автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Магнитожидкостные регулирующие и измерительные элементы систем управления и контроля гидрофицированным технологическим оборудованием

На правах рукописи

Власов Андрей Вячеславович

МАГНИТОЖИДКОСТНЫЕ РЕГУЛИРУЮЩИЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ГИДРОФИЦИРОВАННЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ

Специальность: 05.13.05 — Элементы и устройства вычислительной техники

и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

'13 ¡1МР2014

Москва 2014

005545976

005545976

Работа выполнена в автономной некоммерческой организации высшего профессионального образования «Балаковский институт бизнеса и управления»

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Нагорный Владимир Степанович доктор технических наук, профессор Плохое Игорь Владимирович доктор технических наук, профессор Попов Павел Георгиевич

Ведущая организация: Российская академия естественных наук (г. Москва, ул. Аргуновская, дом 2, корп. 2)

Защита диссертации состоится «22» февраля 2014 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 002.052.22 при Британской академии образования (по адресу: г. Москва, Алтуфьевское шоссе, дом 2, корп. 1, конференцзал)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Балаковского института бизнеса и управления

Автореферат разослан «16 »января 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.э.н., доцент КочетоваИ-Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Проблема и ее актуальность.

Повышение надежности, производительности, точности и качества обработки, возможность гибкой программной перестройки, снижение энергозатрат при производстве продукции, постоянное обновление элементной базы являются важнейшими критериями развития и совершенствования машиностроительного производства. Решение таких задач может быть достигнуто, в частности, совершенствованием гидравлических приводов и электрогидравлических систем автоматического управления (САУ) и систем автоматического контроля (САК) технологическими процессами.

В авиационной, автомобильной, судостроительной и другой технике обеспечение конкурентоспособности на внутреннем и международном рынках САУ и САК гидро-фицированным технологическим оборудованием (ГТО) обусловлено улучшением качественных показателей САУ и САК (повышение быстродействия и чувствительности к управлению, снижение энергопотребления и требований к степени очистки рабочей жидкости, расширение диапазонов и повышение точности регулирования расходов и давлений рабочих жидкостей, унификация и сужение номенклатуры элементной базы). Повышение надежности, производительности, точности и качества обработки, возможность гибкой программной перестройки, снижение энергозатрат при производстве продукции, постоянное обновление элементной базы являются важнейшими критериями развития и совершенствования машиностроительного производства.

Для современного машиностроения характерны такие направления развития, как увеличение степени автоматизации, повышение рабочих параметров (нагрузки, скорости, температуры) машин, точности их функционирования и эффективности работы (производительности, мощности, КПД). Особенно это актуально для станков с ЧПУ, автоматических линий и промышленных роботов с системами путевого, временного или комбинированного программного управления гидроприводами.

Патентный и литературный анализ существующих технических решений по электрогидравлическим регулирующим и измерительным устройствам, а также электромагнитным индукторам магнитного поля показал, что классические электромагнитные исполнительные элементы ГТО обладают значительной энергетической избыточностью при управлении потоками рабочих жидкостей. Это связано, в первую очередь, с тем, что механические управляющие устройства (заслонки, якоря, золотники) обладают при перемещении в электромагнитных полях массой, которая и приводит в конечном итоге к ухудшению качества управления. Инерционность таких элементов составляет величину порядка 0,08-0,1с, что не всегда является допустимым.

Одним из эффективных методов повышения точности управления и контроля является совершенствование основных характеристик регулирующих и измерительных элементов на основе адекватных математических моделей.

Перспективным направлением совершенствования электрогидравлических САУ ГТО является использование новых регулирующих и измерительных устройств, в частности, с использованием магнитных жидкостей.

Широкое использование различных технических жидкостей (ТЖ), применяемых как в качестве технологических сред (например, СОЖ) при металлообработке, так и в качестве энергоносителей (минеральные масла) в системах гидроприводов станков, а также использование эксплуатационных материалов (различные топлива и масла) приводят к необходимости разработки и совершенствования элементов и систем

управления, регулирования и контроля важнейших параметров ТЖ — скорости и плотности.

Развитию различных направлений автоматизации САУ и САК ГТО посвящены работы отечественных и зарубежных ученых А.В.Анисимова, Э.С.Арзуманова, В.Н.Баранова, Т.М.Башты, Б.В.Бирюкова, Н.С.Гамынина, А.А.Денисова, ААЕрофеева, Я.С.Кисточкина, С.С.Кивилиса, И.М.Крассова, П.П.Кремлевского, В.А.Лещенко, П.С.Мелкозерова, K.JI-Навроцкого, В.С.Нагорного, Д.Н.Попова, В.Н.Прокофьева, В.И.Разинцева, О.Н. Трифонова, В.М.Фомичева, В.АХохлова, В.Г.Цейтлина, Ю.ИЛупракова и ряда других ученых.

Современные регулирующие и измерительные элементы ГТО, основанные на использовании электромагнитных (работы А.В.Анисимова, В.Н.Баранова, Б.В.Бирюкова, Я.С.Кисточкина, С.С.Кивилиса, В.А.Лещенко, В.И.Разинцева, В.МФомичева, В.А.Хохлова), электростатических (работы АА.Денисова, П.П.Кремлевского, В.С.Нагорного, В.Г.Цейтлина), пъезоакустических (работы А.А.Ерофеева) полей требуют дальнейших исследований для обеспечения показателей перспективного уровня. Таким образом, существует проблема создания качественно новых регулирующих и измерительных элементов, позволяющих улучшить свойства современных САУ и САК без существенного улучшения эксплуатационных показателей (степень очистки рабочих жидкостей, температурной стабилизации). Требуется больше уделять внимания возможности создания новых конструктивных решений, позволяющих упростить их конструкцию, уменьшить материалоемкость, улучшить их статические и динамические характеристики, повысить надежность работы устройств и производительность труда, а также в полной мере использовать широкие возможности ГТО.

Перспективной представляется возможность измерения скорости и плотности жидких сред за счет использования в качестве чувствительного элемента магнитожид-костного сенсора (МЖС), представляющего собой оболочку из эластичного материала, полностью заполненную магнитной жидкостью (МЖ), основными свойствами которой являются текучесть и способность намагничиваться во внешнем магнитном поле.

Таким образом, в научном плане работа посвящена решению проблемы разработки теоретических основ и прикладных методов проектирования электрогидравлических регулирующих и гидроэлектрических измерительных устройств в базисе магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов, имеющих важное хозяйственное значение при создании САУ и САК ГТО.

Цель работы — теоретическое обобщение, развитие теории и разработка новых научно обоснованных технических решений электрогидравлических и гидроэлектрических элементов для улучшения качества (повышение быстродействия и чувствительности к управлению, снижение энергопотребления и требований к степени очистки рабочей жидкости, расширение диапазонов и повышение точности регулирования расходов и давлений рабочих жидкостей, унификация и сужение номенклатуры элементной базы) систем управления и контроля гидрофицированными технологическими процессами на базе магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов.

Дня достижения поставленной цели и решения научной проблемы решены следующие основные задачи диссертационного исследования:

1. Предложена системная методологии синтеза САУ и САК ГТО с использованием магнитожидкостных электрогидравлических регулирующих и гидроэлектрических измерительных элементов.

2. Проведен анализ широкого класса проточных частей магшггожидкостных регулирующих и измерительных элементов по авторским критериям векторной энергетики с целью оптимального размещения магшггожидкостных регулирующих органов и магшггожидкостных измерительных сенсоров.

3. Обоснованы математические модели статических и динамических характеристик и разработаны новые научно обоснованные конструктивные схемы одноканаль-ного магнитожидкостного электрогидравлического регулирующего элемента.

5. Разработаны новые научно обоснованные конструктивные схемы магнитожидкостного двухканального (дифференциального) электрогидравлического регулирующего элемента с повышенной регулируемой мощностью в нагрузке за счет эффекта инжекции.

6. Обоснованы математические модели статических и динамических характеристик и разработаны новые научно обоснованные конструктивные схемы магнитожидкостного вихревого электрогидравлического регулирующего элемента.

7. Предложены математические модели статических и динамических характеристик и разработаны новые научно обоснованные конструктивные схемы элекгрогид-равлического регулирующего элемента типа «сопло - магнитожидкостная заслонка».

8. Обоснованы математические модели статических и динамических характеристик и разработаны новые научно обоснованные конструктивные схемы магшггожидкостных гидроэлектрических измерительных элементов - расходомера и плотномера.

9. Обоснованы математические модели и разработаны новые научно обоснованные конструктивные схемы синтезатора градиентных электромагнитных полей и предложены новые векторно-энергетические критерии анализа типовых электромагнитных гидравлических распределителей для управления магнитожидкостными регулирующими элементами.

Объект исследования: разработка научных основ создания математических моделей и новых научно обоснованных конструктивных схем электрогидравлических и гидроэлектрических устройств САУ и САК ГТО на базе магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов.

Предмет исследования: математические модели элементов в операторах систем с распределенными параметрами; критериальный векторно-энергетический анализ проточных частей магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов; критериальный векторно-энергетический анализ электромагнитных гидравлических распределителей для управления магнитожидкостными регулирующими элементами.

Методы исследования: базируются на использовании теории автоматического управления, механики сплошной среды, теории электромагнитного поля, теории оболочек, теории систем с распределенными параметрами, компьютерного моделирования, а также экспериментальное исследование созданных макетов и экспериментальных образцов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена системная методологии синтеза САУ и САК ГТО с использованием магнитожидкостных электрогидравлических регулирующих и гидроэлектрических измерительных элементов

2. Впервые предложен принципиально новый критерий - крутизна изменения гидравлического сопротивления проточной части гидравлического объекта управления от изменения поперечного сечения за счет магнитожидкостного органа, по которому дано обоснование геометрии проточных частей гидравлических объектов управления.

3. Дан анализ широкого класса проточных частей магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов для САУ и САК гидрофицированного техноло-

шческого оборудования, которые определяют оптимальное размещение магнитожидкостных регулирующих органов или магнитожидкостных измерительных сенсоров, при котором электромагнитное управление приводит к наибольшему изменению гидравлического сопротивления проточной части.

4. Разработан способ преобразования электрического сигнала в гидравлический посредством магнитожидкостных регулирующих органов (Патент РФ на способ, № 2240590), который реализован следующими устройствами с обоснованием математических моделей статических, динамических характеристик и проведением экспериментальных исследований:

- одноканальный магнитожидкостный регулирующий элемент (Патент РФ на устройство, № 2239861) как элемент, изменяющий перепад давления в гидравлической нагрузке;

- двухканальный (дифференциальный) магнитожидкостный регулирующий элемент с наличием эжекционного эффекта, увеличивающего управляемую гидравлическую мощность в нагрузке:

- вихревой магнитожидкостный регулирующий элемент (Патент РФ на устройство, № 2747117), изменяющий расход и форму выходной струи в гидравлической нагрузке;

- магнитожидкостный регулирующий элемент типа «сопло - магнитожидкостная заслонка» (Патент РФ на устройство, №2330191), как элемент, изменяющий перепад давления в гидравлической нагрузке.

5. Разработан способ преобразования гидравлического сигнала в электрический посредством магнитожидкостных измерительных сенсоров (Патент РФ на способ, № 2299419), который реализован следующими устройствами с обоснованием математических моделей статических, динамических характеристик и проведением экспериментальных исследований:

- магнитожидкостный расходомер, измеряющий скорость и расход рабочей жидкости в гидравлической нагрузке;

- магнитожидкостный плотномер (Патент РФ на устройство, №2330191), измеряющий плотность рабочей жидкости в гидравлической нагрузке.

6. Предложен синтезатор градиентных электромагнитных полей и его математическая модель для управления магнигожидкостными регулирующими элементами с целью повышения эффективности САУ и САК ГТО (патенты РФ №№ 2239902, 2271047 на устройства).

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов, полученных в работе, определяется строгостью используемого в работе математического аппарата, адекватностью разработанных математических моделей реальным объектам исследования, соответствием теоретических положений и экспериментальных результатов.

Практическая ценность работы.

1. Электрогидравлические магнигожидкостные регулирующие элементы (одноканальный, двухканальный, вихревой, «сопло-магнитожидкостная заслонка») при использовании их в САУ ГТО и гидроэлектрические магнитожидкостные измерительные элементы (расходомер, плотномер) при использовании их в САК ГТО позволяют улучшить качественные показатели (повышение быстродействия и чувствительности к управлению, снижение энергопотребления и требований к степени очистки рабочей жидкости, расширение диапазонов и повышение точности регулирования расходов и давлений рабочих жидкостей, унификация и сужение номенклатуры элементной базы).

2. Синтезатор пространственно распределенного неоднородного электромагнитного поля и устройство измерения параметров градиентных пространственно распределенных электромагнитных полей позволяют автоматизировать гвдрофицированное технологическое оборудование с увеличением тягового усилия и минимизацией энергопотребления.

3. Векторно-энергетический метод анализа промышленных электромагнитных гидравлических распределителей по 7 предложенным критериям позволяет устранить энергетическую избыточность при управлении, увеличить тяговое усилие, снизить массогабаритные показатели.

Реализация результатов.

1. Одноканальный и двухканальный МЖРЭ рекомендованы к внедрению на Ростовской атомной станции, в ОАО «Балаковорезинотехника», в АОЗТ «Русьгазстрой» (г. Балаково), в ОАО «Балаковский судоремонтный завод», в ЗАО «Волжский дизель имени Маминых» (г. Балаково).

2. Вихревой МЖРЭ рекомендован к внедрению в системах капельного полива тепличных культур комбината ОАО «Волга» (г. Балаково), в водоканальных и тепловых сетях МУП г. Маркса «Марксводоканал» и МУП Балаковского муниципального образования «Городские тепловые электрические сети».

3. ЭГП «сопло-МЖЗ» 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».

4. Расходомер с МЖС рекомендован к внедрению на участке токарного производства механического цеха ОАО «Балаковский завод запасных деталей», в системе мас-лоснабжения уплотнений подшипниковых узлов вала турбогенератора Балаковской-атомной станции, в ОАО «Балаковорезинотехника».

5. Плотномер с МЖС рекомендован к внедрению в механическом цехе ОАО «Балаковский судоремонтный завод», на металлообрабатывающем участке токарного цеха СРООИ «Вторая весна)) (филиал «Монтажлегмаш»), на автозаправочной станции «Баррель» ООО «ЦТО Пульсар».

6. Методика расчета ЭМГР внедрена на Хвалынском заводе гидроаппаратуры (г. Хвалынск), в электроцехе ООО «Балаковские минеральные удобрения», в ЗАО «Бала-кововолгоэнергомонтаж».

7. Материалы исследований использованы при выполнении Гранта № НШ-2064.2003.8 Минпромнауки России, Гранта № 2109р/3991 Фовда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (2007 г., № госрегистрации 01040001560), а также при выполнении работ в соответствии с тематическим планом Саратовского государственного технического университета по заданию Федерального агентства по образованию: «Векторно-энергетический анализ и синтез элементов автоматики и систем управления» (2007 г., № госрегистрации 01860073274). Результаты исследований использованы и внедрены в учебном процессе на кафедрах «Автоматизация технологических процессов» Саратовского государственного технического университета, «Управление и информатика в технических системах» Балаковского института техники технологии и управления Саратовского государственного технического университета, «Управление в социальных и технических системах)) Балаковского института бизнеса и управления.

8. Получено 13 патентов РФ на изобретения (6 из них на способы) и 1 патент РФ на полезную модель.

На защиту выносится:

1. Системная методологии синтеза САУ и САК ГТО с использованием магаито-жидкостных электрогидравлических регулирующих и гидроэлектрических измерительных элементов.

2. Принципиально новый критерий - крутизна изменения гидравлического сопротивления проточной части гидравлического объекта управления от изменения поперечного сечения за счет магнитожидкостного органа, по которому дано обоснование геометрии проточных частей гидравлических объектов управления.

3. Результаты анализа широкого класса проточных частей магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов для САУ и САК гидрофицированного технологического оборудования, которые определяют оптимальное размещение магнитожидкостных регулирующих органов или магнитожидкостных измерительных сенсоров, при котором электромагнитное управление приводит к наибольшему изменению гидравлического сопротивления проточной части.

4. Способ преобразования электрического сигнала в гидравлический посредством магнитожидкостных регулирующих органов, который реализован следующими устройствами:

- одноканальный магнитожидкостный регулирующий элемент;

- двухканалышй (дифференциальный) магнитожидкостный регулирующий элемент;

- вихревой магнитожидкостный регулирующий элемент;

- магнитожидкостный регулирующий элемент типа «сопло - магнитожидкостная заслонка».

5. Способ преобразования гидравлического сигнала в электрический посредством магнитожидкостных измерительных сенсоров, который реализован следующими устройствами:

- магнитожидкостный расходомер;

- магнитожидкостный плотномер.

6. Синтезатор градиентных электромагнитных полей и его математическая модель.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 40 конференциях различного уровня:

на международных конференциях: Современные проблемы ЭГД и электрофизики жидких диэлектриков (Санкт-Петербург, 1994 г.; 1996 г.; 1998 г.; 2000 г.; 2003 г.; 2006 г.; 2009 г.; 2012 г.), Конференция молодых ученых и студентов (Самара, 2001 г.), Системный анализ в проектировании и управлении (Санкт-Петербург, 2002 г.; 2003 г.; 2004 г.; 2005 г.; 2006 г.), Молодежная школа-семинар «Бикамп-03», посвященная 300 летию Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, 2003 г.), Динамика технологических систем (Саратов, 2004 г.), Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности (Саратов, 2007 г.), Управление высшими учебными заведениями в свете реализации приоритетного национального проекта «Образование» (Пенза, 2007 г.), Современные технологии в машиностроении (Пенза, 2008 - 2013 г.г.), Разработка и внедрение ресурсо - и энергосберегающих технологий и устройств (Пенза, 2010 г.);

на всероссийских конференциях: Математические и условно-логические модели объектов для векторно-энергетического управления (Москва, 1998 г.), Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах (Саратов, 1997 г.; 2000 г.; 2001г.; 2002 г.; 2003 г.; 2005 г.; 2007 г.; 2009 г.; 2010 г.; 2011 г.; 2012 г.; 2013 г.), Прогрессивные технологии в обучении и производстве (Камышин, 2003 г.), Технологии Интернет на службу обществу (Саратов, 2005 г.).

Личный вклад. Основные научные положения, математические модели, содержащиеся в диссертационной работе, получены лично автором.

Публикации. По теме диссертации соискателем лично и в соавторстве опубликовано 315 работ (17 в журналах, рекомендованных ВАК), в том числе 5 монографий, 13 патентов РФ на изобретения, 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 9 глав, заключения, приложения и списка литературы. Материал изложен на 621 странице, включая 230 рисунков, 87 таблиц и список литературы из 641 наименования.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и научная новизна, практическая ценность и реализация результатов работы, а также научные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе, имеющей обзорный характер, дан обзор САУ и САК гидрофици-рованного технологического оборудования, проведен анализ методов и средств управления в САУ и контроля в САК, дан обзор и классификации электрогидравлических и гидроэлектрических элементов. Сформулированы требования к параметрам современных регулирующих и измерительных элементов при автоматизации ГТО. Проведенный анализ требований, предъявляемых к элементам САУ и САК, позволяет сделать вывод, что основными требованиями являются энергоэкономичность, возможность гибкой перестройки параметров в процессе регулирования расхода рабочей жидкости, надежность, долговечность, коррозионная стойкость, высокий коэффициент усиления по мощности, стабильность параметров и гарантированная точность измерений.

Проведенный анализ позволил определить показатели современного уровня требований к комплексу технических средств гидрофицированного технологического оборудования (табл. 1), которые могут быть достигнуты только с разработкой принципиально новых элементов, узлов и технологий гидрофицированного технологического оборудования (в табл. 1 выделены жирным шрифтом).

Табл. 1

Параметр Диаметр условного прохода, мм Минимальный расход, л/мин Максимальный расход, л/мин Минимальное рабочее давление, МПа Максимальное рабочее давление, МПа Перепад давления, МПа

Современный уровень 10-32 0,06-0,25 20-160 0,2-0,8 6,3-20 0,2

Перспективный уровень 40-50 0,03-0,15 40-200 0,05-0,1 8-30 ОД

Параметр Повышение быстродействия (время набора давления, с) Утечка, см3/мин Масса, кг Унификация и сужение номенклатуры элементов и узлов, % Частота переключения, кГц Линейная дискрета пе-реме-щения, мм

Современный уровень 1-1,5 20-40 2,6-15,5 базовый 16 0,01

Перспек- 03-0,5 10-15 1,2-8,4 до 30 20 0,0085

тивный

уровень

Точность Сниже- Стабиль- Средняя Минималь- Мини-

Параметр позициони- ние энер- ность скорость ная ско- маль-

рования, мкм гопот-ребления по отно- удержания рабочего ор- плавного перемещения РО, рость перемещения РО робота, ная скорость

шению к гана, мм мм/мин м/с пере-

базовому меще-

исполнению, % ния РО робота, 7с

Современный ± 1 базовый 0,01 0,05 1-1,5 180

уровень

Перспективный ± 0,8 40-60 0,0085 0,03 0,7-0,95 130

уровень

Площадь Линей- Макси- Максималь- Количество Сниже-

Параметр технологи- ный гра- мальный ная частота амплитуд- ние

ческого сопла, мм2 диент скорости континуальный программной пере- ных пиков скорости по энергопотреб-

на выходе, вектор Умова стройки профиля сечению сопла, шт. ления по

(м/с)/мм струи, МВт/м2 скорости, Гц отношению к базовому исполнению, %

Совре- 600-900 1-1,5 3,4-4,5 отсутствует 1 отсут-

менный уровень ствует

Перспективный 3-100 4-8 5,0-6,4 30 8-10 40-60

уровень

Одним из путей для достижения параметров перспективного уровня комплекса технических средств гидрофицированного технологического оборудования является разработка магнитожидкостных регулирующих и измерительных устройств.

Дан анализ характеристик, классификаций и параметров современных магнитных и магнитореологических жидкостей и суспензий: дисперсные среды (нефтяные масла, силиконовые жидкости, вода, жидкие металлы); свойства магнитных и магнитореологических жидкостей и суспензий (плотность, магнитные свойства и их зависимость от температуры, электрические свойства, эффективная вязкость и влияние магнитного поля на вязкость, зависимость вязкости от температуры, теплопроводность, теплоемкость, поверхностное натяжение, волновые характеристики, оптические свойства) Показано, что с учетом значительной рыночной стоимости выпускаемых магнитных и магнитореологических жидкостей и суспензий (60 рублей за 1 см3) проводить экспериментальные исследования новых элементов, когда требуются десятки литров жидкостей, не представляется возможным, поэтому была обоснована и реализована принципиально новая (патенты РФ на способы №№ 2261450,2299419, 2305580, на устрой-

ства №№ 2219573, 2225622) МЖ вибрационная и высоковольтная электровзрывная технологии приготовления магнитных и магнитореологических жидкостей и суспензий типа «Сенсор-БИБУ», которая по стоимости на порядок ниже и обладает намагни-чиваемосгью в 40 кА/м, что явилось вполне достаточным для проведения эксперимен-

тов.

Дан анализ характеристик, классификаций и параметров современных упругих оболочек: показатели, характеризующие свойства резины, пластификаторы, наполнители, специальные резины (в частности, стойкие к действию масел и органических растворителей), технические свойства резин (механические свойства при статическом нагружении, жесткость, твердость, ползучесть, механические свойства при динамическом нагружении, эластичность по отскоку, износостойкость, морозостойкость, сопротивление термическому старению, стойкость к климатическому старению, биостойкость, стойкость в жидких средах, набухание, уплотнительная способность в органических жидкостях, пожароопасность).

Характеристики и параметры современных резин позволяют использовать их в качестве упругих оболочек магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов и производить расчеты статических и динамических характеристик элементов комплекса технических средств гидрофицированного технологического оборудования.

По результатам проведенного анализа проблемы, формулируются цель и задачи исследований.

Вторая глава посвящена методологическим основам разработки и создания высокоэффективных сложных динамических объектов, к каким относятся элементы гидрофицированного технологического оборудования для анализа и синтеза которого необходимы знания и данные по магнитожидкостным регулирующим и измерительным элементам.

Предлагаются концептуальные основы адаптированного к проблеме автоматизации приводов гидрофицированного технологического оборудования системного подхода, устанавливающего взаимосвязь методических, математических, технических, конструктивных разработок для повышения эффективности САУ гидрофицированного технологического оборудования на базе магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов. Методологические основы разработки магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов комплекса технических средств гидрофицированного технологического оборудования базируются на 6 этапах (рис. 1). Первый этап обеспечивает синтез конфигураций проточных частей магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов по крутизне гидравлических сопротивлений в зависимости от площади поперечного сечения проточных частей.

Для обоснования геометрии проточной части автором впервые предложен принципиально новый критерий. Магнитожидкостный орган расположен в проточной часта и изменяет проходное сечение, и, соответственно, гидравлическое сопротивление. Коэффициенты гидравлического сопротивления % большинства проточных частей регулирующих элементов определены экспериментально (работы АД.Альтшуля, И.Е.Идельчика, Л.В.Кагана) путем отношения перепада давления на проточной части к скоростному напору (уравнение Дарси-Вейсбаха), которое для патрубка круглого

сечения, к примеру, имеет вид:

Ар = <*>

Ртр с1 2

где 1П, <1П - длина и диаметр соответственно, м; Ар - перепад давления на патрубке,

тр

Па; р - плотность жидкости, кг/м3.

Авторский критерий чувствительности МЖ регулирующего или измерительного элемента позволяет определить крутизну изменения гидравлического сопротивления

^ проточной части от изменения площади ее поперечного сечения Р за счет деформации магнитожидкостного органа или сенсора и имеет вид:

Рис. 1. Системный подход к разработке САУ и САК приводами гидрофицированного технологического оборудования на базе магшггожидкостаых регулирующих и измерительных элементов

Второй этап позволяет путем векторно-энергетического анализа проточных частей находить оптимальное расположение магнитожидкостных регулирующих органов. Векгорно-энергетический анализ потоков жидкостей в проточных частях базируется на следующих критериях:

2. Энергетическая реакция при управлении силовым потоком энергоносителя:

1.Континуальный вектор Умова силового потока энергоносителя:

+ 1) (3)

Ус =Ма(-

л

-п

у+У^С

Кс|) <4>

где: У - вектор Умова, Вт/м2; Ус ■

где ца - динамический коэффициент вязкости энергоносителя, Нс/м2; Уу - скорость воздейст-

континуальная скорость энергоносителя, м/с; Р - статическое давление энергоносителя, Па; уО - плотность энергоносителя, кг/м3. 3. Напорный вектор Умова силового потока:

вия управляющего возмущения на силовой поток, м/с; пу - единичный орт-вектор управляющего возмущения на силовой поток.

т7 Р'Ус

(5)

4. Векторно-энергетическая управления:

Ус

избыточность (6)

Яв-И=ж

5. Критерий К1: ^ _ *

где Г(У„)

г У.

(7),

6. Критерий К2: К7 —

(В)

текущий радиус проточной части, на котором реактивный вектор Умова силового потока жидкости принимает максимальное значение

где - текущий радиус проточной части,

на котором происходит изгиб профиля вектора Умова силового потока жидкости (максимум первой производной вектора Умова силового потока жидкости) с!Уп/с1г = 0. Этот критерий соответствует минимально избыточному энергетически управлению. *

У „ , м; г0 - радиус проточной части, м. Этот критерий соответствует энергооптимальному управлению.

Третий этап обеспечивает расчет проточной части магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов, а также статических и динамических характеристик в операторах систем с распределенными параметрами.

Расчет проточной части производится по уравнениям движения, неразрывности и расходно-напорных характеристик последовательно включенных гидравлических сопротивлений из уравнений гидродинамики:

ьТг

ре ■ ч\ус = -1-ур+л2 Ус+-/„ Зг 1 J Р Р Р

У*ГС =0;

(9);

АРи= —

п

8 р-йп

№

относительная

где <1 о- диаметр характерного сечения, м; ^ - коэффициент Дарсиу - того местного сопротивления, находится по справочникам; V ] = К; /V о

средняя скорость энергоносителя в ] - том местном сопротивлении;

у.'Р

абсо-

лютная средняя скорость и Ко - характерная скорость энергоносителя, м/с; шд - количество последовательно соединенных диссипаторов.

Физические процессы в проточных частях магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов базируются на пространственном взаимодействии гидродинамических и электромагнитных полей, поэтому для описания статических характеристик (например, перемещения границ магнитожидкостных органов или сенсоров в

зависимости от параметров управляющего электромагнитного поля) и динамических характеристик (времени перемещения 1раниц магнитожидкостных органов или сенсоров при подаче скачком управляющего электромагнитного поля) была использована структурная теория систем с распределенными параметрами, основанная на определении функции отклика при воздействии возмущения в любом континууме пространства (работы А.Г.Бугковского, Э.Я.Рапопорт, Т.К.Сиразетдинова). В расчетах использовались континуальная передаточная функция, функция Грина, нормирующая функция.

Выходная функция находится по следующему выражению:

(11)

/„ б

Четвертый этап обеспечивает синтез градиентных электромагнитных полей в проточных частях магнитожидкостных регулирующих элементов для обеспечения максимального тягового усилия и МЖ измерительных элементов для обеспечения максимальной чувствительности при измерении расхода и плотности технических жидкостей.

Синтез включает в себя ряд последовательных этапов, заключительным из которых является расчет объемной электромагнитной силы, который базируется на фундаментальных соотношениях Максвелла: _ _ _ _

, (12); = 0,5(Е ■ О+В • Я), (13), где \УЭ - энергия электромагнитного поля, Дж; Б - индукция электрического поля, Кл/м2; Е - напряженность электрического поля, В/м; В - индукция магнитного поля, Тл; Н - напряженность магнитного поля, А/м.

Тяговое усилие в области взаимодействия гидродинамических и электромагнитных полей в проточной части вычисляется по интегральному соотношению:

ЩМ^ ИоМЧНйУ = / Нохтнж = % МоС« - 1)НЧНМ

(14)

где V - объем МЖО или МЖС, м3; М, х > № ~ соответственно намагниченность, А/м; магнитная восприимчивость; относительная магнитная проницаемость магнитной жидкости.

Пятый этап обеспечивает векторно-энергетическую минимизациию энергопотребления электромагнитными приводами, управляющими магаитожидкостными регулирующими и измерительными элементами. Снижение энергетической избыточности электромагнитных приводов гидрофицированного технологического оборудования является одной из важнейших проблем совершенствования гидроприводов в промышленности, поскольку энергопотребление электромагнитных приводов в общем балансе энергопотребления составляет значительную часть (до 30 %).

Шестой этап регламентирует разработку оригинальных технических решений по магнитожидкостным регулирующим и измерительным элементам на уровне изобретений. Эти технические решения должны быть реализацией двух предложенных способов преобразования сигналов: электрического в гидравлический (патент РФ № 2240590) и гидравлического в электрический (патент РФ Я® 2299419).

Для реализации методологических основ разработки и создания высокоэффективных элементов комплекса технических средств гидрофицированного технологического оборудования на базе магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов необходимо решение следующих задач:

1) проведение теоретического анализа классических и сложнопрофильных проточных частей гидравлических объектов управления с целью выявления рекомендуемых

конструктивных, режимных и технологических параметров (глава 3 диссертационной работы);

2) разработка математических моделей статических, динамических характеристик и проведение экспериментальных исследований новых магнитожидкостных регулирующих элементов (одноканального, двухканального, вихревого, «сопло-магнитожидкостная заслонка») (главы 4-7 диссертационной работы);

3) разработка математических моделей статических, динамических характеристик и проведение экспериментальных исследований новых магнитожидкостных измерительных элементов (расходомера, плотномера) (глава 8 диссертационной работы);

4) разработка математической модели нового метода формирования пространственных градиентных электромагнитных полей для управления магнитожидкостными регулирующими и измерительными элементами (глава 9 диссертационной работы).

В третьей главе представлены результаты теоретического анализа классических и сложнопрофильных проточных частей гидравлических объектов управления с целью выявления рекомендуемых конструктивных, режимных и технологических параметров. Впервые предложен принципиально новый критерий - крутизна изменения гидравлического сопротивления проточной части гидравлического объекта управления комплекса технических средств гидрофицированного технологического оборудования от изменения поперечного сечения за счет магнитожидкостного органа, который определяет такое размещение магнитожидкостных регулирующих органов или измерительных сенсоров, при котором заданное электромагнитное управление приводит к наибольшему изменению гидравлического сопротивления проточной части.

Анализу подвергались 6 типовых сечений проточных частей гидравлических объектов управления. Для канала прямоугольного сечения критерий крутизны управления представляется в виде:

¿^ кн16о1(1 + 2п + п2) (15)> где п = «о/Ьо, ао и в0 - геометрические парамет-

8Р =

Уо^п

ры канала, м.

1 4000-

3000*

а»

•в" 2000-

о м 1000-

0-

£ ]

\

Ч

\

X

0,1м/с 0,5м/с 1м/с

Изменение площади, м2*

Рис.2. Типовой график изменения коэффициента гидравлического сопротивления; перемещаемая среда - вода (20°С)

Для канала круглого сечения критерий крутизны управления представляется в виде:

Для канала кольцевого сечения критерий крутизны управления представляется в виде:

_ 256 -к, -1-у-п2 -г2 (_ " о (16)

где кн - поправочный коэффициент; V - кинематическая вязкость, м2/с; и -скорость движения жидкости, м/с; г = (Р — (Г)/2 - средний диаметр.

д£, =1б-1-У-71 ЭЕ, и

Р2

го /

Для канала сечения в виде сектора критерий крутизны управления представляется в виде:

дЕ, к-1-у(360 + 7гр)2 (18); 8Е~ 45-у-тг-р-Р2

где р - угол сектора.

Для канала сечения в виде прямоугольного треугольника критерий крутизны управления представляется в виде:

д£ 93.225 •*.'■/• V

дР к„

-(19), где

Для канала сечения в виде равностороннего треугольника критерий крутизны управления представляется в виде:

83.138-агн •/• у

u-Fl

(20)

о-Е2

- поправочный коэффициент; 1 - длина канала, м.; Ц. - гидравлический радиус, м.

Для рассмотренных 6-ти типовых сечений проточных частей получены рекомендуемые диапазоны управления и соответствующие коэффициенты чувствительности по управляющему фактору (табл. 2). Табл. 2

Параметры Тип сечения проточной части

Прямо- мо-угольник (вода) Кольцевое (вода) Круглое (вода) Секторное (воздух) Прямоугольный треугольник (воздух) Равносторонний треугольник (воздух)

Диапазон управления, • 10"6м2 2-5 5-20 4-40 20-60 20-60 20-60

5-106 4,6 •1016 8,67 •10" 3,7-Ю10 2,8-Ю10 2.810'°

Диапазон управления, Ю-* м2 9-30 100-200 100-200 100-200 100-200 100-200

d4dF, И* 1-105 1-106 2 • 105 0,4 •10s 0,3 • 10s 0,3 • 10s

Проведен теоретический анализ ламинарного и турбулентного режимов течения в проточных частях с учетом 3-х технологических режимов обработки поверхностей проточных частей: с неравномерной шероховатостью, с равномерной шероховатостью и без шероховатости. По результатам проведенного теоретического анализа были сделаны выводы: 1.Чувствительность управления на воде на 2 порядка выше, чем на воздухе. 2.Наиболее чувствительным к управлению является кольцевое сечение, затем идет круговое сечение и наименее чувствительным является прямоугольное сечение. 3. Чем меньше площадь сечения, тем выше чувствительность к управлению. 4. Для высоких давлений питания рекомендуемые размеры сечения проточной части составляют (5-30)- 10"6 м2. Эти размеры соответствуют уровням давлений питания в приводах гидрофицированного технологического оборудования порядка 4-5 МП а. 5. Для средних давлений питания рекомендуемые размеры сечения проточной части составляют (150-180)-10"6 м2. Эти размеры соответствуют уровням давлений питания в приводах гидрофицированного технологического оборудования порядка 1,5-2 МПа.6. Для построения магнитожидкостпых органов рекомендуется использовать криволинейные поверхности (шар, эллипс), сопрягая их с круглыми, либо закругленными поверхностями проточной части. 7. Сечение проточной части может выбираться из примерного

соотношения: оГ-„.21_ I50 (21), где Р„ - давление питания привода. 8. Для

S[MM ьРЛмш]

давлений питания в (0,5-2,0) МПа необходимо выбирать площадь проходного сечения магнигожидкостного регулирующего элемента в пределах (75 — 300) -10"6 м2. 9. Расчеты крутизны при турбулентном течении показали, что чувствительность управления

снижается в среднем на 50 %, поэтому турбулентный режим не рекомендуется для синтеза магнитожидкостных регулирующих элементов как более энергозатратный (табл. 3). 10. Расчеты крутизны при равномерной и неравномерной шероховатости проточной части показали, что чувствительность управления снижается в среднем на

15-20%. Табл.3.

Вид сечения Площадь сечения, м2 Ламинарный режим с1/м2 Турбулентный режим dC/dF, 1/м2

А К l*10-4<Fil.5*104i 1.443*1016 1.265*10®

О 1.5*10"6<FS2.5*10"6 1.695*1015 6.003*108

© 1H,10"6<F<1.5*10"6 2.127*1015 3.148*10®

1,5*10_6<F<2*10"6 7.445* 1014 1.439*10®

LA 1*10'6<F<1.5*10"6 4.121*1016 1.265* Ю10

1.5*10"6<F<2*10"6 9.987* 1015 5.288*10®

О 1*10"6<F<1,5*10"6 4,5* 1015 3,2*10®

1,5*10"6<F<2*10"6 4,4*1015 5,1*10'

2*10"6<F<4,5*10"6 5,5*1014 8,2*108

1*10"6<F<1,5*10"6 2,1*1016 3,7*10®

1,5*10"6<F<2*10"6 2,5*1015 5,9*108

2*10"6<F:24,5*10"6 3,8*1014 3,9* 108

С целью снижения энергопотребления при управлении магнитожидкостными органами или сенсорами проведено теоретическое исследование векторной энергетики гидравлических сопротивлений по критериям векторно-энергетического анализа.

Векторно-энергетический метод анализа применялся к проточным частям в виде цилиндрических труб с круглой и кольцевой сечениями проточной части, а также призматических труб с треугольным и квадратным сечениями проточной части. Для этих проточных частей были найдены теоретические выражения для 6-ти критериев: континуальный, напорный и реактивный векторы Умова силового потока, векторно-энергетическая избыточность управления, критерий К! энергооптимального управления, критерий К2 минимально избыточного энергетически управления.

015

У1МЗООО

■уз«*™ »««и»

/ 'Ч

/ \

/ / ч

*"4-. \ 4 "ч.у

Рис. 3. Типовые графики реактивных векторов Рис 4 Типовые ^аф^ ве1Сгорн0. Умова для круглого сечения проточной часта энергетической избь1ТОЧноста для круглого

сечения проточной части Результаты проведенных теоретических исследований позволили определить оптимальное расположение магнитожидкостных органов в проточных частях регулирующих устройств: (0,4-0,6) текущего гидравлического радиуса проточной части в направлении от оси симметрии проточной части к стенке, где скорость течения равна

нулю (табл. 4). Введенные в рассмотрение векторно-энергетические критерии К) и К2 явились, как оказалось, своеобразными «энергетическими» константами конфигураций проточных частей, т.е. они формируют область расположения регулирующего магнитожидкостного органа, где энергетика управления потоком рабочей среды будет

оптимальной.

Табл. 4. Сравнительный анализ сечений

Вид сечения

й = 24*10 м

а, = кто-3

м

¿2 = 26*10"

з.

м

а=23*10 м

а =21*10° м

Реактивный вектор Умова,

Вт/м2

11,141

17,887

22,557

21,476

Вектор Умова силового потока, Вт/м2

1760,9

788,74

18668,5

1868,6

Критерий К,

0,6

0,54

0,6

0,6

Критерий К2

0,45

0,4

0,5

0,5

Векторно-энергетическая

избыточность

ИЗ

0,00635

0,0242

0,0121

0,011

Проведен теоретический анализ сложнопрофильных проточных частей гидравлических объектов управления при ламинарном и турбулентном режимах течения с целью выявления рекомендуемых конструктивных, режимных и технологических параметров по новому критерию - крутизне изменения гидравлического сопротивления проточной части гидравлического объекта управления.

Сечение в виде квадрата с круговым иилиндуом

(22)

для ламинарного режима течения, где .Р -

11,1111111111111111

ПТГГГТТТТТТТТТГТТГГ

ишшшА

н шшштш-

I площадь поперечного сечения проточной

Рис.5. Канал квадратного сечения с круг- части, м2. лым цилиндром

2 <о-Р •/, ]

-ПИ

<о • ^ •

|_2

ф-Р-1, ]

Г1 л 2-'< +

[2 Р-1, """" "-Р-Ь ) (23)

для турбулентного режима течения.

Аналогичные формулы были получены для канала квадратного сечения с эллипсоидом и сечения в виде треугольной обечайки в упаковке.

тштпшшпи

/77777777777777777777"

Рис. 6. - Канал квадратного сечения с эллипсои- Рис. 7 - Сечение в виде треугольной упадом ковки в обечайке

Результаты проведенного теоретического исследования позволили сделать следующие выводы (табл. 5): при ламинарном течении жидкости в проточной части регулирующего устройства шероховатость стенок не оказывает влияния на чувствительность управления; влияние температуры и скорости движения рабочей жидкости при ламинарном и турбулентном режиме движения на чувствительность управления незначительно; коэффициент крутизны при ламинарном режиме движения выше, чем при турбулентном; наибольшей чувствительностью обладает сечение в виде квадрата с цилиндром.

Табл. 5 - Коэффициент крутизны сложнопрофильных проточных частей

Вид сечения Площадь сечения, м2 Вода, d[/dF, 1/м2

Ламинарный режим Турбулентный режим

Сечение в виде квадрата с круговым цилиндром 1.5-1СГ6 <F<2.5-1CT6 3,78-1018 3,05-1013

2.5-10* ^F<4.5-10^ 4,35-10" 3,86-1012

Сечение в виде квадрата с эллипсоидом 1.5-10"6 <F<2.5-10^ 3,19-1015 2,14-10"

2.5-10^ SF<4.5-10"6 3,65-1014 2,02-1012

Сечение в виде треугольной упаковке в обечайке 1.5-10"4 ^<2.5-10"* 1,32-1012 1,65-10"

2.5-10"6 <F<4.5-10"6 2,61-Ю11 6,60-1010

Для оценки деформации магнитожидкостного органа проведено моделирование деформации гибкой мембраны круглого основания при входном давления в виде параболы Пуазейля. В качестве исходного задавалось дифференциальное уравнение в частных производных второго порядка:

32U(x,y,t)

at2

a2u(x,y,t) + a2u(x,y,t)

Эх

dy

(24), где

= f(x,y,t); {J(х, у, l) = [м] - ортогональная деформация мембраны;

= л/т\н / м2 ]/ р[кг / л/3] " волновая скорость мембраны; т[н/м2] " поверхно-

стное натяжение мембраны; Роб [кт /м1]" объемная плотность материала мембраны;

/(х,у,1) - входное возмущение; g(x, у, I) - поверхностное усилие на мембрану;

рпов[кг/м2] - поверхностная плотность мембраны.

Общее решение приведенного дифференциального уравнения (деформация магнитожидкостного органа электромагнитным полем) получено в виде:

я-(2-п~1)_^^-со/^-л

_п-[2-п — 1)_х (-/„)■

' (- 2 - соз(п• я)• Бт(тс■п)+2-п к-п)-1 а2 ■ к1 •

п1 и-1

(25)

-со/уу ■ + (■*> Л О

Рис. 8. Деформация магнитожидкостного органа электромагнитным полем Четвертая глава посвящена разработке теоретических основ и прикладных методов повышения эффективности комплекса технических средств САУ гидрофициро-ванного технологического оборудования на этапе их эксплуатации, основанных на принципиально новом способе преобразования электрического сигнала в гидравлический, который осуществляется посредством нового магнитожидкостного регулирующего элемента - одноканального с обоснованием математических моделей статических, динамических характеристик и проведением экспериментальных исследований.

Теоретические статические характеристики (перемещение границы магнитожидкостного органа от тока в управляющей обмотке) и динамические характеристики в виде передаточных функций получены в операторах систем с распределенными параметрами. В качестве исходного для статической характеристики использовалось дифференциальное уравнение вида:

а20(х,у,0 2 Гэ2(з(х,у,01 а2д(х,у,0~1 ^ ^ (26),

д12 [_ ду2\

с нормирующей функцией: и функцией Грина:

+ а26{12-уШх, 0 (28)

(27)

Перемещение границы магнитожидкостного органа от тока в управляющей обмотке находилось в виде:

СКх,у^)= (29)

При подстановке числовых значений производился численный расчет (ДХ, УД) (МаЛСаф, результаты которого приведены на рис. 9, 10.

5*10'3 4*10"3 3*10"3 2*103

1*10'3

о

1*10' 2*106 3*106 4*106 5*10®

Давление, Ях,у,г)

0,м 0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0

А 1_, м

0,007

1.0059 /

0/Ю338 7

о 3 юаззвг1 "0,0015С 5

«и. В

Рис. 10. Статическая характеристика магни-Рис. 9. Статическая характеристика магнито- тожидкостного органа типа «управляющее

жидкостного органа тала «давление потока иапряжение - перемещение контура»

на перемещение контура»

-а

(30)

Теоретическая динамическая характеристика получена по континуальной передаточной функции, соответствующей дифференциальному уравнению (26):

1

\У(х,у,^,Т1)р) = 4- X 9пт(Х'У)фтп(^'П) — т,п=1 Р

С учетом принятых и расчетных величин параметров магютгожидкостного органа передаточная функция получена в виде:

\¥(х,у,4,11,Р) =

4-

5т( щх + е,)5ш( у,у + 5|) вц^щ^ + е^ш^п + б!)

1, +

(аЛ + ц^ХаГ+РГ)

1,+

(а2р2+^)(а2+р2) р2 + а2 -(ц^ + V, )

(с^+цЖ + Ц?) ' '2 ' (а2 + )СЭ2 + У2)

5ш(ц,х + б1)5ш(угу + 52) зшС^ + е^шСу^ + а;)

(а,Ь1 + |х,,Ха?+Р?) \ , («2Р2+У^)(а2+Р2) ' 1 (а2+ц?)(Р? +ц?) ' 2 (а^+^)(р2+у2) ' 5гп(Ц|Х + е,)5ш( у3у + 53) 5ш( + е1)5ш( у3Г1 + 53)

(31)

1

р2 + а2

1

1, +

(сцЬ, + ц.2 )(а2 + р! )

(а2р2+У?Х«1+Р1)

р2 + а2

(о.'+^ХРг+Ц!2) ' («2+У^Хр2+Уз2)

Анализ и последующая численная аппроксимация результирующей континуальной передаточной функции показали, что она содержит 6 параллельных типовых звеньев второго порядка со слабым демпфированием. Существенное значение имеют первые два звена, причем постоянные времени составляют порядок единиц миллисекунд. На высоких частотах в работу включаются еще 4 звена с постоянными времени порядка десятых долей миллисекунды. Таким образом, результирующую передаточную функцию магнитожидкостного органа можно переписать в виде:

т 1,02* Ю-5 | 7,3* 10'6 (32)

(Р; ((2,16*10"3)2р2+1) ((1,02 *10~3)2р2 +1) Расчет усилий действующих на магнитожидкостный орган при разбиении его на сегменты (шар, цилиндр и конус) по фундаментальным соотношениям Максвелла с учетом расчетных параметров управляющего магнитного поля позволил получить тяговую статическую характеристику МЖО.

Расчет усилий действующих на магнитожидкосгный орган при разбиении его на сегменты (шар, цилиндр и конус) по фундаментальным соотношениям Максвелла с учетом расчетных параметров управляющего магнитного поля позволил получить тяговую статическую характеристику МЖО.

На основании теоретических исследований был изготовлен макетный образец одноканального магнитожидкосгного регулирующего элемента (Патент РФ № 2240590), на котором проводились экспериментальные исследования (рис. 11).

Рис. 11. Продольное сечение одноканального магнитожидкостного регулирующего элемента

0

1 4 -*-Рлд4

-1 2

иу.я 6

3 * 5

IX'

Рис. 13. Динамическая характеристика «мокрой» камеры

Ряд 1- эксперимент; Ряд 4 - теория Рис. 12. Статическая характеристика «сухой» камеры

На рис. 14 приведена функциональная схема гидропривода токарного патронно-центрового полуавтомата с ЧПУ мод. 1725 МФЗ, которая обеспечивает зажим детали в патроне, перемещение пиноли задней бабки, продольное перемещение, поворот и фиксацию инструментального магазина, фиксацию и зажим резцового блока на суппорте, переключение зубчатого блока коробки скоростей.

Нормирующий усилитель- преобраэовятеь Дэтчии коррекции ПО 1ир«ХС1р1К перемещения рабочего оргии Ь

Рис. 14. Функциональная схема САУ гидропривода токарного патронно-центрового полуавтомата с ЧПУ мод. 1725 МФЗ

Пятая глава посвящена разработке теоретических основ и прикладных методов повышения эффективности комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования на этапе их эксплуатации, основанных на принципиально новом способе преобразования электрического сигнала в гидравлический, который осуществляется посредством нового МЖ регулирующего элемента — двухканаль-ного (дифференциального) с обоснованием математических моделей статических, динамических характеристик и проведением экспериментальных исследований.

Особенностью двухканального магыитожидкостного регулирующего элемента является наличие двух выходных каналов, что относит элемент к классу регулируемых гидравлических распределителей и позволяет выполнять более сложные задачи по управлению потоками жидкости при автоматизации гидрофицированного технологического оборудования (пропорциональные гидравлические распределители, которые при исполнении на классических электромагнитных распределителях имеют более сложную структуру). Соответственно, увеличиваются функциональные возможности гидрофицированного технологического оборудования, а также точность работы исполнительных механизмов. Математическая модель проточной части каждого канала двухканального магнитожидкостного регулирующего элемента является такой же, как и у одноканального магнитожидкостного регулирующего элемента с той лишь разницей, что магнитожвдкостный орган размещается в узком зазоре между магнитопрово-дящими полюсами, что позволяет снизить потоки рассеяния управляющего электромагнитного поля. С целью увеличения напряженности магнитного поля в межполюсном зазоре проведен расчет и моделирование магнитного поля в магнитопроводе двухканального магнитожидкостного регулирующего элемента.

Рис. 16. Разбиение рабочего зазора двухканального элемента на участки

н^н.-Р^К-^) (33),

где Ир, Нь Н„ - напряженности магнитного поля в | « ^ искомой, начальной и конечной соответственно

областях разбиения; р - порядковый номер области Рис. 15. Модель магншопровода разбиения; п - число областей разбиения, двухканального элемента

Аналитическое выражение напряженности магнитного поля в рабочем зазоре двухканального магнитожидкостного регулирующего элемента получено в интегральной форме:

8^ + 0.25(4-1)0

р

I I

Х1=0у1=0

СОЗ

агс1§

л/х.

2 , 2 + У1

2 , 2 , 2 X, +у! +г,

-сЬс^у, -

р-1

СОБ

/ / I 1

И^у!

2 2 2 х,=0у,=0 Х1 +У1 +21

-сЬс^у,--

/ ^ / ^ I I

аг<%

I 2 2

2 2 2 Х„ +У„ +2П

30% концентрация ферромагнетика

70% концентрация ферромагнетика

Рис. 18. Статические характеристики магнитожидкостного органа на «сухой» камере

_ООЫфскр_. (34).

+ г,2 + (Ь2 + 0.25(я - 1)ь1 У - 2г, (Ь2 + 0.25^ -1)111 )со5 Ф Для проведения экспериментальных исследований был изготовлен экспериментальный макет, позволяющий проводить исследования на осушенной проточной части («сухой» камере) и на заполненной рабочей жидкостью проточной части («мокрой» камере).

Рис. 17. Конструкция двухканального магнитожидкостного регулирующего элемента Исследования статики и динамики на «сухой» камере позволили получить максимальное перемещение магнитожидкостного органа 9 мм, время переключения 0,04 с. Экспериментальные исследования статики и динамики «мокрой» камеры позволили получить перекрытие расхода величиной 80-10"6 м3/с, время переключения 0,01 с. Конструктивная оптимизация двухканального магнитожидкостного регулирующего элемента позволила обнаружить эжекционный эффект, который резко увеличивает коэффициент усиления по мощности элемента. При использовании эжекционного эффекта двухканапьный магнитожидкостного регулирующего элемента позволил перекрыть полностью силовой поток рабочей жидкости (техническая вода) давлением до 0,5 МПа, при этом время переключения составило 0,015 с, что в 3 раза меньше, чем на «сухой» камере._

ЗУ. иоицснт|>.идм

г

V

-«-1 кпмерк 1 камер»

o." i U г ¿s » и

давление питания 0,0) Mita

давление питания 0,004 МПа Рис. 19. Статические характеристики магнитожидкостаого регулирующего элемента на «мокрой» камере

При проведения экспериментальных исследований с магнитожидкостными регулирующими и измерительными элементами потребовались значительные объемы магнитных и магнитореологических жидкостей - десятки литров. С учетом высокой рыночной стоимости стандартных магнитных и магнитореологических жидкостей было принято решение изготавливать их своими силами. Разработанным магнитным и маг-нитореологическим жидкостям и суспензиям в соответствии со стандартом предприятия была присвоена марка «Сенсор-БИБУ». В основном технология получения жидкостей «Сенсор-БИБУ» практически не отличается от технологий получения стандартных магнитных и магнитореологических жидкостей. Однако есть и особенности: многократная интенсификация фаз дробления и перемешивания с использованием магнитожидкостных вибрационных (патент РФ № 2426922 на способ, патент РФ № 93417 на полезную модель) и высоковольтных электрогидравлических взрывных (патенты РФ №№ 2261450, 2305580, 2357789 на способы и №№ 2219573, 2225622 на устройства) технологий.

Табл. 6. Технические параметры жидкостей «Сен- Табл. 7. Технические параметры суспен-

Жидкая основа Р> 103 кг/м3 4 103 А/м с, 10" 2

Вода 1.18 32,53 4.26

Вода 1.25 40.82 9.08

Керосин 1.12 28,55 10.92

Керосин 0.95 48,63 16.83

Трансформаторное масло 1.04 65,87 12,45

Жидкая основа ,р> 103 кг/м3 4 103 А/м с, 10" 2

Вода 1.23 41,38 6.26

Вода 1.25 42.64 7.14

Керосин 1.11 32,76 9.86

Керосин 1.03 46,55 10.25

Глицерин 1.15 67,16 13,75

Глицерин 1.24 72,43 14,87

нояогического оборудования позволяет (рис. 20) заменить сложный электромеханический узел первого каскада дросселирующего распределителя типа Г68-1. В результате повышается эффективность управления: появляется принципиальная возможность пропорционального распределения потока рабочей жидкости между двумя выходными каналами, быстродействие повышается на 30 %, энергопотребление при управлении за счет эжекционного эффекта снижается на 35%, степень очистки рабочей жид-

кости понижается на порядок, сужается номенклатура элементной базы, что обусловлено уменьшением количества механических и электромеханических звеньев из цепи преобразования электрического сигнала в гидравлический.

^__|^Возмущающие факторы^]_^

Михро процессор »„(?)=I

ЦАП \ Скитеигср ЭМГГ К ад,

»'«иг«'1 (Гм р+ I) 1

▼

ПАП Сюпезжтор ЭМП К м 1

ч (Г Ов; р* 1) н ?

АЦП

Нормирующие усщшгсли

А1Щ

, ■

[Нормирующие! Ч Умет

И усилители Г^ (Т^р+1)

— №ц*Р)=К«у --—

I 1 СЬ ')

ующие| ггели Г^

О расход

3 плотность

расход

Левая полоть Г68-1

полость

Г68-1

Рис. 20. Замена узла первого каскада дросселирующего распределителя типа Г68-1 на двухка-нальный магниюжидкостный регулирующий элемент

1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

/ \ !

/ |

/ ! ! 1 ■

/ ( 1

/ у 1 |

9 л | _] ___1

........ 1

0 0,125 0,25 0,3 0,375 0,5 0,625 0,75 1 1,25 1,5

Время переходного процесса, с

Рис. 21. Результаты моделирования переходных процессов: Г68-1 (сплошная линия); замена двухканальным магнитожидкостным регулирующим элементом (пунктирная линия)

Использование двухканального элемента при автоматизации ГТО и, в частности, в САУ гидропривода копировально-прошивочного электроэрозионного станка 4Д722АФ1 позволяет заменить сложный электромеханический узел первого каскада дросселирующего распределителя типа Г68-1, что, в свою очередь, повышает качество управления: появляется принципиальная возможность пропорционального распределения потока рабочей жидкости между двумя выходными каналами, быстродействие повышается на 30 %, энергопотребление при управлении за счет эжекционного эффекта снижается на 35%, степень очистки рабочей жидкости понижается на порядок, сужается номенклатура элементной базы, что обусловлено уменьшением количе-

ства механических и электромеханических звеньев из цепи преобразования электрического сигнала в гидравлический.

Шестая глава посвящена разработке теоретических основ и прикладных методов повышения эффективности комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования на этапе их эксплуатации, основанных на принципиально новом способе преобразования электрического сигнала в гидравлический, который осуществляется посредством нового магнитожидкостного регулирующего элемента - вихревого с обоснованием математических моделей статических, динамических характеристик и проведением экспериментальных исследований.

Достоинством вихревого магнитожидкостного регулирующего элемента является использование при электромагнитном управлении энергии силового управляемого потока жидкости предварительно закрученного до критического состояния, когда малейшее электромагнитное управляющее воздействие резко изменяет выходной расход рабочей жидкости. Следствием этого является повышение чувствительности к управлению. Отличительной особенностью вихревого магнитожидкостного регулирующего элемента является формирование выходного потока рабочей жидкости в виде конусной струи, угол расхождения которой регулируется электромагнитным управляющим воздействием.

Типовая расходная характеристика вихревой камеры является инверсной (рис. 22) и близка к релейной, т.е. обладает большим коэффициентом усиления по мощности. Идея управления в вихревой камере заключалась в изменении гидравлического сопротивления проточной части посредством магнитожидкостного органа (рис. 23)

Рис. 23. Конструкция 2747117).

вихревого элемента (патент РФ №

Рис. 22. Типовая расходная характеристика вихревого магнитожидкостного регулирующего элемента

Теоретические исследования позволили получить выражение для общего коэффициента гидравлического сопротивления вихревого магнитожидкостного регулирующего элемента:

где с1в - диаметр выходного отвер-5„ = —^ ч —д4 стия, м; О - диаметр вихревой ка-

меры, м; Оо - диаметр обтекателя магнитожидкостного органа), м; Н - высота вихревой камеры, м.

Г г [ ]

4 4

н да-0»)

1 2 J 1 2 )

(35)

--------А ил.

Теоретические статические характеристики (перемещение границы магнитожидкостного органа от тока в управляющей обмотке) и динамические характеристики в виде передаточных функций получены в операторах систем с распределенными парамет-

рами. В качестве исходного для статических и динамических характеристик использовалось дифференциальное уравнение вида:

Зуу(Г,0 дг

с нормирующей функцией; ©(г, I) = А[г, I) + \у„ Ш(0 - - г)\у(К, I)

(37)

где \у(г, 1) - ортогональная деформация (прогиб) мембраны, м; Цгд) - входное воздействие на мембрану, м/с2; а - вол' ' новая скорость мембраны, м/с. и функцией Грина:

а

(38)

Перемещение границы МЖО от тока в управляющей обмотке получено в виде: + (4 • 10-4 - {1,2рУ )• 5(т) \\pdx ш

(39)

+ 1Л5-Х

0,016 - - - I -ШЪ

Теоретическая динамическая характеристика магнитожидкостного органа получена по континуальной передаточной функции:

которая после подстановки расчетных параметров и аппроксимации представлялась в виде:

4,9-10"3

Ющсо^ =;

-Ь-8:--

(40)

ОбДСГ'м'/с

1-ро»1-105Па

2-р11«»0>7-10>Па 2 Э-Рв=0,510,Па

(0.0002Р + 1)(0,001Я + I)2 (41)

Геометрия вихревого элемента определяется следующими соотношениями:

Б:

; 0,144<—<0,64; —>2. 750-к-\ И с!в

(42), где Ощах - максимальный расход через вихревой элемент.

Экспериментальные исследования проводились на «сухой» и «мокрой» камерах и

0 02 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Рис. 24. Теоретическая статическая характеристика вихревого элемента, отражающая зависимость выходного расхода от силы тока в обмотке (давление управления 0,05 МПа)

показали высокую эффективность элемента для случая управления выходной струей в ввде расходящегося конуса.

1 <уо*м7(

СиО^м1/.

и, в

О 2 4 6 8 10

Рис. 25. Семейство статических характеристик вихревого элемента при

1 - при изменении и от 10 до О В

2 ■ при изменении и от 0 до 10 В

0,2 0,4

Переходные процессы вихревого эле-

Расчеты показывают, что использование элемента в станочных приводах ГТО обеспечивает снижение энергопотребления на 35 %, степень очистки охлаждающей жидкости не регламентируется (можно управлять не только водой, но и вязкими суспензиями при условии организации критического вихревого эффекта), сужается номенклатура элементной базы, что обусловлено уменьшением количества механических и электромеханических звеньев из цепи преобразования электрического сигнала в гидравлический.

На рис. 27 приведена функциональная схема САУ гидропривода вспомогательного устройства программно-поверхностного охлаждения обрабатываемой детали долбежного станка 7403.

и Прякпясй

У сел яге ль заигтргзаягапл

мощности нссоса покж« птт

МЖВЭ

Пршрмыа повфхтоегного I Микрочкясссорный

охлаждай* 1 блокутфазления (брабагышшой I детали

+ Синтезатор зле строи а т итвого поля Н Мшнитожидюстний Кояусная струж Обр абаты гае мах

вихрвой злааент 0 деталь

и

У сил яте ль

ио щю ста

Прюдяой )лсктр<шага«пь

Датчик расхода

Рис. 27. Функциональная схема САУ гидропривода вспомогательного устройства программно-поверхностного охлаждения обрабатываемой детали долбежного станка 7403.

Использование вихревого МЖРЭ при автоматизации ГТО и, в частности, в САУ гидропривода вспомогательного устройства программно-поверхностного охлаждения обрабатываемой детали долбежного станка 7403 позволяет производить адресное поверхностное охлаждение за счет программно управляемого жидкостного расходящегося конуса, что, в принципе невозможно осуществить иными техническими средствами. Использование вихревого МЖРЭ при автоматизации ГТО повышает качество управления: повышается чувствительность у управляющему электромагнитному управлению при снижении энергопотребления на 35 %, степень очистки рабочей жидкости не регламентируется (можно управлять не только жидкостями, но и вязкими суспензиями при условии организации критического вихревого 1эффекта), сужается номенклатура элементной базы, что обусловлено уменьшением количества механиче-

ских и электромеханических звеньев из цепи преобразования электрического сигнала в гидравлический.

Проработаны варианты использования вихревого МЖРЭ в различных приводах ГТО: в схеме подпитки и воздухоудаления систем отопления, в гидросистеме с двумя гвд-роцилиццрами, питаемыми одним насосом через редукционные клапаны с дроссельным регулированием на выходе

Седьмая глава посвящена разработке теоретических основ и прикладных методов повышения эффективности комплекса технических средств САУ гидрофициро-ванного технологического оборудования на этапе их эксплуатации, основанных на принципиально новом способе преобразования электрического сигнала в гидравлический, который осуществляется посредством нового магнитожидкостного регулирующего элемента - «сопло-магнитожидкостная заслонка» с обоснованием математических моделей статических, динамических характеристик и проведением экспериментальных исследований.

Широкое распространение элемента «сопло - заслонка» вызвано тем, что он сохраняет качественные показатели комплекса технических средств гидрофицирован-ного технологического оборудования (высокое быстродействие и силовые характеристики, надежность, гибкость), свободен от заедания и перекосов, свойственных золотниковым преобразователям, а также допускает совместное применение с ними современных микропроцессорных устройств. Однако такие дросселирующие устройства очень чувствительны к степени очистки рабочей жидкости, подвержены эрозии, зависят от облитерации в соплах из-за их малого диаметра, механическая заслонка обладает сухим трением и заеданиями в узлах крепления, требовательна к степени очистки рабочей жидкости. Очистка РЖ должна соответствовать 19/15 классу по нормам ISO 4406 или эквивалентна 13...15-му классу чистоты по ГОСТ 17216-2001. При этом абсолютная тонкость фильтрации 25 мкм. Для гидроприводов с повышенными требованиями к надежности и долговечности необходима фильтрация РЖ до 16/13 класса по нормам ISO 4406 или эквивалентная 11-му классу чистоты по ГОСТ 17216-2001. Абсолютная тонкость фильтрации 10 мкм.

Достоинством элемента типа «сопло - магнигожидкостная заслонка» является отсутствие механической заслонки между двумя соплами и связанных с этим недостатков. Поэтому использование преобразователя типа «сопло - магнигожидкостная заслонка» позволяет повысить качественные показатели золотниковых усилителей мощности, которые используются в высоконапорном гидрофицированном технологическом оборудовании (до 20 МПа).

Теоретические исследования позволили получить выражение для коэффициента гидравлического сопротивления межсопловой камеры:

из патрубка в сопло, м/с; а - угол сужения конуса сопла. Для однородной магнитожидкостной заслонки процесс колебаний одной ее полусферы описывался однородным дифференциальным уравнением вида:

г „— 1Т1г. \0.5=1 170 ти/г> - пптгнгтяя

где ¿СА< - диаметры сопел и подводящих патрубков, соответственно, м; 0)ст - скорость жидкости в переходе

где: а=(Т/р3)°'5=и29 м/с - волновая скорость мембраны; Т - поверхностное натяжение полусферы заслонки; Т^^^З 187,7 Н/м2; ^ - усилие, обусловленное действием

магнитной жидкости, которой заполнена заслонка; ¡'мж — 0,5Н; 8та=2тп%|Ь3 - площадь половины поверхности заслонки, м2; р3- плотность материала мембраны, р3 = 2500 кг/м3.

Решение задачи выполнялось по классической методике, предложенной АН/Тихоновым и А.А.Самарским. Общее решение однородного уравнения, характеризующего отклонение полусферы заслонки от положения равновесия в момент времени ^ имеет вид:

т=1 п=1

,<2"-1)__^ Ы ^

[- 2Со^т)5т[т)+2пл - и)2г,

Рис. 28. Форма заслонки: а) в начальный момент времени; б) при силе тока 5 А

(45)

Расчет магнитного поля позволил получить тяговую силу на заслонку.

Р.н.

у 28000

14000 **

У* 7000

У

а) 6)

Рис. 29. Зависимость от тока в обмотке управления: а) тяговой силы; б) тягового усилия

'1777777777777777777777777777777777777%'

Рис. 30. Элемент «сопло-заслонка» 1 - заслонка; 2, 3 - сопла; 4,5 - постоянные дроссели; 6 - центрирующие резинки; 7,8- катушки; 9 -магнитопровод; 10 - распределительный золотник

Рис. 31. Зависимость перемещения золотникового преобразователя егг силы тока

Передаточная функция элемента «сопло - магнито-жидкостная заслонка» рассчитывалась поэтапно: находилась передаточная функция гидроусилителя; находилась передаточная функция электромагнитного преобразователя, управляющего перемещением заслонки, рассчитывалась динамика всего элемента с учетом отрицательной обратной связи от золотника к заслонке.

В итоге передаточная функция была получена в виде: ^эгуп (Р)=(0,9-|103Л(-3))/((0,16Р+1)(0,0054Р+1)) (46).

.ТУ—

Рис.32. Структурная схема элемента «сопло - заслонка» Проведенные экспериментальные исследования макетного образца позволили уточнить расчетные статические и динамические характеристики элемента «сопло - магнитожид-костная заслонка».

<|с = 0,003 м,Т = 293К йс = 0,003 м, Т = ЭОЗК <1с = 0,005 м

0,003 0,002 0,001

г

2

о 0,4 0,8 1,2 1,6 I, о

Рис.34. Зависимость смещения золотника от времени при ступенчатой подаче напряжения

0 1 2 3 4 5 6 и,В

Рис. 33. Зависимость изменения расхода через золотниковый гидрораспределитель от напряжения при р,= 0,115 МПа, Ьо = 0,001 м при различных температурах рабочего масла

На рис. 35 приведена функциональная схема САУ возвратно-поступательного перемещения шпинделя гидропривода вертикально - хонинговального полуавтомата ЗК82У (узел первого каскада дросселирующего распределителя типа Г68-1).

I 1 г— ! Ли« теш оси ---------

Эгаеатор Н V

и

и Нормирую 1ЩЙ Детокл таррс шп ш пш рострам

АЦП усилигель-- цюобраэоввгеь р.бо^Иювгос™

АЦП Нэрмнруюпнй ¡¿илкгель-- фоэбракяагеь Дат «ми ксррг пик

V, а, ?,ц

Рис 35. Функциональная схема кипуаши-шичш^ши™ -----—-------

привода вертикально - хонинговального полуавтомата ЗК82У (узел первого каскада дросселирующего распределителя типаГ68-1).

Использование преобразователя «сопло-МЖЗ» при автоматизации 1 Ш и, в частности, в САУ возвратно-поступательного перемещения шпинделя гидропривода вертикально - хонинговального полуавтомата ЗК82У позволяет заменить сложный электромеханический узел первого каскада дросселирующего распределителя типа Г68-1, что в свою очередь, повышает качество управления: снижается гистерезис статической характеристики (перемещение МЖЗ-ток) на 45%, повышается быстродействие преобразователя на 25%, снижается на порядок степень очистки рабочей жидкости, сужается номенклатура элементной базы, что обусловлено уменьшением количества механических и электромеханических звеньев из цепи преобразования электрического

сигнала в гидравлический.

Проработаны варианты использования ЭГП «сопло - МЖЗ» в приводах I Ю плоскошлифовального станка 3 Д722, в САУ рейками топливного насоса высокого давления двигателя КамАЗ, в САУ подъемно-рихтовочным устройством в железнодорожной выправочно-подбивочно-рихтовочная машине типа ВПР.

Восьмая глава посвящена разработке теоретических основ и прикладных методов повышения эффективности комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования на этапе их эксплуатации, основанных на принципиально новом способе преобразования гидравлического сигнала в электрическии, который осуществляется посредством новых магнитожидкостных измерительных элементов - расходомера и плотномера с обоснованием математических моделей статических, динамических характеристик и проведением экспериментальных исследовании.

Стремление к сужению номенклатуры элементной базы и уменьшению количества механических и электромеханических звеньев в цепи преобразования гидравлического сигнала в электрический привело к необходимости разработки гидроэлектрических преобразователей параметров рабочих жидкостей, которые были бы физически однородными с магнитожидкостными регулирующими элементами. Такими элементами явились разработанные магнитожидкостные расходомер и плотномер, которые основаны на деформации магнитожидкостного сенсора набегающим измеряемым потоком жидкости. Измерительные параметры: скорость ог 0 до 1,0 м/с, расход от 0 до 15010"6 м /с, плотность от 500 до 980 кг/м3 с классами точности 1,5 при доверительной вероятности 0,95.

Расходомер представляет собой цилиндрическую проточную часть, внутри которой расположен магнитожвдкосгный сенсор. Измерительная цепь расходомера с сенсором работает как дифференциальный индуктивный датчик с жидким магнитным сердечником в виде деформируемого сенсора.

Рис. 36. Конструкция расходомера: 1 - корпус; 2

- измерительные катушки; 3 - сенсор; 4 - герметизирующая крышка ис- 3' ■ Измерительная схема расходомера

Поскольку сенсор находится под действием внешней нагрузки (поток измеряемой среды) и внутренней нагрузки (давление магнитной жидкости) производился расчет деформации сенсора с учетом этих нагрузок. По результатам проведенных расчетов получена статическая характеристика расходомера (зависимость тока в измери-сти)НОЙ ЦеПИ диФФеренциального индуктивного датчика от расхода рабочей жидко-

!=8(р;г;г0;Лр;а,; 1;ц;А;с1;а;к;ца; Т;Я)<2 (47)5

где / - ток в измерительной диагонали дифференциального индуктивного датчика, А; 5

- функционал, Ас/м , зависящий от следующих расчетных параметров: р,г- текущие координаты проточной части, м; г„ - радиус провода индуктивного дифференциального датчика, м; Ар - перепад давления на проточной части расходомера, Па; - а, I радиус и длина соответственно проточной части расходомера, м; ц - коэффициент Пуассона; А - поправка, учитывающая текущий радиус толщины обмотки индуктивного дифференциального датчика; (1 - диаметр проточной части расходомера, м; а - радиус сенсора, м; к - постоянная Больцмана, Дж/К; - магнитная проницаемость измеряемой рабочей жидкости, Гн/м; Т - температура, К; Я - диаметр сенсора, м; <2 - расход измеряемой рабочей жидкости, м /с.

х, м " q, Па

Рис, 38. Перемещение сенсора по высоте Рис. 39. Статическая характеристика сенсора

Для выбранных конструктивных параметров расходомера расчетное значение функционала 8 составило значение 66,6 Ас/м3. Передаточная функция расходомера была получена путем последовательного анализа цепи преобразования гидравлического сигнала (расхода О) в электрический (ток 1(1:) в диагонали измерительного моста) (рис. 40). Передаточные функции находились по классической методике

для элементов с сосредоточенными параметрами, передаточная функция \У2 преобразования средней скорости набегающего потока УСр в деформацию сенсора I,Мжс находилась в операторах систем с распределенными параметрами и затем аппроксимировалась типовым звеном первого порядка.

V *г ^мжс^ *

я,

I щ

Рис. 40. Структурная схема расходомера Проведенные экспериментальные исследования макетного образца подтвердили адекватность теоретических моделей и уточнили статические и динамические характеристики.

//

А Г

РшвдкАиш. .у■ ....

0,Ш2ё 0,01« 0.0182 0,0191

Рис. 42. Экспериментальная динамическая характеристика расходомера

Рис. 41. Экспериментальные статические характеристики расходомера на воде

Магнитожидкостный плотномер представляет собой цилиндрическую измерительную камеру, в которой расположен сферический сенсор, который является своеобразным жидким магнитным сердечником дифференциального индуктивного датчика. На сенсор действует динамическое напорное давление жидкости, плотность которой необходимо измерить: Рдин= Р 'У2ср/2 (37), где р - плотность рабочей жидкости, кг/м3; - средняя скорость измеряемой жидкости в отборном измерительном капилляре, м/с. Выбором специальной геометрии отборного капилляра (длина 1К и диаметр <4) можно получить в нем постоянство средней скорости и тогда динамическое напорное давление будет зависеть только от плотности измеряемой жидкости. В итоге динамическое напорное давление, воздействуя на сенсор деформирует его и изменяет баланс дифференциальной индуктивной измерительной схемы.

Е

Рис. 44. Мостовая схема включения катушек плотномера Сенсор выполнен в виде плавно изменяющейся непрерывной поверхности с постоянной толщиной и нагружен измеряющейся динамической напорной нагрузкой.

По результатам теоретических исследований получена статическая характеристика плотномера (зависимость тока в измерительной цепи

Рис. 43. Конструкция плотномера (патент РФ № 2299419 на способ и устройство)

дифференциального индуктивного датчика от плотности рабочей жидкости):

I = 4 4-51к М,*И^&ц^¿й&Щ&Щ&ШфЛ^ «ф- 60®}

(48),

где 1 - ток в измерительной диагонали дифференциального индуктивного датчика, А; 1а - начальный ток измерительной цепи, A; S - функционал, Ам3/кг, зависящий от следующих расчетных параметров: I - общая высота катушек измерительных катушек, м; N]= N2 - число витков измерительных катушек; Sk - площадь поперечного сечения катушек по воздуху, м2; Sf- площадь поперечного сечения сердечника, м2; |if - относительная магнитная проницаемость магнитной жидкости; lj - величина деформации МЖС, м; = R2 - сопротивления катушек, Ом; М2ь М12 - взаимные индуктивности катушек, Гн; R/= R3 - сопротивления мостовой схемы, Ом; р - плотность измеряемой рабочей жидкости, кг/м3.

Для выбранных конструктивных параметров плотномера в диапазоне плотностей от 600 до 900 кг/м3 расчетное значение 10 составило 0,0166 А, а функционала S соответственно i,tS€' 10"5 Ам3/кг.

Передаточная функция плотномера была получена путем последовательного анализа цепи преобразования гидравлического сигнала (плотности р) в электрический (ток I(t) в диагонали измерительного моста) (рис. 45). Передаточные функции Wb W3 находились по классической методике для элементов с сосредоточенными параметрами, передаточная функция W2 преобразования перепада давления АР в деформацию МЖС AL находилась в операторах систем с распределенными параметрами и затем аппроксимировалась типовым звеном первого порядка.

р w,(P) Измерительная камера АР W2(P) AL W3(P) Измерительный мост Щ

МЖ сенсор

Рис. 45. Структурная схема плотномера Проведенные экспериментальные исследования макетного образца подтвердили адекватность теоретических моделей и уточнили статические и динамические характеристики.

Пиогкасл кссжду сиой *иеп>сти

Рис. 46. Теоретическая статическая характеристика плотномера

Рис. 47. Экспериментальная (Ь,(0) и теоретическая (Ь©) переходные характеристики плотномера

0,01843 0,01795 0,01758 0,01718

—

Плотного ккподу«иоЛжнДп>стИ

Рис. 48. Теоретическая статическая характеристика МЖП

Рис. 49. Экспериментальная фи®) и теоретическая ОВД) переходные характеристики МЖП

На рис. 51. приведена функциональная схема гидропривода токарного па-тронно-центрового полуавтомата с ЧПУ мод. 1725 МФЗ, которая обеспечивает зажим детали в патроне, перемещение гшноли задней бабки, продольное перемещение, поворот и фиксацию инструментального магазина, фиксацию и зажим резцового блока на

РИС 50 Экспериментальные статические суппорте, переключение зубчатого характеристики плотномера с МЖС блока короба скород

В качестве элементов обратных связей по расходу и плотности рабочей жидкости ис

пользованы МЖР и МЖП.

ММфОПрО«ССС

и Нор«ярук>здв4

АЦП уснлнтель- - ареобрюомтеь

Нормирующий

! АЦП усилится ь-

и - преобриоватеь

Рис 51 Функциональная схема саь -

та е ЧПУ мод. 1725 мфз е МЖР и МЖП в качестве энемеяшв обратной

Использование МЖР и МЖП при автоматизации ГТО и^вчастности в САК гидропривода токарного патронно-центрового полуавтомата с ЧПУ мод. 1725 МФЗ с

МЖР и МЖП в качестве элементов обратной связи повышает качество управления: за счет обратных связей по расходу и плотности повышается точность позиционирования первого каскада золотникового распределителя на 15%, снижается дрейф статических характеристик по перемещению рабочих органов при изменении температуры в диапазоне 20-45 °С, сужается номенклатура элементной базы, что обусловлено уменьшением количества механических и электромеханических звеньев из цепи преобразования гидравлического сигнала в электрический.

Девятая глава посвящена разработке нового метода формирования пространственных градиентных электромагнитных полей и его математической модели для управления магнитожидкостными регулирующими и измерительными элементам. Целью теоретического исследования является повышения эффективности комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования. Математическая модель позволяет осуществить оптимизацию процессов управления магнитожидкостными органами или сенсорами в проточных частях гидравлических объектов управления, при которой исключается энергетическая избыточность управления и минимизируется энергопотребление.

Для разработки пространственных градиентных электромагнитных полей было предложено использовать катушки Гельмгольца, которые представляют собой систему из двух симметричных относительно плоскости г = 0 токовых витков, у которых расстояние между центрами витков по вертикали 2Ь равно радиусу витка К Если использовать 3 пары катушек Гельмгольца по трем координатным осям и обеспечить независимое питание каждой токовой катушки с управлением от микропроцессора, то в объеме между катушками будет формироваться любой заданный пространственный градиент электромагнитного поля (рис. 52) (патенты РФ №№ 2239902, 2271047). Математическая модель синтезатора была получена по методике Б.Л.Алиевского, которая позволяет производить анализ управляющих электромагнитных систем с произвольным пространственным расположением источников магнитного поля с произвольной формой рабочей области:

Рис. 52. Схема синтезатора магнитного поля

т-1

у МоМ> _Зх(г0 + Ы~)г (г - гИСГ - тп<Х)_

Д, ш-1 4 [(0о + кО) + /х*ТУ2)2 + (г - гист - тс!)2]! ' 2

7,5 (г0 + Ы)У^+у2

((r0 + kd) + ,/x2+y2)2 + (z - 2ЯСТ - md)

m-1 2

ft,fl

у у Moid _3y(r0 + fed)2(z - z#cr - m<Q__

Dy ti.m-i 4 [((r0 + kd) + V*2 + y2)2 + (z-z„CT-md)2]§

■(1-

7,5(r0 + kd)^jx2 + y2

((r0 + kd) + Ух2+у2)2 + (z - z^C7- - md)

n л

-I I

2(r0 + fed)2

>- 2

[((r0 + fed) + + (z - Zp,CT - Tnd)2]2

3(r0 + fed)2 • (x2+y2)((ro + fcrf)+V*2+y2)

— +

[((r0 + fed) + 4х*Ту*У + (z - гяст- md)2]2,/i2 + y2 22,5(r0 + fed)3 • (x2 + У2) ((r0 + fed) + +yT)

+ -—-7—}

[((r0 + fed) + Vx2 + y2)2 + (z - -;d)2]2 С целью определения возможностей управления магнитожидкостными регулирующими и измерительными элементами стандартными российскими и зарубежными электромагнитными приводами было проведено моделирование электромагнитных полей, которое показало, что при использовании классических однообмоточных приводов управление магнитожидкостными регулирующими и измерительными элементами осуществляется неэффективно: обеспечение необходимого тягового усилия сопряжено с повышенным энергопотреблением. Показано, что однообмоточные электромагнитные приводы принципиально не могут обеспечить энергетически неизбыточное управление. Проведенное моделирование 2-х и 3-х обмоточных приводов позволило доказать, что только трехобмоточное управление может обеспечить минимум энергопотребления при сохранении тягового усилия (рис. 53, 54).

В, Тл

зируемо « поле 1.4

/

/ 1 s V

0.8 Ч

0.6

0.4

0.2

-0,011 SZS0,о Генерируемое поле

„поле В'Г" -0,021 <.2 £0,021 Генерируемое поле

К^Р уз.

......;......"0-8 "' '[......CL6 ffl^

.„„Jr .}„; ........

0.2

.O.lji 1 -i.i Qi -' -1Ш1 -1X007 О <Ш>7 0.011 Ш4 1НШ

0-0037 0.М73 0.0U

Рис.53. Магнитные поля односекционно- рис.54. Магнитные поля трехсекционного приво-го привода да

Векторно-энергетическим методом проанализирован весь типоряд электромагнитных приводов, выпускаемых Хвалынским заводом гидроаппаратуры (Саратовская область) на предмет возможного использования для управления магнитожидкостными регулирующими и измерительными элементами. Были выявлены конструктивно-технологические недостатки и намечены пути увеличения тягового усилия и снижения энергопотребления.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенные диссертационные исследования показали, что достижение перспективного уровня показателей эффективности комплекса технических средств САУ гицрофицированного технологического оборудования на базе традиционных электрогидравлических и гидроэлектрических элементов сопряжено со значительными технологическими и экономическими трудностями, а зачастую и просто принципиально невозможно. В России в отличие от технически развитых стран отечественное оборудование с современным гидроприводом - редкость. Существующий комплекс технических средств гидрофицированного технологического оборудования не полностью удовлетворяет современным требованиям (быстродействие, энергопотребление, степень очистки рабочей жидкости, сужение номенклатуры элементной базы, градиент скорости на выходе технологического сопла и др.), что связано в основном с принципиальными ограничениями традиционной элементной базы.

2. В диссертационной работе решена крупная научно-техническая проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение, заключающаяся в повышении эффективности (повышение быстродействия и чувствительности к управлению, снижение энергопотребления и требований к степени очистки рабочей жидкости, расширение диапазонов и повышение точности регулирования расходов и давлений рабочих жидкостей, унификация и сужение номенклатуры элементной базы) комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования на базе маг-нитожидкостных регулирующих и измерительных элементов. Внедрение разработанных методов синтеза комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования на базе магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов внесет значительный вклад в развитие экономики страны.

3. Разработан метод синтеза комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования с использованием результатов моделирования и экспериментальных исследований магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов, включающая в себя:

- метод синтеза конфигураций проточных частей магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов по крутизне гидравлических сопротивлений в зависимости от площади поперечного сечения проточных частей;

- метод нахождения оптимального расположения в проточных частях магнитожидкостных органов регулирующих и измерительных элементов путем векторно-энергетического анализа проточных частей;

- метод расчета проточных частей магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов и статических и динамических характеристик в операторах систем с распределенными параметрами;

- метод синтеза градиентных электромагнитных полей в проточных частях магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов для обеспечения максимального тягового усилия;

- метод векгорно-энергетической минимизации энергопотребления электромагнитными гидравлическими распределителями при заданных тяговых параметрах;

- разработку оригинальных технических решений по магнитожидкостных регулирующим и измерительным элементам на уровне изобретений.

4. Разработаны теоретические основы и прикладные методы повышения эффективности комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования на этапе их разработки, основанные на принципиально новых способах приготовления магнитных, магнитореолошческих жидкостей и магнитореологи-ческих суспензий, которые осуществляются посредством магнитожидкостных вибра-

ционных и высоковольтных электрогидравлических взрывных технологий, что обеспечивает снижение себестоимости затрат на этапах научных исследований и опытно-конструкторских работ.

5. Разработан комплекс математических моделей для расчета магнигожидкостных регулирующих и измерительных элементов, включающий в себя:

- новый критерий оценки конфигурации и размеров проточных частей магнигожидкостных регулирующих и измерительных элементов комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования, позволяющий обосновать конфигурацию и размер проточных частей по критерию максимальной крутизны управления;

- новые критерии места расположения магнигожидкостных регулирующих органов и магнитожидкостных измерительных сенсоров в проточных частях магнито-жидкостных регулирующих и измерительных элементов комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования, позволяющие снизить энергетическую избыточность при управлении;

- статические характеристики и передаточные функции магнигожидкостных регулирующих и измерительных элементов с использованием операторов систем с распределенными параметрами;

- новый метод синтеза градиентных электромагнитных полей для управления магнитожидкостных регулирующими элементами комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования, позволяющий формировать любые конфигурации градиентных электромагнитных полей;

- новый метод векторно-энергетического анализа электромагнитных гидравлических распределителей комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования, позволяющий снизить энергопотребление.

6. Созданы предпосылки к организации базы знаний и базы данных по магнитожидкостных регулирующим и измерительным элементам, а также по синтезаторам градиентных электромагнитных полей для разработки комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования.

7. Теоретически обоснован и разработан концептуальный базис синтеза комплекса технических средств САУ гидрофицированного технологического оборудования с повышенной эффективностью (быстродействие, энергопотребление, степень очистки рабочей жидкости, сужение номенклатуры элементной базы) на основе магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов, включающий в себя:

- одноканалыгый магнитожидкостный регулирующий элемент с расходом рабочих жидкостей в диапазоне от 0 до 60-10"6 м^с и перепадом давлений до 0,15 МПа;

- двухканальный (дифференциальный) магнитожидкостный регулирующий элемент с расходом рабочих жидкостей в диапазоне от 0 до 100-Ю"6 м3/с и перепадом давлений до 0,25 МПа;

- вихревой магнитожидкостный регулирующий элемент расходного типа с^плавным регулированием расхода рабочих жидкостей в диапазоне от 50 до 250-10" м /с;

- магнитожидкостный регулирующий элемент типа «сопло-магнитожидкостная заслонка» для высоконапорного гидрофицированного технологического оборудования (до 0,25 МПа в первом каскаде электрогидравлического преобразования);

- магнитожидкостный расходомер (максимальный расход рабочей жидкости до 150-10"6 м3/с) и магнитожидкостный плотномер (плотность рабочей жидкости в диапазоне 500-950 кг/м3), с классами точности 1,5 при доверительной вероятности 0,95;

- синтезатор градиентных электромагнитных полей для управления магнитожид-костными регулирующими и измерительными элементами позволяющий синтезировать градиентные электромагнитные поля любой конфигурации с управлением от микропроцессора.

8. Разработан метод векторно-энергетического анализа и синтеза по результатам анализа электромагнитных гидравлических распределителей с минимально избыточным энергопотреблением.

9. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны и созданы новые элементы комплекса технических средств САУ гидрофи-цированного технологического оборудования на базе магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов, защищенных 13 патентами на изобретения (6 из них на способы) и патентом на полезную модель.

Разработанные в диссертационной работе основные научные результаты приняты к реализации и внедрены на ряде производственных предприятий, использующих комплекса технических средств гидрофицированного технологического оборудования, а также могут быть рекомендованы для использования и внедрения в отраслях промышленности, на предприятиях, в технологиях, в мобильной технике, использующих гидравлические приводы и в учебном процессе по направлениям 151900 «Конструк-торско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», 220400 «Управление в технических системах».

Основные научные положения и результаты диссертации изложены в следующих 90 работах (из общего количества 315 публикаций):

Публикации « журналах из Перечня ВАК РФ

1. Власов, АВ. Анализ электромагнитного поля системы управления генерирующей оболочки /М.А.Щербаков, Н.В.Корнняова, А.В.Власов// Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - Пенза: ПТУ, № 1(21), 2012 .- С. 116-121.

2. Власов, АВ. Оценка электромагнитных полей в операторах систем с распределенными параметрами/А.В.Власов, А.АИгнатъев// Вестник СГТУ. - Саратов: СГТУ, №2 (56), выпуск 2,2011. -С.193-199.

3. Власов, А.В. Исследование магнигожидкостного волнового насоса/АВ.Власов, Ю.В.Николаенко//Вестник СГТУ.-Саратов: СГТУ, №3 (58), 2011. - С.232-235.

4. Власов, А.В.Статические и динамические характеристики электромагнитной управляющей оболочки аппарата «искусственное сердце»/ А.В.Власов, МА.Щербаков, КВ.Корнилова// Вестник СГТУ. - Саратов: СГТУ, № 3 (58), 2011. - С. 194-199.

5. Власов, АВ. Оценка осевой компоненты электромагнитного поля при управлении магнито-жидкостными сенсорами/А.В.Власов, Н.В.Коршиова// Вестник СГТУ.- Саратов: СГТУ, №3 (57), выпуск 1,2011. С. 96-103.

6. Власов, А.В. Статические и динамические характеристики электрогидравлического клапана и волнового насоса с магннгожидкостным сенсором/АВ .Власов, Э.МКузнецова, Ю.В.Николаенко// Научно-технические ведомости СПбГПУ: серия информатика, телекоммуникации, управление. - СПб: СПбГПУ, 6(51)/2011,2011. -С.53-58.

7. Власов, АВ. Расчет напряженности магнитного поля на средней линии постоянного магнита/А.В.Власов// Научно-технические ведомости СПбГПУ: серия наука и образование. - СПб: СПбГПУ, 4(135)/2011, 2011. С.70-75.

8. Власов, АВ. Использование магнитных жидкостей для преобразования электрических сигналов в гидравлические / Ю.АМефедова, АВ.Власов, В.В.Власов // Датчики и системы, № 5 (108), 2008.-С. 29-31.

9. Власов, АВ. Экспериментальные исследования электрощдравяического преобразователя при приготовлении эмульсий / А.В.Власов, Т.АЕфремова, В.В.Власов // СТИН, 2006, X« 11. С. 26-29.

10 Власов АВ. Электрогидравлический' вйфёвой регулирующий элемент с магнитожилкост-ным сенсором / Ю.АМефедова, А.В.Власов, В.В.бласов // Весгаик СГТУ, №1 (21), выпуск 1, 2007.-С. 63-69. -

11 Власов АВ. Электрогидравлический усилитель-преобразователь типа сопло-магнигожидаостпая заслонка / Г.В.Тудвасева, АВ.Власов, В.В.Власов // Весгаик СГТУ, №1 (23), выпуск 3,2007. - С.88-93.

12 Власов А.В. Физические процессы в электрогидравлическом вихревом регулирующем элементе с матнитожидкостным сенсором /Ю.АМефедова, АВ.Власов // Научно-технические ведомости СПбГПУ 2(50)/2007, СПб: СПбГПУ, 2007. - С. 216-218.

13 Власов А В. Математическая модель электрогидравлического усилителя-преобразователя ■шла сопло-магнитожидкостная заслонка /Г.В.Тудвасева, АВ.Власов // Научно-технические ведомости СПбГПУ 2(50)/2007, СПб: СПбГПУ, 2007. - С. 213-215.

14 Власов АВ. Электрогидравлическое импульсное устройство для электрогидравлических систем управления / А.В.Власов, И.В.Сгельмах // Научно-технические ведомости СПбГПУ 3(51)/2007,СПб: СПбГПУ,2007.-С. 151-154.

15 Власов АВ. Магштю-жидкостный метод измерения плотности жидких сред /М.В.Рогова, АВ.Власов //Научно-технические ведомости СПбГПУ 3(51)/2007, СПб: СПбГПУ, 2007. - С. 171175.

16 Власов АВ Использование магнитных жидкостей в основе чувствительных элементов электрогидравлических устройств / Ю.АМефедова, АВ.Власов, В.В.Власов // Нано- и микросистемная техника, №7,2007. - С. 68-70.

17. Власов, АВ. Автоматизация дозирования топлива электрогидравлическим регулятором / АВ.Власов', С.П.Косырев, В.В.Богатый// Двигателестроение, 2004, № 3. - С. 25-27.

Монографии и учебные пособия

18 Власов АВ Обеспечение качества систем автоматического управления приводами гидрофи-цированного технологического оборудования на базе электрогидравличесюки гидроэлеетриче-ских элементов с магнитожидкостными сенсорами/ АВ.Власов. - Саратов: СГТУ, 2012,- 124 с.

19. Власов, АВ. Упругооболочечные магнитожидкосткые элементы систем управления. Том 1 / АВ.Власов.- Балаково: БИБиУ, 2011.- 353 с.

20. Власов, АВ. Упругооболочечные матнигожидкостаые элементы систем управления. Юм и АВ.Власов.- Балаково: БИБиУ, 2011.- 289 с.

21. Власов, А.В. Электропадравлическое магнигожидкосгаое регулирующее устройство / АВ. Власов.-Балаково: БИБиУ,2010.-258 с.

22. Власов, АВ. Векторная энергетика средних метизов /АВ.Власов, В.В.Власов.- Ьалаково. БИБиУ, 2010,-175 с.

23 Власов АВ Расчет векгорноэнергетических реакций в парах трения конструктивных элементов систем управления: Учебное пособие / АВ.Власов, В.В.Власов,- Балаково: БИБиУ, 2008,88 с.

24 Власов АВ Расчет высоковольтных блоков питания для электрогидравлических элементов систем управления: Учебное пособие / АВ.Власов, В.В.Власов.- Балаково: БИБиУ, 2008.- 34 с.

Патенты

25. Способ демпфирования колебаний подвижной системы и устройстао ^ его осуще^лен™ на основе мапаггаых жидкостей: пат. 2426922 Рос. Федерация МПК Г16Р9/53 (2006т р16р6/00 (2006 01) Н6П5/03 (2006.01) / АВ. Власов; заявитель и патентообладатель НОАНО »Балаковский институт бизнеса и управления". - № 2010101895/11; заявл. 21.01.2010; опубл.

20.08-2011. Бюл. №23. /АП

26. Машшожидкостньгй затвор в системах водоснабжения: пат. 93417 Рос. ^дерация / А.В. Власов, М.В. Пономарева, В.К. Власова, В.В.Власов; заявл. 22.01.2009; опубл. 27.04.2010, Бюл. №12.

27 Способ эмульгирования жидких компонентов и устройство для его осуществления: пат. 2357789 Рос Федерация МПК В01РЗ/08 (2006.01) / АВ. Власов, Т.А. Ефремова, В.В. Власов; заявитель и патентообладатель НОАНО "Балаковский институт бизнеса и управления'. - № 2007118786/15; заявл. 21.05.2007; опубл. 10.06.2009, Бюл. № 16.

28. Вихревой клапан: пат. 2347117 Рос. Федерация МПК И5СЗ/14' (2006.01) П6К31/02 (2006.01); заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет / А.В. Власов, Ю.А. Мефедова, В.В. Власов. - № 2006105138/06; заявл. 20.02.2006; опубл. 27.09.2007, Бюл. № 5.

29. Электрогидравлический усилитель-преобразователь: пат. 2330191 Рос. Федерация МПК Р15ВЗ/00 (2006.01) / А.В. Власов, Г.В. Тудвасева, В.В. Власов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет. - № 2006112840/06; заявл. 17.04.2006; опубл. 27.07.2008. Бюл. №21.

30. Способ определения плотности жидких сред и устройство для его осуществления: пат. 2299419 Рос. Федерация МПК С01К9/26 (2006.01) / М.В. Рогова, А.В. Власов, В.В. Власов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет. -№2005104734/28; заявл. 21.02.2005; опубл. 20.05.2007. Бюл. № 14.

31. Система электрических катушек для создания градиентного регулируемого магнитного поля в заданном объеме: пат. 2271047 Рос. Федерация: МПК 7 Н0т/02 (2006.01), 001ЮЗ/022 (2006.01) / А.В. Власов, В.В. Богатый, В.В. Власов; заявитель и патентообладатель Балаковский институт техники, технологии и управления. - № 2002117991/09; заявл. 04.07.2002; опубл. 27.02.2006. Бюл. X» 6.

32. Способ регулирования расхода жидких и газообразных сред: пат. 2240590 Рос. Федерация: МПК 7 00507/06, П6К31/08 / А.В. Власов, С.П. Косырев, М.А Фролова, В.В. Власов; заявитель и патентообладатель Институт техники, технологии и управления. - № 2002108583/28; заявл. 04.04.2002; опубл. 20.11.2004. Бюл. № 32.

33. Управляемая магнитная система: пат. 2239902 Рос. Федерация: МПК 7 Н01Р21 /08 / А.В. Власов, В.В. Богатый, В.В. Власов; заявитель и патентообладатель Саратовский государственный технический университет . - № 2002129688 / 09; заявл. 04.11.2002; опубл. 10.11.2004. Бюл. №31.

34. Устройство для регулирования расхода типа «коровий язык»: пат. 2239861 Рос. Федерация: МПК 7 00507/06 / А.В. Власов, В.В. Власов; заявитель и патентообладатель Саратовский государственный технический университет. - № 2002129687 / 09; заявл. 04.11.2002; опубл. 10.11.2004. Бюл. №31.

35. Способ регенерации фильтрующего элемента: пат. 2305580 Рос. Федерация МПК В0Ш41/04 (2006.01) / И.В. Стельмах, А.В. Власов, В.В. Власов; заявитель и патентообладатель НОАНО "Балаковский институт бизнеса и управления". - № 2005114793/15; заявл. 14.05.2005; опубл. 10.09.2007. Бюл. №25.

36. Способ измерения высоковольтного напряжения: пат. 2261450 Рос. Федерация: МПК 7 С01Я19/00 / Н.Г. Хречков, АВ. Власов; заявитель и патентообладатель Саратовский государств венный технический университет. - № 2002102174/28; заявл. 25.01.2002; опубл. 27.09.2005. Бюл. № 27.

37. Стабилизированный источник высокого напряжения: пат. 2219573 Рос. Федерация МПК 7 Н02М7/04 / Н.Г. Хречков, А.В.Власов; заявитель и патентообладатель Саратовский государственный технический университет. -№ 2002102175/09; заявл. 25.01.2002; опубл. 20.12.2003, Бюл № 35.

38. Измеритель электрического потенциала со сканированием: пат. 2225622 Рос. Федерация МПК ООШ29/12 / Н.Г. Хречков, АВ.Власов; заявитель и патентообладатель Саратовский государственный технический университет. - № 2002104599/09; заявл. 20.02.2002; опубл. 10.11.2003. Бюл. №31.

Публикации в других научных изданиях

39. Власов, А.В. Критерии повышения крутизны статической характеристики магнитожвдкост-ных плотномеров КТС АСУ ТП электрических станций'АВ.Власов, М.В.Рогова//Современные технологии в машиностроении. Сборник статей ХУЛ Международной научно-практической конференции, Пенза: ПДЗ, 2013.- С.34-37.

40. Власов, А.В. Мировое развитие гидроприводов: Итоги 2011 года (Аналитика)/АВ.Власов// Вестник АНО ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012,- С.237-261..

41. Власов, A.B. Особенности, преимущества и недостатки гидроприводов/АВ.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012. - С.213-219.

42. Власов, AB. Области применения гидропривода/АВ.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 2022 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012. С. 199-213.

43. Власов, A.B. История и перспективы развития гидропривода/АВ.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский инстшут бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012,- С.196-199.

44. Власов AB. Магнитожидкостный затвор для магшпожидкостных вибрационных технологий приготовления магнитных, магаигореологических жидкостей и магнитореологических суспен-зий/АВ.Власов//Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012.-С.192-196.

45. Власов AB. Магнитожидкостный амортизатор - вибратор для магнигожидкостных вибрационных технологий приготовления магнитных, магнитореологических жидкостей и магнитореологических суспензий/АВ .Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012,-С.185-192.

46. Власов AB. Измеритель электрического потенциала со сканированием для высоковольтных электрогидравлических взрывных технологий приготовления магнитных, магнитореологических жидкостей и магнитореологических суспензий/А.В .Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012.- С.181-185.

47. Власов AB. Способ жмереяя вьюскшожпгго наряжала для высоковольтных электрогидравлических взрывных технологий приготовления магнитных, магнитореологических жидкостей и магнитореологических суспензий/АВ .Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012,- С. 176-181.

48. Власов AB. Стабилизированный источник высокого напряжения для высоковольтных электрогидравлических взрывных технологий приготовления магнитных, магнитореологических жидкостей и магнитореологических суспеизий/АВ.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012,- С.171-176.

49. Власов AB. Использование высоковольтных элекгрогидравлических взрывных технологий в разомкнутом объеме для приготовления магнитных, магнитореологических жидкостей и магнитореологических суспензий/АВ.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский инсплут бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012,- С.167-171.

50. Власов A.B. Использование высоковольтных электрогидравлических взрывных технологий в замкнутом объеме для приготовления магнитных, магнитореологических жидкостей и магнитореологических суспензий/АВ.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский инсттпуг бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012,-С. 162-167.

51. Власов A.B. Приготовление магнитных, маггапореологических жидкостей и магнитореологи-ческих суспензий с использованием маппгсожидкостных вибрационных и высоковольтных элек-тропздравлических взрывных технологий/А.В.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 13 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в -технических, биологических и социальных системах», 20-22 ноября 2012 года. Балаково: БИБиУ, 2012.- С. 154-162.

52. Власов A.B. Векторно-энергетический анализ электромагнитного гидравлического распределителя с цилиндрическим стальным сердечником по континуальным максвеллограм-мам/А.В.Власов, М.В.Пономарева// Современные проблемы электрофизики и элекгрогидродина-мики жидкостей. Сборник докладов 10 Международной научной конференции, С-Пб, 2012,- С. 153-155.

53. Власов A.B. Использование модельных максвеллограмм для анализа электромагнитных гидравлических распределителей гидрофицированного технологического оборудования/А.В.Власов, В.В.Власов// Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей. Сборник докладов 10 Международной научной конференции, С-Пб, 2012.- С. 150-152.

54. Власов A.B. Расчет силового действия магнитного поля на магнитожидкостный сенсор по максвеллограммам/А.В.Власов// Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей. Сборник докладов 10 Международной научной конференции, С-Пб, 2012.- С.147-149.

55. Власов A.B. Оценка силового действия магнитного поля на магнитожидкостный регулирующий элемент/А.В.Власов// Автоматизация и управление в машино- и приборостроении. Сборник научных трудов. Саратов: СГТУ, 2012,-С. 16-21.

56. Власов A.B. Критерии повышения крутизны статической характеристики магнитожидкост-ных расходомеров станочных гидроприводов/А-В.Власов, С.Н.Грицюк//Современные технологии в машиностроении. Сборник статей XVI Международной научно-практической конференции, Пенза :ПДЗ, 2012,- С.45-48.

57. Власов A.B. Расчет векторно- энергетической избыточности управления ламинарными потоками/А.В.Власов// Новые технологии в науке, образовании, производстве. Всероссийский сборник научных трудов. Рязань: РИБиУ, 20 И.- С. 35-42.

58. Власов A.B. Максвеллограммы векторной энергетики шарового стального сердечника/Л.В.Власов, В.В.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 12 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 23-25 ноября 2011 года. Балаково- БИБиУ 2011.-С.115-118.

59. Власов A.B. Максвеллограммы векторной энергетики цилиндрического стального сердечника/А.В.власов, В.В.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 12 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 23-25 ноября 2011 года Балаково' БИБиУ 2011.-С.113-115.

60. Власов AB. Максвеллограммы векторной энергетики стальных социлиндров/А.В.Власов, В.В.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 12 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 23-25 ноября 2011 года Балаково: БИБиУ, 2011.- С.110-112.

61. Власов A.B. Реализация теоретического базиса векторной энергетики электромагнитных устройств посредством модельных максвеллограмм/А.В.Власов, В.В.Власов// Весшик AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 12 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 23-25 ноября 2011 года. Балаково: БИБиУ, 2011,- С.95-110.

62. Власов AB. Метод модельного расчета силового действия магнитного поля на магнитожидкостный сенсор/А.В.Власов// Вестник AHO ВПО «Балаковский институт бизнеса и управления». Научные труды 12 Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах», 23-25 ноября 2011 года. Балаково' БИБиУ 2011.-С.64-67.

63. Власов АВ. Силовое действие магнитного поля осесимметричной обмотки управления на магкитожидкостный сенсор/АВ.Власов// Современные технологии в машиностроении. Сборник статей 15 Международной научно-пракгаческой конференции. Пенза: ПДЗ, 2011.- С. 48-52. 64 Власов АВ. Континуальные Максвеллограммы как технология реализации теоретического базиса векторной энергетики/АВ.Власов, В.В.Власов// Современные технологии в машиностроении. Сборник статей 15 Международной научно-практической конференции. Пенза: ПДЗ,

2011.- С. 4265. Власов, АВ. Векторная энергетика сложнопрофильных проточных частей регулирующих гидравлических устройств / А_В.Власов // Разработка и внедрение ресурсо - и энергосберегающих технологий и устройств. Сборник статей Международной научно-практической конференции. - Пенза: ПДЗ, 2011. - С. 11-14.

66. Власов, АВ. Математическая модель элекгрогидравлического усилителя - преобразователя /Г В Тудвасева, АВ. Власов, В.В. Власов // Проблемы прочности, надежности и эффективности: Сборник научных трудов, посвященных 50-летию БИТТУ (филиала) СГТУ. - Саратов: СГТУ, 2007. - С. 196-199.

67 Власов АВ. Энергетическая интерпретация реологического закона Ньютона для электровязких жидкостей / АВ. Власов, В.В. Власов // Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жид костей: Сборник докладов 8 Международной научной конференции. - СПб: НИИХ, 2006. - С. 241-244.

68 Власов АВ Электрогидравлический магнигожидкостный амортизатор мощных силовых воздействий / АВ. Власов // Современные проблемы электрофизики и электрогидродмамики жидкостей: Сборник докладов 8 Международной научной конференции. - СПб: НИИХ, 2006. - С. 249-253.

69 Власов А В Расчет передаточной функции элекгрогидравлического вихревого регулирующего элемента / Ю.А. Мефедова, А.В. Власов, В.В. Власов // Автоматизация и управление в мапш-но- и приборостроении: Сборник научных трудов. - Саратов: СГТУ, 2006. - С. 126-129.

70. Власов, АВ. Основные уравнения закрученного течения вихревой камеры / Ю.А Мефедова, АВ. Власов, В.В. Власов // Автоматизация и управление в машино и приборостроении: Сборник научных трудов.- Саратов: СГТУ, 2005. - С. 51-54.

71 Власов АВ. Элеетрогидравлический машитожидкостный регулирующий элемент в двухкон-турных гидравлических системах управления гидроприводами / АВ. Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Сборник трудов 8 Российской научной конференции. - Саратов: СООО «АН ВЭ», 2005. - С.91-96.

72 Власов АВ. Классификация электрогидравлических усилителей мощности типа «сопло-заслонка» /Г.В. Тудвасева, АВ. Власов, В.В. Власов // Автоматизация и управление в машино и приборостроении: Сборник научных трудов. - Саратов: СГТУ, 2005. - С. 180-183.

73 Власов АВ Проектирование проточных частей электрогидравлических регулирующих устройств по критериям векторной энергетики / А.В. Власов // Системный анализ в проецировании и управлении: Труды 8 Международной научно -практической конференции. - СПб: Нестор, 2004 - С 221-225.

74 Власов АВ. Анализ методов расчета закрученных течений в вихревых усилителях / Ю.А Мефедова, А.В. Власов // Системный анализ в проектировании и управлении: Труды 8 Международной научно-практической конференции. - СПб: Нестор, 2004,- С. 227-228.

75 Власов, АВ. Экспериментальные исследования элекгрогидравлического вихревого усилителя с машитожидкостным сенсором на «сухой камере» / Ю.А Мефедова, АВ. Власов, В.В. Власов// Динамика технологических систем: Сборник трудов 7 Международ ной научно-технической конференции (ДГС - 2004). - Саратов: СГТУ, 2004. - С. 276-278.

76 Власов, АВ. Анализ и синтез гидроусилителя тала «сопло-матнигожидаостная заслонка» / Г.В. Тудвасева, АВ. Власов // Системный анализ в проектировании и управлении: Труды 8 Международной научно-практической конференции. - СПб: Нестор, 2004. - С. 229-230.

77 Власов А.В. Динамические характеристики элеетрогидроусилигеля типа «сопло- матюгго-жядкостная заслонка» ! Г.В. Тудвасева, АВ. Власов // Динамика технологических систем: Сборник трудов 7 Международной научно-технической конференции (ДТС - 2004). - Саратов: СГТУ, 2004. - С. 345-347.

78. Власов, А.В. Элекгрогидравлический вихревой усилитель мощности с магнитожидкостным сенсором / Ю.А Мефедова, А.В. Власов // Современные проблемы ЭГД и электрофизики жидких диэлектриков: Доклады 7 международной конференции. - СПб, 2003. - С.75-77.

79. Власов, АВ. Пространственно-градиентный синтезатор магнитного поля для магнитожидко-стных сенсоров электрогидравлических преобразователей / В.В. Богатый, АВ. Власов И Электрофизика жидких диэлектриков: Труды 7 Международной научной конференции. - СПб: СПбГУ, 2003. - С. 16-20.

80. Власов, А.В. Векторно-энергетический анализ управляющих электромагнитных станочных гидроприводов / АВ. Власов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвузовский научный сборник - Саратов: СГТУ, 2003. - С. 65-71.

81. Власов, А.В. Экспериментальные статические и динамические характеристики электрогидравлического магнитожидкостного регулирующего устройства / АВ. Власов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвузовский научный сборник. - Саратов: СГТУ, 2003.-С. 72-76.

82. Власов, А.В. Гидроэлектрический преобразователь расхода с магнитожидкостным сенсором / С.Н. Грицюк, А.В. Власов И Современные проблемы ЭГД и электрофизики жидких диэлектриков: Доклады 7 международной конференции. - СПб, 2003. - С.78-80.

83. Власов, А.В. Моделирование деформации регулирующего элемента электрогидравлических устройств / М.А.Фролова, А.В.Власов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвузовский научный сборник. - Саратов: СГТУ, 2003.- С. 218-220.

84. Власов, АВ. Гидроэлектрический преобразователь плотности потока с магнитожидкостным сенсором / М.В. Рогова, АВ. Власов // Современные проблемы ЭГД и электрофизики жидких диэлектриков: Доклады 7 международной конференции. - СПб, 2003. - С.81-83.

85. Власов, А.В. Регулирующие и измерительные упругооболочечные магнитожидкостные сенсоры в элекгрогидравлических системах управления (предпроектный анализ) / АВ. Власов // Системный анализ в проектировании и управлении: Труды 6 международной научно-практической конференции. - СПб: СПбГТУ, 2002. - С. 401-403.

86. Власов, АВ. Исследование параметров надежности гидропривода с магнитожидкостным регулятором потока / Г.М.Садчикова, АВ.Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Доклады 5 Российской научной конференции. - Саратов: СО-ОО «АН ВЭ», 2002. - С.57-61.

87. Власов, АВ. Оптимизация геометрии регулирующих устройств /МАФролова, АВ.Власов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвузовский научный сборник. -Саратов: СГТУ, 2002. - С.189-190.

88. Власов, АВ. Магнитные жидкости в расходометрии и регулирующих устройствах систем управления / С.Н. Грицюк, АВ. Власов, О.В. Виштак, В.В. Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Доклады 4 Российской научной конференции. Том 2 - М.: Буркин, 2001. - С. 54-61.

89. Власов, АВ. Магнитные жидкости в плотнометрии и регулирующих устройствах систем управления / М.В. Рогова, АВ. Власов, О.В. Виштак, В.В. Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Доклады 4 Российской научной конференции. Том 2. - М.: Буркин, 2001. - С.68-76.

90. Власов, АВ. Повышение надежности гидропривода за счет применения электрогидравлического регулятора с магнитожидкостным сенсором в качестве золотникового устройства / Г.М.Садчикова, АВ.Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Доклады 4 Российской научной конференции (Том 2). - М.: Буркин, 2001. - С.28-30.

ВЛАСОВ Андрей Вячеславович

МАГНИТОЖИДКОСТНЫЕ РЕГУЛИРУЮЩИЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ГИДРОФИЦИРОВАННЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ

Автореферат Корректор Пономарева М.В.

Подписано в печать 13.01.2014 Формат 60x84 1/16

Бум.офсет. Усл.печ.л. 2,0 Уч.-изд.л. 2,0

Тираж 100 экз. Заказ 01/01-2014 Бесплатно

Балаковский институт бизнеса и управления Ул. Транспортная, 4, г. Балаково, Саратовская область, 413840 Отпечатано в типографии «Лист»

Ул. Минская, 16, г. Балаково, Саратовская область, 413800