Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Анализ устройств, для стабилизации работы вибрационных загрузочных устройств с электромагнитным приво дом 11
1.1. Состояние вопроса. Значение, принцип работы и вопросы проектирования ВЗУ с ЭМП\
1.2. Классификация, основные схемы и состояние вопроса построения математического описания электромагнитных приводов, применяемых в ВЗУ 15
1.3. Задачи повышения производительности работы ВЗУ с ЭМП и существующие подходы к ее решению 24
1.4. Анализ существующих способов повышения стабильности работы ВЗУ с ЭМП 33
1.5.Выводы 36
2. Разработка и анализ устройств, для воздействия на скорость виброперемещения предметов обработки 37
2.1. Анализ способов воздействия на скорость виброперемещения 37
2.2. Применение регуляторов с шунтом и поворотным статором (или якорем) для стабилизации скорости вибротранспортирования 40
2.3. Использование самонастраивающейся системы в ВЗУ с ЭМП 43
2.4. Исследование работы регуляторов с шунтом и поворотным статором 45
2.5. Исследование влияния массы загрузки на амплитуду колебаний ВЗУ с ЭМП 56
3. Анализ возможности использования регуляторов с шунтом и поворотным статором в системе автоматического управления работой ВЗУ с ЭМП 70
3.1. Построение математического описания объекта управления в виде пере даточной функции 70
3.1.1. Вывод уравнений динамики ВЗУ с ЭМП 70
3.1.2. Вывод выражения для индуктивности обмотки электромагнита при его питании по схеме с однополупериодным выпрямлением. Оценка погрешности его линеаризации 74
3.2. Построение системы линеаризованных уравнений 81
3.3. Вывод передаточных функций ВЗУ с ЭМП 93
4. Экспериментальные исследования стабилизации работы вибрационных загрузочных устройств с электромагнитным приводом 100
4.1.Экспериментальное исследование влияния погружения шунта в статор ЭМП на его электрические параметры 100
4.2. Экспериментальное исследование влияния угла поворота статора электромагнита, на электрические параметры ВЗУ 103
4.3. Экспериментальное исследование влияния угла поворота якоря электромагнита на электрические параметры ВЗУ 104
4.4. Экспериментальное определение изменения амплитуды колебаний бункера ВЗУ при повороте якоря на угол от 0 до 90 и введении шунта от / =0
до /=С (толщине набора) Ш-образного железа статора ЭМП 107
Заключение и основные выводы 113
- Классификация, основные схемы и состояние вопроса построения математического описания электромагнитных приводов, применяемых в ВЗУ
- Применение регуляторов с шунтом и поворотным статором (или якорем) для стабилизации скорости вибротранспортирования
- Вывод выражения для индуктивности обмотки электромагнита при его питании по схеме с однополупериодным выпрямлением. Оценка погрешности его линеаризации
- Экспериментальное исследование влияния угла поворота статора электромагнита, на электрические параметры ВЗУ
Введение к работе
Современное машиностроение осуществляет выпуск разнообразных видов технологического оборудования, аппаратов и приборов, средств комплексной автоматизации и механизации, вычислительной техники и систем управления. Оснащение современного технологического оборудования -системами управления, устройствами автоматизации и механизации, является одним из важных направлений научно-технического прогресса, целью которого является исключение утомительного ручного труда, выполнения производственных процессов на высоком интеллектуальном уровне с обеспечением качественной продукции и высокой производительности.
Одним из основных направлений машиностроение производственных процессов является создание высокопроизводительного технологического оборудования (станков автоматов, гибких технологических систем, автоматических линий), функционирование, которого немыслимо без применения современных систем автоматического регулирования и управления, без непрерывной автоматической загрузки его предметами обработки (ПО).
Это в полной мере относится к разработке высокопроизводительного автоматизированного технологического оборудования (станков-автоматов, автоматических линий и т.д.), эффективность работы которого существенно зависит от устройств автоматической загрузки, служащих для непрерывной подачи ориентированных в пространстве изделий в их рабочую зону. В основополагающей работе Г.А. Шаумяна [161] отмечается, что наиболее сложным этапом при автоматизации холостых ходов цикла обработки является создание надежных устройств загрузки предметов обработки ПО различной формы. Автоматизация загрузки позволяет сократить простои оборудования (при ручных операциях время, затрачиваемое на загрузку и выгрузку деталей, в ряде случаев составляет 40 % от общего времени,
требуемого на их обработку [67]), облегчает труд рабочего и во многом определяет качественные и количественные показатели всего технологического процесса.
В настоящее время для автоматизации загрузки оборудования штучными ПО широкое применение в различных отраслях промышленности (машиностроительной, приборостроительной, легкой, часовой, радиотехнической и др.) находят вибрационные загрузочные устройства (ВЗУ), которые иногда являются единственным средством автоматической загрузки. Среди них большое распространение получили ВЗУ с электромагнитным приводом (ЭМП). Это объясняется совершенством и простотой их конструкции, надежностью, долговечностью, возможностью быстрой переналадки, использования для широкого ассортимента ПО (в том числе из малопрочных и хрупких материалов), исключением их заклинивания, падения и соударения. Они обеспечивают простоту регулирования амплитуды вибраций, как при настройке, так и в процессе работы и позволяют использовать в одном ВЗУ несколько синхронно действующих приводов при питании от общей электрической сети.
Характерной особенностью функционирования ВЗУ с ЭМП является околорезонансный режим работы, который позволяет снизить величину вынуждающего воздействия, массу и размеры вибровозбудителя, но вместе с тем повышает чувствительность параметров колебаний к изменению массы ПО в бункере, связанным с загрузкой и разгрузкой ВЗУ, а также процессами захвата и ориентирования ПО, имеющими вероятностный характер. Кроме того, на работу ВЗУ оказывают влияние колебания напряжения электрической сети.
Отмеченные факторы приводят к отклонению скорости виброперемещения от номинальной и нарушению стабильности работы ВЗУ. Поскольку для большинства ПО процесс ориентирования возможен только в определенном диапазоне скоростей виброперемещения, выход за границы
этого диапазона приводит к уменьшению коэффициента выдачи ПО, что серьезно осложняет процесс загрузки технологического оборудования и накладывает определенные ограничения на его производительность. В тех ВЗУ, где процесс виброперемещения совмещен с технологической обработкой ПО, указанная нестабильность может привести к браку, так как время обработки, как правило, строго фиксировано.
В настоящее время задача стабилизации работы ВЗУ с ЭМП в основном решается путем совершенствования их конструкций (например, путем использования громоздких предбункеров-накопителей), ограничения допустимой массы ПО в бункере, дорезонанснои настройки, увеличения расчетной производительности загрузочного устройства и др. Однако, перечисленные и другие меры часто сложны в реализации и не обеспечивают требуемый уровень качества и стабильности.
Наиболее эффективным методом решения этой задачи является введение автоматического управления работой ВЗУ. В большинстве опубликованных работ не были проведены исследования связанные с обоснованием, разработкой и реализацией такого подхода. Системы управления, применяемые в вибростендах [35, 64, 77], не могут быть непосредственно использованы для стабилизации работы ВЗУ, так как по назначению и условиям работы вибростенды существенно отличаются от вибрационных загрузочных устройств. Отдельные вопросы, связанные с построением системы автоматической стабилизации работы ВЗУ с ЭМП рассмотрены в работах [1, 29, 37, 147, 152].
В качестве устройства для регулирования скорости виброперемещения ПО в этой работе используется устройство, работающее на принципе широт-но-импульсной модуляции (ШИМ) питающего напряжения электромагнитного вибратора ВЗУ. Методика проектирования позволяет проектировать системы автоматической стабилизации ВЗУ с ЭМП с
использованием и других способов воздействия на скорость виброперемещения.
В настоящей работе в качестве устройства, непосредственно изменяющего скорость вибротранспортирования используются устройства стабилизации тягового усилия электромагнитного привода ВЗУ: при изменении питающего напряжения в сети с шунтом [32] и с поворачивающимся якорем [32]; при изменении массы ПО в бункере ВЗУ - самонастраивающаяся динамическая система с поворачивающимся якорем. Эти устройства имеют ряд преимуществ перед устройствами с ШИМ, такие как более простая конструкция, высокая надежность и чувствительность к изменению управляющего воздействия.
Целью работы является обеспечение стабильности производительности ВЗУ с электромагнитным приводом при изменении массы загрузки бункера предметами обработки и колебаниях питающего напряжения сети.
Научная новизна работы состоит в теоретическом и экспериментальном обосновании использования регуляторов с шунтом и поворотным якорем электромагнитного привода ВЗУ с описанием динамики устройств и условий стабильности амплитуды колебаний бункера.
Основные положения, выносимые на защиту:
математические модели самонастраивающихся систем стабилизации амплитуды колебаний бункера ВЗУ с шунтом и поворотным якорем;
результаты исследования динамики самонастраивающихся систем ВЗУ с электромагнитным приводом;
взаимосвязи между массой загрузки предметов обработки и амплитудой колебания бункера в дорезонансной и зарезонансной настройке;
уравнение динамики ВЗУ с электромагнитным приводом с питанием его пульсирующим током, отличающееся учетом влияния постоянной составляющей тока на работу устройств регулирования и привода ВЗУ;
- результаты экспериментальных исследований функционирования оригинальных устройств стабилизации амплитуды колебаний бункера ВЗУ.
Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, приложения и библиографического списка.
В разделе 1 решены вопросы, связанные с анализом и обоснованием постановки и метода решения задачи стабилизации ВЗУ с ЭМП.
Рассматриваются современное состояние вопроса, особенности и условия работы ВЗУ с ЭМП, схемы электромагнитных вибраторов, анализируются причины, вызывающие отклонение скорости виброперемещения от номинальной, и меры, применяемые в настоящее
время для ее стабилизации. Для решения задачи стабилизации работы ВЗУ предлагается введение в систему автоматического управления регулятора с шунтом и поворотным якорем.
В разделе 2 рассмотрены вопросы, связанные с проектированием различных конструкций регулятора с шунтом, построением математических моделей и исследованием динамики и стабильности его работы..
Получены дифференциальные уравнения, описывающие работу ВЗУ с ЭМП с шунтом и проведена их линеаризация. Получена передаточная функция замкнутой системы ВЗУ с ЭМП.
С использованием построенных математических моделей проведено исследование динамики регулятора с шунтом. Выявлены особенности его работы, с учетом которых даны рекомендации по его настройке.
Проведено исследование стабильности работы ВЗУ с ЭМП, в частности, влияния массы загруженных в бункер ПО на параметры колебаний и скорость виброперемещения. Получена передаточная функция ВЗУ с ЭМП по огибающей сигнала информации.
В разделе 3 рассмотрены вопросы, связанные с формализацией постановки задачи проектирования системы стабилизации с использованием
принципа сложности, разработкой метода и численных алгоритмов ее решения.
С учетом особенностей функционирования ВЗУ и предъявляемых к ним требований приведены обоснование и выбор функционалов сложности и качества управления. Рассмотрен вопрос о выборе краевых условий при решении вариационной задачи минимизации целевого функционала и связи этих условий с параметрами системы. Получена система интегро-дифференциальных уравнений, определяющая необходимые и достаточные условия минимума целевого функционала.
Приведены обоснование и выбор метода решения задачи синтеза, основанного на сведении краевой задачи для системы интегро-дифференциальных уравнений к системе интегральных уравнений второго рода с помощью функции Грина и позволяющего получить устойчивый численный алгоритм определения импульсной переходной функции (ИПФ) системы стабилизации.
Разработан численный алгоритм решения задачи, основанный на представлении функций одной и двух переменных, входящих в полученную систему интегральных уравнений, конечным разложением по системе ортонор-мированных полиномов Лежандра, не требующий интегрирования и обладающий высокой точностью. Дана программная реализация алгоритмов проектирования. Сформулирована методика проектирования системы стабилизации ВЗУ с ЭМП.
Классификация, основные схемы и состояние вопроса построения математического описания электромагнитных приводов, применяемых в ВЗУ
ВЗУ с электромагнитными приводами используются в основном для загрузки мелких и средних предметов обработки (ПО) (весом менее 0,8 кг), что объясняется следующими обстоятельствами [109].
Крупные по размерам детали требуют больших габаритов бункера и значительных усилий для приведения в движение колебательной системы, а следовательно, применения мощных и громоздких вибраторов.
Электромагнитные вибраторы отличаются относительно высокой частотой колебаний, что при виброперемещении крупных ПО приводит к большим инерционным перегрузкам и возникновению интенсивного шума.
Большие размеры деталей вызывают необходимость при заданной производительности увеличения скорости их движения, что следует из формулы: 77 = 60 V/1 (шт/мин), где П - теоретическая производительность ВЗУ, / - размер ПО, которым он располагается вдоль лотка, V - скорость виброперемещения. Для обеспечения высокой скорости движения необходимо увеличение амплитуды колебаний, что приводит к работе в режиме с подбрасыванием, затрудняющим процесс ориентирования ПО.
Краткая классификация вибраторов, применяемых в электромагнитных приводах ВЗУ приведена на рис. 1.2, в соответствии с которой различают одно- и двухтактные вибраторы, с плоским якорем и ярмом (Ш-образным или П-образным) и соленоидные.
В однотактных вибраторах якорь электромагнита притягивается только в одну сторону, а обратный ход совершается за счет упругости пружин. Двухтактные приводы состоят из двух электромагнитов. По роду питающего тока различают электромагнитные приводы, работающие на переменном токе (реактивные вибраторы), выпрямленном пульсирующем, постоянном и смешанном (постоянно-переменном).
Для наиболее распространенных ВЗУ с диаметром бункера более 150-250 мм такая частота оказывается слишком высокой, так как в этом случае амплитуда колебаний может оказаться недостаточной для получения требуемой скорости виброперемещения, что обусловлено ограничением предельных инерционных усилий в вибраторе, связанных с условиями прочности. Это вытекает из соотношения [93]: Л = Жтйх/са , где WmuX - максимально допустимое ускорение рабочего органа. Кроме того, с ростом частоты увеличивается шум и сокращается срок службы ВЗУ, определяемый износом пружин, т.е. числом проработанных циклов изгиба. На рис. 1.4. приведена широко используемая в ВЗУ схема однотактного электромагнитного вибратора с однополупериодным выпрямлением напряжения сети, обеспечивающая 3000 колебаний якоря в минуту.
Так, в схеме (рис. 1.7 а) в электрическую цепь вибратора включен коллектор с двумя парами секторов (одна пара — проводящая, другая — непроводящая ток), вращение которого при помощи электродвигателя обеспечивает прерывание цепи питания электромагнита и колебания якоря с частотой в два раза превышающей число оборотов коллектора. Варьируя скорость вращения двигателя, можно изменять частоту колебаний якоря ВЗУ. В схеме (рис. 1.7 б) якорь, жестко связанный с контактами в цепи обмотки электромагнита, при движении разрывает цепь его питания, которая замыкается после того, как якорь под действием восстанавливающей силы упругих элементов возвращается в исходное положение. В таком вибраторе частота вынужденных колебаний равна частоте собственных колебаний ВЗУ.
Недостатком схем (рис. 1.7 а, б) является искрение и обгорание контактов при прерывании тока. Этого недостатка лишены схемы на (рис. 1.7 в, г) В вибраторе (рис. 1.7 в) П-образный сердечник электромагнита соединен с рабочим органом ВЗУ, а якорь, выполненный в виде прямоугольной пластины,— с двигателем, скорость вращения которого может регулироваться. За один оборот якоря происходит двукратное замыкание магнитного потока и притяжение сердечника. Вибратор (рис. 1.7 г) аналогичен рассмотренному выше, но выполнен по двухтактной схеме и предназначен для создания крутильных колебаний. Когда якорь движется в направлении к сердечнику или удаляется от него последний притягивается к якорю. Частота колебаний регулируется изменением угловой скорости вращения якоря. Во всех схемах (рис. 1.7) возможна регулировка амплитуды колебаний с помощью реостата.
Применение регуляторов с шунтом и поворотным статором (или якорем) для стабилизации скорости вибротранспортирования
Рассмотрим принцип действия регуляторов с шунтом и поворотным статором [32, 153], осуществляющих воздействие непосредственно на магнитный поток электромагнитного привода ВЗУ. Применение этих регуляторов непосредственно, без использования их в системе автоматического управления, дает возможность стабилизировать изменения амплитуды колебаний, вызванные скачками напряжения промышленной сети. На рис. 2.1 дана графическая зависимость относительного изменения амплитуды колебания при изменяющемся напряжении сети. Из графика, очевидно, что амплитуда меняется более интенсивно при повышении напряжения сети, нежели при его понижении. Практически электромагнитный привод виброАБЗОУ питается пониженным напряжением. Компенсировать уменьшение амплитуды колебаний или уменьшение скорости вибротранспортирования, при пониженном напряжении сети можно за счет существующих способов: а. уменьшения зазора между статором и якорем электромагнита б. трансформирования питающего напряжения в. увеличения числа ампер-витков г. изменения приведенной массы и приведенного момента инерции системы ВЗУ.
Указанные способы приемлемы при первоначальной настройке при внедрении ВЗУ и при оперативном вмешательстве при визуальной оценке снижения скорости вибротранспортирования. Однако колебания напряжения сети может, происходит вероятностно, что будет зависеть от работы мощного промышленного оборудования в цехе.
Однако, это технически невозможно, т.к. электромагнитный привод питается однополупериодным пульсирующим током. Для стабилизации тягового усилия электромагнитного привода при возможном колебании напряжения промышленной сети предлагается два способа: 1. Регулятор с поворотным статором 2. Регулятор с шунтом На рис. 2.2 представлена схема регулятора с поворотным статором. Принцип его работы заключается в следующем. Катушки электромагнитов 1 соленоидного типа питаются постоянным током. Якорь 3 электромагнита смонтирован с дном бункера загрузочного устройства, а его статор, смонтированный с основанием, может поворачиваться относительно
Регулятор с поворотным статором вертикальной оси при помощи тяг 2 при втягивании сердечника магнита 1. Возвращение статора в исходное положе Рис. 2.3. Регулятор с шунтомние происходит посредством витых пружин 6. Максимальное тяговое усилие электромагнитного привода 3, 4, 5 обеспечивается, когда статор 4 и якорь 3 находятся в одной плоскости. По мере поворота статора 4 относительно якоря 3 тяговое усилие уменьшается.
В работе [32, 154] эти устройства были предложены для стабилизации напряжения питающей сети. При этом обмотки соленоидных магнитов включались параллельно обмотке электромагнита вибропривода. При повышении напряжения сети магниты 1 развивают большее тяговое усилие. При этом статор 4 регулятора, представленного на рис. 2.2, поворачивается относительно якоря 3, а шунт 4 регулятора, изображенного на рис. 2.3, втягивается и тяговое усилие электромагнита ВЗУ уменьшается.
Данные устройства могут быть использованы непосредственно для регулирования скорости виброперемещения ПО. В этом случае управляющий сигнал должен быть подан на обмотку соленоидных магнитов.
Следует отметить, что рассмотренные выше регуляторы имеют ряд преимуществ, по сравнению с другими схемами регулирования скорости виброперемещения. При их использовании можно существенно сократить число элементов электронной схемы. Для них не требуются модуляторы, так как регуляторы с шунтом и поворотным статором являются, по существу, амплитудными модуляторами магнитного потока электромагнита медленно меняющимся сигналом управления, они работают непосредственно от сети переменного тока, совмещают в себе функции управляющего и исполнительного элементов и требуют минимальных изменений конструкции ВЗУ. Рассмотренные регуляторы допускают значительные перегрузки, нечувствительны к вибрациям, отличаются высокой степенью надежности, стабильны в работе и не требуют периодического ухода.
В связи с этим, использование регуляторов с шунтом и поворотным статором для стабилизации работы ВЗУ является обоснованным.
Для решения задачи снижения влияния переменной наложенной массы ПО в бункере ВАЗУ на величину амплитуды вынужденных колебаний предлагается устройство представленное на (рис. 2.4). Это устройство осуществляет самонастройку системы по критерию постоянства амплитуды вынужденных колебаний, тем самым, обеспечивая благоприятные условия для процесса ориентирования ПО на вибродорожке бункера ВАЗУ.
Известно, что ПО при направленном вибротранспортировании создает напор Q под действием сил инерции и сил трения ПО [1]. Это обстоятельство удобно использовать для создания крутящего момента, необходимого для поворота якоря 4 на угол 3 относительно статора электромагнитного привода ВЗУ. При заполненном ПО бункере необходимо максимальное усилие электромагнитного привода и в этом случае будет создаваться максимальный крутящий момент М, который совместит якорь и статор в одну плоскость с углом р = 0. По мере выгрузки ПО из бункера в связи с уменьшении их массы крутящий момент будет уменьшаться и под действием упругого элемента 1, поворотного устройства 2, якорь 4 повернется на {3 0, что согласуется с уменьшенной массой ПО и возможностями электромагнитного привода ВАЗУ по величине тягового усилия.
Вывод выражения для индуктивности обмотки электромагнита при его питании по схеме с однополупериодным выпрямлением. Оценка погрешности его линеаризации
С увеличением воздушного зазора зависимость магнитной проницаемости и индуктивности сердечника от тока подмагничивания спрямляется и в конечном итоге становится прямой линией, параллельной оси абсцисс [112]. Приведенные результаты подтверждаются экспериментальными зависимостями, полученными в работе[147] (рис. 3.4). Из рис. 3.4. видно, что чем меньше зазор, тем больше сказывается влияние подмагничивания на уменьшение индуктивности. В ВЗУ обычно зазор устанавливается в пределах 0,8 -г 2 мм, поэтому уменьшение индуктивности при подмагничивании вызывает значительное увеличение тока в катушке электромагнита и тем больше, чем меньше воздушный зазор.
В работе [148] проведено сравнение экспериментально определенных значений магнитной проницаемости /лэксп при питании электромагнита од-нополупериодным током со значениями, приведенными в паспортных данных на электротехническую сталь, которое показало, что, например, для стали ЭМ1 отношение junacn/Мэксп=4 5 Описание его динамического состояния наиболее просто получается при использовании закона электромагнитной индукции и принципа Даламбера или уравнений Лагранжа второго вибровоз-рода. Такой подход принят также в работах М.В. Медвидя [91], Л.М. Лянсберга [85], В.А.Попова [102]). Для системы горизонтального привода влияние массы ПО на момент инерции бункера учитывается только на этапе их совместного движения с лотком [1, 147].
Отметим некоторые особенности математического описания вибрационных загрузочных устройств с синхронным и раздельным возбуждением колебаний. Общим для них является то, что независимо от способа возбуждения колебаний имеют место два вида систем дифференциальных уравнений, описывающих поступательные колебательные движения в вертикальной плоскости и вращательные — в горизонтальной. Разница заключается лишь в том, что в ВЗУ с синхронным возбуждением колебаний как входные так и выходные координаты функционально связаны и могут быть определены одно из другого [91], поэтому достаточно рассмотреть колебания лишь в одной плоскости (например вертикальной), описываемые системой (3.36).
Система (3.36) является нелинейной и ее интегрирование и соответствующий полный анализ динамики ВЗУ представляет значительные трудности и может быть получен лишь при помощи численных методов с использованием вычислительных машин. Однако процессы, происходящие при работе ВЗУ рассматриваемого класса, с достаточной точностью могут быть описаны линеаризованными уравнениями. Это возможно, поскольку входящие в систему нелинейности характеризуются непрерывными медленно меняющимися функциями и якорь ВЗУ совершает малые отклонения относительно базового значения, что обычно является достаточными признаками для проведения линеаризации. Использование линеаризованных уравнений упрощает исследование системы при различных внешних воздействиях и позволяет построить математическую модель, удобную для синтеза системы автоматической стабилизации ВЗУ.
Для линеаризации дифференциальных уравнений (3.36) разложим нелинейную функцию L(x) в ряд Тейлора и выразим переменные, входящие в эти уравнения, через их отклонения от значений, соответствующих установившемуся режиму.
Особенность данной работы состоит в том, что в выражении для индуктивности обмотки электромагнита L(x), входящей в уравнения (3.36), учтено магнитное сопротивление стали магнитопр овода при питании вибратора ВЗУ по наиболее распространенной схеме с однополупериодным выпрям-лением напряжения: L(x)= 2-Mo-s t з ЧМж+(30 х) где SQ - величина воздушного зазора между статором и якорем, установленного при настройке ВЗУ, w— число витков обмотки электромагнита, fiQ и Мж магнитная проницаемость воздуха и относительная магнитная проницаемость стали магнитопровода, / - суммарная длина силовой линии в сердечнике и якоре, S - площадь поперечного сечения сердечника.
При линеаризации принимаем, что некоторому базовому значению напряжения U = UQ соответствуют ток / = IQ, смещение якоря X = XQ, обусловленное как постоянной составляющей силы притяжения электромагнита, так и изменением зазора за счет загружаемых в бункер ПО (положение статического равновесия). При отклонении якоря на максимальную величину 0,08 см = SQ, по грешность разложения меньше 10% (L(0,08)=0,014), реально (по графику рис. 3.8 а) она составляет 5%. Из графика рис. 3.8 а следует, что величина погрешности может быть уменьшена если взять значение XQ В центре диапазона перемещения якоря, например, хд=хст+0,5А , где хст — положение статического равновесия якоря ВЗУ, т.е. его смещение от установочного положения, вызванное постоянной составляющей силы притяжения электромагнита и изменением зазора за счет загруженных в бункер деталей, А — амплитуда колебаний якоря. Примем хо=0,05 см. В этом случае Ь(х)&0.00967+0.0467-х (рис. 3.8 б) и при отклонении якоря на 0,08 см, погрешность меньше 3,5% (таблица 3.2), реально она составляет 1,5%.
Экспериментальное исследование влияния угла поворота статора электромагнита, на электрические параметры ВЗУ
Перед началом экспериментальных исследований определялся воздушный зазор, величина которого измерялась набором слесарных щупов. Как и в случае с ВЗУ со стабилизацией работы путем регулятора с шунтом по такой же схеме измерялась сила тока и напряжение.
В отличие от двух предыдущих типов стабилизации работы ВЗУ, стабилизация путем поворота якоря имеет преимущество. Решение задачи снижения влияния переменной наложенной массы ПО в бункере ВЗУ на величину амплитуды вынужденных колебаний предлагается устройство представленное на рис. 4.6.
Это устройство осуществляет самонастройку системы по критерию постоянства амплитуды вынужденных колебаний, тем самым, обеспечивая благоприятные условия для процесса ориентирования ПО на вибродорожке бункера ВЗУ. Экспериментальные исследования проводились с различными типами заготовок в одинаковом объеме: стальные сердечники, алюминиевые обоймы шприцов и речной песок. Они показали, что оптимальная работа ВЗУ для различных типов заготовок осуществляется при определенных площадях заслонок коромысла и жесткости упругого элемента. Для сердечников (масса 1275 гр.) площадь заслонок коромысла 240 мм2, для обойм (масса 320 гр.) - 310 мм , для песка (масса 500 гр.) - 413 мм .
Диссертация является квалификационной работой, в которой решена актуальная научно-техническая задача обеспечения стабильности производительности ВЗУ при автоматической загрузке штучных предметов обработки путем применения оригинальных автоматически самонастраивающихся устройств с шунтом и поворачивающимся статором или якорем электромагнитного вибратора в случаях колебания напряжения электрической сети и массы предмета обработки в бункере ВЗУ.
Решение данной задачи позволяет создать ВЗУ повышенной надежности, что имеет важное значение для эффективности различных отраслей промышленности.
При разработке устройств стабилизации амплитуды колебаний бункера ВЗУ сформулированы и научно обоснованы новые научные положения в исследовании обеспечения сохранения требуемой производительности загрузки с помощью ВЗУ, в том числе:
1. На основе анализа работ по стабилизации производительности ВЗУ сделан вывод о необходимости поиска новых самонастраивающихся устройств при отклонениях питающего напряжения и значительных изменениях массы предметов обработки в бункере ВЗУ.
2. Показано, что относительная чувствительность динамической системы ВЗУ к изменению амплитуды колебаний бункера при отклонениях питающего напряжения наиболее проявляется при его повышении.
3. Показано, что изменение массы предметов обработки в бункере ВЗУ на 40 % вызывает изменение амплитуды колебаний на 45 %.
4. Предложены оригинальные устройства с шунтом и поворотным якорем стабилизации амплитуды колебаний бункера при отклонениях питающего напряжения и изменениях массы предметов обработки.
5. Разработана математическая модель самонастраивающейся системы с шунтом и поворотным якорем, включающая уравнение динамики для трех подсистем - электрическая, механическая системы и регулируемый орган -электромагнит.
6. Получены основные математические соотношения, связывающие входные и выходные параметры системы управления с поворачивающимся якорем на примере ВЗУ, в бункере которого масса предметов обработки изменяется в широких пределах.
7. Показана необходимость настройки ВЗУ на дорезонансный режим работы с целью расширения диапазона массы предметов обработки загружаемых в бункер при работе автоматического регулятора с поворачивающимся якорем.
8. Проведен натурный эксперимент на трех типоразмерах ВЗУ с использованием современной измерительной аппаратуры и возможностей компьютерной техники, результаты которого подтвердили теоретические предпосылки работоспособности предложенных автоматических регуляторов с шунтом и поворачивающимся якорем, обеспечивающим стабильность амплитуды колебанием бункера при изменениях напряжения питающей электрической цепи в пределах ±10% и массы предметов обработки в бункере до 150 % по отношению к активной массе ВЗУ.
