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农业电力拖动

简介

受控的电动机通过传动机构(联轴节、齿轮、皮带轮等)将动力传递给农业生产机械,是一种将电能转换为机械能的用电方式。

电力拖动发展过程 开始由一台电动机拖动天轴或地轴,通过皮带轮分别拖动各台生产机械,这种拖动形式称为成组拖动。其缺点是传动过程中能量损失过大,电动机容量不能充分被利用,且调整性能很难得到发挥,不可能实现自动控制,现已被淘汰。进一步发展,每台生产机械由单台电动机拖动,称为单机拖动。为了便于实现自动化,在单机拖动的基础上,发展成生产机械的各工作机构,分别由单台电动机拖动的多机拖动。

农业生产中采用不同生产机械以适应生产工艺要求。电动机以齿轮传动,经一级或二级减速,满足生产机械低转速的要求,为多轴拖动系统;电动机以联轴节与适应高速运行的生产机械直接联接,为单轴拖动系统。典型电力拖动系统的组成如图1所示。

农业电力拖动的特殊性 农业生产条件下电力拖动有其特殊性:

首先农业生产作业的载荷变化往往是较剧烈的。从加工块根、块茎的饲料粉碎机及饲料储存塔输送装载机的负载曲线(图2及图3)可见,其负载都是冲击性负载,且变化是随机的。电动机经常处于超载运行,超载值将可达1.5~2倍,发生超载时电压降最大,图2的电压平均值低于额定值15伏,该供电线路的导线截面是按允许电压损失4%选定的,当超载到57千瓦时,电动机端电压降低32伏,相当于额定值的8.4%。该线路所联其他用电设备,都处于此降低的电压下工作。

图1 典型电力拖动系统的组成

图2 饲料粉碎机加工块根饲料的负载曲线

图3 饲料储存塔输送装置的负载曲线

其次,在农村电网中,从变压器到电动机的线路与电动机本身二者的阻抗往往是相近似的,而在工业生产中所用电动机的阻抗,却难于与电网相比拟,因此负载波动对其电压影响较小。农村供电线路则不然,线路阻抗对电动机的工作状态有较大的影响,当农业生产机械发生超载时,尽管选择的电力拖动系统具备有较大的超载能力,其引起的电压降低,也将使系统的稳定性受到影响,且限制线路的电能输送能力。

对于冲击性负载,为了克服负载剧烈变化的影响,多采用展平措施—飞轮电力拖动,即在生产机械上加装飞轮,或加大旋转部件(如脱粒滚筒)的惯性,使机械动能得到瞬时的储存或释放。这样不仅可以减小需求功率,并能保证生产机械的作业(如脱粒)质量。

第三,是大多数农业生产机具年利用小时数不高,许多作业季节性很强,如谷物脱粒、谷物烘干,每年工作十几日至2~3个月不等,这类生产工艺过程不必采用复杂昂贵的设备,尤其是对自动化的投资,更应根据具体情况进行技术经济比较,并评价其效益。

第四,是农业机械电力拖动系统与其他部门的区别,还在于农业生产环境条件与工艺要求特殊。如畜禽舍,它的环境参数有很大随机性,拖动系统所选用的电动机,其技术条件须满足环境要求,特别是潮湿且含有化学活性煤质的畜禽舍,电动机要有相应的防护方式。

此外,农业电力拖动的一个最大特点,就是工作对象是有生命的动物和植物,如作物的灌溉与施肥,牲畜的饲喂与护理,其机械化水平越高,对机械设施的可靠性要求越严格。在工作中任何技术故障,都将引起生产的巨大损失,甚至会造成严重的灾难。因此对电力拖动的可靠性提出更高的要求。

合理设计与选择农业电力拖动系统 为了提高农村用电科学水平及经济效益,保证电力拖动设备运行的可靠性和经济性,合理而正确地设计与选择农业生产机械的电力拖动系统至关重要。合理的电力拖动系统首先要正确选择电动机的额定转速及传动比,此二者选择恰当与否,直接影响拖动系统的技术经济指标,对经常启动、制动、反转的系统影响更显著,不仅影响过渡过程中的能量损耗及过程时间,且影响生产的成本与生产率。其次合理选择生产机械与电动机之间的联结,是设计电力拖动系统的重要问题之一。第三是对现有设备的改造。如对已推广使用的固定作业机械进行重新审定,改造其不适于电力拖动的机构,使之易于采用高速电动机拖动; 重新设计工作机构, 使之与电动机组成整体,以减少金属消耗,改善使用性能; 复杂的生产机械实现多机拖动,以电气传动替代各种复杂的机械传动,使工作机构间的机械能分配得更为合理,并提高其工作可靠性,为工艺过程自动调节提供可能。为此对于农业机械的特性,工作状态及工艺要求,须要予以分析和研究,并拟定其电力拖动的计算方法,建立农业机械试验研究的基础资料,无疑对农业电气化的发展是极为重要的。

至20世纪90年代,对于电动机、传动装置、控制设备的特性以及调速所用的变换器等,研究得均很细致而具体,但对生产机械,尤其是农业生产机械,却研究得比较少,其机械特性、拖动参数都缺乏具体资料,在设计电力拖动时只能大约估计而近似地确定,因此电动机的容量选配有很大的储备。关于农业电力拖动的试验研究,按其要解决的任务可分别在不同部门进行。

综合电力拖动 现代农业的发展要求实现综合机械化,以保证用机械完成生产过程的所有工作程序,电力拖动是其组成部分,并且要利用电气和电子器件完成对全部机具或个别机器控制的重要功能。综合电力拖动系统即由电动机、开关电器、自动化元件及控制装置组成的生产工艺系统。目前在中国某些农业生产领域的机械化、自动化,如养禽业的所有基本工艺生产线,温室的温度、湿度控制等基本上可以全部无人参与;其他如养猪业生产过程的综合机械化水平和电力拖动技术的应用,则还有较大的提高余地;奶牛场的生产过程虽然有些工艺过程可利用一些简单的拖动系统,但消耗于单位产品的劳动量仍相当大。

农业生产电气化自动化水平与国民经济其他部门相比,差距较大。产生差距的原因有:各种机具仍然是单独工作着,没有形成整套的机具组合,更没有形成工艺生产线,某些生产过程尚无不需人工参与的要求;在农业生产中推广应用自动装置,首先是投资能被使用者所接受,且在生产中获得最大效果,因此实现综合电力拖动须有一个过渡阶段。为了发挥电力拖动的优越性,逐步实现综合机械化、综合电力拖动,首先须在满足生产工艺要求的前提下,进行机具组合配套,取得生产机具的拖动参数与构成生产工艺线的参数及相应指标,是农业电力拖动应予以研究的课题。同时,应在新的电力拖动原理基础上,开发新型电力拖动机具。

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agricultural electric drive