Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Гидрофицированные поворотно-делительные механизмы станочных систем 9
1.1. Перспективные области применения гидромеханических позиционирующих устройств в станочных системах 9
1.2. Поворотно-делительные механизмы станочных систем. Технические требования, характеристики и особенности функционирования 21
1.3. Системы управления гидромеханическими устройствами позиционирования с многофункциональным устройством управления 35
1.4. Способы повышения точности и быстродействия гидромеханических устройств позиционирования 33
Выводы 44
1.5. Цель и задачи исследования 44
Глава 2. Разработка схемотехнических решений поворотно-делительных устройств станочных систем повышенного быстродействия и точности ... 46
2.1. Принципы построения гидромеханических поворотно-делительных устройств станочных систем повышенного быстродействия и точности 46
2.2. Обоснование и разработка структуры и гидрокинематической схемы гидромеханического устройства позиционирования 48
2.3. Техническая реализация многофункционального управляющего устройства 52
2.4. Идентификация рабочих процессов многофункционального управляющего устройства 54
2.4.1. Геометрические характеристики проточной части многофункционального управляющего устройства на базе гидроуправляемого клапана 54
2.4.2. Методика и специальное оборудование для исследования гидравлических характеристик многофункционального управляющего устройства 56
2.4.3. Расходно-перепадные характеристики проточной части гидроуправляемого клапана 62
Выводы 71
Глава 3. Теоретические исследования процесса позиционирования гидромеханического поворотно-делительного механизма повышенного быстродействия и точности 71
3.1. Формирование обобщенной модели динамической системы гидромеханического поворотно-делительного устройства 71
3.2. Исследование процесса позиционирования. Вычислительный эксперимент 80
3.3. Исследование влияния силовых и кинематических параметров гидромеханического поворотно-делительного устройства на быстродействие и точность позиционирования 85
Выводы 90
Глава 4. Экспериментальные исследования процесса позиционирования гидромеханического поворотно-делительного устройства с многофункциональным управляющим устройством 92
4.1. Цели и задачи экспериментальных исследований. Методология их выполнения 92
4.2. Специальное стендовое оборудование 93
4.3. Автоматизированный экспериментальный стенд для исследования гидромеханического устройства 94
4.4. Методика проведения экспериментальной проверки на адекватность математической модели 98
4.5. Методика многофакторного вычислительного эксперимента. 101
4.6. Оценка достоверности экспериментальных данных теоретическим исследованиям 104
4.7. Определение рациональных значений управляющих параметров гидромеханического поворотно-делительного устройства 108
Выводы 114
Глава 5. Практическое применение и промышленная апробация результатов исследования 116
5.1. Координатно-сверлильный станок с гидромеханической позиционирующей системой 116
5.2. Техническая характеристика станка 118
5.3. Описание работы станка 119
5.4. Результаты испытания станка и внедрение в производство... 123
Заключение 124
Библиографический список литературы 126
Приложения 135
- Поворотно-делительные механизмы станочных систем. Технические требования, характеристики и особенности функционирования
- Обоснование и разработка структуры и гидрокинематической схемы гидромеханического устройства позиционирования
- Исследование процесса позиционирования. Вычислительный эксперимент
- Автоматизированный экспериментальный стенд для исследования гидромеханического устройства
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Современное автоматизированное технологическое оборудование (АТО) характеризуется многообразием целевых механизмов (ЦМ), обеспечивающих формообразующие траектории движения инструмента и обрабатываемой детали, их базирование, фиксацию, загрузку, разгрузку и организацию в реальном времени и пространстве процесса металлообработки. Время вспомогательных движений, выполняемых ЦМ, достигает 30% оперативного времени, что является важным резервом повышения производительности АТО. Поэтому повышение эффективности металлообработки неразрывно связано с совершенствованием действующих и созданием новых ЦМ (координатные столы, револьверные головки, инструментальные магазины и др.) повышенного быстродействия и точности, обеспечивающих требуемые производительность и качество обработки с меньшими затратами времени и средств, что по-прежнему остается актуальной научно-технической проблемой. Немаловажным является создание новой перспективной техники.
Вместе с тем особую актуальность в современных условия приобретают совершенствование станочных систем (СС), их доводка до автоматизированных станочных комплектов (АСК), оснащенных автоматизированными целевыми механизмами. Для России, где более 4,5 млн. станков универсальной специализации - морально устаревшие (примером может служить вертикально-сверлильный станок 2А135), создание автоматизированных станочных комплексов является важнейшим фактором достижения успехов в условиях конкуренции.
Тенденция развития металлообрабатывающего оборудования - автоматизированные станочные комплексы, обеспечивающие сразу несколько технологических операций за один цикл.
Наиболее перспективным в данном направлении является модульный принцип построения системы. Целевые механизмы, в том числе столы, как узкофункциональная оснастка к станкам, оборудуются автоматическими приво-
дами и системой управления, в результате получаем АСК, что экономит средства и время на создание новых металлообрабатывающих комплексов.
Обладая известными преимуществами (быстродействие, бесступенчатое регулирование скорости, возможность фиксирования рабочих органов машин в любом заданном положении с высокой точностью, хорошие разгонные характеристики и др.), широкое применение получают гидромеханические позиционирующие устройства, наиболее полно отвечающие таким требованиям, как возможность организации рациональных траекторий движения, обеспечивающих достижение максимального быстродействия при заданной точности позиционирования ЦМ наиболее простыми средствами. Задачи оптимального управления наиболее эффективно решаются гидромеханическими позиционерами с управляемой сливной линией гидродвигателя и гидромеханическим тормозом. Формирование требуемых управляющих воздействий в организации оптимальных позиционных циклов наиболее полно реализуется многофункциональными управляющими устройствами с гидравлическими линиями связи, позволяющими существенно повысить быстродействие и стабильность контура управления гидравлических позиционных приводов ЦМ. На выходе контура управления формируются управляющие сигналы, достаточные для прямого управления исполнительными элементами привода. Кроме того, появляются реальные возможности управления процессом позиционирования изменением структуры гидромеханического устройства позиционирования (ГМУП) внутри цикла (на ходу), активизируя традиционное параметрическое управление траекториями движения целевых механизмов АТО. Особенно это важно для поворотно-делительных механизмов, что и явилось основой схемотехнического поиска решения поставленной задачи.
В известных ранее решениях организация рационального позиционного цикла осуществлялась длинным, структурно разветвленным контуром гидравлического управления, включающим цепи - разгона, замедления и торможения, что сказывалось на времени общего цикла и его стабильности. В данной работе на основе анализа известных схемотехнических решений предлагается, разра-
батывается и исследуется оригинальное схемотехническое решение ГМУП, представляющее многофункциональное управляющее устройство, формирующее автоматизированную позиционирующую систему повышенного быстродействия и точности.
Целью настоящего исследования является повышение производительности, точности и экономичности металлообрабатывающего оборудования путем создания автоматизированных гидромеханических позиционирующих устройств поворотно-делительных механизмов повышенного быстродействия и точности. На защиту выносятся основные положения выполненного исследования:
Способ и схемотехническое решение повышения быстродействия поворотно-делительных механизмов на основе ГМУП с изменяемой (интегрированной) структурой, организуемой многофункциональным управляющим устройством.
Обобщенная математическая модель динамической системы гидромеханического устройства позиционирования с изменяемой (интегрированной) структурой в цикле позиционирования.
Расходно-перепадные и регулировочные характеристики многофункционального устройства управления (МФУУ), описывающие его поведение во всем диапазоне изменения площади проточной части в процессе позиционирования.
Рекомендации по практическому применению предлагаемых решений, сокращающие затраты времени и средств на этапе проектирования гидрофици-рованных поворотно-делительных механизмов станочных систем (СС).
Зависимости, устанавливающие влияние силовых и кинематических характеристик поворотно-делительных механизмов СС на время и точность позиционирования.
Поведение ГМУП исследовано с помощью математической модели динамического процесса позиционирования. Математическое моделирование динамической системы ГМУП выполнено с использованием программной поддерж-
ки matlab.7.0.1 и её подсистемы моделирования динамических процессов simulink. Экспериментальные оценки адекватности модели, достоверность полученных результатов, изучение влияния факторов на быстродействие и точность, не нашедших отражения в теоретических разработках, подтверждены экспериментальными исследованиями на специальном разработанном стенде. Практическая значимость работы заключается:
1) в повышении быстродействия гидромеханических поворотно-
делительных устройств при заданной точности, с применением многофункцио
нальных гидравлических управляющих устройств, реализующих параметриче
ское управление исполнительными движениями СС;
в сокращении затрат времени и средств на поиск и разработку рациональных конструкций механизмов позиционирования с помощью рекомендаций и программной поддержки для расчета рациональных траекторий движения поворотно-делительных механизмов позиционирования;
в технической реализации ГМУП ПДМ повышенного быстродействия и точности в составе гидрофицированного координатно-сверлильного полуавтомата.
Поставленные цели и задачи решаются основными разделами работы. Структура диссертации: диссертационная работа состоит різ введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, приложения.
Поворотно-делительные механизмы станочных систем. Технические требования, характеристики и особенности функционирования
Поворотно-делительные механизмы, применяемые в станочных системах, для координирования положения узлов станков и обрабатываемых деталей часто имеют сложную структуру. Различные требования к качеству и компоновочным особенностям станков определили большое многообразие применяемых механизмов с различными типами приводов рис. 1.6.
В механизмах смены и подачи инструмента широкое распространение получили револьверные головки. Существует большое количество вариантов их исполнения. Например, применяют револьверные головки с вращающимся инструментом, с подачей всей револьверной головки и с подачей в рабочую позиции лишь одного инструмента, с вертикальной, горизонтальной и наклонной осью поворота, с различными циклами работы.
В револьверных головках, делительных столах, инструментальных магазинах и других механизмах станочных систем требуется обеспечить поворот и фиксацию рабочего органа в заданном угловом положении с высокой точностью (до 2...3") за ограниченное время, причем приводной механизм, расположенный в зоне обслуживания, должен быть компактным [14].
Применяют следующие варианты приводов поворотно-фиксирующих устройств (ПФУ) [17]: электромеханические ПФУ - в оборудовании массового производства получили широкое распространение (кулачковые, мальтийские, рычажно-храповые и кулисные передаточно-преобразующие механизмы). При невысоких требованиях к точности позиционирования, кратковременной высоте и не обходимости обратного хода применяют зубчато-рычажные, кулачково-зубчато-рычажные и цепные механизмы; червячные зубчатые ПФУ с электродвигателем - прерывистость движения в таких механизмах создается за счет применения муфты или путем остановки электродвигателя. Их используют в делительных устройствах и поворотных столах низкой и средней быстроходности; пневматические ПФУ - механизм с пневмоцилиндром поворачивает планшайбу с помощью штока, рычага с подпружиненной собачкой. В конце поворота рычага собачка прижимается к неподвижному упору, который предупреждает перебег и обеспечивает заклинивание; гидравлические ПФУ - в таких устройствах в зависимости от характера движения поворота обеспечивают либо гидроцилиндр с рейкой и зубчатой передачей, либо гидромотор (более предпочтительно).
Различаются столы двух типов: подвижные, предназначенные для крепления и перемещения обрабатываемых деталей по заданным координатам, и неподвижные - для крупных продольно-фрезерных станков. Поворотные столы обеспечивают в станках поворот планшайбы, на которой закрепляется обрабатываемая деталь, либо поворот шпиндельного узла. В автоматических станках столы вращательного движения работают в автоматическом цикле, и поворот планшайбы стола является программируемым перемещением. Программируются величина углового перемещения и скорость перемещения планшайбы. Разделяют столы с ограниченным набором возможных углов поворота и с практически неограниченным набором возможных углов поворота. В столах первой разновидности фиксация углового положения планшайбы при этом осуществляется, как правило, с помощью механических устройств.
Управление гидромеханическими системами позиционирования осуществляется различными схемами в зависимости от применяемого алгоритма управления и предъявляемых к траекториям движения требований.
Так, по типу системы управления разделяются на замкнутые и разомкнутые. Разомкнутые системы - просты и недороги, в них применяют гидродвигатели, обеспечивающие прямое и достаточно точное преобразование заданной числом координаты в соответствующее угловое или переменное перемещение выходного звена.
К таким видам двигателей относятся электрогидравлические двигатели, в которых шаговые электродвигатели преобразуют управляющий импульс в фиксированный угол поворота золотника, который в свою очередь обеспечивает питание гидроусилителя и приводит в движение исполнительный гидромотор [13]. Алгоритмы разгона и торможения рассчитываются заранее с учетом реальных параметров исполнительных механизмов и закладываются в систему управления. Эти приводы относятся к дискретным приводам, с помощью которых успешно решаются задачи позиционирования рабочих органов машин и станков с требуемой точностью. 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. Структурная схема электрогидравлического шагового привода (ЭГШП) показана на рис. 1.8.
Исследованию шаговых гидроприводов посвящены схемотехнические решения, выполненные в работах О.Н. Трифонова, К.Л. Навроцкого [19,20].
Недостатком систем (см.рис.1.8) является отсутствие информации о величине выполненного перемещения, что приводит к появлению ошибок. Однако этот недостаток можно избежать введением обратной связи по перемещению, т.е. использованием замкнутой системы (рис. 1.9). Его можно обеспечить двумя способами: с релейным или частотно-импульсным управлением. Первый более точный, оптимальный в управлении и быстродействующий, однако при малых моментах нагрузки, соизмеримых с моментом инерции ротора гидравлического шагового двигателя и моментом рабочего органа, возможно появление ошибок позиционирования. Следящие системы (см.рис.1.9) работают по принципу непрерывного сравнения входного управляющего сигнала с перемещением выходного звена и регулирования потока рабочей жидкости пропорционально рассогласованию названных величин. Такие задачи успешно решаются, когда возникает необходимость обеспечить контролируемое перемещение рабочего органа и позиционирование его в любом промежуточном положении с требуемой точностью [21,22]. Основной причиной применения следящих систем в позиционных системах управления является необходимость обеспечения малой погрешности установки координат в заданную точку за возможно меньшее время. К гидродвигателям, используемым в следящих гидроприводах, относятся объемные машины с непрерывным движением выходного звена. На рис. 1.9 представлена блок-схема следящего гидропривода (СГП) с непрерывным гидродвигателем и датчиком обратной связи дискретного типа. Сигнал от датчика обратной связи поступает в счетно-сравнивающее устройство, которое непрерывно вычисляет сигнал ошибки.
После достижения рабочим органом заданного положения сигнал ошибки становится равным нулю, управляющее устройство отключается, останавливая гидродвигатель. Тип и структура управляющего устройства оказывают влияние на сложность управляющей подсистемы. Управляющие устройства представляют электромеханические, механо-гидравлические, электромеханогидравлические преобразователи, обладающие положительным свойством усиления сигнала на выходе управляющего устройства в виде значительной управляемой энергии, поступающей в гидродвига тель. Приводам этой группы посвящены работы Е.А. Цукановой [23], В.Л. Со-сонкина [24], В.А. Лещенко [25]. Ранее применяли, как правило, разомкнутый привод как более простой и дешевый. В результате при подходе к заданной точке со скоростью 4-6 м/мин производилось ступенчатое торможение, что приводило к затрате 4-6 с на процесс достижения координаты с точностью 0,02мм. В рассматриваемых приводах в измерительной цепи используют датчики перемещения. Электрогидравлические следящие приводы ранее широко применялись в безредукторных механизмах подач станков с ЧПУ. С появлением высокомоментных электродвигателей стало возможным осуществить безре-дукторные приводы подач с динамическими характеристиками, близкими к электрогидравлическим следящим приводам.
Обоснование и разработка структуры и гидрокинематической схемы гидромеханического устройства позиционирования
Управляющая подсистема обеспечивает алгоритм управления позиционными циклами в автоматическом режиме. Алгоритм выполняемого позиционного цикла (рис.2.3) организует моменты переключения управления (точки переключения) Фп\, Фін, формируемые ВГР и ДГП по пути ф. Количество элементов цикла позиционирования, последовательность и точность их выполнения обеспечивают автономный задатчик перемещений, вращающийся распределитель, кинематически связанный с валом гидромотора, гидроуправляемыи клапан и гидроуправляемыи тормоз. Многофункциональное устройство разработано на основе гидроуправляемого клапана с гидравлическими линиями связи [49].
Для построения принципиальной гидрокинематической схемы ГМУП структурную схему (рис. 2.2) дополняли оптимальной траекторией движения поворотного стола ПДМ: исходное положение (стоп) с фиксацией положения стола - разгон стола до максимальной угловой скорости atj с максимальным гм - замедление движения до а 2 до заданной координаты - останов вала ГМ и стола в точке позиционирования перекрытием сливной гидролинией гидромотора гидроуправляемым клапаном - фиксация вала гидромотора гидроуправ-ляемым тормозом для сохранения положения планшайбы стола при воздействии на неё технологических и позиционных нагрузок. Организация позиционного цикла с максимальным быстродействием при заданной точности возможна построением ГМУП с автоматически изменяемой структурой привода при выполнении алгоритма позиционного цикла. Принципиальная гидрокинематическая схема ГМУП поворотного координатного стола представлена на рис.2.4.
Угловые координатные перемещения стола ПДМ обеспечивает гидромотор (через передаточно-преобразующий механизм с передаточным отношением і), управляемый вращающимся распределителем, кинематически связанным с валом гидромотора. Положение ГУК определяется уровнем управляющего давления pyi, подводимого в его заклапанную полость формируемую распределителем Р4. Положение золотника распределителя Р4 определяется управляющими сигналами pyi и рУ2 в гидравлических линиях связи его управления от распределителя РЗ и ВР при совпадении его рабочих окон.
Очередное угловое перемещение стола задается автономным задатчиком перемещения АЗП. При подачи сигнала (после отработки рабочего движения) на электромагнит YA3 распределителя РЗ жидкость поступает к распределителю Р4, обеспечивая ру1 и подвод этого сигнала в заклапанную полость ГУК, открывая его. Обеспечивается разгон ГМ до максимальной скорости. Система управления (счетчик или программируемый контроллер и датчик оборотов) следит за поворотом вала ГМ и при прохождении «точки замедления» отключает электромагнит YA3 распределителя РЗ - ГУК переходит в подпорный режим. Противодавление на сливе гидромотора увеличивается, скорость вращения вала уменьшается. За один оборот ВР до останова включается электромагнит YA2 распределителя Р2. При движении с замедлением происходит совмещение рабочих окон ВР, что соответствует координате, заданной АЗП. В гидролинии формируется сигнал управления ру2, переключающий распределитель Р4. При этом давление в заклапанной полости уменьшается, клапан закрывается под действием пружины, перекрывая слив, гидромотор останавливается. АЗП, обеспечивающий адаптацию ГМУП к изменяющимся скоростным характеристикам, состоит из шагового электродвигателя (ШЭД), обеспечивающего смещение координаты позиционирования в зависимости от скорости подхода к координате, датчика перемещения BE-175А, дающего информацию о скорости подхода к координате, и электронной системы управления, обеспечивающей согласование сигнала от датчика с ШЭД. Настройка системы управления производится по экспериментальным данным.
Наиболее перспективное развитие многофункциональных гидромеханических устройств обеспечивается двумя основными принципами. 1. Поэлементный принцип построения МФУУ, когда на базе стандартной гидроаппаратуры разрабатывается устройство, функционал которого существенно расширяется посредством модернизации и доработки. 2. Модульный принцип построения МФУУ заключается в объединении нескольких гидроаппаратов при помощи разделительной плиты в единый агрегатный блок. Такое построение является комплектным.
Преимуществами такого подхода к разработке многофункциональных гидравлических устройств являются:""возможность применения стандартного оборудования; минимизация гидравлических линий связи; уменьшение массогабаритных характеристик; использование объединенных гидроблоков в комплектном приводе.
На основе анализа требований к ПДМ, диапазонов изменения их кинематических, силовых, энергетических характеристик и указанных выше принципов из известных структур ГМУП принята интегрированная структура с управляемым сливом гидромотора (дросселирование потока на выходе). Она обеспечивает: наиболее эффективное торможение при закрытии дросселя за счет противодавления; дросселированием на выходе обеспечивают равномерное и устойчивое движение исполнительных механизмов, особенно при малых скоростях; потери мощности меньше, так как при полном открытии слива между насосом и гидромотором гидравлическое сопротивление незначительное (обеспечивается структура передачи насос-гидромотор).
Исследование процесса позиционирования. Вычислительный эксперимент
На первом этапе была составлена программа для упрощения двухмассо-вой механической модели в виде отдельного блока, который полностью решал подмодель методом Рунге-Кутта. Затем программа была дополнена двумя модулями, дополняющими подмодель механической системы управления гидравлического силового контура для Р1 и Р2. Управляющие устройства, вращающийся распределитель, распределители, Р1, Р2, РЗ моделріровались релейно, что допустимо при коротких управляющих гидролиниях связи ( 0,5м) и быстром за 0,002...0,003 с срабатывании ВР [47]. Общая программа включает три блока: блок исходных данных, блок выбора структуры, блок решения задачи методом Рунге-Кутта (рис.3.2). Программа построена по принципу модульного программирования, состоит из основной программы и пяти подключаемых модулей подпрограмм. Типовая осциллограмма вычислительного эксперимента для процесса позицио-нирования«трапеция» представлена на рис.3.3. Осциллограмма отражает характер изменения управляющих воздействий перемещений золотников распределителей х, управляющих ГУК и вызываемые при этом изменения основных параметров ГМУП: pl,p2,o)l,o)2, , 2 на участках разгона tp, установившегося движения ty, замедления движения Ы, t32 и останова гг. В этом случае после останова в окрестностях координаты наблюдается период успокоения.
Торможение с включением гидроуправляемого тормоза позволяет его сократить либо р,Па к исключить полностью. Многократное осциллографирование процесса позиционирования ГМУП подтверждает удовлетворительное совпадение теоретических и экспериментальных траекторий движения ПДМ (гл. 4). Вычислительный эксперимент проводился при параметрах, идентичных параметрам координатно-поворотного стола: 1пр = О,004 - приведенный момент инерции, Н с2 -м; Мс = 15 Н-м - момент сопротивления движению; qM - 0,00004 м3 - рабочий объем гидромотора; Sp = 0,0000785 м2 - площадь проходного сечения распределителя; ju3 = 0,8 - коэффициент расхода распределителя; р = 880 KT/MJ - плотность рабочей жидкости; Есм 1700 МПа - модуль объемной упругости смеси жидкости и воздуха; квт = 0,11 Н-с/м - коэффициент вязкого трения; Спр = 24220 н/м - жесткость пружины клапана; л:0 = 0,0095 м - предварительное натяжение пружины; q Q = 25.12 рад - координата точки переключения на торможение; рн = 6.5 мПа - давление питающей установки; ср - Ъ1,1 рад - координата точки позиционирования. Осциллографирование тестового натурного эксперимента проводилось с использованием программной поддержки PowerGraph к плате ЦАП/АЦП (E20-10D). Вычислительный эксперимент проводили в программе Matlab7 различными численными методами интегрирования (Эйлера и Рунге-Кутта).
При этом получены близкие результаты, что подтверждает и адекватность математической модели. Наложение графиков натурного эксперимента «э» на графики вычислительного «т» производили с использованием специальных компьютерных программ. На графиках натурного эксперимента (рис.3.4-3.6) перед началом движения и после разгона (t=0.22c) виден «всплеск» давления. Реально эти графики показывают изменение напряжения в зависимости от давления. А «всплески» объясняются помехами при включении электромагнитов гидрораспределителей. За точность позиционирования принимаем путь торможения вала гидромотора и планшайбы стола ПДМ с момента начала совмещения рабочих окон вращающегося распределителя ВР. При дальнейшем перемещении втулки образуется проходное сечение и управляющий сигнал Руг 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 рт =(рв ± Д , где в - положительный выбег гидромотора, Д# - его рассеяние, обусловленное влиянием случайных факторов. Предварительным многофакторным экспериментом и моделированием были установлены силовые и кинематические характеристики ПДМ, влияние которых на точность позиционирования оказалось наиболее существенным. Это приведенный момент инерции 1„р вращающихся масс (в реальных конструкциях ПДМ - это изменение массогабаритных характеристик, устанавливаемых на планшайбы стола обрабатываемых деталей) (рис.3.7). Для СС, охватывающих широкую номенклатуру обрабатываемых деталей, это принципиально важно. Следствием изменения 1пр являются колебания времени и точности позиционирования, вызывающие потери производительности и сокращение зоны устойчивого позиционирования, приводящие к браку после обработки. Наибо лее существенно такое влияние в диапазоне Inp =(0.005-0.012) Н-с" -м, выбег увеличивается примерно в 4 раза. С увеличением 1„р возрастает запас кинети ческой энергии к - 7Г в момент подачи команды на останов в точке позиционирования. С определенной точностью зависимость р = р(1т) можно ап-проксимировать линейной зависимостью. Для 1„р 0.005 Н с м такое влияние несущественное.
Автоматизированный экспериментальный стенд для исследования гидромеханического устройства
Гидрокинематическая схема стенда представлена на рис.4.2. Она поясняет принцип действия стендового гидропривода, макетирующего реальный гидромеханический поворотно-делительный механизм координатного сверлильного станка. Механическая часть стенда, гидравлическая силовая и управляющая подсистемы позволяли исследовать ГМУП в диапазонах параметров, описанных в табл.4.1 и охватывающих характеристики и параметры рассматриваемого класса ПДМ. Нагрузка на приводном валу ГМ создавалась порошковым тормозом (ПТ-16М), момент инерции вращающихся масс Jnp - установкой на приводном валу сменных дисков различных диаметров. Команда на останов вала гидромотора подается с момента совмещения рабочих окон ВР. Такое положение управляющего устройства принято за нулевое. Для установки вала гидромотора в нулевое положение использовали контрольный щуп толщиной 0,03 мм, вводимый между кромками рабочих окон поворотной и установочной втулок ВР. Возникающая при этом погрешность установки (+5 угл. мин) учитывалась как систематическая. В нулевом положении управляющего устройства настраивался и фотоэлектрический датчик положения ДП (BE-175А). Выбег вала гидромотора определялся индикатором часового типа при преобразовании Яа поворота ф в перемещение индикатора от кулачка, выполненного по спирали
Архимеда. Давление в напорной, сливной и управляющей линиях в динамическом режиме определяли датчиками давления ДТ-150 реостатного типа. Данные тарировки датчиков давления приведены в прил.З. Управление гидродвигателем по скорости обеспечивалось настройкой дросселя на входе ГМ. Аппаратно-программный модуль (АПМ) стенда представлял автоматизированную систему, обеспечивающую управление процессом испытаний, сбор и обработку результатов измерений. АПМ обеспечивал программную поддержку вычислительного и натурного экспериментов, корректную обработку измерений и визуализацию полученных результатов с использованием пакета PowerGrafh. АПМ реализует автоматизированную измерительно-информационную систему исследований как совокупность измерительных, вычислительных и вспомогательных средств для получения знаний об измеряемых параметрах, их преобразования, обработки с целью установления исследуемых функциональных зависимостей. Процедура сбора и обработки информации осуществлялась в реальном масштабе времени. Персональный компьютер системы был оснащён программными средствами, в том числе набором сервисных программ, которые совместно с комплексом программ и драйверов управления измерительной платы позволяли производить управление и измерение параметров, осуществлять функции контроля, манипулировать большими объёмами данных и скоростью их обработки. Компьютерный аппаратно-программный модуль включал аппаратную плату E20-10D интерфейса ввода и вывода аналогово-цифровой информации с использованием встроенного процессора цифровой обработки сигналов и позволял осуществлять: - преобразование аналоговых сигналов датчиков в цифровую последовательность для дальнейшей компьютерной обработки; - измерение интервалов, длительности и периодов последовательности импульсов фотоэлектрического датчика перемещений BE-175А обратной связи; - управление распределителем грубого отсчёта; - управление приводом автономного задатчика перемещений. Гидроуправляемый фрикционный тормоз и ГУК управлялись гидравлическим сигналом от вращающегося распределителя. Задание угловых перемещений осуществлялось автономным задатчиком перемещений по командам аппаратно-программного модуля. Энергосиловая установка стенда реализована на основе типовой промышленной гидростанции Г48-32 [13]. Автономный задатчик перемещения (АЗП) с двухотсчетной схемой программирования перемещений имеет два канала управления, реализуемых датчиком грубого (ДГО) и точного (ДТО) отсчета перемещения. Датчик грубого отсчета представляет герконовый дискретный элемент со счетчиком, управляющий распределителем грубого отсчета. Содержание экспериментальной части включает исследования: - процесса разгона, замедления и останова ГМУП, траектории движения, изменения скорости вала гидромотора, ускорений, давлений на входе и выходе гидромотора; - быстродействия ГМУП и его составляющих времени разгона, торможения, фиксации после останова; - максимально допустимой скорости замедления движения при подходе к заданной координате сектах, выбега фв, ТОЧНОСТИ позиционирования вала гидро-мотора Аф ГМУП; - влияния скорости і, нагрузки Мс, перемещаемых масс L на точность позиционирования фпз, определяемую величиной выбега фв и его рассеиванием Аф При ПОВТОРНЫХ Перемещениях, Т.Є. фпз=фв+Лф.
