Введение к работе
Актуальность темы
Научно-технический прогресс современной техники, постоянно увеличивающийся уровень автоматизации оборудования, бурное развитие микропроцессорной техники, а также ярко выраженные тенденции по энергосбережению и повышению качества управления, точности и повышению быстродействия электрогидравлических приводов объектов как специального назначения, так и общепромышленного, ставят новые направления развития перед ними как исполнительным силовым звеном. Гидроприводы, по сравнению с электро- и пневмоприводами, имеют существенные преимущества по мас-согабаритным показателям при заданной мощности, по плавности управления скоростью исполнительных устройств с возможностью быстрого реверсирования, простоте преобразования энергии давления рабочей жидкости в механическую энергию при любых видах перемещений. Приводы с электроуправлением характеризуются более широкими функциональными возможностями по сравнению с приводами, имеющими механическое управление, поскольку изменение параметров работы гидропривода может производиться непрерывно с помощью электрических управляющих сигналов. Они применяются в изделиях специального назначения, судостроении, средствах автоматизации и механизации производственных процессов и т.п.
Для управления параметрами работы гидропривода с помощью электрических сигналов необходимы гидроаппараты, -'обеспечивающие преобразование управляющего электрического сигнала (часто малой мощности) в пропорциональную ему по величине характеристику потока рабочей жидкости (расход или давление), который подается на мощный исполнительный механизм. Этим промежуточным звеном является гидравлический распределитель с пропорциональным электрическим управлением.
Анализ технической литературы по приводам показал, что основные направления развития гидроприводов связаны со снижением потерь давления, согласованием давления с нагрузкой, применением дросселирующих, пропорциональных и регулирующих распределителей с электронным управлением, созданием мягкопереключаемых распределителей, применением блочного монтажа. Основной задачей повышения качества управления гидравлическими приводами является обеспечение малых фазо- и амплитудно-частотных искажений- в области малых сигналов. Решение этих проблем непосредственно
связано с улучшением динамических и статических характеристик распределителей и проведением работ по совершенствованию опыт но-теоретических методов исследований этих характеристик с при менением вычислительной техники.
Цель работы
Разработка электромеханического преобразователя магяито стрикционного типа, создание аппаратуры для автоматизации экс периментальных исследований статических и динамических характе ристик технического объекта и расчетно-экспериментальных мето дов определения динамических характеристик распределителя, оп тимизации на этой основе конструктивных параметров гидрораспре делителя для повышения точности и быстродействия следящего при вода объекта специального назначения.
Основные задачи исследования
-Проведение анализа конструкций, параметров и областей при менения гидрораспределителей, выявление недостатков электроне ханических преобразователей и определение необходимых мероприя тий для разработки конструкции быстродействующего электромеха нического преобразователя и гидрораспределителя.
-Разработка теоретического описания нелинейной динамическо: модели электромеханического преобразователя магнитострикционно го типа и экспериментально-аналитического метода для динамиче ского моделирования.
-Разработка и проведение экспериментальных исследовани электронной управляющей части и электромеханического преобразо вателя магнитострикционного типа. Разработка способа и методик проведения эксперимента для определения статических и динамиче ских характеристик гидрораспределителя, разработка испытатель ного стенда и выбор perncj^HTJiroigejL^nnapaT^pbtr^Pa^pa^o^anpo __rj3aMMHnr-o—комплектам для автоматизации проведения испытаний Проведение экспериментального определения статических и динами ческих характеристик распределителя, определение аналитическог выражения для описания динамической модели распределителя н основании полученных данных.
Разработка математической модели и структурной схемы серий ного следящего привода объекта специального назначения и мо дельного привода с учетом динамической модели разработанног распределителя для повышения быстродействия' привода и расче его динамических характеристик.
Методы исследования
Определение динамической модели гидрораспределителя проводилось на основе экспериментально-аналитического метода, базирующегося на представлении объекта управления в виде кибернетической модели "черного ящика" с определением передаточных функций по прямьш и перекрестным каналам связи между выходными и входными координатами, а также между внешними возмущающими воздействиями .
Методом моделирования на ЭВМ на основе результатов эксперимента разработана формальная модель распределителя путем абст-оагирования вида и закономерностей физических процессов, протекающих в преобразователе в виде передаточной функции.
Исследование частотных характеристик привода объекта специ-ільного назначения, с учетом полученной динамической модели заспределитеяя. проводилось путем вычислительного эксперимента ; использованием ЭВМ.
Научная новизна работы
-Физическая и математическая модели электромеханического греобразователя магнитострикционного типа на основе уравнений гагнитострикционного эффекта, вынужденных колебаний стержня в :реде с сопротивлением, и уравнений Максвелла для магнитного :оля; рассмотрены взаимодействия сил внутри силового элемента реобразователя и определен экспериментально-аналитический ме-од динамического моделирования гидрораспределителя.
-Комплекс для автоматизированного проведения испытаний, со-тоящий из платы ЦАП-АЦП в составе ПЭВМ и пакета прикладных рограмм для обеспечения проведения испытаний физического объ-кта.
-Математическое выражение для описания динамических харак-еристик пропорционального распределителя на основании данных, элученных в результате эксперимента.
-Вычислительный эксперимент по расчету частотных характери-гик привода объекта специального назначения с учетом получений динамической модели распределителя, примененной в составе эивода, для повышения его динамических характеристик.
Практическая значимость работы
-Разработан электромеханический преобразователь магнито-'рикционного типа с электронным управляющим блоком и реализо-
ван на их основе быстродействующий'гидрораспределитель для еле дящих электрогидравлических приводов.
Комплекс автоматизированного проведения испытаний физиче ского объекта, состоящий из платы ЦАП-АЦП в составе ПЭВМ и па кета прикладных программ для автоматизации испытаний.
Повышена точность и быстродействие электрогидравлическог следящего привода объекта специального назначения, полученные результате модельного эксперимента.
Реализация результатов работы
Разработанный в данной работе гидрораспределитель был при менен в электрогидравлической следящей системе привода объект специального назначения в ОАО "СКБ ПА".
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались в период 1995 по 1998 гг. на научно-технических конференциях Ковровско государственной технологической академии и научно-технически совещаниях на предприятиях АО "Ковровский электромеханически завод" и АО "СКБ ПА" в 1996 г. Диссертационная работа доложен и одобрена на заседании кафедры ГПА и ГП КГТА и объединенно семинаре кафедр механико-технологического факультета Владимир ского государственного университета в 1999 г.
Публикации
По теме диссертации опубликованы 5 работ и 1 отчет по НИР.
Объем и структура работы