Введение к работе
Актуальность темы. Современная техника отличается увеличением скоростей и нагрузок на детали и узлы механизмов при одновременной тенденции к снижению их материалоемкости. Задачей настоящей работы является расширение области применения станочного гидравлического следящего привода (ГСП) с гидромеханическим управлением в целях его использования в скоростных тяжелонагруженных механизмах (СТМ) станков и других машин. К СТМ следует отнести механизмы возвратно-поступательного движения, рабочий орган которых перемещается по гармоническому закону с максимальной мгновенной скоростью до 1 м/с, переменными режимами колебаний (амплитуда до 70 мм, частота до 10 Гц) и тяговым усилием до 25 кН. Другой особенностью СТМ является возможность наклонной установки под любым углом (0-90 от вертикали).
Гидравлические поворотные СТМ находят применение в станках для обработки замкнутых контуров (кулачков, эксцентриков, поршневых колец и др.), промышленных роботах, транспортных устройствах и средствах автоматизации, специализированных имитационных испытательных стендах, других машинах и оборудовании.
Широко применяемые в станкостроении копировальные системы на основе ГСП чаще всего используются в приводах подач с максимальными скоростями слежения до 1...2 м/мин (отдельные образцы до 3,5 м/мин). ГСП современных промышленных роботов способны развивать скорости до 0,4 м/с при тяговом усилии до 14 кН и весьма ограниченных требованиях к точности воспроизведения задаваемого закона движения. Таким образом, существующие ГСП не отвечают основным требованиям, предъявляемым к СТМ.
Расширение технологических возможностей и области применения ГСП сопряжено с резким увеличением скоростей слежения и тяговых усилий. При этом возникают серьезные проблемы с обеспечением динамической устойчивости, высокого качества регулирования, необходимой точности отработки входного воздействия и повышения КПД. Все это требует нового методического подхода к проектированию высокоскоростного ГСП и механизмов на его базе.
Целью работы является совершенствование станочных ГСП с гидромеханическим управлением (в направлении увеличения скорости слежения до 0,5-1 м/с и развиваемого усилия до 25 кН, повышения надеж-
к,
ности, снижения энергопотребления, сокращения размеров и массы оборудования и упрощения его эксплуатации) и обеспечения возможности их использования в поворотных СТМ станков, стендов и другого оборудования.
Методы исследования. Работа выполнена на базе современных представлений о процессах и методах исследования динамики станков с гидравлическим приводом. Объектом исследования является СТМ с гидравлическим приводом возвратно-поступательного движения. В процессе теоретических и экспериментальных исследований динамических характеристик определяющих элементов несущей системы и гидропривода использовались методы математического описания, принятые в теории автоматического регулирования, что позволило уделить основное внимание изучению физического содержания динамических процессов в рассматриваемых механизмах. Анализ качества переходных процессов и точности воспроизведения задаваемого закона движения выполнен путем математического моделирования на персональном компьютере (ПК) с использованием программы Mathcad PLUS. Достоверность научного результата обеспечивалась сочетанием расчетной модели и моделирования на ПК с экспериментальными исследованиями, выполненными на имитационных испытательных стендах на основе ГСП с гидромеханическим управлением от вращающегося шаблона.
Научная новизна. Предлагается метод проектирования скоростных тяжелонагруженных механизмов с ГСП, основанный на совместном рассмотрении процессов в гидроприводе и несущей системе, а также рабочих процессов в механизме, нагружающем силовой двигатель.
Но гидроприводу:
разработана универсальная математическая модель, позволяющая эффективно моделировать высокоскоростные ГСП с учетом податливости несущей и измерительной систем, а также специфического характера нагрузки;
разработана методика расчета устойчивости и определены основные закономерности функционирования гидропривода в режиме слежения на скоростях до 1 м/с при возвратно-поступательном движении по гармоническому закону.
По несущей системе.
Разработана методика формирования компоновки и выбора параметров несущей гидромеханической системы по заданным показателям технического уровня механизма.
Практическая ценность.
-
Разработанные методы и принципы конструирования высокоскоростных ГСП представляют основу для совершенствования поворотных СТМ в направлении повышения их динамических характеристик и улучшения весогабаритных показателей.
-
Разработан блочко-модульный принцип построения СТМ и их основных элементов, в том числе:
поворотного автономного осесиммегричного нагрузочного устройства, построенного по принципу силового замыкания несущей системы (без передачи усилий на станину);
скоростного регулируемого ГСП с гидромеханическим управлением, который выполнен в виде единого блока, установленного непосредственно на поворотном нагрузочном устройстве;
гидромеханического записывающего устройства, позволяющего фиксировать зависимость развиваемого гидроцилиндром усилия в функции перемещения его штока (возможен вариант с электрической регистрацией параметров и выдачей результатов на цифровую индикацию или ПК).
Реализация работы. При непосредственном участии автора разработаны и изготовлены универсальные гяжелонагруженные механизмы с ГСП и на их базе внедрена в промышленности гамма имитационных испытательных стендов для динамических испытаний изделий машиностроения при гармоническом входном воздействии, а также для испытаний с постоянной скоростью движения. Стенды внедрены в ОАО "ЭНИМС", АО "Тверской вагоностроительный завод" и других предприятиях.
Апробация работы и публикации. Основные положения работы доло-хены и обсуждены на Экспертном совете отд-N 14 ОАО "ЭНИМС" (1997г.).
По теме диссертации подана заявка на Патент РФ N 97110818 от 19. 06.97 г.; опубликовано 5 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 184 страницах машинописного текста, содержит 100 рисунков, 6 таблиц, список литературы и 3 приложения.