КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-29-00089
НазваниеПовышение эффективности непосредственных электромеханических приводов возвратно-поступательного движения с учетом действующих нагрузок
Руководитель Иванов Сергей Николаевич, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" , Хабаровский край
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-602 - Моделирование технических систем
Ключевые слова непосредственный электропривод, возвратно-поступательное движение, электромеханический преобразователь, компьютерное моделирование
Код ГРНТИ44.00.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на использование энергосберегающих технологий, обеспечивающих реализацию электропривода как совокупности механических и электромеханических устройств, объединенных общими силовыми электрическими цепями и цепями управления, предназначенными для осуществления линейного возвратно-поступательного движения объекта в условиях нелинейно изменяющейся случайной нагрузки.
Особенности механической части определяют номенклатуру выходных параметров привода: статический или динамический момент, угловую частоту вращения, усилие, линейную скорость. В качестве дополнительных параметров принимаются моменты, создаваемые силами трения, сжатия, растяжения, кручения неупругих тел (реактивные моменты, изменяющие свое направление при изменении направления движения), моменты сил тяжести, сжатия, растяжения, кручения упругих тел (активные, потенциальные). Активные моменты возникают в нагруженных элементах (валы, зубчатые зацепления и т.п.) при их деформации вследствие не абсолютной жесткости механических связей.
Проект направлен на разработку методики проектирования совмещенного силового электропривода возвратно-поступательным движения при нелинейном характере нагрузки, связанный в научной терминологии с определением «немоделируемая динамика». К техническим системам с такими эксплуатационными особенностями относятся, в частности, магистральные трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой, нагружаемой потоком перекачиваемой жидкости или газа, силовое оборудование для изготовления сложных элементов методом выдавливания, установки льдоудаления, оборудование для утилизации отход промышленных предприятий и жилищно-коммунального сектора, являющиеся прикладными объектами проекта.
Актуальность проекта: работа направлена на решение комплексной проблемы реализации практических программ и мероприятий по энергосбережению и энергоэффективности, ведущей к снижению потерь при передаче энергоресурсов потребителям за счет разработки и использовании как объектов, так и технологий, имеющих высокую энергетическую эффективность. Соответственно, задача повышения комплексной эффективности электроприводов с линейным перемещением исполнительного органа, является актуальной. Ее решение требует новых подходов при проектировании и эксплуатации энергетического оборудования, реализуемого в виде электротехнических комплексов, объединяющих исполнительные электромеханические устройства и системы управления, обеспечивающие высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели и одновременно отвечающие требованиям электробезопасности и надежности, на разработку которых направлен данный проект.
Научную новизну проекта определяют результаты, которые планируется получить в ходе выполнения исследования:
- теоретические и методические основы проектирования непосредственных электроприводов возвратно-поступательного движения на базе электромеханических преобразователей с учетом особенностей энергетически связанных технологических процессов;
- автоматизированная технология проектирования непосредственных электроприводов возвратно-поступательного движения на базе электромеханических преобразователей применительно к технологическим процессам, не имеющим точного математического описания и моделируемых с использованием параметризуемых твердотельных геометрических структурных элементов;
- развитие теории автоматизированного электропривода в части учета параметров исполнительного органа силовых приводов возвратно-поступательного движения на базе электромеханических преобразователей в условиях нелинейно изменяющейся случайной нагрузки, обеспечивающих принципиально более высокие уровни экономичности и надежности по сравнению с аналогичными существующими устройствами.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
За отчётный период выполнено, в основном, следующее:
1. Проведен информационный поиск, показавший следующее:
а) общим недостатком существующих электромеханических приводов, обеспечивающих возвратно-поступательное движение, является конструкционная сложность и, как следствие, высокая стоимость, низкая надежность и технологичность;
б) применение в качестве привода типовых электродвигателей для изменения вращательного движения вала в поступательное движение исполнительного элемента предполагает наличие специального механизма, например, редуктора на основе зубчатой или червячной передачи, что снижает технико-экономические показатели и надежность привода;
в) первоочередными задачами исследования являются: установление основных критериев функциональной эффективности электропривода; проведение структурного анализа исследуемого привода с целью выделения стандартных элементов для выбора адаптированных методик их последующего использования при проектировании; разработка новых принципов конструирования, методических подходов, методов, алгоритмов в исследуемой области; моделирование и макетирование технических решений и изготовление моделей, макетов, экспериментальных образцов, прототипов привода.
2. Разработан алгоритм исследования, определены количественные диапазоны областей и параметров проектирования с учетом конструкционных и эксплуатационных особенностей объекта исследования. Предложена программа по определению основных размеров трапецеидальной резьбы исполнительного элемента электропривода, являющихся критерием эффективности проектирования электромеханического привода возвратно-поступательного движения с интегрированной винтовой передачей с учетом действующих осевых усилий.
3. Выполнен анализ результатов моделирования работы непосредственного электропривода задвижки в программной среде SimInTech с учетом зависимости нагрузки от перемещения шибера, полученной по результатам имитационного моделирования гидродинамических процессов в задвижке трубопровода.
4. Разработан ряд рекомендаций, направленных на улучшение технических характеристик непосредственного привода возвратно-поступательного движения и повышение его эффективности, в частности показано, что:
а) для снижения противодействующей силы, действующей на шибер в процессе закрытия, и, соответственно, мощности привода рабочие поверхности должны обеспечивать его равнотолщинность (быть параллельны), а сама толщина должна быть минимальной;
б) уменьшение толщины шибера улучшает весогабаритные показатели и компенсирует влияние размерных соотношений на тяговые характеристики при изменении рабочего давления, диаметра трубопровода и вязкости перекачиваемой среды;
в) при вариации формы шибера и сечения пропускного канала определение номинальной мощности приводного двигателя с учетом эксплуатационных режимов работы задвижки, соответствующим оптимальным значениям энергетических показателей (коэффициенты полезного действия и мощности), целесообразно определять по результатам моделирования гидродинамических процессов в апертуре задвижки трубопровода;
г) повышение эффективности объекта исследования за счет выбора номинальной мощности непосредственного электропривода в соответствии с действующими в эксплуатационных режимах усилиями требует одновременного оценивания несущей способности винтовой пары;
д) сравнение расчетных и экспериментальных значений токов и моментов приводного двигателя показало, что предложенный подход – проектирование двигателя на основе предварительного моделирования процессов в рабочей зоне задвижки, повышает эффективность устройства за счет выбора номинальной мощности двигателя в соответствии с действующими в эксплуатационных режимах усилиями.
5. Результаты теоретического и экспериментального анализа электромеханического привода запорной арматуры, реализованного с использованием рассмотренной методики проектирования электропривода линейного перемещения на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя, подтвердили техническую выполнимость и целесообразность разработки непосредственных электромеханических приводов возвратно-поступательного движения.
6. Рассмотренный подход исследования привода задвижки магистрального трубопровода является основой решения вопросов энергосбережения и эффективного управления процессами транспортирования газа и нефтепродуктов и создания эффективных электроприводов с улучшенными технико-экономическими характеристиками.
7. Применение автоматических электромеханических приводов на основе рассмотренного подхода позволяет существенно снизить риск воздействия техногенных факторов на окружающую среду при возникновении повреждений трубопроводных магистралей объектов нефте- и газотранспортной инфраструктуры.
В итоге можно заключить, что разработаны основы научных принципов и инновационных технологий повышения эффективности непосредственных электромеханических приводов возвратно-поступательного движения с учетом действующих нагрузок и определены задачи дальнейшего исследования с целью развития и комплексной проверки полученных на данном этапе научных исследований.
Публикации
1.
Ким К.К., Иванов С.Н., Азимов Х.Х.
Алгоритмические основы исследования электромагнитных процессов в электроприводе герметичной задвижки
РОССИЙСКАЯ АРКТИКА, номер 1, том 6, выпуск 24, страницы 14-25
ЭЛ № ФС77-72859 от 22.05.2018 (год публикации - 2024)
10.24412/2658-4255-2024-1-14-25
2.
Дружинин В.А., Азимов Х.Х., Андрианов И.К., Колесник М.Б., Иванов С.Н.
Разработка электромеханической системы с резкопеременной нагрузкой
Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета., № 1, выпуск 73, страницы 47-58. (год публикации - 2024)
10.17084/uzknastu
3.
Иванов С.Н., Колесник М.Б., Ким К.К., Азимов Х.Х., Андрианов И.К.
Определение выходных параметров электропривода герметичной задвижки магистрального трубопровода
Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета, № 5, выпуск 77, страницы 61-70. (год публикации - 2024)
10.17084/uzknastu
4. Колесник М.Б. Алгоритм расчета асинхронного двигателя Сборник трудов конференции. Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований. Материалы VII Всероссийской национальной научной конференции молодых учёных. Издательство: Комсомольский-на-Амуре государственный университет. Комсомольск-на-Амуре. , Сборник трудов конференции. Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований. Материалы VII Всероссийской национальной научной конференции молодых учёных. Часть 1. 08–12 апреля 2024 года. Комсомольск-на-Амуре. Страницы 264-269. (год публикации - 2024)
5. Колесник М.Б., Саяпина П.О. Программа проверки механической устойчивости электромеханического преобразователя Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем» № 12–2024, 21.11.2024-20.12.2024. Роспатент, Москва., ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ. Номер регистрации (свидетельства): 2024689126 (год публикации - 2024)
6. Дружинин В.А., Саяпина П.О., Иванов С.Н., Азимов Х.Х. Автоматическая электромеханическая система для удаления сосулек с крыш ИЗОБРЕТЕНИЯ. ПОЛЕЗНЫЕ МОДЕЛИ. Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности (РОС ПАТЕНТ) , ИЗОБРЕТЕНИЯ. ПОЛЕЗНЫЕ МОДЕЛИ. Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности (РОС ПАТЕНТ) № 32-2024 страниц 2 (год публикации - 2024)