Комплексная оптимизация конструктивных и режимных параметров установок непрерывного индукционного нагрева заготовок подшипниковых колец

• Автор: Осипов, Олег Олегович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 159 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Проблема создания энергоэффективных конструкций и режимов

работы индукционных нагревателей непрерывного действия

1.1 Состояние проблемы оптимизации

1.2 Постановка задачи оптимального управления процессом непрерывного индукционного нагрева

2 Математическая модель процесса непрерывного индукционного

нагрева подшипниковых колец

2.1 Температурное поле полого цилиндра в проходном

индукторе
2.2 Алгоритм расчета температурных полей
3 Оптимизация распределения мощности по длине нагревателя в установившихся режимах работы
3.1 Оптимальный алгоритм стационарного распределения
удельной мощности по длине нагревателя
3.2 Учет времени транспортирования изделий к
деформирующему оборудованию
3.3 Расчет параметров индуктора по условию максимального
полного к.п.д. нагревательной установки
3.4 Оптимальные режимы и конструкции индукторов,
обеспечивающих минимум энергозатрат на нагрев
3.5 Расчет оптимальных параметров индукторов с учетом
времени транспортирования заготовки к прессу
4 Оптимизация нестационарных режимов работы индукционного нагревателя непрерывного действия
4.1 Приближенная модель процесса непрерывного
индукционного нагрева заготовок подшипниковых колец
4.2 Оптимальные режимы работы при пуске нагревателя с переменной нелинейной загрузкой

4.2.1 Схема расчета оптимального алгоритма управления с
учетом ограничения на мощность нагревателя
4.3 Оптимальные режимы работы при пуске иагревателя с
равномерным распределением удельной мощности по длине
5 Реализация оп тимальных конструкций и режимов работы
индукционных нагревателей непрерывного действия
5.1 Экспериментальные исследования установившихся режимов нагрева кольцевых заготовок в индукторе с
оптимальным пространственным распределением мощности
5.2 Реализация замкнутой системы управления режимами
работы индукционного нагревателя непрерывного действия
5.2.1 Выбор типа обратной связи для синтеза систем автоматического регулирования
5.2.2 Принцип построения замкнутых систем управления
5.2.3 Синтез оптимальной замкнутой системы управления процессом пуска нагревателя
5.3 Комплексная система управления индукционным
нагревом
5.4 Экспериментальное исследование алгоритмов и системы оптимального управления процессом непрерывного
индукционного нагрева
Выводы
Библиографический список
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Диссертация посвящена проблеме оптимизации конструктивных и режимных параметров индукционных нагревательных установок непрерывного действия в линиях горячей штамповки подшипниковых колец.
Электротермия в современных условиях развития производства в решающей степени определяет эффективность технологических процессов, связанных с нагревом заготовок перед обработкой на деформирующем оборудовании. Такие преимущества, как высокая скорость нагрева, обеспечивающая интенсификацию производства и, следовательно, высокую производительность, высокая точность отработки требуемых температурных режимов, уменьшение окалины и угара металла, высокий уровень автоматизации, минимальное влияние на окружающую среду способствуют все более широкому внедрению в промышленность индукционных установок для нагрева металла перед обработкой давлением. В связи с этим наблюдается тенденция роста парка индукционных нагревателей для нагрева заготовок из различных металлов токами промышленной и повышенных частот в кузнечном, прокатном и прессовом производствах.
В условиях дефицита электроэнергии, ее высокой стоимости при одновременном росте удельных мощностей нагрева большое значение приобретает проблема достижения экстремальных значений технико-экономических показателей технологических комплексов «индукционный нагрев- обработка металла давлением». Поставленная задача может быть успешно решена лишь при совместной оптимизации конструктивных и режимных параметров индукционного нагревателя. Рассматриваемые в настоящей работе некоторые аспекты этой проблемы с использованием современных методов теории оптимального управления системами с распределенными параметрами представляются своевременными и актуальными.
Основной целью работы являются создание конструкции индукционных установок непрерывного действия для нагрева заготовок подшипниковых колец
Полагая последовательно к = 1,2,.... по (2.35) рассчитывается темпера-
турное поле заготовки вдоль осевой координаты с учетом времени транспортирования заготовки к стану горячей штамповки.
2.2 Алгоритм расчета температурных полей
На основе полученного решения уравнения теплопроводности в форме (2.29) - (2.35) разработана программа расчета стационарного температурного поля ферромагнитных кольцевых заготовок в нагревателе непрерывного действия. Программа содержит два расчетных блока - электрический и тепловой.
Исходными данными для расчета являются:
- конструктивные параметры нагревателя - длина катушки нагревателя, длина участка транспортирования, диаметр индуктирующей катушки, число витков индуктора, толщина тепловой изоляции, размеры сечения трубки индуктора;
- энергетические параметры - напряжение питания, частота тока;
- параметры нагреваемых заготовок - внутренний и внешний радиусы кольцевой заготовки, материал заготовки, длина, скорость продвижения через нагреватель, массив табличных значений зависимостей удельного сопротивле-