Проектировании привода щеточного очистителя плоских решет

ВВЕДЕНИЕ





     Основное место в сельском хозяйстве занимает сепарация. Ее используют при переработке сыпучих материалов, таких как: зерновые и зернобобовые культуры, сахар, уголь и др.

     После уборки и сортировки зерна и других сельскохозяйственных культур в основной массе остается некоторые семена сорняков, зерна других культур и мелкие частицы зерен. Содержание в зернах этих примесей введет

к понижению их качества, поэтому нужно вовремя делать очистку для обеспечения количественно-качественной сохранности зерновых культур.

     В предприятиях агропромышленного комплекса одним из главных оборудований являются машины с колебательным движением рабочего органа. Оборудования на зерноперерабатывающих предприятиях устаревает.

Модернизация устаревших оборудований является необходимой мерой для повышения производительности и качества выпускаемой продукции.

     40…50% вращающих электродвигателей в сельскохозяйственных отраслях используют в приводе возвратно-поступательное движение рабочего органа. Для совмещения колебательного рабочего органа с вращающимся валом электродвигателя используют устройства для преобразования вида движения.

     В настоящее время в приоритете развитие электроприводов с линейным асинхронным двигателем (ЛАД). ЛАД обеспечивает получение непосредственно прямолинейного движения [2]. Совмещение работы ЛАД с накопителями механической энергии позволяет реализовать энергетически эффективное колебательное движение [5]. Бесспорное преимущество привода с ЛАД в том, что параметры колебаний регулируются как по амплитуде, так и по частоте при применении упругих накопителей механической энергии.

     Использование цилиндрических линейных асинхронных двигателей (ЦЛАД) в электроприводах поступательного движения допускается к созданию оборудования, обладающих новой конструктивной сборкой, высокой прочностью при малых эксплуатационных затратах.

     При выборе схемных решений колебательного линейного электропривода необходимо учитывать особенность привода с ЛАД, заключающийся в большом воздушном зазоре двигателя.

     Нами был проведен патентный поиск, в ходе чего нашли щеточный очиститель плоских решет с приводом возвратно-поступательного движения

в виде кривошипно-шатунного механизма. Для того что бы устранить недостатки данного очистителя заменили привод на цилиндрический линейный асинхронный двигатель.

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН





     Сепарация - это важный технологический процесс в агропромышленном комплексе. На предприятиях зерноочистительный сепаратор производит обработку зерна, т.е. очищает зерновые смеси решетом от различных примесей и разделяет их на фракции, перед тем как использовать его дальше. При сепарации зерновых материалов решета забиваются частицами вороха, поэтому решётные станы зерноочистительных машин снабжены механизмами очистки.

     Сепараторы широко применяются в сельском хозяйстве, в пищевой промышленности, в химической, горнорудной и в других отраслях использующих зерноочистительные машины для разделения сыпучих материалов.

     В технологических процессах переработки и производства продуктов имеет преимущество колебательное движение. Для регулирования вращательного движения вала электродвигателя с колебательным движением рабочего органа технологической машины используются механические преобразователи вида движения: кривошипно-шатунный, кулисный,

кулачковый и различные их разновидности. Каждый такой механический преобразователь имеет трущиеся грани. Из-за износа и повреждения этих деталей и узлов привода возникают простои технологического оборудования [1].


1.1 Структура зерноочистительных машин с плоским решетом



     Зерноочистительная машина с рабочим органом в виде плоского решета является сложным технологическим решением. На рисунке 1.1 показана структурная схема зерноочистительной машины с плоским решетом.

     Технологическая машина работает следующим образом. С устройства подачи сепарируемое сырье беспрерывно поступает на рабочий орган в виде плоского решета. Плоское решето не жестко установлено на подвесках относительно станины. Для того чтобы решето совершало колебательное движение устанавливают электропривод. Механизм очистки очищает решето от частиц вороха, которые при сепарации забивают его. С решет идут дорожки для прохода сепарированного материала и для отходов.


1.2 Классификация сепарирующих машин



Все существующие сепарирующие машины разделяют:

- по условиям использования;

- по технологическому назначению;

- по конструкции.

     Кроме этого сепарирующие машины подразделяют на группы по признаку применяемых в них принципов разделения зерна и примесей или их рабочих органов:

     - пневматические или аспирационные – это машины с принципом сортирования по аэродинамическим свойствам;

- триеры – эти машины сортируют по длине;

     - ситовые или решетные – машины сортируют по геометрическим размерам, т.е. по ширине и толщине;

     - воздушно-ситовые – машины с аэродинамической сортировкой и сортировкой на ситах по ширине и толщине;

     - горки – машины, которые разделяют зерно и примеси по форме и состоянию поверхности;

     - сортировальные столы – машины, которые сортируют зерно по удельной массе, форме и упругости;

     - электромагнитные и магнитные – это сепараторы, которые разделяют магнитными свойствами и используют эти свойства для выделения из зерновой массы примесей, на которые прилип магнитный порошок.

     Данные машины совершают разные действия, но основным принципом является разделение какой-либо смеси на фракции, т.е. сепарация продукта. Сепаратор – это основная машина, применяемая в элеваторах, складах и на семяочистительных предприятиях. Их применяют для отделения от зерна примесей отличающие от него толщиной, шириной и аэродинамическими свойствами.

     Рассмотрим несколько зерноочистительных машин. На рисунке 1.2 показан воздушно-ситовой сепаратор ЗСМ-50, который состоит из металлической разборной станины 21, на которой установлены все его узлы. из двух ситовых кузовов 4 и 23, Над станиной находится аспирационное устройство 8, которое имеет переднее 9 и заднее 16 пневмосепарирующие каналы, осадочные камеры 11 и 13 с выводящими шнеками 17 для удаления тяжелых относов. К переднему пневмосепарирующему каналу прикреплено приемное устройство 7 с распределительным шнеком 6 и грузовым клапаном

5. К станине на пружинных подвесках 18 подвешены ситовые кузова 4 и 26,

которые имеют сортировочные 19 и подсевные 25 решета. Под ситами установлены инерционные очистители сит 20, которые при помощи резиновых пластинок 22 протирают сита снизу и выталкивают сор и зерна, застрявших во время работы в зазорах сит [7].

     Два решетных стана сепратора ЗСМ-50 совершают горизонтальные колебания за счет инерционного колебателя 2, который вращается от электродвигателя через клиноременную передачу.

     Из переднего 9 пневмосепарирующего канала зерно поступает на дополнительное приемное сито 3, с которого крупные примеси попадают в сборный лоток. После приемного сита, зерно делится на два параллельных потока поступающих на сортировочные сита 19 верхнего и нижнего кузова с помощью щелевого делителя 21. На сортировочных ситах идут примеси

больше зерна, которые выводятся из зерноочистительной машины в сходные лотки. Проход сортировочных сит, состоящий из зерна и мелких примесей, поступает на подвесные сита 23 обоих кузовов.

     Сепаратор А1-БИС-100, показанный на рисунке 1.3, предназначен для очистки зерна от прмесей, отличающихся от него шириной, толщиной и аэродинамическими свойствами.

Двухсекционный ситовой корпус 1 подвешен на гибких подвесках 26 к

станине 2. В паралелльно работающих двух секциях установлены сортировочные 5 и подсевные 6 сита. Металлоштампованное сортировочное сито 5 имеет отверствия размером 8х8 мм, подсевное сито – треугольное с размерами сторон 3,5 мм. Сита очищают резиновые шарики 9 диаметром 35 мм.

     На пружинах 18 и резиновых подвесках 17 подвешен к станкам пневмосепарирующих каналов вибролотковый питетель14. Питатель 14 приводится в движение от вибратора 13.

     Очищение зерна в сепараторе происходит следующим образом. Зерно параллельными потоками через патрубки 4 поступает в секции ситового корпуса. Зерно, в каждой секции попадает на верхнее сортировочное сито 5, где сходом идут крупные примести и по лотку 11 выводятся из машины, а основное зерно и оставшиеся примеси поступают на нижнее подсевное сито 6.

     Сепаратор А1-БЦС-100 показанный на рисунке 1.4, предназначен для очистки зерна от прмесей, отличающихся от него шириной, толщиной и аэродинамическими свойствами.

     Сепаратор виброцентробежного действия, имеет четыре воздушно-читовых очистительных блока, раму и загрузочное устройство. Каждый юлок сепаратора состоит из корпуса 6, кольцевого пневмосепарирующего канала 3, вращающегося ротора с ситовым барабаном 5 и из трех отдельных цилиндрических сит – верхнее, среднее подсевное и нижнее сортировочное.

Ситовой барабан соединен с роторм с помощью цилиндрических пружин и стальных подвесок.

     Зерно очищается последующим способом. Неочищенное зерно поступает в приемный патрубок с дозатором 1, который регулирует подачу зерна. Из патрубка зерно попадает на разбрасываетль 15, который передает равномерно зерно в кольцевой пневмосепарирующий канал, где происходит отделение легких примесей с помошью воздуха и в осадочной камере 16 они оасждаются.

     Машина А1-БЗГ (рисунок 1.5) предназначена для очистки семян от трудноотделимой примеси, например от спорыньи, твердной головни и др. Зерно в этой машине очищают после сепарирования и сушки.

     В каждом ситовом кузове машины установлено по пять ситовых рам 3, которые расположены в один ряд с наклоном к горизонтальной плоскости. К рамам сверху штампованные сита с круглыми отверствиями, диаметр которых выбирают в зависимости от очищаемого зерна.

     Зерно поступает в машину через приемное устройство 12, в котором установлен вибролотковый питатель 11, обеспечивающий необходимую герметичность и равномерность подачи зерна на сита.


1.3 Виды механизмов очистки плоских решет



     Все типы сепараторов не могут работать эффективно без механизмов очистки решет [9]. С увеличением эффективности сепаратора увеличивается и интенсивность забивания решет зерноочистительной машины.

Выделяют три основные группы механизмов очистки плоских решёт:

1. Шариковый очиститель решет.

2. Очиститель в виде упругих листов.

3. Щеточный очиститель решет.

     Рассмотрим каждую группу механизмов очистки плоских решет подробнее.

     У шарикового очистителя решет отсутствует приводной механизм, что упрощает конструкцию (рисунок 1.6).

     Резиновые шарики за счет колебаний решет подпрыгивают, ударяются об решето и тем самым очищают его. Недостатком данного очистителя является то, что для свободного перемещения шариков необходимо большое пространство, из-за этого увеличивается масса решетного стана и уменьшается полезная площадь [16].

     На рисунке 1.7 приведена кинематическая схема устройства для очистки решет с использованием упругих листов [16].

     Упругий лист постоянно деформируется, образуя волны. Вершина этой волны сталкивается с решетом и выдавливает из него застрявшие частицы. Валы, установленные по обе стороны решета, перекрывают части отверстий решет, что является недостатком данной машины.

     На рисунке 1.8 приведена кинематическая схема щеточного очистителя [16]. Привод с прижатыми к решету щетками совершает возвратно-поступательное движение и тем самым эффективно очищает решето. Недостатком технического решения является то, что не удается избежать внешних подсоров, так как в решетном стане полагаются окна для осуществления привода.

     Также рассмотрим щеточный очиститель плоских решет с приводом возвратно-поступательного движения в виде кривошипно-шатунного механизма (рисунок 1.9) для очистки решет зерноочистительных машин [17].

     Недостатками выбранного очистителя являются сложность конструкции привода возвратно-поступательного движения в виде кривошипно-шатунного механизма и как следствие, повышенный износ колес и опорных дорожек со стороны привода, невозможность регулирования амплитуды колебаний.

     Из рассмотренных механизмов очистки плоских решет наиболее эффективным в эксплуатации является очистка решет со щетками.

     Используемые на данный момент технологические оборудования имеют сложные конструкции и, как правило, это отражается на их надежности. Для повышения надежности и упрощения конструкции зерноочистительных машин можно использовать ЛАД. При помощи ЛАД с упругим элементом можно совершить инерционное движение щеток по рабочему органу, состоящий из рамы с решетом.


1.4 Разновидности линейных асинхронных двигателей



     На сегодняшний день ЛАД широко применяются в производстве, в отличии от линейных двигателей постоянного тока, линейных синхронных двигателей и линейных шаговых двигателей.

     ЛАД состоит из двух частей: первая часть это индуктор, первичный эемент или первичная цепь, и вторая часть – бегунок, вторичный элемент или вторичная цепь.

На рисунке 1.10 показана структура разновидностей ЛАД [3,4]. Обмотри индуктора ЛАД создают бегущее магнитное поле. Из этого

следуя получают разные конструктивные виды линейных двигателей. Их объединяют общим признаком: поверхности первичной и вторичной цепи, взаимодествующих между собой – плоскости, а рабочий магнитный поток замыкается параллельно направлению их относительного движения. Такие конструкции назвали плоскими ЛАД с продольным потоком (рисунок 1.11 а).

     Топологическое преобразование, при котором плоскость замыкания магнитного потока меняет свое положение на 90° до совпадения с плоскастью, перпендикулярной движению, приводит к образованию плоских ЛАД с поперечным магнитным потоком (рисунок 1.11 б).

     Длина магнитной цепи ЛАД не зависит от значений полюсного деления. ЛАД с поперечным магнитным потоком имеет более короткую магнитную цепь с маленьким сопротивлением и с значительно маленькой

высотой ярма по сравнению с ЛАД с поперечным замыканием магнитного потока.

     Также существует ЦЛАД, их получают скручиванием плоского ЛАД вдоль оси движения. ЦЛАД используются редко, так как у них ограниченная длина вторичной цепи, и их трудно применять в приводах с длинной вторичной цепью. Но ЦЛАД могут быть выполнены с обмотками с чередующимися полюсами.

     Плоские ЛАД (рисунок 1.12) и ЦЛАД (рисунок 1.13) имеют разницу не только в электрической цепи, но и в магнитной.

     В ЦЛАД с продольным магнитным потоком вторичный элемент образовывает сужение на пути замыкания магнитного потока и ограничивает его величину, а в ЦЛАД с поперечным магнитным потоком силовые линии магнитного поля пересекаются со вторичным элементом в диаметральном направлении. Это приводит к уменьшению магнитного сопротивления путем замыкания потока через вторичный элемент.


1.5 Применение в приводе технологических машин линейных асинхронных двигателей


     ЛАД обеспечивает получение непосредственно прямолинейного движения [2]. Совмещение работы ЛАД с накопителями механической энергии позволяет реализовать энергетически эффективное колебательное движение [5].

     При создании технологических машин меньшее внимание уделяется применению в колебательных приводах ЛАД [4]. Причина в том, что при одинаковой мощности коэффициента полезного действия (КПД) у асинхронного двигателя (АД) вращения выше, чем у ЛАД. КПД у ЛАД находится в пределах 1,4…1,8. Если сравнивать КПД колебательного привода с АД вращения и с ЛАД получается обратный результат, отношения КПД находится в пределах 1,4…1,6. В связи с этим меняются габариты

привода, упрощается конструкция машин и обслуживание, повышается надежность. ЛАД и АД вращения отличаются простотой, легкостью монтажа, дешевизной и разнообразием конструктивных решений. Вследствие отсутствия на вторичном элементе ЛАД обмотки его подвижной частью может быть непосредственно плоский или цилиндрический рабочий орган сепаратора [3].

     Очень редко используются в колебательном приводе ЦЛАД. В свою очередь ЦЛАД преобразовывает электрическую энергию непосредственно в поступательное движение рабочего органа машины. Использование привода на основе ЛАД упрощает конструкцию, из-за чего снижается масса-габаритные параметры машины. Бесспорное преимущество привода с ЛАД в том, что параметры колебаний регулируются как по амплитуде, так и по частоте при применении упругих накопителей механической энергии.

     Следует отметить, что линейный асинхронный двигатель обеспечивает колебательное движение рабочего органа сложной формы: возвратно-поступательно-вращательное, возвратно-поступательное с наложением поперечной и вертикальной составляющих, эллипсоидное [3].

     Использование ЛАД в электроприводах поступательного движения допускается к созданию оборудования, обладающих новой конструктивной сборкой, высокой прочностью при малых эксплуатационных затратах.

     При проектировании новых машин должно производиться комплексное рассмотрение свойств привода в системе «привод – машина – рабочий процесс – рабочая среда». Подобная системная оценка точным образом меняет приоритет значимости свойств привода по сравнению с его индивидуальной оценкой. Так, при индивидуальной оценке важными параметрами являются к.п.д., и масса двигателя [4]. При системном анализе эти параметры могут иметь вспомогательные значения ради качественного выполнения производственного процесса, ликвидирования шума, обеспечения безопасной работы и т.д.

2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ




2.1 Щеточный очиститель плоских решет с линейным электроприводом


     На производстве используют большое количество разных зерноочистительных машин таких как: ОСМ-3у, сепаратор ЗСМ-50, А1-БИС-100, А1-БЗГ и др. Данные машины имеют сложный и массивный привод, что усложняет конструкцию и снижает надежность зерноочистительной машины.

     На рисунке 2.1 показана кинематическая схема щеточного очистителя решет с линейным электроприводом.

     Очиститель плоских решет, установленный в решетном стане 1 зерноочистительной машины, включает решето 2, рамку 3 рабочих органов, установленную с возможностью перемещения по направляющим 4, закрепленных в решетном стане 1. Рамка 3 снабжена параллелограммными механизмами со звеньями. Противоположные звенья 5 и 6 указанных механизмов выполнены в виде колес, соединенных между собой шарнирными параллелограммами 7. На колесах установлены прямолинейные звенья 8 со щетками 9. Колеса прижаты к опорным дорожкам 10, закрепленные на решетном стане 1. Привод возвратно-поступательного движения выполнен в виде индуктора 11 ЦЛАД с ротором 12, который связан с одной стороны с упругим элементом 13, а с другой связан с рамкой

3. Индуктор 11 установлен подвижно на оси по центру на основании 14.

Включение и выключение ЦЛАД осуществляет блок управления 15.

     Данный щеточный очиститель решет с линейным электроприводом является полезной моделью. Прототипом был щеточный очиститель решет с приводом возвратно-поступательного движения в виде кривошипно-шатунного механизма [17].

     Недостатками выбранного прототипа являются сложность конструкции привода возвратно-поступательного движения в виде кривошипно-шатунного механизма и как следствие, повышенный износ колес и опорных дорожек со стороны привода, невозможность регулирования амплитуды колебаний.

     Для устранения недостатков прототипа, привод возвратно-поступательного движения в виде кривошипно-шатунного механизма поменяли на привод возвратно-поступательного движения выполненного в виде снабженного блоком управления ЦЛАД.

     Щеточный очиститель решет с линейным электроприводом будет работать следующим образом. При включении блока управления 15 подается напряжение питания на обмотки индуктора 11 ЦЛАД. Под действием электромагнитного поля индуктора 11, ротор 12 ЦЛАД, двигается слева направо, как следствие рамка 3 перемещается по направляющим 4 в том же направлении. Колеса 5 и 6 перемещаются по опорным дорожкам 10, увлекая

в движение звенья 8 параллелограммных механизмов. Как известно, при качении окружности по прямой, ее точки описывают циклоиду. Такое же движение получают и звенья 8 вместе со щетками 9 (см. пунктирную линию

16). Когда щетки 9 находятся в вершине циклоиды 16, отверстия решета 2 продеваются пучками волос щеток 9 и освобождаются от застрявших частиц. Одновременно при движении ротора 12 разжимается упругий элемент 13. Через некоторое время блок управления 15 отключит ЦЛАД от источника питания и под действием накопленной потенциальной энергии упругим элементом 13, ротор 12 с рамкой 3, шарнирный параллелограмм 7, прямолинейные звенья 8 будут двигаться в обратном направлении справа налево. Щетки 9 опускаются, их контакт с решетом 2 прекращается до следующего включения индуктора 11 ЦЛАД. Отсутствие радиальных составляющих от усилия, передаваемого от индуктора 11, исключает износ колес и опорных дорожек со стороны привода. Щетки 9, совершая возвратно-поступательное движение, очищают решето 2 зерноочистительной

установки. Техническое решение позволяет регулировать параметры возвратно-поступательного движения щеток 9 очистителя плоских решет изменением частоты и длительности включения индуктора 11 ЦЛАД. При

изменении частоты включения изменяется частота возвратно-поступательного движения, при изменении длительности включения индуктора 11 изменяется амплитуда возвратно-поступательного движения щеток 9, что дополнительно расширяет возможности применения решетного стана.

     Таким образом, данный щеточный очиститель решет с линейным электроприводом обеспечивает упрощение конструкции привода и

возможность регулирования параметров возвратно-поступательного движения.

     Вместо ЦЛАД можно использовать и плоский ЛАД. Друг от друга они особо ни чем не отличаются, тот же статор и ротор, где один из частей двигателя совершает линейное перемещение относительно другого. В ЦЛАД ротор совершает возвратно-поступательное движение, а в плоском ЛАД возвратно-поступательное и ударные движения за счет не жесткого шарнирного соединения с рабочим органом зерноочистительной машины. Благодаря таким движениям решета будут более эффективно очищаться.

2.2 Цилиндрические линейные асинхронные двигатели привода



     Московский и Свердловский электромеханические заводы выпускают небольшими сериями ЦЛАД разработки Квачева Г.С. [4]. ЦЛАД применяются в распределительных устройствах троллейбусных и трамвайных тяговых подстанций. На рисунке 2.2 изображен ЦЛАД привода тяговых подстанций. У двигателя очень простая конструкция. Между шайбовыми катушками 4 устанавливается магнитопровод индуктора 3. Магнитопровод выполняется в виде штампованных сплошных шайб из стали 3, вместо листовой трансформаторной стали. Набор стальных шайб и

шайбовых обмоток поочередно закладывается в газовую трубу 1 и зажимается по торцам корпуса гайками 5, образуя индуктор ЦЛАД [8].

     Бегун 2 реализован в виде стального круглого стержня 6, который обмотан голым медным проводом 7, вдоль оси штанги пропаян по прямой линии.

     На 10 Н усилий расход металла составляет 96 г., из которых 10 г приходится на медь, а остальные – на сталь. Двигатель развивает пусковое усилие 300 Н при трехфазном напряжении питания 220 В, синхронная скорость 3,6 м/с.


2.3 Принципы построения линейных электроприводов колебательного движения


     Важную группу сельскохозяйственных и других оборудований составляют устройства с колебательным движением рабочего органа, следовательно, все стремятся использовать ЛАД в колебательных приводах.

     При выборе схемных решений колебательного линейного электропривода необходимо учитывать особенность привода с ЛАД, заключающийся в большом воздушном зазоре двигателя. Во-первых, при частых пусках и ударной нагрузке большой воздушный зазор повышает надежность работы асинхронного электродвигателя из-за уменьшения пусковых токов, во-вторых, повышает ток холостого хода индуктора. Большие токи холостого тока индуктора допускаются только при повторно-кратковременном режиме работы двигателя и не допускаются при длительном режиме, из-за того что такие токи нагревают обмотки индуктора и понижают коэффициент мощности сети.

     Привод можно упростить с помощью гашения кинетической энергии, накопленной при прямом ходе, производить, накапливая ее в каком-либо накопителе. При этом возможно разгонять вторичную цепь в обратном направлении за счет запасенной энергии. Потребляемую из сети энергию

уменьшает отсутствие потребления энергии при гашении кинетической энергии. На рисунке 2.3 показана функциональная схема энергетически эффективного электропривода. Схема, кроме ЛАД, содержит упругий элемент (УЭ) - накопитель потенциальной энергии, которая с накопителем кинетической энергии – массой – создает колебательную пару. При частоте собственных колебаний привода происходит полное преобразование потенциальной энергии в кинетическую энергию и наоборот, кинетической энергии в потенциальную.

     В качестве накопителей кинетической энергии применяют различного рода упругие элементы.

     Данной функциональной схеме может удовлетворять многие кинематические схемы линейных электроприводов, отличающиеся количеством двигателей, датчиками положений и упругими элементами. Модель колебательного линейного электропривода (рисунок 2.4) соответствует функциональной схеме [4].

     Модель с одним упругим элементом без датчика положения, выполненная по функциональной схеме, работает в режиме вынужденных колебаний. Двигатель линейного электропривода включается в работу соответственно частоте включений, которая задается схемой управления (СУ) и зависящая от частоты собственных колебаний кинематической схемы. У модели упругий элемент жестко соединен со вторичным элементом.


2.4 Схема управления приводом щеточного очистителя решет



     На рисунке 2.5 приведена схема управления приводом щеточного очистителя решет с приводом на базе ЛАД.

     Схема управления состоит из силовой цепи, цепи управления и блока управления тиристорами – БУ [18]. Силовая часть схемы состоит из группы тиристоров VS1…VS6. Они используется для управления ЛАД. Автоматический выключатель QF защищает силовую часть и цепь

управления от короткого замыкания и перегрузки. Пуск ЛАД производится при помощи кнопки SB1 «Пуск».

     Схема управления работает следующим образом. Включением автоматического выключателя QF на цепь управления подается сетевое напряжение. При последующем нажатии на кнопку SB1 «Пуск» на катушку магнитного пускателя KM1 подается напряжение, пускатель срабатывает и замыкает свои главные контакты KM1.1. Одновременно замыкается блокировочный контакт KM1.2 и шунтирует кнопку SB1 «Пуск». Поэтому когда отпускаешь кнопку, магнитный пускатель KM1 не отключается от сети [12]. После того как блок управления задействована главными контактами магнитного пускателя KM1.1, он начинает работать.

     На рисунке 2.4 показаны осциллограммы, пояснячсющие работу двигателя.

Блок  управления  задает импульсы  с  определенной  длительностью  и

частотой исследования, которые могут регулироваться. Могут регулироваться как целая пачка импульсов, как показано на рисунке 2.4, так

и по отдельности. Эти пачки импульсов бывают 10 или 12 Гц. Можно регулировать не только длину импульсов, но и расстояние между подачей этих импульсов.

Блок управления включается контактами магнитного пускателя KM1.1.

Блок управления формирует для работы тиристорного коммутатора частоту заполнения 8…12 Гц, но так как присутствует схема «И» он пропустит только малую часть. Полученные на выходе частота управляет тиристами.

     Для останова ЛАД нужно нажать на кнопку SB «Стоп». При этом разрывается цепь питания катушки магнитного пускателя KM1, размыкаются контакты KM1.1 и ЛАД отключается от сети.

      ЛАД также будет отключен, если напряжение сети, следовательно, и напряжение на катушке KM1, снизится до величины напряжения отпускания, то есть до значения отп < 0,85 ? ном [14].

2.5 Расчет силы тяги линейного асинхронного двигателя



     Обязательно нужно произвести расчет силы тяги ЛАД требуемой для передвижения загруженного рабочего органа, масса которого равна 11 кг.
тяг =  ?  = 11 ? 9,8 = 107,8 Н
(2.1)

Необходимо выбрать двигатель с силой тяги равной 110 Н.

     Вывод: Выбираем двигатель силой тяги с ближайшим значением по 110 Н. Двигатель, с такой силой тяги имеет размеры, которые приведены в таблице 3.1. По данным необходимо рассчитать:

- обмотки первичного элемента;

- размеры зубцовой зоны;

- магнитную цепь;

- параметры рабочего режима по схемам замещения;

- потери;

- рабочих характеристик по схеме замещения.

3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОДНОСТОРОННЕГО ПЛОСКОГО ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ




3.1 Исходные данные для расчета одностороннего плоского ЛАД



Основные параметры представлены в таблице 1.



3.2 Определение главных размеров и электромагнитных нагрузок линейного двигателя


     Главные размеры двигателя и электромагнитные нагрузки связаны между собой выражением машинной постоянной:

?
?


1




=


=





.
(3.1)


?



б
?
?
?  ?









в
0



         Предварительно принимаем величину номинального скольжения н = 0,36, зная, что = 0,6.

Скорость бегущего электромагнитного поля задается условием:

1 = 4,4 м?с.



Находим полюсное деление:











=
1
=

4,4
= 0,044 м,
(3.2)


2 ?












2 ? 50




1











принимаем   = 0,044 м.0












По заданной конструктивной длине индуктора определяем число пар

полюсов двигателя:

















500




2  =


=



= 12.
(3.3)





0,044





     Принимаем с учетом разомкнутости магнитопровода (крайние пазы заполнены наполовину):
(2  + 1) = (12 + 1).

Расчетная длина индуктора:

? = (2  + 1) ?  = (12 + 1) ? 0,044 = 0,572 м.
(3.4)

     Предварительно принимаем следующие значения коэффициентов и электромагнитных нагрузок:



коэффициент полюсного перекрытия коэффициент формы поля обмоточный коэффициент

коэффициент, учитывающий внутреннее падение напряжения

линейная нагрузка якоря

индукция в воздушном зазоре


Номинальная мощность двигателей:



   = 0,715 в = 1,11 0 = 0,95 Е = 0,72

= 1900 А/м = 0,02 Тл



н =  ?  2 = 110 ? 0,2 = 22 Вт.
(3.5)


Расчетная мощность двигателя:








? =

Е ? н
=

0,72 ? 22
= 44 Вт.
(3.6)















?

0,6 ? 0,6



Расчетная активная ширина индуктора:








?



=





=




?  1н ?  в








?  0 ?  б ?  ?


=
44





= 1,4 м.
(3.7)







500 ? 220 ? 1,11 ? 0,95 ? 0,715 ? 1900 ? 0,02






3.3 Расчет обмотки первичного элемента



Зубцовое деление:

=

=
0,044
= 0,007 м = 7 ? 10?3 м,
(3.8)









1

?

3 ? 2









где= 3 - число фаз;





= 2 – число пазов на полюс и фазу.


Число зубцов индуктора:


1
= (2  + 1) ?  ?  = (12 + 1) ? 3 ? 2 = 78.
(3.9)


Номинальный ток обмотки первичного элемента:
1н =
н
=
22

= 0,09 А.
(3.10)










?  1н ?  ?

3 ? 220 ? 0,6 ? 0,6











Число эффективных проводников в пазу:
 ?п =
?
=
500 ? 1900

= 14.
(3.11)


1н ? 1

0,09 ? 78











Окончательное число витков в фазе обмотки:
=
 ?п ? 1
=
14 ? 78
= 182,
(3.12)








1
2 ?  ?

2 ? 1 ? 3








где	= 1 - число пар параллельных ветвей.

Окончательное значение линейной нагрузки:

= 2 ? 1н ?  1 ?  = 2 ? 0,09 ? 182 ? 3 = 0,2 А?м.
500


Значение магнитного потока:
Ф =
Е ?  1н
=
0,72 ? 220
= 0,004 Вб =


4 ?
?
?   ?

4 ? 1,11 ? 0,95 ? 182 ? 50



в
0
1   1




= 4 ? 10?3 Вб.

Индукция в воздушном зазоре:

Ф
4 ? 10?3


=

=

= 0,09 Тл.




0,715 ? 0,044 ? 1,4



?  ?





(3.13)


(3.14)
(3.15)


         Значение плотности тока в обмотке индуктора должно находиться в пределах (2 … 5) ? 106 А/м2. Принимаем 1 = 4,1 ? 106 А/м2.
Сечение эффективного проводника при	эл = 1:

=
1н

=
0,09
= 0,02 ? 10?6.
(3.16)



?
?

1 ? 1 ? 4,1 ? 106



эф










эл
1






Выбираем провод марки ПЭТ-155
эф =  эл = 0,02370 мм2.

Окончательное значение плотности тока:
=
1н
=
0,09
= 3,8 А?мм2 .
(3.17)


?
?

1 ? 1 ? 0,02370




эл
эф








3.4 Расчет размеров зубцовой зоны


Выбираем прямоугольную форму паза.

Предварительно принимаем:
= 1,8 Тл;
а = 1,6 Тл.

Минимальная ширина зубца статора:


?
7 ? 10?3 ? 0,09



=
1

=


= 0,37 ? 10?3 м,
(3.18)











?
0,95 ? 1,8









где	= 0,95 - коэффициент заполнений сердечника сталью.

По условию технологичности изготовления и механической прочности
принимаем= 3 ? 10?3 м.














Ширина паза:








п = 1 ?   = 7 ? 10?3 ? 3 ? 10?3 = 5 ? 10?3.

(3.19)

Минимальная допустимая высота ярма статора:



?  =
Ф

=
4 ? 10?3
= 1,87 ? 10?3
м,
(3.20)


а ?


1,6 ? 1,4 ? 0,95






?





где	=  ст – активная ширина сердечника.

По заданным габаритным размерам:

?
= ? ? ? = 68 ? 10?3
? 30 ? 10?3 = 38 ? 10?3 м,
(3.21)

п


где ? = 30 ? 10?3 м  –  принимаем  с
целью  увеличения  сечения
паза  для
п



размещения обмотки.


Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:


 ?п =  п ? ? п = 5 ? 0,05 = 4,95 мм;
(3.22)

??п = ?п ? ??п = 30 ? 0,05 = 29,95 мм.
(3.23)

         Площадь поперечного сечения корпусной изоляции при односторонней толщине изоляции из = 0,25:
из =  из ? 2 ? (??п +  ?п) = 0,25 ? 2 ? (29,95 + 4,95) = 17 мм2. (3.24)

Площадь поперечного сечения прокладки:

пр =  из ? п = 0,25 ? 5 = 1 мм2.
(3.25)
Площадь поперечного сечения клина:



кл =  кл ? ?кл = 4 ? 3 = 12 мм2.
(3.26)

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
 ?
п
= ( ?
? ??
) ?   ?   = (4,95 ? 29,95) ? 17 ? 12 = 119 мм2
. (3.27)



п
п
из
кл





Коэффициент заполнения паза:









=
из2
?  ?п ?  эл
=
1,852 ? 14 ? 1
= 0,4.
(3.28)

















з
 ?п
119














Полученное значение	з лежит в допустимых пределах  з = 0,4 … 0,6.

Паз статора показан на рисунке 3.2.



3.5 Расчет магнитной цепи



Индукция в зубцах статора:


?
?

7 ? 10?3 ? 0,09 ? 1,4



=
1


=


= 2,57 Тл.
(3.29)



?
?

3 ? 10?3
? 0,12 ? 0,95















ст
с







Индукция в ярме статора:


Ф


4 ? 10?3

=



=

= 9,38 Тл.  (3.30)


2 ? ?
?
?

2 ? 1,87 ? 10?3 ? 0,95 ? 0,12




ст
с




Магнитное напряжение воздушного зазора:
= 800 А.

Магнитное напряжение зубцовой зоны:
= 2 ? ?

?   = 2 ? 30 ? 10?3
? 296 = 17,76 А,
(3.31)







где	– для стали 1511 напряженность магнитного поля при индукции	=
0,86 Тл,   = 296.




? = ?
п
= 30 ? 10?3 м.







Магнитное напряжение ярма статора:


=   ?   = 1,914 ? 22 = 42 А,
(3.32)

где=  + ?  = 0,044 + 1,87 = 1,914 м;
(3.33)

= 22 А?м для стали 1511, при   = 0,145 Тл.


Магнитное напряжение на пару полюсов:


цепи =   +  +
= 800 + 17,76 + 42 = 859,76.
(3.34)




Коэффициент насыщения зубцовой зоны:
= 1 +

= 1 +
17,76
= 1,02.









800







Коэффициент насыщения магнитной цепи:
цепи	859,76
=	=	800	= 1,07.


Намагничивающий ток:
=
? цепи

=
12 ? 859,76
= 22,1.









0,9 ?  ?  1


0,9 ? 3 ? 182 ? .......................