Частотный электропривод селекционной молотилки

Размещено на http://www.allbest.ru/

7

14

Частотный электропривод селекционной молотилки МТПУ-500

Член корреспондент Россельхозакадемии докт.

техн. наук Измайлов А.Ю.,

канд. техн. наук Хомуев В.Г., канд. экон. наук Гришин А.А.,

канд. техн. наук Гришин А.П. (ГНУ ВИМ)

Селекционные молотилки предназначены для обмолота пучков растений зерновых, зернобобовых и крупяных культур, вытирания семян трав и вымолота семян из единичных корзинок подсолнечника (II этап селекционных работ).

Конструкция молотилки обеспечивает высокую чистоту обмолоченных семян (более 95 %). Наличие сменных барабанов двух типов, а также пяти сменных дек и регулятора частоты вращения барабана дает возможность осуществлять обмолот большого количества сельскохозяйственных культур (пшеница, рожь, ячмень, овес, рис, горох, соя, фасоль, бобы, включая подсолнечник) с минимальными потерями.

Подача обрабатываемого материала и окружная скорость для различных культур имеют оптимальные значения, характеризующие высокую чистоту обмолачиваемого материала, с минимальными механическими повреждениями семян. Эти значения приведены в таблице 2.

Таблица 1

Оптимальные подачи обрабатываемого материала и окружные скорости молотильных барабанов для молотилки МТПУ-500

Для обеспечения различных оптимальных окружных скоростей барабана его электропривод испльзует преобразователь частоты VFD - EL 007 компании DELTA ELECTRONICS, Inc., позволяющий для согласования механических характеристик привода и механизма осуществлять вольт-частотное управление (формирование характеристики V/f по трем точкам, где f - частота выходного напряжения преобразователя, V - выходное напряжение преобразователя).

Эта функция имеет большое значение, поскольку механическая характеристика приводимого механизма - молотильного барабана имеет сложный характер и не может быть обеспечена приводами с типовыми характеристиками (вентиляторной или с постоянным моментом) без значительных потерь электроэнергии из-за низкого КПД электродвигателя на малых скоростях. Между тем такое согласование обеспечит работу в оптимальном режиме, с минимальными потерями зерна и высоким КПД [1]. Кроме того, такое согласование позволит качественно проводить обмолот культур во всем диапазоне окружных скоростей.

Объект исследований

Молотилка терка пучковая универсальная МТПУ-500, рис. 1, является машиной нового поколения, созданной для селекционных работ, снабжена частотным электроприводом молотильного барабана, позволяющим проводить более эффективную, с меньшими затратами электроэнергии и потерями обмолачиваемых культур. Молотилка МТПУ-500 имеет технические характеристики, представленные в таблице 2.

Рис. 1. Молотилка терка пучковая универсальная МТПУ-500

Таблица 2

Технические характеристики молотилки МТПУ-500

Обрабатываемый материал через приемное окно подается в молотильную камеру, где обрабатывается молотильным барабаном. Полова и семена проходят через деку, попадают в аспирационный канал, где под воздействием восходящего потока воздуха полова отделяется от семян. Далее полова по каналу попадает в осадочную камеру. Воздух, минуя вентилятор, попадает в пылеотделитель, который представляет собой матерчатый фильтр исключающий попадание обмолотной пыли в окружающую среду.

Для привода молотильного барабана и вентилятора используются два электродвигателя: 0,55 и 0,75 кВт соответственно. Для последнего электропривода, в отличие от электропривода барабана, особых требований нет - он работает в штатном для обычного вентилятора режиме.

Мощность, необходимая на работу молотильного барабана, равна

, (1)

где N₁ - мощность потерь электропривода (трения в подшипниках и сопротивление воздуха отбрасыванию); N₂ - мощность технологической операции обмолота необходимая на удар и сообщение скорости хлебной массе, а также расходуемая на преодоление сопротивлений, возникающих при протаскивании хлебной массы через зазоры между барабаном (трение о боковые грани зубьев или поверхность бичей, разрушение колосьев, разрыв стеблей).

, (2)

где Ащ - потери на трение;

Bщ³ - потери на преодоление сопротивлений воздуха отбрасыванию его барабаном;

щ - частота вращения барабана 1/с;

А и В - коэффициенты равные А=1,5 нм, В=24•10^-5 нм/с².

, (3)

где q - подача обрабатываемого материала, кг/с;

v - окружная линейная скорость барабана, м/с;

о - коэффициент Пустыгина равный 0,8;

f - коэффициент перетирания соломы, учитывающий сопротивление в подбарабанье равный 0,7…0,8.

Расчетные значения мощности N₁ и мощности N₂ для различных культур представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3.

Мощность потерь на трение в подшипниках и сопротивление воздуха отбрасыванию

Таблица 4.

Технологическая мощность обмолота различных культур

На рис.2 представлена диаграмма максимальных мощностей N₂, (кВт) для различных культур, позволяющая выбрать мощность электропривода для технологических целей обмолота.

Результаты исследований и их обсуждение

Чтобы сформировать характеристику V/f преобразователя необходимо знать механическую характеристику механизма обмолота - зависимость момента барабана M с обрабатываемым материалом от частоты вращения щ.

Рис.2. Максимальные технологические мощности обмолота

Для этого воспользуемся формулами (1), (2), и (3) предварительно переведя окружную скорость (3) в частоту вращения, разделив её на радиус барабана R. Далее разделим мощность на частоту вращения и получим следующее выражение зависимости M(щ):

. (4)

Рис. 3. Механические характеристики для молотилки с малыми подачами материала

С помощью выражения (4) для различных обмолачиваемых культур, их оптимальных окружных скоростей (приведенных к частоте вращения барабана) и оптимальных подач материала построены графики механических характеристик для малых, рис. 3, и больших, рис. 4, средних значений подач материала из приводимого в таблице 1 диапазона.

Рис. 4. Механические характеристики для молотилки с большими подачами материала

Преобразователь частоты типа VFD имеет опцию настройки закона регулирования V/f или V(f) по трем точкам, с помощью диаграммы рис.5, где б - нормированная по номиналу частота выходного напряжения преобразователя, г - нормированное по номиналу выходное напряжение преобразователя. Поскольку момент на валу электродвигателя пропорционален потоку в его рабочем зазоре и определяется напряжением на обмотке статора, а частота вращения - частотой этого напряжения, то с достаточной для практических целей точностью можно принять следующие равенства:

и , (5)

где m - нормированный по номиналу момент на валу электродвигателя.

Нужная механическая характеристика привода формируется путем задания в преобразователе координат трех (б_min; г_min), (б_ср; г_ср), (б_max; г_max) а для линейной характеристики двух крайних точек.

Рис. 5. Диаграмма настройки закона регулирования преобразователя частоты

Таким образом, чтобы выполнить настройку механической характеристики частотного привода и привести её в соответствие с аналогичной характеристикой механизма обмолота нужно иметь её в аналогичных нормированных переменных величинах, рис. 6.

Рис. 6. Нормированная механическая характеристика механизма обмолота

Полученная характеристика может быть аппроксимирована линейной зависимостью вида: m = 0,98б - 0,03 с достаточной степенью достоверности R² = 0,98. Это позволит после пренебрежение свободным членом ввиду его малости воспользоваться упрощенной настройкой m = kб, где k?1,0. При этом закон регулирования будет иметь вид V/f=const.

Заключение

Применение частотного привода электродвигателя молотильного барабана позволяет согласовать механическую характеристику электропривода и механическую характеристику приводимого механизма - молотильного барабана, что обеспечит работу молотилки в оптимальном режиме, проводить обмолот культур во всем диапазоне окружных скоростей с высоким качеством, минимальными потерями зерна и высоким КПД.

Согласование характеристик может осуществляться путем настройки закона управления преобразователя V/f=const, при этом достоверность согласования при условии линеаризации механической характеристики, имеющей форму полинома второго порядка, будет иметь высокое значение R² = 0,98.

Литература

1. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями. - М.: Наука, 1966, - 300 с.

Размещено на Allbest.ru