Компьютеризированный лабораторный комплекс гидростанции с регулируемым электроприводом насосного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.314

Кременчугский государственный политехнический университет

Институт электромеханики, энергосбережения и компьютерных технологий

КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС ГИДРОСТАНЦИИ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ НАСОСНОГО АГРЕГАТА

Романов А.Ю., Ломонос A.И., Бажан А.И.

Введение

Роботы и манипуляторы находят применение в различных областях, начиная от промышленности, сельского хозяйства, транспорта, подводных и космических исследований и до медицины. Поэтому и с технико-экономической, и с общечеловеческой позиции значение исследований в области робототехники велико. Промышленный робот - это машина-автомат, состоящая из исполнительного механизма - манипулятора и системы управления. Гидравлическая станция промышленного робота РБ-211 является самостоятельным источником подачи рабочей жидкости под давлением и предназначена для питания манипулятора робота. Подача масла осуществляется пластинчатым регулируемым насосом с дебитом 25 дм³/мин при скорости 1450 об/мин и давлении 7 МПа. В неё вмонтирован воздухоохладитель, предусмотрена контрольная аппаратура для давления и электромагнитный распределитель, который разгружает систему от давления при выключении насоса. Гидростанция вынесена вне манипулятора робота. Связь с манипулятором осуществляется гибкими маслопроводами высокого давления. Для изменения рабочих параметров насосов используют дросселирование, байпасирование, присоединение дополнительных объемов, включение одного или нескольких сервоклапанов манипулятора и др., что приводит к некачественному управлению насосом, создаёт дополнительное сопротивление сети, непроизводственное превышение напора масла и, соответственно, низкую эффективность работы системы подачи масла (СПМ). Другим недостатком является энергетически неэффективная система охлаждения масла. Неуправляемые пусковые режимы приводят к снижению надежности работы насоса, несоблюдению темпа управления, преждевременному выходу из строя электромеханического оборудования и, кроме того, при прямом включении (выключении) насоса возможны гидравлические удары, которые приводят к аварийности и сбоям в работе СПМ. В результате, режимы функционирования СПМ характеризуются потерями энергии до 30-40%, снижением межремонтного цикла электродвигателей и регулирующей арматуры, ростом затрат на обслуживание и поиск неисправностей. Интенсивное развитие элементной базы силовых и управляющих средств дает возможность реализовывать в СПМ частотное регулирование параметров на базе преобразователя частоты.

Особенностью СПМ является наличие в схеме пластинчатого регулируемого насоса [4, 6]. Паспортные характеристики Q-Р, N-Р, применяемого пластинчатого насоса, представлены на рис. 1.

Рисунок 1 - Паспортные характеристики Q-Р, N-Р пластинчатого насоса

Сложность термодинамических процессов, происходящих в СПМ, их специфический характер нагрузки, переменный во времени режим подачи масла, необходимость исследования режимов работы и выработки рекомендаций для рационального функционирования реальных технологических комплексов привело к необходимости разработки компьютеризированного лабораторного комплекса гидростанции, которая позволит исследовать энергетические режимы работы пластинчатого насоса при различных способах регулирования технологических параметров и переменных условиях работы потребителя.

Цель работы

Целью работы является анализ функциональных возможностей компьютеризированного лабораторного комплекса СПМ для исследования технологических, динамических и энергетических показателей при различных способах регулирования для выработки практических рекомендаций по рациональному функционированию реальных технологических комплексов.

Материал и результаты исследований

Разработанный компьютеризированный лабораторный комплекс СПМ (рис. 2, 3, 4) включает пластинчатый насос с приводом от асинхнонного двигателя переменного тока мощностью 3 кВт, охладитель масла с приводом от асинхнонного двигателя переменного тока мощностью 0,25кВт, систему запорно-регулирующей арматуры, ресивер емкостью 100 л, сеть маслонапорной установки, датчики и показывающие приборы технологических и электромеханических параметров, устройства обработки аналоговой информации, электронно-вычислительную машину. Технические характеристики оборудования СПМ представлены в табл. 1.

Физическая модель СПМ позволяет реализовывать следующее способы регулирования:

- ступенчатое - по заданным уставкам давления с помощью датчиков давления с устройством сопряжения, платой АЦП-ЦАП, ПЭВМ и релейно-контактной аппаратуры;

- частотное - с преобразовательным устройством, датчиками электрических параметров, платой АЦП-ЦАП и ПЭВМ;

Способ ступенчатого регулирования параметров СПМ характеризуется возникновением резких скачков тока при пуске электродвигателя, что приводит к преждевременному износу электрического оборудования по условиям нагрева и прочности изоляции и выходу из строя технологических механизмов [1, 7].

При регулировании производительности пластинчатого насоса изменением частоты вращения, производительность, полезная работа и мощность агрегата изменяются пропорционально частоте вращения электродвигателя, вследствие чего увеличивается к.п.д. насоса и уменьшаются потери мощности до 30-40%. Изменение давления и подачи СПМ при таком варианте регулирования реализуется заданием параметров пропорциональных выходной частоте ПЧ. Способ регулирования параметров с применением ПЧ позволит снизить потери до минимальных, хотя он наиболее затратный [2].

Рисунок 4 - Гидравлическая схема стенда лаборатории 2105

Таблица 1 -

Технические характеристики оборудования СПМ

Выводы

масло компьютеризированный нагрузочный асинхронный

В предложенном комплексе возможна реализация следующих задач:

- исследование нагрузочных характеристик механизма при различных параметрах сети;

- изучение напорно-расходных и энергетических характеристик СПМ при различных вариантах регулирования параметров;

- исследование механических и электромеханических характеристик системы электропривода насоса по схеме преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД);

- исследование энергетических режимов работы системы асинхронный двигатель - насос при частотном управлении и при прямом пуске;

- исследование характеристик системы тиристорный регулятор напряжения - асинхронный двигатель (ТРН-АД);

- исследование статических и динамических характеристик насоса;

- изучение динамических процессов в гидросистеме при различных способах регулирования параметров и анализ показателей качества процессов регулирования;

- исследование нестационарных режимов работы технологического оборудования;

- исследование компьютеризированных микропроцессорных систем управления электроприводом.

- изучение режимов работы трубопроводной арматуры и датчиков технологических параметров и т.п.

Разработанный лабораторный комплекс предназначен для обучения студентов и повышения качества подготовки специалистов электромеханического профиля, переподготовки инженерно-технического персонала и проведения научных исследований, направленных на разработку практических рекомендаций для повышения эффективности работы технологических комплексов, оборудованных СМП. Применение стенда является обоснованным с позиции изучения систем электропривода гидростанции промышленного робота, что позволяет расширить спектр проводимых исследователями работ и углубить знания в области электропривода и его автоматизации. Использование измерительно - управляющих комплексов даёт возможность расширить спектр задач, решаемых при проведении работ на стендовом оборудовании.

Литература

1. Мелькумов Л.Г., Найман А.Е., Травкин Е.К. Автоматизация пневматического хозяйства шахт и рудников. М.: Недра, 1977, 280 с.

2. Елисеев В.В., Шинянский А.Р. Справочник по автоматизированному электроприводу. М.: Недра 1985, 578с.

3. Хаджиков Р.Н. Горная механика. Изд. 5-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1973, 424 с.

4. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Некрасов Б.Б. и др. -М.: Машиностроение, 1982

5. Техническое описание - Инструкция по эксплуатации станции гидравлической робота РБ 211

6. Бабин К.Н., Барков Н.К., Галкин В.А. и др. Маслонапорные установки. Л.: Энергия 1968, 193 с.

7. Андрияшев М.М. Гидравлические расчеты оборудования водоводов. - М.: Стройиздат, 1979. 104 с.

Размещено на Allbest.ru