РОЗДІЛ 2
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ПОКАЗНИКИ АДАПТИВНОЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ДИНАМІЧНИМИ ПАРАМЕТРАМИ ПРИВОДУ ВІБРАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ МАШИН
2.1 Математична модель оптимальної системи віброприводу вібраційної технологічної машини
Для вирішення вище поставленої задачі необхідно розглянути взаємозв'язок у електротехнічному комплексі котрий складається із мережі, віброприводу з системою керування та навантаження на робочий орган вібраційної технологічної машини. Для того, що б з'ясувати картину енергетичних затрат на привод у вібраційній технологічній машині із усталеними коливаннями, слід розглянути диференційне рівняння руху (2.1) [75] робочого органу під дією зовнішньої циклічної вимушуючої сили .
, (2.1)
де - приведена маса ВТМ, - переміщення робочого органу, ( - сили тертя, опору повітря), - жорсткість пружної системи ВТМ, - вимушуюча сила.
Якщо колова частота зовнішньої вимушуючої сили мала в порівнянні із частотою власних коливань вібраційної технологічної машини, то у лівій частині рівняння (2.1) вагому роль згідно [75] відіграє тільки член тому: . Тому при зовнішня сила в основному затрачаєтеся на подолання пружних сил у механічній системі. Амплітуда зміщення () збігається за фазою із зовнішньою силою.
Якщо частота зовнішньої вимушуючої сили велика в порівнянні із частотою власних коливань вібраційної технологічної машини, то у лівій частині рівняння (2.1) вагому роль згідно [75] відіграє тільки член тому: , тобто при зовнішня сила в основному затрачаєтеся на то, щоб надавати робочому органу прискорення. Амплітуда прискорення () співпадає по фазі із зовнішньою силою, а переміщення протилежне по фазі. В області резонансу коли члени та приблизно одинакові за значенням але протилежні за знаком. Оскільки коливання робочого органу відбуваються за законом то: , . Тобто і , тому: . Обидва ці члени компенсують один одного в рівнянні (2.1) і як висновок:
. (2.2)
Опираючись на вираз (2.2) та [75] можна зробити висновок, що: в області резонансу () пружна система сама попри зовнішні сили надає масі необхідного прискорення; роль зовнішньої сили зводиться до подолання сил тертя, а амплітуда швидкості () по фазі співпадає із зовнішньою силою. При чому зовнішня сила виконує найбільшу корисну роботу тому що, напрям руху робочого органу вібромашини постійно збігається із напрямом зовнішньої вимушуючої сили. І навпаки коли помітно відрізняється від напрям руху робочого органу протягом деякої частини періоду збігається із вимушуючою силою, а протягом другої частини періоду протилежний їй. Тому із енергетичної точки зору явище резонансу обумовлене тим, що коли частоти збігаються, то настають
Рис. 2.1 Принцип керування роботою вібраційних технологічних машин резонансного типу (патент UA 10971)
1 - вібраційна технологічна машина, 2 - датчик вібрації, 3 - інтерфейс користувача (пульт оператора), 4 - система аналізу руху робочого органа ВТМ та синтезу рішень по його корекції, 5 - силова частина, 6 - привод.найбільш сприятливі умови для надходження в систему енергії від зовнішнього джерела.
Аналізуючи весь широкий спектр систем для керування параметрами руху робочого органу вібраційних технологічних машин, та враховуючи висновок, що випливає із співвідношення (2.2) [75] можна розробити концепцію роботи ідеальної системи керування вібраційними технологічними машинами (ВТМ). Принцип функціонування системи керування приводом можна розглянути на прикладі керування роботою вібраційної технологічної машини (рис. 2.1). Процес керування роботою приводу ВТМ в ідеальній системі керування повинен бути наступним (патент UA 10971, [76]): давач вібрації 2 повинен безперервно передавати інформацію [77, 78, 79] у вигляді електричного сигналу, про частоту та амплітуду механічних коливань ВТМ 1 (робочого органу). Електричний сигнал із датчика 2 поступаючи в блок 4 (аналізу та синтезу) буде проходить відповідну обробку та аналіз (завдяки тому, що при зміні маси завантаження робочого органу ВТМ 1 проходить зміна амплітуди (та власної частоти) коливань пружної системи ВТМ і відповідно до цього змінюватимуться параметри електричного сигналу на виході датчика вібрації (акселерометра) 2). Блок 4 (аналізу та синтезу) в процесі роботи машини повинен контролювати два параметри - частоту та амплітуду коливань робочого органу і у випадку зміни маси завантаження робочого органу або при необхідності зміни режиму роботи машини (через блок 3, користувач повинен мати можливість змінювати та контролювати параметри технологічного процесу) система керування повинна коректувати за допомогою силового блоку 5 частоту та амплітуду вимушуючих коливань приводу 6 робочого органу, до частоти, близькій резонансній частоті вібромашини при заданому завантаженні і амплітуду коливань так, щоб вона відповідала оптимальному режиму технологічного процесу, або амплітуді заданій оператором вібраційної технологічної машини (через блок 3). Такий принцип керування [76] роботою вібраційних технологічних машин дозволяє повністю автоматизувати процес вибору частоти і амплітуди вимушуючих коливань приводу робочого органу вібромашини при зміні маси завантаження робочого органу або при зміні режиму роботи вібромашини до значення амплітуди коливань яке задане оператором і відповідає біля резонансному режими роботи ВТМ. Постійний коло резонансний режим роботи забезпечується тим що, частота вимушуючої сили постійно на ? 0,3 (Гц) більша або менша ніж частота резонансу пружної системи вібромашини і тим самим забезпечуються мінімальні витрати енергії на вібропривод при роботі в двох основних режимах роботи на біля резонансній частоті: а) режим максимальної швидкості вібротранспортування або максимальної інтенсивності віброобробки при різних масах завантаження; б) режим, коли за умов технологічного процесу необхідна стабільність таких параметрів як: продуктивність вібромашини, швидкість вібротранспортування, і