Синтез систем керування приводами подач металообробних верстатів на основі розробки автономних електрогідравлічних модулів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 621.924

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

СИНТЕЗ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ ПРИВОДАМИ ПОДАЧ МЕТАЛООБРОБНИХ ВЕРСТАТІВ НА ОСНОВІ РОЗРОБКИ АВТОНОМНИХ ЕЛЕКТРОГІДРАВЛІЧНИХ МОДУЛІВ

Крахмальов Олександр Вікторович

Спеціальність 05.02.03 - системи приводів

Харків - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському державному політехнічному університеті

Міністерства освіти України, м. Харків

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Долгих Іван Дмитрович

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор

Лєбєдєв Анатолій Тихонович,

Харківський державний технічний університет

сільського господарства,

завідуючий кафедрою “Трактори та автомобілі”

кандидат технічних наук, доцент

Серховець Олег Іванович,

Харківський державний політехнічний університет,

кафедра “Технологія машинобудування та

металорізальні верстати”

Провідна установа:Інститут машин і систем

Мінпромполітики та НАН України, м. Харків

Захист відбудеться 24 червня 1999 року о 14.00 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.12 у Харківському державному політехнічному університеті за адресою : 310002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного політехнічного університету

Автореферат розісланий “22” травня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованної ради Узунян М.Д.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Технічний рівень, надійність та довговічність систем автоматичного керування гідравлічних приводів подач, які використовуються в верстатобудівному устаткуванні, автоматичних лініях та засобах їх автоматизації, в значній мірі визначається рівнем та якістю застосованої гідроапаратури, особливо тієї, яка виконує функції керування швидкістю переміщення виконавчих гідродвигунів, регулювання гідравлічних параметрів, які забезпечують належну послідовність робочого циклу, а також характеризується точністю систем стабілізації параметрів, що регулюються.

Аналіз стану досліджень щодо забезпечення потрібних характеристик ланок технологічної системи гідропривода виявив, що досить ефективним шляхом підвищення технологічності та продуктивності є удосконалення систем керування гідроприводів подачі металообробних верстатів. Поряд із цим, найбільш перспективним напрямком удосконалення керування є розробка автономних модулей. Такий підхід забезпечує універсальність привода подачі за потрібними функціями.

Для металообробних верстатів, що забезпечують високі технології за рахунок оптимального керування інструментом щодо швидкості руху і зусиллям різання, перспективним є автономний електрогідравлічний модуль лінійного переміщення (ЕГМЛП).

Дисертація виконана на кафедрах “Гідропневмоавтоматика та гідропривід” і “Теорія механізмів, машин і роботів” Харківського державного політехнічного університету в межах науково-дослідної роботи “Удосконалення гідравлічних і пневматичних силових систем та систем керування промислового призначення” і “Розробка механіко-електронних регуляторів частоти обертання”.

ЦІЛЬ РОБОТИ. Забезпечення потрібного керування гідроприводом подачі металообробних верстатів на основі розробки автономних електрогідравлічних модулей з поліпшеними статичними і динамічними характеристиками для підвищення продуктивності та якості продукції.

В межах реалізації цілі роботи поставлені за мету такі задачі:

Розробка функціональної схеми перспективного ЕГМЛП.

Розробка інженерного методу синтезу ЕГМЛП на основі його математичних моделей.

Розробка методики структурного синтезу ЕГМЛП на основі використання пакета прикладних програм ПРАНС, що дозволить на стадії проектування провести раціональний вибір окремих конструктивних та робочих параметрів модуля.

Розробка та виготовлення макетного зразка ЕГМЛП для автоматизації гідроприводу координатно-шліфувального верстата моделі 32К83СФ10.

Проведення експериментальних досліджень ЕГМЛП та його елементів.

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ. Основні задачі роботи були вирішені теоретичними та експериментальними методами. Теоретичні дослідження базуються на використанні основних положень теорії автоматичного керування, математичного моделювання і гідромеханіки.

Експериментальні дослідження ЕГМЛП та його елементів здійснені на спеціальному стенді та верстаті-стенді. Результати експериментальних досліджень піддавали статистичній обробці з використанням методу найменших квадратів.

Для вимірювання різних фізичних величин були використані відомі методи та прилади, а також оригінальний силовий навантажувальний пристрій, який був за імітатора позиційного та інерційного навантажень для визначення зусилля урізання шліфувального круга в шліфуємий дослідний зразок.

НАУКОВА НОВИЗНА РОБОТИ:

На основі всебічного огляду приводів подач металообробних верстатів та теоретичних дослідженнях динамічних характеристик сформульовані загальні принципи керування параметрами руху та вимоги до пристроїв, що це керування реалізують.

Розроблено принципи керування приводами подач, реалізовані в електрогідравлічному модулі лінійного переміщення з поліпшеними статичними і динамічними характеристиками.

Розроблено математичну модель електрогідравлічного модуля лінійного переміщення та отримані уточнені аналітичні залежності для розрахунків коефіцієнтів витрат, гідродинамічної жорсткості та коефіцієнта пропорціональності витікання.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ РОБОТИ:

Запропоновано схему керування гідроприводом подачі за допомогою умонтованого автономного модуля з внутрішнім гідравлічним зворотним звязком, використання якого дозволило автоматизувати процес шліфування, підвищити стійкість шліфувальних кругів в 1,4 - 1,6 рази, уникнути браку по точності та чистоті обробки при загальному поліпшенні і стабілізації якості шліфування, полегшити працю робітника.

На основі математичного моделювання системи керування подачі металообробних верстатів розроблено інженерний метод синтезу ЕГМЛП з поліпшеними статичними і динамічними характеристиками.

Конструкцію автономного ЕГМЛП розроблено на основі серійних гідроагрегатів, що дозволяє без значних витрат модернізувати існуючі системи керування приводами та скоротити термін їх проектування.

Розроблено програмне забезпечення розрахунку автономного ЕГМЛП та окремих його елементів з використанням пакета прикладних програм ПРАНС, яке може бути використано при розробці схожих схем керування подачі різних типів металообробних верстатів.

Достовірність отриманих результатів базується на грунтовних положеннях теорії автоматичного керування, математичного аналізу і гідромеханіки, адекватних математичних моделях, реально відображаючих процеси, що протікають, а також експериментальній перевірці практичних результатів, отриманих з використанням запропонованих методів та засобів.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК АВТОРА. Розроблено функціональну схему системи автоматичного керування ЕГМЛП, що забезпечує безударне урізання шліфувального круга в заготовку шляхом реалізації внутрішнього гідравлічного зворотнього звязку.

Запропоновано інженерний метод розрахунку системи автоматичного керування з ЕГМЛП на основі її математичної моделі, що дозволяє на стадії проектування вибрати конструктивні параметри апаратів і визначити динамічні характеристики.

Одержано аналітичні залежності для розрахунків коефіцієнта витрат, гідродинамічної жорсткості регульованих апаратів модуля; визначено витікання в виконавчому гідроциліндрі; надані рекомендації по збільшенню статичної чутливості модуля.

Запропоновано методику дослідження динамічних процесів ЕГМЛП на основі використання пакета прикладних програм ПРАНС, яка дозволяє на стадії проектування провести раціональний вибір окремих конструктивних та робочих параметрів модуля.

Розроблено та виготовлено макетний зразок ЕГМЛП, проведені його експериментальні дослідження, які стверджують ефективність використання умонтованих модулів для автоматизації робочих процесів в металообробних верстатах.

РЕАЛІЗАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ. Отримані результати впроваджено в учбовий процес зазначених кафедр, прийняті до впровадження у верстатне устаткування ЗАТ “Росич” (м. Київ), що стверджено відповідними документами, а також використані при розробці виконавчих пристроїв для мікропроцесорних регуляторів частоти обертання дизелів великої потужності.

ПУБЛІКАЦІЇ. За темою дисертації опубліковано 10 робіт.

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Основні результати дисертаційної роботи доведені та схвалені на професорсько-викладацьких і науково-технічних конференціях Харківського державного політехнічного університету в 1992- 1998 р.р. та на 4-й Міжнародній науково-технічній конференції “MicroCAD-96” Україна - Угорщина”.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ РОБОТИ. Дисертаційна робота складається з вступу, пяти розділів та висновків, списку літератури (169 найменувань) та 5 додатків. Загальний обсяг роботи складає 154 сторінки (без додатків), містить 42 рисунка та 2 таблиці.

ЗМІСТ РОБОТИ

електрогідравлічний модуль верстат

У вступі обґрунтована актуальність теми, практична доцільність досліджень, сформульовані основні наукові положення, які виносяться до захисту.

Перший розділ присвячено питанням аналізу досліджень систем керування гідроприводів металообробних верстатів, які забезпечують безступеневий перехід від режиму швидкого підводу до режиму різання і застосування таких систем. Показана доцільність удосконалення систем керування гідроприводів з використанням в них умонтованих електрогідравлічних модулів. Розглянуті основні схемно-конструктивні варіанти приводів лінійного переміщення, які використовуються в технологічному обладнанні.

Здійснено аналіз класичної схеми регулювання зусилля урізання шліфувального круга в заготовку з використанням тензодатчиків, схем, запропонованих Лєщенко В.А., Федорцем В.О., Жилінським О.В., а також моделей фірми “Duplomatin” (Італія) та інших. Показано, що усі запропоновані схеми приводів не мають потрібних статичних і динамічних характеристик для забезпечення високої якості продукції, не досить швидкодіючі для поєднання роботи з мікропроцесорним керуванням, енергомісткі, мають порівняно великі габарити, не дозволяють модернізувати процес керування переміщенням різального інструменту без значної переробки кінематичних схем верстатів та не реалізують безударне урізання інструменту в заготовку.

Для автоматизації процесу шліфування запропоновано перспективний електрогідравлічний модуль лінійного переміщення, який складається з виконавчого механізму, гідравлічної системи керування, електронної системи керування, датчика зворотнього звязку. Електронна система керує апаратурою гідравлічної системи у відповідності з потрібною циклограмою роботи. Гідравлічна система керує виконавчим механізмом, котрий здійснює переміщення робочого інструмента. Датчик зворотнього звязку контролює переміщення поршня. Ця схема відрізняється від вже відомих тим, що гідравлічна система керування містить в собі внутрішній гідравлічний зворотний звязок.

ЕГМЛП складається із гідророзподільника 1 з пропорційним електрокеруванням типу РП 6.44, редукційного клапана 2 (нормального відкритого) типу 10-10-2, гідроклапана тиску 3 (нормально закритого) типу ПБГ54-32М, двох зворотних клапанів 4(1) і 4(2) типу ПГ 51-22, гідроциліндра 5, датчика зворотнього звязку по положенню 6 типу СС-405, пристрою керування 7, виконаного на базі мікросхеми К153УД5, блоку керування 8 типу БУ 2110 і механізма фіксації 9. Редукційний клапан 2 установлюється в напірній магістралі, а гідроклапан тиску 3 -- в зливній. Тиск із зливної магістралі гідроциліндра є керуючим для редукційного клапана (реалізований внутрішній гідравлічний зворотний звязок). Для забезпечення повернення гідроциліндра в вихідне положення в напірній та зливній магістралях передбачені відгалудження, в яких установлені зворотні клапани 4(1) і 4(2). Роботу гідроциліндра 5 забезпечує гідростанція верстата типу СВ-М1А-40, до складу якої належить насосна установка, контрольно-регулююча і керуюча апаратура. В дисертації також наведена функціональна схема пристрою керування ЕГМЛП.

Другий розділ присвячено математичному моделюванню системи гідропривода координатно-шліфувального верстата моделі 32К83СФ10, обладнаного ЕГМЛП з системою керування. В основу математичної моделі покладені рівняння руху окремих ланок технологічної системи та рівняння балансу витрат.

Режим підводу гідроциліндра модуля описаний такими рівняннями:

(1)

(2)

(3)

Витрати для нормально відкритого (Q1) та нормально закритого (Q2) клапанів при різних режимах течії рідини визначаються за формулами:

а) для турбулентного режиму течії:

(4)

(5)

б) для ламінарного режиму течії:

(6)

(7)

Рівняння балансу витрат має вигляд:

(8)

(9)

(10)

(11)

де М -- зведена маса поршня зі штоком гідроциліндра та звязаних з ними рухомих частин; mз1 -- маса золотника нормально відкритого клапана; mз2 -- маса золотника нормально закритого клапана; x -- переміщення золотника нормально відкритого клапана; y -- переміщення поршня гідроциліндра; z -- переміщення золотника нормально закритого клапана; dз1 -- діаметр золотника нормально відкритого клапана; dз2 -- діаметр золотника нормально закритого клапана; Fп -- ефективна площа поршня гідроциліндра; Pтргц -- сила тертя гідроциліндра; PВ -- радіальна складова зусилля урізання шліфувального круга в шліфуєму заготовку; Pтр1 та Pтр2 -- сили тертя для нормально відкритого та нормально закритого клапанів; Pр1 та Pр2 -- сили, зумовлені дією перепаду тиску на торцях золотників клапанів; Pпр1 та Pпр2 -- сили, зумовлені дією пружин нормально відкритого та нормально закритого клапанів; 1 та 2 -- коефіцієнти витрат для нормально відкритого та нормально закритого клапанів; fщ1 та fщ2 -- площи дроселюючих щілин нормально відкритого та нормально закритого клапанів; dср1 та dср2 -- середні діаметри прохідних щілин для нормально відкритого та нормально закритого клапанів; -- в'язкість робочої рідини; t -- коефіцієнт кінематичної в'язкості робочої рідини; S1 та S2 -- величини відкриття прохідних щілин золотників для нормально відкритого та нормально закритого клапанів; L1 та L2 -- довжини прохідних щілин золотників для нормально відкритого та нормально закритого клапанів; Lk -- довжина прохідної щілини в дроселюючому каналі нормально закритого клапана; Eж -- локальний обємний модуль пружності робочої рідини; dдр -- діаметр дроселя в нормально закритому клапані; Kут -- коефіцієнт пропорціональності витікання; Q1 та Q2 -- витрати робочої рідини через дроселюючі щілини нормально відкритого та нормально закритого клапанів; Qсж -- витрата, що враховує стисливість робочої рідини; Qут -- витрата витікання робочої рідини; Qдр -- витрата через дросель в нормально закритому клапані; p1 -- тиск на вході в нормально відкритий клапан; p2 -- тиск на виході із нормально закритого клапана; -- тиск на вході в гідроциліндр; -- тиск на виході з гідроциліндра та тиск в лінії керування нормально відкритим клапаном; -- тиск в лівій порожнині гідроциліндра; -- тиск в правій порожнині гідроциліндра; -- тиск в дроселюючому каналі нормально закритого клапана.

Нелінійна математична модель ЕГМЛП складена для режиму підводу та фіксації поршня гідроциліндра.

Уточнення одержаної математичної моделі, значень коефіцієнтів та конструктивних величин виконано завдяки узагальненню інформації, отриманої при теоретичних та експериментальних дослідженнях. Математичне моделювання виконано при умові, що джерело гідравлічного живлення має стабільні характеристики по тиску та температурі.

Для подальших досліджень ЕГМЛП проведена лінеаризація нелінійної математичної моделі, що дозволило одержати передаточну функцію, де вхідним параметром є зміна зусилля урізання з урахуванням технологічної жорсткості всієї системи, а вихідним -- переміщення поршня гідроциліндра. В цьому випадку передаточна функція має вигляд:

(12)

де N1 N13 та X1 X14 -- коефіцієнти передаточної функції, які залежать від робочих та конструктивних параметрів.

Оцінку статичної чутливості провели з використанням статичної моделі та отриманих статичних характеристик модуля. В роботі наведений граф статичної чутливості ЕГМПЛ, який дозволяє проаналізувати вплив окремих конструктивних та робочих параметрів на статичну точність модуля.

В третьому розділі розглядаються питання, пов'язані з дослідженням динамічних і статичних характеристик ЕГМЛП, що обчислені на ЕОМ за допомогою програми для розрахунку перехідних процесів, яка використовується для досліджень лінійних систем автоматичного керування. За показниками перехідного процесу оцінюють якість стабілізації зусилля урізання модуля.

Крива 1 отримана при жорсткості технологічної системи Cn = 5108 Н/м. Її відхилення на 15% дає якісні зміни (криві 2 та 3). Крива 4 отримана при жорсткості Cn = 5107 Н/м. Це реальна жорсткість технологічної системи.

В усіх випадках зміни жорсткості перехідний процес є коливальним, що сходиться. Це забезпечує безударне урізання. Збільшення жорсткості веде до зростання часу регулювання та ступеню коливання.

Крива 4 ілюструє роботу привода без внутрішнього гідравлічного зворотнього зв'язку. Порівнюючи криві 4 і 3 (привод з внутрішнім зворотним звязком), доходимо до висновку, що використання такого звязку дозволило зменшити зусилля урізання шліфувального круга в заготовку.

Дослідження впливу конструктивних та робочих параметрів на статичну точність ЕГМЛП проводили на підставі аналізу виразів для статичної чутливості модуля відносно коливань тиску на вході та виході із розподільчого пристрою. Цей аналіз довів, що найбільше значення для зростання точності має підтримка постійного тиску робочої рідини на виході із гідророзподільника, а також жорсткість пружини нормально закритого клапана . Тиск на вході в гідророзподільник практично не впливає на його статичну точність.

В четвертому розділі проведено синтез ЕГМЛП з використанням пакета прикладних програм ПРАНС. Зроблено вибір пружин клапанів, гідравлічних параметрів, визначені конструктивні та робочі параметри виконавчого механізму, досліджено вплив коефіцієнта тертя, розглянуті питання динамічного синтезу (отримано потрібний закон зміни тиску в порожнинах гідроциліндра).

Використання результатів проектування дозволило не тільки вибрати окремі конструктивні та робочі параметри елементів, а також здійснити їх взаємопогодження. Як приклад наведені графіки характеристик модуля в режимі урізання.

В режимі урізання відбувається різке відкриття, а потім закриття нормально закритого клапана, що відповідає моменту підходу шліфувального круга до заготовки. Далі обидва клапани закриваються і до моменту закінчення шліфування перекриті.

Зміни тиску в порожнинах гідроциліндра мають коливальний характер. Перепад тиску наприкінці переходного процесу зменшується, що забезпечує безударне урізання. Із розрахунків видно, що безударне урізання розробленого ЕГМЛП залежить від рівнів настроювання тиску нормально закритого і нормально відкритого клапанів. На підставі досліджень модуля за допомогою пакета прикладних програм ПРАНС розроблена конструкція ЕГМЛП.

В пятому розділі доведено, що під час експериментальних досліджень ЕГМЛП підтримування постійного температурного режиму робочої рідини в межах 50 - 55 С дозволяє знехтувати змінами її вязкості та змінами модуля обємної пружності робочої рідини; описана експериментальна установка та подані результати експериментальних досліджень коефіцієнтів витрат та гідродинамічних жорсткостей в робочому діапазоні переміщень золотників клапанів, проведені розрахунки похибки вимірювань, визначено витікання робочої рідини в гідроциліндрі подач, вибрані вимірювальні прилади та апаратура.

Експериментальні дослідження ЕГМЛП здійснено на верстаті-стенді моделі 32К83СФ10. Після доведення температури робочої рідини до 50 С встановлювали тиск живлення клапанів в межах від 0 до 2,5 МПа. Тиск зливу в усіх серіях експерименту був постійним і дорівнював 0,05 МПа.

Електрична вимірювальна система верстата-стенда забезпечувала запис досліджуваних величин на світочутливому папері. За робочу рідину було використано мінеральне мастило ВНИИ НП-403 (ГОСТ 16728-78). Аналітичні залежності для коефіцієнтів витрат були апроксимовані методом найменших квадратів. Похибка апроксимації не перевищує 3 %. Коефіцієнти витрат для нормально відкритого (1) та нормально закритого (2) клапанів визначаються:

(13)

(14)

Використавши метод найменших квадратів, отримали формули для розрахунку гідродинамічних жорсткостей. За розрахунками здобули:

а) для нормально відкритого клапана:

;(15)

б) для нормально закритого клапана:

(16)

Похибка апроксимації не перевищує 4,5 %.

З метою перевірки адекватності математичної моделі ЕГМЛП на верстаті-стенді досліджені перехідні процеси. Верстат-стенд додатково оснащений силовим пристроєм для навантаження, який використовується як джерело стрибкоподібних збурювальних впливів змінної жорсткості. На рис. 2 для порівняння надані графіки перехідних процесів, де крива 4 отримана за теоретичним розрахунком, а криві 5 та 6 -- експериментально.

При дослідженні впливу величин тиску в порожнинах гідроциліндра на зусилля урізаня шліфувального круга в заготовку проведені експерименти, в яких перепад тиску заданий через різні жорсткості пружин нормально відкритого і нормально закритого клапанів та визначалась величина урізання. Збільшення перепаду тиску веде до зростання величини урізання шліфувального круга в заготовку.

З метою визначення ефективності розробленого модуля при автоматизації верстата моделі 32К83СФ10 проведені експерименти, що дозволили виявити якість обробки заготовки із сталі 45 (внутрішній діаметр дорівнює 20 мм) з використанням ЕГМЛП та без нього. Результати досліджень наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Технологічні параметри шліфування

Параметри	Верстат моделі 32К83СФ10	Верстат моделі 32К83СФ10 з використанням ЕГМЛП
Шорсткість поверхні за Ra, мкм	0,125 - 0,160	0,106 - 0,120
Відхилення від круглості, мм	0,0030	0,0026
Точність розмірів, мм	0,0060	0,0053
Штучний час, с	240	216

Використання ЕГМЛП для автоматизації верстата моделі 32К83СФ10 дозволило зменшити шорсткість поверхні, підвищити точність розмірів та скоротити штучний час обробки деталі. Завдяки безударному урізанню шліфувального круга в заготовку в 1,4 - 1,6 рази підвищена його стійкість.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

Розроблена комплексна методика синтезу, що дозволяє отримати потрібні статичні і динамічні характеристики ЕГМЛП. Запропоновано методику параметричного синтезу ЕГМЛП на основі використання пакета прикладних програм ПРАНС, за допомогою якої на стадії проектування можливо провести раціональний вибір окремих конструктивних та робочих параметрів модуля і його елементів, що скорочує термін проектування.

Розроблено методику досліджень чутливості ЕГМЛП з метою забезпечення його максимальної точності позиціювання при наявності коливань тиску робочої рідини на вході та виході модуля. Виявлено, що найбільший вплив на статичну точність чинить жорсткість пружини нормально закритого клапана, яку треба раціонально вибрати, використовуючи аналітичні залежності, наведені в роботі.

Експериментальні дослідження ЕГМЛП на оригінальному верстаті-стенді дозволили уточнити аналітичні залежності для розрахунків коефіцієнта витрат, гідродинамічної жорсткості регульованих апаратів модуля, коефіцієнта пропорціональності витікання в гідроциліндрі та ствердити адекватність одержаної математичної моделі.

ЕГМЛП забезпечує безударне урізання шліфувального круга в заготовку, що дозволило:

автоматизувати процес шліфування та підвищити універсальність верстата;

підвищити стійкість шліфувальних кругів в 1,4 - 1,6 рази;

уникнути браку шліфування та поліпшити параметри шорсткості поверхні на 15 % і точності -- на 12%;

зменшити штучний час обробки деталі на 10%.

На основі серійних гідроапаратів розроблено конструкцію та виготовлено макетний зразок ЕГМЛП для гідропривода координатно-шліфувального верстата. Для здійснення безударного урізання запропонована конструкція дозволяє без значних витрат модернізувати існуючі системи керування приводами та забезпечити роботу як в ручному, так і в автоматичному режимі без переробок кінематичної схеми.

Основний зміст дисертації наведено в таких роботах:

Андренко П.Н., Крахмалев А.В., Клитной В.В. К вопросу об автоматизации процесса шлифования по упругой схеме / Харьк. политехн. ин-т. - Харьков, 1993.- 9 с.- Библиогр.: 4 назв.- Рус.-Деп. в УкрИНТЭИ 05.02.93, № 120-Ук93.

Андренко П.Н., Еникеев А.Ф., Крахмалев А.В. Электрогидравлический модуль линейного перемещения шлифовального станка / Харьк. политехн. ин-т. - Харьков, 1994. - 11 с.: Библиогр.: 6 назв. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 21.06.94, № 1243-Ук94.

Андренко П.Н., Крахмалев А.В., Клитной В.В. К вопросу о повышении статической точности электрогидравлического модуля линейного перемещения. - Харьк. гос. политехн. ун-т. - Харьков, 1995. - 21 с.: ил. - Библиогр.: 4 назв.- Рус.- Деп. в ГНТБ Украины 12.10.95, № 2283-Ук95.

Андренко П.Н., Крахмалев А.В., Клитной В.В. Экспериментальные исследования электрогидравлического модуля линейного перемещения. - Харьк. гос. политехн. ун-т. - Харьков, 1995. - 16 с.: ил. - Библиогр.: 5 назв. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 12.10.95, № 2282-Ук95.

Крахмалев А.В. Выбор направления автоматизации процесса шлифования. - Харьк. гос. политехн. ун-т. - Харьков, 1995. - 11 с.: ил. - Библиогр.: 6 назв. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 12.10.95, № 2284-Ук95.

Андренко П.Н., Крахмалев А.В., Клитной В.В. Исследование на ЭВМ электрогидравлического модуля линейного перемещения. - В кн.: Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Материалы международной научно-технической конференции. 30-31 мая 1996 г. - Харьков, Мишкольц, Магдебург: ХГПУ, МУ, МТУ, 1996. - С. 141.

Долгих И.Д., Попов Б.А., Крахмалев А.В. Исследование эффективности электронногидравлических исполнительных устройств. - В кн.: Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Материалы международной научно-технической конференции. 30-31 мая 1996 г.- Харьков, Мишкольц, Магдебург: ХГПУ, МУ, МТУ, 1996. - С. 154.

Андренко П.Н., Крахмалев А.В., Клитной В.В. Определение статических характеристик и коэффициента расхода редукционного клапана и гидроклапана давления / Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та. Выпуск 8. - Харьков, ХГПУ, 1997. - С. 159-161.

Долгих И.Д., Крахмалев А.В., Андренко П.Н. Аналитические исследования статической точности электрогидравлического агрегата / Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та. Выпуск 8. - Харьков, ХГПУ, 1997. - С. 162-165.

Долгих И.Д., Крахмалев А.В., Клитной В.В. Математическая модель электрогидравлического агрегата линейного перемещения / Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та. Вып. 7 (часть2). - Харьков, ХГПУ, 1997. - С. 48-51.

АНОТАЦІЯ

Крахмальов Олександр Вікторович. Синтез систем керування приводами подач металообробних верстатів на основі розробки автономних електрогідравлічних модулів.

Дисертація у вигляді рукопису на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.03 -- системи приводів. Харк. держ. політех. ун-т, Харків, 1998.

Спроектовано електрогідравлічний модуль лінійного переміщення, що забезпечує безударне урізання шліфувального круга в заготовку шляхом реалізації внутрішнього гідравлічного зворотнього зв'язку. Розроблено та досліджено математичну модель електрогідравлічного модуля лінійного переміщення, обчислено його динамічні характеристики та визначено статичну точність. Розроблено методику розрахунку електрогідравлічних модулів схожого класу за допомогою пакета прикладних програм ПРАНС. Наведено результати експериментальних досліджень щодо визначення коефіціента витрат, осьової гідродинамічної сили клапанів та витікання в гідроциліндрі електрогідравлічного модуля лінійного переміщення, а також визначено перехідний процес в ньому.

Ключові слова: гідропривод, система керування, електрогідравлічний модуль, характеристика, перехіний процес, передаточна функція, коефіцієнт витрат, гідродинамічна сила, математична модель, статична чутливість, схема заміщення.

ABSTRACT

Krakhmalyov Alexander Victorovich. Synthesis of control system of metal-cutting machines' axis drives on the basis of development of independent electrohydraulic modules.

The thesis for a candidate's degree on speciality 05.02.03 -- systems of drives. Kharkov State Politechnical University, Kharkov, 1998.

The electrohydraulic linear motion modulus has been developed, peoviding the grinding wheel impactless cutting into the billet by the internal hydraulic feed back operation. The mathematical model of the electrohydraulic linear motion modulus is developed and researched, the dynamic performances are calculated and the static sensitivity is defined. The calculate technique for such class of electrohydraulic modulus is developed with PRANS applied program package. The results of experimental researches for definition coefficient, axial hydrodynamic force of valves and leakage in feed hydraulic cylinder of electrohydraulic linear motion modulus are presented and also the transition process is defined.

Keywords: hydraulic fluid power, control system, electrohydraulic modulus, performance, transition process, transmission function, flow coefficient, hydrodynamic force, mathematical model, static sensitivity, substitution scheme.

АННОТАЦИЯ

Крахмалев Александр Викторович. Синтез систем управления приводами подач металлорежущих станков на основе разработки автономных электрогидравлических модулей.

Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.03 -- системы приводов. Харьк. гос. политехн. ун-т, Харьков, 1998.

Анализ состояния исследований по обеспечению требуемых характеристик звеньев технологической системы показал, что самый эффективный путь повышения технологичности и производительности - это совершенствование систем управления приводов подачи металлорежущих станков. Наиболее перспективным способом управления является разработка автономных легко встраиваемых модулей. Для металлорежущих станков, обеспечивающих высокие технологии за счет оптимального управления инструментом по скорости движения и силам резания перспективным является электрогидравлический модуль линейного перемещения (ЭГМЛП) как отдельный функциональный узел.

Эффективность выполнения проектных разработок системы автоматического управления во многом определяется правильностью обоснования рабочих характеристик на самых ранних этапах проектирования. Особое внимание уделяется вопросам рационального выбора параметров ЭГМЛП, который непосредственно решает задачу безударного врезания режущего инструмента в заготовку. Все это невозможно без специально разработанных прикладных методик расчета как элементов, так и самого модуля.

Цель работы - обеспечение требуемого управления гидроприводом подачи металлорежущих станков на основе разработки автономных электрогидравлических модулей с улучшенными статическими и динамическими характеристиками для повышения производительности и качества продукции. Основные задачи работы решены теоретическими и экспериментальными методами. Теоретические исследования базируются на использовании основных положений теории автоматического управления, математического моделирования и гидромеханики.

В работе рассмотрены основные схемно-конструктивные варианты приводов линейного перемещения, используемые в приводах подач технологического оборудования. Разработана и исследована математическая модель ЭГМЛП, а также его статическая модель, позволяющая провести анализ влияния отдельных конструктивных параметров на статическую точность. При математическом описании использовались экспериментальные данные, полученные при исследовании аппаратов и узлов, входящих в модуль. Экспериментальные исследования ЭГМЛП позволили уточнить аналитические зависимости для расчета коэффициента расхода, гидродинамической жесткости регулирующих аппаратов модуля, коэффициента пропорциональности утечек в гидроцилиндре и подтвердить адекватность полученной математической модели, а также дать рекомендации по повышению статической чувствительности модуля.

На базе серийных гидроаппаратов разработана конструкция и изготовлен макетный образец ЭГМЛП для гидропривода координатно-шлифовального станка; проведены его экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность применения встроенных модулей для автоматизации рабочих процессов в металлорежущих станках. Для обеспечения безударного врезания реализуемая конструкция позволяет без особых затрат модернизировать существующие системы управления приводами и обеспечить работу как в ручном, так и в автоматическом режиме без переделок кинематической схемы.

Ключевые слова: гидропривод, система управления, электрогидравлический модуль, характеристика, переходной процесс, передаточная функция, коэффициент расхода, гидродинамическая сила, математическая модель, статическая чувствительность, схема замещения.

Размещено на Allbest.ru