Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования
Глава 2. Разработка позиционного пневмогидравлического привода 45
Глава 3. Теоретические исследования процесса позиционирования пневмогидравлического привода повышенного быстродействия и точности 60
Глава 4. Экспериментальные исследования процесса позиционирования пневмогидравлического привода ... 83
Глава 5. Практическое применение и промышленная апробация результатов исследования ..
Заключение 130
Библиографический список литературы і 132
Приложения 148
- Разработка позиционного пневмогидравлического привода
- Теоретические исследования процесса позиционирования пневмогидравлического привода повышенного быстродействия и точности
- Экспериментальные исследования процесса позиционирования пневмогидравлического привода
- Практическое применение и промышленная апробация результатов исследования
Введение к работе
Актуальность работы. Тенденции развития современной техники неразрывно связаны с повышением эффективности технологического оборудования машиностроительного производства. В связи с этим остается актуальной научно-техническая задача совершенствования действующих и создания новых машин и механизмов высокой производительности, точности и себестоимости, способной конкурировать на мировом рынке.
Важными критериями эффективности технологического оборудования являются быстродействие и точность его целевых механизмов, обеспечивающих требуемые производительность и качеаво выпускаемой продукции при меньших затратах времени и средств. Создание такой техники невозможно без глубокой автоматизации технологических и рабочих процессов, осуществляемой позиционными системами приводов повышенного быстродействия и точности. Обладая известными преимуществами, пневмат ические и гидравлические приводы наиболее полно решают такие задачи. В последнее время успешно применяются и комбинированные пневмогидравлические приводы с мехатронным управлением позиционными циклами механизмов машин. Это позволяет расширить возможности структурной и параметрической оптимизации процессов позиционирования. Однако известные схемотехнические решения с комбинированием различных видов энергоносителей в структуре привода имеют ограничения в управлении временем и точностью позиционных перемещений. Решение этой задачи стало предметом научного и схемотехнического поиска выполненной автором работы.
Целью работы является повышение точности механизмов позиционирования машин на основе быстродействующего автоматизированного пневмогидравлического привода.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Обосновать принципы поиска структуры и построения быстродействующего позиционного привода повышенной точносги.
-
Разработать обобщенную математическую модель, описывающую поведение динамической системы привода с комбинированными линиями связи.
-
Вычислительным и натурным экспериментами исследовать процесс позиционирования, влияние параметров привода на точность исполнения позиционных циклов.
-
Разработать методику определения параметров настройки привода для организации рациональных по точности и быстродействию позиционных циклов.
-
Разработать методику инженерного расчета и проектирования привода с комбинированными линиями связи.
-
Провести апробацию и промышленное внедрение методики расчета и предлагаемого привода.
Автор защищает:
1. Схемотехническое решение быстродействующего автоматизированного позиционного пневмогидравлического привода (ППГП) повышенной точности.
-
Контур управления приводом, реализуемый многофункциональным устройством управления (МФУУ) позиционным циклом с комбинированными пневмогидравлическими линиями связи.
-
Обобщенную математическую модель динамической системы привода, раскрывающую влияние параметров механизмов на точность и время позиционного цикла.
-
Методику определения параметров настройки привода для обеспечения задаваемой точности позиционирования.
-
Методику инженерного расчета автоматизированного ППГП с комбинированными пневмогидравлическими линиями связи.
Методы исследования. Синтез рациональной структуры позиционного привода, математическое моделирование процесса позиционирования численными методами, мониторинг компьютерного и натурного эксперимента в реальном времени, многофакторный эксперимент, статистическая обработка и анализ результатов.
Научная новизна работы заключается:
-
В обосновании принципов построения системы быстродействующего автоматизированного привода и их реализации в новом схемотехническом решении, обеспечивающем рациональные по бысгродействию и точности циклы позиционирования механизмов машин.
-
В создании многофункционального пневмогидравлического управляющего устройства, повышающего точность управления позиционными циклами механизмов машин.
-
В обобщенной математической модели системы привода с комбинированными пневмогидравлическими линиями связи, раскрывающей закономерности влияния параметров механизмов на точность управления позиционным циклом в реальном времени для повышения точности механизмов позиционирования.
-
В закономерностях времени и точности позиционирования механизмов от кинематических характеристик предлагаемого привода по п.1, позволяющих повысить его эффективность на этапе проектирования и наладки.
Практическая ценность работы заключается:
-
В повышении точности и сокращении времени позиционирования механизмов быстродействующим автоматизированным ППГП, применением МФУУ рациональными по времени и точности позиционными циклами.
-
В сокращении затрат времени и средств на разработку позиционных приводов, применением методик и программной поддержки расчета привода с комбинированными пневмогидравлическими линиями связи.
-
В технической реализации и внедрении в производство быстродействующих ППГП повышенной точности в гидрофицированном координатно-сверлильном полуавтомате, автоматизированном сварочном комплексе и сварочной машине.
Реализация работы. Результаты работы внедрены в практику проектирования позиционных систем приводов НПК «Гидравлика», ГОУ ВПО ДПГУ кафедры «Гидравлика, ГПА и ТП», на завод металлоконструкций ЗАО «ЗМК» (г.
Кисловодск) в проектах автоматизированною сварочного комплекса (АСК), сварочной машины (СВ) и координатно-сверлилыюго полуавтомата (КСП).
Апробация работы, Основные результаты работы докладывались на:
Международной научно-технической и научно методической конференциц-
M3H,2006,2008;VIII Международной научно-технической конференции по
динамике технологических систем, ДГТУ,2007; Международной научной
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Нальчик: Каб.-Балк. ун-
т., «Перспектива 2006,2007,2008,2010»; Ежегодных научно-технических
конференциях профессорско-преподовательского состава . Донского
Государственного Технического Университета,2004-2010 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, две из них в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержащего общие выводы, списка литературы из 132 наименований, 5 приложений, 41 рисунка, 8 таблиц и изложена на 161 страницах машинного текста.
Разработка позиционного пневмогидравлического привода
Области применения позиционных приводов в технологическом оборудовании охватывают огромное количество машин и механизмов различного назначения (пищевая промышленность, металлообработка, робототехника и т.п.). Разнообразие предъявляемых к ним требований по рабочим режимам, видам позиционных циклов, точности позиционирования, обусловливает многообразие структур, конструкций и принципов построения.
Позиционирующие пневмогидромеханические устройства (ППГМУ) объединяют привод, передаточный, а при необходимости преобразующий механизмы обеспечивающие рабочие и установочные перемещения исполнительных механизмов по заданной программе, образуя позиционные системы.
Привод является основным элементом структуры ППГМУ, так как определяет полноту его функционирования. В свете современных тенденций развития технологического оборудования возникает острая потребность в автоматизированных комплектных приводах, работающих в оптимальных режимах [95]. Они обеспечивают задание позиции или величины перемещения исполнительных движений рабочего органа, контроль перемещения или установки в заданную позицию, точный останов рабочего органа в заданных координатах фазового пространства. Многообразие приводов можно классифицировать: - по способам программирования перемещений; - по виду измерительной системы; - по способам позиционирования исполнительных механизмов; - по способам управления; - по скорости перемещения, если такое требование имеет место; Управление автоматизированными приводами осуществляют контурные, позиционные и комбинированные системы программного управления. Выбор системы управления определяется во многом требованиями технологии, стремлением к эффективности, надежности рабочих процессов.
Создание механизмов технологического оборудования базируется чаще всего на решении задач автоматизации первого уровня, то есть уровня локальных автоматических систем, которые наиболее просто и экономично реализуются позиционными системами программного управления [92].
Такие системы объединяют приводы, передаточные и преобразующие механизмы, систему управления и обеспечивают рабочие и установочные перемещения рабочих органов станков по заданной программе с необходимыми быстродействием и точностью. Учитывая, что в этих случаях важна не траектория движения, а факт достижения исполнительным механизмом заданной координаты, нет необходимости применять следящие приводы. Задачу успешно решают программные приводы [92]. Однако, при увеличении точности позиционирования и необходимости удержать рабочий орган в заданной позиции после останова при внешних воздействиях, фиксировать или расфиксировать его в процессе обработки, известные программные приводы уступают высокоточным следящим приводам [101].
В этой связи актуальны вопросы совершенствования программных приводов, отвечающих указанным выше требованиям. Как известно, их стоимость в 3-5 раз меньше следящих в позиционных системах, которыми оснащено более 60% металлообрабатывающего оборудования. Автоматизированные приводы с оптимальной управляемой динамической системой предполагают управление траекторией в процессе движения «на ходу». При этом важно корректно формировать моменты переключения управления, адаптировать их к внешним воздействиям. В этих условиях особое значение приобретает управляющая система привода, обеспечивающая формирование и передачу управляющих воздействий.
По типу системы управления позиционные пневмогидромеханические системы разделяются на разомкнутые и замкнутые. Разомкнутые системы имеют простую и надежную схему управления, но не располагают информацией о величине выполненного перемещения, что неизбежно приводит к появлению и накапливанию ошибок. Использование замкнутой схемы в таких системах (введением обратной связи по перемещению) позволяет избежать накапливания ошибок из-за неизбежного выбега исполнительного механизма.
В качестве управляющих устройств применяются дискретные пневмо-и гидрораспределители. Динамические характеристики (быстродействие, точность позиционирования и др.) таких приводов во многом определяются временем срабатывания запорно-регулирующих элементов (ЗРЭ) управляющих устройств. Уменьшение времени и разброса времени срабатывания позволяет существенно повысить точность позиционирования исполнительного механизма, что и является целью данной работы.
Одним из подходов повышения быстродействия системы управления позиционных приводов, является применение электрических сигналов, обладающих самой высокой скоростью передачи. В данной работе проведем сравнение предложенного способа управления приводом (рис. 2.3) с базовым (электронная система управления) (рис. 2.2). Для этого при построении электронной системы управления обеспечим следующие условия повышения быстродействия системы: - количество механических элементов в управляющем контуре тормозного устройства должно быть минимальным, поэтому в схему входит один гидрораспределитель, управляющий процессом позиционирования. - используется электронная система управления (на базе программируемого контроллера), исключающая использование электромагнитных реле, имеющих механические части, что значительно уменьшает время обработки сигналов, поступающих от датчика обратной связи. - в качестве датчика обратной связи используется фотоэлектрический преобразователь перемещения с дискретой 1 мкм.
Позиционный пневмогидравлический привод (рис.2.2) содержит кинематически связанные приводной пневмоцилиндр ПЦ и тормозной гидроцилиндр ГЦ; пневмораспределитель Р1, управляющий направлением движения штока ПЦ; гидрораспределитель Р2, изменяющий структуру привода в процессе позиционирования; регулятор потока РП, служащий устройством адаптации привода к изменяющимся скоростным и нагрузочным характеристикам; фотоэлектрический датчик перемещения ДП в роли обратной связи; задатчик перемещения ЗП; электронную (цифровую) систему управления СУ (на базе программируемого контроллера); гидроаккумулятор, обеспечивающий компенсацию утечек. Позиционный пневмогидравлический привод работает следующим образом. После определения координат задатчиком перемещения ЗП система управления СУ подает сигналы на элетромагниты YA1, YA2, YA3, YA4 распределителей PI, Р2 в соответствии с направлением движения (если движение вправо включены электромагниты YA1, YA4; если движение влево YA2, YA3). Сжатый воздух поступает в рабочую полость ПЦ - происходит разгон выходного звена. Рабочая жидкость (масло) при этом свободно перетекает из одной полости ГЦ в другую. При подходе на некоторое расстояние к заданной координате, определяемое ЗП система управления СУ отключает электромагнит YA4 и включает YA3. При этом изменяется структура привода. Происходит процесс замедления выходного звена до стабилизированной скорости позиционирования, мало зависящей от изменения скоростных и нагрузочных характеристик. При подходе к точке перехода на замедленную скорость выходное звено может обладать высокой кинетической энергией. Кинетическая энергия выходного звена и жидкости в большей степени перейдет в потенциальную энергию жидкости. Давление в тормозной полости ГЦ резко возрастет, что может привести к длительным колебаниям системы. Но в следствии «отскока» выходного звена система управления СУ отключит электромагнит YA3 и включит YA4. Структура привода поменяется - давление в тормозной полости стабилизируется. При повторном подходе к точке перехода на замедленную скорость выходное звено обладает значительно меньшей кинетической энергией, которую в состоянии рассеять регулятор потока РП. При подходе к заданной координате СУ отключает электромагнит YA3. Тормозная полость ГЦ перекрывается - происходит останов выходного звена.
Теоретические исследования процесса позиционирования пневмогидравлического привода повышенного быстродействия и точности
Повышенные требования к технологическому оборудованию по точности и быстродействию обусловливают необходимость проведения оценки их динамического качества уже на этапе проектирования. При этом существенно сокращается время последующих испытаний и улучшается качество рабочих процессов реальных позиционных пневмогидравлических приводов при меньших затратах времени и средств. Расчетная схема пневмогидромеханической системы На основе принципов и правил математического описания динамических подсистем с механическими связями, обоснованных работами В.А. Кудинова, А.С. Проникова, В.Э. Пуша и др., гидравлических силовых и управляющих подсистем, подтвержденных исследованиями О.Н. Трифонова, Д.Н. Попова и др., Е.В. Герц, получена математическая модель, представляющая систему нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих поведение ее подсистем в процессе позиционных перемещений. При этом были приняты следующие допущения. 1. Механическая связь исполнительного механизма с приводом абсолютно жесткая, поэтому модель считается одномассовой. 2. Характеристики источника энергии считаются постоянными pH=const, TH=const, поскольку напорная магистраль пневмопривода соединена с ресивером достаточного объема через регулятор давления. 3. Процесс изменения состояния газа в пневмосистеме считается адиабатическим, поскольку процесс позиционирования происходит за короткий промежуток времени. 4. Рабочее тело пневматического устройства - воздух рассмотривается как идеальный газ, процессы в котором описываются уравнением Клапейрона, поскольку давление в пневмосистеме ниже 10 бар. 5. В упрощённых моделях совмещение рабочих окон вращающегося распределителя происходит мгновенно при релейном управлении и по экспоненциальному закону - при квазирелейном управлении. Принимаемые ограничения обоснованы предварительными экспериментальными оценками. 6. Рабочая жидкость сжимаемая, капельная, в каналах присутствует нерастворённый воздух. Полагается, что состояние среды описывается зависимостями, справедливыми для смесей с осреднёнными свойствами. Сосредоточенный объём сжимаемой жидкости QC,K для удобства расчётов считаем присоединенным к рабочим полостям гидроцилиндра. 7. Утечки в подвижных соединениях малы, они зависят главным образом от конструктивного исполнения и могут быть ограничены коэффициентом утечки Ку . 8. Сила вязкого трения в подвижных сопряжениях пропорциональна скорости. В реальных устройствах зависимость значительно сложнее. На силы трения, кроме скорости, оказывают влияние внешние факторы и состояние трущихся поверхностей. В работе [109] показано, что если постоянная времени гидродинамического всплывания элемента больше времени переходного режима, то можно полагать, что сила трения пропорциональна скорости. В противном случае используют экспериментальные данные о силе трения, полученные при установившейся скорости.
Система дифференциальных уравнений (3.19) может решаться различными численными методами (Эйлера, Рунге-Кутта и т.п.) при заданных начальных условиях, параметрах привода и управляющих воздействиях (х;), функционально зависящих от координаты выходного звена (Xj). Исследование модели выполнено с использованием программной поддержки matlab численными методами. Введение в модель динамической пневмогидромеханической системы уравнений, описывающих нелинейные изменения давлений р;, заметно усложняют модель. На этом уровне модели игнорируется уравнение для реального управления от вращающегося распределителя заменой его релейными или квазирелейными значениями, полученными предварительным экспериментом (гл.2).
Моделирование процесса позиционирования осуществляли в программе Simulink, которая является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым, пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, инженеру не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области в которой он работает.
При моделировании инженер может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки Simulink. Результаты моделирования могут быть представлены в виде графиков или таблиц.
Программа для исследования процесса позиционирования состоит из трех основных блоков, описывающих пневматическую, гидравлическую и механическую подсистемы (рис. 3.2). Параметры пневмогидромеханической системы вносятся в соответствующий блок программы (рис.3.3-3.5). Типовая осциллограмма процесса позиционирования (рис. 3.6) при вычислительном эксперименте указывает на этапность процесса, характер изменения параметров пневмогидромеханической системы, наиболее существенно влияющих на процесс, и дает возможность количественной оценки параметров системы.
Экспериментальные исследования процесса позиционирования пневмогидравлического привода
Математическая модель была разработана с допущениями и ограничениями, общепринятыми в теории пневматических и гидравлических систем. Адекватность описываемых ею процессов подтверждается экспериментом и является важным этапом исследования. После решения этой задачи появляется возможность спланировать и осуществить многофакторный эксперимент для определения рациональных по быстродействию и точности параметров настройки пневмогидравлического привода (скорости позиционирования) и остаточного объема в момент позиционирования. Для этого были решены следующие задачи: 1. Этапом предварительных испытаний и исследований оценивали правильность функционирования, работоспособность предлагаемого многофункционального управляющего устройства на основе вращающегося распределителя (гл.2) и привода в целом. 2. Идентификацией рабочих процессов определяли расходно-перепадные характеристики МФУУ. 3. Исследование позиционных циклов пневмогидропривода с интегрированной структурой, обеспечивающей быстродействие и точность выполнения всех этапов. 4. Обоснование и параметрическая оптимизация параметров настройки параметров привода для обеспечения рационального управления позиционными циклами. Задачи экспериментальных исследований обусловили необходимость создания специального стендового оборудования для измерения: - процесса позиционирования предлагаемых схемотехнических решений пневмогидропривода; - влияния скоростных и кинематических параметров привода на точность позиционирования; - оценки гидравлических характеристик привода и их влияния на процесс позиционирования. Кроме того, на первом этапе натурных экспериментов проводили предварительные испытания на правильность и устойчивость функционирования в организации цикла позиционирования. На рис.4.1 представлен общий вид стенда для исследования позиционного пневмогидравлического привода. Рис. 4.1. Стенд для исследования позиционного пневмогидравлического привода: 1 - система сбора и обработки информации; 2 - гидроаккумулятор; 3 -силовой пневмоцилиндр; 4 - датчик давления; 5 - исполнительный механизм (стол) со встроенной шариковинтовой передачей; 6 - тормозной гидроцилиндр; 7 - многофункциональное устройство (вращающийся распределитель).
Для исследования позиционного пневмогидравлического привода с электронной системой управления (гл.2,п.2.2) стенд (рис.4.3) "был оснащен дополнительными элементами. Программируемый логический контроллер (ПЛК) служит для формирования управляющих сигналов на электромагнитах пневмо- и гидрораспределителей в соответствии с заложенным алгоритмом управления позиционным циклом привода. Информация о перемещении исполнительного механизма (стола) стенда поступает от линейного датчика перемещения (ДП), позволяющий преобразовать перемещение стола в импульсный электрический сигнал с дискретой до 0,5 мкм. Без дополнительных средств обработки сигнал датчик перемещения обеспечивает дискрету 2±0.2 мкм, что на данном этапе исследований вполне удовлетворяет поставленным задачам.
Поскольку скорость исполнительного механизма (стола) стенда достигает 2 м/с, возникла необходимость аппаратно умножить дискрету на 1000 для быстрого перемещения на этапе разгона и 100 для этапов позиционирования. В гидравлической схеме стенда для исследования элетромагнитного управления сливом был предусмотрен Зх позиционный распределитель с закрытым центром, что не влияет на позиционный цикл другого варианта привода. Для исследования позиционного пневмогидравлического привода с пневматическими линиями связи (гл.2,п.2.3) стенд был оснащен многофункциональным устройством управления на основе вращающегося распределителя (ВР+РЗ) (рис.4.2). Для осциллографирования процесса позиционирования используется плата ЦАП/АЦП E20-10D фирмы L-card с частотой обработки сигнала - 10 МГц, что позволяет использовать датчик перемещения с дискретой 0,5 мкм. К плате АЦП подключены датчики давления ДД1-4 для описания процессов протекающих в гидро- и пневмосистемах. Данные тарировки датчиков давления приведена в приложении. Информация с АЦП поступает в систему сбора и обработки информации (ССОИ) (рис.4.2), которая представляет собой персональный компьютер с программным обеспечением Powergraph 3.3. Содержание экспериментальной части включает исследования: - процесса разгона, замедления и останова исполнительного механизма (стола), траектории движения, изменения скорости вала гидромотора, ускорений, давлений в пневмо- и гидросистемах; - быстродействия позиционного пневмогидравлического привода и его составляющих времени разгона, замедления и торможения; - максимально допустимой скорости замедления движения при подходе к заданной координате, выбега хв, точности позиционирования исполнительного механизма (стола) Ах привода; - влияния скоростных характеристик на точность позиционирования Ах, определяемую величиной выбега хв и его рассеиванием А хв при повторных перемещениях, т.е. Ах = xs + Дх3. 4.4. Методика экспериментальной оценки адекватности математической модели Экспериментальная проверка проводилась в три этапа: 1) проверка на качественное и количественное совпадение теоретических и практических зависимостей (гл.З); 2) проверка математической модели на адекватность; 3) проверка выборки на характер распределения. На первом этапе была проведена серия опытов (три повторности) на стенде при базовых параметрах (см.табл.4.1). Для этих же данных на ЭВМ с помощью программы MatLab7 проведен теоретический расчет. Методика обработки экспериментальных данных была применена на основании анализа литературных источников [72-76].
При планировании матрицы для вычислительного эксперимента были учтены особенности выбора стратегии, позволяющей заранее определить схему шагового процесса проведения эксперимента (планирование по методу «латинского квадрата») и включить в него минимальное количество опытов при одновременном варьировании всеми факторами. Интервалы между уровнями варьирования выбирались равными, чтобы облегчить вычислительную работу [121]. Если объем выборки или повторяемых опытов невелик при оценке рассеивания результатов, вместо дисперсии совокупности пользуются выборочной дисперсией. Степень приближения выборочной дисперсии к дисперсии совокупности определяется числом опытов. Если распределение зависит только от числа степеней свободы, то это распределение Стьюдента [81]. Для оценки дисперсии генеральной совокупности в математической статистике используют распределение Пирсона [77]. Когда исследуется случайная величина на нормальность распределения (нулевая гипотеза) с неизвестными генеральными параметрами, а известны их оценки, произведенные на основании анализируемой выборки, действителен критерий Смирнова [73]. Если имеется необходимость проверить гипотезу о равенстве двух генеральных дисперсий по известным выборочным дисперсиям, то используется критерий Фишера (двухсторонний F- критерий) [78,82]. Помимо проверки нулевой гипотезы F-критерий используется для проверки альтернативных гипотез и оценки генеральных совокупностей при известных выборках. Критерий оценки рассеивания результатов и критерий Пирсона являются частным случаем F-критерия.
Практическое применение и промышленная апробация результатов исследования
Производительность и качество современного технологического оборудования во многом определяется точностью механизмов, обеспечивающих исполнительные движения рабочих органов с высоким быстродействием. Характерными примерами являются поворотно-делительные и подающие столы, транспортирующие, ориентирующие и робототехнические устройства, другие средства механизации и автоматизации технологического оборудования.
В условиях гибкого автоматизированного производства расширяется круг задач, решаемый позиционным приводом, повышаются требования к качеству их выполнения.
Преимущества пневматических и гидравлических приводов позволяют успешно решать задачи такого класса. Однако, известные электрогидравлические следящие, шаговые и программные приводы имеют фиксированные структуры, ограничения по мощности, точности, быстродействию, устойчивости, стоимости, что затрудняет реализацию предлагаемой в работе стратегии структурно-параметрического управления процессом позиционирования.
В условиях функциональной избыточности таких гидроприводов, их высокой стоимости, ограниченной доступности к комплектующей элементной базе, основная часть которой производится вне Южного региона и России, рациональное решение задачи заключается в создании универсального позиционного привода на принципах агрегатно-модульного построения из ограниченного числа функциональных элементов.
Основные требования к такому приводу обобщают особенности рассматриваемого класса механизмов и представляют: точность, быстродействие, устойчивые режимы работы по скорости, положению. При таком подходе обобщенные функциональные требования к позиционному пневмогидроприводу включают: регулирование и стабилизацию скорости исполнительных движений; разгон, торможение, позиционирование, реверсирование движений в субоптимальных режимах; оптимальный режим перехода с ускоренных перемещений на рабочие; задание перемещений и их отработка с требуемой точностью в режиме установочных, вспомогательных и транспортных перемещений при изменяющихся нагрузках, скоростях; оптимальные рабочие процессы в заданном диапазоне силовых, кинематических и динамических параметров; фиксирование исполнительных механизмов в точке позиционирования для повышения точности позиционирования и выполнения условий безопасной работы приводов с позиционной нагрузкой и другими внешними силовыми воздействиями;
Следует также учитывать, что решение всего многообразия функциональных задач в конкретном приводе можно считать приемлемым, если конструкция привода получается компактной, надежной, доступной в исполнении, экономичной.
Оптимальное решение во многом, определяется обоснованием выбора класса привода и элементной базы его конструкции. При этом необходимо максимально использовать принципы унификации, минимизации их количества в приводе, модульного построении основных функциональных блоков. Перспективно применение автономных задатчиков перемещений, многофункциональных управляющих устройств, упрощающих схему привода и улучшающих его массогабаритные характеристики. Примером рационального решения компоновки привода служит применение модульного монтажа привода на базе дискретных устройств пневмогидроавтоматики [10, 16, 33, 205].
Апробация результатов научных исследований проводилась на координатно-сверлильном станке оснащенным позиционным пневмогидроприводом ориентации стола. Полуавтомат, разработанный на базе вертикально-сверлильного станка 2А135, обеспечивает сверление большого количества отверстий в узлах крепления ферменных конструкций. Внедрение полуавтомата для сверления отверстий в узле крепления осуществлялось автором настоящей работы, магистрантом М.С. Полешкиным и аспирантов A.M. Аль-Кудах на ЗАО «ЗМК» («Завод металлоконструкций», г. Кисловодск) под руководством проф., д.т.н., B.C. Сидоренко. Выполненный проект координатно-сверлильного полуавтомата реализован путем модернизации станка 2А135 оснащением его поворотным координатным столом с приспособлением для базирования и закрепления деталей типа узел крепления ферменных конструкций (рис.5.1). Координатный стол имеет возможность трехкоординатной пространственной ориентации детали и снабжен приводом поворота. Это позволяет придать трехмерную ориентацию заготовки и тем самым сокращать количество операций переустановки и базирования заготовки. Поворот стола в заданную позицию и подачу инструмента при сверлении, нарезании резьбы обеспечивают гидромеханические устройства позиционирования, разработанные по результатам исследований. Пространственная ориентация осуществляется от позиционных пневмогидравлических приводов исследованных в данной работе.
Похожие диссертации на Повышение точности быстродействующего пневмогидравлического привода механизмов машин
