Введение к работе
Актуальность работы. Одним из условий повышения быстродействия и точности технологических и транспортных машин является повышение скорости движения их исполнительных механизмов, обеспечивающих интенсификацию их рабочих процессов.
Они как правило обладают большими перемещаемыми и изменяющимися массами и скоростями быстрых и рабочих ходов. В этих условиях сложно обеспечить безударное торможение механизма. Поэтому при проектировании приводов для новых машин и модернизации, существующих необходимо учитывать динамику переходных процессов при движении элементов приводов, особенно на участках торможения.
В условиях быстро развивающегося автоматизированного производства (автоматические линии, роботизированные комплексы оборудования, станочные системы, обрабатывающие центры, разнообразные подъемные и транспортные машины) решение такой проблемы является важной научно-технической задачей обеспечения оптимального управления движениями технических объектов.
В условиях возрастающих требований к приводам машин ограничиваются возможности традиционного параметрического управления их движениями, т.к при повышении скоростей, нагрузок, мощности возрастают потери энергии потока жидкости, снижается качество (быстродействие, точность, устойчивость) рабочего процесса.
Представляют интерес способы и технические средства управления изменением структуры привода «на ходу» или комбинированного структурно-параметрического управления. При этом расширяются возможности управления движениями.
Повышение эффективности функционирования целевых механизмов машин неразрывно связано с сокращением длительности их исполнительных движений, из которых основными являются установочные и рабочие. Первые обеспечивают пространственную ориентацию механизмов, а вторые главное движение подачи при воздействии на обрабатываемый материал, например, при металлообработке, на заготовку.
Удельный вес установочных движений, в общем, времени рабочего цикла составляет (30-35%) поэтому снижение их длительности является актуальным перспективным направлением, повышения производительности технологических и рабочих циклов механизмов и машин. Пневмоприводы, обладая известными преимуществами, успешно решают такие задачи наиболее простыми средствами.
Для решения задачи требуется совершенствование существующих методов проектирования элементов гидро- и пневмоприводов, а также повышение точности и достоверности методов расчета процессов торможения исполнительных механизмов.
Целью работы является повышение быстродействия позиционного пневматического привода установочных движений с гидравлическими регулируемым амортизатором управляющим процессом торможения при прямом и обратном ходе механизмов.
Для достижения поставленной цели в работе решались задачи:
Сравнительным анализом выделенных конкурирующих структур приводов установочных движений механизмов машин обосновать требования к их схемотехническим решениям с автономными гидромеханическими тормозными устройствами, обеспечивающими интенсивное торможение при прямом и обратном ходе.
Определить регулировочные характеристики гидравлического амортизатора и их зависимость от скорости перемещения и масс перемещаемых механизмов установочных движений.
Предложить уточненное математическое описание регулируемого гидравлического амортизатора, раскрывающее его характеристики и параметры настройки.
Вычислительным и натурным экспериментами установить влияние перемещаемых масс и скоростей установочных движений на длительность и качество процесса торможения.
Разработать методику инженерного расчета и проектирования автономных гидравлических амортизаторов для реальных приводов установочных движений с учетом их кинематических, силовых, массогабаритных характеристик.
Апробацией и промышленным внедрением предлагаемых решений и методик расчета обосновать их технико-экономическую целесообразность и практическую значимость.
Методы исследования.
Конструкторский поиск, численные методы, математическое моделирование процесса торможения динамической системы, мониторинг и осциллографирование параметров в реальном времени и пространстве, идентификация характеристик гидравлических устройств, натурный эксперимент, статистическая обработка и анализ полученных данных. Трехмерное компьютерное моделирование гидроаппаратов в среде Unigraphics.
Научная новизна заключается:
-
Обоснованы и реализованы принципы построения быстродействующих приводов установочных движений с автономными тормозными устройствами, обеспечивающими рациональные процессы торможения механизмов при прямых и обратных ходах, при изменяющихся массах, скоростях. (пункт 4)
-
Разработана математическая модель привода со структурно-параметрическим регулированием, содержащую подмодель гидравлического амортизатора, позволяющая оценить качество переходных процессов привода при торможении с различными типами жидкостных амортизаторов. (пункт 5)
-
Установлены регулировочные характеристики и их аналитические аппроксимации предлагаемого внешнего тормозного устройства – регулируемого клапанного амортизатора, обеспечивающих рациональные процессы торможения приводов и уточняющих их обобщенную математическую модель. (пункт 4, 7)
-
Предложена обобщенная математическая модель позиционного пневмопривода с изменяющейся структурой и управляемым процессом торможения подводящих механизмов, раскрывающая поведение его динамической системы при изменяющихся перемещаемых массах и скоростях механизмов установочных движений, что позволяет рассчитать рациональные рабочие циклы установочных движений. (пункт 4, 7)
-
Вычислительным и натурными экспериментами выявлены зависимости длительности и качества процесса торможения от кинематических и силовых характеристик предлагаемого привода, позволяющие определить зоны устойчивого по длительности и точности торможения для различных перемещаемых приводом масс и скоростей установочных движений. (пункт 5)
Практическая ценность работы заключается:
-
В сокращении длительности и повышении точности исполнения рабочих циклов подающих механизмов с быстродействующим позиционным приводом и активным торможением на участках прямого и обратного хода.
-
В разработке и технической реализации гидравлического амортизатора сокращающего затраты времени и средств при инженерном расчете, проектировании, настройке и переналадке подающих механизмов в широком диапазоне перемещаемых масс и режимов движения.
-
В создании и положительной апробации в условиях производства компьютерной версии автоматизированной методики расчета и проектирования позиционного привода повышенного быстродействия и точности с внешними тормозными устройствами, что повышает эффективность создания перспективной техники.
-
В создании информационного и технического обеспечения для модернизации существующих позиционных приводов с параметрическим управлением, повышающего их управляемость, быстродействие и точность.
-
В использовании разработанного стендового оборудования в образовательном процессе ДГТУ, что способствует приобретению устойчивых навыков и умений специалистами, магистрами и аспирантами.
-
В разработке и реализации программной поддержки в среде MathLab и Ms Excel методики автоматизированного расчета пневмопривода установочных движений с двухдвигательной изменяемой структурой, позволяющей оценить поведение реальной динамической системы приводов на этапе проектирования при меньших затратах времени и средств
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на международных и Российских научно-технических конференциях (III Международная научно-практическая конференция «Состояния и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроении». 2010 г., IX Международная научно-техническая конференция «Инновации, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства», 2010 г., XIV Всероссийская научно-техническая конференция студентов и аспирантов, МЭИ, 2010.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, четыре из них в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержащего общие выводы, список литературы из 121 наименования, 5 приложений, 62 рисунков, 3 таблиц и изложена на 164 страницах машинописного текста.
