РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ РУШАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ МЕХАНІЗМІВ
Механізми з підвищеним моментом рушання найчастіше зустрічаються в технологічних процесах подрібнення, транспортування, гранулювання, виготовлення сумішей тощо. Під силовим впливом робочого органа в оброблюваному технологічному середовищі виникають два види руху: загальний рух середовища як деякого тіла та відносний рух безмежно малих елементів середовища - "фізичних" матеріальних точок, який призводить до руйнування надмолекулярних зв'язків структури середовища, зміни його реологічних характеристик (в'язкості, модуля зсуву й т.д.) Під структурою слід розуміти просторовий каркас (сітку), що утворений хімічними зв'язками кристалічних зростків і частинок, що містяться у технологічній сировині.
Надання нових фізико-механічних властивостей технологічному середовищу шляхом передстартового впливу робочого органа дозволяє значно полегшити умови запуску технологічних електроприводів. Тому важливими є питаннями дослідження процесу рушання технологічних механізмів з позицій реологічних властивостей технологічної сировини, а саме:
- аналізу фізико-механічних властивостей та математичних моделей середовища, що обробляється технологічних механізмом;
- дослідження механізму формування підвищеного аномального моменту рушання та визначення способів передстартового впливу на технологічне середовище засобами електропривода;
- експериментального підтвердження доцільності передстартової підготовки електроприводів;
- розробки емпіричної моделі процесу рушання з урахуванням параметрів середовища.
2.1. Рушання як початкова фаза розгону електропривода
Сили і моменти навантаження, що прикладені до механічної частини електропривода, можуть бути розділені на сили і моменти механічних втрат і сили й моменти, що представляють корисні навантаження виконавчого механізму [18]:
. (2.1)
Момент опору при рушанні формується, як і статичний момент опору (2.1), з моменту рушання механічних втрат і моменту рушання, що представляє корисні (технологічні) навантаження виконавчого механізму :
. (2.2)
Момент рушання механічних втрат є наслідком роботи сил тертя спокою в підшипниках, ущільненнях, у ходовій частині механізму і в передачах. При розгляданні процесу розгону системи "двигун - механізм" з позицій роботи сил тертя [68], доцільним є виділення таких етапів пуску, які характеризуються переважанням тих або інших видів тертя.
На 1-ому етапі, при нерухомому ЕП технологічного механізму, має місце тертя спокою між взаємно нерухомими тілами, що обумовлене так званим явищем застою. Цей вид тертя виникає ще до руйнування структури технологічного середовища в тертьових парах, наприклад, між робочим органом та робочим тілом, вкладишем підшипника і цапфою, ущільнювачем і валом, між роликами (валами, барабанами) і горизонтальними (вертикальними) опорами, між валами, в зубчатих циліндрових і конічних, черв'ячних передачах і т.д. Відомо, що тертя спокою завжди більше динамічного тертя (кочення або ковзання). В найпростішому випадку для тіла на горизонтальній поверхні сила тертя спокою пропорційна силі, з якою тіло тисне на поверхню.
Другий етап починається з переходом із нерухомого стану в стан руху і продовжується до повного зникнення аномальних складових моменту опору, що обумовлені зміною в'язкості консистентного мастила в підшипниках, а також зміною стану середовища, з яким взаємодіє робочий орган механізму.
Якщо врахувати кількість підшипникових вузлів , то можна представити як деяку функцію кута повороту :
, (2.3)
де - момент рушання в підшипникових вузлах, що залежить від кута повороту валу;
- момент тертя спокою, що залежить від статичного навантаження на підшипник і сил тертя в ньому;
- момент рушання, що обумовлений наявністю вологи, пилу і бруду в ходовій частині при експлуатації механізму на відкритому повітрі.
Аномальний технологічний момент зникає, як правило, не миттєво, а у відповідності до положення вала. Отже, можна розглядати момент рушання як функцію кута повороту валу:
. (2.4)
З урахуванням (2.3) і (2.4) залежність моменту рушання також є функцією кута повороту валу:
. (2.5)
Третій етап відрізняється наявністю корисної складової , яка досить повно відображається типовими механічними характеристиками.
Таким чином, процес розгону при пуску доцільно розглядати у відповідності до етапів формування сил і моментів опору руху:
- перехід з нерухомого стану в стан руху;
- початок обертання вала на деякий кут , що супроводжується рядом специфічних явищ при формуванні моменту опору;
- розгін до номінальної частоти обертання.
При рушанні механізму і подальшому його запуску, момент на валу двигуна може описуватися залежністю:
, (2.6)
де - коефіцієнт, що враховує постійну складову статичного моменту;
- функціональна залежність складової моменту від швидкості обертання (наприклад, вентиляторний момент - залежність, що характеризує нелінійну складову);
- функціональна залежність складової моменту опору від кута повороту валу технологічного механізму.
Таким чином, механічна характеристика може бути апроксимована рядом залежностей, найпростіші з яких мають вигляд [28]:
(2.7)
(2.8)
де - коефіцієнти.
2.2. Аналіз моделей технологічного середовища
2.2.1. Фізико-механічні властивості неньютонівських рідин
Технологічне середовище (робоче тіло), що обробляється робочим органом технологічного механізму, як правило, є багатокомпонентною структурованою системою. Процес рушання слід розглядати як деформацію структурованої системи під впливом зовнішніх сил. Напруга зсуву є силою, що віднесена до одиниці площі, під впливом якої починається відносний рух (або деформація ) точок робочого тіла.
В залежності від кількості твердої фази в одиниці об'єму рідинного середовища, дисперсності та активності поверхні частинок твердо