Энергетическая характеристика электропривода механизма окорки роторного окорочного станка

УДК 621.311 С.П. Агеев

Агеев Сергей Петрович родился в 1957 г., окончил в 1979 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных систем технической подготовки производства Севмашвтуза. Имеет более 50 научных работ в области электроснабжения промышленных предприятий.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ОКОРКИ РОТОРНОГО ОКОРОЧНОГО СТАНКА

На основе физико-технических процессов окорки получена энергетическая характеристика окорочного станка, а также определены величины, влияющие на ее параметры.

Ключевые слова: окорочный станок, энергетическая характеристика, мощность, энергобаланс, производительность, сила окорки.

В основе нормирования и планирования электропотребления на ле-сопильно-деревообрабатывающих комбинатах (ЛДК) лежит метод, предусматривающий анализ, планирование и перспективное составление общезаводских балансов и показателей на основе нормализации энергетических балансов отдельных элементов и участков электрохозяйства предприятия. Поэтому перед тем как рассматривать схемы и формы построения энергетических балансов комбината, необходимо рассмотреть энергобалансы отдельных элементов производства.

Первичным звеном в производстве и электропотреблении предприятия является технологическая операция, осуществляемая на отдельном агрегате - приемнике электроэнергии. Без изучения энергетических балансов отдельных агрегатов в связи с физико-техническими особенностями соответствующих операций и процессов и техническими свойствами самих агрегатов невозможно осуществление нормирования и планирования электропотребления отдельных производств и комбината в целом.

Энергетический баланс всегда относится к определенной производительности агрегата и позволяет судить об экономичности работы оборудования только при данной его производительности.

Для энергетической оценки экономичности работы оборудования при различной производительности применяют энергетические характеристики, выражающие зависимость абсолютного или удельного расхода электроэнергии от производительности оборудования за эффективное время при постоянном режиме нагрузки (постоянной производительности).

В настоящей работе рассмотрены построение и анализ энергетической характеристики окорочных станков, которые являются одними из энергоемких потребителей лесопильного производства. Получение энергетических характеристик основано на разделении всех элементов энергобаланса

Агрегат

"потр "пол

. Дй'

агрегата на постоянные (не зависящие от его производительности) и переменные (зависящие от производительности) и установлении функциональных зависимостей переменных элементов баланса от производительности оборудования.

Энергетический баланс элементарного процесса можно представить в виде схемы (структуры), показанной на рис. 1, и выразить уравнением

Ж = Ж + АЖ

потр пол ?

где Жпотр- энергия, потребляемая агрегатом, кВт-ч;

АЖ - потери энергии;

Жпол- полезная энергия.

При постоянном режиме нагрузки оборудования баланс энергии может быть заменен соответствующим выражением баланса мощности:

где

РП01р = АР, + Рпол = АРПОсТ + АРпер + Рпол, Ртотр - потребляемая мощность, кВт; АР2 - суммарная мощность потерь энергии АР^ = АРп

+ АРпер;

+

АРпост и АРпер - мощность постоянных и переменных (нагрузочных) потерь;

Рпол - полезная (выходная) мощность.

Для построения энергетической характеристики будем рассматривать окорочный станок как сочетание двух элементов: исполнительной части и механизма передачи (МП). На рис. 2 показана структурная схема передачи мощности в окорочном станке, приводимом в движение асинхронным двигателем (АД).

Исполнительной называют ту часть станка, которая выполняет заданную технологическую операцию, т.е. окорку древесины. К ней относят ротор с короснимателями (РО). Потребляемая ротором мощность Рр содержит две составляющие: переменную (полезную) мощность Рр пол и постоянную АРр пост мощность потерь.

Таким образом,

Рр = Рр.пол + АРр.пост = СрАт +АРр.пост,

где ср - параметр, характеризующий энергоемкость окорки; А - производительность станка; т - показатель степени.

Рис. 2.

Рис. 1.

При номинальной производительности Аном окорочного станка мощность, потребляемая ротором, имеет номинальное значение:

РР.ном = сР Лтом + Д^Р.пост-

Отношение потребляемой мощности РР к ее номинальному значению

РР..ном представляет собой технологический коэффициент нагрузки станка:

Рр А

У р =-= — •

РА

Р.ном ном

Механизм передачи осуществляет преобразование движения в механической части электропривода станка. К нему относится ременная передача. Механизм передачи характеризуется потерями мощности, которые делят на две составляющие: мощность постоянных потерь

.пост = аМП РР .ном?

мощность переменных потерь

.пер

= «МП РР = «МП Ур РР .ном?

где аМП - коэффициент постоянных потерь в МП; еМП - коэффициент переменных потерь в МП.

Тогда мощность, подводимая к окорочному станку,

РМП = Рр + АРМП.пост + АРМП.пер = У Р РР.ном + аМП РР.ном + «МПУ Р РР.ном =

= Рр

.но м

[у р

Коэффициенты потерь в МП можно определить по двум показателям - номинальному КПД ^номМП механизма передачи и отношению хМП потерь:

_ АРМП.пост _ аМП /п\

X МП = д„ = •

АРМП.пер.ном «МП

Для простых кинематических схем обычно принимают хМП = 1, т.е. полагают аМП = «МП. При этом номинальный КПД представляют как отношение полезной (отдаваемой) мощности РР..ном механизма передачи к потребляемой Рмп.ном, т.е.

Р Р 1

_ Р.ном __Р.ном______/о\

П ном. МП = р = р /, "1 = 1 + ,

РМП.ном РР.ном(1 + аМП + «МП ) 1 + аМП + «МП

откуда

1 -Пн

а +« =_"номмл

аМП + «МП •

Пном.МП

Тогда, учитывая (1) и (6), составим уравнение энергетической характеристики РМП=т(А) механизма окорки станка:

РМП = (ср Ат + АРР.пост)(1 + «МП ) + аМПРР.ном =

= (1 + «МП )ср Ат +[(1 + «МП )АРр.пост + амПРР.ном ]= СокАт +АРоКпоет.(10) Слагаемое

АРок.пост (1 + вМП )аАР Р.пост+аМП РР .ном Рр .ном

[ар (1

+ вМП ) + амП ]

является мощностью постоянных потерь в окорочном станке.

Здесь ар = —Рпост - коэффициент постоянных потерь в роторе.

РР.ном

В рассматриваемом случае мощность АРМП.пост постоянных потерь в МП удобно представлять в долях не от номинальной мощности РР.ном ротора (см. (4)), а от постоянной составляющей АРР.п0ст этой мощности. Тогда

АРМП.пост = СМП АРР.пост = аМП РР.ном = СМП ар РР.ном'

Отсюда

Р а АР

1 Р.ном _ аМП . _ „ АР Р.пост

А Ю МП! МП! у-)

АРР.пост аР РР.ном

Подставляя (13) в (11), получаем "АР„ , ч АР

АР = Р

ок.пост Р.ном

Р.пост 1л \ АР Р.пост

V1 + вМП/ + сМП '

ту \ МП / МП ту

Р Р.ном Р Р.ном

= АРР.пост

Таким образом, мощность, потребляемая ротором окорочного станка,

РМП =

Определяем слагаемые, входящие в (15).

Согласно [2], мощность, потребляемая окорочным станком,

р у + °р^п%

РМП = = ,

Пмп Пмп

где г - число короснимателей;

^Р - сила сопротивления окорке на одном короснимателе, Н;

V - скорость резания короснимателя, м/с; Gp - вес ротора, Н;

цП - коэффициент трения в подшипнике ротора; V]! - окружная скорость подшипника ротора, м/с; ^МП - КПД механизма передачи от двигателя к ротору. Скорость резания

, 2 , 2 V = л/ V, + и

где VI - окружная скорость короснимателя, м/с; и - скорость подачи бревна, м/с;

В связи с тем, что величина VI во много раз превышает и, можно считать, что V = V] [4].

В этом случае

v = ^,

СМП = аМП

где »Б - диаметр окариваемого бревна, м; ю - угловая скорость ротора, с"1.

Окружная скорость подшипника ротора

»„ — ^ ,

где »„ - диаметр подшипника, м.

Сила сопротивления окорке на одном короснимателе состоит из усилия, затрачиваемого на отделение коры, и силы трения [3]:

Рр = к0 во + ц к,

где ко - удельное сопротивление окорке на 1 м ширины снимаемой полосы коры, Н/м;

во - ширина полосы коры, снимаемой одним короснимателем, м; Р„ - усилие прижима короснимателя к поверхности бревна, = дв, Н; д - удельное давление короснимателя, Н/м; в - ширина контактной площадки (толщина) кулачка, м; цк - коэффициент трения короснимателя о древесину, принимаем Цк = 0,18 ... 0,20.

Величину во определяем по следующей формуле:

2ки

во =-.

юг

Удельное сопротивление окорке ко зависит от состояния древесины, породы и во, его определяют по специальным графикам [5]. На основании формул (16) - (20) получаем

_ 4ко во + qвЦК V + °р Ц„ У„ _ (, 2ки1 °Бю , СР Ц„У„ _

Рм„ - - г ко чвцк I ~ 1 -

Л МП V ) 2ц м„ Лм„

кко и + zqвц к ю0,5 ^ Цп %

- »б + .

Л М„ ЛМ„

Учитывая, что производительность станка А — икВъ , имеем

~А

»б -л — .

ки

Подставляем (22) в (21):

Рм„ — ккои + ^ ю».5д + ^^ — с^ГА + ДР„.

ЛМ„

л/Км Лм„

7

Выражение (23) представляет собой уравнение энергетической характеристики механизма окорки станка, которое дает возможность проана-

лизировать влияние технических параметров станка на процесс потребления мощности.

Предполагая, что переменные потери в асинхронном двигателе изменяются пропорционально первой степени изменения нагрузки, можно получить формулы для определения коэффициентов переменных вд и постоянных ад потерь в двигателе:

1 , 1 _ Лном.Д

вД + аД =--1 =-

Лном.Д Л ном.Д

Для определения коэффициентов потерь необходимо также знать отношение потерь:

АРпост.Д аД

Х Д = АР " V'

АР пер.Д.ном вД

Значения лежат в пределах от 0,5 до 1,0, их определяют по кривым [1].

Следует также учесть, что номинальной нагрузкой для двигателя будет номинальная мощность механизма (станка), которую рассчитывают по формуле (6) при уР = 1.

Таким образом, номинальная мощность на валу двигателя

Рном.Д = РМП.ном = РР.ном

Мощность, потребляемая двигателем из сети при номинальной нагрузке (А = Аном), может быть вычислена по аналогии с (24):

РАД.ном = РМП.ном(1 + аД + вД ),

при произвольной нагрузке:

РАД = Р МП.ном [У МП

Р

где у МП = —МП--коэффициент загрузки МП станка.

РМП.ном

Из (25) можно найти зависимость мощности, потребляемой двигателем из сети, от производительности механизма, т.е. Рад = ЛА):

РАД = РМП.ном [у МП (1 + вД )+ аД ]= у МРМП.ном (1 + вД )+ аД РМП.ном =

: РМП (1 + вД ) + аДРМПном = (1 + вД Цсок ^ + АРокпост)+ аДР = (1 + вД )Сок^А + (1 + вД )АРокпост + аДРМП.ном

или

Рад = с4А + АРПоСт.

Уравнение (26) представляет собой выражение энергетической характеристики электропривода механизма окорки роторного окорочного

станка. Анализ энергоемкости процесса окорки с помощью энергетических характеристик является предметом дальнейших исследований.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексин, М.В. Экономия энергоресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности [Текст] / М.В. Алексин [и др.]. - М.: Лесн. пром-сть, 1982. -216 с.

2. Залегаллер, Б.Г. Технология и оборудование лесных складов [Текст]: учеб. для вузов / Б.Г. Залегаллер, П.В. Ласточкин, С.П. Бойков. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 352 с.

3. Пигильдин, Н.Ф. Окорка лесоматериалов [Текст] / Н.Ф. Пигильдин. - М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 192 с.

4. Симонов, М.Н. Механизация окорки лесоматериалов [Текст] / М.Н. Симонов. - М.: Лесн. пром-сть, 1984 - 216 с.

5. Симонов, М.Н. Окорка древесины [Текст] / М.Н. Симонов, В.Г. Югов. -М.: Лесн. пром-сть, 1972 - 128 с.

Севмашвтуз Поступила 29.08.05

S.P. Ageev

Energy Characteristic of Electric Drive of Barking Mechanism of Rotor Debarking Machine

Based on physico-technical barking processes the energy characteristic of the debarking machine is obtained as well as values affecting its parameters are determined.

7*