автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.03, диссертация на тему:Разработка следящих пневмоприводов с гидравлическими устройствами управления для машин с многократным изменением приведенных масс на рабочем органе

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И. ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н.Э. БАУМАНА.

г\ г|

• .-1

На правая рукописи

Циеизов Александр Николаевич

УДК Б2-82.001.5

Ра^равотка следящих пневмоприводов с гидравлическими устройствами управления для машин с многократным иэменениен приведенных масс на рабочем органе.

специальность 05.02. 03 - "Системм приводов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 19^4

Рают» выполнен* в Ставропольском политехнкч®с.:еи институте м Новочеркасском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор тси;ьичоски>. неу»;, про*осьо» Водяннык Г.М. НГТУ.

Официальные оппоненты; доктор текническкх каук, про?вссс.р Дровкикоь А.К. ИТИБО.

кандидат технических наук, доцеит

Паршин К. Д.

СИСИ

Ведущее предприятие - НПО "Гидропривод".

Зашита диссертации состоится "___"____________ 1994г. кь

заседании специализированного совет«. К 058; 15. гг. Московсксгс,

государственного технического университета км. Н.й. Баумана г.с адресу: 107105, г. Москва, 2-я Баумансхдк ул.,

Вани отзывы в «¡-х экземплярах, заверенные пячс.гов, прр-о высылать по адресу, указанному выше.

С диссертацией кохно ознакомиться в ввг.лдлтеке НГТ" им. Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан "_____"____________ 19Э4г

>ченнын секретарь совета

Кгксимов А,К.

ОБЫАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В последнее время выделился тип технологических мамин тревуюиий особенного подхода при проектировании и »ксл/гуатаиин. Это технологические машины с многократным изменением приведенной массы на рабочем органе, определяемой особенностями технологического процесса. ,Для компенсации многократного изменения приведенной маеси применяют различные моры: введение систем пассивного управления, специальных тормозных устройств. Однако, эти меры на всегда обеспечивают Безударную работу мчшмн.

ДЛЯ рпиения проблемы предложение контролировать не только производную,скорости, но и- производную ускорения для изменений параметров управлякиаик устройств.. Использование информации ' о прсизводнг.й третьего порядка оьоыаекной координаты позволяет обеспечить плавную я безударную работу привода и повысить производительность технологических «аихн. ,

Разработка специальных систем приводов с использованием ин-«сомацих о производной ускорения в качестве параметра обратной св-язи невозможна без проведения научных исследований.

ЦЕЛЬ РАЕСТЫ. Разработка следящих пневмоприводов с гидравлическими устройствами управления для маыин с многократным изменением приведенной массы на рабочем органе.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ;

-изучение кстории к анализ современного состояния вопроса и гпу1лико»анньгх работ в втой области;

-выявлэнкэ особенностей динамики пневмоприводов с гидравлическими устройствами управления, технологических камин с многск-ггтмым изменением приввгенкей массы на равечея органа неиинн;

-рвура^отки теории пкзвмоприводсв рассматриваоиого класса заилен с использованием информации о производной ускорения;

-применение разработанной теории и методик» расчета го пкг-'вмопрйвода с гидравлическим управлением, для »¿еккюетмой технологической камкны.

НЛУЧНЙГ ПОЯСНЕНИЯ И ИХ НОВИЗНА!

-ПРЕ'Длопея кгитерий оценки динамики пнввноприаодов а виде скорости изменения ускорения: рабочего органа машины, отличающийся тем,что численно определять ого предложено как отношение иэме-нэния работы совершенной внешними силами над' талон-к массе втог^

• •• ■; • . . 1

тела, « также времени и пути в течении которь.: ото изменение произошло. Обратная величина этого критерия характеризуют плавность ход»;

"А

-предложена методика проектировочного расчете пневмопривода маиин с многократным изменением приведенной массы на рабочем органе. отличавшаяся тем. что в качестве расчетного параметра и критерия оценки результатов используется критерий плавности хода;

-предложена методика управления движением следяиего пневмопривода, отличающаяся тем,что управление основано на реализации обратной связи по плавности хода, а длины участков разгона. торможения и равномерного движения выбираются из условия максимальной производительности машины при заданной плавности хода;

-предложена методика управления движением следящего пневмопривода с механической обратной связью по положению, отличавшаяся тем. что коэффициент усиления обратной связи дискретно меняется при каждом дискретном изменении приведенной массы рабочего органа по закону, полученному на математической модели Прн заданном изменении во времени производной ускорения.

В процессе иследований направленных на ранение основной задачи, получен РЯД ПРОНЕХУТОЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ, имвпкнх практическое значение:

-разработан и исследован (акспериментально и теоретически} датчик для измерения плавности хода. Построена и исследована его математическая модель)

-предложена классификация датчиков высших производных; -разработана и исследование матемстичесхм модель пневмопривода с гидравлическим устройством управления для машин с многократным изменением приведенной массы на рабочем органе, отличающаяся тем, что в ней использован критерий плавности хода;

-определены аналитические зависимости, связываание характеристики исполнительных устройств, парамэтры переходного процессе величиной производной третьего порядка обобщенной коодринат»!. ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НЛ ЗАЩИТУ:

-динамика пневмоприводов маиин с многократным изменением приведенной массы к рабочему органу.

-результаты вксперинентальных исследований на специальном -*4?т$наь аинанических характеристик приводов,

-рабочая^гйпотеза введения критерия платности хода, -методика проектирования пневмоприводов с гидравлическим

устройством управления, на основания критерия плавности хода.

-методика управления следящим пневмоприводом машин с гидравлическим устройством управления. 0

-математическая модель и программы расчета динамики пневмопривода рассматриваемого класса машин.

-схемы и.конструкции приводов по Л.с. 1455063, 152193$, 160504 3 и пневмопривода с механическим устройством управления.

-результаты' машинного эксперимента динамики привода машины многоточечной контактной сварки НТК 103/3.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ: Результаты научных исследований доведены до уровня инженерной методики расчета. Методика включает в себя все элементы для решения задачи оптимизации параметров гидравлических устройств управления пневмопривода рассматриваемого класса нашкн. в качестве целевой функции выступает минимальное значений третьей производной обобщенней координаты в момент Трогания и остановки равочвго органа при заданном быстродействии. Предложенная методика позволяет выполнить точный проектировочный расчет привода, повысить качество разработок при сокращении затрат на проектирование и доводку разрабатываемых приводов.

Разработана методика управления следящим пневмоприводом с использованием обратной связи по производной третьего порядка обобщенной координаты, как наиболее динамично изменяющейся величине. Показана необходимость и достаточность использования в системе управления приводон информации о третьей прозводной обобщенной координаты для решения про&лемы плавной и безударной работы пневмоприводов при многократном изменении приведенной кассы. ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ: -корректным использованием фундаментальных положений теоретической неханики, теории гидро-пневмоприаодсв, теории управления;

-широким применением математического моделирования Физических процессов и машинного эксперимента для анализа и синтеза пневмоприводов с гидравлическими управляющими устройствами.

-результатами экспериментальных исследований на специально созданном полноразмерном стенде, оснацэкном приборами класса точности 0,6, прошедшими госповерку.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты дмс-встационной работы внедрены на Межзональном комбинате железобе "онных изделий "Ставропольский" в виде проекта модернизации привода продольного

3

перемещения каретки машины многоточечной контактной сварки МТК 100/3.

Математическая модель пневмоприводов с гидравлическим устройством управления а также программный продукт переданы СП "Логос" для практической реализации.

Результаты работы использованы в учебном процессе Ставропольского политехнического института на.кафедре "Технологии машиностроения и роботизированного производства" в лекционном курсе "Динамика промышленных роботов, а также в лабораторном курсе по дисциплине "Основы автоматизации производств?"

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты и положения проведенных иследований докладывались и обсуждались на 3-й Всесоюзной научно-технической кон®еренции "Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств", а также научно-технических конференциях э Ставропольском и Новочеркассом институтах.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме научных исследований опубликовано 28 печатных работ в том числе 9 авторских свидетельства.

ОБЫЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа излажена на 158 страницах машинописного текста, илпстрируется 35 рисунками, содержит 8 таблиц, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 64 наименований и пяти приложений.

ВО ВВЕДЕНИИ Формулируется тезис о возможном решении проблемы плавной, безударной работы и позиционирования привода технологической машины (ТМ), при многократном изменении приведенной массы, с использованием информации о производной третьего порядка обобщенной координаты (ПТПОК).

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ выделен класс технологических машин для которого проводятся исследования, выявлены особенности раеоты наиин рассматриваемого класса.

Предлагается использовать при проектировании, управлении и контроле ТМ информвцио о ПТПОК. Изучалась история вопрос* по ме-

: зльэовлнию третьей производной обобщенной коордмн&тм В ТРУД4Х

с

лм»пя Трансона и Роэаля. И.И. Сомова и Н.Е.Хуковского, а также • ■зерненных роботах Субботина М.И, Раевского Н.П, К. Фу, Р.Гонса-л»с, К.Ли, М.Вуко»ратоьич, Д.Стокич и др. Анализ приведенной информации позволяет утверждать, что не все динамические параметры, немыслимые для управления работой привода рассматриваемого хлае-са технологических мамин однозначно определяются. Причиной, сдер-пгимонение информации о» ускорениях высших порядков, яъ-

«

лается отсутствие:

-способов и средств непосредственного измерения третьей производной обобщенной координаты во время работу привода;

-данных о пределах допустимого изменения численных значений ПТПОК, при которых обеспечивается требуемое клчество управления.

-методики расчета и расчетных зависимостей, поэволяпвих управлять приводом на основании информации о ПТПОК.

Анализ научно-технической литературы по данной проЕламе одновременно показал перспективность этого направления.

Цель диссертационной работы определила и задачи исследований:

-разработать практически применимые методы и средства для получения информации о численных значениях скорости изменения ускорения непосредственно в процессе работы привода;

-экспериментально исследовать различные режимы работы привода тм с использованием информации о численных значениях ПТПОК; '•

-определить численные значения и диапазон изменения ПТПСК, при которых Обеспечивается требуемое качество управления;

-на основании экспериментальных исследований разработать математическую модель пневмопривода машин с использованием информации о ПТПОК для расширения области исследований;

-обосновать критерий оценки ПТПОК, как динамический критерий привода. Показать его связь с другими динамическими критериями:

-разработать методику проектировочного расчета пневмопривода технологических машин с гидравлически» устройством управления с использованием критерия плавности хода;

-внедрить результаты исследоиания на реальных машинах с пневматическими приводами, работающих а условиях многократного изменения приведенных масс на рабочем органе, обусловленного технологическим процессом.

БО ВТОРОЙ ГЛАВЕ представлены результаты экспериментальных- и теоретических исследований датчика ПТПОК. Определены союзные метрологические требования к такому датчику и предложены способы их реализации в конструкции изготовленного датчика. Определены пределы допустимого изменения и численние значения трвтввй г.роиэ-водной обобщенной координаты, при котором движение остается плавным и безударным, построены математические модели „атчика и пневмопривода с использованном экспериментальной информации. (-ассмот-

4

рены основные способы получения инФОРнации о ПТПОК: 1)последова-телькое натенатическое дифференцирование Функции ускорения, скорости или пути; 2 последовательное аппаратное дифференцирование сигнала ускорения, скорости или пути; 3 Непосредственное измерение специальным^? датчиками.

В соответствии с целью работы проведено детальное изучение третьего способа получения информации о,ПТПОК. Установлено, что существует три способа непосредственного измерения скорости ускорения :

-измерение скорости малых перемещений инерционной нассы;

-измерение скорости значительных перемещений инерционной массы;

-вычисление производных по времени от обобщенных координат по Формулам конечных разностей.

Одновременно установлено, что классификатор МКИ не содержит раздела, посвященного таким датчикам, соответственно не разработана классификация датчиков. Информация о немногочисленных конструкциях датчиков сксрости изменения ускорения и "ускорения ускорения" размешается по всему разделу датчиков динамических параметров движения О01Р 15/01-15/В8.

Предложена классификация датчиков ускорений высших порядков, на основании которой для нашей целч выбрано два датчика: ^маятниковый датчик на основе измерения скорости значительного перемещения инерционной массы; 2 )датчик на основе вычисления производных по врэмени от обобщенных координат по Формулам конечных Разностей.

В работе предложена (Рис.1.) конструкция сдвоенного маятникового датчика, исключавшая колебания инерционной массы возле ло-ючни» равновесия.

'¿начинив третьей производной обобщенной координаты для ато-т датчика раоно пгоиэоедоник земного ускорения на углойун СКО-маятника [23].

-¿н-глеримоктального исследования датчика разработан спе-

!.:•;, ьстенд к иотодяка испытаний. Вид полученной осциллограи-.-!£(.1пан нд Г-1--2. Проведенные эксперименты, позволяет сделать

с (10д> к

производная оьобмэн>:ой кооюдинаты может быть измере->и-. н ."..ч'-гчиг и:»вт пыг.олнрться непрерывно в процеоср движения;

• .' . !'чк!1 датчик югщтрируст ;;г.авн::ть хода с погреинос-

ты« не более I проценте?;

. -нижний предал измерения составляет 10 м/сЗ; -верхний предел измерения составляет <490-500 н/сЗ; -с увеличение массы маятника развивается явление, выражаю-жееся в »«зовом сдвиге между изменением скорости ускорения и сигналом снимаемой с датчика.

В хода исследований установлено, что при измерении процессов с численным значением третьей производной, превышающих 100-900 м/сЗ наблюдается отскок маятника от центрального упора.

По отсутствию резких скачков ускорения (более 50%) на осциллограммах кне сделать выводг что до значений 220-380 м/сЗ движение является плавным для большинства технологических маыин. При значениях 400-4 50 к/сЗ видны значительные рывки и толчки в приводе платформы стенда, не позволяющие говорить о плавной движении.

Исследовался также датчик на основе прямого дифференцирования сигнала пути. Датчик лишен недостатков, связанных с измерением пвренекенмя' инерционной массы. Он принципиально может измерять прокзиоднув обобщенной координаты любого порядка и в любой

плоскости измерения. *

Для исследования работы приводов с требуемой плавностью перемещения расочнх органов был разработан м изготовлен полномасштабный испытстельний стенд и ряд гидравлических устройств управления. В качестве рабочего образца была выбрана конструкция дискового упраьляюкого устройства, как одна из возможных конструк-отвечаспг задачо главного перемещения рабочих органов машина.

В ходе эксперимента определялись и регистрировались следующие параметры движения:1 )скорость, посредством датчика скорости (тахогенератор ДПР-20); 2]путь, посредством датчика пути (мнсгсо-«оротний резистор); 3:)усксрение, посредством разработанного датчика; 4)плаЕ«ость, посредством разработанного датчика; 5 Давлений в гидросистеме - датчик давления ПД-400-040. Схема испытательного ете.<да приведена на Рис.3.

При моделировании динамических процессов принимаются сподук-«ие допущения 1 )процгсск заполнения и опорожнения полостей, а также течение воздуха через управляющие клапана - адиаватичео ие г 2 )сжатый воздух - идеальней газ. подчиняющийся ур«лньнкк иия; 3)потеРИ в трубопроводах отсутствуют, а объем труб г.*екеы=е-

химо мал; 4)утечки через закрытые клапаны, а также черва уцрав-

?

ляхший клапан ееэ подачи на него сигнала улравлен.'Д отсутствуют; 5 )нсдуль упругости раеочей жидкости Е = const; £ ¡кинематические звенья, связываю«' э привод с инерционной нагрузкой, являются абсолютно жесткими.

Движущая сила пневмопривода:

rA. (О

где ^ - давление в полости 1 пневмоцилиндра; f% - давление в полости 2 пневмоцилиндра; - рабочая плоиадь пневмопормня;

f^- механический КПД пневмоцилиндра: юА - приведенная масса. Статическое усилие на лневмоцилиндре:

£ =(Р3 - PtJúm&faf**» W+&» VW (2>

где Рж, Рц - давление в 3 и 4 полостях гндроиилмндрд;

г^мг -механический КПД гидроцилиндра; /ухо -усилие холостого хода а приводе; )) - коэффициент вязкого .тяени*. Процесс открытия клапанов описывается выражением:

F, е'*'),

где - текущее время, с; Р** - максимальная проходная

площадь отверстия клапана; <£ - показатель-степени экспоненты.

Расчет расходных характеристик полостей привода производится для рабочего и холостсго хода с учетен режима истечения и отношения давлений в полостях к атмосферному давлению или давлеии» питания пневмосети. Для рабочего хода:

й, Ш 'О*' ^ (3>

где /*// - коэффициент истечения; Т - абсолютная температура. При холостом ход? массовый расход определяется .из выражения:

&г /Ь & № ' ft/'' ^ У*I («)

'с -Етмс^Ферное давление; /V* -коэффициент истечения для

случая Vn > 0.

Текущие утечки через уплотнения поршня определяются иэ вира-

жанкя!

гей - объемный КПД поршня при номинальном . давлении;

$.п# -номинальный расход поршня; - номинальное давление

гидропориня.

Текуиий расход дросселя и /течки через дроссель при текуиен давлении определяются следующий овразом; ' .

(16- — Рйг. /ооо- У? 1Рз-Р*//рх • .гл? (Рз -Р«); Гб) ¿Ос/г** (7>

где Р^Г -текущее значение плоиади проходного отверстия дросселя; рж -плотность рабочей жидкости;/9гч -номинальное давление дросселя утечка через дроссель при номинальной давлении.

Жесткость пневмосистеиы и гидросистемы привода определялись по известным Формулам.

Система дифференциальных уравнений при рабочем ходе привода имеет вид:

^ я -Рс)/т*

.)0> =■ Уп; ,

-ж* *х»)-Р/ Ул/(Хо< х») ;

Рг - Рг Гл /(¿» / Хо- X»)- ЯГСг • +Хо - Хл);

-¿¿с/г—АйФ -гйл); Р«= +- Ул ■ (2)

V

. где 1- соотвественно скЪроеть поршня и производная скорости;

• соответствую««* полостях пневмо и гидроцилиндров н к* производные; Я -газовая постоянная; Т -авсолвт-кая температура по Кельвину: ¿у, &7. -массовый расход первой м второй полости пиевноцилииара; Хо - параметр мертвого пространства;

Хя . - папкнмкм пееим*; /ли',/(ног - рабочая площадь первого и второго пиевнепормия; ¿л - рабочий ход порхня пневкоцилиндра; - утачки через дроссель при тэкуием -давлении ;

ййп * утечки через уплотнения поршня.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ рассматривается работа .-.невмопр .водов технологических Мамин с многократным изменением приведенной массы на

9

рабочем органе. Вводятся критерий плавиост хода и оьосновивает-ся численное выражение для »го определения, как отношения р&аоты, совершенной внешними силами, отнесенными к массе, величине перемещения и времени такого перемещения тела.

Понятие "лл<(уности хода" может использоваться, как величина, обратная скорости ускорения. Бесконечная плавность движения относится к неподвижному телу. Приводится кетодика численного определения критерия плавности хода и примеры исследования различных законов движения. Предложены методики проектирования и управления приводами технологических нашим на основании критерия Плавности хода. Приведены схемы разработанных приводов.

Рассмотрено применение критерии плавности хода для организации работы привода со специальным тормозным гидравлическим устройством, для обеспечения заданного закона изменения третьей производной обобщенной координаты. Регулирование тормозного усилия обеспечивается изнененивм проходного сечения дросселя, за счет перекрытия его отверстия круглого сечения профилированным дискон, враиакиимся от шестерни, находящейся в зацеплении с рейкой-штоком силового пневмоцилхндра. Покажем на примере алгоритм расчета текущего значения проходного сечения дросселя при заданном законе движения, заданном значении скорости ускорения О г 80 м/cj и общем перемещении рабочего органа ¿р - 0.4 м. Очевидно, что

хп - ¥ /ъ));

Хп - Vn ;

)in=o,<r-V™*-§ Ш АОj

x'n = 0,s- Июл-ff CPS (¿М/с,). ,.Тоюмоэное усилив на гидравлическом устройства

5 //- a: A Pcfr ' Jhu/t ' j

га" л Rir -- (W^: -4 Qo ' ¿&*r) • MM);

(V OP)

«0

(П)

(/Jj CSV)

Рис.1, Конструкты, сдзоепчсго маятникового датчика ускорения и его первой производной.

& а Ч*

?0

?№ 60 \

(ОС

<! <■№

-ца Щ \ \

/ \ \ /

•А« /0

0 О • • 1. • 1. ■ 1 '1 • 1 . ■ 1 , ■ . | а' о,4 о.5 оч ал о.с ¿с. в.г

Рис.2. Вид осцадлогра'йь', получаемой при работе датчика.

.Рис.3. Лрхггцлпаальч&а схиаа стелда для испытания следящих пневмоприводов с несткол обратной свлзко по положению 1 и гидравлическим тормозным устройством.

Рас.5..Заданные паваг.ети'и тахогтаза ллл о^ед-тпего рчешопрлволА с гдарзвлшеским тормозом при npoíHJsapossmrí ра^оодпрукимх

ДЯСКОЗ. •

''1Т1.Р. Ш оврпкн адекватности гатвматетгоско:! л хаэической

•"У®*".'. ('о. отпз^рсиа-'чогс почводя каре-лса.

Из днеФвР$»иш«Ляьнсго уравнения находим:

= л - {тА- Уп > ■ п«* (М+ V

где Л -движунео усилие на пневмоприводе, Рххл - усилие холостого хода' исполнительного органа, при перенесении рсаретки с арматурной сеткой.

ТОГА* А* = Уп^шг УРжГлшг /г ■ ММ**, («>

При трехпериодной тахограмме, полагая Упау - 1 и/с находим:

= 0-25с; Х"И :0.125м. Осуществляя замедление по тахому же закону, находим, что перемещение с максимально* скоростью будет равно =0.15м. При ¡//г х1м/с, /лшъ .=0.01257 н2. г1000Н;

Л»1/* =11.4 ин2. Максимальное ускорение &««/ =6.283 м/с2.

Передаточное число вариатора при ¿л =0.4м, угле рабочего сектора диска тормозного устройства - и радиусе

иестерни :0.05м будет равно: ¿/»~ ¿"/р' . = 2.546.

В диссертационной Равоте дан обобщенный алгоритм Расчета и Проектирования гидравлического .орноэного (управлявшего) устройства И профилирования диска в функции угла поворота для обеспечения заданной скорости изменения ускорения при многократном изменении массы изготавливаемых изделий. Примеры выбора квазиопти-иального режима и кинематических параметров показаны на Рис.4 И Рис.5.

В тормозной (управлявшем) устройстве предусмотрено приспособлений для изменения боковых'зазоров между диском и дроссельными отверстиями при дискретной переналадке станка на новое изделие. Коррекция управления на каждом рабочем цикле (например,■* на каждом шаге сварки арнатурной сетки) может осушестбляться иного-секторным профилированным диском в тормозном устройство. Недостатком такой конструкции тормозного устройства является большая площадь боковых стенок корпуса, находявихся под давлением рабочей жидкости и большие требования к жесткости и соосности профилированного диска. Переналадка управления станка требует достаточно больших затрат времени и определенного ^пыта.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ полученные научные результаты использованы при иодернизации машины многоточечная машина контактной сварки МТК-100/3.

и

Основным элементом, обоспечиваимим динамические характеристики машины, является привод продольного перемещения каретки. Согласно технологическому циклу мамина изготавливает арматурные каркасы нескольких типоразмеров в зависимости от диаметра прутков. Касса каркаса', изготовленного из прутков малого . диаметра состовляет 6.55 кГ, а насса каркаса изготовленного из Прутков большого диаметра'состовляет 148 кГ. Примем масса каркаса нарастает на конечную величину посла каждого иага сварки. Масса каркасов различается почти в 22 раза. Каретка массой $3 кГ. не мокет компенсировать различия в массах изготавливаемых каркасов. Однократная настройка машины на обеспечивает ее работы во всем диапазоне приведенной массы. Переналадка является трудоемкой операцией и снижает производительность машины.

Расстояние от края каркаса до первого поперечного стержня определяет величину выпуска продольных стержней. По технологии предусмотрен выпуск продольных стержней ма 100 мм. Смешение арматурного каркаса вследствие ударов приводит к изменению иага поперечник прутков и изменению выпуска, который выходит за допустимые пределы.

Получонные научные результат« позволили предложить проект модернизации машины НТК 100/3. В проекте активная система управления заменена пассивной, модернизирован силовой пнввмоцилиндр и введен управляющий гидроцилиндр с устройством управления. На Рис. б. и Рис.7, показан привод каретки до модернизации и после модернизации. Были разработаны математическая модель м программное обеспечение модернизированной намины НТК 103/3 в двух вариантах. Лороый м&риант со следяшей системой управления тормозным устройством и коррекилвй проходного сечения дросселирупаэго золотника по рассогласовании заданных значений перемещения, скорости и скорости ускорения, и реализуемых значений втих параметров на адекватной математической модели. Второй вариант с жесткой механичес-ской связь« ретордируишего диска со итокои-рейкой Пневмопривода станка. Профиль многосекторного ротордиру»»его диска, через под. пружиненный иток дросселирующего•золотника, Обеспечивает пэиеме-»но проходного соченкя для обеспечения заданного закона движения кл каждом »мгэ перестановки арматурной сетки. При смене типа из-К!>лия уста^авливаатся новый нногоськторный профильный диск.

Г.РЗФчлигоиание дисков проводится по данным машинного вкспе-рцм«ч!та на математической нодоли со следящей системой управления.

Число контрольных точек на одной секторе диска принималось равным 20.Профиль между двумя контрольными точками во втором варианте моделировался прямой. По данным машинного эксперимента на вто-

о

ром варианта матенатической модели машины НТК 100/3 переходные процессы (си. Рис.8.) выли достаточно схожи о периходными процессами при машинном эксперименте на математической модели со следящей системой управления. Погрешность позиционирования на превышает 2...6%. Величина третьей производной перемещения отличалгеь от заданного значения в 1.25 раза. Переход от дисковых гидравлических дросселирующих устройств в системе торможения к дросселирующим золотникам позволил повысить точность регулирования. снизить стоимость системы управления, облегчить переналадку нащины на другое изделие.

При создании следящей системы управления потребуются разработанные датчики ПТПОК, как наиболее чувствительные элененты к динамическим возмущениям.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены вопросы практического применения результатов работы.

Инженерная методика расчета и проектирования пневмоприводов с гидравлическим устройством управления, величиной скорости изне-ния ускорения для плавного разгона и торможения исполнительного органа_ машины с непрерывно изменяющейся инерционной массой в процессе изготовления изделия, использована на Межзональном комбинате железобетонных изделий "Ставропольский" для модернизации машины НТК 100/3. Методика включает в себя адекватную математическую модель пневмопривода с системой управления перемещением арматурной евтки по столу машины для приварки поперечных стержней, пакет прикладных программ, применительно к персональным компьютерен типа IBM PC/AT для расчета и оптимизации параметров тахограи-мы при заданных быстродействии и перемещении, для профиллирова-нмя реторднруищии дисков системы управления, для исследования динамики привода.

Инженерная методика разрабатывалась с учетом возможности использования ее для решения аналогичных задач, применительно к пневмоприводам машин другого технологического назначения.

Математичесхдя модель пневмоприводов с гидравлическими устройствами управления, а так же программное обеспечение переданы СП "Логос" для практической реализации-

Результаты работы работы внедрены в учебный процесс в Став-

13

ропольском политехнической институте на каФедвв "Технология мамн-ностр^ения и роботизированного производства" в курсе лекций "Динамика промышленных роботов" а такж< при проведении лаюратор-нвых расот по системам приводов технологических мамин.

Новизна и полезность разработок закииена 9 a.C. СССР, и* которых б a.c. выданы на позиционной пневмопривод.

В приложениях приведены акты внедрения, распечатки программ, примеры расчетов, осциллограммы експериментов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом исследований явилось дальнейшее развитие теории и практики следяиии пневмоприводов с гидравлическими устройствами управления для машин с многократный изменением приведенных масс на рабочем органе* Приведенный анализ позволил выявить главные направления исследований и наметить пути решения поставленных задач при помоки использования информации о плавности движения.

Основные результаты работы.

-разработан практически применимый метод получения информации о численных значениях третьей производной обобненной координаты непосредственно в процесса движения привода,

-разработан и экспериментально исследован датчик ПТПОК. методика и оборудование для его исследования и тарирсвкя;

-разработана классификация датчиков производных внешня порядков обобщенной координаты, определены основные способы их непосредственного измерения;

-рахреботана и исследована математическая модель датчика производной высшего порядка обобщенной косрдиисты;

-экспьримвнтально исследованы различные» режимы работы привода и получена информации о численных значениях ПТЛО»;

-на основании экспериментальных исследований разработана и исследована математическая модель пневмопривода ТК с использованием информации о третьей производной обобщенной координаты;

-обоснованно введение и определен критерий плавности хеда, как обратная величина отношения совершенной внешними силами работы на^ телом к массе этого тела, а также величине пути и времени ка котором изменение происходит.

-разработана теория работы пневмоприводов технологических

наыин с нногократкнм изменением приведенной массы на рабочем органе и гидравлическим устройством управления на основании критерия плавности хода. Выполнены теоретические исследования различных режимов движения и остановки приводов. Обоснованы оптимальные законы движения рабочих органов мамины на основании критерия плавности хода.

-разработана иетодика проектировочного расчета пневмопривода ТМ с гидравлическим устройством управления с использованием критерия плавности хода;

-разработан метод профилирования ретордирувиих многосекторных дисков гидравлической системы управления;

-разработаны конструкции следявих пневмоприводов наыин на основании разработанной теории движения. Разработки выполнены на уровне изобретений, проведена правовая завита конструкций. Получены авторские свидетельства 1455063, 1521935, 1605043.

-разработана иетодика управления приводом реализуюжая обратную связь по третьей производной обоскенной координаты;

-исследована математическая модель пневмопривода ГМ с датчиком и гидравлическим устройством управления в Режиме реализации обратной связи по ПТПОК. Обоснована необходимость и достаточность использования в качестве параиетра обратной связи в приводе ТИ информации о третьей производной обобкенной координаты;

-на основании разработанной теории движения и методики проектировния выполнен проектировочный расчет для иодериизации пневмопривода мамины многоточечной контактной сварки НТК 100/3.

-вмравотаны рекомендации по практическоиу использование информации о скорости ускорения вг систеиах управления.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ;

1. A.C. 1455063 СССР, НКИ F1SB 11/12. Позиционный пневмогидро-

Привод/Сидоремко С. А., Цивиэов А.Н. (СССР). 4 24 23t 6/2 5-2 Ъ ; заявлено 04.03.87: опубликовано 30.01.39. вюл. N 3. 2z.: ил.

2. A.C. 152193b СССР, МКИ FliB U/12. Позиционный лнявиогидро-прииод/сидорэнко с.А., Цибизов А.Н. (СССР). 4371009/25-29; заявлено 01.02 38; опубликовано 1J.11.89. Бил. N 42. 2с.: ил.

3. A.C. 1605043 СССР, ИКИ F15B 11/12. Позиционный пнввкэгидро-Привод/Сидоренко С.А., Цибиэсв А.Н. (СССР). 4611785/25-29; заявлено 02.12.88; опубликовано 08.08.90. Бел. N 12. 2с.; ил.

4. A.C. 1509568 СССР. ИКИ F15B 11/12. .Пневмомеханический упругий элемент/Сидоренко С.А..Цибизов А.Н. (СССР ).4233804/25-28; заявлено 23.04.87; опубликовано 23.09.89. Бил. N 35. 2с.: ил.

5. A.C. 1550492 СССР, МКИ F 15 В 11/12. Регулятор давления/Сидоренко С.А., Цибизов А.Н. (СССР). 4392130/24-24; заявлено 07.01.90; опубликовано 15.03.90. Бел. Н 10. 2с.i ил.

6. A.C. 1555580 СССР, МКИ F 15 В 11/12. Отсечной клапан/Сидоренко С.А., Цибизов А.Н. (СССР). 4204874/25-28;эаявлеНо 02.03.87; опубликовано 08.12.89. Бкл. N 36. 2с.; ил.

7. Цибизов А.Н..Сидоренко С.А.,Левченко С.А. Поршневой дозатор. МКИ F 15 Б 11/12. П.С. 93011361 от 2.03.93.

8. Цибизов А.Н.,Сидоренко С.А.,Левченко С.А. Регулируемая гидро-машииа. ИКИ F 15 В 11/12. Ц.С. 93011291 от 2.03.93.

9. Цибизов А.Н.,Сидоренко С.А.,Левченко С. А. Позиционный пневмо-гидравлический привод. МКИ F 15 В 11/12. П.С. 93007402.

от 5.02.93.

10. Цибизов А.Н.,Мартынов С.А-,Сидоренко С.А. Левченко С.А. Позиционный пневмогидравлический привод. МКИ F 15 В 11/12. П.С. 93033729 от 28.06.93.

11. Циеизов А.Н., Сидорен.-о С. А.. Лв'вченко С. А.- и др. Вопросы реализации информации о производных обобщенной координаты 4.5. и 6 порядка в системе управления промышленного робота. Ставрополье*, политехи, ин-т. Ставрополь, 1993. 8 с. еиблиогр. 3 н&эв. Деп. в ВИНИТИ 20.05.93 Н 1350-В93.

12. Цибизов А.Н.,Сидоренко С.А.,Левченко С.А. Методика оптимизационного расчета пневмогидродвигателя привод» промышленного робота. Ставропольем политехи, ин-т- Ставрополь. 1993.. 26 с. еиблиогр.

4 назв. Деп. в ВИНИТИ 20.05.93 N 1351-В93.

13. Цибизов А.Н., Сидоренко С.А.. Левченко С.А. Исследование режимов работы дискового устройства управления пневмогидравлического лри-

t^ водб грсмы^юнного »обота. Ставропольем политехи, ин-т.

Ставрополь. 1933. 25 с. еиблиогр. 3 назв. Деп. в ВИНИТИ 20.05.93 И 1351-В93.

14. ЦИ6ИЭ08 Л.Н.. Сидоренко С.А., Левченко С.А. Критэрий плавности хода и нетодика его численного ог.реде<:зния. Ставрополье«, политехи, ин-т. Ставрополь, 1993. 12 с. бйблиогр. 4 наэв.-Деп. В ВИНИТИ 09.06.93 ff 1573-В93.

15. Цибизов А.Н., Сидоренко С.А., Левченко С.А. Экспериментальное исследование датчика производной третьего порядка обовкенной координаты. Ставрог.ольск. политехи., ин-т. Ставрополь, 1993.

13 с. бивлиогр. 6 назз. Деп. d ВИНИТИ 18.06.93 N 1717-В93.

16. Цибизов А.Н., Сидоренко С.А., Лэвченхо С.А. Теоретическое исследование датчика производной тяотьего порядка обобщенной координаты. Ставрог.ольск. политехи. ин-т. Ставрополь, 1993.

7 с. бйблмогр. 6 назв. Дел. в ВИНИТИ 20.05.93 N 1349-В93.

17. Цибизов А.Н., Сидоренко- С.А., Лэвчвнко С.А. Анализ и исследование методов получения информации о производных высших порядков обобщенной координаты. Ставропольем, политехи, ин-т. Ставрополь, 1993. 16 с. 6м6лиогр. 14 назв. Деп. В ВИНИТИ 20.05.93 N 1348-В93.

18. Цибизов А.Я., Сидоренко С.А., Левченко С.А. Основные способ« непосредствнного измерения производных высших порядков обобщенной координаты. Ставропольем, политехи, ин-т. Ставрополь, 1993. 4 с. 6и6лиогр. 8 назв. Доп. в ВИЬИТИ 20.05.93 Н 1390-В93.

19. Цибизов А.Н.,Сидоренко С.А. Оптимизация динанических характеристик промышленных posotob в условиях ГПМ.//Материалы 3-й Всесоюзной конференции "Динамика станочных систвн ГАП". Тольятти. Типография ТолПИ, 1988. с. 10-11.

20. Цибизов А.Н. Семенов A.A. Нетодика оптинизации пневногидро-пРивода//Твз.докл.студ. научн.твхнич.конф. СтПИ 22-26 ноября 1991г. Ставрополь. Типография СтПИ, 1991. с. 26-27.

21. Цибизов А.Н.,Кузьненко Н.И. Экспериментальное исследование маятникового датчика ускорения и его производной.//Тез.докл. студ. научн.техиич.конф. СтПИ 12-14 нарта 1992г. Ставрополь. Типография СтПИ, 1992. с. 33-34.

22. -»ибиэов А.Н. .Сидоренко С. А. Испытательный стенд. ИЛ о нтд. 88-26 Серия Р.55.30.03. Ставропольский ЦНТИ. 1988г.

23. Цивизов А.Н.,Сидоренко С.А. Регулятор пневмогидропривода. ИЛ. 49-90. Ставропольский ЦНТИ. 1989г.

24. Цибизов А.Н.,Сидоренко С.А. Пнеамонеханичес* ¡Л денпфер. '

ИЛ о нтд.91-36. серия Р.55.03.47. Ставропольский ЦНТИ. 1991г.

25. Цибизов А.Н..Сидоренко С.А. Гидропневноцилиндр с ограничителен ускорения. ИЛ.162-91. Ставропольский ЦНТИ. 1990г.

Л1 .

26. Цибиэов А.Н..Сидоренко С.А. Регулятор давления. ИЛ о нтг.91-25. Серия Р.90.27.30, Ставропольский ЦНТИ. 1991г.

27. Циеиэов А.Н..Сидоренко С.*. Программа оптимизационного расчета пневмогидродвигателя. И/1.449-91. Ставропольский ЦНТИ. 1991г.

28. Цивизов А.К. Математическая модель привода перемещения каркаса многовлектродной сварочной машины МТК-100/3 с гидравлическим управляющим устройством.// Теория и'технология производства порошковых материалов и изделий.// се. научн. трудов КГТУ. Новочеркасск. Типография НГТУ, 1993. с 103-111.