Development and optimization of the control device for the hydraulic drive of the belt conveyor

Abstract

Проєктування нового гідравлічного обладнання потребує врахування особливостей режимів роботи технологічних машин. Це особливо стосується гідроприводу стрічкового конвеєра, який працює в умовах змінного навантаження. Тому дослідження, спрямовані на зменшення показників статичних і динамічних характеристик, проєктні розрахунки, а також тривимірне моделювання є актуальними завданнями для інженерів і науковців. Розглянуто різні методи оптимізації динамічних процесів. Перевагу віддано методу лінійного програмування як основному для оптимізації динамічних процесів у гідроприводі в умовах перевантаження. Розроблено принципові схеми гідроприводу стрічкового конвеєра та керувального пристрою й описано принципи їхньої роботи. Нелінійні диференціальні рівняння у формі Коші сформульовано та розв'язано за допомогою програмного пакета MATLAB Simulink. Розроблено комплексний критерій оптимізації статичних і динамічних характеристик гідроприводу стрічкового конвеєра. Наведено графіки динамічних процесів до і після оптимізації статичних і динамічних характеристик залежно від параметрів конструкції керувального пристрою. Розраховано мінімальне значення комплексного критерію оптимізації, що відповідає раціональним параметрам конструкції керувального пристрою. На основі цих параметрів розроблено тривимірну модель керувального пристрою. Отримані дослідження й розрахунки будуть корисними для інженерів і науковців під час розроблення та проєктування нового гідравлічного обладнання.Designing new hydraulic equipment requires consideration of the peculiarities of the operating modes of the technological machines. This particularly applies to the hydraulic drive of a belt conveyor, which operates under variable load conditions. Therefore, investigations aimed at reducing static and dynamic characteristic indicators, design calculations, as well as three-dimensional modelling, are relevant tasks for engineers and scientists. Various optimization methods for dynamic processes have been considered. Preference has been given to the linear programming method as the main one for optimizing dynamic processes in the hydraulic drive under overload conditions. Fundamental schemes of the belt conveyor hydraulic drive and control device have been developed and their principles of operation described. Nonlinear differential equations in Cauchy form have been formulated and solved using the MATLAB Simulink software package. A comprehensive criterion for optimizing the static and dynamic characteristics of the belt conveyor hydraulic drive has been developed. Graphs of dynamic processes before and after optimizing static and dynamic characteristics have been provided depending on the parameters of the control device construction. The minimum value of the comprehensive criterion optimization corresponding to rational parameters of the control device construction has been calculated. Based on these parameters, a three-dimensional model of the control device has been developed. The obtained research and calculations will be useful for engineers and scientists during the development and design of new hydraulic equipment.Projektowanie nowego sprzętu hydraulicznego wymaga uwzględnienia specyfiki trybów pracy maszyn technologicznych. Dotyczy to w szczególności napędu hydraulicznego przenośnika taśmowego, który pracuje w warunkach zmiennego obciążenia. Dlatego też badania mające na celu obniżenie wskaźników charakterystyk statycznych i dynamicznych, obliczenia projektowe, a także modelowanie trójwymiarowe stanowią istotne zadania dla inżynierów i naukowców. Rozważono różne metody optymalizacji procesów dynamicznych. Preferencję nadano metodzie programowania liniowego jako głównej metodzie optymalizacji procesów dynamicznych w napędzie hydraulicznym w warunkach przeciążenia. Opracowano podstawowe schematy napędu hydraulicznego przenośnika taśmowego i urządzenia sterującego oraz opisano ich zasady działania. Sformułowano i rozwiązano nieliniowe równania różniczkowe w postaci Cauchy'ego przy użyciu pakietu oprogramowania MATLAB Simulink. Opracowano kompleksowe kryterium optymalizacji charakterystyk statycznych i dynamicznych napędu hydraulicznego przenośnika taśmowego. Przedstawiono wykresy procesów dynamicznych przed i po optymalizacji charakterystyk statycznych i dynamicznych w zależności od parametrów konstrukcji urządzenia sterującego. Obliczono minimalną wartość kompleksowej optymalizacji kryterium odpowiadającej racjonalnym parametrom konstrukcji urządzenia sterującego. Na podstawie tych parametrów opracowano trójwymiarowy model urządzenia sterującego. Uzyskane badania i obliczenia będą przydatne dla inżynierów i naukowców podczas opracowywania i projektowania nowych urządzeń hydraulicznych.