CC BY
9
УДК 685.011.56:677(075.8)
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ДИАПАЗОНУ И ТОЧНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМОТКИ ШЕЛКА-СЫРЦА С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Н. М. Арипов1, О. З. Тоиров2, Ш. Ю. Усмонов3, Д. Т.Кучкарова4
Ташкентский государственный транспортный университет, Ташкент, Узбекистан 2Ташкентский государственный технический университет, Ташкент, Узбекистан 3'4Ферганский политехнический институт, Фергана, Узбекистан
[email protected], [email protected]
Резюме: ЦЕЛЬ. Рассмотреть проблемы управления скоростных режимов переработки шелка-сырца. Определить максимально допустимое значение скорости перемотки шелка-сырца. Провести расчет диапазона регулирования скорости мотовилы ПМ (перемоточной машины). Осуществить формирование исходных требований к САР-системе автоматического регулирования, ЭП-электропривода, по точности скорости перемотки. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся метод расчета динамических и статических сил при наматывании нити на мотовилу многоугольной формы. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье рассматривается вопрос определения максимально допустимого значения скорости перемотки шелка-сырца. Данный параметр необходим для разработки скоростных режимов ЭП ПМ в зависимости от линейной плотности нити для обычного и нового ассортимента шелка-сырца. На основе зависимости скорости вращения мотовилы ПМ от времени перематывания осуществлен расчет диапазона регулирования скорости ЭП, с целью поддержания постоянства натяжения нити шелка-сырца с различной линейной плотностью. Осуществлена формирования исходных требований к САР ЭП по точности скорости перемотки шелка-сырца. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Интеллектуальный ЭП-электропривод, ПМ -перемоточная машина, должен обеспечить изменение скоростных режимов в зависимости от линейной плотности нити, в диапазоне не менее 3:1 для обычного ассортимента и менее 5:1 с учетом нового ассортимента шелка-сырца. Необходимо с увеличением толщины паковки мотка пропорционально уменьшать ее скорость вращения (за полное время перематывания в пределах 20,0...25,0% от максимального значения). Для заданного натяжения при выработке шелка-сырца с Т = 1,0...6,45 текс, колебания скорости перемотки v„могут быть не более Av„ = 0,02...0,05%.
Ключевые слова: перематывание нити шелка-сырца; перемоточная машина; интеллектуальный электропривод; скорость перемотки шелка-сырца; максимально допустимое значение скорости; линейная плотность нити; скорость вращения мотовилы; диапазон регулирования скорости; точность скорости перемотки; постоянство натяжения нити шелка-сырца.
MAIN TECHNICAL REQUIREMENTS BY THE RANGE AND ACCURACY OF REGULATION THE SPEED OF REWINDING RAW SILK WITH THE USE OF AN INTELLIGENT ELECTRIC DRIVE
NM. Aripov1, OZ. Toirov2, ShYu. Usmоnov3, DT. Kuchkarova4
Tashkent State Transport University, Tashkent, Uzbekistan 2Tashkent State Technical University, Tashkent, Uzbekistan 3,4 Fergana Polytechnic Institute, Fergana, Uzbekistan
[email protected], [email protected]
Abstract: THE PURPOSE. Consider the problems of controlling the speed modes of processing raw silk. Determine the maximum permissible value of the speed of rewinding raw silk. Calculate the range of speed regulation of the rewinding machines RM reel. To carry out the formation of the initial requirements for the Automatic control system of the electric drive in terms of the accuracy of the rewinding speed. METHODS. When solving the problem, a method was used to calculate the dynamic and static forces when winding a thread on a polygonal reel. RESULTS.
The article discusses the issue of determining the maximum permissible value of the speed of rewinding raw silk. This parameter is necessary for the development of high-speed modes of Electric drive rewinding machine ED RM, depending on the linear density of the thread for the usual and new assortment of raw silk. On the basis of the dependence of the rotation speed of the reel RM on the rewinding time, the calculation of the range of regulation of the speed of the electric drive was carried out in order to maintain the constancy of the tension of the raw silk thread with different linear density. Implemented the formation of the initial requirements for the Automatic control system of the electric drive ACS ED on the accuracy of the speed of rewinding raw silk. CONCLUSION. Intellectual ED RM should provide a change in speed modes depending on the linear density of the thread, in the range of at least 3: 1 for the usual assortment and less than 5: 1, taking into account the new assortment of raw silk. It is necessary to proportionally reduce its rotation speed with an increase in the thickness of the coil package (for the total rewinding time within the range of 20.0 ... 25.0% of the maximum value). For a given voltage during the production of raw silk with T = 1.0 ... 6.45 tex, the fluctuation of the rewinding speed v„ can be no more than Av„ = 0,02...0,05%.
Key words: rewinding of raw silk thread,-rewinding machine; intelligent electric drive; rewinding speed of raw silk; maximum allowable speed; linear density of the thread;reel rotation speed; speed control range; accuracy of rewinding speed; constant tension of raw silk thread.
Введение
В настоящее время более 30 предприятий шелковой отрасли Узбекистана оснащены автоматическим кокономотальным оборудованием китайского производства FY-2000EX и FY-2000NT, механическим оборудованием узбекского производства KMC- 10, KC-10, KM-90 и вьетнамского производства КМ-320. На этих агрегатах шелк-сырец сначала наматывается на мотовилу с периметром 0,65 м. С этих малых мотовил шелк-сырец перематыватся в мотки заданного периметра и веса на перемоточных или редивидажных машинах. Наиболее распространенным является перемотка в мотки периметром 1,5 м, шириной от 55,0 до 70,0 мм и весом от 40,0 до 150,0 г. в зависимости от линейной плотности шелка-сырца [1].
В процессе перематывания нить шелка-сырца испытывает значительное внутреннее натяжение, что оказывает большое влияние как на физико-механические свойства нитей, так и на технико-экономические показатели перемотки и последующие за ней операции. Слишком большое натяжение нитей при перемотке может снизить их показатели упругости, что отрицательно скажется на свойствах крученных нитей и изделий из них. Кроме того, увеличение натяжения может сопровождаться повышением обрывности при перемотке, что снизит к.п.д. перемоточных машин и увеличит количество узлов на нитях [2].
Для перемотки шелка-сырца, в отечественных и зарубежных перемоточных машинах (ПМ), малые мотовила (мотовилища) устанавливают на настил перед машиной, а нити через неподвижный крючок, направляющий стеклянный пруток и крючок раскладника, заправляют на мотовилу [3, 4, 5] (рис.1)
Анализ, проведенный для определения технологических требований к системам электроприводов перемотки шелка-сырца показывает [4, 5], что при перематывании действует большое количество возмущающих факторов, стремящихся изменить натяжение нити. В связи с оперативным управлением скоростными режимами переработки шелка-сырца эти факторы будут действовать в еще большей степени. Это требует разработки систем регулирования, обладающих необходимым быстродействием и точностью, что весьма сложно, в особенности с учетом специфики технологии выработки шелка-сырца. Во-первых, шелк-сырец - продукт сравнительно тонкого ассортимента (условный диаметр нитей от 0,030 до 0,085 мм); во-вторых, в поперечнике шелка-сырца содержатся не десятки и сотни волокон, как это имеет место в других нитях и пряжах, а от 3 до 7 элементарных нитей, больше всего 5 коконных нитей; в-третьих, шелк-сырец не имеет крутки. Его получают мокрым способом, размоткой запаренных в воде коконов [2].
Рис.1. натяжения неподвижной мотовило
Схема для определения силы Fig. 1. Scheme for determining the tension
нити при сматывании с force of the thread when winding from a stationary паковки и наматывании в packing and winding in a reel
Основная часть
При перематывании нити шелка-сырца с неподвижной паковки на вращающуюся паковку ее натяжение зависит от суммы тех сопротивлений, которые преодолевает нить, наматываясь на стандартное мотовило. Это сопротивление слагается из статического натяжения, возникающего вследствие постоянно действующих сил сопротивления со стороны мотовила (вес мотовила и мотка), и динамического натяжения, возникающего вследствие сил инерции, которые появляются при перемотке нити на многоугольное мотовило и инерции самой нити. Величины последних инерционных сил зависят от скорости перемотки [3,4].
При сматывании без образования баллона, которое является первым приближением к реальной картине перемотки шелка-сырца с неподвижной паковки, во внимание берется только действующее на нить динамическое усилие, которое возникает при отделении нити от слоя намотки. Здесь за отрезок времени dt приходит в движение со скоростью V
участок нити длинои.
масса которого
dl — vn • dt,
d m — (P/lq) dl — (P/lq) vn dt,
(1)
где Р - вес нити; I - длина нити; q - ускорение силы тяжести.
Подставив значение dm в формулу дифференциала силы натяжения
(Е = ( т ( (V / (К)
получим
(Е = (PvП / 1ц) dvП,
что после интегрирования дает
Рн = (Р/2 ¡4)) ^,
(2)
Заменяя в последнем равенстве Р / I через номер нити или линейную плотность, а
именно
N — l / P —103 / T
получим
= /2дЫ = у2 Т/2-103д .
Таким образом, динамическая сила натяжения нити для данного случая прямо пропорциональна квадрату скорости и линейной плотности нити шелка-сырца.
Когда, при сматывании с неподвижной паковки, нить образует баллон (что происходит в действительности), рассчитать ее натяжение намного сложнее (рис.1).
При сматывании с неподвижной паковки, вращающаяся вокруг нее нить отбрасывается действием центробежной силы от оси вращения и образует баллон, форму которого выражают уравнением
у = Ь$н(кх / а),
где а и Ь - соответственно равны абсциссе и ординате точки т, наиболее удаленной от оси вращения; к - постоянная, зависящая от угловой скорости нити; т - эллиптическая функция синуса.
Это уравнение получено без учета сопротивления оказываемого нити воздухом.
Натяжение нити ^ в точке баллона, наиболее удаленной от оси, выражается уравнением
Fx = 2
105 N
2 Л
2 H 1 + C sin2 В —5г
2
v
(3)
где N - метрический номер нити; С - коэффициент зависящий от условий сматывании; В - угол подъема витка; H - высота баллона; r - радиус паковки; v - скорость нити.
Натяжение нити F y вершины баллона в точке 0 равно
FH0 = Fx,¡ 1 +1,5 (A2 + B2) r2
Здесь
A = mv2 / (T - mv2) и B = m ю v / (Tx - mv2),
x
где m - масса 1 см нити; ю - угловая скорость ее вращения, причем принимается, что
ю =( v /2) cos В.
Кроме сил инерции, которые учитывают приведенными формулами, на натяжение нити оказывает большое влияние сопротивление воздуха, а также силы сцепления ее с поверхностью паковки. Однако абсолютная величина этих динамических натяжений невелика.
При наматывании нити на мотовило многоугольной формы, скорость наматывания ее, при постоянной скорости перемотки периодически изменяется и, появляющееся при этом ускорение является причиной возникновения динамических сил [3].
Последние направлены против вращения мотовилы и преодолеваются силой натяжения нити. Поскольку динамические силы, в противоположность силам статическим, зависят от скорости вращения мотков, и возрастают с увеличением ее, натяжения вызываемые ими в материале нити ограничивают скорость перемотки.
При повороте мотовила на угол а на него наматывается нить длиной
l = R ■ sin а
Скорость намотки нити найдем дифференцированием I по t, следовательно
vn = dl / dt = R cos а( da/dt),
Отсюда угловая скорость мотовила:
ю = da/ dt = vn / R cos a ,
Дифференцируя угловую скорость, находим угловое ускорение мотовила:
_d а _ vn ■ sin a da
£ 2 2 ■ * dt R cos a dt
Подставив в последнее выражение значения da/dt, получим
е = v2 sin a / R2 cos3 a *
Известно, что
X M =е J , (4)
где XM - сумма моментов сил, сообщающих телу с моментом инерции J угловое ускорение £ *
© Н.М. Арипов, О.З. Тоиров, Ш.Ю. Усмонов, Д.Т. Кучкарова В нашем случае
X м = FR cos а - FcR cos а = F R cos а где F - полное натяжение нити; Fc - статическое натяжение нити; F = F - Fc
динамическое натяжение нити. Таким образом
F R cos а = (v2 sin а / R2 cos3 а) J.
Отсюда, динамическое натяжение нити
F = (v2 sin а / R3 cos4 а) J. (5)
Натяжение нити, создаваемое инерцией вращающегося мотовила Fu, определяется
как
fm = f fh
Тогда с учетом (2) и (5) для FM имеем
fm = vn
J sin а
v R3 cos4 а 2 • 103 q ,
Здесь J означает момент инерции мотовила вместе с надетым на него мотком шелка.
Натяжение FM достигает наибольшей величины, когда угол станет равным Я /и, где
n - число сторон (число спиц) мотовила. Следовательно
f \ J sin я / n T
F = v
а m max уп
R cos я / n
2 •ÍO3 q
Из последнего уравнения легко определить наибольшую скорость перемотки
vnmax * FM"ax /
J sin я / n
R3 cos4 я / n 2 • 103 q
(6)
nmax' м мин-1
400
300
200
100
2
■ -<■---- ■ -4 i \ ---
i i i ♦ i 1 1
i i i i i ^ „„ i 2,33 1 1 1 1 ! 4,65
n
МШЗХ'
об мин-1
420
300
180
60
0
2,0
4,0 6,0 8,0 Т, текс Рис.2. Зависимости максимальной Fig. 2. Dependences of the maximum speed vmax скорости vnmax и частоты вращения мотовила and the speed of rotation of the reel ppmah on the nnmax от линейной плотности нити шелка-сырца linear density of the raw silk thread T for six - (1) Т для шести-(1) и восьмиугольных (2) мотовил and octagonal (2) reels.
Скорость перемотки, полученная расчетным путем, меньше фактической, так как формула (4) не учитывает влияние упругих свойств нитей шелка-сырца.
Приведенный выше анализ не учитывает не только влияния упругих свойств нитей на их натяжения в процессе перемотки, но и влияние трения нитей о направляющие приспособления и расположения мотка на мотовиле, а также действительный характер процесса сматывания нити с паковки.
Однако расчеты и экспериментальные исследования показывают, что фактическая скорость перемотки при учете всех вышеназванных факторов отличается от расчетной на 12,0...15,0 %.
С учетом того, что скорость вращения мотовила п м связана с линейной скоростью перемотки уп зависимостью
^п = Пл-Pn = ПЛ-п ■ ^ , где р и а - периметр и сторона п - многоугольника, соответственно имеем:
1
П(1п
nM = JFM /
r J sin л / n
X cos4 л/n 2■Юq На рис.2 приведена зависимость максимальной скорости перемотки и частоты вращения мотовила от линейной плотности нити шелка-сырца для n=6 и 8.
Как видно, интеллектуальный электропривод [8-10, 13-15] ПМ должен обеспечить бесступенчатое изменение скоростных режимов в зависимости от линейной плотности нити, в диапазоне не менее 3:1 для обычного ассортимента (Т = 1,56...6,45 текс) и менее 5:1 с учетом нового ассортимента шелка-сырца (Т = 7,69...22,22 текс).
При превышении значения допустимого натяжения нити нарушается режим процесса перемотки, что связано с ухудшением структуры паковки и качеством принимаемой нити. Поэтому при наработке шелковых мотков с учетом невысоких физико-механических свойств нити шелка-сырца необходимо изменять скорость вращения мотовила по мере роста толщины мотка с целью поддержания на заданном уровне скорости vn, a следовательно, и натяжение F*
С этой целью определим зависимость скорость вращения мотовилы от времени
перематывания nM=f(tn). При этом принимается допущение, что средняя плотность намотки для нити заданной линейной плотности при данной скорости перемотки, угле намотки, натяжении и определенных технологических и климатических условиях, является величиной постоянной. [8]
Масса паковки с нитью определяется по формуле
M = W ■Y
где M - масса паковки; Wn -объем паковки; Y — средняя плотность намотки.
С другой стороны, масса паковки зависит от длины и толщины нити, намотанной на паковку
M = Tl -103
где T -линейная плотность нити шелка-сырца; l - длина нити, намотанной на паковку.
При перемотке на многоугольную мотовилу с прямыми торцами объем мотки определяется как объем полой многоугольной призмы
Wn=( S5- Sm)-H
где H- ширина раскладки; - площадь мотовила; Sg площадь мотовила с мотком нити
толщиной 5 *
Тогда с учетом, что площадь n - угольника
2
nR . 2л puR Л UanR Л
Sn =-sin— = -^— cos— = —— cos —,
2 n 2 n 2 n
где Sn - площадь n -угольника; R - радиус описанной окружности; - периметр,
n -угольника; а -сторона n -угольника;
Для наиболее распространенных случаев, когда n=6 и 8 (шести- и восьмиугольные мотовила), имеем
W(6) = (3#/2) (R¡ -R2 )H и W(8) = 2>/2 (R¡ -R2 )H *)
Длина нити, принятой на мотовило, зависит от окружной скорости перематывания, угла намотки и времени наработки паковки
l = vn t / cos В ,
где ^ -скорость перемотки; t -время наработки паковки ; В -угол намотки. Принимая во внимание вышеприведенные соотношения найдем
RS(6) = .
R2 +
2 Tvn t 10
-3
и R8(8) = R 2 + -Т*Ш
-3
3^3H у cos P S(8) ^ 2^2 Hy cos P
Учитывая связь между частотой вращения, радиусом мотовила и линейной скоростью, можно определить непосредственно зависимость скорости вращения мотовила от времени перематывания:
1м (6)
л2 2 T vn t-10 R2 + n
-3
1м (8)
3^3 H у cos P
6,12
R2 +
Tvn t -10
-3
2^2 H у cos p
(5)
Все величины, входящие в уравнения (34), кроме плотности намотки у , известны. Средняя плотность намотки может быть определена экспериментально для нитей с различной линейной плотностью при разных углах намотки / в определенном диапазоне скорости перемотки. На основе опытных данных строятся графики или номограммы, позволяющие воспользоваться исходными данными для определения плотности намотки.
В работе [4] приведена аналитическая зависимость для определения плотности намотки
= Т п., I ф0 у 1000 урйр 2 я г фр ,
где Т - толщина нити; пм- число оборотов мотовила; I - длина одного витка; р 0 - угол сдвига витков в начале намотки; р р - угол сдвига витков в текущем радиусе; Г - радиус намотки; ур - скорость раскладки нити; йр - расчетный диаметр нити, который определяется по известной формуле
¿р = 0,0357^Т / д,
где # - объемный вес нити.
В зависимости от линейной плотности, угла намотки и натяжения нити плотность намотки нити шелка-сырца можно принять в пределах у=0,45...0,60.
v
v
п
п
и
6
м'
об мин-1
400
300
200
0
Рис.3. Зависимости программируемой частоты вращения мотовила пм от времени перемотки ¿п при различных линейных плотностях нити шелка-сырца: для Т=2,33 текст,
2 - для Т=3,23 текс. _ -
экспериментальные;___- расчетные кривые
n=6
7
t, .мин
Fig. 3. Dependences of the programmable speed of rotation of the reel pm on the rewinding time tp at different linear densities of the raw silk thread: for
T=2.33 text, 2 - for T=3.23 tex.______-
experimental;______- calculated curves
1
2
В таблице 1 приведены расчетные данные зависимости программируемой частоты вращения мотовила пм от времени перемотки ¿п при различных линейных плотностях Т нити шелка-сырца при следующих исходных данных у = 0,45 мг.мм-3, Н = 65 мм, / = 86°45', п=6 (шестиугольное мотовило)
Функции пм=/($ - (34) были проверены на практике на основе экспериментальных данных. На рис.3 приведены зависимости скорости вращения мотовила от времени при перемотке нити шелка-сырца различной линейной плотности для п=6.
224
Для сравнения показаны теоретические кривые изменения скорости вращения, полученные из уравнения (5). Как видно из графиков, расхождения экспериментальных и теоретических данных незначительны.
Таблица 1
_Расчетные зависимости скорости вращения мотовила от времени_
t, мин 0 1 0 1 00 1 20 1 80
для T =2,33 текс
пМ(6) 2 10,0 2 07,0 1 85,8 1 82,4 1 71,6
Изменения пм(6) в % 0 ,0 0 ,1 1 1,3 1 1,6 1 8,3
для T =3,23 текс
пм(6) 2 30,0 2 29,2 2 25,6 1 87,8 1 73,6
Изменения им(6) в % 0 ,0 0 ,13 1 0,1 1 8,3 2 4,5
Таким образом, чтобы поддерживать постоянство натяжения нити, необходимо с увеличением толщины паковки мотка пропорционально уменьшать ее скорость вращения (за полное время перематывания в пределах 20,0...25,0% от максимального значения).
Для формирования исходных требований системы автоматического регулирования (САР) скорости электропривода по точности [10-11,14,15,16,24], рассмотрим задачу в общем виде, т.е. рассмотрим нить, которая в момент выхода из ловителя или схода с неподвижного мотовильца имеет натяжение ^ и скорость движения у1, а наматывается на мотовило при натяжении Г2 и скорости у2. Расстояние от точки выхода нити до точки наматывания - I (Рис.4).
При решении данной задачи принимаются следующие допущения:
a) натяжение нити не влияет на скорость у1 выхода с ловителя или схода нити с неподвижного мотовильца;
b) вес перемещаемых нитей не влияет на их натяжение и на скорость их перемещения;
c) скорость перемещения нитей существенно меньше скорости распространения в них упругих деформаций, т.е изменение натяжения при сходе нити с мотовильца происходит практически мгновенно
С учетом этих допущений для составления дифференциального уравнения можно воспользоваться условием материального объемного баланса перемещаемых нитей. Считаем, что за некоторый промежуток времени разность между объемом нити выходящие из ловителя или сошедшей с мотовильца, и объемом, поступившим на мотовилу, равна изменению объема в зоне перемещения вследствие изменения сечения нити при деформации натяжением [2,3].
а
A
v2' F2
vP F1
Рис.4. Движение нити при наматывании Fig. 4. Movement of the thread when winding on the на мотовило reel
Объем участка нити под действием усилия растяжения равен
W = W
I О
(1 - 2Мн) +1
(6)
l
где Ж0 , $ - соответственно объем и площадь сечения нити до деформации; Е н модуль продольной деформации нити; ц - коэффициент Пуассона.
Отсюда соотношения между объемами при различных натяжениях Е и Е2
W2 Е(1 -2ц„) + ЕД,
Ж1 Е (1 - 2ц) + ЕнБ0 '
За некоторый промежуток времени Д? с мотовильца сходит объем нити, равный
Жсх = $1VI Д (Ж2/ Ж), (8)
За этот же промежуток времени перематывается на мотовило объем, равный
Жн = $2 V2 Д , (9)
Здесь ^ , Бг - площади поперечного сечения нитей при натяжении Е , Е, соответственно.
С учетом формул (6-9) уравнение материального баланса нитей, перемещаемых в зоне и уходящих из нее за бесконечно малый промежуток времени й представляется следующим выражением:
Е2 (1 - 2 ц ) + Е!Ба
Б. у, —т-г-йг - Б2 у2 йг = ЫБ2>
1 1 Е(1 - 2ц) + ЕД, 2 2 2
Площадь поперечного сечения нити при действии силы равна
2Цн
$ = $ + Е 0 Е
Ен
Подставим
Е(1 - 2Цн )+ЕНБ0 2Ц у Е Е2(1 - 2Ц )+ЕНБ0 ^(1 - 2ц )+Ен Бо Ен 1 1 Е(1 - 2ц )+Ен Бо
-Б0у2 йг+Цу2 Е2йг+1 2цЦнйЕ2=0
Ен Ен
Ен (ЕД1 - 2ц) + ЕнБр)
До множив на-, получим
йг
у1 Е2ЕнБ0(1 - 2Ц)+ ЕнБ02у1 -у1 ^ Е2 2Ц(1 - 2Мн) -
-УА2Мн Ен Б0-у2 Е Ен Б0(1 - 2Ц УК Б02у2 + + У2Е1 Е22Ц (1 - 2Ц )+У2Е22ЦЕнБ0 +
+12Цн Ен Б0 йг йг
(10)
+Е12ц (1 - 2Ц У^+12Ц Ен Б0~г=0
Обозначив
к1=ЕнБ0(1 - 2ЦX к2 = ЕнБ02 » к3= 2Ц(1 - 2ЦX
к4 = 2ЦЕнБ0> к5 = 2Ц(1 - 2Ц)1, к6 = 2ЦЕнБ01-получим следующее дифференциальное уравнение объекта регулирования (10)
к1 (У1Е2 -У2 Е1 )+к2 (У1 -У2 )+к3 Е1Е2 (у2 -У1)+
йЕ йЕ (11)
+к4(У2Е-уЕ)+к5Е^+к ^=0 йг йг
В уравнении (11) параметры Ен, Б„, цн и I постоянны и определяются свойствами нити (Ен, Б„, цн) и конструкцией машины (/). уь Г1, у2 и Г2 - переменные, но для определенного режима размотки или перемотки у1 и Г1 поддерживаются постоянными. уь Г1 и Г2 - входные (задающие) параметры, у2 - выходной (регулирующий) параметр. Выразим у2 = /(у1? ^ Г2 )
йЕ йЕ
k1V1F2 + М - ^3^2 V - k4Е1V1 + к5Е1 -Т2 + Ъ-Г
V =-й-— (12)
кхЕх + £2 - к3Е\Е2 - кАЕг
^ (X)=V20 | *=*0 (" ^
В уравнении (12) три параметра взаимосвязаны между собой: уравнение нелинейно. Линеаризуем при малых возмущениях. Для этого полагаем, что
у2=У20 + АУ2
где: у20 - установившееся значение скорости; Ау2 - приращение скорости, вызванное малыми возмущениями Ау1: АГ1 и АГ2.
Разложив уравнение (12) в ряд Тейлора и опустив члены высшего порядка (начиная со второго), получим уравнение, в котором все частные производные берем при начальных значениях переменных:
дx
В итоге такого решения получаем соотношение между Ау2, Ауь АГ1 и АГ2.
Интересующую нас зависимость Ау2=ДАР2) или А^2=ДАу2) представим виде
Ао2 = f (Аи2),
где а- внутреннее натяжение нити; и - скорость в относительных единицах.
Опустив промежуточные выкладки, приводим результат
Аа2= - (4цн-1) (а'° ~а2о) Аи= К Аи,
Ен - (4цЦн - 1)а10
Примерные числовые значение а и Ен для размотки коконов и перемотки шелка-сырца определяются из следующих положений. В [5] показано, что оптимальные значения натяжения перемотки нити шелка-сырца в пределах от 16 до 20 сН. С учетом средней фактической площади среза шелка-сырца равной 1560 мкм2, оптимальные значения внутреннего натяжения определяются в пределах ап = 0,09... 0,13 мПа.
Величина модуля деформации (упругости) Ен зависит от режима переработки полуфабриката (воздушно-сухой - при перемотке), а также от линейной плотности шелка-сырца [2]. При изменении линейной плотности от 1,37 текс до 3,14 текс, значения модуля упругости определяются в пределах Енп = 14,94...14,05 мПА.
Коэффициент Пуассона цн для обоих режимов равен 0,5.
С учетом приведенных числовых значений Ен, а и цн, из формулы (12) можно определить, что изменение скоростных режимов на 1% приведет к приращению натяжений в 1,5...1,4 раза в перемотке.
Отсюда же, если задано натяжение а2п=0,09±0,04 мПа, то при выработке шелка-сырца с Т = 1,0...6,45 текс, колебание скорости перемотки уп могут быть не более
Акп = 0,02...0,05%
Эту величину максимального отклонения по скорости Ауп принимаем в качестве исходного требования по точности.
В таблице 2 приведены расчетные значения точности регулирования скорости перемотки в зависимости от линейной плотности шелка-сырца.
Таблица 2.
Расчетные значения точности регулирования скорости перемотки
Линейная плотность нити, Т, текс 1 ,37 1 ,56 1 ,89 2 ,33 ,23 4 ,65 5 ,55 6 ,21 6 ,45
Точность регулирования скорости в % при перемотке ( ,022 ,024 ( ,027 ,031 ( ,036 ,042 ( ,047 ,052 ,058
На рис.5 приведены кривые изменения требований по точности к скорости и перемотки (2) в зависимости от линейной плотности шелка-сырца.
Av, % 0,12 0,08 0,04
1
Avp=0,0S6% 2
Avn=0,042% _ ---- i | ^
i | T=4,65 A текс
0 2
Рис.5. Кривые изменения требований к точности регулирования скорости Ду размотки (1)
и перемотки (2) в зависимости от линейной плотности нити шелка-сырца Т
4 6 8 T, meKC
Fig. 5. Curves of changes in the requirements for the accuracy of speed control Iv of unwinding (1) and rewinding (2) as a function of the linear density of the raw silk thread T
Заключение
Таким образом, чтобы поддерживать постоянство натяжения нити, необходимо с увеличением толщины паковки мотка пропорционально уменьшать его скорость вращения (за полное время перематывания в пределах 20,0...25,0% от максимального значения).
Для заданного натяжения при выработке шелка-сырца с Т = 1,0...6,45 текс, колебания скорости перемотки уп могут быть не более Д уп = 0,02...0,05%. Эту величину максимального отклонения по скорости Дуп принимаем в качестве исходного требования по точности изменения скорости вращения мотовил на существующих ПМ, что достигается вариатором, т.е. электропривод здесь также является оперативно нерегулируемым. Подобного рода морально устаревший привод не отвечает требованиям технологии и подлежит полному исключению при реконструкции. Основным направлением при реконструкции морально устаревших электроприводов существующих ПМ и проектировании электроприводов вновь создаваемых машин является направление, связанное с созданием регулируемых электроприводов.
Выводы
Анализируя ранее перечисленные требования можно сделать вывод, что интеллектуальный электропривод ПМ, должен оказывать регулирующее воздействие, обеспечивающее:
1. Бесступенчатое регулирование рабочей скорости машин в диапазоне не менее 3:1, который меняется в зависимости от заданной линейной плотности нити шелка-сырца, а также для целей плавного пуска и торможения.
2. Процесс управления на любой установленной в заданном диапазоне скорости вращения мотовила в функции времени перематывания или толщины мотка.
3. Стабилизацию натяжения нити шелка-сырца с заданной степенью точности в пределах не более Д уп = 0,02...0,05% и высоким быстродействием.
4. Оперативную перестройку скоростных режимов машины на перемотку нового ассортимента шелка-сырца.
Полученные выражения позволяют определить изменение требований по диапазону и точности регулирования скорости перемотки шелка-сырца в зависимости от свойств полуфабриката и конструкции машин, и используются при разработке интеллектуальных электроприводов шелкомотания, обладающих необходимым быстродействием и точностью, а также обеспечивающих требуемое качество продукции и производительность оборудования.
Литература
1. Рахимходжаев Г.А., Асраров Г.Г., Ахунбабаев О.А. Современное состояние техиники и технологии кокономотания на шелкомотальных предприятиях Республики Узбекистан. Маргилан.: 2007. 48 с.
2. Шелкосырье и кокономотание /Рубинов Э.Б, Мухамедов М.М., Осипова Л.Х., Бурнашев И.З.. М.Легпромбытиздат. 1986. 312 с.
3. Арипов Н.М. Автоматизация технологических процессов шелкомотания с применением регулируемых электроприводов. Ташкент 2000. с.78.
4. Арипов Н.М Определение максимально допустимого значения скорости в процессе перемотки шелка-сырца с применением регулируемого электропривода. Доклады Академии Наук. Рес.Узб.; Ташкент. №6.2001.
5. Арипов Н.М. Формирование исходных требований к электроприводам разомотки и перемотки по точности регулирования скорости. Электротехника- Киев, 2001.
6. Хашимов А.А., Арипов Н.М. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод шелкомотания. Ташкент 2000. с.92.
7. Арипов Н.М., Усмонов Ш.Ю. Разработка энергосберегающего частотно-регулируемого асинхронного электроприводов с вентиляторной нагрузкой Электрика. Москва. №4, 2011. с.26-28.
8. Виноградов А.Б., Чистосердов В.Л., Сибирцев А.Н., Монов Д.А. Асинхронный электропривод общепромышленного назначения с прямым цифровым управлением и развитыми интеллектуальными свойствами//Изв. вузов. Электромеханика. 2001. № 3.
9. Khashimov AA, Aripov N.M. Frequency-controlled asynchronous drive with control relative to the modulus of the motor's stator current 2002 Russian Electrical Engineering 1
10. Камалов Т.С. Тоиров О.З. Энергетические параметры асинхронного электропривода с частотным управлением // Узбекский журнал «Проблемы информатики и энергетики». 2008. №4, С. 35-41.
11. Савина Н.В., Бодруг Н.С. Проблемы нормирования качества электроэнергии при переходе на интеллектуальные электроэнергетические системы. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2016;(5-6):19-26
12. Иванова В.Р., Киселев И.Н. Частотно-регулируемый электропривод для энергосбережения и оптимизации технологических процессов в электротехнических комплексах. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019;21(5):59-70.
13. Бурков А.Ф., Юрин В.Н., Аветисян В.Р. Исследование возможностей повышения энергоэффективности асинхронных двигателей. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018; 20(9-10):92-100.
14. Мваку У.М., Корнилов В.Ю. Практическое применение частотно-регулируемых приводов и устройств плавного пуска в автоматизированных системах управления // Вестник КГЭУ. 2011. №1 (8). С. 20-25.
15. Малёв Н.А., Погодицкий О.В., Любарчук Ф.Н. Анализ вариаций параметров асинхронного электромеханического преобразователя по лилейному интегральному критерию с применением эталонной модели // Вестник КГЭУ. 2019. №1 (41). С. 60-67.
16. Семёнов А.С., Егоров А.Н., Харитонов Я.С., Федоров О.В. Оценка электромагнитной совместимости высоковольтных преобразователей частоты в электротехнических комплексах // Вестник КГЭУ. 2019. №4 (44). С. 64-75.
17. Narayanan G., Ranganathan V.T. Triangle comparison and space vector approaches to pulse width modulation in inverter fed drive // Journal of Indian Institute of Science. 2000. No 80 (5). PP. 409-427.
18. Nayeemuddin M., Reddy T.B., Kumar M.V. Space vector based random PWM algorithms for acoustic noise and harmonics reduction for voltage source inverter fed AC drive // Energy Procedia. 2017. Vol. 117. PP. 353-360. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.05.144.
19. Mohan P.R., Reddy T.B., Kumar M.V. Simple and efficient high-performance PWM algorithm for induction motor drives // Journal of Electrical Engineering, 2011.
20. Wanderley Sena dos Santos, Pedro Ferreira Torres, Alaan Ubaiara Brito, Marcos Andr e Barros Galhardo, Wilson Negrao Macedo A novel fuzzy controller for photovoltaic pumping systems driven by general-purpose frequency converters // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2020. Vol.40, 100758. https://doi.org/10.1016/j.seta.2020.100758.
21. Rong Chang Zhu, Dong Yue Zhan, Fuel Cell High Efficiency Power Converter for Suppressing Low Frequency Current Ripple //Procedia Computer Science. 2020. Vol. 166. PP. 296-300. https://doi.org/10.1016/j.procs.2020.02.096.
22. Olimjon Toirov, Tulyagan Kamalov, Utkir Mirkhonov, Sardor Urokov, Dilnoza Jumaeva The mathematical model and a block diagram of a synchronous motor compressor unit with a system of automatic control of the excitation, E3S Web of Conferences, SUSE-2021. 2021.
23. Olimjon Toirov, Sardor Urokov, Utkir Mirkhonov, Hadha Afrisal, Dilnoza Jumaeva Experimental study of the control of operating modes of a plate feeder based on a frequency-controlled electric drive, E3S Web of Conferences, SUSE-2021. 2021
24. Камалов Т.С. Тоиров О.З. Энергетические параметры асинхронного электропривода с частотным управлением // Узбекский журнал «Проблемы информатики и энергетики». 2008. №4. С. 35-41.
Авторы публикации
Арипов Назиржон Мукарамович - д-р. техн. наук., профессор кафедры Автоматика и телемеханика. Ташкентского государственного транспортного университета, г.Ташкент, email: [email protected].
Тоиров Олимжон Зувурович - д-р. техн. наук., профессор., зав. кафедрой «Электрические машины», Ташкентского государственного технического университета имени И.А.Каримова, г.Ташкент, e-mail: [email protected]
Усмонов Шукурилло Юлбарсович - канд. техн. наук., доцент. кафедры Электротехника, электромеханика и электротехнология Ферганского политехнического института, г.Фергана, e-mail: [email protected]
Кучкарова Дилноза Топтиевна - старший преподователь кафедры «Электротехника, электромеханика и электротехнология».. Ферганского политехнического института г. Фергана, e-mail: [email protected].
References
1. Rakhimkhodzhaev GA, Asrarov GG, Akhunbabaev OA. The current state of the technique and technology of cocooning at silk-winding enterprises of the Republic of Uzbekistan. Margilan .: 2007.48 p.
2. Rubinov EB, Mukhamedov MM, Osipova LKh. Silk raw materials and cocooning M.Legprombytizdat. 1986.312 p.
3. Aripov NM. Automation of silk-winding technological processes using variable electric drives. Tashkent 2000.p.78.
4. Aripov NM. Determination of the maximum permissible speed value in the process of rewinding raw silk using an adjustable electric drive. Reports of the Academy of Sciences. Res.Uzb .; Tashkent. No. 6.2001.
5. Aripov NM. Formation of the initial requirements for the electric drives of uncoiling and rewinding in terms of speed control accuracy. Electrical engineering. Kiev, 2001.
6. Khashimov AA, Aripov NM. Frequency-controlled asynchronous silk-winding electric drive. Tashkent 2000.p.92.
7. Aripov NM, Usmonov ShYu. Development of energy-saving variable frequency asynchronous electric drives with fan load Electrician. Moscow. 2011;4:26-28.
8. Vinogradov AB, Chistoserdov VL, Sibirtsev AN, et Asynchronous et al. Ectric drive for general industrial purposes with direct digital control and developed intellectual properties. Izv. universities. Electromechanics. 2001. No. 3.
9. Khashimov AA, Aripov N.M. Frequency-controlled asynchronous drive with control relative to the modulus of the motor's stator current 2002. Russian Electrical Engineering.
10. Kamalov TS. Toirov OZ. Energy parameters of an asynchronous electric drive with frequency control. Uzbek journal Problems of Informatics and Energy. 2008;4:35-41.
11. Savina NV, Bodrug NS. Problems of rationing the quality of electricity during the transition to intelligent power systems. Proceedings of higher educational institutions. Energy problems. 2016; (5-6): 19-26
12. Ivanova VR, Kiselev IN. Variable frequency electric drive for energy saving and optimization of technological processes in electrical complexes. Proceedings of higher educational institutions. Energy problems. 2019; 21 (5): 59-70.
13. Burkov AF., Yurin VN., Avetisyan VR. Investigation of the possibilities of increasing the energy efficiency of induction motors. Proceedings of higher educational institutions. Energy problems. 2018;20 (9-10):92-100.
14. Mwaku UM, Kornilov VYu. Practical application of variable frequency drives and soft starters in automated control systems. Bulletin of KSPEU. 2011;1(8):20-25.
15. Malev NA, Pogoditsky OV., Lyubarchuk FN. Analysis of variations in the parameters of an asynchronous electromechanical converter using a lily integral criterion using a reference model. Bulletin of KSPEU. 2019;1 (41):60-67.
16. Semyonov AS, Egorov AN, Kharitonov YaS, et al. Assessment of electromagnetic compatibility of high-voltage frequency converters in electrical complexes. Bulletin of KSPEU. 2019;4 (44):64-75.
17. Narayanan G, Ranganathan VT. Triangle comparison and space vector approaches to pulse width modulation in inverter fed drive. Journal of Indian Institute of Science. 2000;80 (5);409-427.
18. Nayeemuddin M, Reddy TB, Kumar M.V. Space vector based random PWM algorithms for acoustic noise and harmonics reduction for voltage source inverter fed AC drive. Energy Procedia. 2017;117:353-360. https://doi.org/10.10167j.egypro.2017.05.144.
19. Mohan PR, Reddy TB, Kumar MV. Simple and efficient high-performance PWM algorithm for induction motor drives. Journal of Electrical Engineering, 2011.
20. Wanderley Sena dos Santos, Pedro Ferreira Torres, Alaan Ubaiara Brito. A novel fuzzy controller for photovoltaic pumping systems driven by general-purpose frequency converters. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2020;40:100758. https://doi.org/10.10167j.seta.2020.100758.
21. Rong Chang Zhu, Dong Yue Zhan. Fuel Cell High Efficiency Power Converter for Suppressing Low Frequency Current Ripple. Procedia Computer Science. 2020;166:296-300. https://doi.org/10.1016Zj.procs.2020.02.096.
22. Olimjon Toirov, Tulyagan Kamalov, Utkir Mirkhonov, et al. The mathematical model and a block diagram of a synchronous motor compressor unit with a system of automatic control of the excitation, E3S Web of Conferences, SUSE-2021. 2021.
23. Olimjon Toirov, Sardor Urokov, Utkir Mirkhonov, et al. Experimental study of the control of operating modes of a plate feeder based on a frequency-controlled electric drive, E3S Web of Conferences, SUSE-2021. 2021
24. Kamalov TS. Toirov OZ. Energy parameters of an asynchronous electric drive with frequency control. Uzbek journal "Problems of Informatics and Energy. 2008;4:35-41.
Authors of the publication
Nazirjon M. Aripov - Department of Automation and Telemechanics. Tashkent State Transport University, Tashkent, e-mail: [email protected].
Olimjon Z. Toirov - Department Electric Machines, Tashkent State Technical University named after I. A. Karimov, Tashkent, e-mail:[email protected]
Shukurillo Yu. Usmonov - Departments of Electrical Engineering, Electromechanics and Electrical Engineering of the Ferghana Polytechnic Institute, Ferghana, e-mail: [email protected]
Dilnoza T. Kuchkarova -Department of Electrical Engineering, Electromechanics and Electrical Engineering. Ferghana Polytechnic Institute, Ferghana, e-mail:
Получено
Отредактировано
Принято
30 марта 2021г.
02 апреля 2021г.
03 апреля 2021г.
