Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Позиционные гидромеханические системы автоматизированного технологического оборудования
1.1 Анализ автоматизированных позиционных гидроприводов 11
1.2 Электрогидравлические устройства управления, применяемые в гидроприводе 22
1.3 Гидромеханические устройства управления позиционных гидросистем 27
1.4 Выводы 41
1.5. Цель и задачи исследования 43
Глава 2. Синтез схемотехнических решений позиционного гидропривода
2.1 Принципы построения гидромеханических позиционеров машин повышенного быстродействия и точности 44
2.2 Обоснование и разработка структуры позиционного гидропривода с гидромеханической системой управления 52
2.3 Анализ технических средств реализации позиционных гидросистем повышенной эффективности 53
2.4 Идентификация рабочих процессов гидромеханического устройства позиционирования 63
2.5 Измерительный комплекс для исследования нестационарных гидродинамических процессов 65
2.6 Конструктивные параметры проточной части гидромеханического устройства позиционирования 74
2.7 Методика обработки данных экспериментальных исследований 75
2.8 Анализ результатов экспериментальных исследований гидромеханического устройства позиционирования 80
2.9 Выводы 92
Глава 3. Теоретические исследования позиционного гидропривода
3.1. Формирование обобщенной математической модели динамической системы позиционного гидропривода 93
3.2 Вычислительный эксперимент. Методика динамического анализа 101
3.3 Анализ результатов вычислительного эксперимента по моделированию 11111 105
3.4 Исследование влияния конструктивных и эксплуатационных параметров ГУК на работу ПГП 107
3.5 Выводы 114
Глава 4. Экспериментальные исследования позиционного гидропривода
4.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 116
4.2 Исследовательский стенд и контрольно-измерительный комплекс для испытаний ПГП 117
4.3 Методика проведения натурного эксперимента по исследованию процесса позиционирования ПГП 124
4.4 Анализ влияния параметров подсистемы управления на качество позиционирования ПГП 126
4.5 Методика проверки адекватности вычислительного эксперимента 134
4.6 Определение рациональных значений параметров гидроуправляемого клапана-позиционера 140
4.7 Выводы 148
Глава 5. Апробация результатов научно-исследовательской работы
5.1 Методология инженерного расчета комплектного позиционного гидропривода 149
5.2 Проектирование позиционного гидропривода в системе САПР 152
5.3 Методика проектирования позиционного гидропривода в системе САПР 156
5.4 Конструкторская реализация схемотехнического решения позиционного гидропривода 189
5.5 Результаты промышленного внедрения позиционного гидропривода 193
5.6 Выводы 198
Заключение и общие выводы 199
Библиографический список литературы 201
Приложения 214
- Анализ автоматизированных позиционных гидроприводов
- Измерительный комплекс для исследования нестационарных гидродинамических процессов
- Анализ влияния параметров подсистемы управления на качество позиционирования ПГП
- Результаты промышленного внедрения позиционного гидропривода
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из современных тенденций развития машиностроения является интенсификация рабочих процессов машин и их автоматизация. При этом основным критерием является уровень производительности машин, однако наряду с этим требуется повышать такие параметры как: точность, быстродействие, стабильность характеристик.
Создание технологического оборудования в виде комплексов со многими исполнительными движениями (ИД), позволяет добиться требуемого результата и потому является актуальной научно-технической задачей. Так в механизмах машин, обеспечивающих транспортирование или пространственную ориентацию объекта управления длительность ИД во многом определяет производительность рабочего цикла машины. В этих случаях должно обеспечиваться минимальное время (t->min) рабочего цикла при заданной точности перемещений.
В механизмах технологических машин продолжительность ИД во многом определяется рабочими ходами, а повышение производительности достигается улучшением динамики систем приводов. Для решения задач такого класса широко применяются гидромеханические системы позиционирования, обладающие известными преимуществами. При этом, системы управления ГП, реализующие рабочие циклы машин, использующие электромеханические имеют ряд недостатков: длинную цепь прохождения сигнала от источника к потребителю; малую напряженность силового поля (Рмах до 2Мпа) и нестабильность циклов срабатывания (At до 0,15 с).
В этих условиях, как показывают исследования Трифонова О.Н., Лещенко В.А., устройства с гидравлическими линиями связи, реализующие подсистему управления [1], имеют преимущество и способны обеспечить высокое быстродействие и стабильную работу гидропривода.
Целью научной работы является повышение эффективности исполнительных движений целевых механизмов машин путем синтеза автоматизированного гидропривода с быстродействующим контуром гидравлического управления (КГУ) позиционными циклами. Для достижения поставленной в работе цели, были решены следующие задачи:
-
Обосновать принципы построения и реализации структуры позиционного гидропривода (ПГП) повышенного быстродействия и точности.
-
Разработать обобщенную математическую модель динамической системы предлагаемого автоматизированного позиционного гидропривода, с оригинальным быстродействующим контуром гидравлического управления.
-
Выполнить идентификацию рабочих процессов гидромеханического управляющего устройства - раскрывающую его расходно-перепадные характеристики.
-
Вычислительным и натурным экспериментами исследовать процесс позиционирования гидропривода, установить влияния основных параметров КГУ на быстродействие и точность при позиционировании.
-
Обосновать рациональные параметры КГУ для проектирования АПГП, разработать инженерную методику его расчета и настройки при эксплуатации.
-
Выполнить апробацию и промышленное внедрение результатов исследования, инженерной методики расчета АПГП в условиях производства и учебного процесса кафедры «Гидравлика, ГПА и ТП» ФГБОУ ВПО ДГТУ.
Методы исследования. Синтез рациональной структуры позиционного гидропривода, математическое моделирование процесса позиционирования, осциллографирование процесса позиционирования вычислительного и натурного эксперимента в реальном времени, многофакторный эксперимент, статистическая обработка и анализ результатов.
Научная новизна работы заключается:
1. В обосновании принципов построения и технической реализации АПГП
повышенного быстродействия и точности с гидравлической подсистемой
управления позиционированием механизмов машин.
-
В разработке обобщенной математической модели позиционного гидропривода с КГУ раскрывающей влияние структуры и параметров подсистемы управления на процесс позиционирования.
-
В выявлении нестационарных расходно-перепадных характеристик МФУУ в его проточной части и их аппроксимации для уточнения математической модели АПГП.
4. В установлении влияния гидравлических и кинематических параметров
КГУ на быстродействие и точность АПГП, для его рационального
проектирования.
Практическая значимость работы заключается: 1. В создании комплектного позиционного гидропривода с улучшенными характеристиками точности и быстродействия.
2.В создании многофункционального устройства управления позиционированием на основе модульного принципа построения гидропривода.
З.В разработке методики и специального аппаратного обеспечения для исследования нестационарных гидромеханических процессов в проточной части дросселирующих управляющих устройств, позволяющей уточнить их расходно-перепадные характеристики.
4.В разработке и апробации в условиях производства на ООО «Завод СтройНефтеМаш» (г.Ростов-на-Дону) инженерной методики с программной поддержкой процедуры расчета комплектного ПГП, позволяющей сокращать затраты времени и средств.
5.В технической реализации и внедрении позиционного гидропривода в учебный процесс в ФГБОУ ВПО ДГТУ кафедры «Гидравлика, ГПА и ТП» и в производство на ЗАО «ЗМК» (г.Кисловодск).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов МЭИ (г.Москва) в 2008, 2010г.; Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива» Каб.-Балк. ун-т. (г.Нальчик) 2009г.; Международной юбилейной научно-технической конференции БИТУ (г. Минск, Белоруссия) в 2010г.; XII Международной научно-технической конференции АС ПГП «Промышленная гидравлика и пневматика», ДНТУ (г. Донецк, Украина) в 2011г.; Ежегодных научно-технических конференциях «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства» Донского государственного технического университета, 2009-2012 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 21 работа в печатном и электронном виде, три из них в изданиях рекомендованных ВАК РФ, две в международных изданиях, получено два патента на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержащего общие выводы, список литературы из 132 наименований, 19 приложений, 71 рисунка, 36 таблиц и изложена на 252 страницах машинописного текста.
Анализ автоматизированных позиционных гидроприводов
Развитие отрасли машиностроения определяется степенью автоматизации и производительностью применяемого технологического оборудования. Характерной особенностью этого развития является внедрение различных типов исполнительных устройств, реализующих подающие вспомогательные и установочные движения [4,5]. Ввиду того, что время этих движений достигает до 35% оперативного времени, появляется возможность существенного повышения производительности АТО.
Широкое применение в технологическом оборудовании нашли поворотные целевые механизмы: делительные и подающие столы, револьверные головки и т.д., которые требуют соблюдения жестких ограничений по точности и быстродействию. Это обуславливает совершенствование действующих и разработку новых систем приводов [51]. В табл. 1.1 представлены сравнительные характеристики некоторых поворотных целевых механизмов, отражающие диапазоны их функционирования.
В настоящее время в России и других ведущих производственных зарубежных странах задачи обеспечения эффективного позиционирования исполнительных механизмов машин решаются различными типами приводов [5,6,7]. Организация рациональных рабочих циклов обуславливает рабочую зону АТО и обеспечивается, как правило, многодвигательными комбинированными гидро-электро-механическими системами [23].
При их построении учитывается сложность траекторий исполнительных движений, необходимых для обеспечения производственного цикла (количество переходов, смены инструмента и т.д.), вид производства (индивидуальное, мелкосерийное, массовое) и др.
Так, для больших объемов производства и несложных деталей применяют, как правило, цикловые гидроприводы программного регулирования (ГПР). В случае сложной конфигурации - следящие или шаговые электрогидравлические приводы (ЭГСП), максимально отвечающие качеству задаваемого техпроцесса.
Цикловые гидроприводы - просты, экономичны, но не удовлетворяют требованиям универсальности, сложны в переналадке, имеют ограниченные функциональные возможности (до 5 точек позиционирования).
Использование в позиционных системах ЭГСП функционально избыточно и экономически неоправданно, поскольку в позиционных системах нет необходимости в обеспечении заданного закона движения, а важно достижения заданной координаты. Таким образом, увеличение быстродействия, повышение точности позиционирования, возможность непосредственного управления от цифровых управляющих машин с применением микропроцессорных устройств - обуславливают тенденции развития современных позиционных систем [40].
Особенностью программного позиционного гидропривода является наличие подсистемы и контура управления, обеспечивающего организацию, исполнение и контроль правильности выполняемого гидроприводом рабочего цикла в автоматическом режиме, согласованном с рабочим процессом АТО в реальном пространстве и времени.
Для этого подсистема управления формирует последовательность управляющих воздействий на регулирующие устройства гидропривода, обеспечивающие управляемое преобразование энергии потока рабочей жидкости. Вследствие этого, получение требуемых: позиционных перемещений (х), скоростей (V), сил (F), крутящих моментов (М), мощности на выходном звене гидродвигателя (N) и связанной с ним механической подсистемы исполнительного механизма (ИМ) станка.
Рассматривая гидромеханические системы позиционных приводов, их можно классифицировать по виду систем управления на замкнутые и разомкнутые [28].
Замкнутая система управления отличается от разомкнутой тем, что при функционировании такой системы управления выходные параметры работы привода (величина перемещения, скорости и ускорения движения, силы и др.) все время сопоставляются с заранее заданными значениями этих параметров в специальных сравнивающих устройствах.
Если эти значения не совпадают, то вырабатывается сигнал рассогласования и посылается на вход управляющего органа системы, который обеспечивает работу привода на устранение возникшего рассогласования. Для обеспечения такого функционирования замкнутые системы управления оснащаются обратными связями. Разомкнутые системы - простые и недорогие - используют гидродвигатели, обеспечивающие прямое и достаточно точное преобразование заданной координаты в соответствующее угловое или линейное перемещение выходного звена [9].
К таким видам двигателей относятся электрогидравлические шаговые двигатели, преобразующие управляющий импульс в фиксированный угол поворота золотника, который в свою очередь обеспечивает питание гидроусилителя и приводит в движение исполнительный гидромотор [20].
Алгоритмы разгона и торможения рассчитываются заранее с учетом реальных параметров исполнительных механизмов и закладываются в систему управления.
ЭГШП относятся к дискретным приводам, с помощью которых успешно решаются задачи позиционирования рабочих органов машин и станков с требуемой точностью [15]. Благодаря дискретному способу управления такими приводами возможна их непосредственная стыковка с цифровыми управляющими устройствами. Они отличаются от других видов приводов (следящих) простотой конструкции и меньшей чувствительностью к чистоте рабочей среды (рис. 1.1).
Исследованию шаговых гидроприводов посвящены схемотехнические решения, выполненные в работах О.Н. Трифонова, К.Л. Навроцкого [9,20] и др. Недостатком таких систем является нерасположение информации о величине выполненного перемещения, что приводит к появлению ошибок. Этого недостатка можно избежать введением обратной связи по перемещению, т.е. использованием замкнутой системы, реализуемой двумя способами: с релейным или частотно-импульсным управлением. Первый более точный, оптимальный в управлении и по быстродействию, однако при малых моментах нагрузки, соизмеримых с моментом инерции ротора гидравлического шагового двигателя имеет ошибки позиционирования [16].
В гидравлических следящих приводах управляющее воздействие ху при движении выходного звена гидродвигателя ГД формируется в результате рассогласования є заданного х3 и фактического Хф перемещения, формируемого обратной связью ОС. Требуемая траектория движения, задаваемая задатчиком перемещения ЗП, воспроизводится исполнительным механизмом ИМ.
ГСП применяются при необходимости обеспечить контролируемое перемещение рабочего органа и позиционирование его в любом промежуточном положении с заданной точностью [28].
Основной причиной применения следящих приводов в позиционных системах управления является необходимость обеспечения малой погрешности установки координат в заданную точку за возможно короткое время [31]. При этом используют гидродвигатели с непрерывным движением выходного звена. На рис. 1.2 представлена блок-схема следящего гидропривода с непрерывным гидродвигателем и датчиком обратной связи дискретного типа. Сигнал от датчика обратной связи поступает в счетно-сравнивающее устройство, которое непрерывно выражает сигнал ошибки. После достижения рабочим органом заданного положения сигнал ошибки становится равным нулю, управляющее устройство отключается, останавливая гидродвигатель. Тип и структура управляющего устройства оказывает влияние на сложность управляющей подсистемы, в частности контура управления.
Измерительный комплекс для исследования нестационарных гидродинамических процессов
Необходимость экспериментального исследования динамических расходно-перепадных характеристик устройств обусловлена трудностями их теоретического анализа в силу нестационарности протекающих процессов [30,33]. Вследствие этого используют полученные экспериментальные зависимости: статические и динамические.
Однако результаты статических исследований, не всегда адекватно отображают реальные процессы течения рабочей жидкости внутри запорно-регулирующего элемента устройства и требуют дополнительных уточнений. Одним из способов повышения точности гидродинамических процессов является исследование динамических расходно-перепадных характеристик управляющих устройств [49], но их получение сопряжено с определенными трудностями.
Для обеспечения контроля вышеназванных параметров используется специальный измерительный комплекс (рис.2.10), включающий в себя:
гидродинамический расходомер (ГДР) оригинальной конструкции - измеряет объемный расход в момент срабатывания (открытия-закрытия) клапана Qryx;
оригинальное устройство слежения и ограничения перемещения запорно-регулирующего элемента клапана с датчиком малых линейных перемещений (ДП2) - измерение х3;
оснастку исследуемого устройства для измерения температур (термосопротивления) в области до (ДТ1) и после (ДТ2) области дросселирования (АТГук) с измерителем-регулятором ОВЕН ТРМ210 и программным пакетом MasterScada ver.3.4 - для контроля параметров рабочей жидкости;
плата ЦАП-АЦП L-CARD Е20-10, подключенная к ПК с программным пакетом для обработки данных PowerGraph ver.3.3.
датчики для контроля избыточного давления: Ру - управления (ДД1), Рн - в нагнетательной (ДД2) и Р2 -в сливной (ДДЗ) полостях ГУКа.
Исследовательский комплекс [93] позволяет получить точные количественные и качественные данные изменения параметров: Q - расход через запорно-регулирующий элемент, АР - перепад давления до и после дросселирования, AT - разность температур до и после дросселирования - за цикл срабатывания устройства.
Принципиальная схема экспериментального стенда для снятия динамических расходно-перепадных характеристик представлена на рис.2.10.
При исследовании использовались две насосно-энергетические станции. Первая - обеспечивает циркуляцию потока рабочей жидкости в силовом контуре привода с установившимися параметрами Рн и QH в соответствии с методикой эксперимента. Вторая - осуществляет питание контура гидравлического управления - для работы исследуемого устройства - гидроуправляемого клапана потоком жидкости с параметрами: Руи Qy.
Объект регулирования - гидромотор (ГМ), в сливной магистрали которого установлен ГУК, давление управления Ру замеряется датчиком давления - ДД1. Колебания давления на входе в клапан Рг и на выходе Рсл, фиксируются датчиками давления ДД2 и ДДЗ. Распределитель PI, позволяет включать и выключать в цепочку привода ГМ, в сливной гидролинии которого установлен гидроуправляемый клапан (спроектирован на основе клапана ПГ54-12). Двухпозиционный распределитель РЗ осуществляет перераспределение потока к гидродинамическому расходомеру (ГДР). Давление управления Ру через распределитель Р2 при включении YA3 поступает в поршневую полость инвертора ГУКа, а затем через жесткую связь воздействует на золотник клапана. Одновременно с этим срабатывает YA4 распределителя РЗ, тем самым направляя поток жидкости при закрытии золотника клапана в цилиндр ГДР.
На рис.2.11 представлена функциональная схема измерительного комплекса для определения нестационарных характеристик ГУКП.
В основе измерения динамического расхода используется осциллографирование скорости перемещения дросселируемого потока в процессе открытия-закрытия управляющего устройства (ГУКПа). Измерения осуществляются оригинальным устройством - гидродинамическим расходомером (ГДР), в составе которого гидроцилиндр ГЦ и линейный датчик перемещения ДП. Цилиндр имеет облегченную конструкцию поршня и штока для снижения инерционности при движении. Нестационарный расход QryK(t), поступая в ГЦ, преобразуется в перемещение поршня L(t), фиксируется датчиком.
Общий вид и основные конструктивные элементы разработанного гидродинамического расходомера (ГДР) показаны на рис.2.12.
В основе работы ГДР лежит принцип измерения объемного расхода рабочей жидкости в процессе открытия-закрытия управляющего устройства, при помощи гидроцилиндра 2 и линейного датчика перемещения 3. Цилиндр имеет облегченную конструкцию поршня и штока для уменьшения сил инерционных при движении.
В целях уменьшения первоначального момента сил сухого трения в конструкции установлена пружина сжатия 18, настроенная на минимальную величину усилия страгивания (FCTn= 1,7 Н). Для повышения чувствительности и снижения действия сил реакций опор, ГДР устанавливается в вертикальном положении, штоком вниз.
Линейный инкрементальный датчик перемещений тип. ЛИР-7 (относительная погрешность А=2,45 мкм при длине 0,3 м) имеет жесткую связь с гидроцилиндром через кронштейн 10,12,14. Подвод рабочей жидкости в цилиндр осуществляется через штуцер 15 в его поршневую полость, а штоковая полость соединена с атмосферой. Конструкция смонтирована на жестком основании 1. Ограничение хода при измерении объемного расхода регулируется путем установки магнитного датчика положений 17 на корпусе гидроцилиндра 2. Возврат в первоначальное положение выполняется в ручном режиме при соединении поршневой полости со сливом.
Анализ влияния параметров подсистемы управления на качество позиционирования ПГП
Статистические испытания точности позиционирования проводились при изменении угловой скорости со, давления в напорной Р1 и сливной Р2 линиях ГМ и давления управления Ру в КГУ. Обработка полученных экспериментальных данных проводилась с использованием программного пакета StatSoft STATISTICA 8.0 и Microsoft Excel [111].
Точность позиционирования определялась как путь торможения вала гидромотора с момента начала совмещения рабочих окон вращающегося распределителя ВР. При дальнейшем перемещении втулки образуется проходное сечение и управляющий сигнал Ру на Р4. Последний, переключаясь, соединяет заклапанную полость ГУК со сливом, который закрывается, перекрывая слив гидромотора, что приводит к его останову.
Точность позиционирования рт определяли выражением
Анализируя результаты натурного эксперимента, принимали их с вероятностью 0,95, для которой доверительный интервал составил ±2S.
Экспериментальными исследованиями ПГС в работах [43,48,63] установлено, что наиболее существенно точность позиционирования зависит от скорости движения выходного звена. В гидравлическом приводе скорость хорошо поддается стабилизации, особенно для гидродвигателей с жесткой механической характеристикой [60]. Следовательно, поддерживая скорость позиционирования на заданном уровне, можно получить зоны устойчивого позиционирования. Скорость позиционирования принимается, главным образом, исходя из условий обеспечения заданной точности [48].
На рис. 4.5 представлены зависимости точности позиционирования от угловой скорости ГМ. Величина выбега ф существенно зависит от скорости со подхода к заданной координате, что необходимо учитывать особенно при реализации скоростных режимов работы. Также следует определить область эффективной работы контура гидравлического управления, т.к. при скоростях свыше 15 рад/с срабатывание перестает быть стабильным, появляется высокий разброс выбега и увеличение задержки во времени.
Это обусловлено, прежде всего, прохождением управляющего сигнала Ру от ВР к исполнительному устройству ГУКП, поскольку совмещение окон втулок ВР происходит за время [35], не достаточное для формирования управляющего воздействия на золотник управляющего распределителя Р5.
Диаграмма на рис.4.5 поясняет поведение привода при изменении давления в контуре гидравлического управления в диапазоне Ру=2-4МПа, которое в некоторой мере компенсирует нелинейное увеличение скорости, но с ограничением до 15 рад/с. Поэтому она может приниматься стабилизированно в узком диапазоне, а величина выбега может уменьшаться программной корректировкой координат последующих перемещений.
Предварительным многофакторным экспериментом и моделированием в работах [54,66,79] были выявлены параметры контура гидравлического управления, оказывающие существенное влияние на точность и быстродействие при позиционировании. Среди них важным является величина управляющего давления ру, воздействующего на исполнительный элемент гидромеханического позиционера - золотник клапана ГУКП.
Анализ результатов эксперимента показал, что наиболее рациональным является применение давления управления в интервале 2,5-3,5 Мпа, при этом достигается высокое быстродействие КГУ tKry=0,07 с при сохранении стабильного разброса выбега Дф=3,5-10" рад. Дальнейшее повышение давления ведет к нестабильности срабатывания КГУ и соответственно динамической характеристике привода.
Быстродействие срабатывания привода оценивалось по диаграммам для времени всего цикла - tUHK и времени замедления t3aM от Ру, представлено на рис.4.7. Повышение давления оправданно в интервале 3-4 МПа, при сохранении стабильного разброса выбега (Дф=3-10 5 рад) и быстродействия (іц=0,32-0,27 с) позиционного цикла.
Представленные зависимости выбега вала гидромотора от приведенного управляющего давления Ру качественно совпадают с ранее полученными зависимостями исследователей: В.С.Сидоренко, И.В.Богуславского и А.Г.Шуваева. Однако за счет разработанного оригинального схемотехнического решения обладает повышенным быстродействием (около 15-20%) и стабильностью разброса выбега (до 30%).
Исследование точности позиционирования ПГП с оценкой влияния параметров настройки гидроуправляемого клапана-позиционера представлено в виде зависимостей: рассеивания выбега Аф от противодавления Р2, давления в нагнетательной линии гидромотора Pi и давления управления Ру, при значениях скорости выходного звена со=3-23 рад/с.
Оценка влияния скорости подхода к координате позиционирования го по диаграмме на рис.4.8 показывает, что рациональная область работы ПГП находится в интервале скоростей до 18 рад/с, при этом энергозатраты по давлению наиболее сбалансированы: Р 1=2,5-3 МПа, Ру=3,5 МПа, и сохраняется стабильный разброс выбега (Дф=7,5-10 5 рад).
Практическая значимость расширяется возможностью определения зон устойчивого позиционирования при известных характеристиках реального ПДМ и их расширения за счет изменения скорости подхода к координате, координат точек переключения управления гидромотором р„\, р„2 а также пружины ГУКП при настройке реальных циклов позиционирования.
Связь силовых кинематических параметров (Мпр и со) с диапазоном выбега срв поясняет диаграмма на рис.4.9. Увеличение приведенного момента Мпр до значений 0,007 Н-с не оказывает существенного влияния на точность выбега (р6, однако дальнейшее его увеличение повышает запас Ек = —- и приводит к значительному рассеиванию выбега.
Полученные зависимости позволят минимизировать время наладки управляющей подсистемы КГУ, определяющей координаты точек переключения позиционного цикла для его стабильной области при необходимой скорости перемещения ВЗ. Т.о. необходимо корректировать координаты для последующих остановов путем поворота установочной втулки ВР или настройки ГУКа, формирующего траекторию замедления.
Созданием адаптивной гидромеханоэлектрической системы можно автоматически корректировать последующие координаты, но при этом существенно возрастает стоимость привода [6,17,24] и усложняется схемотехническая реализация подсистемы управления.
Результаты промышленного внедрения позиционного гидропривода
Внедренный в условиях производства на ЗАО «ЗМК» (г.Кисловодск) коллективом авторов: проф. B.C. Сидоренко, ст.преп. М.С. Полешкин, асп. Ле Чунг Киен позиционный гидропривод, осуществляет позиционные перемещения поворотно-делительного (ПДС) стола (рис.5.Ив) станка 2А135 (рис.5.Па), решая задачу сверления большого количества отверстий в узлах крепления ферменных конструкций (рис.5.116).
Испытания АПГП заключались в исследовании точности и быстродействия при позиционировании поворотно-делительного стола ПДС (табл.5.13) с подбором рациональных параметров настройки КГУ гидропривода.
Гидрокинематическая схема станка представлена на рис. 5.12. При запуске насосно-энергетической установки рабочая жидкость подводится к приводам зажима заготовки и поворотно-делительного стола. При этом системой управления выключены электромагниты распределителя PI, YA5 распределителя Р5 и включен YA4 распределителя РЗ. Это обеспечивает разжим гидроцилиндра ГЦ, отвод сверлильной координаты (табл.5.14).
После установки заготовки на поворотном столе оператором подается сигнал на ее зажим гидроцилиндром ГЦ. При этом электромагнит распределителя Р1 находится в нейтральном положении, а электромагнит YA5 распределителя Р5 выключается - происходит зажим заготовки.
Далее оператор подает сигнал на начало цикла сверления. Привод подачи осуществляет быстрый подвод сверлильной головки. Информация о перемещении СГ поступает от датчика оборотов и при подходе к координате сверления - обеспечивается ее стабильная по скорости рабочая подача.
Заклапанная полость ГУКП соединяется со сливной магистралью, прикрывая золотник клапана, происходит интенсивное торможение поворотного стола.
В это время ВР совершает поворотное движение, совмещая рабочие окна втулок золотника, это соответствует повороту стола на 90 (6 оборотов вала гидромотора ГМ), рабочая жидкость от ВР через распределитель Р4 попадает в заклапанную полость ГУКа с давлением НЭУ и закрывает клапаном сливную магистраль гидропривода. Давление в сливной линии возрастает -стол останавливается.
Величина рассеивания выбега определялась при подходе стола на одну координату, тем самым минимизируя влияние погрешностей промежуточных кинематических цепей. В результате проведения серии из 120 остановов, при угловой скорости вала со=10 рад/с и давлении управления Ру=3,2 МПа, разброс выбега планшайбы находился 8,4-9,2-10"4 рад, то есть разброс составил 5,8-10"5 рад, при этом погрешность предыдущего останова стола не влияла на последующий.
Модернизацией вертикально-сверлильного станка 2А135 при оснащении его поворотно-делительным столом с ПГП повышенного быстродействия достигается технико-экономический эффект:
повышение производительности станка в 1.3-1.5 раза;
улучшение качества изготовляемых деталей (уменьшение брака при обработке сверлением и рассверливанием);
уменьшение производственных площадей в 2 раза (за счет сокращения количества станков с 5 до 2 шт.);
сокращением состава обслуживающего персонала на сверлильно-резьбонарезном участке с пяти станочников до двух операторов.
Внедрение результатов научной работы также было произведено на базе ГБОУ ВПО «Донского государственного технического университета», кафедры «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы».
В учебном процессе был апробирован научно-исследовательский комплекс по исследованию позиционного гидропривода (см.прил.1-9, 13,14,19), что позволило ввести дополнительные лабораторные и практические работы: «Динамика автоматизированного позиционного гидропривода», «Исследование процесса позиционирования поворотного стола» [132], «Методика проектирования и расчета позиционного гидропривода» по дисциплинам: «Системы приводов технологических и транспортных машин», «Гидрофицированное технологическое оборудование», «Проектирование гидропневмосистем», «Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем». Это позволило повысить и закрепить уровень знаний студентов специальности 150802: «Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» полученных в ходе лекционного курса.
Похожие диссертации на Гидравлический позиционный привод исполнительных движений механизмов машин
