WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 


Pages:   || 2 | 3 |

«РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМОВ ФОРМИРОВАНИЯ СНОВАЛЬНЫХ ВАЛОВ ...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

“ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ В. И. ЛЕНИНА”

На правах рукописи

Шишков Кирилл Сергеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМОВ ФОРМИРОВАНИЯ

СНОВАЛЬНЫХ ВАЛОВ

Специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Виктор Федорович Глазунов Иваново

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение …………………………………………………………………………. Глава 1. Анализ типового сновального оборудования и требований к электроприводу механизмов формирования сновальных валов …. 1.1. Анализ технологического процесса партионного снования …….. 1.2. Анализ механизмов сновальной машины и их взаимодействия в процессе намотки ………………………………

1.3. Влияние линейной скорости на процесс формирования сновальных валов ……………………………………………………. 1.4. Влияние натяжения нитей на процесс формирования сновальных валов ……………

1.5. Анализ устройств и способов измерения параметров формируемых сновальных валов

1.6. Формирование требований к проектируемой системе электропривода механизмов сновальной машины ………………… 1.7. Выводы ………………………………………………………………… Глава 2. Исследование системы электропривода механизмов формирования сновальных валов ……………………………………………………… 2.1. Анализ электроприводов постоянного и переменного тока механизма сновального вала ………………………………………… 2.2. Влияние измерителя линейной скорости на характеристики электропривода механизма сновального вала ……………………… 2.3. Влияние вариаций параметров намотки на динамические характеристики электропривода механизма сновального вала ……. 2.4. Влияние уплотняющего вала на нагрузку электропривода механизма сновального вала ……………………………………………………… 2.

5. Исследование процессов деформации основы и нити в зонах перематывания в условиях действия на процесс намотки параметрических возмущений ……………………………………….. 2.6. Анализ математических моделей процесса формирования сновальных валов ……………………………………………………… 2.7. Анализ устройств управления процессом намотки и электроприводом механизма уплотняющего вала ….………………. 2.8. Выводы …………………………………………………………………. Глава 3. Исследование энергетики асинхронного электропривода механизма сновального вала ……………………………………………………….. 3.1. Анализ способов оптимального управления асинхронными электроприводами ……………………………….…………………… 3.2. Разработка оптимального по критерию минимума потерь мощности алгоритма управления асинхронным электроприводом механизма сновального вала …..…………………………………………………. 3.3. Построение математической модели и исследование динамических характеристик асинхронного электропривода механизма сновального вала с энергосберегающим алгоритмом управления …………........ 3.4. Выводы ……………………………………………………………….. Глава 4. Разработка системы управления процессом формирования сновальных валов ……………………………………………………… 4.1. Разработка функциональной схемы координированного управления электроприводами механизмов сновального и уплотняющего валов.………………………………………………. 4.2. Построение алгоритма управления процессом формирования сновальных валов ……………………………………………………. 4.3. Разработка программного обеспечения системы управления процессом намотки и электроприводами механизмов сновальной машины ……………………………………

4.4. Построение математической модели системы координированного управления асинхронными электроприводами механизмов сновальной машины …………………………………………………………………………… 4.5. Выводы ……………………………………………………………….. Заключение ……………………………………………………………………….. Литература ……………………………………………………………………….. Приложения ………………………………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Партионный способ снования, как наиболее производительный, играет важную роль в подготовке основных нитей к ткачеству, во многом определяя эффективность последующих технологических операций. При этом важнейшей задачей процесса снования является формирование сновальных валов с заданными параметрами намотки, к которым относятся длина наматываемой основы, текущий и конечный радиусы намотки, а также ее плотность, позволяющими исключить угары пряжи в процессе шлихтования.

В основе технологии формирования сновальных валов традиционно используется операция перемотки нитей основы с бобин шпулярника с помощью регулируемого электропривода постоянного тока, обеспечивающего стабилизацию линейной скорости снования. Отсутствие возможности регулирования натяжения каждой нити в процессе работы в условиях действия на них сил трения, зависящих от скорости, затрудняет использовать натяжение нитей для управления плотностью намотки. Традиционно эту роль выполняет уплотняющий вал, усредняющий для всех нитей радиус намотки и обеспечивающий уменьшение ее бугристости.

Существенным недостатком используемых систем формирования сновальных валов является малая надежность и низкие эксплуатационные характеристики электропривода постоянного тока, а также невозможность формирования качественной намотки в условиях действия на нее нерегулируемого давления уплотняющего вала.

Значительная часть указанных недостатков может быть устранена совершенствованием электропривода механизмов формирования сновальных валов. Так альтернативой электроприводу постоянного тока механизма сновального вала может быть частотно-регулируемый асинхронный электропривод, позволяющий решить не только задачу энергетической оптимизации параметров электропривода, но и существенно улучшить его статические и динамические характеристики. При этом управление плотностью намотки возможно на базе регулируемого асинхронного электропривода механизма уплотняющего вала, координированного своим движением с электроприводом механизма сновального вала.

Решение указанных задач обусловливает необходимость разработки математической модели процесса наматывания сновальных валов, алгоритмов и устройств управления электроприводами механизмов сновального и уплотняющего валов, оценки действия на систему электропривода сновальной машины возмущающих факторов.

Таким образом задача совершенствования электропривода механизмов сновальной машины, представляющая значительный научный и практический интерес, является актуальной.

Цель диссертации заключается в разработке и исследовании асинхронного электропривода механизмов формирования сновальных валов.

Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:

взаимодействия в процессе намотки и требований к системе электропривода.

2. Исследование взаимного влияния деформаций нити и основы в процессе намотки.

Разработка математической модели процесса формирования сновального вала.

4. Разработка энергосберегающего алгоритма управления асинхронным электроприводом механизма сновального вала.

5. Анализ влияния уплотняющего вала на процесс намотки основы и электропривод механизма сновального вала.

6. Разработка алгоритма и устройств координированного управления электроприводами механизмов сновального и уплотняющего валов.

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертации использован аппарат передаточных функций и структурных схем, основные положения теории электромеханического преобразования энергии, методы координатных преобразований, дифференциального и интегрального исчислений, математическое моделирование электромеханических систем.

Экспериментальные исследования системы асинхронного электропривода выполнены на партионной сновальной машине типа СП-140, установленной на предприятии ООО “Каминский текстиль”.

Научная новизна работы определяется следующими основными положениями:

Математической моделью системы электропривода механизма сновального вала с учетом упругопластической деформации основы в зоне перемотки.

2. Математической моделью взаимодействия процессов деформации основы и нити в зоне перемотки.

3. Моделями чувствительности электропривода механизма сновального вала к вариациям параметров основы и намотки.

4. Алгоритмом координированного управления электроприводами механизмов сновального и уплотняющего валов.

5. Математической моделью энергосберегающего алгоритма управления асинхронным электроприводом механизма сновального вала.

Практическую значимость имеют следующие результаты диссертации:

1. Разработанные устройства и алгоритм координированного управления асинхронными электроприводами механизмов сновального и уплотняющего валов.

2. Разработанная математическая модель координированного управления асинхронными электроприводами механизмов сновальной машины, реализующая энергосберегающий алгоритм векторного управления.

Результаты диссертации могут быть использованы при проектировании и внедрении систем асинхронных электроприводов механизмов сновального и уплотняющего валов, позволяющих наматывать сновальные паковки с одинаковыми технологическими характеристиками намотки. Разработанные методики расчета и математические модели используются в учебном процессе кафедры ЭП и АПУ студентами направления 140400 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» при выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Математическая модель взаимного влияния процессов деформации основы и нити в зонах перематывания в системе асинхронного электропривода механизма сновального вала.

2. Математическая модель асинхронного электропривода механизма сновального вала с энергосберегающим алгоритмом управления.

3. Математическая модель координированных в процессе намотки асинхронных электроприводов механизмов сновального и уплотняющего валов.

4. Результаты исследований, полученные на основе построенных математических моделей.

Апробация работы. Основные положения работы и её результаты докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции “Бенардосовские чтения” (XVI, 2011, ИГЭУ, Иваново); на XV, XVIII студентов и аспирантов (2009, 2012, МЭИ, Москва); на межвузовской научнотехнической конференции студентов и аспирантов – “ПОИСК 2011” (2011, ИГТА, Иваново); на международной научно-технической конференции “Проблемы автоматизации и управления в технических системах” (2011, ПГУ, Пенза); на седьмой международной (восемнадцатой всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2012 (2012, ИГЭУ, Иваново); на всероссийском конкурсе для победителей отборочного тура среди научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых по различным междисциплинарным направлениям (2011, ЮРГТУ (НПИ), Новочеркасск), на международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Энергия-2013” (2013, ИГЭУ, Иваново).

Публикации. По теме диссертации опубликовано шестнадцать печатных работ, из которых четыре научные статьи в журналах, рекомендованных ВАК, три статьи в других изданиях, семь тезисов докладов на научно-технических конференциях, получено два патента Российской Федерации на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит страницы основного текста, включающего 51 рисунок, 2 таблицы, перечень литературы из 115 наименований и 10 приложений на 41 страницах, включающих 18 рисунков и 14 таблиц.

1. АНАЛИЗ ТИПОВОГО СНОВАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И

ТРЕБОВАНИЙ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ МЕХАНИЗМОВ

ФОРМИРОВАНИЯ СНОВАЛЬНЫХ ВАЛОВ

1.1. Анализ технологического процесса партионного снования Формирование системы нитей, которые на ткацком станке образуют ткацкий навой, начинается на сновальных машинах. Партионный способ снования является одним из наиболее распространенных в текстильной промышленности, когда по условиям технологии необходимо шлихтование пряжи. При партионном сновании нити наматываются на отдельные сновальные валы, группа которых с общим числом нитей, равным числу нитей на ткацком навое, составляет партию, включающую от двух до двенадцати сновальных валов. В зависимости от способа замены питающих паковок при их срабатывании различают прерывное и непрерывное снование. В настоящее время преимущественно снование пряжи осуществляется прерывным способом.

исследования все еще ощущается существенный недостаток новых идей, направленных на повышение эффективности процесса партионного снования.

Это обусловливается сложностью данного технологического процесса, имеющего характерные признаки этого класса объектов исследования [1-5].

Сложность процесса формирования сновальных валов связана со случайным характером изменения управляющих переменных, к которым, в первую очередь, относятся натяжение основы, давление уплотняющего вала и физикомеханические свойства основных нитей. Кроме этого процесс партионного снования характеризуется своей нестационарностью, обусловленной частым его прерыванием из-за обрывов нитей основы.

Таким образом технологический процесс партионного снования является сложным с многообразными взаимодействиями управляющих переменных.

Систематизируя переменные, определяющие состояние этого многомерного процесса, можно выделить координаты входного и выходного векторов, а также вектор переменных, определяющих условия протекания процесса (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема технологического процесса партионного снования К вектору входных переменных относятся линейная плотность основы, ее физико-механические свойства, структурные (объемная плотность) и геометрические (длина основы, радиус паковки) переменные сматываемых геометрические и структурные параметры сновального вала (длина основы, радиус и плотность намотки), обрывность нитей, производительность сновальной машины. Вектор переменных, характеризующих условия протекания процесса партионного снования, составляют линейная скорость, натяжение основы, давление уплотняющего вала, время останова сновальной машины, метеорологические параметры, а также характеристики и настройка нитенатяжных приборов.

сновальных валов с одинаковыми технологическими характеристиками, к которым относятся длина наматываемой основы, текущий и конечный радиусы сновального вала и его плотность, что позволило бы исключить появление гофр и угаров пряжи при последующей операции шлихтования. Значительная роль в решении этой задачи принадлежит системе управления процессом намотки и электроприводом механизмов сновального и уплотняющего валов, которая должна контролировать управляющие переменные, определяющие характер протекания процесса наматывания.

1.2. Анализ механизмов сновальной машины и их взаимодействия в процессе намотки По своей конструкции партионные сновальные машины можно разделить на барабанные и безбарабанные [2,3]. В барабанных машинах сновальный вал вращается за счет трения намотки вала о поверхность вспомогательного барабана, получающего принудительное вращение от автоматизированного электропривода. В безбарабанных машинах сновальный вал связан непосредственно с приводным электродвигателем привода через механическую клиноременную передачу. Здесь для проведения анализа механизмов сновального оборудования рассмотрим типовые конструкции сновальных машин исполнений С-140-1 и СП-140.

Сновальная машина С-140-1, спроектированная на базе сновальной машины С-140, является последней моделью барабанных партионных хлопчатобумажной пряжи средней линейной плотности. Технологическая схема этой сновальной машины приведена на рис. 1.2.

установленных на шпулярнике бобин нити основы 1 огибают направляющие стеклянные прутки 2 и 3, проходят между зубьями направляющего переднего рядка 4, огибают мерильный вал 5 и наматываются на сновальный вал 6.

Сновальный вал прижимается поверхностью намотки к поверхности сновального барабана 7 с помощью груза 10 и получает от него движение за счет действия силы трения. Шипы сновального вала помещаются в съемных подшипниках, закрепленных на поддерживающих рычагах 8. Барабан представляет собой металлический каркас, приводимый во вращение с помощью электродвигателя, который включается независимо от машины, через Рис. 1.2. Технологическая схема сновальной машины С-140- зубчатую передачу и фрикционную муфту. Машину запускают, опуская подножку 11, а останавливают, нажимая соответствующую кнопку и разъединяя фрикционную муфту привода. Шпулярник состоит из двух сновальных рамок, на которых может помещаться до 1000 перематываемых бобин. Рядок 4 предназначен для равномерного распределения нитей основы по ширине сновального вала. Мерильный вал используется для измерения длины основы, наматываемой на сновальный вал, с помощью кинематически связанного с валом счетчика, снабженного устройством останова машины при достижении заданного значения длины основы. От оси мерильного вала включённый в обратную связь системы управления автоматизированным сновального вала по мере его нарабатывания линейная скорость снования остаётся постоянной. Для получения необходимой плотности и правильной формы сновального вала, а также для сокращения его времени пуска и останова в конструкции сновальной машины предусматривается специальное прижимное устройство, усилие прижима которого создается грузами 10, соединенными с поддерживающими рычагами 8 цепями 9, перекинутыми через направляющие блоки. Для очистки рядка 4 от пуха и пыли машина также оборудована пухообдувающим устройством.

При обрыве нити или намотке на сновальный вал основы заданной длины машина автоматически останавливается от реле останова и электромагнита, действующих через систему рычагов и тяг на подножку 11. Для более быстрого останова сновальной машины имеется колодочный тормоз, действующий при включении реле останова, при этом одновременно затормаживаются сновальный 6 и мерильный 5 валы.

Следует отметить, что барабанные сновальные машины имеют ряд недостатков, обусловленных в большей степени значительными вибрациями сновального вала и резкими механическими воздействиями на нити основы, особенно в динамических режимах работы машины, что отрицательно влияет на форму и качество намотки.

На практике наибольшее распространение получили безбарабанные высокоскоростные партионные сновальные машины исполнений CВ-180, СВЛ, СП-140, СП-180, предназначенные для снования нитей с линейной плотностью от 18 до 250 текс. Эти машины, а также их модификации CВ-140, CВ-140-И, СП-140-2, СП-180-2, по своей конструкции практически не отличаются друг от друга и имеют лишь различную рабочую ширину, которая определяется расстоянием между дисками сновального вала. Безбарабанные сновальные машины имеют значительные преимущества по сравнению с разрушающие воздействия на намотку при пусках и остановах машины. Кроме этого в этих машинах более устойчива ось сновального вала, поэтому в процессе намотки снижается вибрация, благодаря чему обеспечивается правильная геометрическая форма сновального вала. В безбарабанных партионных сновальных машинах сновальный вал получает принудительное вращение непосредственно от электродвигателя через ременный редуктор, а цилиндрическая форма намотки и требуемая ее плотность обеспечиваются уплотняющим валом, который прижимается к поверхности сновального вала.

С учетом широкого применения в промышленности машин указанного типа, исследование системы управления процессом намотки и электроприводом механизмов формирования сновальных валов выполним применительно к безбарабанной партионной сновальной машине типа СП-140, техническая характеристика которой приведена в приложении 1.1. Технологическая схема партионной сновальной машины СП-140 приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Технологическая схема партионной сновальной машины СП- шпулярником для осуществления прерывного способа снования. Нити основы 2, сматываемые с бобин 1, размещенных на шпулярнике, проходят между направляющими прутками 3, зубьями распределительного берда 4 и раздвижного рядка 5, огибают мерильный вал 6 и наматываются на сновальный вал 7. Натяжение основы 2 при сматывании с бобин оказывается недостаточным для формирования сновальных валов необходимой плотности, поэтому для увеличения натяжения применяются нитенатяжные приборы [6,7,8], устанавливаемые на сновальной рамке. К нитенатяжным приборам предъявляется ряд требований [4], в соответствии с которыми они должны иметь широкий диапазон применения (по создаваемому дополнительному натяжению или линейной скорости снования), обеспечивать плавную и точную настройку или дистанционное управление натяжением, а также беспрепятственное прохождение через них узлов и утолщений основных нитей.

Для обеспечения требуемой плотности сновального вала к его поверхности по всей рабочей длине подводится уплотняющий вал 8. Сновальный вал получает вращение от электродвигателя 10 через клиноременную передачу 9.

С целью рассеивания нитей основы и уменьшения бугристости намотки рядок осуществляет возвратно-поступательное перемещение в осевом направлении.

Кинематическая схема партионной сновальной машины СП-140 приведена рис.

1.4. Здесь от электродвигателя М1 постоянного тока вращение передается с помощью клиноременной передачи через шкивы d1 и d2 сновальному валу 3.

Уплотняющий вал 17 получает движение за счет силы трения о поверхность сновального вала, который располагается между пинолями 2 и 14. Пиноли перед закреплением или съемом сновального вала могут получать движение в осевом направлении от асинхронного электродвигателя М2. Движение от этого электродвигателя к пинолям передается посредством червячной передачи Z1=27, зубчатой передачи Z3=30 и червячно-винтовой передачи Z6=28. Пиноли соединяются со сновальным валом с помощью шипов на их концах и соответствующих пазов в муфтах дисков сновального вала. Зажим и разъединение пинолей со сновальным валом производится до пробуксовки муфты на валу асинхронного электродвигателя М2. От мерильного вала движение передается зубчатыми передачами Z15=30 и Z16=18 тахогенератору и передачами Z10=24, Z11=30, Z12=63, Z13=90, Z14=63 десятичному счетчику 10.

Возвратно-поступательное движение распределительному рядку передается от левой втулки пинолей. С помощью червячной передачи получает вращательное движение кривошип, который с помощью шатуна 13 и двуплечего рычага сообщает возвратное движение винту 7, а вместе с ним и рядку 5.

Рис. 1.4. Кинематическая схема партионной сновальной машины СП- Механизм съема наработанного сновального вала и подачи к пинолям пустого вала приводится в действие от реверсивного электродвигателя М3 с помощью червячной пары Z2=24 и однозаходного червяка Z4=83, который поворачивает зубчатый сектор, закрепленный на валу 15, на котором установлены два кронштейна 1 и 16, несущие сновальный вал 3. Подъем сновального вала производится до тех пор, пока центр его муфты не совпадет с центрами пинолей 2 и 14. Электродвигатель М3 включается одной из двух кнопок в зависимости от необходимости поднять или опустить сновальный вал.

Для обеспечения быстрого останова сновального вала и стабилизации его тормозного пути [9,10] сновальная машина оснащается гидравлической дисковой тормозной системой, позволяющей не только эффективно осуществить торможение сновального вала независимо от его радиуса и момента инерции, но и повысить надежность работы механических узлов сновальной машины. Функциональная схема дисковой тормозной системы сновального вала приведена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Функциональная схема устройства гидравлического дискового Здесь сновальный вал 1 соединен муфтами 2 с валом 3 тормозного устройства, на котором жестко укреплен тормозной диск 4, а суппорт 5 для установки тормозных колодок 6 и тормозных цилиндров 7 закреплен на станине сновальной машины. Колодки 6 поджимаются к тормозному диску цилиндрами 7 при изменении давления тормозной жидкости 8, с помощью которого в гидравлической системе в момент торможения через главный цилиндр гидропривода можно управлять моментом торможения и выбегом сновального вала при останове сновальной машины.

Механизм уплотняющего вала предназначен для регулирования плотности намотки сновального вала и обеспечения его правильной цилиндрической формы по всей ширине фланцев за счет управляемого изменения давления в зоне контакта сновального и уплотняющего валов [11,16]. Многие авторы, к числу которых в первую очередь следует отнести В.Л. Маховера [11,12], И.И. Вайнера [13,14], Ю.К. и А.Ю. Кутьиных [5,15], уделяют значительное внимание влиянию на плотность намотки механизма уплотняющего вала. Первые устройства управления процессом формирования сновальных валов имели малую точность, обусловленную отсутствием датчика действительного радиуса сновального вала, и отличались лишь конструктивной привязкой уплотняющего вала к электродвигателю [17,18]. Впоследствии эти устройства были усовершенствованы за счет включения в их конструкцию дополнительного датчика действительного радиуса намотки [19]. Принцип работы такого устройства заключался в том, что отвод уплотняющего вала от намотки выполнялся в функции рассогласования теоретического радиуса намотки, вычисляемого по заданной математической модели, и действительного радиуса намотки, рассчитываемого через заданное количество оборотов сновального вала. К недостаткам этих устройств относили низкое быстродействие и наличие в системе автоматизированного электропривода шагового электродвигателя, кинематически связанного с рейкой, движение которой передавалось через червячно-цилиндрический редуктор. Здесь для вычисления необходимого угла поворота вала шагового электродвигателя на его вход подавалась последовательность импульсов, которая формировалась на основе параллельного кода, выдаваемого системой управления.

Процесс совершенствования электропривода механизма уплотняющего вала касался в основном его конструктивных особенностей, при этом концепция и алгоритмы управления оставались неизменными. В одном из таких устройств рейку, связывающую уплотняющий вал с редуктором, заменили цепной передачей, а шаговый электродвигатель комплектным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором и энкодером, жестко электродвигателя, осуществляющего отвод уплотняющего вала от намотки, рассчитывалось в вычислительном блоке через каждые восемь оборотов сновального вала на основе рассогласования между теоретическим и действительным радиусами намотки с учетом заданной линейной скорости отвода уплотняющего вала. В другом устройстве управления процессом формирования сновальных валов для механизма уплотняющего вала использовалась фрикционная муфта, управляемая с помощью программируемого контроллера через усилитель мощности, что в отличие от предыдущего устройства позволило повысить точность регулирования отвода уплотняющего вала [21]. Устройство работало таким образом, что при регулировании давления в зоне контакта сновального и уплотняющего валов на муфту через масштабирующий усилитель и усилитель мощности с выхода цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) подавалось требуемое напряжение, величина которого зависела от двоичного кода, формируемого в контроллере.

При максимальном напряжении муфта блокировала механизм уплотняющего вала, а при некотором минимальном напряжении, соответствующем двоичному коду 000001, обеспечивала минимальное давление в зоне контакта сновального и уплотняющего валов. Здесь отвод уплотняющего вала также осуществлялся в функции текущего радиуса сновального вала, причем в каждом цикле расчета через восемь оборотов сновального вала в зависимости от величины рассогласования между теоретическим и действительным радиусами намотки к двоичному коду на входе ЦАП либо прибавлялась единица, либо вычиталась.

Совершенствование устройств управления процессом намотки и электроприводом механизма уплотняющего вала позволило повысить точность параметров намотки формируемых сновальных валов. Однако эти устройства, построенные в функции рассогласования теоретического и фактического радиусов намотки, имели и ряд характерных недостатков, связанных в первую очередь с отсутствием какой-либо оценки объемной плотности намотки формируемых сновальных валов, что приводило к появлению угаров при их разматывании на шлихтовальной машине. Другой недостаток рассмотренных устройств управления заключался в отсутствии контроля нагрузки в зоне контакта сновального и уплотняющего валов на электропривод механизма сновального вала, что способно вызывать перегрев электродвигателя в процессе намотки. При этом важно, чтобы в процессе формирования сновальных валов управление электроприводом механизма уплотняющего вала осуществлялось как в функции радиуса намотки, так и в функции ее плотности под контролем нагрузки, возникающей в зоне контактирующих поверхностей намотки и уплотняющего вала.

1.3. Влияние линейной скорости на процесс формирования сновальных валов Одной из главных управляющих переменных, определяющих условия протекания технологического процесса формирования сновальных валов, является линейная скорость их наматывания. В большинстве работ [4,26-30] подчеркнута необходимость стабилизации линейной скорости в процессе намотки сновальных валов, поскольку она находится в непосредственной зависимости с натяжением основы и любые ее вариации могут сопровождаться колебаниями натяжения основы, что приведет к ухудшению качества намотки.

Таким образом электропривод механизма сновального вала должен обеспечивать стабилизацию линейной скорости снования в заданном диапазоне регулирования, уменьшая по мере наработки вала его угловую частоту вращения по гиперболическому закону. Однако применяемые системы электроприводов не обеспечивают требуемую точность поддержания линейной скорости в статических и динамических режимах работы [30], а также необходимые ускорения при пусках сновального вала независимо от его момента инерции. Также необходимо отметить отсутствие глубоких аналитических и экспериментальных исследований в области совершенствования электропривода механизмов сновальной машины [30,32].

Одной из первых систем электропривода механизмов сновальной машины была система “Генератор-Двигатель” (Г-Д), которая была энергоемкой и имела большие габариты и массу, что сопровождалось обеспечивала высокую плавность регулирования линейной скорости, однако точность ее стабилизации была низкой, что и ограничило применение этой системы в сновальных машинах.

На смену системе Г-Д пришел электропривод по системе “Магнитный усилитель - ДПТ”, а затем используемый в настоящее время электропривод постоянного тока с нереверсивным тиристорным преобразователем УКЭ-Л [33], имеющий недостаточную полосу пропускания частот не более 5-7 Гц и электродвигателя на низких заправочных скоростях, а неполная управляемость силовых тиристоров ограничивает его динамику и максимальную скорость.

Кроме этого при пусках с большим моментом инерции сновального вала для обеспечения необходимого ускорения электропривод развивает высокий пусковой момент, что вызывает перегрев электродвигателя и ограничение его производительности. Электропривод постоянного тока также характеризуется низкой надежностью, обусловленной коллекторно-щеточным механизмом двигателя постоянного тока.

сновального вала является использование в качестве измерителя линейной скорости мерильного вала, охватываемого движущейся основой и жестко связанного с валом тахогенератора, включенного в обратную связь системы управления электроприводом. Особенность измерителя линейной скорости представленного участком основы между мерильным и сновальным валами и фрикционной связью между мерильным валом и основой. Так при пусках или остановах сновального вала возникает упруговязкое скольжение в зоне рассогласованию линейной скорости его поверхности и скорости движения основы и увеличению динамической ошибки, вносимой в канал обратной связи системы управления электроприводом.

На процесс формирования сновальных валов при высоких скоростях снования также оказывает влияние аэродинамическое сопротивление нитей основы о воздух. Так в ходе экспериментальных исследований [4] было установлено, что при линейных скоростях свыше 600 м/мин вследствие сопротивления нитей о воздух увеличивается натяжение основы, а образующиеся вихревые потоки существенно влияют на ее структуру. По этой причине для каждого вида пряжи существует некоторый предел скорости, превышать который допустимо только при глубоком исследовании влияния аэродинамического сопротивления и распределения воздушных потоков на натяжение и структуру основы. Экспериментально установлено [4], что при высоких скоростях снования, когда нити основы получают дополнительное натяжение за счет трения о направляющие элементы узлов сновальной машины и за счет аэродинамического трения о воздух, значительно увеличивается неравномерность натяжения основы, что негативно влияет на качество намотки формируемых сновальных валов.

1.4. Влияние натяжения нитей на процесс формирования сновальных валов Натяжение основы также влияет на структуру нитей, качество формируемых сновальных валов и их плотность и определяет условия протекания технологического процесса намотки [36], поэтому в процессе формирования сновальных валов важно обеспечивать его стабилизацию.

Натяжение основы в процессе формирования сновальных валов зависит от ряда переменных, а именно линейной скорости, давления уплотняющего вала, настройки нитенатяжных приборов, а также от случайных факторов, к которым относятся физико-механические свойства основы, структурные и геометрические параметры перематываемых бобин Большинство современных текстильных предприятий решают задачу стабилизации натяжения основы на выходе натяжных приборов, не учитывая его приращение за счет трения основы о поверхность мерильного вала и элементы разделительного рядка, что приводит к увеличению неравномерности натяжения основы [38-40] и изменению структуры формируемых сновальных валов.

конструктивных особенностей и ее физико-механических свойств без учета скольжения достаточно подробно рассмотрено в [41], где получено выражение для расчета натяжения основы F2 за счет ее трения о поверхность мерильного вала:

где F1 – натяжение основы в статике, Н; с – линейная скорость в статике, м/с;

m – угловая частота вращения мерильного вала в статике, рад/с; J м, R м – момент инерции, кг/м2, и радиус мерильного вала, м; – коэффициент трения;

E – модуль упругости основы, Н/м2; S – площадь сечения основы, м2; L – длина участка основы между мерильным и сновальным валами, м.

Анализ выражения (1.1) показывает, что в статике приращение натяжения основы определяется коэффициентом k p и рассогласованием линейных скоростей движения мерильного и сновального валов. В динамике характер взаимодействия основы с мерильным валом определяется постоянными времени T'м, T1, T2, зависящими от его конструктивных параметров, физикомеханических свойств основы и линейных скоростей движения мерильного и сновального валов, а при некоторых граничных значениях модуля упругости основы и линейной скорости снования при пусках можно обеспечить монотонный характер амплитудно-частотной характеристики передаточной функции W(s).

В процессе формирования сновальных валов функцию раскладки нитей основы вдоль образующей сновального вала для более равномерного его заполнения выполняет разделительный рядок. В [42] получено выражение для определения приращения натяжения основы на выходе разделительного рядка:

где m – количество нитей основы; c – радиус сновального вала, м; с – угловая частота вращения сновального вала, рад/с; T – линейная плотность нити, кг/м; – угол между нормалью и нитями основы, рад.

Анализ (1.2) показывает, что приращение натяжения основы при прохождении через разделительный рядок зависит от линейной скорости снования и угла, образуемом нитями и направляющими рядка.

В процессе перематывания нитей с бобин шпулярника натяжение основы также получает приращение за счет трения о направляющие гребенок, причем величина этого приращения определяется скоростью снования, коэффициентом трения о гребенки и углом их охвата основой [43]. Однако экспериментально установлено, что в динамике приращение натяжения основы значительно больше теоретических значений, что обусловлено колебаниями нитей в пролете между гребенками и влиянием аэродинамического сопротивления о воздух [44].

Поэтому для расчета приращения натяжения между гребенками следует учитывать составляющие от действия аэродинамического сопротивления и трения о направляющие гребенок. Так с ростом линейной скорости снования динамическая составляющая натяжения основы возрастает с 98 до 99,5 %, а приращение натяжения за счет трения нитей о гребенки, наоборот, снижается.

В процессе формирования сновальных валов для создания необходимого натяжения используются нитенатяжные приборы [6,7], которые должны иметь широкий диапазон применения, обеспечивать плавную и точную настройку.

Существует большое количество конструкций нитенатяжных приборов [8,45], но наиболее широкое применение на партионных сновальных машинах получили шайбовые натяжные приборы [46]. При централизованном управлении такими нитенатяжными приборами верхняя тормозная шайба находится под постоянным воздействием нажимного вертикального стержня, на верхнем конце которого размещены ограничительные кольца и установочная обойма, при перемещении которой изменяется силовое воздействие пружины на легкую тормозную шайбу. В нижней части стержня располагается упругий элемент, контактирующий с верхней тормозной шайбой, а в нижней шайбе имеется отверстие, через которое удаляется волокнистый пух. Такие нитенатяжные приборы увеличивают неравномерность натяжения нитей на их выходе, но при этом они имеют широкий диапазон применения по линейной плотности пряжи.

Роликовые нитенатяжные приборы относятся к классу устройств, снижающих уровень колебательной составляющей натяжения нити. В этом приборе вращающийся ролик, используемый для регулирования среднего натяжения нити, выполняет функции нитенаправителя, снижающего колебательную составляющую натяжения нити и предотвращающего возникновение поперечных ее колебаний на участках между сновальной машиной и шпулярником [47]. Однако этот нитенатяжной прибор получил ограниченное применении на практике, поскольку имеет небольшой диапазон регулирования.

цилиндрический корпус, внутри которого расположен поршень с вертикальным штоком. На свободном конце штока находится нижняя тормозная шайба для регулирования натяжения нити при ее контакте с верхней подвижной шайбой, а нить при этом проходит по нижней шайбе через направляющую канавку в верхней части штока. К корпусу нитенатяжного прибора подведен шланг, по которому подается сжатый воздух для перемещения поршня на заданную величину при регулировании натяжения нити. Количество воздуха дозируется электромагнитным клапаном, соединенным с устройством управления нитенатяжными приборами, в которое сигналы поступают с датчиков, контролирующих натяжение основы. Такие нитенатяжные приборы позволяют значительно уменьшить неравномерность натяжения основы, однако из-за сложности они получили ограниченное применение.

Также для регулирования натяжения нити может быть использовано устройство, выполненное в форме пневмофорсунки и основанное на регулировании натяжения с помощью аэродинамического сопротивления воздуха [49]. Воздушный поток, подаваемый через штуцер пневмофорсунки, движется в направлении, противоположном движению нити, при этом за счет трения нити о воздух создается дополнительное натяжение. Регулировка натяжения осуществляется путем изменения давления воздуха и длины канала, в котором нить взаимодействует с воздушным потоком. Это устройство имеет существенный недостаток [50], связанный с взаимодействием некрученой пряжи с воздушным потоком, который и ограничивает его использование на практике.

формирования сновальных валов показывает, что для получения качественной намотки основы необходимо стабилизировать натяжение основы и каждой отдельной нити, что представляет значительные трудности в условиях действия возмущений.

1.5. Анализ устройств и способов измерения параметров формируемых сновальных валов Опыт эксплуатации партионных сновальных машин показывает, что для повышения их производительности, снижения материальных и экономических затрат и, соответственно, для улучшения качества формируемых сновальных валов необходимо совершенствовать устройства измерения и контроля параметров намотки. Для партионной сновальной машины в соответствии со схемой технологического процесса выделяют ряд параметров, которые необходимо контролировать в процессе формирования сновальных валов, а именно длину наматываемой основы, радиус и плотность намотки сновального вала.

Для контроля длины наматываемой основы на партионных сновальных машинах используются различные по конструктивным исполнениям устройства, включающие счетчики длины основы и работающие по принципу курвиметра. Их чувствительные элементы в виде мерильного вала [51] или роликов [52] фрикционно связаны с перематываемой основой или с поверхностью сновального вала и совершают вращательные движения. По пройденному чувствительным элементом расстоянию относительно основы вычисляют ее длину с использованием счетчиков, имеющих ряд недостатков.

Так мерильный вал имеет относительно большой момент инерции и недостаточный фрикционный контакт с наматываемой основой, поэтому при пусках и остановах сновального вала может возникать его проскальзывание относительно основы, что вносит погрешность при измерении ее длины. По этой причине в другом приборе [52], имеющем меньший момент инерции, обеспечивается лучший фрикционный контакт измерительных роликов счётчика с поверхностью сновального вала, однако такие ролики накатывают колею на поверхности намотки, что приводит к ухудшению ее качества.

Для измерения длины основы могут также использоваться косвенные способы измерения или механизм уплотняющего вала [53,54]. При косвенном измерении длины величина погрешности зависит от используемой математической модели [55,56]. При использовании устройства со счетчиком измерения длины, установленным на уплотняющем валу, появляется большая погрешность из-за его проскальзывания в начале наработки сновального вала [57]. По этой причине при остановах сновального вала уплотняющий вал отводится от него, а длина основы при этом рассчитывается по углу поворота сновального вала и вычисленному значению его радиуса.

При использовании косвенных способов измерения длины основы измеряется количество оборотов сновального вала и его текущий радиус, а длина основы вычисляется с помощью математических моделей, в качестве которых могут использоваться модели в виде концентрических окружностей [58] или спирали Архимеда [59]. Косвенные способы, используемые для вычисления длины основы, радиуса сновального вала и его плотности, получили развитие в работах Ефремова Е.Д. [53], в которых он использовал математическую модель намотки в виде концентрических окружностей.

Большое число работ по косвенному измерению параметров намотки сновальных валов принадлежит Кутьину Ю.К.. Так в одной из первых его работ в качестве математической модели, отвечающей требованиям непрерывного контроля процесса формирования сновальных валов, принимается спираль Архимеда, связывающая угол поворота сновального вала с его радиусом [60]. Так как величина параметра спирали Архимеда зависит от давления уплотняющего вала и упругих свойств основы, то эта модель может быть использована только как аппроксимирующая функция. При этом необходимо учитывать, что скорость изменения параметра спирали зависит также от процессов деформации основы в поперечном направлении и рассеяния ее витков в процессе раскладки распределительным рядком, поэтому даже при наматывании основы одного вида параметр спирали изменяется, обусловливая дополнительную погрешность измерения [61]. Поэтому при использовании аппроксимирующей функции было предложено учитывать эффект сжатия намотки, используя динамическую спираль Архимеда, включающую дополнительно нелинейную функцию, учитывающую деформацию внутренних слоев сновального вала [62] и позволившую уменьшить погрешность вычисляемых параметров намотки.

Для измерения радиуса формируемых сновальных валов в партионных сновальных машинах используются устройства, содержащие датчики угловых или линейных перемещений, среди которых наибольшее применение получили реостатные и оптоэлектронные датчики. При разработке таких устройств необходимо учитывать сложный характер взаимодействия чувствительного элемента датчика с намоткой сновального вала, поскольку любые локальные изменения радиуса намотки в зоне установки чувствительного элемента, вызванные ее бугристостью, создают дополнительную погрешность измерения радиуса. По этой причине наибольшее распространение получили бесконтактные оптоэлектронные датчики.

Для измерения плотности сновальных валов в настоящее время широкое применение получили косвенные способы измерения с помощью математических моделей [5]. Однако при их использовании было выявлено [5], что в процессе формирования сновальных валов плотность намотки уменьшается по гиперболическому закону. Поэтому для ее стабилизации используют различные устройства управления механизмом уплотняющего вала [23,24,17-21]. Одно из таких устройств содержит копир, профиль которого выбирается так, чтобы обеспечить необходимый закон изменения давления в зоне контакта сновального и уплотняющего валов [63]. Это устройство не получило широкого применения на практике, так как оно содержит большое количество шарнирных соединений, снижающих точность регулирования давления в контактной паре валов. Поэтому было предложено устройство, конструктивно выполненное в виде дисковых кулачков с закрепленными на них грузами, а необходимый уровень давления между уплотняющим и сновальным валами обеспечивался выбором соответствующего профиля кулачков [64].

Проведенный анализ устройств и методов измерения параметров формируемых сновальных валов показывает, что в процессе снования целесообразно контролировать эти параметры как с помощью датчиков, так и косвенно по математической модели. Такой подход оказывается достаточно эффективным, поскольку позволяет контролировать недоступные для измерения параметры, например, плотность намотки сновальных валов. На его основе разрабатываются различные алгоритмы и устройства управления механизмом уплотняющего вала, которые могут быть построены в функции стабилизации радиуса сновального вала, его плотности или длины основы.

1.6. Формирование требований к проектируемой системе электропривода механизмов сновальной машины Процесс совершенствования электропривода механизмов сновальной машины обусловливается необходимостью снижения материальных и экономических затрат на эксплуатацию сновального оборудования, повышением его производительности, улучшением энергетических показателей и качества намотки сновальных валов. Кроме этого в процессе формирования сновальных валов в условиях действия возмущений на процесс намотки должен быть обеспечен режим координированного управления электроприводами механизмов сновального и уплотняющего валов с целью стабилизации плотности сновальных валов, их текущего и конечного радиусов и длины наматываемой основы. Поэтому к проектируемой системе электропривода механизмов сновальной машины предъявляются следующие требования:

1. Стабилизация заданной линейной скорости движения нитей ткацкого навоя независимо от текущего радиуса намотки сновального вала.

2. Стабилизация натяжения основы в процессе формирования сновальных валов.

3. Автоматический останов электропривода при обрыве нитей основы или окончании наматывания сновального вала.

4. Плавный пуск и останов сновального вала в рабочем или заправочном режимах и диапазон регулирования линейной скорости не менее D=20.

5. Нечувствительность регуляторов системы электропривода к вариациям параметров намотки сновальных валов.

6. Автоматический режим координированного управления движением механизмов сновального и уплотняющего валов в соответствии с заданным алгоритмом намотки.

7. Удобство контроля и мониторинга рабочих параметров формируемых сновальных валов (количество оборотов сновального вала, его радиус, плотность, длина основы и другие).

Кроме этого система электропривода должна обеспечивать защиту от аварийных режимов работы и включать:

1. Максимально-токовую и температурную защиты силовых элементов электропривода.

2. Время-токовую и температурную защиты электродвигателя механизма сновального вала для исключения его перегрева.

электропривода и ошибок системы управления, контролирующей работу его датчиков, регуляторов и процессоров.

4. Защиту от потери токового сигнала с тахогенератора, выполняющего функцию датчика линейной скорости.

Таким образом система электропривода механизмов сновальной машины, отвечающая рассмотренным требованиям, позволит улучшить технические, энергетические и экономические показатели сновального оборудования, а также обеспечить идентичность параметров формируемых сновальных валов и, соответственно, снижение угаров основы при ее шлихтовании.

1.7. Выводы 1. В результате анализа процесса формирования сновальных валов, как исследуемого объекта управления, установлены его входные и выходные координаты, к первым из которых следует отнести линейную скорость основы, ее натяжение и давление уплотняющего вала, а ко вторым плотность формируемой паковки, ее радиус и длину намотанной основы. Реализация процесса намотки обеспечивается взаимосвязанными технологическим процессом электроприводами механизмов уплотняющего и сновального валов.

2. На основе анализа конструкций партионных сновальных машин и опыта применения шагового, асинхронного двигателей и электромагнитной муфты в электроприводе механизма уплотняющего вала установлено его существенное влияние на процесс намотки и нагрузку электропривода механизма сновального вала.

3. Используемая в настоящее время для механизма сновального вала система электропривода постоянного тока не удовлетворяет требованиям надежности, статической и динамической точности процесса формирования сновальных валов.

4. В результате аналитического обзора конструкций нитенатяжных приборов, влияния на натяжение основы случайных внешних факторов в виде сил трения о направляющие элементы и воздух установлена необходимость анализа взаимной связи натяжения основы и отдельной нити с целью координирующего управления электродвигателями уплотняющего и сновального валов.

5. Показана целесообразность координирующего управления электроприводами сновального и уплотняющего валов на основе комплексного использования как датчиков радиуса намотки и длины наматываемой основы, так и математической модели процесса намотки.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМОВ

ФОРМИРОВАНИЯ СНОВАЛЬНЫХ ВАЛОВ

2.1. Анализ электроприводов постоянного и переменного тока механизма сновального вала В обеспечении необходимого качества формирования сновальных валов значительную роль играет электропривод механизмов сновальной машины, совершенствующийся по мере возрастания технологических требований к процессу намотки и развития его элементной базы. Использование электромашинного усилителя [65] в качестве регулируемого источника питания приводного электродвигателя постоянного тока, магнитного усилителя [39], а в последнее время управляемого тиристорного преобразователя позволило непрерывно совершенствовать электропривод механизма сновального вала и его технические характеристики. Распространению электропривода постоянного тока в партионных сновальных машинах способствовали микросхемотехники и техники автоматизации, позволившие получить в последние десятилетия высокие показатели качества регулирования.

В настоящее время в легкой промышленности широко используется комплектный электропривод типа УКЭ-Л с нереверсивным тиристорным управляемым выпрямителем, понижающим силовым трансформатором и аналоговой системой управления [33] (рис. 2.1). Система управления электроприводом построена по принципу подчинённого регулирования координат с ПИ-регуляторами тока, линейной и угловой скорости, задатчиком линейной скорости (ЗТП) и задатчиком интенсивности (ЗИ). Задатчик интенсивности ограничивает электромагнитный пусковой момент, обеспечивает плавность пуска и задает необходимый темп разгона и торможеB, 50 Гц

ЗТП ЗИ СИФУ

Uref U1 Регулятор Uзс U2 Регулятор Uзт Регулятор Uу Рис. 2.1. Функциональная схема электропривода постоянного тока механизма сновального вала с преобразователем типа УКЭ-Л ния сновального вала в соответствии с требованиями технологического процесса. Внутренний контур тока, в канале обратной связи которого установлен датчик тока (ДТ), является подчинённым по отношению к контурам угловой и линейной скорости и самым быстродействующим, благодаря чему электропривод быстро отрабатывает скачкообразные изменения напряжения сети. Обратная связь по угловой скорости электродвигателя М механизма установленного на валу этого двигателя, а обратная связь по линейной скорости – с помощью тахогенератора BR2, кинематически связанного с мерильным валом 2, приводимом во вращение наматываемой основой. Наличие внешнего контура регулирования линейной скорости позволяет обеспечивать ее стабилизацию за счет снижения напряжения задания по гиперболическому закону пропорционально увеличению радиуса сновального вала. В режиме пуска электропривода механизма сновального вала напряжение задания через задатчик интенсивности подается на вход регулятора линейной скорости, а по мере разгона электродвигателя сновального вала возрастают сигналы обратной связи с тахогенераторов BR1 и BR2, что приводит к уменьшению ошибок рассогласования напряжений U1 и U2 и выходу системы в установившийся режим.

Для управления трёхфазным тиристорным управляемым выпрямителем используется система импульсно-фазового управления (СИФУ) с оптронной развязкой. В основу регулирования СИФУ положен вертикальный принцип управления, при котором формирование управляющего импульса производится в момент сравнения опорного пилообразного напряжения с напряжением управления. Изменение величины напряжения управления приводит к изменению фазы управляющего импульса, что определяет угол отпирания силовых тиристоров и напряжение питания электродвигателя механизма сновального вала.

В настоящее время использование электропривода постоянного тока для механизма сновального вала оказывается неэффективным, поскольку эта система имеет недостаточную полосу пропускания не более 5-7 Гц, не обеспечивает требуемую точность стабилизации линейной скорости и необходимые ускорения сновального вала при пусках, что обусловливает повышенную обрывность нитей основы. Сравнительно высокий момент инерции механизма сновального вала требует большой кратности пускового момента для обеспечения заданного ускорения, что вызывает перегрев электродвигателя постоянного тока и ограничение производительности сновального оборудования. Кроме этого электропривод постоянного тока не обеспечивает необходимый вращающий момент на низких заправочных скоростях и включает ненадежный электродвигатель постоянного тока, нуждающийся в частом обслуживании. Недостатком аналоговой системы управления является нестабильность ее характеристик при изменении внешних климатических или механических возмущений.

Недостатки электропривода устраняют заменой тиристорных преобразователей транзисторными [66], а также установкой специальных электродвигателей постоянного тока с неподвижным коллектором, дополнительными вращающимися щетками и кольцами на валу. Однако такие обращенные электродвигатели сложны в производстве, эксплуатации и не устраняют главный недостаток двигателей постоянного тока, связанный с необходимостью обслуживания щеточного аппарата. Другой недостаток регулируемого электропривода постоянного тока заключается в ограничении его максимальной скорости из-за условий коммутации силовых тиристоров и тепловых потерь на коллекторе.

Альтернативой тиристорному электроприводу постоянного тока может быть надежный асинхронный электропривод переменного тока, позволяющий исключить щеточно-коллекторный узел, контактные кольца и постоянные магниты, снизить затраты на эксплуатацию, ремонт или замену электродвигателя, исключить коммутационные ограничения по скорости и току. Кроме этого использование асинхронного электропривода позволяет исключить датчик обратной связи по частоте вращения электродвигателя, обеспечить удобство контроля и диагностики параметров электропривода в рабочем или аварийных режимах.

Асинхронный электропривод, как правило, выполняется на базе трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем (НВ) и автономным инвертором напряжения (АИН) [67,68], работающим в режиме ШИМ с частотой не менее 1 кГц (рис. 2.2). На выходе выпрямителя установлен LCфильтр для сглаживания выпрямленного напряжения Ud и балластный резистор Rт, рассеивающий энергию в режиме торможения электропривода и управляемый тормозным прерывателем Кт. На выходе преобразователя формируется напряжение регулируемой амплитуды и частоты, подаваемое на обмотки статора электродвигателя. Используя сигналы обратной связи по току и напряжению, система управления вычисляет неизмеряемые переменные и регулирует частоту вращения электродвигателя.

Рис. 2.2. Структура преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем и Принято различать частотный и векторный способы управления преобразователей энергии полупроводниковые преобразователи частоты. При частотном управлении реализуется один из законов частотного управления, а на выходе системы управления формируются задания по частоте и амплитуде выходного напряжения преобразователя частоты [67,69,70]. Как правило, частотный способ управления используется в электроприводах, не предъявляющих повышенных требований к энергетическим показателям системы, ее статическим и динамическим характеристикам. В связи с этим целесообразней использовать систему векторного управления асинхронным электроприводом механизма сновального вала с ориентацией переменных по вектору потокосцепления ротора для обеспечения раздельного управления потокосцеплением намагничивания и моментом электродвигателя или его угловой частотой вращения [68].

Функциональная схема системы векторного управления асинхронным электроприводом механизма сновального вала с ориентацией координат по потокосцеплению ротора приведена на рис. 2.3. Система управления построена по принципу подчиненного регулирования координат во вращающейся системе координат d,q. На входах ПИ-регуляторов реактивной (РТ Id) и активной (РТ Iq) составляющих тока статора сравниваются между собой сигналы задания токов Isd, Isq и их истинные значения I d, I q.

Рис. 2.3. Функциональная схема асинхронного электропривода механизма сновального вала с векторной системой управления Для обеспечения независимого управления потокосцеплением ротора и скоростью электродвигателя в структуру системы управления включен блок компенсирующий перекрестные связи путем введения на вход преобразователя координат ПК d, q, таких же перекрестных связей, как в структуре электродвигателя, но взятых с обратными знаками. Блок ПК d, q, выполняет преобразование проекций напряжения статора из вращающейся системы координат d, q в неподвижную систему координат,, компенсируя запаздывание, вносимое системой управления. В структуру наблюдателя состояния включен блок обратного преобразования координат токов статора из системы координат A, B, C в систему d, q. Векторный модулятор (ВМ) преобразует напряжения статора U z, U z, заданные в системе координат,, в импульсы управления ключами инвертора напряжения U y1 U y6 на основе метода векторного формирования ШИМ [71-73]. Внешним по отношению к контуру тока является контур регулирования противо-ЭДС с ПИId регулятором РЕ, на выходе которого формируется сигнал задания проекции тока статора I sd. На входе регулятора сравниваются сигнал задания ЭДС E r и его истинное значение E r, вычисленное в блоке наблюдателя состояния.

Ограничение выходного сигнала регулятора ЭДС осуществляется из условия формирования в первой зоне регулирования скорости номинального потокосцепления ротора и задается на уровне номинального тока намагничивания. Внешним по отношению к контуру регулирования тока статора I q является контур регулирования угловой скорости электродвигателя с ПИ-регулятором РС, на входе которого сравниваются выходной сигнал с регулятора линейной скорости и сигнал обратной связи r, вычисленный в модели наблюдателя состояния. Ограничение выходного сигнала регулятора скорости рассчитывается исходя из заданной кратности перегрузки привода по току, обычно составляющей (1,5 2)I н. Контур регулирования линейной скорости с ПИД-регулятором РТП замкнут по сигналу обратной связи с тахогенератора BR. На входе этого контура действует задатчик интенсивности (ЗИ), обеспечивающий ограничение пускового момента и плавный характер разгона и торможения электродвигателя механизма сновального вала.

2.2.

электропривода механизма сновального вала В сновальном оборудовании механизм мерильного вала выполняет функцию измерения и контроля линейной скорости наматывания сновальных электропривода механизма сновального вала осуществляется за счет внешнего контура с ПИД-регулятором, на один из входов которого поступает сигнал задания, а на другой – сигнал обратной связи с тахогенератора, кинематически связанного с мерильным валом. Проанализируем влияние измерителя линейной скорости на характеристики электропривода механизма сновального вала, мерильным и сновальным валами (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Функциональная схема зоны деформации основы между Введем следующие обозначения (рис. 2.4): F, F2, 1, 2 – натяжения и относительные деформации основы до мерильного вала и в зоне деформации;

Fсм – сила трения в подшипниках мерильного вала, Н; м, c – линейные скорости мерильного и сновального валов, м/с; L – длина основы в зоне деформации, м; м, c – радиусы мерильного и сновального валов, м.

Зона деформации [4] включает мерильный вал 1, жестко связанный с валом тахогенератора BR, измеряющего линейную скорость c наматываемой на сновальный вал 3 основы 2, клиноременный редуктор i p, связывающий асинхронный электродвигатель и сновальный вал, и, соответственно, систему управления асинхронным электроприводом механизма сновального вала. В процессе анализа примем допущения [74], считая, что процесс деформации основы подчиняется закону Гука и протекает в области положительных натяжений, а также отсутствуют поперечные и продольные колебания основы.

Составим уравнение материального баланса основы в зоне деформации для промежутка времени dt, учитывая, что длина недеформированной основы в деформированной основы, м. Тогда количество входящей в зону и выходящей материального баланса основы в зоне деформации примет вид [75-77]:

Учитывая допущение об абсолютной упругости основы, при делении левой и правой части (2.1) на dt получим:

Без существенной ошибки при малых значениях 1, 2, уравнение (2.2) можно линеаризовать и с достаточной точностью рассматривать скорости c, м, стоящие перед удлинениями 1, 2, как постоянные коэффициенты, приняв для удобства дальнейших расчетов м c k 1. Учитывая также соотношение, связывающее натяжение основы и ее деформацию, F E, получим:

где E – модуль упругости основы, Н/м2; Tc Lk – постоянная времени, с.

Пренебрегая скольжением основы относительно поверхности мерильного вала, запишем дифференциальное уравнение его вращательного движения [41]:

где м – угловая скорость вращения мерильного вала, рад/с; J м – момент инерции мерильного вала, кгм2.

Применяя к выражениям (2.3), (2.4) преобразование Лапласа [78] и преобразуя их, получим передаточные функции:

где Tм J м м – механическая постоянная времени, кгм; r – угловая частота вращения асинхронного электродвигателя механизма сновального вала, рад/с.

Условие упругого скольжения основы относительно поверхности мерильного вала представим в виде [79]:

или где f п – коэффициент трения покоя.

относительно мерильного вала, тогда:

или где f с – коэффициент трения скольжения.

Коэффициенты трения покоя и скольжения в выражениях (2.10), (2.12) зависят от конструктивных параметров мерильного вала, действующих натяжений и угла охвата мерильного вала наматываемой основой. Объединяя уравнения (2.5) – (2.8) и условия (2.10), (2.12), получим структурную схему зоны деформации основы в области между мерильным и сновальным валами, учитывающую упругое скольжение основы относительно мерильного вала (рис.

2.5).

Рис. 2.5. Структурная схема зоны деформации основы между мерильным и Анализ условий (2.10), (2.12) показывает, что зона деформации основы в области мерильного и сновального валов представляет собой систему с нелинейной структурой, обусловленной фрикционной связью мерильного вала и основы и выполняющей функцию управления каналом, по которому передается сигнал в соответствии с этими условиями. При этом мерильный вал совместно с вязкоупругой основой образует динамическую систему, частотные свойства которой определяются физико-механическими параметрами основы и конструктивными характеристиками вала.

Структурная схема асинхронного электропривода механизма сновального вала приведена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Структурная схема системы асинхронного электропривода Здесь система векторного управления асинхронным электродвигателем построена на основе преобразователя частоты серии ЭПВ, реализована по принципам подчиненного регулирования и включает регуляторы компонент электродвигателя и линейной скорости сновального вала, а также задатчик интенсивности, реализующий линейный закон изменения задания линейной скорости. Параметры регуляторов системы “Асинхронный электропривод – механизм сновального вала” рассчитаны на основе методики [68,79,80] и преобразования энергии (ЭМП) в асинхронном электродвигателе, записанные во вращающейся ортогональной системе координат d,q при ориентации переменных по вектору потокосцепления ротора, уравнения прямого и обратного преобразования координат, модели роторной цепи и блока компенсации приведены в Приложении 2.2.

На основе структур, представленных на рис. 2.5, 2.6, получены переходные процессы линейных скоростей движения мерильного и сновального валов, натяжения основы, угловой скорости сновального вала и момента асинхронного электродвигателя электропривода механизма сновального вала, построенные при начальных параметрах намотки и разных постоянных времени задатчика интенсивности (рис. 2.7, 2.8). Анализ приведенных кривых показывает, что интенсивный пуск электропривода с постоянной времени задатчика интенсивности T1 5 c приводит к недопустимому увеличению натяжения основы и рассогласованию линейных скоростей мерильного и сновального валов. Такой режим пуска сопровождается повышенной обрывностью нитей основы и ухудшает качество формируемых сновальных валов. В связи с этим целесообразно увеличивать время пуска механизма сновального вала, что наглядно показывают временные диаграммы на рис. 2.8, где пуск с постоянной времени задатчика интенсивности T2 10 c позволяет значительно уменьшить динамическую ошибку регулирования и натяжение основы. В установившемся режиме работы статическая ошибка по линейной скорости сновального вала обусловливается наличием статических моментов нагрузки механизмов сновальной машины. В режиме торможения сновального вала наблюдается недопустимое ослабление натяжения основы в зоне деформации между мерильным и сновальным валами, а затем его увеличение до натяжения на шпулярнике, что также негативно влияет на качество основы и сопровождается увеличением ее вытяжки.

Рис. 2.7. Переходные процессы асинхронного электропривода механизма сновального вала при постоянной времени задатчика интенсивности Т1=5 c Рис. 2.8. Переходные процессы асинхронного электропривода механизма сновального вала при постоянной времени задатчика интенсивности Т2=10 c 2.3.

характеристики электропривода механизма сновального вала динамические характеристики электропривода механизма сновального вала могут оказывать влияние вариации параметров намотки, к которым относятся момент инерции сновального вала, модуль упругости и постоянная времени натяжения основы, а также коэффициент обратной связи по линейной скорости.

электропривода к вариациям этих параметров.

Так как структура асинхронного электропривода является нелинейной, то для поиска функций чувствительности линеаризуем систему с учетом общепринятых допущений [68]:

– ориентация векторов электромагнитных переменных по вектору потокосцепления ротора выполнена идеально;

– не изменяется ток цепи намагничивания;

– передаточная функция преобразователя частоты по напряжению приближенно описывается апериодическим звеном:

где k пч – коэффициент передачи преобразователя частоты; Tт – период модуляции, с; U q (s) – изображение по Лапласу проекции вектора напряжения по оси q на выходе преобразователя частоты.

– учитываем электромагнитные процессы в статорной цепи асинхронного электродвигателя и считаем, что он описывается апериодическим звеном [68]:

где Ts L s R s – постоянная времени статорной обмотки, с; 1 L m – коэффициент рассеяния.

– в контуре угловой скорости обеспечивается астатизм к постоянному возмущению;

– при синтезе регулятора ЭДС считаем, что трансформаторная составляющая ЭДС существенно меньше ЭДС вращения;

– пренебрегаем влиянием упругого скольжения основы относительно поверхности мерильного вала;

векторного управления АД.

регулирования электропривода до значения D=10, что обеспечивает удобство реализации и настройки замкнутых контуров регулирования координат с оптимизацией их динамических характеристик и свойств.

С учетом сделанных допущений и передаточных функций регуляторов, приведенных в Приложении 2.1, на рис. 2.9 представлена структура асинхронного электропривода механизма сновального вала.

Рис. 2.9. Структурная схема линеаризованной системы асинхронного Динамику контура регулирования активной составляющей тока статора можно приблизительно описать апериодическим звеном с передаточной функцией:

Тогда на основе структурных схем, приведенных на рис. 2.5, 2.9, получим сновального вала на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Преобразованная структурная схема линеаризованной системы асинхронного электропривода механизма сновального вала Применяя правила преобразования структурных схем и передаточных структурную схему (рис. 2.10) к виду, представленному на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Структурная схема линеаризованной системы асинхронного Определим передаточную функцию W2 s :

Так как коэффициент b 3 полинома знаменателя (2.16) определяется кубической степенью малой постоянной времени контура угловой скорости, поэтому приближенно динамику этого контура можно описать звеном второго порядка с передаточной функцией:

Определим передаточную функцию W3 s :

Для анализа влияния вариаций параметров намотки на характеристики электропривода воспользуемся функцией чувствительности вида [83]:

где n – варьируемый параметр; Wз (s) – передаточная функция замкнутой системы электропривода.

Определим передаточную функцию разомкнутой системы:

замкнутой системы электропривода:

Учитывая полосу пропускания электропривода механизма сновального вала и значения коэффициентов полиномов числителя и знаменателя передаточной функции (2.21), редуцируем ее передаточной функцией третьего порядка:

Возможность замены передаточной функции (2.21) редуцированной передаточной функцией третьего порядка (2.22) покажем, рассчитав и построив амплитудно-частотные характеристики электропривода механизма сновального вала в среде MATHCAD (рис. 2.12). Распечатка MATHCAD-листинга, где передаточных функций (2.21), (2.22), приведена в Приложении 2.3.

На основе полученных амплитудно-частотных характеристик определены передаточным функциям, [3] 9,62 рад / с, п 9,65 рад / с, резонансные частоты [р3] 7,32 рад с, р 7,34 рад с и частоты среза [3] 8,95 рад / с, Рис. 2.12. Амплитудно-частотные характеристики Wз s, Wз[3] s замкнутой редуцированной Wз 3] s передаточных функций близкое совпадение в области полосы пропускания. Поэтому для исследования чувствительности электропривода к вариациям параметров намотки допустимо использовать редуцированную передаточную функцию третьего порядка.

На основе выражения (2.19) получим функцию чувствительности электропривода к вариации момента инерции сновального вала:

Определим пределы функции чувствительности (2.23):

Аналогично определим функции чувствительности электропривода к вариациям коэффициента передачи обратной связи по линейной скорости, модуля упругости и постоянной времени основы:

Также рассчитаем пределы функций чувствительности (2.25) – (2.27):

электропривода к вариациям рассматриваемых параметров в начале (рис. 2.13) и в конце намотки сновального вала (рис. 2.14) построены на основе данных, приведенных в Приложении 2.1.

Частотные характеристики функций чувствительности, приведенных на рис. 2.13, 2.14, наглядно показывают влияние вариаций параметров намотки на механизма сновального вала. Так наибольшее влияние на статические характеристики электропривода оказывают вариации коэффициента обратной связи по линейной скорости, который зависит от упруговязкого скольжения основы относительно поверхности мерильного вала и коэффициента передачи тахогенератора. Вариации других параметров намотки на статические характеристики электропривода существенного влияния не оказывают.

Рис. 2.13. Амплитудно-частотные характеристики функций чувствительности электропривода в начале процесса намотки Рис. 2.14. Амплитудно-частотные характеристики функций чувствительности электропривода в конце процесса намотки На динамические характеристики влияют вариации практически всех параметров в начале намотки, за исключением момента инерции сновального вала. При этом функции чувствительности достигают наибольших значений на резонансной частоте, лежащей в пределах полосы пропускания ( 10 рад с ).

Также необходимо отметить, что в процессе формирования сновальных валов желательно обеспечивать постоянство коэффициента обратной связи по линейной скорости, так как в пределах полосы пропускания его вариации электропривода.

2.4. Влияние уплотняющего вала на нагрузку электропривода механизма сновального вала В процессе формирования сновальных валов в зоне взаимодействия уплотняющего вала и намотки возникают нормальные и касательные напряжения (рис. 2.15). При этом намотка, расположенная под зоной контакта находится в объемном напряженном состоянии, так как сжатие в направлениях по касательной и нормали к площади контакта вызывает расширение объема намотки в направлениях, параллельных и перпендикулярных этой площади.

Распределение этих напряжений вдоль дуги контакта по определенному закону определяется деформационными свойствами контактирующих поверхностей сновального и уплотняющего валов [109].

Рис. 2.15. Распределение нормальных и касательных напряжений в зоне составляющих напряжения по дуге контактирующих поверхностей намотки и уплотняющего вала; N – усилие реакции намотки на силовое давление уплотняющего вала; – угол между нормалью и границами дуги контакта.

В состоянии покоя на элементарную площадку контакта уплотняющего вала и намотки действует нормальная сила, определяемая давлением, создаваемым уплотняющим валом:

где L у, у – длина и радиус уплотняющего вала, м.

составляет или, принимая угловые границы дуги контакта, имеем где Ty – касательная составляющая силы по оси y.

вертикальной составляющей касательных сил, и считая, что cos 1 и n() const, получим При однородном и изотропном материале контактирующих поверхностей сновального и уплотняющего валов и больших их размерах по сравнению с величиной площадки контакта в соответствии с законом Герца напряжения распределяются по эллиптическому закону, при этом максимальная величина нормального напряжения составляет [110]:

В общем случае распределение нормальных напряжений в зависимости от угла в пределах дуги контактирующих поверхностей уплотняющего вала и намотки не подчиняется эллиптическому закону, поэтому на практике используются параболический, гармонический или показательный законы распределения напряжений [111,112], причем для полной нагрузки они выражаются однотипными формулами, отличающимися лишь численными коэффициентами. При вращении сновального вала и отсутствии сопротивления на оси уплотняющего вала нормальные и касательные напряжения в зоне контакта распределяются по гармоническому закону (рис. 2.16).

На рис. 2.16: b – полуширина дуги контакта уплотняющего вала и намотки; a – глубина проникновения уплотняющего вала в намотку; T1, T2 – касательные усилия в крайних точках дуги контакта уплотняющего вала и намотки.

Рис. 2.16. Нормальные и касательные напряжения в зоне контакта намотки и уплотняющего вала при использовании гармонического закона распределения Полуширина дуги контакта определяется выражением [110]:

у, н – коэффициенты Пуассона уплотняющего вала и намотки; Е у, Е н – модули продольной упругости уплотняющего вала и намотки, Н/м.

Учитывая, что Е у Е н, получим:

При известном значении b общее сближение валов составляет или раскладывая (2.38) по степеням параметра b и пренебрегая составляющими выше 4 порядка, получим При гармоническом распределении напряжений имеем [109]:

где t1, t 2, t max – распределения касательных напряжений под дуге контакта, амплитудное значение напряжения, Н/м.

Моменты от касательных сил T1, T2 определяются выражениями [109]:

при этом результирующий момент и момент нагрузки на валу электродвигателя механизма сновального вала составляют Амплитуда распределения касательных напряжений определяется соотношением:

где fк a – коэффициент трения качения уплотняющего вала по деформируемой поверхности намотки.

Анализ (2.43) показывает, что коэффициент трения, возникающий при качении уплотняющего вала относительно сновального вала, определяет амплитуду касательных напряжений и зависит от глубины проникновения уплотняющего вала в намотку в функции силового давления в зоне контакта валов и упругих свойств основы.

Тогда, используя (2.35), (2.39), (2.43) и подставляя их в (2.42), получим расчетное выражение для момента нагрузки от действия уплотняющего вала:

Анализ (2.44) показывает, что при постоянном давлении на намотку, создаваемым механизмом уплотняющего вала, момент сопротивления на валу электродвигателя механизма сновального вала зависит от текущего радиуса намотки и ее упругих свойств, то есть от модуля упругости и отношения поперечной и продольной деформаций.

2.5. Исследование процессов деформации основы и нити в зонах перематывания в условиях действия на процесс намотки параметрических возмущений В общем случае движение основы в зависимости от конструктивных особенностей механизмов сновальной машины может сопровождаться растяжением, продольными и поперечными колебаниями, резонансными явлениями, обусловленными параметрами нитей, их длиной и действием периодических внешних возмущений [4,84,85]. При этом натяжение нити в зоне деформации в значительной степени определяется нитенатяжным прибором (НП), силой аэродинамического трения и силами трения нити о направляющие устройства.

Для упрощения анализа будем рассматривать процессы деформации нити в области положительных натяжений ( F1 0, F2 0 ) при отсутствии ее аэродинамического трения о воздух, известной зависимости силы трения в поперечными и продольными колебаниями.

асинхронного электродвигателя механизма сновального вала при условии пренебрежения потерями в электроприводе создается натяжением основы и может быть представлен как произведение радиуса намотки на количество нитей и некоторое среднее натяжение одной нити. В процессе пуска электропривода или при отработке им возмущений сновальный и мерильный обусловливает переходный процесс натяжения каждой отдельной нити, определяемый индивидуальными условиями ее транспортирования через НП и действующими на нее силами трения.

Таким образом натяжение основы, отнесенное к количеству нитей является некоторым средним для всех нитей натяжением, а изменение натяжения одной нити может рассматриваться как отклонение от этого среднего значения, обусловленное условиями ее транспортирования.

Рассмотрим переходные процессы в зонах деформации нити 1 (рис. 2.17), включающих сновальный 2 и мерильный 4 валы, нитенатяжной прибор (НП) 3.

Рис. 2.17. Зоны деформации нити между нитенатяжным прибором и Здесь 0 – линейная скорость движения нити на выходе НП, м/с; F0, 0 – натяжение и относительное удлинение нити на входе НП, Н; Fтр f (0 ) – сила трения нити в НП, Н; L1 – длина нити в зоне деформации между НП и мерильным валом, м.

Учитывая принятые допущения и используя выражение (2.6), запишем передаточную функцию, связывающую изображения натяжения нити и рассогласования линейных скоростей ее движения в зоне деформации между НП и мерильным валом:

где E 0 – модуль упругости нити, Н/м; Tc1 L1k – постоянная времени нити в зоне деформации между НП и мерильным валом, с.

Примем уравнения математической модели нитенатяжного прибора в виде [86]:

где 0 – постоянный коэффициент, определяемый настройкой НП; H нп (s) – передаточная функция НП; Fтр (s) – составляющая натяжения нити на выходе НП за счет силы трения, представленной в функции линейной скорости, Н;

k, b, – коэффициенты передачи, демпфирования и собственная частота колебаний НП.

Из (2.46) линейная скорость движения нити на выходе НП Передаточная функция, связывающая изображения рассогласования линейных скоростей движения нити и ее натяжения в зоне деформации между мерильным и сновальным валами аналогична передаточной функции (2.6):

Структурная схема, построенная на основе передаточных функций (2.45), (2.47), (2.48), транспортирования, приведена на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Структурная схема зоны деформации нити представлены передаточными функциями, аналогичными (2.5) – (2.8), (2.45) – (2.46), (2.48). На рис. 2.19 представлена структурная схема зоны деформации основы в системе электропривода с учетом инерционности мерильного вала и упругого скольжения основы по его поверхности [79].

Рис. 2.19. Структурная схема зоны деформации основы натяжением основы, Нм; M c (s) – сумма моментов сопротивления механизмов сновальной машины, Нм.

На основе структурной схемы, приведенной на рис. 2.19, определим передаточные функции, связывающие линейные скорости в зонах деформации структурную схему в виде на рис. 2.20.

Рис. 2.20. Линеаризованная структурная схема зон деформации основы При использовании алгоритма свертывания Мейсона передаточная функция между изображениями линейных скоростей с (s) и 0 (s) запишется в виде [76,87]:

или H 33 (s) После преобразования выражения (2.50) имеем В статике линейные скорости с и 0 будут связаны соотношением Анализ выражения (2.52) показывает, что в статике линейная скорость движения основы до мерильного вала определяется некоторым средним значением коэффициента 2 и упругостью основы.

Аналогично запишем передаточную функцию относительно линейных скоростей сновального c (s) и мерильного м (s) валов:

После преобразования выражения (2.53) имеем В статике линейные скорости с и м будут связаны соотношением:

Выражение (2.55) наглядно показывает, что в статике и динамике рассогласование линейных скоростей мерильного и сновального валов отсутствует, если на систему не действует внешнее возмущающее воздействие Fсм и отсутствует проскальзывание между основой и поверхностью мерильного вала. При этом величина динамической ошибки зависит от ускорений при пусках механизма сновального вала, механических параметров мерильного вала, фрикционных свойств поверхностей трения и упругих свойств основы.

Передаточная функция между рассогласованием линейных скоростей мерильного и сновального валов и силой статического сопротивления движению механизма мерильного вала запишется в виде:

В статике ошибка регулирования и усилие сопротивления Fсм механизма мерильного вала будут связаны соотношением:

которое показывает, что ошибка зависит от текущей линейной скорости намотки, статической силы сопротивления движению механизма мерильного вала и модуля упругости основы.

обеспечивает заданную линейную скорость движения основы, которая определяет переходный процесс каждой нити, имеющей индивидуальные параметры и условия транспортирования. В связи с этим структурные схемы процессов деформации нити (рис. 2.18) и основы (рис. 2.19) могут быть объединены в общую структурную схему (рис. 2.21), на входе которой дополнительно установлен задатчик интенсивности. Анализ переходных процессов выполним на основе параметров намотки, механизмов сновальной машины и регуляторов асинхронного электропривода механизма сновального вала, приведенных в Приложениях 1.1, 2.1, а также дополнительных Рис. 2.21. Структурная схема процессов деформации нити и основы в электроприводе механизма сновального вала На рис. 2.22 приведены результаты расчета в MatLab simulink переходных процессов натяжений основы F '1, F' 2 (рис. 2.22, а) и нити F1, F2 в начале намотки при различной настройке НП ( k 1, b 0,1, 1 – рис. 2.22, б, k 0,5, b 0,5, 1 – рис. 2.22, в). Здесь приняты постоянные времени задатчика интенсивности T1 2,5 c и T2 20 c. Анализ переходных процессов Рис. 2.22. Переходные процессы натяжений основы F'1, F' 2 и нити F1, F наглядно показывает, что интенсивный пуск приводит к росту динамических составляющих натяжений основы F'2 и нити F2 (рис. 2.22, а,б,в, кривые 1) в зоне мерильного вала. При этом увеличение длительности пуска сопровождается снижением броска натяжений F ' 2 и F2 (рис. 2.22, а,б,в, кривые 2). Переходный процесс натяжения основы F ' 1 до мерильного вала является апериодическим, что объясняется упругим скольжением основы относительно мерильного вала, которое вносит запаздывание в сигнал обратной связи по линейной скорости и увеличивает длительность разгона мерильного вала. Переходные процессы натяжений нити F1, F2 (рис. 2.22,б,в) зависят от ее физико-механических свойств, линейных скоростей мерильного и сновального валов, настройки НП. При этом в ходе настройки НП в зависимости от соотношения между коэффициентом демпфирования b и частотой собственных колебаний процесс изменения натяжения нити может быть колебательным (рис. 2.22, б) или апериодическим (рис. 2.22, в).

На рис. 2.23 приведены результаты расчета переходных процессов натяжений основы F '1, F' 2 (рис. 2.23, а) и нити F1, F2 (рис. 2.23, б) в зонах деформации при конечных параметрах наработанного сновального вала.

Постоянная времени задатчика интенсивности и параметры НП приняты равными натяжений основы и нити показывает, что в начальный момент пуска сновального вала, когда мерильный вал еще заторможен и выполняется условие F '2 F'1 Fсм, натяжения в зоне деформации между мерильным и сновальным валами возрастают более интенсивно, а далее с учетом заданной интенсивности разгона сновального вала линейно увеличиваются до установившихся значений.

Рис. 2.23. Переходные процессы натяжений основы F '1, F' 2 и нити F1, F Необходимо отметить, что линейная скорость сновального вала c определяет среднюю скорость наматывания основы, в то время как каждая ее нить движется с некоторой скоростью ' c, отличной от линейной скорости c.

Это оказывает непосредственное влияние на натяжения нитей в зонах их обусловливается эксцентрической намоткой основы, возникающей из-за способа заправки основы на сновальный вал в виде жгута [2,4].

Если линейная скорость сновального вала c, а его эксцентриситет, тогда амплитудное значение изменения линейной скорости движения нити ' c составит, а период T будет равен времени одного оборота сновального вала. При эксцентриситете 2,1 мм и линейной скорости сновального вала c 10 м / c амплитудное значение изменения скорости движения нити будет равно 0,175 м / c, а период и частота – T f 1 5,3 Гц. В результате получим уравнение изменения линейной скорости движения нити в виде ' c c sin( 2f t ) 10 0,175 sin(33,3 t ).



Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:

«МИТЯКОВ ФИЛИПП ЕВГЕНЬЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ С ЭКРАННОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЕЙ Специальность 05.09.10 – Электротехнология ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель д.т.н., профессор Рубцов В.П. Москва – ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ...»

«МАСЛОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДУГОВЫМИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫМИ ПЕЧАМИ, СНИЖАЮЩИХ ПОЛОМКИ ЭЛЕКТРОДОВ Специальность 05.09.10 – Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Рубцов В.П. Москва, ВВЕДЕНИЕ...»

«Белоусов Евгений Викторович УДК 62-83::621.313.3 ЭЛЕКТРОПРИВОД МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ с СИНХРОННОЙ РЕАКТИВНОЙ МАШИНОЙ НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ Специальность 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы” Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук Григорьев М.А. Челябинск – ОГЛАВЛЕНИЕ...»

«Белоусов Евгений Викторович УДК 62-83::621.313.3 ЭЛЕКТРОПРИВОД МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ Специальность 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы” Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук Григорьев М.А. Челябинск – 201 ОГЛАВЛЕНИЕ Оглавление Введение Глава 1. Анализ работы стана ХПТ...»

«Кузнецов Виталий Александрович ОБНАРУЖЕНИЕ ГЕОИНДУЦИРОВАННЫХ ТОКОВ И ИХ МОНИТОРИНГ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, доцент Вахнина Вера Васильевна Тольятти...»

«БЫСТРОВ АЛЕКСЕЙ ВАДИМОВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА СИСТЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ ОДНОЖИЛЬНЫХ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НА НАПРЯЖЕНИЕ 6-500 КВ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Хевсуриани И.М. Москва СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1...»

«ГОРБИК Владислав Сергеевич СТРУКТУРА И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ МАКСИМАЛЬНОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ПО КОНТУРУ ТОКА (МОМЕНТА) ДЛЯ ГОРНЫХ МАШИН Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы ДИССЕРТАЦИЯ на...»

«Масликов Павел Александрович ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОЙ ФАЗЫ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ВНУТРИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТЕЛ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ Специальность: 05.09.10– Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель –...»

«Фризен Василий Эдуардович ИНДУКЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИННОВАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ Специальность 05.09.10 Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант : доктор технических наук, профессор Сарапулов Федор Никитич Екатеринбург 2014 Оглавление Перечень встречающихся сокращений 5 Введение 1. Аналитический обзор...»

«Михалев Сергей Владимирович СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 6-10кВ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : д.т.н., профессор...»

«КАБАЛИН ЕГОР ИВАНОВИЧ РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СИСТЕМЫ ДВУХКОНТУРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ТИГЛЕЙ ВАКУУМНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ Специальность 05.09.10 - Электротехнология Диссертация на соискание учной степени кандидата технических наук Научный руководитель : д. т. н., профессор Кувалдин А.Б. Москва -...»

«Пищалев Константин Евгеньевич Технология высокочастотного индукционного нагрева насадных деталей роторов турбогенераторов и паровых турбин 05.09.10 – Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук...»

«Сысолятин Виктор Юрьевич УДК 621.791, 66.028 ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ КОНТРОЛЯ КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА ПРИ ПРОТЕКАНИИ ТОКА В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель –...»

«ДИЁРОВ РУСТАМ ХАКИМАЛИЕВИЧ ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ГИДРОАГРЕГАТА МИНИ-ГЭС НА ОСНОВЕ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – к.т.н., доцент...»

«ТАРАНОВ Сергей Игоревич СТРУКТУРА И СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ И ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГОРНО–ТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических...»

«ДЖАБОРОВ МЕХРУБОН МАХМАДКУЛОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ Специальность: 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени Кандидат технических наук Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Н....»

«УДК 62-83::621.314.5 МОДЗЕЛЕВСКИЙ Дмитрий Евгеньевич ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук профессор...»

«ПИВКИН Антон Викторович ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ СВАРОЧНЫХ ИНВЕРТОРОВ Специальность: 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель кандидат технических наук В. М. Бардин Саратов 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Стр. Введение Глава 1. Проблемы обеспечения электромагнитной совместимости статических...»

«Григорьев Максим Анатольевич УДК 62-83::621.313.3 СИНХРОННЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С НЕЗАВИСИМЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПО КАНАЛУ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ПРЕДЕЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ И ПЕРЕГРУЗОЧНЫМ СПОСОБНОСТЯМ Специальность 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы” Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук Научный консультант – доктор технических наук,...»

«РАДЬКО Сергей Иванович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРОВОДЯНОГО ПЛАЗМОТРОНА Специальность: 05.09.10 – Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук,...»







 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.