Параметричний синтез мехатронної системи пневмотранспортування сипких продуктів

Abstract

Зростання продуктивності та впровадження комплексних систем керування пневмотранспортними системами вимагають розроблення нових математичних моделей. Чинні моделі часто не враховують міграцію частинок, гідродинамічні та електричні сили, що обумовлює неточності, тому виникає потреба в розробці гнучких систем автоматизації пневмотранспорту, які забезпечують динамічне регулювання процесу транспортування, збільшуючи його продуктивність і зменшуючи витрати. Метою дослідження є розробка математичної та фізичної моделі процесу пневмотранспортування сипких харчових продуктів, формалізація критичних режимів керування мехатронним модулем, дослідження реальних граничних умов для геометричних, кінематичних і динамічних параметрів, а також визначення меж забезпечення необхідного розподілу тиску стисненого повітря за заданої продуктивності продуктопроводу. Для досягнення поставленої мети були розроблені: експериментальний пневмотранспортувальний мехатронний модуль, фізична і математична моделі процесу пневмотранспортування. У межах дослідження було визначено раціональні параметри пневмотранспортування та можливі енергетичні витрати, що залежать від характеристик матеріалу. Встановлено, що кількість частинок продукту, що транспортуються, досягає максимуму протягом 0,1—0,2 секунди після подачі стисненого повітря продуктопроводом. Витрати стисненого повітря в межах 80—160 Нл/хв залежно від величини тиску в магістралі: 0,1—0,3 МПа. На основі результатів дослідження запропоновано новий підхід до моделювання пневмотранспортних систем загалом, що дає змогу враховувати різні фактори, які впливають на процес транспортування.Increased productivity and the introduction of integrated control systems for pneumatic conveying systems require the development of new mathematical models. Existing models often do not take into account particle migration, hydrodynamic and electrical forces, which causes inaccuracies. Therefore, there is a need to develop flexible pneumatic transport automation systems that provide dynamic control of the transport process, increasing its productivity and reducing costs. The aim of the study is to develop a mathematical and physical model of the process of pneumatic conveying of bulk food products, formalise critical control modes of the mechatronic module, investigate real boundary conditions for geometric, kinematic and dynamic parameters, and determine the limits of ensuring the required compressed air pressure distribution at a given product pipeline capacity. To achieve this goal, the following were developed: an experimental pneumatic conveying mechatronic module, physical and mathematical models of the pneumatic conveying process. As part of the study, the rational parameters of pneumatic conveying and possible energy consumption, depending on the characteristics of the material, were determined. It has been established that the number of transported product particles reaches a maximum within 0.1—0.2 seconds after the compressed air is supplied through the product pipeline. The compressed air flow rate is within 80—160 Nl/min depending on the pressure in the pipeline: 0.1—0.3 MPa. Based on the results of the study, a new approach to modelling pneumatic conveying systems in general is proposed, which makes it possible to take into account various factors affecting the conveying process.