close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Повышение эффективности гидропривода подачи технологического оборудования.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ле Чунг Киен
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОПРИВОДА ПОДАЧИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Специальность: 05.02.07 - Технология и оборудование
механической и физико-технической обработки
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ростов-на-Дону - 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном
учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО ДГТУ).
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор, зав. каф.
«Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы», ФГБОУ ВПО ДГТУ, г. Ростов на
Дону.
Сидоренко Валентин Сергеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, каф. «Робототехника и мехатроника», ФГБОУ ВПО ДГТУ,
г. Ростов на Дону.
Тугенгольд Андрей Кириллович
кандидат технических наук, доцент каф. «Безопасность жизнедеятельности», Федерального
государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет
путей сообщения», г. Ростов на Дону.
Феденко Алексей Алексеевич
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный
политехнический
университет
(НПИ) имени М.И. Платова», г. Новочеркасск.
Защита диссертации состоится «01» ноября 2013г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д.212.058.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Донской государственный технический университет» по адресу: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ДГТУ, ауд. 252.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.
Автореферат разослан «29» сентября 2013г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
В.Э. Бурлакова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Устойчивое развитие общественного производства
неразрывно связано с интенсификаций рабочих процессов технологического
оборудования. В этих условиях возрастают требования к целевым механизмам
как к вновь создаваемым механизмам технологического оборудования, так и к
модернизируемым действующим.
Такие механизмы, оснащенные различными системами приводов, обеспечивают исполнительные движения инструмента, заготовки и оснастки, формирующих поверхности деталей.
Эффективность металлообработки во многом определяет как индивидуальные характеристики отдельных приводов, так и взаимные кинематические и силовые связи многодвигательных систем приводов. Особенно важно это для разветвленных гидроприводов, обслуживаемых, как правило, одним источником
питания.
В этих условиях сохраняется актуальность научно-технической задачи
улучшения кинематических, силовых и энергических характеристик как автономных, так и функционально связанных гидравлических приводов рабочих
движений (главных и подач) технологического оборудования, повышающих эффективность металлообработки.
Рабочие циклы механизмов подачи формируются установочными, врезными, рабочими, а так же позиционными движениями с изменением направления
движения инструмента или заготовки.
Основным направлением решения задачи является организация оптимальных режимов работы гидроприводов подачи как на отдельных участках, так и на
всем рабочим цикле обработки.
При такой постановке задачи совершенствование механизмы подачи должно осуществляться на основе автоматизированных, многопозиционных гидроприводов повышенного быстродействия и точности управления рабочим циклом. Приводы должны обладать адаптивными свойствами для согласования их
характеристик с другими рабочими движениями при изменяющихся условиях
обработки.
Обладая известными преимуществами, гидромеханические системы широко
применяются в металлорежущем оборудовании, где они обеспечивают высокие
производительность и качество обработки деталей.
Цель диссертационной работы: повышение эффективности гидрофицированного технологического оборудования созданием позиционного гидропривода
подачи повышенного быстродействия и точности.
3
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. На основе анализа известных схемотехнических решений и состояния
научных исследований, обосновать технические требования и принципы
построения автоматизированного позиционного гидропривода механизмов подачи повышенного быстродействия и точности.
2. Разработать многофункционное устройство позиционирования, для
управления рабочим циклом механизма подачи, определить его основных гидромеханические характеристик.
3. Разработать обобщенную математическую модель и исследовать поведение гидромеханической системы рабочих движений сверлильной головки.
4. Вычислительным и натурным экспериментами исследовать динамическую систему привода подачи, установить влияние кинематических и
силовых параметров на точность и быстродействие исполнения элементов рабочего цикла.
5. Провести апробацию и внедрение результатов исследований предлагаемых решений и рекомендации.
Методы исследования. Для решения проведения исследований задач использовались методы синтеза рациональной структуры привода, численные методы математического моделирования, мониторинга гидромеханической системы, многофакторного эксперимента, статистической обработки.
Научная новизна. В диссертационной работе получены результаты, характеризующиеся научной новизной:
1. Обоснована структура, и предложены дополнительные управляющие гидравлические связи в разветвленной гидромеханической системе рабочих
движений, согласующие взаимодействие приводов главного движения и
подачи в рабочем цикле, что необходимо для подержания заданного процесса обработки.
2. Предложен модельно и технически реализован многопараметрический
гидромеханический датчик, установлены его расходно-перепадные характеристики, что позволяет описывать кинематические силовые и энергические характеристики гидропривода, необходимые для мониторинга
и исследования нестационарных динамических процессов гидропривода.
3. Предложена обобщенная математическая модель гидромеханической разветвленной системы рабочих движений инструмента и заготовки, что позволило описать еѐ поведение и траектории движения в реальном времени и
пространстве, обосновать способ адаптации привода подачи к внешним
воздействиям.
4. Установлено зависимости, раскрывающие влияние гидравлических, кинематических и силовых факторов на длительность и точность выполнения
участков перехода на рабочую подачу, врезания, рабочего хода при обработке отверстий, что необходимо для разработки управляющих программ
автоматизированным гидроприводом.
4
5. Установлено влияние коэффициента замедления kv и усилия торможения
на длительность и точность перехода на рабочую подачу, что позволяет
определять зоны минимального устойчивого врезания инструмента.
Практическая значимость работы заключается:
1. Технически реализовано многофункциональное устройство позиционирования с многопараметрическим датчиком, обеспечивающее задание,
исполнение рабочих циклов подачи инструмента с заданным временем и
точностью исполнения.
2. Разработаны компьютерные управляющие программы организации типового рабочего цикла сверлильной головки, что сокращает затраты
времени и средств на накладку оборудования.
3. Адаптивный гидропривод зависимой подачи инструмента поддерживает
стабильную подачу на один оборот инструмента, и обеспечивает повышение эффективности процесса обработки.
4. Апробацией и внедрением результатов исследования, предлагаемых
технических решений и рекомендаций на производстве и в учебном
процессе ВУЗа подтверждается их техническо-экономическая целесообразность.
Реализация результатов работы
Результаты работы внедрены в учебно-лабораторный практикум дисциплины «Гидрофицированное техническое оборудование» в ГОУ ВПО ДГТУ на кафедре «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы», и на Заводе
металлоконструкций ЗАО «ЗМК» (г. Кисловодск) в координатно-сверлильном
полуавтомате с гидроприводом подачи инструмента.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
XII Международной научно-технической конференции «Промышленная
гидравлика и пневматика», ДНТУ (г. Донецк, Украина) в 2011 г.; Научнотехнических конференциях «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии» Донского государственного технического университета 2011 г., 2013г.;
Юбилейная международная конференция «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии» Донского государственного технического университета
2012 г.; Международной научно-технической конференции молодых учѐнных
«Динамика и виброакустика машин», Самарский государственный аэрокосмический университет 2012 г.; журнал Вестник ДГТУ; журнал Фундаментальные исследования; журнал Инженерский вестник Дона.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ в печатном и электронном виде, три из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, одна
в международном изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,
заключения, общих выводов, списка литературы и приложений. Результаты исследований представлены на 165 страницах основных текста, включающего 80
рисунков, 12 таблиц, библиографию из 91 наименования. Содержание приложений изложено на 15 страницах.
5
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы и исследуемой научнотехнической задачи, определены цель работы и решаемые в ней задачи, приведены научная новизна и основные результаты выполненных исследований.
В первой главе. В результате анализ современного технологического оборудования, выделены основные тенденции его развития: интенсификация рабочих процессов автоматизация обработки, модульное построение механизмов
технологического оборудования, создание гибких адаптивных систем исполнительных движений. Выполнен обзор применяемых гидроприводов, проведен
анализ их управляющих устройств, формирующих контур управления и обеспечивающих позиционные циклы гидроприводов силовых подающих механизмов
технологического оборудования.
Подробно рассмотрены систем приводов целевых механизмов и автоматизированного технологического оборудования, обеспечивающие исполнительные
движения инструмента в процессе обработки отверстий. В этих условиях активно развиваются автоматизированное технологическое оборудование (АТО), обладая известными преимуществами, гидроприводы наиболее полно отвечают современным тенденциям развития техники и широко применяют в АТО.
Вопросам создания таких приводов, их динамического анализа, синтеза
технических решений и их автоматизированного проектирования посвящены работы: Трифонова О.Н., Попова Д.Н., Цухановой Е.А., Ермакова С.А., Сидоренко
В.С., Ивацевича Ю.Б. и других. Получены фундаментальные представления о
поведении гидромеханических систем приводов механизмов и машин. Однако
они в большей степени касаются отдельных элементов рабочих циклов механизмов машин и не дают представления о поведений гидроприводов в полном рабочем цикле механизмов подачи, характерных для автоматизированного технического оборудования.
Важным требованием к приводам АТО является обеспечение высокой точности перехода системы из одного состояния в другое, например, переход со
скорости быстрого подвода на рабочую подачу и на скорость позиционирования
в конце обработки.
Планируемый при наладке недоход инструментов и дотягивание исполнительных механизмов до врезания инструмента на рабочей подаче заметно увеличивает потери времени, особенно для станков с коротким рабочим циклом.
Важным обстоятельством является и то, что изменение скорости, при которой происходит переключение управления гидродвигателя приводит к увеличению размаха варьирования значений координаты момента переключения
управления tП. Тогда при возможном сокращении времени разгона или быстрого
подвода увеличиваются путь и время перехода ПГМУ на следующий элемент
позиционного цикла, а при переходе на рабочую подачу или скорость позиционирования время дотягивания на рабочей подаче. При этом, как известно, возникает проблема устойчивости медленных позиционных перемещений. Поэтому
повышение быстродействия ПГМУ неразрывно связано с необходимостью со6
здания устройств, управляющих гидродвигателями, элементами цикла, другими
движениями рабочего цикла станка.
В результате снижаются производительность, точность и надежность металлообрабатывающего оборудования, что ограничивает его технологические
возможности, увеличивает затраты мощности, эксплуатационные расходы. Они
характерны для токарных, токарно-револьверных станков, токарных автоматов,
полуавтоматов, координатно-сверлильно-расточных станков, станков с ЧПУ и
ЦПУ, агрегатных станков и автоматических линий и роботизированных комплексов, в которых применяются ПГМУ с программным гидроприводом.
Выполненный обзор и оценка состояния вопроса темы диссертации позволили определить цель и основные задачи научно-исследовательской работы.
Во второй главе. Решаются задачи схемотехнического поиска гидромеханической системы (ГМС) рабочих движений металлообработки для самодействующей сверлильной головки. Этот вид обработки является наиболее характерным
для всего многообразия подающих механизмов и, как правило всегда гидрофицированным.
Для определения направления схемотехнического поиска структурной реализации ГМС и формирования принципов построения гидропривода подачи инструмента рассматривается его типовой рабочий цикл (рис.1) с традиционной
трапецеидальной 1 и оптимальной 2 траеториями. Они состоят из участков
быстрого подвода АВС (Lбп), врезания СD (Lвр), рабочей подачи DЕ (Lрп) и останова с позиционированием EF (Lпз).
Рис.1. Обобщенная траектория движения гидропривода подачи сверлильной головки
Указанные участки общей траектории реализуются соответственно движениями установочными, врезными, подачи, позиционирования. Они обеспечива7
ются одним гидроприводом подачи, в автоматическом режиме в реальном времени и фазовом пространстве. При оптимальном управлении рабочим циклом
подачи с достигается минимальном временем рабочего цикла Tц и заданной
точности переключения управления приводом.
Участки установочных движений АВ и позиционирования EF описаны задачей оптимального быстродействия в работах Сидоренко В.С. и рассчитывались по их рекомендациям. Поэтому объектом настоящего исследования являлись участки замедления движения BC, врезания CD и рабочей подачи DE. Как
известно, для организации оптимального управления сложными траекториями
необходимы специальные технические средства. В нашей задаче – это многопараметрический датчик (заявка на изобретение №2013027083(028483) от
02.07.2013 Гидравлический датчик//Ле Чунг Киен, Сидоренко В.С, Ракуленко
С.В.), фиксирующий кинематические, силовые и энергические характеристики
привода, направляемые в систему управления приводом.
Обобщенная структура схема гидромеханической системы рабочих движений самодействующей сверлильной головки представлена на рис.2. Она отвечает
техническое решение задачи повышения эффективности механизмов подачи
АТО. Разветвленная структура имеет два взаимосвязанного привода с одним источником питания ИП. Гидромотор ГМ обслуживает главное движение – вращение инструмента, а гидроцилиндр ГЦ – движение подачи.
ГМД
Рис. 2. Структурная схема гидромеханической системы рабочих движений СГ
ИП – источник питания; РУ1, РУ2 – управляющие распределители; ГМ гидромотор; ГЦ - гидроцилиндр; МПИ – механизм подачи инструмента; ГУК гидроуправляемый клапан; ППМ – передаточно-преобразующий механизм; ЗП задатчик перемещений; ГМД – гидромеханический датчик; МГД – механизм
главного движения; Fн – усилие нагрузки; xу - управляющее воздействие; ИБ –
измерительный блок, ДР – дроссели.
8
Управляющая подсистема реализует алгоритм выполнения позиционных
перемещений привода в автоматическом цикле. Возможности получения оптимальных или субоптимальных траекторий движения обеспечивает оригинальный
контур управления, образуемый гидроуправляемым клапаном ГУК и гидромеханическим датчиком ГМД кинематически связанным передачей i1 с перемещением гидроцилиндра ГЦ.
ГУК соединяется с приводом вращения инструмента, управляющей гидравлической линией связи при изменении крутящего момента на сверле повышения давления Р11 на ГМ, формирует мощный гидравлический управляющий
сигнал Pу на ГУК, прикрывает слив с ГЦ подачи, уменьшая Vп в результате сохранятся подачи S0 на один оборот сверла.
На рис.3 представлены схема и общий вид гидромеханического датчика,
состоящего из корпуса 1 с крышкой 2, диска 3 имеющего прорези, установленный на валу 4. Диск кинематически связан с гидродвигателем. В корпусе радиально по отношению к диску размещен сопловой элемент, включающий корпус
5, с расположенными в нѐм соплом 6, дросселем 7 и датчиком давления 8.
Рис.3. Гидромеханический датчик
При вращении диска, его прорези прерывают поток рабочей жидкости, что
вызывает изменения давления в корпусе соплового элемента, преобразуемые
датчиком давления 8 в последовательность дискретных импульсов, фиксируемых блоком измерения и поступающих в ПЛК. Величина перемещение L, φ
определяются количеством дискрет, а скорость v, ω – частотой их следования.
Специальной программой поддержкой ПЛК фиксируются в реальном времени
9
кинематические L, φ, v, ω, силовые Fн, Мн. Осциллограмма типового рабочего
цикла механизма подачи представлена на рис.4.
РГМД,
Рис. 4. Осциллограмма нестационарного процесса в реальном времени при
натурных исследований.
При сравнении характеристик ГМД и эталонного датчика перемещения
подтверждается достоверность измерений предлагаемого датчика.
На рис.5 представлены расходно-перепадные характеристики ГМД, полученные методом проливки на специальном стенде. Они позволили уточнить
подмодель датчика при формировании обобщенной модели гидромеханической
системы механизма подачи.
а,
б,
Рис. 5. Зависимость расхода гидромеханического датчика от скорости перемещения (а) и давления на входе (б).
Введение дополнительных гидравлических линий связи Р у=Р11 в ГМС рабочих движений сверлильной головки, разработка и апробация гидромеханического датчика позволили завершить схемотехнический поиск адаптивного гид10
ропривода подачи повышенного быстродействия и точности. Его результаты
представлены гидромеханической схемой привода на рис.6 установкой на сливной гидроцилиндра ГЦ гидроуправляемого клапана ГУК с тремя управляющими
гидролиниями связи Р11, Р23, Рн обеспечиваются интенсивное торможение клапаном на участке BC ( при отклонении Р3) стабилизация скорости рабочей подачи
Vп(участок ЕF) от Рн.
Рис.6. Гидрокинематическая схема адаптивного привода подачи СГ
ГЦ – гидроцилиндр, ГМ – гидромотор, ГМД – гидромеханический датчик, ГУК гидравлический управляющий клапан, Р1,Р2,Р3- распределители, ДР1, ДР2 –
дроссели, Н – насос, Ру – давление управления.
Как уже отличено ГУК, дополняя информационный контур ГМД + БИ +
ПЛК реализует многофункциональны управляющее устройство (МФУУ), обеспечивающее изменение структуры гидропривода подачи «на ходу» для сокращения длительности рабочих циклов при заданной точности управления процессом
металлообработки.
Третья глава посвящена формированию обобщенной математической модели гидромеханической системы рабочих движений сверлильной головки и исследованию поведения еѐ динамической системы при выполнении типового рабочего цикла обработки отверстия.
11
Поведение таких систем осложняется нестационарностью гидромеханических процессов, взаимным влиянием главного движения и подачи, наличием
управляющих линей связи в контуре управления. Поэтому на различных этапах
исследования принимали допущения и ограничения:
– принимается одномассовая модель механической подсистемы;
– динамические процессы протекают в окрестности точки нагрузочной характеристики привода принимали QН=const , Рн = const;
– сила вязкого трения в подвижных сопряжениях пропорциональна скорости;
– формирование расхода через гидромеханический датчик осуществляется зависимостью Qгмд=f(v,P) полученной экспериментально;
Предлагая структура обобщенной математической модели разветвленной гидромеханической системы рабочих движений содержит подмодели подсистем
ГМС управляющих устройств и линий связи.
1. Привод главного движения:
1.1. Уравнение движения механической подсистемы привода:
d 2
d
J

M

M

M
sign
(
);
гм
н
тр
dt 2
dt
(1)
где J – приведенный момент инерции вращающихся масс привода; Мгм - крутящий момент гидромотора, Н∙м; Мтр- момент от сил сухого и вязкого трения, Н∙м;
Мн - крутящий момент при сверлении, Н∙м;
1.2. Уравнение расходов в напорной линии имеет:
Qгм  Qу 11  Q сж11  Q п1  11.S др .
2

( PН  P11 )
(2)
где Qгм - расход гидромотора, м3.с-1; Qу11 - расход на компенсацию утечек, м3.с-1;
Qп1 - расход на перетечки рабочей жидкости, м3.с-1; Qсж11 - расход на компенсацию деформируемого объема жидкости в полостях гидромотора и подводящих
каналов, м3.с-1; Sдр– сечение проточной части дросселя, м2; Рн – давление насоса,
МПа; Р11 – давление в напорной линии гидромотора, МПа;
1.3. Уравнение расходов в сливной линии:
Qгм  Qу 12  Q сж12  Q п1  12. .d12.x12
2

( P12  P13 ) ;
(4)
где Qу12 –расход на компенсацию утечек, м3.с-1; Qсж12 – расход на компенсацию
деформируемого объема жидкости, м3.с-1; Р13 – давление на сливе, МПа; Р12 12
давление сливной линии гидромотора, МПа; xij , dij - характерный размер соответствующего гидроаппарата, м;
2. Привод подачи инструмента.
2.1. Уравнение движения механической подсистемы:
d 2L
m 2  Sп1P21  P22Sп 2  Fтр  Fн  Fгмд ;
dt
(4)
где L – перемещение поршня, м; m – приведенная перемещаемая масса, кг; Fносевая сила на сверле, Н; Sп1- площадь поршневой полостей гидроцилиндра, м2;
Sп2- площадь штоковой полостей гидроцилиндра, м2; Fтр – сила трения, Н; Fгмд –
сила трения ГМД, Н; Р21 – давления напорной линий; Р21 – давления сливной линии;
2.2. Уравнение расходов в напорной линии:
Qгц1  Qу 21  Qсж 21  Qп 2  Qгмд  21.d 21.x21
2

( PН  P21)
(5)
где Qгмд расход через гидромеханический датчик; Qгц1 - расход, идущий на гидроцилиндр, м3.с-1; Р21 - давление в напорной линии гидроцилиндра, МПа;
2.3. Уравнение расходов для сливной линии:
Qгц2  Qу 21  Qсж 21  Qп 2  ( .k р  (1   ) .k др  (1   ).kгук ) Р22  Рсл (6)
где Р22 – давление в сливной линии гидроцилиндра, МПа;  ,  - Булевы параметры.  =1 при включении распределителя Р3;  =0 при отключении распределителя Р3;  =1 при перемещении золотника ГУКа xy(t)<xу0;  =0 при xy(t)> xу0; kр
– коэффициент проводимости проточной части распределителя; kгук – коэффициенты проводимости проточной части клапана; kдр – коэффициенты проводимости
проточной части дросселя;
2.4. Уравнение гидравлического клапана:
mуу.
d 2 xу
dt 2
 k ту .
dxу
dt
 Су .( х0  xу )  k уу.Py  Fту 0 .sign
dxу
dt
;
(7)
где mуу –масса золотника ГУКа, Н.м-1с2; kту – коэффициент вязкого трения; су –
жесткость пружины ГУКа, Н/м; Pу – давление управления ГУКа, МПа; Fту0 – сила сухого трения пары, Н;
13
После объединения полученных уравнений (1.1-2.4) и некоторых преобразований, получим обобщенную математическую модель гидромеханической системы:
d
  (t );
dt
d
1
J

qм ( Р11(t )  Р12 (t ))   .Cм Sо (t ) D 2 км 
dt 2
d
d
d
 ( M то sign
 kвт
) sign( );
dt
dt
dt
qгм  Wл dP11
2
q d
 11.Sдр.
( Pн  P11(t ))  гм 

Eсм
dt

2 dt
(8.1)
(8.2)
(8.3)
 k у11.Р11(t )  kп1.( Р11(t )  Р12 (t )).sign( Р11(t )  Р12 (t ));
qгм  Wл 2 dР12
d
 qгм 
 k у12.Р12 (t )  kп1.( Р11(t )  Р12 (t )).sign( Р11(t )
Eсм
dt
dt
 Р12 (t ))  12. .d р .xр
2

( P12 (t )  Pсл ) ;
dL
 v(t );
dt
m
(8.4)
(8.5)
dv
 Sп1P21(t )  Sп 2 P22 (t )  Fтр sign(v(t ))   .Cр Sо (t ) Dкр  Fгмд ;
dt
Sп1.L(t )  W21 dP21
2
dL
.
 21.d 21.x21
( Pн  P21(t ))  Sп1.

Eсм
dt

dt
(8.6)
(8.7)
 k у 21.Р21(t )kп 2 .( Р21(t )  Р22 (t )).sign( Р21(t )  Р22 (t ))  Qгмд (v(t ));
S п1 .L(t )  W22 dP22
.
 S п2 .v(t )  k п2 .( Р21 (t )  Р22 (t )).sign( Р21 (t )  Р22 (t )) 
E см
dt
(8.8)
 k у 22 .Р22 (t )  ((1   ).k р   .(1   ).k др   .k кр ) Р22 (t )  Рсл ;
dxy
dt
mуу.
 vy (t );
dvy
dt
(8.9)
 k yy.P12 (t )  Fту 0 .sign(vy )  k ту .vy  Су .( х0  xy (t ));
14
(8.10)
Исследование модели выполнено с использованием программной поддержи
matlab численным методом (Рунге-Кутта) при следующих исходных данных:
приведенная перемещаемая масса mпр = 100 Н.м-1с2; диаметр поршня dп = 50мм;
диаметр штока dш = 25мм; плотность рабочей жидкости   880 кг/м3;– модуль
объемной упругости Eсм  1700 МПа; коэффициент вязкого трения в подвижных
сопряжениях kВТ  0,11 Нс/м; давление питающей установки PН = 3 мПа; диаметр сверления 10 мм; длина участка разгона 70мм; ход перемещения 170мм.
При моделировании более подробно исследовались участки замедления
∆Lзм (перехода с Vбп на скорость рабочей подачи инструмента). Результаты представлены на рис.8.
Рис. 7. Динамика рабочего цикла разгон до Vбп переход на различные (1,2,3,4)
рабочие подачи инструмента.
В результате анализа динамики процесса перехода на рабочую подачу и
установления зависимости длины Lзм от задаваемых Vрпi, усилия торможения Fт
и других параметров динамической системы представляется возможным определять длины врезания инструмента Lвр с учетом динамики процессы перехода на
Vрп и минимизировать еѐ величину при накладке процесса обработки отверстии.
Для оценки влияния скорости и усилия торможения на длину участка замедления
Lзм, введем безразмерные коэффициентзамедления скорости kз:
V
k з  бп ;
(9)
Vрп
где Vбп – скорости быстрого подвода, Vрп – скорости рабочей подачи.
Установлено что, с уменьшением коэффициента kз, длина участка
замедления Lзм подачи инструмента уменшается. Полученные зависимости
позволяют сократить время перехода гидропривода на рабочую подачу и
настройки его системы управления.
15
а,
б,
в,
Рис.8. Осциллограммы типового позиционного цикла при натурном и вычислительном экспериментах.
При модельном исследовании рабочего процесса всей гидромеханической
системы рабочих движений (рис.8) установлено значительное влияние силовых
воздействий Мко и Fн на частоту вращений инструмента ωср рис.8а и скорость подачу Vп (рис 8б) при автономном приводе подачи. При этом существенно изменяется подача на оборот инструмента S0. Для адаптивного привода подачи,
предлагаемом в работе, еѐ изменение непревышает 5..7% в диапазоне изменения
усилит момента резания до 1,4.
Последующая экспериментальная проверка установленных вычислительным экспериментом положений (глава IV) подтвердила их достоверность при
удовлетворительном качественном и количеством совпадения результатов.
16
В четвертой главе проведены экспериментальные исследования гидропривода
подачи инструмента с МФУУ - ГМД. Исследования проводились на специальном
стендовом оборудовании (рис.9), позволяющем подтвердить результатов математического моделирования гидропривода подачи инструмента при сверлении.
Содержание экспериментальной части включает исследования: процесса
разгона, замедления, режим рабочей подачи инструмента и останова гидропривода, траектории движения, изменения скорости, ускорений, давлений на входе
и выходе гидроцилиндра.
Рис.9. Стенд-модель для исследования ГМС рабочих движений сверлильной головки.
1–насосные станции; 2–гидромотор; 3,4–гидроцилиндры; 5–гидромеханический
датчик; 6–ГУК; 7–линейный датчик; 8,20–датчик давления; 9 – расходомер; 10–
порошковый тормоз; 11–датчик вращения; 12,13,14 – манометр; 15,18,19,23–
распределители; 16–блок управления; 17–дроссель; 21–переменный резистор; 22–
управляющий панель с дросселем; 23–компьютер; 24–ЦАП-АЦП «L-Card E2010»;25–преобразователь тока;26–Измерительный модуль ОЕВ (тактометр – термометр).
Стенд позволяет спланировать и осуществить многофакторный эксперимент для
определения оптимальных по быстродействию и точности при замедлении с
17
быстрого подвода на рабочую подачу гидропривода. Основное содержание экспериментальной части
1. Предварительные испытания и исследования оценивали правильность
функционирования, работоспособность предлагаемого многофункционального управляющего устройства на основе гидромеханического датчика.
2. Идентификация рабочих процессов с определением расходно-перепадных
характеристик гидромеханического датчика.
3. Исследование субоптимальных позиционных циклов гидропривода механизмов подачи инструмента, обеспечивающей быстродействие и точность
выполнения всех этапов.
4. Исследование силовых и кинематических характеристик гидромеханической системы подачи инструмента, существенно влияющих на быстродействие и точность рабочего цикла.
Осциллограммы натурного эксперимента (рис.10) получены при помощи платы
ЦАП-АЦП «L-Card E20-10» с программной поддержкой интерфейса обработки
данных PowerGraphv.3.8. Сравнение результатов натурного (рис.10) и математического экспериментов (рис 7), отображает хорошее качественное совпадение по
времени и точности рабочего цикла и удовлетворительное количественное несовпадение составляет 11..14%. При этом можно отметить достаточную для заявленных требований и ограничений адекватность разработанной обобщенной
математической модели сложной гидромеханической системы рабочих движений сверлильной головки.
Рис.10. Осциллограммы типового рабочего цикла подачи сверлильной головки
1 - сигнал от расходомера, 2 – расход через ГМД, 3 - давление Р21 в гидроцилиндре, 4 - импульсный сигнал при вращении диска, 5 – перемещение гидроцилиндра подачи, 6 – скорость, 7 – ускорение.
18
Многофакторным экспериментом установлено влияние параметров привода
подачи на быстродействие и точность на участке перехода с быстрого подвода на
рабочую подачу гидропривода.
- влияние коэффициента замедления и усилия торможения на точность перехода на Vрп;
- влияние коэффициента замедления и усилия торможения на быстродействие;
Точность замедления Lзм определяли выражением:
Lзм = Lв + ∆L,
(10)
где Lзм – положительный выбег гидроцилиндр, рад;
∆L – рассеяние выбега, рад.
Оценка влияния скорости подачи на точность перехода на рабочую подачу,
приведенная на рис.11, показывает, что точность повышается в 1,5 раза (от 118 до
78 мкм) с повышением коэффициента замедления скорости в 2 раза (kз = 0,3...0,7).
В общем случае, точность перехода на рабочую подачу не превышает 200мкм, что
удовлетворяет заявленным требованием.
Установлено так же влияние усилия торможения на точности перехода
(рис.12). Точность повышается в 1,8 (от 140 до 80 мкм) раза с увеличением усилия
торможения (от 1100 Н до 2200 Н) в 2 раза.
LВР
LВР
kз
Рис.11. Влияние коэффициента замедления скорости на точность перехода на
рабочую подачу
Fт
Рис.12. Влияние усилия торможения
на точность перехода на рабочую подачу
Зависимости на рис 11,12 позволили выделить зоны устойчивого врезания Lвр,
используемые при наладке процесса обработки, минимизация Lвр особенно эффективна при глубоком сверлении.
Получены упрощенные модели в виде полиномов второй степени для определения критериев быстродействия и точности гидропривода подачи инструмента в
зависимости от безразмерной величины замедления. Разработанные компьютерные
программы в среде Mathcad могут применяться при инженерных расчетах гидропривода подачи инструмента. Результаты представлены на рис.13,14 в виде трехмерных графиков зависимости выбранных критериев быстродействия и точности
19
замедления от его характеристик в относительных значениях скоростей kзм – x1 ,и
усилия торможения Fт – x2.
FТ
FТ
Рис.12 Влияние коэффициентов замед-
Рис.13 Влияние коэффициентов замед-
ления скорости и усилия торможения на
ления скорости и усилия торможения
быстродействия У1.
точности перехода на Vрп
Уравнения регрессии в символьных переменных с учетом полученных коэффициентов принимают виды:
Y  1,956  0,833x  0,55x  0,067 x x  0,1x 2  0,317 x 2
(10)
1
1
2
12
1
2
Y  89,668  20,834 x  24,5x  3,501 x x  7,75x 2 12,499 x 2
(11)
2
1
2
12
1
2
Преобразованные относительные оптимальные значения факторов в реальные
значения параметров управления процессов подачи составили:
 k опт  0,7 и Fтопт  1200 Н , обеспечивающих максимальное быстродействие
зм
при Y1опт=0,01956 с;
 k опт  0,7 и Fтопт  2200 Н , обеспечивающих максимальную точность при
зм
Y2опт=61,118 мкм (в области идентификации).
В пятой главе приведены технические решения и результаты практической
апробации результатов исследований. Внедренный в условиях производства на
ЗАО «ЗМК» (г. Кисловодск), гидропривода подачи инструмента координатносверлильного станка решает задачу сверления большого количества отверстий в
узлах крепления ферменных конструкций. Исследование точности и быстродействия гидромеханической системы подачи инструмента, позволило выбрать рациональные параметры настройки сверлильной головки.
В учебном процессе кафедры «Гидравлика, ГПА и ТП» ДГТУ (Ростов на
Дону) внедрены две учетно-исследовательские лабораторные работы по дисциплины «гидрофицированные технологические оборудования»
20
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
1. Обоснованы и реализованы схемотехническим решением принципы построения адаптивного гидропривода механизмов подачи АТО повышенного быстродействия и точности, обеспечивающего рациональные рабочие циклы металлообработки.
2. Созданием многопараметрического гидромеханического датчика, и интеграцией его с электронным блоком, существенно расширяются возможности оценки
и мониторинга кинематических, силовых и энергических характеристик гидропривода подачи, необходимые для оптимального управления рабочими циклами
обработки.
3. Идентификацией нестационарных гидромеханических процессов датчика на
проливочном стенде установлены расходно-перепадные характеристики устройства, позволившие уточнить его математическую модель.
4. Разработана обобщенная математическая модель гидромеханической системы рабочих движений для обработки отверстий, позволившая исследовать взаимные связи привода главного движения и подачи при изменяющихся нагрузках и
реализовать адаптивные свойства последнего.
5. Вычислительным и натурным экспериментами исследовано поведение динамической системы гидропривода на участке перехода врезания на рабочую подачу и позиционирования в конце обработки, установлено так же влияние кинематических и силовых характеристик процесса обработки на их длительность и точность последовательного перехода от одного элемента рабочего цикла к другому.
6. Предлагаемыми схемотехническими решениями, натурным и математическим моделированием гидромеханической системы рабочих движений сверлильной головки с адаптивным гидроприводом подачи и построенным на их основе
компьютерными управляющими программами для рабочего цикла обработки отверстий, оптимальных или субоптимальных процессов обработки и, как следствие
повышать эффективность гидроприводов подачи АТО. Длительности рабочего
цикла подачи составляет (12…14%) достигаемая точность перехода с быстрого
подвода на рабочую подачу 50..80мкм.
7. Апробацией и внедрением результатов исследования рекомендаций и разработок в образовательный процесс и на производстве подтверждают их практическую значимость и техническо-экономическую целесообразность.
21
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
Публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Ле Чунг Киен Многофункциональное гидромеханическое устройство позиционирования целевых механизмов станочных систем повышенного быстродействия и точности./ В.С. Сидоренко, Ле Чунг Киен // Вестник ДГТУ. - 2013. –
№.5-6.– c.156-162.
2. Ле Чунг Киен Мехатронный измерительный модуль параметров исполнительных движений станочных систем. / В.С. Сидоренко, Ле Чунг Киен, Д.Д. Дымочкин//Инженерный Вестник Дона. – Ростов-на-Дону: Ростовское региональное отделение Российской Инженерной Академии – №3, 2013. – №.Гос.рег.
0421100096 – URL: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1747
3. Ле Чунг Киен Динамика разветвленного гидропривода рабочих движений
станочных систем./ Ле Чунг Киен, В.С. Сидоренко // Фундаментальные исследования. – 2013. – №.10. (часть 3). – С.509-515.
Публикации в других изданиях:
4. Ле Чунг Киен Позиционный гидропривод силовых подающих столов станочных систем / В.С. Сидоренко, М.С. Полешкин, Ле Чунг Киен // Промислова
гідравліка і пневматика. – 2011, - № 4(34). – С.64-69.
5. Ле Чунг Киен Повышение быстродействия и точности линейного позиционного гидропривода агрегатной сверлильной головки станка/ Ле Чунг Киен,
В.С. Сидоренко // Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии: сб.
трудов X Междунар. науч. техн. конф. / ДГТУ–- Ростов н/Д, 2012, с 417-423.
6. Ле Чунг Киен Динамика позиционного гидропривода подачи инструмента
технологического оборудования /Ле Чунг Киен, В.С. Сидоренко // Динамика и
виброакустика машин: сб. трудов Меж. Науч.- техн. конф. с участие молодых
Ученных, СГАУ. - Самара, 2012.– С.173-174.
7.
Ле Чунг Киен High-torque positional hydraulic gear of high operation
speed and accuracy./ Ле Чунг Киен, Бедный Д. // Инновационное развитие и развитие инновации: сб. трудов X Меж. студ. науч. прак. конф. / ДГТУ– Ростов н/Д,
2011, с 114-117.
22
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
9
Размер файла
1 082 Кб
Теги
технологическая, эффективность, подачи, оборудование, повышения, гидроприводы
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа