CC BY
70
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_
УДК 62-523.3
А.В. Кожухова,
к.т.н, доцент
ФБГОУ ВО «Донской государственный технический университет» ДГТУ
г. Ростов-на-Дону, Россия Худокормов В.В., магистрант гр. УМГА-11 ФБГОУ ВО «Донской государственный технический университет» ДГТУ
г. Ростов-на-Дону, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НАСОСА ДЛЯ ПРИВОДА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Аннотация
Применение электродвигателей с частотным регулированием гидравлических насосов для привода исполнительного оборудования позволяет снизить энергопотребление в рабочем цикле при его работе.
Ключевые слова
Частотное регулирование, дроссельное регулирование, объемное регулирование, электродвигатель,
гидравлический насос, энергопотребление.
Выполнен анализ работы прессов, применяемых для сращивания древесины по длине, выполненных с различным конструктивным решением исполнительных механизмов. На этой основе установлено, что в рабочем цикле шток гидроцилиндра осуществляет прямой ход, при котором совершается процесс сжатия древесины и когда процесс сжатия заготовки завершается шток гидроцилиндра может совершать ускоренное движение в обратном направлении.
Известно, что при сжатии шток гидроцилиндра должен двигаться с некоторой допустимой скоростью и уровнем давления для обеспечения необходимого качества в процессе сращивания заготовок (чтобы не повредить соединение и чтобы оно было надежным в будущем), а при обратном направлении штока, его скорость должна быть максимальной. На основании изложенного, целью данного исследования является повышение производительности работы гидравлического пресса, применяемого для сращивания древесины по длине.
Для достижения поставленной цели необходимо решить задачу - выполнить анализ известных способов управления скоростью движения исполнительного элемента пресса и выбрать такой способ, у которого уровень энергопотребления является минимальным и при этом обеспечивается высокое качество сращивания древесины по длине.
Существуют три распространенных способа регулирования скорости - дроссельный, объемный и частотный, основанный на изменении частоты вращения вала электродвигателя, связанного с валом насоса [1, с. 87], [2, с. 82], [3, с. 94]. Дроссельный способ регулирования скорости гидравлических двигателей характеризуется изменением величины жидкости подаваемой к потребителю потока рабочей среды через прохождение ее через суживающиеся каналы. Для этого используются аппараты регулирования расхода в виде дросселя. Насосы в виде источников энергии, используются, как правило, нерегулируемые.
Рисунок 1 - Схемы дроссельного регулирования скорости движения гидравлических двигателей
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_
На рис. 1 представлены две схемы дроссельного регулирования скорости (с последовательным и с параллельным соединением дросселя и насоса). В первом случае часть жидкости расходуется на преодоление сопротивления
дросселя, то есть ее основная часть уходит через клапан в сливной бак, а значит, мы теряем некоторую часть расхода жидкости и соответственно мощности насоса. Теоретически это можно представить так:
@др Q н @кл Qц = Qдр
Nn = Qnx Рц % = РцХ (Qh - Qкл)
где Qдр, QH, Q^ Qrn - соответственно, объемы рабочих камер дросселя, насоса, цилиндра, клапана. Во второй схеме дроссель расположен параллельно насосу, это означает, что при условии, когда дроссель закрыт, насос напрямую связан с цилиндром и
подает к нему рабочую жидкость. В общем виде теоретически это записывается
др
так:
Qц = Qн- Q Nц = Qцx Рц ^ц = Рц х - QДр)
Следовательно, потери мощность в гидросистеме возникают при открытии дросселя, то есть при снижении скорости перемещения штока гидроцилиндра. Недостатком такого регулирования, в первом случае, является
то, что энергия потока рабочей жидкости расходуется на проталкивание ее через рабочие щели регулирующих аппаратов и за счет этого переходит в тепловую энергию.
В результате этого происходит нагрев рабочей жидкости ее испарение и снижение смазывающей способности. Во второй схеме принцип остается тот
же. В обоих случаях это выражаются в снижении КПД гидросистемы. Эти
недостатки ограничивают область применения дроссельного регулирования.
Объемный способ регулирования скорости гидроцилиндра характеризуется применением регулируемых насосов. Схема объемного регулирования скорости перемещения штока гидроцилиндра, приведена на рис.
2. Из анализа схемы видно, что при прохождении жидкости от насоса до
силового цилиндра потери рабочей жидкости и, следовательно, мощности практически отсутствует. Теоретически это представляется так:
Qц = Qн
^ц = Рц х Сц = Рн х Qн
Этот способ является более эффективный по сравнению с дроссельным.
Но для реализации такой гидравлической системы требуется установка дорогостоящего насоса с объемным регулированием.
Рисунок 2 - Схема объемного регулирования скорости движения гидравлических двигателей
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_
Чтобы уменьшить влияния этих недостатков можно использовать регулирование частоты вращения вала насоса на основе частотного способа регулирования вала электродвигателя. Применение регулируемого электродвигателя обеспечивает решение проблемы энергосбережения и, в свою очередь, это позволяет получать новые качества для устройств с такими двигателями. При применении этого способа на выходе насоса можно поддерживать давление близкое к постоянной величине и регулировать расход
жидкости на входе в гидроцилиндр. При использовании этого способа регулирования получается, что объем камеры величина постоянная, изменяется
лишь частота вращения вала двигателя и тогда мощность определяется по формуле:
N = VH х Рн х пн Где Пн - частота вращения вала двигателя.
На сегодняшний день, доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, вал насоса. Перспективность частотного регулирования наглядно показано на рис. 3.
0 0,25 0,5 0.75 1,0
Рисунок 3 - График сравнения способов регулирования
Применение регулируемого электродвигателя для привода насоса позволяет управлять расходом и давлением жидкости, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и повышает ресурс работы жидкости и гидросистемы в целом. Современные преобразователи частоты состоит из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления. Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.
Применение электродвигателей с частотным способом регулированием вала гидравлических насосов в прессах позволяет решить следующее. Во-первых решить проблему снижения энергопотребления, а во-вторых, повысить производительность процесса сращивания древесины по длине с одновременным повышением качества изделий из древесины.
Список использованной литературы:
1. Кожухова А.В. Математическая модель объемных потерь в объемно-роторной гидромашине при насосном и частотном управлении. Успехи современной науки и образования. 2016. Т5. №7.С.86-89.
2. Кожухова А.В. Сравнительный анализ способов регулирования скорости движения выходного звена объемного гидропривода. Успехи современной науки и образования. 2016. Т3. №6.С.81-84.
3. Кожухова А.В. Математическая модель объемного гидропривода с частотным управлением. Наука и мир. 2016.Т1. №5 (33). С.92-96.
©Кожухова А.В., Худокормов В.В., 2016
