Содержание к диссертации
Введение
1 . Методы расчёта вибрационных технологических машин. Состояние проблемы и перспективы 6
1.1. Назначение, типы и конструкции вибрационных машин 6
1.2. Связь динамического состояния массы загрузки с характеристиками производительности и качества для вибрационно-отделочной обработки 26
1.3. Методы расчёта конструкции вибрационных технологических машин 35
1.3.1. Модели динамики массы загрузки 35
1.3.2. Уравнения движения рабочей камеры 43
1.3.3. Взаимодействий камеры с загрузкой 46
1.3.4. Расчёт мощности привода 53
1.4. Выводы 61
1.5. Цели и задачи исследования 63
2. Разработка метода компьютерного моделирования и расчета вибрационных станков для отделочно-упрочняющей обработки 64
2.1. Расчёт массо-инерционных характеристик элементов конструкции вибрационного станка. 64
2.2. Моделирование упругих элементов подвески контейнера 71
2.3. Моделирование и расчёт трехфазного асинхронного электродвигателя 94
2.4. Система вибровозбуждения - двигатель, привод, дебалансный вибратор
З... Влияние динамики движения рабочей среды в контейнере вибрационного станка 122
3.1. Модель вибрационного упрочнения лонжерона лопасти рулевого винта в виброкамере 122
3.2. Формирование имитационной модели технологической системы виброупрочнения лонжерона в контейнере вибростанка с одно компонентной вертикальной вибрацией 127
3.3. Машинный эксперимент по моделированию процесса взаимодействия технологической рабочей среды с поверхностями упрочняемого изделия и вибрационного контейнера 129
3.4. Модель процесса виброупрочнения лонжерона при помощи Matlab и SimPowerSystems с учетом воздействия обрабатывающей среды на систему .133
3.5. Выводы по третьей главе 135
4. Примеры выполнения динамического анализа вибростанка на стадии конструирования и разработки конструкторской документации 136
5 Рекомендации по использованию разработанного программного комплекса сквозного проектирования вибростанков в КБ по проектированию спецоборудования серийного авиационного предприятия. 145
Основные результаты и выводы по работе 151
Список использованной литературы
- Методы расчёта конструкции вибрационных технологических машин
- Взаимодействий камеры с загрузкой
- Моделирование и расчёт трехфазного асинхронного электродвигателя
- Модель процесса виброупрочнения лонжерона при помощи Matlab и SimPowerSystems с учетом воздействия обрабатывающей среды на систему
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ Вибрационная отделочно-зачистная обработка (ВиО) благодаря широким технологическим возможностям применяется в различных областях машиностроения и имеет перспективы развития в части комбинирования видов используемой энергии, создания новых рабочих сред и технологических жидкостей, повышения эффективности управления динамикой рабочей среды за счет совершенствования систем вибровозбуждения и динамических свойств рабочих камер.
Совершенствование динамических характеристик вибростанков является важным фактором эффективного применения ВиО, так как неудовлетворительная динамика работы станка, как правило, не может быть скомпенсирована никакими усовершенствованными технологическими приемами
Многолетний опыт исследователей и результаты фундаментальных работ в области динамики гранулированных сред показывают, что динамика процесса ВиО очень чувствительна к таким параметрам рабочей камеры, как ее форма и размеры в связи с траекторией движения, упругие характеристики подвески, свойства облицовки и рабочей среды, системы привода Сравнительно небольшие изменения того или иного фактора могут существенно изменить динамические и, следовательно, технологические характеристики процесса как абразивной, так и упрочняющей виброобработки
Выбор конструкции упругой подвески,
вибровозбудителя, привода, являются важнейшими задачами,
которые приходится решать проектировщику вибрационной
технологической машины В связи со сложностью
динамических процессов в вибростанках с объемным
движением гранулированной среды при их проектировании
чаще всего используют эмпирические рекомендации,
полученные в результате отработки удачных конструкций -
аналогов Однако при необходимости осуществления обработки
(чаще всего упрочняющей) нестандартных крупногабаритных
ответственных деталей требуется создание
специализированного технологического оборудования, схема
которого может существенно отличаться от универсального Рациональный концептуальный дизайн специализированного вибростанка и выбор конструктивных параметров всех его элементов могут быть выполнены только с помощью корректного исследования динамики работы станка на всех требуемых технологических режимах При этом общий срок выполнения всех работ от получения технического задания на проектирование до запуска технологического оборудования в эксплуатацию, .как правило, жестко регламентирован
В связи с этим является весьма актуальным для практики
конструирования вибрационных станков и, вообще,
вибрационных технологических машин, на основе обобщения
имеющегося теоретического и экспериментального материала
разработать методологию сквозного проектирования
вибрационных станков, позволяющую выполнить
конструкторское проектирование станка, моделирование его работы, и, при необходимости, внести необходимые конструктивные изменения для обеспечения заданных показателей качества (равномерность и сила единичных микроударов), назначить характеристики привода, оценить виброактивность установки, обеспечив заданные экологические требования Тем самым в работе должна быть выполнена интеграция средств проектирования и моделирования, имеющая в зарубежной технической литературе специальное обозначение SDPD (Simulation Driven Product Development) - разработка продукции, управляемая средствами моделирования, которая позволяет сократить период от получения технического задания до выхода готового изделия, объем работ по его испытаниям и за счет этого уменьшить время выхода нового продукта на рынок
ЦЕЛЬ РАБОТЫ Разработка сквозной методики проектирования и моделирования динамики станков для вибрационной упрочняющей обработки на основе создания и экспериментальной верификации группы связанных динамических моделей " конструктивных элементов вибростанков
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
Разработка методов расчета конструктивных, массо-инерционных и жест костных параметров основных элементов вибрационных станков для вибрационной упрочняющей обработки, средств экспорта конструкторской информации в системы моделирования характеристик упругих элементов и динамики технологической системы,
Разработка и исследование на рабочих режимах имитационной модели вибрационного станка, включающей привод, источник вибровозбуждения, упругую подвеску и контейнер,
Экспериментальное исследование переходных характеристик привода вибрационного станка и динамики массы загрузки, в связи с рациональным выбором параметров двигателя и вибровозбудителя,
Апробация разработанного комплекса при проектировании нового специализированного вибростанка для упрочнения лонжерона лопасти рулевого винта вертолета,
Разработка рекомендаций по конструированию вибрационных станков и выполнению их динамического анализа на стадии проектирования,
- Опытная эксплуатация разработанных рекомендаций и
расчетно-конструкторских методик в КБ по проектированию
нестандартного технологического оборудования и оснастки
серийного авиационного предприятия.
1 Предложена, экспериментально, теоретически обоснована и практически реализована концепция построения сквозной системы проектирования вибрационного станка, включающей построение его 3D модели, определение массо-инерционных, жесткостных характеристик конструктивных элементов, выполнение на этой основе динамического анализа с учетом характеристик применяемых электродвигателей и рабочих сред
2 Разработаны конечноэлемеигные модели для расчета
характеристик упругих элементов подвески вибрационных
станков, позволяющие учесть не только их растяжение-сжатие,
но также изгиб и сдвиг, обуславливающие возникновение
паразитных колебаний при пуске и останове
3 Разработаны и программно реализованы модели привода
вибрационных станков, позволяющие путем анализа процессов
пуска, останова и работы в номинальном режиме назначить конструктивные параметры дебалансов, валов и электродвигателя.
4. Теоретически и экспериментально установлены
закономерности динамики массы загрузки в вибрационных
станках в связи с характеристиками систем привода и
вибровозбуждения, что позволяет оптимизировать и повысить
производительность процесса виброабразивной и
виброупрочняющей обработки. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ"
-
Разработанные типовые параметризуемые модули и конструктивные элементы вибрационных станков позволяют уменьшить трудоемкость проектных работ при создании новых и модернизации конструкций используемых в производстве вибрационных станков для отделки и упрочнения.
-
Рассчитываемые на стадии проектирования массо-инерционные и жесткостные характеристики деталей вибростанков, конечноэлементные модели элементов подвески, разработанные типизированные средства моделирования динамики вибростанка дают возможность за счет выполнения компьютерного динамического анализа конструкции обоснованно назначить параметры вибропривода, значительно сократить продолжительность цикла работ от получения технического задания до пуска проектируемого оборудования в эксплуатацию
3. Установленные путем моделирования и проверенные в
натурных экспериментах закономерности динамического
поведения массы загрузки вибростанков различных
типоразмеров позволяют повысить производительность
вибрационной обработки деталей при различных условиях
закрепления в контейнере.
Основные положения работы докладывались на 7 научно-технических конференциях, опубликованы в 10 статьях и тезисах докладов В 2004 году теоретические исследования по теме диссертации, представленные на конкурс Российской инженерной академии среди молодых ученых и специалистов, были отмечены званием лауреата. Результаты исследования
были реализованы при выполнении мероприятий по плану научно технического прогресса ОАО «РОСТВЕРТОЛ» 2006-2007 г ПУБЛИКАЦИИ
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ ОБЪЕМ РАБОТЫ
Методы расчёта конструкции вибрационных технологических машин
Установки с объемной вибрацией (так же как установки с плоской вибрацией) применяют как со свободным заполнением деталями (мелкие детали), так и с закрепленными деталями.
Для осуществления вибрационного воздействия на материалы, детали, среды различной характеристики вибрационное оборудование включает систему основных элементов, обеспечивающих исполнение определенных технологических задач: основание (корпус), привод, рабочий орган (органы), вибратор, виброизолирующие и шумоизолирующие устройства, системы регенерации. [8-13]
Кроме того, существует много конструктивных типов вибрационных конвейеров, которые можно классифицировать по различным признакам.
По направлению перемещения груза, по способу крепления грузонесущего элемента (желоба, трубы), по числу одновременно колеблющихся масс, по характеру динамической уравновешенности, по числу грузонесущих элементов. [88]
Рассмотрим конструктивные особенности основных элементов оборудования на примере виброобрабатывающих станков.
Основание. Основание (станина) вибрационного станка служит для монтажа на нем всех рабочих узлов: рабочей камеры с вибратором (вибраторами) и пружинами, привода вибратора с промежуточной опорой и некоторых вспомогательных устройств.
Основание воспринимает статические и динамические нагрузки от веса частей станка, загрузки рабочей камеры и возмущающей силы вибратора. Вследствие переменного характера возмущающей силы на основание действуют как горизонтальная, так и вертикальная реакции. Кроме того, в известных конструкциях вибрационных станков их центр тяжести обычно не совпадает с осью вибратора, поэтому на основание действует еще и реактивный момент от возмущающей силы. С увеличением массы и момента инерции основания вынужденные колебания его уменьшаются при одновременном повышении устойчивости работы вибрационного станка.
Основания выполняют, как правило, утяжеленными в виде массивной коробки, сваренной из швеллеров и залитой бетоном с отходами чугунного литья либо в виде чугунных плит, каркасов, рам.
Основание опирается на амортизаторы, которые являются разделяющим элементом между вибрационным станком и полом или фундаментом помещения и обеспечивают гашение вибраций, передаваемых основанием.
Конструкции оснований вибрационных станков оснащаются необходимыми элементами: приливами и бобышками для закрепления на них опорных пружин и цапф, рым-болтами - для транспортировки к месту сборки основания и вибростанка в целом.
Рабочий орган (рабочая камера, контейнер, резервуар). Рабочая камера представляет собой емкость, в которую загружаются обрабатываемые детали и обрабатывающие среды. В процессе работы она подвергается вибрационному воздействию, вызываемому возмущающим моментом вибратора, силами взаимодействия с загрузкой. Рабочая камера должна быть достаточно жесткой, прочной и герметичной.
По форме рабочие камеры можно разделить на четыре группы: U-образные в сечении (прямоугольной формы в плане), кольцевые (тороидные), тороидно-винтовые (спиральные) и специальные. Как правило, поперечное сечение рабочих камер имеет U-образную форму (рис. 1.1.4).
По способу монтажа рабочие камеры подразделяются на стационарные и съемные; по способу разгрузки — с люками или разгрузочными окнами в торцевых стенках; наклоняемые; поворотные и др.
Рабочие камеры с U-образным сечением (прямоугольной формы в плане) имеют различное соотношение ширины и длины. Соотношение ширины W длины обуславливается назначением и технологическими условиями обработки. Камеры малых объемов обычно имеют отношение ширины к длине близкое к единице (0.9 - 0.7). Для вибрационных станков проходного типа и для обработки длинномерных деталей используются удлиненные рабочие камеры с соотношением длины к ширине от 5:1 до 10:1. В отдельных случаях могут использоваться укороченные камеры либо камеры, разделенные на секции в поперечном сечении (многосекционные).
Как отмечалось ранее, наиболее распространенным типом является U-образная в сечении прямоугольной формы рабочая камера. Изменение формы сечения рабочей камеры путем скруглення одной из стенок способствует упорядочению и ускорению циркуляции вибрирующей среды и, как правило, повышению эффективности обработки вследствие исключения образования встречных потоков, дополнительного завихрения в рабочей камере.
Форма и размеры рабочей камеры оказывают влияние на эффективность процесса и его технологические возможности. В работах Бабичева А.П., И.Ф.Гончаревича, Ю.Р.Копылова, Ю.В.Димова и др. систематически ведутся исследования совершенствования конструкций рабочих камер. Так доказано, что при равных объёмах производительность процесса виброабразивной обработки выше на 30-40% у рабочих камер с более пологим дном и стенками. Объясняется это тем, что с уменьшением кривизны стенок и донной части, уменьшается глубина слоя массы загрузки и, следовательно, снижается степень затухания амплитуды колебаний. Рекомендуется применять рабочие камеры с эллиптической формой дна.
Расположение рабочей камеры под углом к оси вращения вала вибратора, использование лопаток для перемещения и переноса рабочей среды способствует устранению "мертвых" зон в массе загрузки, обработке торцевых поверхностей обрабатываемых деталей, расфракционированию среды и повышению производительности обработки.
Рабочие камеры изготавливаются сварными (из листовой стали) или литыми.
Помимо циркуляционного движения рабочей среды вокруг горизонтальной оси она может перемещаться и в осевом направлении, на скорость перемещения массы загрузки вдоль оси рабочей камеры оказывает влияние угол ее наклона в горизонтальной плоскости относительно оси вала вибратора, а также разность возмущающих сил дебалансов, создающих неодинаковые амплитуды колебания у одного и другого концов рабочей камеры. Дополнительная составляющая движения обуславливает ускорение перемещения массы загрузки вдоль оси рабочей камеры. Нередко для создания условий направленного осевого перемещения массы загрузки вдоль рабочей камеры (например, в установках проходного типа) предусматриваются направляющие ребра, расположенные по винтовой линии.
Для расширения технологических возможностей станков проводится модернизация рабочих камер за счет навешивания (закрепления) на торцевых стенках сменных рабочих камер небольшой емкости (5 дмЗ и более). Сменные рабочие камеры применяются для обработки мелких деталей как сухим способом, так и с применением рабочих растворов (разовое заполнение).
Как отмечалось ранее, наряду с рабочими камерами с U-образным сечением прямоугольной формы (в плане) применяются кольцевые (тороидные) и тороидно-винтовые рабочие камеры. При относительно большом объеме (свыше 25 дмЗ) рабочие камеры этого типа, как правило, изготавливаются путем гибки или вырезки отдельных элементов секций и последующей сварки их; изготавливаются также камеры и путем литья.
Для удаления продуктов износа рабочей среды и обрабатываемых деталей на дне рабочей камеры предусматривается одно или несколько сетчатых отверстий, исключающих попадание гранул абразива в систему циркуляции ТЖ
Для уменьшения шума, разбрызгивания рабочей жидкости (или пылеообразования) рабочие камеры снабжаются крышками. Крышки могут быть откидными, съемными, в виде задвижки, цельными, составными, многосекционными. Они могут быть изготовлены из металла, дерева, пластмасс, ткани.
Рабочая камера, являясь основным элементом станка, определяет зачастую и особенности процесса. Изменяя форму рабочей камеры и ее ориентацию относительно привода (вибратора), можно влиять на схему процесса и его эффективность. Нет сомнений в целесообразности дальнейшего совершенствования конструкций рабочих камер. При этом излишняя универсализация рабочих камер может ограничить поиск повышения эффективности процесса при многообразии решаемых технологических задач.,
Взаимодействий камеры с загрузкой
Специальные модели сыпучей среды. Сыпучую среду рассматривают как совокупность однородных абсолютно твёрдых гладких сферических частиц одинакового диаметра. При воздействии на среду вибрации принимают, что соударение частиц не является вполне упругим, но удар всегда центральный. Физическая природа такой среды имеет много общего с моделью газов, изучаемых на молекулярном уровне.
При рассмотрении модели сыпучей среды вводится понятие квазитемпературы, пропорциональной дисперсии скорости частиц (средней энергии хаотического движения). Для наиболее простого случая возбуждённой среды методами физической кинематики для макровеличин (средней плотности в точке, средней скорости в точке и квазитемпературы в точке) получены уравнения движения (Навье-Стокса), неразрывности и теплопроводности [19, 61]. На основе рассмотрения взаимодействия частиц с вибрирующеми стенками получены граничные условия для этой системы уравнений. Модель хорошо описывает интенсивные режимы подбрасывания («виброкипящий слой»).
У большинства используемых в промышленности вибрационных станков жесткости связей обычно соответственно равны между собой, а их расположение симметрично относительно оси камеры и всей конструкции. Поэтому можно допустить, что центр тяжести всей системы расположен на вертикальной оси камеры. Ось вращения дебаланса в большинстве случаев тоже находится на оси симметрии камеры. Такие предположения, отражая общепринятые конструкции машин, значительно упрощают расчетные формулы. С учетом сказанного расчетная схема вибростанка представлена на рис. 1.3.4.
В процессе работы вибрационного станка имеет место преодоление различных сопротивлений. Основным видом сопротивления будут силы внутреннего трения между частицами рабочей среды, деталями и стенками рабочей камеры. Силы эти носят характер сухого трения и постоянны по величине. Под действием возмущающей силы дебалансов mrw2 рабочая камера станка совершает сложное колебательное движение: поступательное с амплитудой Ах и Ау (по эллипсу) и вращательно-колебательное вокруг центра тяжести системы 0 с угловой амплитудой колебаний Аф - для тех станков, у которых центр вращения дебаланса не совпадает с центром тяжести. В работе [45] для такой расчетной схемы получены J - коэффициент сопротивления колебаниям. 1.3.3. Взаимодействий камеры с загрузкой
Режим непрерывного подбрасывания, в котором работают вибрационные станки, характерен тем, что этап подбрасывания следует сейчас же за этапом соприкосновения загрузки — среды и деталей. Это позволяет рассматривать влияние загрузки на камеру как действие периодических импульсов в момент соударения.
Располагая величиной периодического импульса, действующего на камеру в момент ее соударения с загрузкой, можно приближенно определить колебания камеры, которые она вызывает. Для этого пользуются замкнутым способом решения подобной задачи [8, 77].
Длительность действия каждого импульса принимается весьма малой. Периодический импульс вызывает свободные колебания, которые под действием сил неупругого сопротивления затухают. В случае вязкого сопротивления движение описывается уравнением:
Из последнего уравнения следует, что резонансная амплитуда при наличии сопротивления является конечной величиной, тем меньшей, чем больше сопротивление (коэффициент п).
Для определения величины Р воспользуемся графиком работы, на котором показаны области существования и устойчивости режимов с непрерывным подбрасыванием при разных значениях Рив зависимости от значения коэффициента восстановления R и относительного
В непосредственный контакт с рабочей камерой входит не вся масса загрузки, а лишь 20 — 40%. Остальная среда перемещается под влиянием активного слоя, соприкасающегося со стенками рабочей камеры. Это явление довольно четко фиксируется ускоренной киносъемкой процессов виброобработки. Чем выше интенсивность колебаний (больше значение W0), тем меньшая часть загрузки соударяется с камерой. Поэтому при определении коэффициента
Как известно из теории колебаний, уравнение (1.3.6), описывающее сложное колебание камеры с учетом обратного воздействия загрузки, не является гармонической функцией. Это случай сложения двух гармонических колебаний с неодинаковым периодом, когда амплитуда и угол сдвига фаз суммарного движения не постоянны, а периодически изменяются [8, 72].
Вибрационные станки обычно работают в зарезонансном режиме, поэтому частота собственных колебаний Р меньше вынужденных со.
Дополнительные колебания камеры с низкой частотой Р при определённых сочетаниях параметров машины и загрузки могут иметь значительные амплитуды, не допустимые для некоторых технологических процессов, например полирования. Поэтому при проектировании вибрационных станков следует проверять допустимость амплитуд по формуле 1.3.5.
Расчёт мощности привода основывается на заданных диссипативных сопротивлениях, о которых, как правило, нет достаточно чётких представлений. Методы расчёта диссипативных характеристик проектируемого станка обычно отсутствуют и экспериментальные исследования далеко не всегда вносят ясность, вследствие чего возможны ошибки в определении мощности электродвигателей при создании новых вибромашин. Кроме того, факторы, определяющие рассеяние энергии при вибрации, зачастую изменяются в довольно широких пределах, причём эти изменения могут протекать закономерно или возникают случайно. По этим причинам наиболее важным критерием является максимум средней мощности, которая может быть реализована вибровозбудителем в данных условиях. В ряде случаев мощность привода определяется ориентировочно опытным путём по соответствующему объёму вибрирующей рабочей камеры.
Затраты энергии в вибрационных станках обусловливаются перемещением рабочей среды и деталей в камере и потерями в приводе, взаимным соударением частиц рабочей среды и деталей, соударением со стенками рабочей камеры.
При рассмотрении процесса взаимодействия загрузки с камерой принята плоскостная схема вибраций, позволяющая дифференциальные уравнения движения колеблющейся частицы разделить на две составляющие: движение в нормальном и касательном направлениях к поверхности камеры (рис. 1.3.5.). Нормальная составляющая определяет периодичность соударения. Согласно принятой гипотезе упругого удара по Ньютону, вводится коэффициент восстановления
Моделирование и расчёт трехфазного асинхронного электродвигателя
Значение жесткости на растяжение сжатие полученные ранее при помощи конструкторской программы KOMQAC-3D и при помощи натурного эксперимента в лаборатории совпадают с полученными при помощи FEMLAB. На графике «Растяжение-сжатие» т. А соответствует пружине с диаметром проволоки 4 мм, диаметр пружины 38мм, число витков 10 и жесткость равна 6,4 кгс/мм. Это сравнение дает возможность применять результаты экспериментов для дальнейшего моделирования динамики вибрационных технологических машин. Заключительным этапом расчета пружины является постороение модели в при помощи Matlab и встроенных в нее блоков Simulink и SimPowerSystems. Опишем кратко структуру блоков и методы построения модели.
Simulink - интерактивный инструмент для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Он дает возможность строить графические блок-диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем и совершенствовать проекты. Simulink полностью интегрирован с MATLAB, обеспечивая немедленным доступом к широкому спектру инструментов анализа и проектирования. Эти преимущества делают Simulink наиболее популярным инструментом для проектирования систем управления и коммуникации, цифровой обработки и других приложений моделирования. дополнительных библиотек Simulink ориентированных на моделирование конкретных устройств. SimPowerSystems содержит набор блоков для имитационного моделирования электротехнических устройств. В состав библиотеки входят модели пассивных и активных электротехнических элементов, источников энергии, электродвигателей, трансформаторов, линий электропередачи и т.п. оборудования. Имеется также раздел содержащий блоки для моделирования устройств силовой электроники, включая системы управления для них. Используя специальные возможности Simulink и SimPowerSystems, пользователь может не только имитировать работу устройств во временной области, но и выполнять различные виды анализа таких устройств. В частности, пользователь имеет возможность рассчитать установившийся режим работы системы на переменном токе, выполнить расчет импеданса (полного сопротивления) участка цепи, получить частотные характеристики, проанализировать устойчивость, а также выполнить гармонический анализ токов и напряжений.
Несомненным достоинством SimPowerSystems является то, что сложные электротехнические системы можно моделировать, сочетая методы имитационного и структурного моделирования. Например, силовую часть полупроводникового преобразователя электрической энергии можно выполнить с использованием имитационных блоков SimPowerSystems, а систему управления с помощью обычных блоков Simulink, отражающих лишь алгоритм ее работы, а не ее электрическую схему. Такой подход, в отличие от пакетов схемотехнического моделирования, позволяет значительно упростить всю модель, а значит повысить ее работоспособность и скорость работы. Кроме того, в модели с использованием блоков SimPowerSystems (в дальнейшем SPS-модели) можно использовать блоки и остальных библиотек Simulink, а также функции самого MATLAB, что дает практически не ограниченные возможности для моделирования электротехнических систем.
Библиотека SimPowerSystems достаточно обширна. В том случае, если все же нужного блока в библиотеке нет, пользователь имеет возможность создать свой собственный блок как с помощью уже имеющихся в библиотеке блоков, реализуя возможности Simulink по созданию подсистем, так и на основе блоков основной библиотеки Simulink и управляемых источников тока или напряжения.
Таким образом, SimPowerSystems в составе Simulink на настоящее время может считаться одним из лучших пакетов для моделирования электротехнических устройств и систем.
Состав библиотеки SimPowerSystems и основные особенности Библиотека SimPowerSystems имеет семь основных разделов:
Методика создания SPS-модели ни чем не отличается от методики создания модели на основе базовой библиотеки Simulink. Так же как и для обычной Simulink-модели (S-модели), необходимо выполнить расстановку блоков на схеме, задать их параметры, соединить блоки и установить параметры расчета модели в целом. Для SPS-моделей доступен ускоренный режим расчета и все возможности Simulink, включая набор инструментов Simulink Performance Tools, линейный анализ, отладчик и т.д. Однако SPS-модели имеют и некоторые особенности:
Входы и выходы SPS-блоков, в отличие от блоков Simulink, не показывают направление передачи сигнала, поскольку фактически являются эквивалентами электрических контактов. Таким образом, электрический ток может через вход или выход блока протекать в двух направлениях: как вовнутрь блока, так и наружу.
Соединительные линии между блоками являются, по сути, электрическими проводами, по которым ток может протекать также в двух направлениях. В Simulink-моделях же информационный сигнал распространяется только в одном направлении - от выхода одного блока к входу другого.
Simulink-блоки и SimPowerSystems-блоки не могут быть непосредственно соединены друг с другом. Сигнал от S-блока можно передать к SPS-блоку через управляемые источники тока или напряжения, а наоборот - с помощью измерителей тока или напряжения. Несколько линий связи (проводов) могут быть соединены между собой. Для выполнения такого соединения должны использоваться специальные блоки - Connectors (соединители). При расчете схемы содержащей нелинейные блоки следует использовать методы: - odel5s - многошаговый метод переменного порядка (от 1 до 5), использующий формулы численного дифференцирования, - ode23tb - неявный метод Рунге-Кутта в начале решения и метод, использующий формулы обратного дифференцирования 2-го порядка в последующем, которые дают наилучшие результаты по быстродействию.
Модель процесса виброупрочнения лонжерона при помощи Matlab и SimPowerSystems с учетом воздействия обрабатывающей среды на систему
Процесс проектирования на любом предприятии начинается с получения технического задания, содержащего основные параметры будущего изделия. В наиболее сложном случае, таком как проектирование специализированных вибростанков, работа над техническим заданием происходит в четыре этапа -техническое предложение, эскизный, технический и рабочий проект.
От заказчика обычно поступают заявки, являющиеся только исходными данными для разработки.
Порядок построения, изложения и оформления технического задания предусматривается ГОСТ или отраслевыми стандартами СТП что применимо для авиационной промышленности.
Так согласно СТП ОАО «РОСТВЕРТОЛ»: Конструкторское бюро отдела механической обработки (КБ ОМО) вместе с копиями оформленных графиков подготовки производства (ГПП) или копиями листков изменений графиков (ЛИ ГІДІ) получает от бюро оснащения ОГТ (БО) техническое задание на проектирование или доработку указанной оснастки, оборудования или инструмента. Технические задания в соответствии с СТП на проектирование составляют технологи цехов заказчиков или составители графиков подготовки производства.
Техническое задание оформляется на бланке по установленной форме. Техническое задание, оформленное в соответствии с требованиями СТП, должно быть подписано технологом, составившим его, утврждено заместителем начальника цеха по подготовке производства и согласовано с ведущим технологом бюро механической обработки ОГТ.
Конструктор конструкторского бюро отдела механической обработки отдела главного технолога на основании технического задания и чертежей обрабатываемых узлов и деталей разрабатывает общий вид приспособления, После проработки положений технического задания конструктор формулирует для себя основные требования технического задания и определяет конечную цель. [49]
Опыт показывает, что срок разработки технического предложения на изделие средней сложности составляет около трех месяцев. Техническое предложение предусматривает проработку в проекте нескольких вариантов изделия (до решения вопроса о целесообразности проектирования этого изделия). На этой стадии выявляются возможности, ведется конструктивная проработка вариантов для объективной оценки по показателям технического задания, производится всесторонний анализ вариантов и сравнение технологических процессов, переходов, определяется базовый вариант и экономическая целесообразность дальнейшего проектирования.
В объем технического предложения входят проработка материалов по прототипам и аналогам отечественного и зарубежного производства, анализ их сравнительных показателей, проработка вариантов возможных компоновок и т.д. Техническое предложение намечает пути дальнейшего проектирования.
Техническое предложение содержит следующие основные документы: чертежи общих видов - изображение изделия и его вариантов, дающие представление о компоновках и основных конструктивных исполнениях изделия; взаимодействии его механизмов и принципе работы.
Эскизное проектирование ведут только в том случае, если это предусмотрено техническим заданием или если его необходимость выявилась при рассмотрении у заказчика технического предложения. Эскизный проект, как и техническое предложение, представляет собой предварительное (черновое) проектирование. Эти проекты осуществляются с целью установления принципиальных конструкторских и технологических решений по изделию или процессу. Однако они должны давать представление о принципиальном конструктивном построении изделия, процесса, моделей узлов, о делении изделия на составные части и о их взаимной координации и увязке.
Цель эскизного проекта - раскрытие принципиальной конструктивной и технологической сущности изделия, процесса, раскрытие определяющих мест, конструктивное или технологическое обоснование принимаемого варианта. Технический проект является основным этапом, на котором завершается стадия творческого создания проекта. На этом этапе определяются конфигурации и размеры деталей, каждого узла, их взаимное расположение, перемещения и крайние положения перемещающихся частей, принимается 148 окончательное решение по функционально-эксплуатационным, производственно-техническим, технико-экономическим требованиям.
Окончательно обосновывается целесообразность создания изделия в металле, технический уровень этого изделия, раскрывается его действительная эффективность, уточняется техническая характеристика, увязываются чертежи с возможностями производства, ведется и частично заканчивается согласование покупных изделий.
Цель технического проектирования - окончательное определение компоновки изделия, узлов, деталей, подведение оценочного окончательного итога по проекту.
Содержание - определение конфигурации и основных размеров деталей и их взаимосвязи в узле, изделии, разработка общих видов узлов и остальной технической документации. При этом проводят проработку замечаний заказчика по предыдущим стадиям проектирования, выдачу заданий соисполнителям, составление спецификаций и графика работ. Разрабатываются компоновочные чертежи изделий, узлов, конструкций элементов изделия и деталей, необходимые схемы. Выполняются расчеты, позволяющие обоснованно задать все параметры и технико-экономические показатели, проводят анализ конструкции на технологичность с учетом возможностей завода-изготовителя. Оценивают конструкцию с точки зрения эргономики, эстетики, техники безопасности, надежности, эксплуатационных показателей, ремонтоспособности, удобства обслуживания и т.д. Учитывают результаты экспериментальных работ и на их основе корректируют проект. Проект оценивают по техническому уровню, эффективности, конструктивности, себестоимости и т.д., завершают уточнение технического задания. Защищают проект у изготовителя и у заказчика.
Похожие диссертации на Системное проектирование вибрационных станков с использованием средств компьютерного моделирования
