Delist.ru

Методы и алгоритмы синтеза автоматизированных технологических систем с газовым буфером (15.09.2007)

Автор: Носов Олег Александрович

В основе теории газового буфера - труды известных зарубежных ученых: Л. Прандтля, Бай Ши-и, В. Константинеску, Г. Райхардта. В нашей стране научное направление успешно развивали и продолжают исследования К.С. Ахвердиев, М.А. Козловский, А.К. Никитин, М.И. Петросюк, С.В. Пинегин, Г.А. Пискорский. и др.

Вопросам практического применения устройств с газовым буфером посвящены работы Боброва В.П., Маховера Ю.М., Резника В.Ю., Смолдырева А.Е., Тантлевского А.В. и др. Однако полученные результаты не могут быть широко использованы в связи с узкой направленностью соответсвующих разработок.

Признать теоретические исследования систем с газовым буфером завершёнными не представляется возможным, так как они сводятся к решению задач, в которых толщина газового буферного слоя либо не меняется во времени, либо это изменение подчиняется гармоническому закону, а сопротивление слоя вынужденным колебаниям ограничивающих его поверхностей носит естественный, неуправляемый характер.

Ранее не создано математического описания газовых буферов, в которых одна из ограничивающих поверхностей легкодеформируема. В таких случаях развиваются сложные газодинамические процессы, определяемые, в основном, реологическими свойствами материала данной поверхности. При этом само существование буферного слоя связано с проявлением эффектов, обусловленных инерцией течения газа: «пневмозахвата» и «прошивания». В реальных условиях производства необходимо решать динамические задачи, связанные с загрузкой изделий и полуфабриката на газовый буферный слой. В настоящее время соответствующего математического описания не создано.

Отсутствие необходимых теоретических основ не позволяло ранее выработать методологию синтеза автоматизированных систем с газовым буфером в случаях, когда гидрогазодинамические процессы носят сложный характер (например, протекают одновременно различные по природе колебания поверхностей, ограничивающих газовый буферный слой и т.п.).

Проблемы, прикладного и теоретического характера, существенно сдерживают развитие целого ряда инновационных технологий производства основанных на использовании оригинального оборудования с газовым буфером, вследствие чего являются важными и актуальными.

В связи с выше сказанным поставлена цель работы и определен круг решаемых задач.

Целью работы является разработка теоретических положений, методологии, специального математического и алгоритмического обеспечения решения задач синтеза автоматизированных технологических систем с газовым буфером.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- анализ причин нарушения газового буферного слоя, существующих методов обеспечения его эффективного функционирования, контроля и управления, а также математического описания, разработка обобщённой структуры и концептуальных основ методологии исследований;

- разработка комплекса математических моделей газодинамических процессов, протекающих в системах со стационарным газовым буфером;

- разработка комплекса математических моделей газодинамических процессов, протекающих в системах с нестационарным газовым буфером;

- разработка методов и алгоритмов расчёта устройств со стационарным газовым буфером;

- разработка методов и алгоритмов расчёта устройств с нестационарным газовым буфером;

- имитационные исследования устройств со стационарным газовым буфером;

- имитационные исследования устройств с нестационарным газовым буфером;

- разработка способов удержания и транспортирования легкодеформируемых объектов на газовом буферном слое, активного демпфирования колебаний объекта и организации дискретного запитывания газового буфера;

- разработка семейств оригинальных устройств с газовым буферным слоем для транспортирования и загрузки легкодеформируемых объектов, их сортировки, оперативного регулирования несущей способности буфера с целью демпфирования возникающих в нем колебаний;

- создание автоматизированных технологических комплексов оснащенных оригинальными устройствами с газовым буфером для рассматриваемого класса технологических процессов;

- проведение промышленных испытаний и внедрение результатов работы.

Методы исследований. При выполнении диссертационной работы научные исследования основывались на методах математического моделирования, современных теории струй и газовой смазки, дифференциального и интегрального исчисления, статистической теории обработки результатов эксперимента и теории систем автоматического регулирования.

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальной проверкой на основе имитационных и лабораторных исследований, а также промышленных испытаний.

Научная новизна. Разработаны теоретические основы функционирования систем с газовым буфером, математическое описание газодинамических процессов, протекающих в стационарном газовом буфере с единичной струёй и газораспределительной решёткой, а также методы и алгоритмы расчёта и управления устройствами для бесконтактного удержания и транспортирования легкодеформируемых объектов.

Разработаны математическое описание газодинамических процессов, протекающих при загрузке легкодеформируемого объекта на газовый буферный слой, методы и алгоритмы расчёта и управления устройствами с нестационарным газовым буфером.

Созданы концептуальные основы методологии синтеза технологических систем с газовым буфером.

Предложены способы удержания и транспортирования легкодеформируемых объектов на газовом буферном слое, их загрузки на буферный слой, активного демпфирования колебаний объекта и организации дискретного запитывания газового буфера.

Практическая ценность работы. Разработан комплекс компьютерных программ, позволяющих решать задачи имитационных исследований оригинальных устройств с газовым буфером, анализа и синтеза систем управления. Создано программное обеспечение функционирования автоматизированных технологических комплексов для пищевой и химической промышленностей, производства строительных материалов.

Разработан и внедрён на кафедре “Техническая механика” Воронежской государственной технологической академии автоматизированный лабораторный комплекс программно-технических средств, предназначенный для синтеза математических моделей транспортирующих устройств с газовым буфером и систем управления их работой, создано соответствующее учебно-методическое обеспечение для подготовки инженеров по специальностям 260601 “Машины и аппараты пищевых производств”, 260602 “Пищевая инженерия малых предприятий”.

Полученные в диссертации теоретические результаты апробированы на практике и внедрены в производство:

- на АО “Россошанский Элеватор” и в торгово-производственном филиале Хохольского РАЙПО при разработке автоматизированных технологических комплексов разделки полуфабриката и участка расстойки тестовых заготовок,

- на ОАО “Воронежская кондитерская фабрика” при разработке участка формования помадных молочных конфетных масс,

- на ОАО “ЖБИ - 2” (г.Воронеж) при разработке автоматизированного технологического комплекса для мелкосерийного производства строительного декора из гипса,

- на ООО “Амтел-Черноземье” при разработке устройства для транспортирования и охлаждения полимерного профилированного полотна.

Новизна способов, устройств и автоматизированных технологических комплексов защищены патентами на изобретения РФ.

Реализация научно-технических результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований прошли промышленные испытания и внедрены на предприятиях: торгово-производственный филиал Хохольского РАЙПО (г.Хохол, Воронежская обл., 1998г., 2000г.), ОАО “Воронежская кондитерская фабрика” (г.Воронеж, 2003г.), АО “Россошанский Элеватор” (г. Россошь, Воронежская обл., 2004г.), ОАО “ЖБИ - 2” (г.Воронеж, 2005г.), ООО “Амтел-Черноземье” (г.Воронеж, 2006г.).

Материалы диссертации широко используются в научно-исследовательской и учебной работе в Воронежской государственной технологической академии со студентами специальности 260602 “Пищевая инженерия малых предприятий ”, 260601 “Машины и аппараты пищевых производств”.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на международных, всероссийских, межвузовских и внутривузовских научно-технических конференциях: Всероссийских научных конференциях “Информационные технологии и системы”, “Физико - химические основы пищевых и химических производств” (Воронеж, 1995 -1996г.), Международной научно-практической конференции “Математические методы в химии и химической технологии” (Новомосковск, 1997г.), III Всероссийской научно-технической конференции “Информационные технологии и системы” (Воронеж, 1999г.), III Международной научно-технической конференции “Авиакосмические технологии” (Воронеж, 2002г.): третьей Международной конференции “Машиностроители – предприятиям отрасли хлебопродуктов (Москва, 2002г.); IV Всероссийской научной Internet – конференции (Тамбов, 2002г.), “Пищевые продукты ХХI века” (Москва, 2002, 2003г.), Международной научно-практической конференции, посвящённой 90-летию Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д.Глинки и 10-летию технологического факультета ВГАУ (Воронеж, 2003г.), четвёртой Международной конференции “Кондитерские изделия XXI века” (Москва, 2003г.); III-й Всероссийской научно-технической конференции “Теория конфликта и ее приложения” (Воронеж, 2004г.), III-й Всероссийской научно-технической конференции “Теория конфликта и ее приложения” (Воронеж, 2004), XXXVII – XLIV отчетных научных конференциях ВГТА (Воронеж, 1999 – 2006гг.), ХIX Междунаронародной научной конференции “Математические методы в технике и технологиях” (Воронеж, 2006г.).

Публикации. По теме диссертации опубликована 92 печатных работы, из них одна книга и 37 статей (в том числе 14 статей в реферируемых научных журналах), получено 17 патентов на изобретения РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть диссертации на 291 страницах машинописного текста содержит 132 рисунка и 17 таблиц. Список литературы включает 185 наименований. Приложения содержат 59 страниц.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель и сформулированы задачи исследований, раскрыты научная новизна и практическая значимость, приведены результаты апробации работы, сформулированы результаты исследований, выносимые на защиту, дано краткое содержание работы по главам.

загрузка...