Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ усилительных гидравлических устройств 12
1.1. Классификация гидравлических усилителей мощности 18
1.1.1. Классификация электрогидравлических усилителей-преобразователей типа сопло-заслонка 22
1.1.2. Классификация электромеханических преобразователей 31
1.2. Постановка задачи исследования 34
2. Теоретические исследования электрогидравлического усилителя- преобразователя типа сопло—магнитожидкостная заслонка как элемента систем автоматического управления 36
2.1. Физические основы электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка 36
2.1.1. Классификация магнитных жидкостей 40
2.1.2. Классификация материалов упругих оболочек 49
2.2. Обоснование геометрии проточной части по коэффициенту гидравлического сопротивления 53
2.3. Расчет статической характеристики электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка 60
2.3.1. Расчет тягового усилия, действующего на магнитожидкостную заслонку 61
2.3.2. Расчет перемещения заслонки под действием тягового усилия 70
2.3.3. Расчёт статической характеристики ЭГУП МЖЗ 79
2.4. Анализ динамических свойств электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка 88
2.4.1. Передаточная функция гидроусилителя типа сопло-магнитожидкостная заслонка 88
2.4.2. Передаточная функция электромагнитного преобразователя 92
2.4.3. Передаточная функция электрогидроусилителя-преобразователя 96
2.5. Выводы 98
3. Экспериментальные исследования физических процессов в электрогидравлическом усилителе-преобразователе типа сопло- магнитожидкостная заслонка и идентификация передаточной функции 100
3.1. Исследование статических и динамических характеристик электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло- магнитожидкостная заслонка 104
3.1.1. Исследования зависимости перемещения МЖЗ от напряжения в «сухой» и «мокрой» междроссельных камерах ЭГУП МЖЗ 104
3.1.2. Исследования зависимости расхода через золотниковый распределитель от изменения напряжения 107
3.1.3. Исследования динамических характеристик электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка 109
3.2. Планирование эксперимента 111
3.3. Выводы 119
4. Практическое применение электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка в гидрофицированном оборудовании 121
4.1. Система автоматического управления в гидроприводе станка 121
4.2. Система автоматического управления топливоподачей двигателя автомобиля КамАЗ 124
4.3. Система автоматического управления гидроприводом выправочно-подбивочно-рихтовочной машины 126
Заключение 128
Список литературы
- Классификация электрогидравлических усилителей-преобразователей типа сопло-заслонка
- Классификация материалов упругих оболочек
- Исследования зависимости перемещения МЖЗ от напряжения в «сухой» и «мокрой» междроссельных камерах ЭГУП МЖЗ
- Система автоматического управления топливоподачей двигателя автомобиля КамАЗ
Введение к работе
Многие промышленные системы автоматического управления имеют в своей структуре элементы, принцип действия и устройство которых основаны на использовании основных законов гидравлики. На современном этапе развития технических средств автоматического управления наилучшими характеристиками обладают электрогидравлические сервомеханизмы, сочетающие электрические входные и гидравлические оконечные звенья. Эти элементы, входяъ в схемы различных робототехнических комплексов, гибких автоматизированных производств, машин-автоматов, строительных и дорожных машин, судостроения, самолетостроения, железнодорожного транспорта и других [13, 14].
При построении высококачественных быстродействующих систем регулирования необходимы электрогидравлические усилители мощности. Это обусловлено тем, что электрогидравлические усилители по сравнению с другими усилителями мощности более надежны недолговечны, просты в конструктивном исполнении, обладают быстротой реакции на входной сигнал, высоким коэффициентом усиления по мощности при малых габаритах. Изучение работ Т.М. Башты, В.В. Власова, Н.С. Гамынина, И.М. Крассова, В.А. Лещенко, B.C. Нагорного, Д.Н. Попова, И.Л. Повх, О.Н. Трифонова, В.А. Хохлова, Ю.И. Чуп-ракова и других исследователей электрогидравлических усилителей-преобразователей (ЭГУП) показало, что существует большое число схемных и конструктивных разновидностей гидравлических усилителей. Все они представляют собой дроссельные устройства. В технике наиболее часто применяются усилители трех классов: с золотником, с соплом и заслонкой, со струйной трубкой.
Большое распространение ЭГУП с соплом и заслонкой вызвано тем, что они сохраняют качества гидравлических устройств (высокое быстродействие и силовые характеристики, надежность, гибкость), свободны от заедания и перекосов, свойственных золотниковым преобразователям, а также допускают совместное применение с ними современных электронных вычислительных уст 5 ройств с программным управлением. Их достоинствами являются высокая чувствительность и большая надёжность в работе из-за отсутствия трущихся дета лей и облитерационного залипання заслонки, малые вес и размеры, надежность в эксплуатации.
Однако такие дросселирующие устройства очень чувствительны к степени очистки рабочей жидкости, подвержены эрозии, зависят от облитерации в соплах из-за их малого диаметра [33]. Также на металлическую заслонку усилителя-преобразователя, управляемую электромеханическим преобразователем, действуют гидродинамические силы, образующиеся за счет статического и гидродинамического напоров струи жидкости, вытекающей из сопел, из-за чего в переменном дросселе возникают зоны разрежения и застоя жидкости, что приводит к ухудшению работы всего устройства и возникновению высокочастотных колебаний в системе, где применяется дроссель сопло-заслонкас
Большинство попыток устранения данных недостатков связано с конструктивной оптимизацией существующих элементов — выполнении углублений и проточек различных форм в заслонке. Однако, так как в различных режимах управления скорость в соплах различна, то и режим стабилизации струи должен осуществляться различными геометрическими размерами проточек что невозможно осуществить при конкретном конструктивном исполнении. Недостатком данного варианта решения проблемы является и то, что размеры проточек должны меняться в зависимости от степени загрязнения рабочей жидкости.
Для повышения эффективности работы ЭГУП используются и такие спо собы, как улучшение технологии изготовления рабочих органов преобразователей для получения высокой точности их размеров; повышение герметизации подвижных и неподвижных соединений устройств, ведется контроль за изменением температур рабочей жидкости и окружающей среды, проводится очистка рабочей жидкости [66, 67].
Таким образом, существует проблема создания качественно нового устройства, позволяющего улучшить свойства современных систем автоматики без существенного улучшения эксплуатационных показателей (степень очистки рабочих жидкостей, температурной стабилизации). Требуется больше уделять внимания возможности создания новых конструктивных решений электрогидроусилителей, позволяющих упростить их конструкцию, уменьшить материалоемкость, улучшить их статические и динамические характеристики, улучшить работу гидроприводов, в» которых используются усилители-преобразователи, в целом, повысить надежность работы устройств и производительность труда, а также в полной мере использовать широкие возможности автоматизированного гидрофицированного оборудования.
Существует необходимость проведения исследований в области гидравлической усилительной техники с целью выявления возможностей использования различных физических явлений, новых устройств и новых материалов, используемых в них в качестве основы вновь создаваемых ЭГУП.
Одним из возможных путей создания ЭГУП нового поколения, лишенных указанных выше недостатков, является использование в управляемых дросселирующих устройствах магнитных жидкостей (МЖ) и методов управления . Ряд аналогичных исследований был выполнен на кафедре «Управление и информатика в технических системах» Балаковского института техники, технологии и управления Саратовского государственного технического университета [29, 39]. Теоретические и экспериментальные работы по реализации конструктивных решений ЭГУП создали предпосылки для создания ЭГУП, принцип действия которого основан на использовании дросселирования потока рабочей жидкости посредством применения переменных дросселей, состоящих из двух соосно расположенных и встречно направленных сопел и упругой оболочки, заполненной магнитной жидкостью.
t Целью данной диссертационной работы является разработка и исследова ние электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка, обеспечивающего качественные показатели сие t
тем управления гидрофицированным оборудованием с сохранением эксплуатационных показателей.
Для достижения поставленной цели сформулированы задачи: 1. Обосновать физические принципы преобразования электрического сигнала в перемещение исполнительного механизма гидравлического усилителя-преобразователя с использованием для дросселирования- потока рабочей жидкости магнитной жидкости, заключенной в упругую оболочку.
2. Обосновать магнитожидкостный способ дросселирования- потока рабочей жидкости в гидравлическом-усилителе-преобразователе.
3. Разработать техническое решение синтеза неоднородного электромагнитного поля в переменном дросселе сопло-магнитожидкостная заслонка.
4. Разработать математическую модель электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка.
5. Провести экспериментальные исследования статической и динамической характеристик электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка (ЭГУП МЖЗ).
6. Обосновать вопросы практического использования разработанного электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнито жидкостная заслонка в системах управления гидрофицированным технологическим оборудованием.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработан метод дросселирования потока рабочей жидкости, отличающийся использованием магнитной жидкости, заключенной в упругую оболочку, позволяющий стабилизировать действие гидродинамических сил на управляемый элемент переменного дросселя - заслонку при различной степени загрязнения рабочей жидкости в системе автоматического управления гидрофицированным технологическим оборудованием.
2. Разработаны методика и алгоритм расчета деформации магнитожидко-стной заслонки как сферической оболочки, закрепленной по плоскому контуру, под действием, внешнего тягового усилия, отличающийся тем, что в расчете учитывается усилие, обусловленное действием магнитной жидкости, которой заполнена сферическая оболочка.
3. Получена математическая модель электрогидравлического усилителя 8 преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка, учитывающая взаимосвязь неоднородного электромагнитного поля с магнитной жидкостью, заключенной в упругую оболочку, и гидравлическим сопротивлением переменного дросселя.
4. Идентифицирована регрессионная модель усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка, связывающая коэффициент преобразования устройства с давлением управления, диаметром сопла и расстоянием между соплом и заслонкой, на основании которой получены оптимальные конструктивные и технологически епараметры устройства.
В результате проведенной работы доказана возможность использования упругой оболочки, заполненной магнитной жидкостью, в качестве элемента переменного дросселя для регулирования-потока рабочей жидкости в первом каскаде усиления электрогидроусилителя-преобразователя и управления перемещением золотникового распределителя во втором силовом каскаде устройства, а разработанного электрогидравлического усилителя7преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка для автоматизации систем управления гид-рофицированного оборудования в различных отраслях промышленности.
Практическая значимость работы заключается в следующем: 1. Разработанная конструкция электрогидравлического усилителя преобразователя с переменным дросселем типа сопло-магнитожидкостная заслонка позволит стабилизировать действие- гидродинамических сил на управляемый элемент дросселя - заслонку при различной степени загрязнения рабочей жидкости.
2. Методика расчета воздействия магнитного поля на магнитную жидкость, заключенную в упругую оболочку, рекомендуется при-создании новых гидравлических устройств с различной1 геометрией проточных линий для систем управления гидрофицированным технологическим оборудованием.
3. Разработанный электрогидроусилитель-преобразователь типа сопло-магнитожидкостная заслонка рекомендован к внедрению в гидроприводе плоскошлифовального станка с прямоугольным столом модели ЗД722 на предприятии ОАО «Балаковорезинотехника», в электрогидравлическом регуляторе топливоподачи двигателя автомобиля КамАЗ на предприятии ООО «Август», в гидроприводе выправочно-рихтовочно-подбивочной машины в ООО «Российские железные дороги», в учебном процессе Балаковского института бизнеса и управления, что подтверждают акты о внедрении результатов научно-исследовательских работ.
Научные и практические результаты работы использованы в плановых госбюджетных НИР, выполненных на кафедре «Управление и информатика в. технических системах» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ в 2002 - 2007 гг., в НИР СГТУ - 169 по заданию Министерства на проведение научных исследований в 2007 г., а также по гранту Минпромнауки России № НШ-2064.2003.8.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня:
- VII, VIII Международных конференциях «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей» (г. Санкт-Петербург, 2003,2006 гг.);
- VIII, IX Международных научно-практических конференциях «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. Санкт-Петербург, 2004, 2005 гг.);
- Юбилейной Международной научно-практической конференции «Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров» (г. Пенза, 2004 г.);
- VII Международной научно-технической конференции «Динамика технологических систем» (г. Саратов, 2004 г.);
- VIII Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2004 г.);
- 6, 7, 8 Российских научных конференциях «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах» (г. Саратов, 2003 г.);
- научных семинарах кафедры «Управление и информатика в технических системах» БИТТУ при СГТУ в 2003 - 2006 гг. По результатам проведенных исследований опубликовано 27 печатных
работ, в том числе две в центральной печати: журнал «Вестник Саратовского государственного технического университета» (г. Саратов, №1 (23) Вып.З, 2007г.), журнал «Научно-технические ведомости СПбТГУ» (г. Санкт-Петербург, № 2, 2007г.). Получено положительное решение ФИПС от 27.09.2007г. о-выдаче патента по заявке №2006112840/06(013960).
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 134 наименований, 7 приложений. Содержит 141 страницу основного текста, включая 41 рисунок, 8 таблиц.
В первой проведен обзор научно-технической литературы по теме диссертации, обозначены проблемы, присущие электрогидравлическим усилителям-преобразователям, применяемым в системах управления гидрофицирован-ным технологическим, оборудованием. Разработана классификация электрогидравлических усилителей-преобразователей типа сопло-заслонка и устройств управления ими - электромеханических преобразователей. Проанализированы различные конструкции переменного дросселя сопло-заслонка и сформулированы задачи исследования.
Во второй главе приведены теоретические исследования и рассмотрены физические основы электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка. Описан механизм воздействия магнитного поля на магнитную жидкость, заключающийся в перемещении объема магнитной жидкости в область более сильного поля. В главе проведены теоретические исследования статической и динамической характеристик электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка.
В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка с целью определения его статических и динамических характеристик.
В четвертой главе рассмотрены варианты практического использования электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка как элемента систем автоматизации гидрофицированного технологического оборудования.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Метод дросселирования потока рабочей жидкости - отличается использованием магнитной жидкости, заключенной в; упругую оболочку и позволяет стабилизировать действие гидродинамических сил на заслонку при различной степени загрязнения рабочей жидкости в системе автоматического управления гидрофицированным технологическим оборудованием. .
2. Методика расчета деформации магнитожидкостной заслонки как; сферической оболочки,. закреплённой по плоскому контуру, под действием внешнего тягового усилия учитывает усилие, обусловленное действием магнитной жидкости, которой заполнена сферическая оболочка.
3. Математическая модель электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка учитывает взаимосвязь неоднородного электромагнитного поля с магнитной жидкостью, заключенной в упругую оболочку, и гидравлическим сопротивлением переменного дросселя и позволяет рассчитывать выходной расход устройства в зависимости от значений входных гидравлических и электрических параметров. 4. Результаты экспериментальных исследований электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка подтверждают достоверность теоретических исследований.
5. Электрогидравлический усилитель-преобразователь типа сопло магнитожидкостная заслонка рекомендован к внедрению в системах управления гидрофицированным технологическим оборудованием.
Классификация электрогидравлических усилителей-преобразователей типа сопло-заслонка
Электрогидравлические усилители-преобразователи с соплом и заслонкой» появились в технике довольно давно, но затем этот класс усилителей отошел на задний; план, так как он имеет крупный недостаток — неполное использование мощности потока рабочей жидкости, подводимой от источника питания, что вызвано холостым перепуском рабочей жидкости через дроссель с переменным проходным сечением. В последние годы усилитель-преобразователь с соплом и заслонкой вновь привлек к себе внимание. Его достоинствами являются простота конструкции, высокая чувствительность и большая надёжность в работе из-за отсутствия трущихся деталей и облитерационного залипания заслонки, возможность работы на недостаточно хорошо очищенных жидкостях, малые вес и размеры, надежность в эксплуатации. Перечисленные преимущества позволяют ему успешно конкурировать с другими ГУ и обусловили широкое внедрение в практику автоматического управления.
К настоящему времени созданы различные типы электрогидравлических усилителей-преобразователей типа сопло-заслонка, специализированных для таких отраслей, как машиностроение, авиастроение, станкостроение. Также ЭГУП типа сопло-заслонка используются в системах автоматического управления процессами производства, в организации конвейерных и поточных линий. Большое распространение таких усилителей-преобразователей вызвано тем, что они сохраняют качества гидравлических устройств (высокое быстродействие и силовые характеристики, надежность, гибкость), свободны от заедания и перекосов, свойственных золотниковым преобразователям, а также допускают совместное применение с ними современных электронных вычислительных устройств с программным управлением.
В гидроусилителях-преобразователях типа сопло-заслонка без обрат 25 ной связи с подпружиненным золотником каждому положению управляющей заслонки соответствует определенное положение распределительного золотника. Этот эффект вызывают уравновешивающие силы, создаваемые пружинами. Параметры таких преобразователей: ток управления Imax= 20 мА, диаметр сопел dc = 0,0005 - 0,001 м, диаметр золотника d3= 0,006 - 0,01м. Подобные преобразователи работают при давлениях 7, Г4 и 21 МПа. Они имеют простую конструкцию. Однако пружинный подпор золотника, который сложен в. исполнении, ограничивает возможности ш мощности. Поэтому для увеличения быстродействия такого ГУ необходимо уменьшать объем торцовых полостей золотника и объем междроссельных, камер гидрораспределителя сопло-заслонка, увеличивать жесткость центрирующих золотник пружин, то есть уменьшать максимальный ход золотника, уменьшать площадь сечения золотника, что приводит к уменьшению перестановочных усилий. Таким образом, при проектировании. ГУ без ОС возникает ряд противоречивых требований, разрешение которых требует от конструктора значительного опыта.
Еще одним недостатком такого гидравлического усилителя является то, что для преодоления сил, вызванных перепадом давления на торцах золотника, обусловленных жесткостью центрирующих золотник пружин, необходимо увеличивать мощность электромеханического преобразователя, что влечет за собой увеличение массы его якоря, увеличение индуктивности обмоток управления, уменьшение быстродействия- электромеханического преобразователя и электрогидроусилителя-преобразователя в целом.
В гидроусилителях типа сопло-заслонка с обратной связью по положению золотника, выполненной по принципу компенсации, входного сигнала; величина- перемещения- распределительного золотника, преобразуется в, электрический сигнал преобразователем и сравнивается1 с сигналом, подаваемым на электронный блок. Сигналы сравниваются электронным блоком. При равенстве этих сигналов напряжение на электромеханическом преобразователе становится равным нулю, и заслонка перемещается в нейтральное положение. При этом давление в междроссельных камерах уравнивается и золотник пре 26 кращает перемещение. Применение, данных типов усилителей позволяет изменять характеристики всего усилителя путем изменения входного электрического сигнала на входе электронного блока.
Классификация материалов упругих оболочек
В настоящее время для уменьшения веса конструкции широко применяются тонкостенные изделия, основными деталями которых являются тонкие стержни, пластины, оболочки, выполненные из резин, главной особенностью которых является-их гибкость. [17]
Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для-улучшения-физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки.
Вулканизирующие вещества участвуют в образовании пространственно-сеточной-структуры вулканизата. В качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых каучуков перекиси.
Ускорители процесса вулканизации: полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов.
Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины,, ведущий к ухудшению ее эксплуатационных свойств.
Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины. В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, растительные масла. Количество мягчителей составляет 8 - 30 % массы каучука.
Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные и неактивные. Активные наполнители (углеродистая, сажа и белая сажа - кремнекислота, оксид цинка и другие) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твердость. Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для-удешевления стоимости резины.
Подавляющее большинство- каучуков- является непредельными, высокополимерными (карбоцепными) соединениями, с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. Структура макромолекул линейная или слаборазветвленная и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минимальный объем, но этому препятствуют силы межмолекулярного взаимодействия, по 51 этому молекулы каучука извилистые. Такая форма молекул и является причиной исключительно высокой эластичности каучука. К группе резин общего назначения относят вулканизаты неполярных каучуков - НК, СКБ, СКС, СКИ. НК - натуральный каучук является полимером изопрена (С5Н8)п: Он растворяется в жирных и ароматических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде), образуя вязкие растворы. СКБ - синтетический-каучук бутадиеновый получают по методу СВ. Лебедева. Формула полибутадиена (С4Н6)п. Он является некристалл изующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вводить усиливающие наполнители. СКС - бутадиенстирольный каучук получается при совместной полимеризацией бутадиена (С4Н6) и стирола (СН2 = СН - С6Н5). Это самый распространенный каучук общего назначения. В зависимости от процентного содержания стирола каучук выпускают нескольких марок: СКС-10, СКС-30, СКС-50. Свойства каучука зависят от содержания стирольных звеньев. Чем больше стирола, тем выше прочность, но ниже морозостойкость. Из каучука СКС-30 получают резины с хорошим сопротивлением старению и хорошо работающие при многократных деформациях. СКИ - синтетический каучук изопреновый - продукт полимеризации изопрена (С5Н8). По строению, химическим и физико-механическим свойствам СКИ близок к натуральному, каучуку. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 и СКИ-ЗП, наиболее близкие по свойствам к НК; каучук СКИ-ЗД, предназначенный для получения электроизоляционных резин, СКИ-ЗВ - для вакуумной техники.
Резины общего назначения могут работать в среде воды, воздуха, слабых растворов кислот и щелочей:
Специальные резины подразделяют на несколько видов: маслобензо-стойкие, теплостойкие, светоозоностойкие, износостойкие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям. Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиокола. Наирит является отечественным хлоропрено-вым каучуком. Хлоропрену соответствует формула СН2 = ССІ—СН = СН2. Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению.
По температуроустойчивости и морозостойкости (от -35 до 40 С) они уступают как НК, так и другим СК. Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на основе неполярных каучуков. (За рубежом полихлоропреновый каучук выпускается под названием неопрен, пербунан-С). СКН - бутадиеннитрильный каучук - продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты.
В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок: СКН-18, СКН-26, СКН-40. (Зарубежные марки: хайкар, пербунан, буна-N). Резины на основе СКН обладают высокой прочностью, хорошо сопротивляются, истира-нию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Резины могут работать в среде бензина, топлива, масел при температурах от -30 до 130 С.
Акрилатные каучуки - сополимеры эфиров акриловой (или метакрило-вой) кислоты с акрилонитрилом и другими полярными мономерами можно отнести к маслобензостойким каучукам. Каучуки выпускают марок БАК-12, БАКХ-7, ЭАХ. Достоинством акрилатных резин является стойкость к действию серосодержащих масел при высоких температурах; их широко применяют в автомобилестроении. Недостатками БАК являются малая эластичность, низкая морозостойкость, невысокаястойкость к воздействию горячей воды и пара.
Резины на основе фторкаучуков и этиленпропилена стойки к действию сильных окислителей (HN03, Н202 и др.), применяются для уплотнительных изделий, диафрагм, гибких шлангов, не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет. Хлорсульфополиэтилен (ХСПЭ) является насыщенным полимером. Резины обладают повышенным сопротивлением истиранию при нагреве, озоно-, масло- и бензостойки, хорошие диэлектрики. Интервал рабочих температур - 60 - - 215 С. Применяют эти резины как конструкционный и защитный материал.
Резину, стойкую к воздействию гидравлических жидкостей, используют для уплотнения подвижных и неподвижных соединений гидросистем, рукавов, диафрагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе каучука СКН, набухание которой в жидкости не превышает 1 - 4 %.
Исследования зависимости перемещения МЖЗ от напряжения в «сухой» и «мокрой» междроссельных камерах ЭГУП МЖЗ
Снятие характеристик устройства на «сухой» междроссельной камере выполнено с целью определения зависимости перемещения магнитожидкост-ной заслонки от состава магнитной жидкости и напряжения, подаваемого на вход устройства. Методика проведения эксперимента: 1. Изготавливаются магнитные жидкости для заслонки с различным процентным соотношением ферритовых опилок и глицерина. 2. В рабочей камере закрепляется упругая маслостойкая оболочка, заполненная магнитной жидкостью, на катушки электромагнитного преобразователя подается и фиксируется управляющее напряжение, фиксируется сила тока. 3. Фиксируется перемещение МЖЗ.
Анализ результатов экспериментальных исследований показал: 1. Практически одинаковое смещение заслонки имеет место при использовании эквивалента МЖ «глицерин, ферритовые опилки» в соотношении 5:2 и магнитной жидкости марки Т-40;
Исследования зависимости перемещения МЖЗ от напряжения, подаваемого на ЭМП, в «мокрой» междроссельной камере ЭГУП МЖЗ, выполнены с целью определения воздействия давления рабочей жидкости на перемещение магнитожидкостной заслонки с фиксированным составом магнитной жидкости.
Методика проведения эксперимента заключается в следующем: 1. В ЭГУП МЖЗ устанавливаются сопла диаметром 0,003 м на расстоянии друг от друга 0,012 м, постоянные дроссели диаметром 0,002 м, МЖЗ с эквивалентом МЖ «глицерин, ферритовые опилки» в соотношении 5:2. 2. На правую катушку ЭМП подается управляющее напряжение от 0 до 6 В и фиксируется сила тока. 3. На вход ЭГУП подается давление питания: 0,095 МПа, 0,115 МПа. 4. Фиксируется перемещение МЖЗ. , По результатам экспериментов построены зависимости смещения магнитожидкостной заслонки от напряжения на электромагнитном преобразователе при заданных давлениях .
Анализ результатов экспериментальных исследований показал: максимальное перемещение заслонки при малых значениях напряжений имеет место при рк = 0,095 МПа, dc = 0,003 м.
Итоговой статической характеристикой электрогидроусилителя-преобразователя является зависимость расхода через золотниковый гидрораспределитель от напряжения, подаваемого на электромагнитный преобразователь.
Анализ результатов экспериментальных исследований показал: 1. Увеличение расстояния между соплом и заслонкой ведет к увеличению управляющего напряжения и, следовательно, к увеличению входной мощности В ЭГУП МЖЗ присутствует расход рабочей жидкости при нулевом сигнале управления, что обусловлено наличием радиального зазора между плунжерами золотникового распределителя и гильзой золотника; С увеличением входного давления чувствительность золотникового гидрораспределителя уменьшается и увеличивается напряжение для смещения золотника, однако, для достижения определенного значения расхода через золотниковый гидрораспределитель при увеличении входного давления значение напряжения уменьшается.
Исследования динамических характеристик электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка
Исследования динамической характеристики проводились экспериментальным путем. Определялась переходная функция ЭГУП МЖЗ: изменение вы-ходной координаты — смещение золотникового распределителя во времени при ступенчатом изменении входной координаты - напряжения на электромагнит--ном преобразователе. Значение напряжения выбрано исходя из условия полного перекрытия сопла диаметром 0,003 м заслонкой при давлении рк = 0,115 МПа и составило U = 3
Полный факторный эксперимент проведен для оптимизации конструкции ЭГУП МЖЗ. Для получения математической модели ЭГУП МЖЗ строится его идеализированная модель на основе изучения физических процессов в нем, и уточняются значения параметров модели на основе результатов экспериментов.
Величина коэффициента соответствует вкладу данного фактора в величину параметра оптимизации при переходе фактора с нулевого уровня-на верхний или нижний.
Воспроизводимость эксперимента является одним из важнейших требований планирования эксперимента, так как каждый эксперимент содержит элемент неопределенности вследствие ограниченности экспериментального материала. Постановка параллельных опытов не дает полностью совпадающих результатов, потому что всегда существует ошибка воспроизводимости.
Система автоматического управления топливоподачей двигателя автомобиля КамАЗ
Для оснащения электронным регулятором топливоподачи дизельного двигателя автомобиля КамАЗ [77] может быть использован электрогидравлический регулятор, включающий в себя ЭГУП МЖЗ, воздействующий на рейки топливного насоса высокого давления (рис. 4.3). При этом изменения конструкции топливного насоса высокого давления (ТНВД) при модернизации незначительны.
Каждая секция топливного насоса обеспечивает работу одного из цилиндров дизельного іДвигателя, поэтому число, секций топливного насоса опре і деляется числом его цилиндров. В нижней части корпуса 1 насоса на двух шарикоподшипниках 20, уплотненных самоподжимными сальниками, установлен кулачковый вал 12 с шестерней 11. На кулачковом валу имеются профилированные кулачки 19 для каждой насосной секции и эксцентрик 14 для приведения в движение насоса низкого давления, который крепится к прива-лочной плоскости 13 насоса высокого давления.
Насосные секции установлены в верхней части "корпуса и крепятся винтами. Основной частью каждой, насосной секции является плунжерная пара, состоящая из плунжера 6 и гильзы.
При вращении кулачкового вала 12 насоса выступ кулачка 19 набегает на роликовый толкатель 18, который через болт воздействует на плунжер 6 и перемещает его вверх. Когда-выступ кулачка выходит из-под ролика толкателя, пружина, упирающаяся в тарелки 28, возвращает плунжер в первоначальное положение. Рейка 3 входит в зацепление с зубчатым венцом 4 поворотной втулки 16, надетой на гильзу, а в вертикальные пазы нижней части втулки вхо дят выступы 17 плунжера.
При перемещении рейки 3 вдоль ее оси втулка 16 поворачивается на гильзе и, действуя на выступы 17 плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого к форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом, входящим в ее продольный паз. Задний конец рейки соединен с тягой 10 регулятора частоты вращения коленчатого вала, ус тановленного в корпусе 9.
ЭГУП МЖЗ приводит в движение гидравлический поршень, шток которого связан с рейками 3 топливного насоса высокого давления и с возвратной пружиной. Обратную связь обеспечивают датчик положения (ДП) рейки топливного насоса высокого давления и датчик частоты вращения (ДЧВ) коленчатого вала (KB). Микропроцессор вычисляет разницу между заранее заданным значением напряжения и измеренным датчиками и выдаёт электрический сигнал рассогласования. Достоинствами такой системы является улучшение топливной экономичности, повышение ресурса двигателя, снижение дымности и токсичности отработавших газов, гибкость связи электронного регулятора двигателя с другими бортовыми автоматическими системами управления автомобиля, улучшение труда водителей.
Подъемно-рихтовочное устройство, гидравлическая система которого приведена на рис. 4.5, обеспечивает смещение рельсошпальной решетки в продольном профиле и по уровню на величину, пропорциональную величине электрического сигнала, поступающего от системы управления рихтовки. При работе системы сигнал на подъемку пути подаётся датчиком в зависимости от величины отклонения пути в месте выправки от измерительной базы, положение которой определяется двумя точками: задней, находящейся на выправленном участке пути, и передней, находящейся перед выправочно-подбивочно-рихтовочной машиной.
Представленная работа посвящена разработке и исследованию электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка, обеспечивающего качественные показатели систем, управления гид-рофицированным оборудованием с сохранением эксплуатационных показателей.
По результатам работы можно сделать следующие выводы: 1. Из анализа существующих конструкций электрогидравлических усилителей-преобразователей установлено, что перспективной является разработка электрогидравлического усилителя-преобразователя для систем управления гидрофицированными приводами с использованием управляющего переменного дросселя1 с соплом и заслонкой, принцип действия которого основан на. дросселировании потока рабочей жидкости путем перемещения магнитной жидкости, заключенной в упругую оболочку. 2. Проведенный анализ изменения коэффициентов гидравлического сопротивления при изменении геометрических параметров элементов проточной части электрогидроусилителя-преобразователя позволил определить необходимые геометрические соотношения между диаметром проточной части усилителя, диаметром постоянного дросселя и диаметром сопла для минимально энергетически избыточного управления перемещением заслонки. 3. Разработанная математическая модель электрогидроусилителя преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка установила связь между параметрами неоднородного электромагнитного поля и деформацией магнитожидкостной- заслонки, а также- гидравлическим сопротивлением переменного дросселя; позволила, оценить расход на выходе устройства, зави сящий от тока, подаваемого на его вход, получить динамическую характеристи ку электрогидроусилителя-преобразователя. 4. Проведенные экспериментальные исследования показали, что коэффи циент усиления по мощности электрогидравлического усилителя-преобразо 129 вателя изменяется в зависимости от входных и внутренних параметров до 1,69. Постоянные времени апериодического звена второго порядка составляют Т! = 0,18 с, Т2 = 0,0098с. Идентифицированная регрессионная модель усилителя-преобразователя связывает коэффициент преобразования устройства с давлением управления, диаметром сопла и расстоянием между соплом и заслонкой и позволяет определить его оптимальные конструктивные и технологические параметры. 5. Разработанный электрогидроусилитель-преобразователь типа, сопло-магнитожидкостная заслонка имеет плавность характеристик за счет отсутствия облитерации, исключения отрывного и безотрывного течений в дросселе сопло-магнитожидкостная заслонка, которые могли бы привести к возникновению высокочастотных колебаний в системах. В связи с этим,предложены системы на базе ЭГУП МЖЗ для автоматизации регулирования расхода технологических жидкостей гидрофицированного технологического. оборудования и станочных гидроприводов. 6. Разработанный электрогидроусилитель-преобразоватёль типа сопло-магнитожидкостная заслонка рекомендован к внедрению в гидроприводе плоскошлифовального станка с прямоугольным столом модели ЗД722 на предприятии ОАО «Балаковорезинотехника», в электрогидравлическом регуляторе то-пливоподачи двигателя автомобиля КамАЗ на предприятии ООО «Август», в гидроприводе выправочно-рихтовочно-подбивочной машины в ООО «Российские железные дороги», в учебном процессе Балаковского института бизнеса и управления, что подтверждают акты о внедрении результатов научно-исследовательских работ.
