Работа большинства горных машин сопровождается достаточно большими вибрациями корпуса, что негативно отражается на надежности установленного там оборудования. Большая часть вибраций обусловлена реакцией машины на изменяющуюся нагрузку и наличием упругой податливости в элементах рамы, связывающих статоры приводных двигателей с землей [1]. Помимо этого, резкопеременный характер нагрузки способствует возникновению упругих колебаний в элементах трансмиссии, которые негативно влияют на надежность этих элементов.
Отдельно задача стабилизации упругого момента в трансмиссии была рассмотрена в [2], а задача стабилизации упругого момента в раме горной машины была рассмотрена в [3]. Однако одновременно стабилизировать
обе эти величины в электроприводе со стандартным двигателем невозможно, так как на механическую систему действует одно управляющее воздействие — электромагнитный момент.
Решить задачу одновременной стабилизации упругих моментов со стороны статора и трансмиссии возможно с использованием сдвоенного двигателя, упрощенная конструкция которого схематически изображена на рис. 1.
где
- 1 — статор первого двигателя
- 2 — ротор первого двигателя
- 3 — статор второго двигателя
- 4 — ротор второго двигателя
- 5 ,6 — подшипниковые опоры
В данной конструкции статор первого двигателя крепится к раме горной машины. Его ротор жестко связан со статором второго двигателя и может свободно вращаться, а ротор второго двигателя подсоединяется к трансмиссии горной машины.
Расчетная схема горной машины со сдвоенным двигателем представлена в виде четырехмассовой системы на рис. 2.
Математическая модель такой механической системы описывается системой уравнений:
(1)
где
- ω1, ω2, ω3, ω4 — частоты вращения первой, второй, третьей и четвертой масс
- М1, М2 — электромагнитные моменты первого и второго двигателей
- М12 -упругий момент между статором первого двигателя и землей
- М34 — упругий момент между ротором второго двигателя и рабочим органом
- J1 -момент инерции статора первого двигателя
- J2 — суммарный момент инерции ротора первого двигателя и статора второго двигателя
- J3 — момент инерции ротора второго двигателя
- J4 -момент инерции рабочего органа
- Мс — момент сопротивления
- С12, С34 — коэффициенты жесткости упругих связей
Проведя синтез системы управления для сдвоенного двигателя с помощью аналитического конструирования агрегированных регуляторов [4] при задании основных инвариантных многообразий в виде:
где
- М12*, М34* — желаемые значения соответствующих упругих моментов, получим зависимости управляющих моментов, как для рассмотренных ранее систем [2, 3].
Применительно к сдвоенному двигателю (1) эти зависимости будут иметь вид:
(2)
На рис. 3 — 4 представлены результаты моделирования работы, управляемого сдвоенного двигателя с параметрами:
- J1=3 кг*м2
- J2= 1,5 кг*м2
- J3=1 кг*м2
- J4=3 кг*м2
- С12=50000 Н*м
- С34=5000 Н*м
- T1= Т2= Т3= T4= 0,02
- М12*=М34*=500 Н*м
Анализируя полученные зависимости, можно сделать вывод, что упругие напряжения в раме и трансмиссии стабилизируются, а возмущающие воздействия поступающие со стороны нагрузки, гасятся за счет управляющего момента М2 и динамических моментов, вызванных изменениями скоростей второй и третьей масс.
Таким образом, предлагаемую систему регулируемого электропривода со сдвоенным двигателем можно рекомендовать к применению в горных машинах с упругой податливостью рамы и трансмиссии, для уменьшения уровня вибраций и повышения их надежности.
Список литературы
- Гончаревич И.Ф., Докукин А.В. Динамика горных машин с упругими связями. — М.: Наука, 1975. 212 с
- Завьялов В.М. Подавление упругих колебаний в горных машинах с двухмассовой расчетной схемой // Вести. КузГТУ, 2005, №6. — С 67-69
- Завьялов В.М. Подавление упругих колебаний в горных машинах с упругой рамой // Вести. КузГТУ. 2006. № 1.-С. 65-66
- Колесников А.А. Синергетическая теория управления. — Таганрог: ТРТУ, М.: Энергоатомиздат, 1994.344 с
Источник: Повышение надежности горных машин с помощью регулируемого электропривода на базе сдвоенного двигателя / В.М. Завьялов, И.А. Куприянов // Вестник КузГТУ. — 2007. — №1. — C. 44-46
