) ; сила сухого
трения δ F 0 (s ) . Указанные воздействия определяют следующие величины:
- скорость вращения вала гидронасоса sδ φ (s ) ;
- давление в полостях гидронасоса δ pφ (s ) ;
- текущий расход рабочей жидкости на выходе гидронасоса δ Q ;
- текущий расход рабочей жидкости на выходе линейного гидропривода δ′Q ;
- давление в рабочей полости линейного гидропривода δ p1(s ) ;
- перемещение линейного гидропривода δ xп (s ) .
Решение (9) относительно указанных параметров дает:
sδ φ (s ) = Wγ , φ (s )δ γ (s ) + WU , φ (s )δU (s ) + WF 0, φ (s )δ F 0 (s ) + Wψ, φ (s )sδ ψ (s );
δ pφ (s ) = Wγ , pφ (s )δ γ (s ) + WU , pφ (s )δU (s ) + WF 0, pφ (s )δ F 0 (s ) + Wψ, pφ (s )sδ ψ (s );
δQ (s ) = Wγ ,Q (s )δ γ (s ) + WU ,Q (s )δU (s ) + WF 0,Q (s )δ F 0 (s ) + Wψ,Q (s )sδ ψ (s );
δ′Q (s ) = Wγ ,Q ′ (s )δ γ (s ) + WU ,Q ′ (s )δU (s ) + WF 0,Q ′ (s )δ F 0 (s ) + Wψ,Q ′ (s )sδ ψ (s );
(10)
δ p1 (s ) = Wγ , p1 (s )δ γ (s ) + WU , p1 (s )δU (s ) + WF 0, p1 (s )δ F 0 (s ) + Wψ, p1 (s )sδ ψ (s );
δ xп (s ) = Wγ , xп (s )δ γ (s ) + WU , xп (s )δU (s ) + WF 0, xп (s )δ F 0 (s ) + Wψ, xп (s )sδ ψ (s ).
где Wι,ς (s ) определяется по методике, которая приведена ниже.
Обобщенная структурная схема управления продольным движением приведена на рис. 2.
δγ(s)
δU(s)
δF0(s)
δψ(s)
Wγ,ς(s)
WU,ς(s)
δς (s)
WF0,ς(s)
Wψ,ς(s)
Рис. 2. Структурная схема управления продольным движением
141
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 9. Ч.1
Методика:
1) Система (9) решается относительно неизвестных sδ φ (s ) , δ pφ (s ) ,
δ Q δ′Q , δ p1(s ) δ XП (s ) , имеющих общий индекс ς :
δ ς (s ) =
∆ ς (s )
,
(11)
∆ (s )
где ∆ ς ( s ) получается из ∆( s ) путем подстановки в ς -й столбец значения
[a1U 0 δU (s ) + a1γ 0 δ γ (s ),0,0,0,0, a6 F 0 δ F 0 (s ) + a6ψ& 0 sδ ψ ]T ;
a
1φ2 s 2
a2φ1
0
∆(s) =
0
0
a1Pφ0
0
0
0
0
0
a 2Q 0
a3Q 0
0
a5Q 0
0
0
0
0
0
0
a3Pφ0
0
0
a3P10
a4 P10
0
a 4Q ′ 0
a5Q ′0
.
a5 XП1s
0
0
0
0
a6 P10 a6 XП 2 s 2 + a6 XП1s + a6 XП 0
2. Решение (11) подставляется в (9).
3. Результаты группируются по индексу ι , в результате чего образуются соответствующие передаточные функции Wι,ς (s ) .
Список литературы
1. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем / Т.М. Башта. М.: Машиностроение, 1974. 607 с.
2. Кондаков Л. А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических
систем / Л.А.Кондаков. М.: Машиностроение, 1982. 216 с.
3. Марутов В.А. Гидроцилиндры / В.А. Марутов, С.А. Павловский.
М.: Машиностроение, 1966. 169 с.
Набродова Ирина Николаевна, вед. инженер, ira1978@tsu.tula.ru, Россия, Тула,
Тульский государственный университет
LONGITUDINAL MOVEMENT OF THE ROTOR IN THE MECHANIZED
TUNNEL-BORING COMPLEX
I.N.Nabrodova
The system of equations in the operator form, which describes the dynamics of the
components of the power of hydraulic tunnel boring mechanized complex. For mathematical
descriptions of units and blocks creates a block diagram of the longitudinal displacement of
the rotor with the appropriate transfer functions.
Key words: longitudinal displacement of the rotor, hydraulic pump, working liquid,
linearization coefficients.
142
Управление роботами и технологическими комплексами
Nabrodova Irina Nikolaevna, senior engineer, ira1978@tsu.tula.ru, Russia, Tula,
Tula State University.
УДК 621.313.333-192
ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЁЖНОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В.Е. Полевой, М.С. Ежова
Рассмотрены эксплуатационные факторы производственной среды, влияющие на интенсивность отказов асинхронных двигателей, работающих в условиях коксохимических и металлургических комбинатов.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, режим работы, интенсивность отказов, эксплуатационные факторы.
Несмотря на постоянное совершенствование технологии производств и правил безопасности на металлургических и коксохимических
предприятиях в зоне производственной среды имеют место высокая температура и запылённость. Для борьбы с этими вредными факторами производственной среды применяют вентиляцию, обеспечивающую приток в
помещение атмосферного воздуха и водяное или аэрозольно-капельное
душирование, повышающее влажность в производственных помещениях.
В процессе эксплуатации на показатели надёжности электрических
машин действует совокупность эксплуатационных факторов, которые
можно разделить на три группы: электромеханические, климатические
факторы производственной среды и случайные. К электромеханическим
факторам относят нагрузку асинхронного двигателя (АД), частоту включений, вибрации, электрическое напряжение. К климатическим факторам
производственной среды относят температуру, влажность, запыленность
воздуха. Под случайным факторами понимают ошибки или некомпетентность персонала, приводящие к поломкам электрических машин.
Таким образом, интенсивность отказов АД в условиях металлургического комбината состоит из трёх составляющих
λ = λ эл. мех + λ клим + λ сл
(1)
где λ эл. мех , λ клим , λ сл – интенсивности отказов АД, вызванные соответственно электромеханическими, климатическими и случайными факторами.
В течение года средние значения электромеханических факторов не
имеют сезонных отклонений, т.е. фактически не зависят от времени года и
143
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
354 Кб
Теги
комплекс, тоннелепроходческого, механизированных, перемещении, продольной, pdf, ротора
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа