Управляемая вибрация звеньев подвижности производственного механизма

Введение. Предметом настоящей работы является исследование характеристик трения движущихся поверхностей звеньев производственных механизмов (ПМ), включая исполнительные механизмы (ИМ), рабочие органы (РО) технологических машин (ТМ) в зоне малой частоты вращения асинхронного двигателя (АД), питаемого от автономного инвертора напряжения (АИН) в системе «АИН - АД». Цель исследования - поиск технического решения по снижению влияния трения в звеньях ПМ на механические характеристики частотно-управляемого электропривода (ЧУЭП) в зоне малой и ползучей скорости, а также подтверждение целесообразности введения нормируемой вибрации подвижных звеньев в направляющих ПМ при реализации пускотормозных режимов работы АД. Материалы и методы. Для решения поставленных исследовательских задач применен принцип двухрежимного управления АИН, обеспечивающего формирование квазисинусоидального напряжения для питания АД в системе «АИН - АД» с коэффициентами гармоник K_u < 8% и K_u > 8%. Использовано программное регулирование амплитуд основной, 5-й и 7-й гармоник тока статора, формирующих пульсирующие моменты на валу АД и вызывающих нормируемую вибрацию звеньев ПМ. Результаты исследования . Получено обоснование и экспериментальное подтверждение возможности управления АИН, обеспечивающее программное изменение амплитуды вибрации вала АД и уменьшение эффективного коэффициента трения движущихся звеньев ПМ с целью исключения схватывания звеньев в условиях эксплуатации ПМ. Такой эффект возможен при вращении ротора АД в зоне низких частот тока (0,5-20 Гц), что характерно для движения ПМ с малой скоростью в процессе реализации пускотормозных режимов работы ЧУЭП. Обсуждение и заключения. Область применения разработанного технического решения охватывает многие ПМ с ЧУЭП, для которых повторно-кратковременные режимы работы (с ПВ 40 % и более) являются основными. Таким образом, использование эффекта вибрационной линеаризации коэффициента трения в звеньях ПМ позволяет уменьшить напряжение трогания АД и существенно расширить диапазон регулирования скорости ЧУЭП, повысить плавность движения и улучшить кинематику выходного звена ПМ, на котором установлен рабочий орган (РО).

частотно-управляемый электропривод, двухрежимный автономный инвертор напряжения, коэффициент гармоник тока, напряжение трогания АД, сила трения покоя и движения, эффективный коэффициент сухого трения, колебания звеньев механической системы, frequency-controlled electric drive, double-sided autonomous voltage inverter, current harmonics coefficient, AM breakaway voltage, static and dynamic friction force, effective dry friction coefficient, vibrations of mechanical system links

1. Браславский, И. Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод / И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков. - Москва : Academia, 2004. - 241 c.

2. Карнаухов, Н. Ф. Улучшение характеристик частотного электропривода технологических машин в зоне малой скорости движения исполнительного механизма / Н. Ф. Карнаухов, Ю. В. Пудова, М. Н. Филимонов // Молодежь. Техника. Космос : тр. IV Общероссийской молодежной науч.-техн. конф. - Вестник БГТУ. - 2012. - № 15. - С. 331-333. - (Библиотека журнала «Военмех»).

3. Карнаухов, Н. Ф. Частотно-управляемый асинхронный электропривод мехатронных систем / Н. Ф. Карнаухов. - Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2009. - 224 c.

4. Зельченко, В. Я. Расчет и проектирование автоматических систем с нелинейными динамическими звеньями / В. Я. Зельченко, С. Н. Шаров. - Ленинград : Машиностроение, 1986. - 174 с.

5. Перельмутер, В. М. Прямое управление моментом и током двигателей переменного тока / В. М. Перельмутер. - Харьков : Основа, 2004. - 210 с.

6. Карнаухов, Н. Ф. Особенности формирования циклических режимов частотного электропривода технологических машин в зоне малой скорости движения исполнительного механизма / Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, А. И. Изюмов // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2012. - № 6 (67). - С. 76-86.

7. ГОСТ32144-2014. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - Москва : Стандартинформ, 2014. - 16 с.

8. Следящие приводы. В 3 т. Т. I. Теория и проектирование следящих приводов / под ред. Б. К. Чемоданова. - 2-е изд., доп. и перераб. - Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. - 904 с.

9. Карнаухов, Н. Ф. Моделирование колебаний звена технологической машины в режиме динамического торможения асинхронного двигателя при частотном управлении / Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, Ю. В. Пудова // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2010. - Т. 10, № 4 (47). - С. 569-574.

10. Розанов, Ю. К. Электронные устройства электромеханических систем / Ю. К. Розанов, Е. М. Соколова. - Москва : Академия, 2004. - 272 с.

11. Бидерман, В. Л. Теория механических колебаний / В. Л. Бидерман. - Москва : Высшая школа, 1980. - 408 с.

12. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах / под ред. К. В. Фролова. Москва : Машиностроение, 1981 - 453 c.

13. Федоренко, И. Я. Технологии и средства механизации сельского хозяйства / И. Я. Федоренко, У. К. Сабиев // Вестник Алтайского гос. аграр. ун-та. - 2011. - № 6 (80). - С. 82-85.

14. Филонов, И. П. Теория механизмов, машин и манипуляторов / И. П. Филонов, П. П. Анципорович, В. К. Акулич. - Минск : Дизайн ПРО, 1998. - 656 с.

15. Abdo, J. The Effect of Frequency and Amplitude of Vibration on the Coefficient of Friction for Metals / J. Abdo, M. Tahat // Tribology International. - 2008. - Vol. 41, is. 4. - P. 307-314.

16. Altpeter, F. Friction modeling, identification and compensation / F. Altpeter. - Lausanne :EPFL, 1999. - 150 p.

17. Пановко, Я. Г. Лекции по основам теории вибрационных машин и технологий / Я. Г. Пановко. - Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. -192 с.

18. Зотеев, В. Е. Параметрическая идентификация диссипативных механических систем на основе разностных уравнений / под ред. В. П. Радченко. - Москва : Машиностроение, 2009. - 344 с.

19. Электромеханические системы управления тяжелыми металлорежущими станками / С. В. Демидов [и др.] ; под общ. Ред. С. В. Демидова. - Ленинград : Машиностроение, 1986. - 236 с.

20. Моделирование режима торможения асинхронного двигателя частотного электропривода с использованием гармоник тока статора / Н. Ф. Карнаухов [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2016. - Т. 16, № 1 (84). - С. 87-98.

21. Филимонов, М. Н. Улучшение динамики торможения асинхронного двигателя станочной системы с частотным управлением / М. Н. Филимонов, Н. Ф. Карнаухов // Современные проблемы машиностроения и высоких технологий : мат-лы междунар. науч.-техн. конф. В 3 т. - Ростов-на-Дону : Изд-во Дон. гос. техн. ун-та. - 2005. - Т. 1 - С. 236-242.

22. Карнаухов, Н. Ф. Особенности формирования двухтокового динамического торможения асинхронного двигателя мехатронной системы при частотном управлении / Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, Н. В. Деркачев // Мехатроника-2008 : мат-лы IV Междунар. науч.-практ. студ. коллоквиума. - Новочеркасск, 2008. - С. 17-20.

23. Карнаухов, Н. Ф. Энергетические показатели электропривода при частотном способе управления асинхронным двигателем / Н. Ф. Карнаухов, В. А. Прус, М. Н. Филимонов // Труды VIII Междунар. науч.-техн. конф. по динамике технологических систем. - Ростов-на-Дону : Изд-во ДГТУ, 2007. - Т. III. - С. 24-30.

24. Установка для демонстрации рекламно-информационного материала и устройство управления перемещением носителя : патент № 36914 Рос. Федерация : МПК7 G 09 F 13/00 H 02 P 7/36 / Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, С. А. Ушаков. - Опубл. 27.03.04, Бюл. № 9. - 14 c.