Том 29, № 4 (2021)

Рассмотрен технологический процесс глубокой вытяжки с учетом высокой степени деформации металла и малой толщины (0,5 мм) заготовки. С учетом высокой сложности процесса и невозможности его представления в аналитической форме в работе используется его представление в виде фазового портрета в плоскости усилия вытяжки и перемещения пуансона гидравлического пресса. Фазовые траектории в упомянутой плоскости определяют геометрические размеры изделия, характеризуют напряжения и деформацию в ходе процесса и определяют структуру алгоритма управления процессом. Рассматриваемая в работе цифровая позиционно-следящая система включает электромеханические, гидравлические, пневмоэлектрические и электронные звенья. Система обеспечивает прецизионное позиционирование пуансона гидравлического пресса с контролем и управлением его скорости перемещения. В работе предоставлена идеальная математическая модель процесса вытяжки. В результате сравнения фазовых траекторий модели и реального процесса выявляется возможная разность в силу действующих помех на реальном процессе. Полученная разность позволяет сформировать в системе дополнительное управляющее воздействие на контур управления скоростью пуансона с целью компенсировать возникшее рассогласование. Таким образом реализуется стабилизация усилия вытяжки в функции перемещения пуансона. В работе приводятся математические описания всех звеньев системы, предоставлены динамические характеристики процесса. В качестве возмущающих воздействий на процесс вытяжки рассмотрены: упрочнение металла, непостоянная сила трения, возникающая при прижиме заготовки, изменение усилия вытяжки при сопряжении частей заготовки, втягиваемой в матрицу, гофрообразование, утонение металла при переходе донной части к боковой стенке изделия. Упомянутые возмущения без рассматриваемой системы не в полной мере обеспечивали качество изделий. Вследствие возникающего брака имели место значительные производственные затраты. Материалы работы и численные данные звеньев системы технологического процесса получены на примере изготовления баллона автомобильного порошкового огнетушителя ОП-2(3)-ABCE, выпускавшегося на заводе «Сам ЗПО» (завод противопожарного оборудования).

Рассмотрены проблемы энергоэффективности продукции крупного машиностроительного предприятия, связанные с невозможностью регулирования паропотребления и сезонностью изменения энергопотребления. Проведен анализ потребления энергетических ресурсов типичным крупным машиностроительным предприятием мелкосерийного и единичного типа производства. Выявлены причины дополнительных затрат предприятия при централизованном пароснабжении, связанные с потерями конденсата. Установлено, что наиболее энергоемким является гальванический комплекс. Рассмотрены причины повышенной энергоемкости гальванического комплекса. Составлен энергобаланс технологического участка – гальванического комплекса, отражающий расчетные тепловые нагрузки при нагреве электролита и поддержании теплового режима в зависимости от времени работы ванн и массы обрабатываемых деталей с учетом особенностей работы технологического оборудования. Определены наиболее эффективные способы энергообеспечения в зависимости от коэффициента загрузки и используемого топливно-энергетического ресурса для двух типовых ванн гальванического комплекса. Рассмотрены три варианта технологического энергоснабжения в зависимости от коэффициента загрузки оборудования и технической возможности его параллельно-последовательного включения. Установлено, что при всех трех схемах подключения к альтернативным источникам теплоснабжения наблюдается повышение энергетической эффективности использования ТЭР, а также снижение затрат на энергообеспечение технологических процессов по сравнению с централизованным пароснабжением. Выявлено, что при организации работы технологического оборудования по параллельно-последовательной схеме обеспечивается равномерная эффективная загрузка парогенераторов и высокая энергетическая эффективность гальванического производства. Для энергообеспечения гальванического комплекса предложена комбинированная схема теплоснабжения локальными теплоисточниками от электросети и газовых парогенераторов с учетом наиболее полной их загрузки.

Рассмотрены вопросы выравнивания нагрузки в цеховой системе электроснабжения, содержащей мощные электротермические установки. При эксплуатации индукционных многосекционных установок методического действия происходит циклическое изменение параметров нагрузки со значительными вариациями тока и коэффициента мощности. Наибольшие отклонения указанных параметров имеют место в переходных режимах, при пуске нагревателя или при смене номенклатуры заготовок. Показано, что при изменении нагрузки в пусковых режимах приращение мощности и снижение коэффициента мощности могут привести к недопустимым перегрузкам источника питания по току. Корректировка в процессе пуска значений токов секций и коэффициента мощности позволяет уменьшить колебания тока, обеспечить более гладкую диаграмму мощности и исключить перегрузку источника питания. Реализовать коррекцию тока и коэффициента мощности возможно при использовании полупроводниковых преобразователей частоты в каждой секции. Такой подход позволяет предотвратить снижение показателей качества напряжения и уменьшить возможные отклонения в распределении температуры по объему заготовок. В работе по результатам расчета параметров секций нагревателя в переходных режимах определены диапазоны изменения мощности, напряжения, тока и частоты, соответствующие возможностям используемых в данных установках полупроводниковых преобразователей частоты. Предложенный алгоритм пуска обеспечивает наименьшие из всех возможных вариантов колебания мощности.

Существующие в различных источниках методики расчета представляют выпрямительные установки как источники высших гармоник. При этом действующее значение тока первичной обмотки трансформатора в виде прямоугольников разлагают в ряд Фурье и получают гармонические составляющие тока, кроме основной гармоники высшие 5, 7, 11, 13, 17, 19 и т. д. Амплитуды тока высших гармоник умножаются на соответствующие частотам индуктивные сопротивления питающей сети, результаты возводят в квадрат и суммируют. Очевидно, что все слагаемые – равной величины, так как при увеличении номера гармоники ее амплитуда уменьшается в n раз по сравнению с первой гармоникой, при этом во столько же раз увеличивается частота и индуктивное сопротивление. Коэффициент несинусоидальности K_u определяется как отношение корня квадратного из суммы к величине фазного напряжения. Недостатком определения K_u является некоторая произвольность в количестве учитываемых гармоник. Если принять, например, 9 гармоник, то получим $K_u=\mathrm{7,22}$%; если 4 гармоники, то $K_u=\mathrm{4,81}$%. При протекании тока первичной обмотки трансформатора амплитуда напряжения на шинах подстанции уменьшается всего на 1,9 В. При этом коэффициент несинусоидальности не может быть равен 7,22 %. Во всех литературных источниках при расчете гармоник тока не дается рекомендаций, на какие номера гармоник необходимо устанавливать на подстанции резонансные фильтры. Не случайно в новом ГОСТ–2013 вычисляют значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения К_(U)i в процентах как результат i-го наблюдения по формуле (то есть не производится вычисление по гармоникам тока). В данной работе производится другой подход к определению коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения. Выпрямительные установки не являются источниками гармоник, а представляют собой электроприемники с нелинейной характеристикой потребления электрического тока, при этом искажается форма кривой синусоиды питающего напряжения. Эта искаженная синусоида и является источником высших гармоник, которая в данной работе разлагается в ряд Фурье, при этом вычисление интегральных функций коэффициентов ряда Фурье производится в программе Mathcad. Решение произведено для трех схем выпрямителей. Определены гармоники для установки резонансных фильтров. В результате предлагается разработанная методика расчета высших гармоник напряжения и определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на основании разложения в ряд Фурье искаженной кривой синусоиды напряжения при работе трехфазных неуправляемых выпрямителей.