Registration Number
0821U100338, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
03-02-2021
popup.evolution
.
Title
Automation of the process of controlling the formation of carbon products
Author
Khibeba Mykola Hryhorovych,
popup.head Zhuchenko Anatolii Ivanovuch
popup.opponent Khobin Viktor
popup.opponent Lysenko Vitalii Pylypovych
popup.review Bidyuk Petro Ivanovych
popup.review Tsapar Vitalii Stepanovych
popup.rada
National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
Description
У сучасній промисловості виробництво вуглецевих виробів є важливим процесом, оскільки продукція даного виробництва широко використовується в різноманітних галузях промисловості, які нерозривно пов’язані з необхідністю використання електротермічних процесів. Зокрема, до таких виробництв відносяться підприємства чорної та кольорової металургії, машинобудування, хімічної промисловості та інші. Виробництво вуглеграфітової продукції складається з ряду технологічних процесів та операцій і характеризується значною ресурсо- та енергоємністю. В даній роботі був проведений аналіз технологічних особливостей процесу виробництва вуглецевих виробів, а також вимог до сировини, необхідної для виробництва та якісних показників кінцевої продукції. На основі аналізу отримано, що одним із визначальних технологічних процесів у виробництві виробів є процес формування вуглецевих виробів. Проаналізовано технологічні та конструкційні особливості даного процесу, виділено два основні етапи (підготовка та пресування). На основі проведеного аналізу встановлено ключову роль етапу пресування процесу формування як основної стадії з точки зору параметрів якості готової продукції і потенціалу для підвищення ефективності ресурсо- та енергозбереження процесу виробництва вуглеграфітових виробів в цілому. Для реалізації оптимальних режимів необхідно синтезувати ефективну систему керування процесом формування вуглецевих виробів, яка б враховувала технологічні вимоги до якості готової продукції, конструкційні особливості гідравлічного пресу з мундштуком та сучасні вимоги до ресурсо- та енергозбереження. Обґрунтовано застосування методу математичного моделювання як фактично безальтернативного методу дослідження процесу формування вуглецевих виробів та сформульовані задачі даного дослідження. У результаті проведеного аналізу відомих на сьогоднішній день математичних моделей процесу формування та аналогічних йому процесів екструзії в’язкопластичних матеріалів визначена модель, на основі якої ґрунтується подальше дослідження режимів підготовки та пресування. Сформовано задачі дослідження впливу основних технологічних параметрів процесу формування вуглецевих виробів на фізичні поля робочого простору та корпусу мундштука гідравлічного пресу. Розроблено методику та порядок проведення досліджень. Основну увагу при дослідженнях процесу формування вуглецевих виробів приділяється визначенню: розподілу температур по об’єму робочого простору та корпусу мундштука; впливу на температурні поля таких технологічних параметрів, як потужність струму, що подається на індуктори формувальної та калібрувальної зони мундштука, потужність струму на свічки для додаткового нагрівання та швидкість пресування; зміни температурних полів в залежності від початкової температури завантаженої електродної маси; динаміки температури в контрольних точках при різних технологічних режимах; впливу роботи нагрівачів на температури в різних зонах мундштука; порівнянню динаміки температур в залежності від етапу процесу (етап підготовки та пресування). В результаті досліджень, проведених за допомогою розробленої моделі, виявлено залежність температури в кожній зоні мундштука від зміни технологічних параметрів процесу, встановлено наявність значної інерційності деяких впливів. Визначено, що температура завантаженої маси має досить значний вплив на розподіл температур в усьому об’ємі робочого простору мундштука збільшення швидкості пресування негативно впливає на середню температуру електродної маси та збільшує градієнт температур від центральної частини робочого простору мундштука до його меж. Динаміка температури також сильно залежить від етапу технологічного процесу. Проведено аналіз методів спрощення математичних моделей, наведено переваги та недоліки їх застосування. На основі аналізу прийнято рішення використовувати метод розділення змінних Фур’є для побудови спрощеної математичної моделі процесу формування вуглецевих виробів. Розроблені спрощені математичні моделі для етапу підготовки та пресування. Для перевірки адекватності моделі були використані критерії Стьюдента та Фішера. На основі проведеного аналізу техніко-економічних показників, що можуть бути використані як критерії оптимальності у системі керування процесом формування вуглецевих виробів, обґрунтовано вибір найбільш доцільного показника - питомої собівартості експлуатаційних витрат. Сформульовано у математичному вигляді задачу керування даним процесом, яка включає у себе критерій оптимальності та обмеження, що накладаються на технологічні змінні процесу з урахуванням вимог до якості продукції, що виробляється. Запропоновано критерій для розрахунку якісних показників процесу формування вуглецевих виробів. Проведено пошук оптимальних налаштувань MPC-регулятору. Ефективність усіх розроблених систем керування підтверджена результатами проведених імітаційних моделювань.
Registration Date
2021-03-02
popup.nrat_date
2021-03-02 / 2026-06-30
