Автореферати та дисертаційні роботи

Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995

Browse

Subject: search.filters.subject.critical speed

Search Results

Now showing 1 - 2 of 2
  • Thumbnail Image
    Item
    Методи і засади створення високошвидкісних безконтактних електричних машин з постійними магнітами
    (Національний університет "Львівська політехніка", 2017) Макарчук, Олександр Володимирович
    Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-технічної проблеми — розробці теоретично-прикладної бази для створення високошвидкісних безконтактних електричних машин зі збудженням від постійних магнітів (ВБПМ). Технічні об’єкти, що використовують електричні машини, які обертаються з частотою 20 ^ 200 тис. об/хв, — когенераційні енергоагрегати, турбодетандери, системи буферизації енергії, металообробні верстати та ін. — є предметом постійної уваги фахівців з цілого світу. Це переконливо підтверджує актуальність даної проблематики. Робота містить опис методів і алгоритмів, пов’язаних з визначенням розмірів та обмоткових даних, розрахунком електромагнітних навантажень, параметрів, статичних характеристик та оцінкою теплового стану таких машин. Oбґрунтовані рекомедації стосовно вибору конструкції ротора і обмотки статора, матеріалів з необхідними фізичними властивостями, типу підшипникових опор та способу їх змащування, системи охолодження. Для уточнення та перевірки проектних показників створено низку високоадекватних математичних моделей, складених на підставі рівнянь, що описують фізичні поля різної природи, й призначені для розрахунку додаткових втрат в обмотці статора та в полюсах індуктора, динамічних процесів у ВБПМ як елементі електромеханотронної системи, максимальних механічних напружень у роторі, критичних частот обертання і температурного поля. Таким чином, створений проектно-конструкторський комплекс дає змогу: проводити оцінку відповідності отриманих показників машини вимогам технічного завдання; виконувати підготовку вхідної інформації для подальшого використання у польових математичних моделях, скорочуючи час багатоваріантних, можливо оптимізаційних, розрахунків; виконувати уточнення проектних показників з урахуванням чинників, які здійснюють визначальний вплив на перебіг процесів у ВБПМ у їх взаємозв’язку; верифікувати результати ще на етапі прийняття проектних рішень. Розглянута сукупність науково обґрунтованих засобів інформаційно- обчислювальної підтримки процесу створення ВБПМ, за використання технології віртуальних цифрових прототипів, гарантує відповідність проекту вимогам технічного завдання й не потребуватиме виконання дороговартісних етапів виготовлення фізичних макетів та проведення їх експериментальних випробувань. Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической проблемы — разработке теоретико-прикладной базы для создания высокоскоростных бесконтактных электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов (ВБПМ). Разнообразие технических задач, решение которых требует использования ВБПМ, диктует повышенные требования к их показателям и характеристикам. Попытки убовлетворить эти требования проявляют всю многомерность проблемы и охватывают задачи развития теории проектирования, разработку и внедрение новейших конструкционных решений, технологических процессов и т.п. Технические объекты, использующие электрические машины которые вращаются с частотой 20 ^ 200 тыс. об/мин, — когенерационные энергоагрегаты, турбодетандеры, системы буферизации энергии, металлообрабатывающие станки и пр. — постоянно выступают предметом исследования специалистов со всего мира. Это является убедительным подтверждением актуальности данной проблематики и позволяет утверждать, что производство высокоскоростных електрических машин, в частности с возбуждением от постоянных магнитов, может рассматриваться как самостоятельное направление электромашиностроения. Вся совокупность теоретических методов, практических рекомендаций и програмного обеспечения, описаная в работе, объеденена в некий проектно-конструкторский комплекс, который состоит из: системы анализа проектных решений, системы анализа конструкторских решений, и системы FEM-анализа (англ. The Finite Element Method). Система анализа проектных решений предусматривает выбор материалов с необходимыми физическими свойствами, определение размеров и обмоточных данных, расчет электромагнитных нагрузок, параметров, статических характеристик и оценку теплового состояния ВБПМ. Система анализа конструкторских решений включает рекомедации по выбору конструкции ротора и обмотки статора, типам подшипниковых опор, способам их смазывания и охлаждения. Система FEM-анализа содержит ряд високоадекватних математических моделей, составленных на основании уравнений, описывающих физические поля различной природы и предназначенных для расчета дополнительных потерь в обмотке статора и в полюсах индуктора, динамических процессов в ВБПМ как элементе електромеханотронной системы, максимальных механических напряжений в роторе, критических частот вращения и температурного поля машины. Полевые модели для решения задач электродинамики или магнитостатики учитывают: действительную форму поперечного сечения магнитопровода ВБПМ; двухмерное пространственное распределение векторного магнитного потенциала и, как следствие, фазные потокосцепления, ЕДС и электромагнитный момент определяются с учетом всех пространственных гармоник поля; эффект насыщения магнитопровода ВБПМ; нелинейность характеристик полупроводниковых элементов коммутирующего устройства. Задачи расчетов полей смещений рассматриваются в трехмерной постановке, которая дает возможность учесть наличие осевой составляющей механического напряжения, а модальный анализ матрицы жесткости проводится во вращающейся системе координат с учетом гироскопического эффекта и конечной жесткости опор ротора. Задачи стационарной тепропередачи учитывают объемное распределение потерь мощности в активных частях ВБПМ и анизотропию теплопроводности обмотки и магнитопровода статора. Таким образом, созданый проектно-конструкторский комплекс позволяет: проводить оценку соответствия полученных показателей машины требованиям технического задания; выполнять подготовку входной информации для дальнейшего использования полевыми математическими моделями, сокращая время многовариантных, возможно оптимизационных, расчетов; выполнять уточнение проектных показателей с учетом факторов, осуществляющих определяющее влияние на процессы в ВБПМ в их взаимосвязи; верифицировать результаты еще на этапе принятия проектных решений. Рассмотреная совокупность научно обоснованных средств информационно-вычислительной поддержки процесса создания ВБПМ, при использовании технологии виртуальных цифровых прототипов, гарантирует соответствие проекта требованиям технического задания и позволяет избежать выполнения дорогостоящих этапов изготовления физических макетов и проведения их экспериментальных испытаний. The dissertation is dedicated to actual scientific and technical problem solving — the development of the theoretical basis to create a high-speed brushless electrical machines with permanent magnet excitation (HBPM). Technical objects that use electric machines which rotate at a frequency of 20 ^ 200 thousands rpm (cogeneration plant, turboexpanders, flywheel storage system, machine tools, etc.) are the subject of research by experts all over the world. This is cogent argumentation of the importance of this problem. Study includes design decisions which are relating to the definition of size and winding data, a calculation of electromagnetic loads, parameters, static behavior and the thermal condition of this machine. Guidance for the selection of the rotor and stator construction, materials with the necessary physical properties, types of bearings and the method of its lubrication, cooling systems is justified. Adequacy mathematical models were developed on the basis of the equations, which are describing the physical fields of different nature, to clarify and verify design parameters. They were designed to calculate the additional losses in the stator winding and the inductor poles, dynamic processes in HBPM as an element of mechatronic system, mechanical stress in the rotor, critical speed and the temperature field of the machine. Thus, the creation of design system allows: to check a project on satisfaction of the requirements of performance specification; to prepare input data for further using by adequaсy mathematical models for shortening the time of multiple calculations; to take into account an interconnectivity of the important factors, which effect a determining influence on the processes in HBPM; to verify the results still at the stage of design solutions. A set of science based tools of data processing support of the process of creating HBPM uses technology of virtual digital prototypes. It allows to avoid an expensive constructions stages of physical prototypes experimental tests on these prototypes.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Покращення маневреності довгобазового автопоїзда-контейнеровоза
    (Національний університет "Львівська політехніка", 2012) Придюк, Валентин Михайлович
    У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача покращення необхідних показників маневреності автопоїзда-контейнеровоза і можливості його експлуатації без зниження середньотехнічної швидкості усього транспортного потоку, підвищеної витрати палива, погіршення безпеки руху. Показано, що при перевезеннях усіх розглянутих контейнерів існуючими транспортними засобами не повністю використовується нормована довжина автопоїзда (22 м). Крім того, при перевезеннях легких вантажів також не повністю використовується і максимально допустима маса автопоїзда (40-42 т). Тому доцільною була розробка конструкції автопоїзда-контейнеровоза, яка могла б нівелювати ці недоліки. Розроблені математичні моделі для дослідження кінематики і динаміки повороту автопоїзда, за допомогою яких визначені габаритна смуга і критична швидкість руху для автопоїзда-контейнеровоза з керованою третьою віссю автомобіля-тягача та некерованим напівпричепом (автопоїзд №1) і некерованою третьою віссю тягача й керованою третьою віссю напівпричепа (автопоїзд №2). Показано, що за показниками маневреності перевагу слід віддати автопоїзду №2, а за показниками стійкості руху – автопоїзду №1. Проведеними експериментальними дослідженнями автопоїзда-контейнеровоза доведена адекватність розроблених математичних моделей для визначення показників маневреності і стійкості автопоїзда-контейнеровоза. Цим підтверджується можливість використання розроблених методик для визначення показників маневреності і стійкості руху автопоїзда-контейнеровоза як з керованою третьою віссю автомобіля-тягача, так і з керованим напівпричепом. В диссертационной работе решена научно-практическая задача улучшения необходимых показателей маневренности автопоезда-контейнеровоза и возможности его эксплуатации без снижения средней технической скорости всего транспортного потока, повышенного расхода топлива, ухудшения безопасности движения. Показано, что при перевозках всех рассмотренных контейнеров существующими транспортными средствами не полностью используется нормируемая длина автопоезда (22 м). Кроме того, при перевозках легких грузов также не полностью используется и максимально допустимая масса автопоезда (40-42 т). Поэтому целесообразной является разработка конструкции автопоезда-контейнеровоза, которая могла бы нивелировать эти недостатки. Разработаны математические модели для исследования кинематики и динамика поворота автопоезда, с помощью которых определены габаритная полоса и критическая скорость движения для автопоезда-контейнеровоза с управляемой третьей осью автомобиля-тягача и неуправляемым полуприцепом (автопоезд №1) и неуправляемой третьей осью тягача и управляемой третьей осью полуприцепа (автопоезд №2). Показано, что по показателям маневренности преимущество следует отдать автопоезду №2, а по показателям устойчивости движения – автопоезду №1. При этом получено, что расхождения в определении габаритной полосы движения автопоезда на жестких и эластичных в боковом направлении колесах при круговом движении составляют для автопоезда №1 11,95%, а для автопоезда №2 – 12,9%, т.е. для расчета параметров кругового движения автопоезда можно использовать модель автопоезда на жестких в боковом направлении колесах. При этомна переходных траекториях расхождения в определении габаритной полосы движения уменьшаются. Определено оптимальное передаточное отношение прямого привода управления на заднюю ось полуприцепа при установившемся круговом движении автопоезда. При этом показано, что во всех других режимах движения это передаточное отношение не является оптимальным. Для этих режимов предложен закон управления задней осью полуприцепа, который реализует „силовой” подход, который скорректирован кинематическими соотношениями, обеспечивающими отслеживание траектории тягача полуприцепом. Разработана методика определения критической скорости движения, составившая для автопоезда №1 vкр=30,88 м/с, а для автопоезда №2 - vкр=26,54 м/с, т.е. по показателям устойчивости предпочтение следует отдать автопоезду с третьей управляемой осью автомобиля-тягача (автопоезд №1). Проведенными экспериментальными исследованиями автопоезда-контейнеровоза доказана адекватность разработанных математических моделей для определения показателей маневренности и устойчивости движения. Максимальные отклонения в определении габаритной полосы движения экспериментального автопоезда при движении по кругу, повороте на 900, 1800 составили 9,18% при применении кинематической модели и 6,31% - для модели, которая учитывает боковой увод шин, а при определении критической скорости при выполнении маневра „поворот” радиусом 25 и 35 м - соответственно 8,7% и 9,9%. Этим подтверждается возможность использования разработанных методик для определения показателей маневренности и устойчивости движения автопоезда-контейнеровоза как с управляемой третьей осью автомобиля-тягача, так и с управляемым полуприцепом. In this thesis scientific and practical task of providing necessary indicators of maneuverability of Road Train for Transportation of Containers and possibility of its operation without decreasing of the middle technical speed of all road train without increasing of fuel expense and without deterioration of road safety is solved. It is showed that when vehicles transport the above considered containers they are not of normal length (22 m). Besides, when easy loud is transported the maximum possible mass of road train (40-42 t) is not used. Therefore the working out of new construction of the road train for transportation of containers is very important. It will be able to eliminate all these disadvantages. Mathematical models for research of kinematics and dynamics of road train’s turn, by means of which the clearance traffic lane and critical speed of road train for transportation of containers with the third guided axle of prime mover and the third guided axle of semitrailer (Road train №2) are developed. It is showed that due to the indications of maneuverability the road train №2 is better than other one. But due to the indicators of steady motion the road train №1 is better than the other one. Adequacy of the developed mathematical models is well-proven the conducted experimental researches of lorry convoy for determination of indexes of maneuverability and firmness of lorry convoy. Possibility of the use of the developed methods is confirmed these for determination of indexes of maneuverability and firmness of motion of lorry convoy both with the guided third ax of car-tractor and with the guided semitrailer.