Введение к работе
Актуальность темы определяется необходимостью повышения эффективности процесса обработки деталей газотурбинных двигателей (ГТД) за счет оптимизации режимов работы электропривода, обеспечивающего заданные режимы резания.
Работа деталей ГТД происходит в жестких условиях одновременного и длительного воздействия высоких температур и.удельных силовых нагрузок, поэтому к их изготовлению предьявляются высокие требования как по точности, так и по качеству обработки поверхностей. Используемые для изготовления этих деталей материалы, как правило, обладают пониженной обрабатываемостью, а механическая обработка содержит значительный вес токарных операций.
Режимы резания оказывают самое непосредственное влияние на качество, производительность, стоимость обработки и на характеристики точности получаемых деталей. Лучшее качество обработки повышает длительную и усталостную прочность ответственных деталей, увеличивая тем самым моторесурс изделия.
К характеристикам приводов основных движений станка предъявляют повышенные требования, вытекающие из природы замкнутого контура управления процессом резания, когда частные свойства элементов системы должны быть подчинены итоговому качеству управления.
В настоящее время, благодаря большим достижениям в силовой электронике, стало возможным создание САУ ТП металлообработки, с использованием электроприводов (ЭП) переменного тока, с высокими техническими характеристиками.
Использование асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором в САУ ТП металлообработки целесообразно благодаря его надежности и отсутствия щеточно-коллекторного узла, требующего обслуживания.
Для обеспечения заданного режима резания, разработана система автоматического регулирования (САР) скоростью АД, использующая в своем составе, в качестве формирователя управляющего воздействия (ФУВ), цифровой преобразователь переменного напряжения (ЦППН). ЦППН представляет собой устройство, принцип действия которого основан на изменении под действием управляющего сигнала коэффициента передачи регулируемого элемента дискретного действия (РЭДД), осуществляющего программное изменение уровня- входного
напряжения. ЦППН обладают многофункциональностью, позволяют обеспечить преобразование частоты и реализовать на одной структуре сложные алгоритмы управления. ' Но не-оптимизированные ЦППН имеют недостаточно высокое качество выходного напряжения.
Целью исследования является улучшение характеристик САУ ТП токарной обработки и выработка рекомендаций по ее проектированию.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
разработаны математические модели ФУВ на основе ЦППН и модель АД;
разработан критерий для исследования и оптимизации ЦППН; -
исследованы точностные характеристики ЦППН при различных режимах преобразования, а также при воздействии дестабилизирующих факторов;
разработан метод оптимизации ФУВ на основе ЦППН;
разработаны функциональные узлы САУ ТП токарной обработки, проведен их сравнительный анализ и выработаны рекомендации по их проектированию.
Новизна работы заключается:
в разработке унивесальной модели, позволяющей осуществлять сравнение ФУВ с различным управлением по качеству выходного напряжения и определять границы интервалов преобразования по заданным на них погрешностям;
в разработке математической модели АД для анализа электрических потерь и стабильности частоты вращения в зависимости от качества сформированного напряжения;
в разработке метода оптимизации ЦППН;
в улучшении характеристик САУ ТП токарной обработки;
в получении новых технических решений.
Научная и практическая значимость результатов исследования.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили улучшить характеристики САУ ТП токарной обработки.
В результате проведенных исследований разработаны модели ФУВ и АД, предложен метод оптимизации режима преобразования ФУВ, разработаны функциональные узлы САУ ТП токарной обработки и выработаны рекомендации по их проектированию.
Разработанные модели анализа ЦППН и АД, а также алгоритмы и программы исследования и оптимизации могут найти применение при
создании прикладных программ для анализа и синтеза САУ различных технологических процессов.
Апробация работы. Материалы диссертации прошли апробацию в докладах на конференциях:
- "Наукоемкие технологии в машиностроении и приборострое-
нии". - РГАТА, Рыбинск, 1994 г.
"Королевские чтения". - СГАУ, Самара, 1995г.
"Методы и средства измерений физических величин". - НГТУ,
Н. Новгород, 1997 г.
Тагаринские чтения". - МАТИ, Москва, 2000 г.
"Теплофизика технологических процессов". - РГАТА, Рыбинск, 2000 г.
Реализация результатов работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы внедрены в ОАО "РМ" в виде:
- преобразователя частоты;
- электронного блока измерителя динамических характеристик.
Кроме того, разработанные в ходе эксперимента устройства на
основе ЦППН, а также прикладные программы для анализа систем с использованием ЦППН и АД внедрены в учебный процесс в РГАТА.
Структура и объем работы. Работа изложена на 200 листах, содержит 38 рисунков и состоит из введения, пяти разделов, заключения, перечня использованных источников из 109 наименований и 10 приложений.