автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Совершенствование механизмов размерной настройки сдвоенных агрегатов гибких линий лесопильного производства

РГБ Ой

1 з да ^

На правах рукописи УДК 674.65.011.5$

КУЗНЕЦОВ Виктор Моисеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ »АЗМЕРНОИ НАСТРОЙКИ СДВОЕННЫХ АГРЕГАТОВ ГИБКИХ ЛИНИЙ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.21.05 — Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древеснноведенне

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

/¿/¿{/■у^у <тС

Москва — 1 996

Работа выполнена и Московском государственном упивс ситете леса-

Официальные оппоненты — доктор технических шаук,

профессор,, действительный член * ' АЕН Санев В. И.;

доктор технических наук, профессор, член-корреспондент ЛЕН Фергин В. Р.;

доктор технических наук, профессор Чужаков А. Д.

Ведущая организация — Всероссийский научно-исследава

тельскнй и конструкторский институт деревообрабатывающег машиностроения ВНИИДМАШ

Защита диссертации состоится « 7» . . .

1996 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ц: Московском государственном университете леса по адрес 141001, Мытищи-1, Московской обл., МГУЛ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ.

Автореферат разослан .. . 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор СЕМЕНОВ Ю. П.

За к. 173

Объем 2 п. л.

Поди, к нсч. 19.04.9G г

Типография Московского государственного университета леса

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Перспективным направлением интенсиф. »и лесопильной промышленности является внедрение новой технологии, позволяющей соединить высокую производительность и комплексность использованчя сырья, присущие лесопилению hi агрегатном оборудовании, с высокой технологической гибкостью индивидуального и индивидуально-группового раскроя. Эта технология обеспечивает повышение объемного и качественного выхода пиломатериалов н снижение затрат на предварительную сортировку сырья, благодаря возможности оперативного изменения схемы раскроя с учетом размерных и качественных характеристик пиловочного сырья.

Реализация данной технологии требует внедрения в промышленность нового головного лесопильного оборудования на базе лснточнопильных, фриерно-пияьных и фрезерно-брусующих агрегагов, у которых , фрезерные и пильные суппорты располагаются симметрично относительно оси просвета и, могут автоматически настраиваться на необходимые размеры обработки по командам оператора или системы программного управления раскроен.

Создание сдвоенных лесопильных агрегатов с программным управлением п гибких лесопильных линий на их базе потребовало решения ряда сложных технических задач.Одной из них является разработка автоматизированных механизмов размерной настройки (АМРН), осуществляющих позиционирование рабочих органов агрегатов в координаты, определяемые выбранной схемой раскроя. К этим механизмам предъявляются требования высокой точности позиционирования, быстродействия и хороших динамических качеств, поскольку масса перемещаемых органов достигает S...8 гн, а время отработки размера сокращается до2...3с.

Совершенствование существующих' и разработка принципиально ноиых механизмов размерной настройки рабочих органов сдвоенных лесопильных агрегатов и гибких линий лесопильного производства и потребовали проведения большого объема теоретических и экспериментальных исследованийЭти

п.','! I J1,1Л H.'.l .1 и '4 I ill I .пин.......I Himiinf piirmpwiuirp тттррташтпннгш рэЯлтьт

Цель работы - совершенствование' основных показателей и методологии проектирования автоматизированных механизмов размерной настройки рабочих органов сдвоенных агрегатов и гибких линий лесопильного производства; создание математического и программного обеспечения для проектирования указанных механизмов. . •

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задь.-. ::

• обоснованы технические требования к указанный механизмам размерной настройки;

• проведен анализ современных механизмов размерной настройки с целью выявления наиболее перспективных для применения в сдвоенных лесопильных агрегатах и гибких линиях лесопильного производства;

• выбраны рациональные типы механизмов для разработки и изготовление экспериментальных образцов, ■ проведения экспериментальных и теоретически; исследований;

• разработаны математические подели и программы их реализации на ЭВ№ для каждого типа механизмов, позволяющие определить рациональное сочетание ю

' параметров на стадии проектирования;

• пррведены экспериментальные исследования механизмов на специальш изготовленных стендах с целью определения их работоспособности, технически характеристик и проверки адекватности математических моделей реальны! механизмам;

• проведен сравнительный аналнз исследуемых механизмов по едино; методике с целью разработки рекомендации по улучшению их динамически} показателей и применении в лесопильном оборудовании.

Методы исследовшшйРезулыаты работы получены путем теоретических 1 экспериментальных исследованнй.Теоретические исследования базируются ш математическом аппарате теории нелинейных дифференциальных уравнений описывающих динамику электрогидравлических механизмов размерной настройки I поступательным перемещением выходного звена. Исследование математически; моделей на ЭВМ осуществляется путем непосредственного числениоп интегрирования методом Рунгс-Кутта.

Экспериментальные исследования проводились на специально изготовлении; стендах, позволяющих имитировать реальные нагрузки на механизмы, а также ] производственных условиях—на сдвоенных лесопильных агрегатах.

Методика исследований включала б себя проверку адекватносп разработанных . математических • моделей реальным механизмам путе& сопоставления результатов моделирования на ЭВМ с результатами эксперимента.

Научная новизна. Разработаны . научно-обоснованные требования ] автоматизированным механизмам размерной настройки рабочих органов сдвоенны: лесопильных агрегатов и гибких линий лесопильного производства.

Разработаны математические модели четырех типов линейны; электрогидравлических механизмов (ЛЭГИМ) размерной настройки и программь их решения на ЭВМ. Математические модели реализованы в виде программно методического комплекса для больших и персональных ЭВМ.

Методом математического моделирования на ЭВМ проведен анализ влняни; основных параметров замкнутых электрогидравлических механизмов на характе] переходных процессов и определено рациональное сочетание конструктивны; параметров. Разработаны рекомендации по выбору рациональных значенш параметров электрогидравлических линейных механизмов размерной настройки обеспечивающих высокие динамические качества процесса позиционирована рабочих органов.

Обоснованы рекомендации по выбору электрогидравлических механизме размерной настройки. Показаны преимущества ЛЭГИМ импульсно-шаговог!

(ействия с механической (МОС) или электрической (ЭОС) обратной связью по юложению.

Прлкппесхг.!! ценность. '

[.Разработаны, изготовлены и внедрены в промышленность многопоршневые разомкнутые Механизмы дискретного действия, работающие в двоичном или 1воично-десятичном кодах. Указанные механизмы применяются Вологодским • гганкозаводом в серийно выпускаемых станках—дпухпильном обрезном мод.Ц2Д-7А (шестипоршневой гидропозициснер с шагом 5,15 мм) к фрсзерно-обрезном иод. Ц2Д-1Ф (позиционер с номинальным шагом 2,5 мм).

2, Для периодической размерной настройки сдвоенных лесопильных станков фрезерно-пильпых линий типа ЛФП-2 и ЛФП-3 разработаны и испытаны в производственных условиях 10-ти поршневые гидропозиционеры с дискретностью 0,5мм, работающие в двоично-десятичном коде.

3.Разработана инженерная методика расчета и выбора основных конструктивных параметров многопоршневых гидропозиционеров и дани рекомендация по улучшешио нх точностных характеристик .

4,Разработаны,изготовлены и испытаны иа стендах экспериментальные образцы новых замкнутых электрогидравтгаческнх механизмов импульсно- шагового действия с механической или электрической обратной связью по положению и релейного действия с управлением от устройства цифровой индикации. Для каждого из замкнутых механизмов даны рекомендации по выбору основных конструктивных параметров и режимов работы,

5.На основе комплектного ЛЭГНМ импульсно-шагового действия и программируемого контроллера разработана и испытана на стенде гибко программируемая система размерной настройки пильных блоков сдвоенного ленточнопильиого станка с челночным механизмом подачи.Техническое предложение на систему передано Головному конструкторскому бюро по проектированию деревообрабатывающего оборудования (ГКБД, г.Вологда).

6 .Разработаны рекомендации по выбору злектрогидравлических механизмов размерной настройки в зависимости от размеров вырабатываемых пиломатериалов (допуска на размер сечения) и способа раскроя пиловочного сырья.

-^ Rn^irpruTii- -■ачуиугц-х ТГОП^М в сдвоенных лесопильных агрегатах позволяет

при среднем диаметре обрабатываемых бревен 26 см и четырех парных пропилах увеличить объем вырабатываемых пиломатериалов на 0,45,.,0,5 % при одновременном приращении объема технологической щепы до 2%.

Апробация работы . Результаты исследований, составляющих содержание диссертации, докладывались на:

• научно-технических конференциях МЛТИ, Москва, ежегодно с 1972 по 1995г.; \

• научно-технической конференции "Новые технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств", Москва,1972г;

• XV Всесоюзном совещании по гидравлической автоматике, г.Калуга,l9S0t.;

• Всесоюзном семинаре по гидравлической автоматике, г.Киев, 1981г.;

• научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и гибкие автоматизированные производства в 'машиностроении", ИМАШ АН СССР, Москва,! 987г.;

научно-технической конференции "Гидравлика и гидропривод машин, автоматов и промышленных роботов в машиностроении", Севастополь,1989г.

• Экспериментальный образец комплектного механизма импульсно-шагового действия экспонировался на тематической выставке "Высшая школа - народному хозяйству" на БДНХ СССР в 1983 г.

Публикамш. По теме диссертации опубликованы две монографии, два учебных пособия, 39 статей в периодических изданиях, получено 11 авторских свидетельств.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения,.восьми глав, выводов, списка литературы из 173 наименований и приложений, Она изложена на 258, страницах машинописного текста, включая 98 рисунков и 23 таблицы,

I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ МЕХАНИЗМОВ РАЗМЕРНОЙ НАСТРОЙКИ СДВОЕННЫХ ЛЕСОПИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

. В первой главе рассмотрены тенденции развития технологии в современном лесопилении, перспективы внедрения "высокой " технологии, способы ее внедрения на базе сдвоенных лесопильных агрегатов с программным управлением (СЛА с ПУ) и гибких линий.'

Основными принципами "высокой" технологии являются: электронное сканирование (измерение вершинного и комлевого диаметров, длины бревна), обработка информации в управляющей ЭВМ, правильное ориентирование бревна перед зажимом, жесткое базирование и точное пиление с помощью нескольких СЛА с ПУ. Реализация этих принципов позволяет повысить максимальный выход спецификационных пиломатериалов.

"Высокая" технология привела к созданию новых типов головного лесопильного оборудования с подвижными рабочими органами, расстояние между которыми изменяется по командам оператора или автоматически от управляющей ЭВМ, и гибких бревнопильных. линий (ГБЛ) на их базе.

В перрой главе рассмотрены схемы гибких лесопильных модулей (ГЛМ), бревнопильных линий и участков передовых в лесопилении стран мира, в том числе Швеции, Канады, США, Австрии, Финляндии, а также отечественных—ЛБЛ-1, Л ФП-1, ЛФП-2, Л ФП-3.

Проведенный, анализ подтверждает, что внедрение гибких бревнопильных линий на базе сдвоенных леерпильных агрегатов с ПУ является одним из перспективных направлений технического перевооружения лесопильной поомышленности.

Отличие СЛА с 1ГУ от других типов деревообрабатывающего оборудования заключается в необходимости настроечных перемещений при обработке каждой' очередной доски или бревна.

В диссертации рассмотрены основные требования х механизмам размерной настройки сдвоенных лесопильных агрегатов.

Перечень основных требований и их технологическое обоснование приведены в ' таблице I.

Обоснованы количественные показатели допускаемой погрешности размерной настройки, необходимой быстроходности и осевой жесткости ЛЭГИМ, воспринимающих осевые силы от торцово-конического фрезерования.

Требования к точности размерной настройки, характеризуемой величииой допускаемой погрешности определяются в первую очередь величиной допуска 3 на толщину вырабатываемых пиломатериалов. Анализ точностного состояния СЛА с ПУ показывает, что при формировании пиломатериалов толщиной В > 35 мм требования к точности размеров сечения могут быть обеспечены, если соблюдается условие:

+25,+г25с ^ 5, (1.1)

где Бс - среднее квадратическое отклонение (СКО) размеров сечения в парши сухих пиломатериалов;

5Н- допускаемая погрешность размерной настройки на заданный размер сечения;

Ъ\ и Z г- аргументы функции Лапласа, соответствующие вероятностям [Р1] и [Рг] выхода размеров соответственно за нижнюю и верхнюю границы стандартного поля допуска. . г

В свою очередь суммарная дисперсия размеров сечения сухих пиломатериалов может быть представлена суммой двух независимых дисперсий;

$ = £ + 8*. (12)

где 52р - дисперсия, связанная с собственной технологической погрешностью процесса распиловки при неизменной настройке па размер сечения;

82 ус - дисперсия, связанпая с отклонениями размеров сечения в процессе сушки.

Расчеты показывают, что в этом случае величина допускаемой погрешности размерной настройки должна находится в пределах ± 0,50 ми, если Эр £ 0,7 мм и снижаться до ± 0,06 мм, если Эр возрастает до 1,2 мм.

При формировании сечения гонких пиломатериалов ( с номинальной толщиной до 32.„35 мм и соответственно допуском ± 1,0 мм) разнотолщиниость , как правило превышает поле допуска. В этом случае при настройке рабочих органов необходимо

Таблица 1

Оствшс требовании к авгомапсировашым ммаювмам размерной настойки СЛА

Наименование технического параметра Качественный или количественный показатель Сага технолотчеекими параметрам* СЛА определяется

В с.итона наибольшего переведения рабочих органов (РО),мм . Н мах = 360 мм ' Схемой раскроя бревна с наибольшим диаметром в комле Дк=М мм

Разрешающая способность механизма Дискрета Д<0,1 мм Необходимостью учета распиловочного и припуска на усушку пиломатериалов с точностью ди 0,1 ым

Точность отработай задаваемых . перемещений или кооряшат РО Величина допустимого смещения цещра группирования размеров сечения пиломатериалов относительно номинального настроечного размера Хн Допускаемыми отклонекидми на толщину тоник пиломатериалов 6 =Л,0 мм, точкоепшм состоянием оборудования н допускаемыми уровнями дефектности вырабашваемых пиломатериалов

Усилие, развиваемое на выходном Твене механизма ' Рыах >10...ПкН Необходимостью перемещении РО с массой от 4,5 до 8 ш с высоким быстродействием

Осевая жеегкость и надежная фиксация РО Осевая податливость ■ механизма не должка ' превышать допускаемую погрешнее ть Механизм должен удерживать от смещения суппортФБС с амплитудными значениям! осевой нагрузки пах Рос>10кН •

Быстродействие Длительность цикла позиционировании при отработке характерного перемещения (например, 30мм) т=г...з с Производительностью бревнопнльной линии не менее 6 бр/мнн

Возможноеп, рабош в полуавтоматическом н автоматическом режимах Возможность преднабора прогрела раскроя бревна с пульта ПУ Возможностью ккдквндуально-группового н индивидуального раскрои пиловочного сыры по оптимальным программам

Помехоустойчивость системы управления механизмом Отсутствие сбоев в процессе рабош

Унификация конструктивных решений Степень унификации ЛЭГИМ между собой Использованием стандартных унифицированных механизмов к блоков^ыпускаемых промышленностью

Ремошоиригоддесть Среднее вреш восстановления механизма до работоспособного состояния Простотой консфукцин^добством монтажа, доступностью всех сборочных единиц

выдержать условие, ограничивающее уровень дефектности пиломатериалов в допускаемых пределах: ■

(Zi + Z2)Sc £ 8, (1.3)

Это условие можно обеспечить путем смещения настроечного размера (фактического уровня настройки) к верхнему пределу поля допуска на величину расчетного распиловочного припуска 5щ>.

В соответствии с ГОСТ 26002-83 допускаемые уровни дефектности пиломатериалов принимаются равными: для пиломатериалов с 'заниженными размерами сечения(Х < Х-,« ) [Pi ]=1 % ; для пиломатериалов с завышенными размерами (X ¡>Хтгх) [Рг] = 25 %.

Вероятность выполнения указанных выше условий была рассмотрена как задача, связанная с вероятной точностью выполнения каждого из трех процессов формирования сечений пиломатериалов: размерной настройки, раскроя бревна н сушки до конечной влажности. Толщину пиломатериалов рассматривали как случайную величину, подчиняющуюся закону нормального распределения.

Дисперсия S2 этого распределения может быть представлена как сумма дисперсий трех независимых случайных величин :

S2 =S2p+S2»+S^, (1.4)

где S2K - дисперсия , обусловленная погрешностями размерной настройки.

Расчеты вероятности появления дефектных ппломатериалов в зависимости от величины СКО , их толщины и погрешности отработки номинального распиловочного размера Хрв= 33,6 мм приведены в таблице 2.

Расчеты показали, что погрешность размерной настройки рабочих органов (РО) CJIA, характеризуемая величиной ± 0,1 мм, является допустимой для формирования

ттгеит пиП.иыпцщщщн, ....... щ|>пупиптр>тг ГПР^ПИР ичртрречяогп размера на

величину расчетного распиловочного припуска 5яр и точностное состояние агрегатов позволяет обеспечить разнотолщинность сырых пиломатериалов в пределах 2,4 мм (Sp á 0,6 мм).

Таблица 2.

Вероятность появлсшш дефектных пиломатериалов в зависимости от величины СКО их толщины и шнрешпосш отработки расчетного распиловочного размера X р» (иодишалшал толпцша В=32,0 мм, допуск й-± 1,0 им, В^=31,0.\м, Влш=33,0 мм,вшпи1а распиловочного припуска =0,6 мм, конечная влажность \У =20%)

Величина СКО Уровень дефектности Уровень дефектности

толщины суиЕ пиломатериалов с пиломатериалов с

пиломате- заниженными размерами завышенными размера.«!

риалов Б, мм сечении: . сечении:

ф",<31,0 мм} г{х>>Ш мм}.

X рн=33,6мм

0,60 0,004 0,251

0,65 0,007 0,269

0,70 0,011 0,284

0,75 0,017 0,298 •

Хр=33,6- 1,1=33,5 мм

0,69 0,007 0,201

0,65 0,011 0,221

0,70 0,017 0,238

0,75 0,023 0,253

■

Хр=33,6+0,1=33,7 №1

0,60 0,002 0,308

0,65 0,005 0,323

0,70 0,008 0,334

. 0,75 0,012 0,345

2. КЛАССИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ РАЗМЕРНОЙ НАСТРОЙКИ

Во второй главе приведены классификация-и анализ электрогидравлических механизмов размерной настройки, обоснован выбор и описан принцип работы исследуемых механизмов поступательного действия.

Требованиям, предъявляемым к автоматизированным механизмам размерной настройки (АМРН) СЛА, наиболее полно отвечают короткоходовые электрогидравлические поршневые механизмы поступательного действия (ЛЭГИМ). Они позволяют непосредственно реализовать однокоординатное прямолинейное перемещение рабочих органов в требуемой диапазоне (до 360 мм) без промежуточных кинематических передач. Эти механизмы имеют электрическое входное звено и преобразуют электрический управляющий сигнал малой мощности в соответствующее силовое перемещение выходного звена .

В диссертации разработана классификация ЛЭГИМ, позволяющая систематизировать все многообразие существующих в настоящее время схемных и конструктивных решений и осуществить анализ их соответствия требованиям и условиям работы СЛА с ПУ.

Наличие позиционной обратной связи (ОС) является основным классификационным признаком ЛЭГИМ, по которому они делятся на разомкнутые (без ОС) и замкнутые (с ОС), В разомкнутых ЛЭГИМ контролируется лишь достижение перемещаемым рабочим органом (РО) конечного положения, а информация о текущем положении РО отсутствует.

В замкнутых ЛЭГИМ осуществляется непрерывный контроль текущего положения РО, а получаемая при этом информация используется дан управления конечным положением РО н формой переходного процесса, Это позволяет обеспечить высокую точность позиционирования и необходимые динамические характеристики.

Составлена классификация ЛЭГИМ замкнутого типа. В качете классификационных признаков приняты наличие • и способ реализации каждого элемента обобщенной структурной схемы.'

В результате классификации выявлены возможные варианты технических решений и выбраны рациональные компоновки замкнутых ЛЭГИМ на базе гидроцилиндра.

Рассмотрены структурные схемы ЛЭГИМ с механической (МОС) и электрической (ЭОС) обратными связями по положению. Показаны преимущества комплектных ЛЭГИМ, созданных на базе четырехкромочных дросселирующих.■ гидрораспределителей (ДГ), установленных соосно с поршнем гидроцилиндра и связанных с ним посредством винтового МОС. При такой компоновке " между плунжером ДГ и поршнем ГЦ образуется отрицательная обратная связь цо положению

и поршень с высокой точностью отрабатывает перемещения, задаваемые на входе серводвигателем.

Проведенный анализ схемных и конструктивных решений ЛЭГИМ размерной настройки позволил сделать следующие выводы:

• основным преимуществом гидропозиционеров перед другими типами ЛЭГИМ является простота и помехоустойчивость разомкнутой системы числового управления, которая может быть реализована на базе диодной матрицы и сильноточных реле постоянного гока, обладающих высокой надежностью;

• перспективными для применения в СЛА с ПУ являются замкнутые ЛЭГИМ с механической (МОС) или электрической (ЭОС) обратной связью по положению норшня;

• из числа замкнутых предпочтение -следует отдать ■ механизмам релейного действия, как наиболее простым, и импульсно-шаговым, построенным на базе четырехкромочного ДГ с нулевым или небольшим отрицательным перекрытием кромок;

• в качестве встроенного в поршень механизма обратной связи целесообразно исцользовать прецизионную обратимую шарико-винтовую передачу (ВГК);

• в качестве измерительного .преобразователя перемещений (ИПП) в ЛЭГИМ с ЭОС целесообразно применить фотоэлектрический импульсный преобразователь, имеющий высокую разрешающую способность и хорошую помехозащищенность;

• в качестве электромеханического преобразователя (ЭМП) на входе ЛЭГИМ • импульсно-шагового действия целесообразно применить малогабаритный шаговый двигатель.

Проведенный анализ позволил выявить наиболее перспективные для применения в СЛА с ПУ технические решения по реализации структуры ЛЭГИМ и их отдельных элементов.

На основании' вышеизложенного для, дальнейшего исследования выбраны ЛЭГИМ четырех типов:

• многопоршневые гидропозиционеры с дискретностью 0,5 или 1,0 мм;

• механизмы релейного действия на базе фотоэлектрического ИПП и устройства цифровой индикации (УЦИ);

• механизм импульсно-шагового действия с МОС на базе обратимой винтовой передачи;'

• механизм импульсно-шагового действия с ЭОС на базе фотоэлектрического ИПП.

Гидравлический позиционер (рис.1,а) представляет собой многопоршневой исполнительный механизм дискретного действия, работающий по принципу суммирования мерных перемещений отдельных поршней, взаимосвязанных ограничителями хода, н работает от разомкнутой системы управления, Он преобразует цифровой управляющий сигнал на входе в виде параллельного двоично-десятичного кода в соответствующее дискретное положение выходного звена с одновременным усилением по мощности.

Рис.1. Схемы ЛЭГИМ :а - многопоршневой гидропозиционер; б - релейного действия; в - импульсно-шагового действия е..МОС;. г - импульсно-шагового действия с ЭОС.

Перемещение выходного звена такого гидропозиционера можно представить в

виде

Y^=YoÍ:VlO\ (2,1)

где Y о- дискрета, т.е.номинальный ход первого поршня младшего разряда, мм;

а к= а, Хк -скалярное произведение, характеризующее комбинации ходов

поршней внутри каждого разряда;

ai= вектор, кодирующий веса ходов поршней внутри каждого разряда

десятичного числа;

](к - вектор состояний • соответствующего разряда и поршня (принимает

значения 0 или 1);

К - номер разряда (К = С; 1; 2);

j • номер поршня в соответствующем разряде (i= 1;2;3;4).

В механизме релейного действия (рис.1,б) направлением перемещения и остановкой штока гидроцилиндра 3 управляет хрехпозиционный гидрораспределитеяь 5, снижением скорости позиционирования при подходе к заданной координате -дросселирующий гидрораспределитель (ДГ) 7 с односторонним гидравлическим управлением. Скорость медленного подвода к координате определяется настройкой дросселя регулятора расхода б. Гидрозамок 4 запирает поршневую полость ГЦ и надежно фиксирует РО 1 с фрезой 2 в заданном положении.

Механизм импульсно-шагового действия преобразует электрический сигнал на входе в виде количества N электрических импульсов в соответствующее дискретное перемещение L штока ГЦ.

В ЛЭГИМ с МОС (рис.1,в) направлением и скоростью движения поршня 3 ГЦ управляет четырехкроиочный ДГ с шаговым электродвигателем (ШД) 8 на входе. При подаче импульсов на обмотки ШД его ротор поворачивается на определенный угол и смещает золотник 6 ДГ из нейтрального положения. При этом одна полость ГЦ соединяется с напорной линией, другая - со сливной, и поршень начинает перемещать Ю 1 в заданной направлении, Перемещение поршня на заданный размер L продолжается до тех пор, пока золотник ДГ не вериется в исходное нейтральное положение. Это происходит при уменьшении рассогласования до 0.

В импулъсно-шаговом ЛЭГИМ с ЭОС (ртс,1,г) ротор ШД 5 поворачивается на угол, пропорциональный разности числа задающих импульсов ( поступающих- с программоносителя) и импульсов ОС, поступающих от ИПП 9, и смещает золотник ДГ 4 из нейтрального положения. В результате поршень ГЦ 3 начинает перемещать суппорт 1 в заданном направления. При перемещении РО на заданное расстояние указанная разность импульсов становится ргжпой нулю. При этом ШД возвращает золотник ДГ в нейтральное положение п супткут останавливается.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ РАЗМЕРНОЙ НАСТРОЙКИ

Аналщ тсгфслтосьчгт методов пгелмовипи злектрвгпдрпвлнчетгс мщгппмоя рагчерней пастрпйчц. Теоретические основы распета и исследования элехтрогидравялческих механизмов и приводов изложены в трудах отечественных и зарубежных ученых: Гаиынина Н.С., Коробочкнна БЛ., Лсщенко ВА., Попова Л.Н., Лернера А.Я., Хохлова ВА., Цукановой ЕА., Сосоякина ВЛ., Свешникова В.К., Пекарского Э.М., Нахапетяпа Е.Г., Миллера Т. и др.

На выбор теоретических методов исследовании существенно влияет то, что электрошдравлические механизмы представляют »бой сяожпые пелинейпые системы. Общих методов синтеза нелинейных динамических спстем в настоящее ср";я не существует. Это связано с разнообразием качественно отличных спстем этого вида, а в ряде случаев наличием нерешенных проблем математики .

Необходимость учета большого количества нелинейностей при использовании как точных, так и приближенных аналитических методов приводит к получению громоздких конечных выражений анализ которых невозможен без ЭВМ. Поэтому в рзботе'сделан вывод о целесообразности применения численных методов интегрирования систем дифференциальных уравнений,' описывающих динамику электрогидравлическнх механизмов позиционирования. Эти методы позволяют избежать упрощений при моделировании, учитывать необходимое количество нелинейностей, не искажая пх истинного характера.

-Лнпгнм ттнп-ртгдгрпит игтптттпглд я т/-пггтпят-тт ""ттм пггт-плмпчЙ ЛЭГИМ

позволяет определить основпые динамические факторы и допущения, при которых могут быть разработаны математические модели механизмов:

• при математическом моделировании ЛЭГИМ необходимо учитывать сжимаемость рабочей жидкости; наличие в ней нерастворенного воздуха; зависимость силы трения в направляющих РО от скорости перемещения; зазоры в кинематической цепи; потерн давления в гидролиниях;

• модели ЛЭГИМ на базе гидроцилиндра с жестким штоком (с! г 50 мм) можно рассматривать как одномассовые динамические системы, что позволяет упростить их порядок и расчет; . _

• при выводе уравнений математических моделей можно пренебречь изменениями

температуры, плотности и вязкости рабочей жидкости; упругостью и волновыми процессами . в трубопроводах; переходными процессами в насосной установке; упругостью выходного штока ГЦ;

• математическую модель многопоршневого гидропозиционера можно представить как одноыассовую механическую систему, в которой движения всех поршней, кроме последнего, описываются уравнениями безинерцаонных линейных звеньев;

• в математической модели импульсно-шаговог'о ЛЭГИМ с МОС достаточным является описаниеЩД в виде статической модели;

» в математической модели импульсно-иагового механизма с ЭОС шагонш двигатель (ШД) необходимо описывать как одномассовую колебательную систему второго порядка.

Ошаипле по'.:азате.тл точности лщкйлого поиумоиировагаи. Важнейшей характеристикой ЛЭГИМ размерной настройки является точность отработки заданно!; координаты X j или точность установки в заданное положение, называемая точиостыс позиционирования.

Точность позиционирования характцшует степень соответствия действительны? положений перемещаемого Ю и заданных программой в пределах базовой длинь. перемещений. Она оценивается реличиной наибольшей абсолютной погрешиоси установки РО во всем диапазоне перемещений,

Погрешность установки в произвольную точку координатной оси суммируется и:

погрешности систематической (иашгагичесзсого ожидания ошибки в данно!

точке) и половины ошибки случайной, которая характеризует величину вероятной рассеяния конечных ' положений относительно центра группирования и называете; повторяемостью позиционирования,

Поэтому вероятную погрешность позиционирования в выбранную точк координатной оси нож и о представить выражением

Д-У, = Л/,± 35,. (3.1)

где ^¡-СКО конечных положений относительно координаты центра группирована или математического ожидания М};

± 3 Б]- повторяемость позиционирования, принимаемая одинаковой для всех точе координатной оси.

В соответствии с режимом позиционирования ( односторонний или двухстороннн подход к заданной координате) точность линейного позиционирования следует оцеииваз следующими показателями;

• величиной средней Д^ или максимальной систематической погрешности любой точке координатной оси;

» повторяемостью R^iiS, одностороннего позиционирования;

• средней повторяемость К, двустороннего позиционирования;

» величиной средней зоны нечувствительности при реверсировании, Систематической ошибкой в определенной точке координатной, оси будем называть среднее одностороннее отклонение от заданного положения, определяемое с учетом направления перемещения:

1 Л,*1

nv |

(32)

Зона нечувствительности Bj механизма определяется как разность средних односторонних отклонений от заданного положения:

S, = Aj (3.3)

Средняя зона нечувствительности во всем диапазоне перемещений

B=-lBj (3.4)

Точность позиционирования МЕГ определяется как наибольшая ротосл ь

между- предельны у« значениями и независимо от

направления перемещения: .

Маг=| AXj-t

Joj ¡мах"

[ AXj-3Sj ] Mini -(15)-

где S j - СКО от заданного положения, определяемое из серии п односторонних подходов в заданное положение^. Выбор реитма птидппшровами рабочего пугана . Под законом движения при прямолинейном поступательном перемещении понимают характер изменения координаты . X (1), скорости V (t) и ускорения a(t) во времени. Эти параметры взаимосвязаны, любой из них при заданных начальных условиях определяет, остальные.

Закон движения перемещаемого РО должен' обеспечивать минимальное время размерной настройки при соблюдении ряда ограничений, свойственных реальным

механизмам: скорости и , мощности привода, допускаемых прочностью соединений инерционных нагрузок, частоты собственных колебаний механизма.

Для механизмов релейного действия точность установки, в заданное положение н необходимое быстродействие достигаются применением двухскоростного режима позиционирования с автоматическим переключением со скорости быстрого перемещения на скорость медленного подвода. В работе проанализирована зависимость длительного цикла позиционирования Т от скорости быстрого перемещения Vy при выбранных значениях остальных параметров (ускоренна ai и аг > скорости медленного подвода VMи др).

Показано, что существует такое конечное значение скорости Vy, при котором длительность цикла будет минимальной. Выражение для оптимальной скорости получено путем приравнивания нулю первой производной функции T=f(y):

áT L \(v 2ta dV, V) 2K V,

откуда

, 2 L + К

где через К обозначено выражение £ + • .

Из выражения (3.7) следует, что оптимальная скорость быстрого перемещения зависит от ьеяиилии пути переиещсиия I, модулем усхаремчй й> и яз рязгйнй и торможения, разброса времени запаздывания Дт и скорости медленного подвода V*.

Недостатком позиционирования в релейном режиме со ступенчатым переключением скорости является возникновение значительных инерционных нагрузок и ограниченное быстродействие. Поэтому были рассмотрены возможные режимы работы замкнутых механизмов размерной настройки, позволяющих осуществлять позиционирование Ю в следящем режиме:

• с ограничением только величины ускорений разгона и торможения; при этом ускорение ограничивается максимальным усилием на штоке Ртаха также величиной приведенной к штоку массы Мпр ;

сЗа

•с ограничением величины ускорения и производиои от ускорения -—

называемой "рывком"; производная от ускорения ограничивается максимальной скоростью изменения усилия на щтоке;

• с ограничением скорости перемещения и ускорения; скорость ограничивается максимальным расходом жидкости, поступающей в гидроцилиндр;

• с ограничением скорости, ускорений и производной ог ударения.

Позиционирование РО с ограничением только величины ускорения позволяет

эеализовать треугольный закон изменения скорости, который является оптимальным ю быстродействию (минимальная длительность циклаТ),

Однако этот закон движения характеризуется большими энергетическими )атратами, скачкообразным изменением ускорения при разгоне и торможении, приводящим к перераспределению зазоров в механизме и возникновению ударов. Вследствие этого треугольный закон изменения скорости позиционирования малопригоден для реальных механизмов размерной настройки.

Учет 01раничсний по мощности привода и максимальной скорости выходного звена механизма приводят к деформации треугольного закона и превращению его в трапецеидальный закон. В этом случае цикл позиционирования РО состоит из трех участков: разгона с постоянным ускорением + аР движения с установившейся скоростью Уу и торможения с постоянным замедлением • а1.

Для трапецеидального закона характерна следующая взаимосвязь параметров движения (при aP=aT:::a)•.

V2

а= , (3.8)

где V у - скорость установившегося движения;

а - модуль ускорения (замедления) на участках разгона и торможения; Т - длительность цикла позиционирования при отработке перемещения Ь.

Пользуясь выражением (3.8) можно определить модуль ускорения, с которым надо разгонять и тормозить перемещаемый РО, чтобы обеспечить требуемую длительность цикла позиционирования Т при выбранном значении установившейся скорости Уу.

Недостатком трапецеидального закона изменения скорости позиционирования являются удары, возникающие при тро1йПИИ £ И ошшвкал,—пишильку модуль ускорения изменяется в чти моменты скачкообразно ( максимальный рывок).

На рис.2 показаны диаграммы оптимального переходного процесса в механизме поступательного действия при ограничении первой, второй и третьей производной от управляемого параметра X (1). Процесс движения РО в этом случае состоит из семи участков, па каждом из которых одна из ограниченных производных поддерживается на предельном уровне. На участках 1,3, 5 и 7 на предельном уровне поддерживается третья .производная (рывок), на участках 2 и 6 - вторая производная (ускорение), а на участке 4 ■ первая производная от управляемой Величины, т.е. скорость.

Дальнейшие исследования подтвердили возможность реализации оптимального

Врем9,

-01 '!аШ

Зрел/я

¿вре^я

Рис.: 2 . Диаграммы оптимального переходного процесса в механизме при ограничении первой,второй и третьей производной от управляемого параметра Х(Ъ).

режима позиционирования РО с- помощью замкнутых ЛЭГИМ импульсно-шагового действия с управлением от микропроцессорного устройства (МНУ).

Модель штос гнвн хярдки'рисптеп многопдршняюгд щтрптшпщтк-ра. Вероятная погрешность позиционирования выходного штока гндропозиционера может быть представлена как сумма систематической и половины случайной погрешностей в любой точке в пределах хода:

^ДХж^ ч/л , (3.9)

где Я)- СКО ходов отдельного поршня относительно центра группирования; п - число поршней, участвующих в отработке размера. Систематическая погрешность АХ представлена как сумма погрешностей изготовления ограничителей ходов 5изг ; тепловой деформации элементов конструкции вследствие нагрева масла в гидросистеме 51; погрешности 51, обусловленной деформациями растяжения ограничителей хода вследствие действия оссиои нагрузки; погрешности 5копт, обусловленной упругими деформациями стыков между отдельными поршнями гидропозиционера.

С учетом конструктивных параметров гндропозиционера выражение для систематической погрешности получено в виде:

АХ.--,,тт + 'Ц1С

Еж'Л,*1

где 8, - допускаемое отклонение величины хода I -го поршня;

¡, п-номера м количество поршней, участвующих в отработке координаты ; Н1 - ход ¡-го поршня;

а, - коэффициент линейного теплового расширения материала поршней; АI - повышение температуры масла;

-Т'-. ■ пг-гачч пагрупш. ппгпрчиимяемяя огрянИЧИТЕТТЯМИ ХОЛа:_

Г ох- площадь сечения ограничителя хода ; Ех- модуль упругости материала ограничителя хода; Ь 1- длина ¡-го ограничителя хода; |.| - кочффициент, учитывающий неплоскостность стыка; С - коэффициент, зависящий от геометрии поверхностей и свойств материала стыка;

Га - площадь поверхности сгыка .

Ан-.ши ) подученного выражения показывает, что систематическая погрешность позиционирования существенно зависит от числа поршней, участвующих в отработке заданной координаты. Расчеты показали, 'по для 10-ти поршневого позиционера станка ФБ-3, лхгтадего следующие параметры: В = 1 ООмм, с! = 70 ми,

(

(3.10)

Нпш = 199,5 мм, 81 = 0,07 им , суммарная Систематическая погрешность достигает величины 0,476 ми.

Точностна" характеристика иетншмов релейного действия . В работе получена теоретическая зависимость погрешности позиционирования от параметров и режима работы ЛЭГИМ релейного действия. Эту погрешность можно представить как

алгебраическую сумму систематической погрешности ДХ, в выбранной точке

координатной оси и половину разброса выбега (повторяемости позиционирования):

ДХ^ДХ^ (3.11)

Для механизмов с непосредственной обратной связью по положению среднее значение систематической погрешности определяется выражением

- .Р712

где Лит-допускаемая статическая погрешность ИПП, град; Д «- погрешность, вносимая элементами МОС;

X - коэффициент пропорциональности, связывающий угол поворота <р ротора ИПП с соответствующий линейный перемещением Ь РО.

Случайная ошибка позиционирования определялась как вероятный разброс выбега Перемещаемого РО с учетом относительных случайных колебаний скорости подвода5 у, времени запаздывания 5,, силы сопротивления 5Р

= 8,+ 8г ). (3.13)

2 2 Рс

где Б щи, ^ - наибольшее и наименьшее значения выбега РО; т - время запаздывания механизма;

V- скорость РО в момент поступления команды на отключение; Мпр-приведенная масса перемещаемого РО и жидкости в соединительном трубопроводе;

Рс- суммарная сила сопротивления, приведенная к штоку ЛЭГИМ.

АУ Дг Д ре М

А=—; £= —; <Ур=—; <?,=—, (3.14) Г Г рс I

где ДУ, Д т, ЛРС - разбросы соответствующих параметров,

Выражение (3.13) позволяет рассматривать разброс выбега как функцию скорости подвода в момент поступления команды "стоп" при фиксированных значениях остальных параметров. Функция А Я = Г(V) представляет собой параболу второго порядка. Расчеты, выполненные на основе выражения (3.13) показывают, что при скоростях подвода V ^ 10 мм/с влияние второго слагаемого мал о и не превышает 5...10%. В этом случае разброс выбега можно определить по упрощенной формуле:

Л5 = + У-т(й, + 8,) (3.15)

Из выражения (3.15) видно, что при выбранных значениях х для уменьшения случайной ошибки следует снижать скорость подвода РО к заданному положению, применяя ступенчатое или плавное регулирование скорости на участке торможения. Таким образом, подбор необходимой скорости медленного подвода является практически основным способом обеспечения требуемой точности установки РО механизмом релейного действия.

Суммируя (3.12) и (3.15), получим выражение для определения вероятного значения погрешности позиционирования во всем диапазоне перемещений:

_л = + )_(3.16)

А

Для обеспечения гарантированной точности позиционирования в пределах установленной зоны нечувствительности 2 5Х механизма должно соблюдаться условие

АХ, > АЗ, <25,, (3.17)

Ш (3.17) следует, что допустимая скорость медленного подвода к заданной координате должна удовлетворять неравенству

(3.18)

, где 8* - половина зоны нечувствительности механизма,

ДХ; - среднее вероятное значение систематической погрешности во всем диапазоне перемещений.

Определение рационального сочетании _пауамурии_______¡амкщн.и

электрогидравлнчккм механизмов . Динамические свойства замкнутых ЛЭГИМ характеризуются совокупностью трех основных показателен: точностью отработки задаваемых перемещений (координат), быстродействием и запасом устойчивости. Под рациональным сочетанием параметров ЛЭГИМ размерной настройки будем понимать определение такой их совокупности , при которой обеспечиваются все указанные динамические показатели.

Анализ показывает, что для уменьшения систематической погрешности ЛЭГИМ на базе ДГследует уменьшать ширину щелей Ь0 в среднем положении и увеличивать давление питания. Решением проблемы является применение четырехкромочных ДГ с нулевым или минимальным (5...10 мкм) отрицательным перекрышем кромок-.

Быстродействие ЛЭГИМ определяется величиной установившейся скорости перемещения Чу, соответствующей установившемуся рассогласования, а также временеи разгона до Чу и временем торможения. Пренебреги сжимаемостью рабочей жидкости, выражение для установившейся скорости можно записать в виде

где К» - коэффициент усиления ЛЭГИМ по скорости;

8 * величина смещения золотника ДГ из нейтрального положения; К к - сила трения в направляющих РО; Рп- давление питания гидросистемы; Реп- давление в сливной линии.

В свою очередь коэффициент усиления по скорости при отсутствии нагрузки

(3,19)

I ¥

(3.20)

где К о- коэффициент усиления по расходу;

¡1 - коэффициент расхода через рабочие щели ДГ; 1 - длина рабочей щели; р - плотность минерального маша; Г - эффективная площадь поршня; АР - перепад давления на рабочих щелях ДГ.

Для исследования устойчивости замкнутых ЛЭГИМ использован критерий, полученный на основе метода гармонической линеаризации :

1,750'«

(3.21)

+ 0 )

где К«-коэффициент позиционной обратной связи;

(3.22)

Рп-Р

где Яти = Ст • сила трения в направляющих;

«- собственная частота механизма.

Анализ выражений (3.19) и (3.21) показывает, что на быстроходность и устойчивость механизма наибольшее влияние оказывает коэффициент усиления по скорости К V. Для повышения быстроходности механизма Ку следует увеличивать, для обеспечения устойчивости — уменьшать.

Возникающее при этом противоречие может быть устранено в случае применения дросселирующего гидрораспределителя с переменными коэффициентами усиления по расходу' Ко и скорости Км.

Выражение (3.2!) позволяет правильно подобрать длину 1 и форму щели ДГ в золе малых рассогласований ( в 5 0,1 мм), чтобы обеспечить устойчивую работу механизма, а выражение (3.1,9) - определить значение Ку , удовлетворяющее

требованиям (быстроходности и реализуемое при рассогласовании е г и,1 ии.

4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ РАЗМЕРНОЙ НАСТРОЙКИ

Целями математического моделирования элекгрогидравлических механизмов размерной настройки являются:

• выявление конструктивных и эксплуатационных параметров, существенно влияющих на динамические свойства механизмов;

• определение совокупности параметров, при которых механизм отвечает предъявляемым к нему требованиям по точности, быстродействию, устойчивости, жесткости и т.д.;

• определение рационального сочетания параметров механизма еще на стадии его проектирования.

Обобщенная математическая модель электрошдравлического мишппш поступательного действия. В основу обобщенной математической модели злектро1 идравлического механизма поступательного действия положено дифференциальное уравнение движения РО:

дополненное уравнением изменения давлений в рабочих полостях ЛЭГПМ или характерных сечениях расчетной схемы:

гдеМпр - масса Перемещаемого рабочего органа и приведенная к поршню масса рабочей жидкости;

XX,X - перемещение, скорость и ускорение выходного звена;

, Г 2 -эффективные площади поршня;

'piip2.pi- соответственно давления в поршневой и штоховой полостях ЛЭГИМ, давления в ¡-тых сечениях расчетной схемы; Р ос - внешняя осевая нагрузка на шток механизма;

Я(Х) - функция силы трения в направляющих;

Е.Уг соответственно модуль объемной упругости газожидкостной смеси и объем полости сосредоточения; 1,0) • расходы, входящий и выходящий, на участках сосредоточения.

При торцово-коническом фрезеровании

МпрХ=р1Г|-р2Г2-Щ)51ёпХ-РоС,

(4.1)

(4.2)

Рос=тахРос51псо1,

где шахРос- амплитудное значение осевой составляющей силы резания; со=!Ш/30-часгота возмущения; п-частота вращения фрезы; 1/мин; г-число ножей торцоао-коиической фрезы.

Снижение динамических качеств механизма из-за наличия в масле нерастворенного воздуха учитывается через приведенный модуль объемной упругости Ее газож'идкостиой смеси :

где Ем - модуль объемной упругости масла;

«.-относительное объемное содержание газовой фазы в смес-и при атмосферном давлении;

р - рабочее давление жидкости. Сила трения в направляющих РО аппроксимировалась кусочно-линейной зависимостью от скорости перемещения. Кроме того учитывалось, что в состоянии покоя сипа трения рама внешним силам, развиваемым механизмом.

Математическая модель каждого конкретного механизма была дополнена уравнениями, учитывающими:

• характер управляющих команд;

» характер заполнения или опорожнения соответствующих камер многопоршневого гидропозиционера;

• поведение шагового электродвигателя при разгоне и торможении;

• возникающие в замкнутой механизме рассогласование или смещение плунжера ДГ из нейтрального положения;

• движение золотника дросселирующего гидрораспределителя;

• расходы жидкости но кромкам чешрехкромочного ДГ.

При составлении математических моделей приняты следующие допущения: • перемещаемый РО связан со штоком ЛЭГИМ беззазорно и образует совместно с ним одномассовую систему;

- шток механизма принимается абсолютно жестким, его упругостью пргнгбрггаем; давление питания и—приизвидшиьнтль—ИИСОШЙ установки принимаются постоянными;

- изменениями температуры , плотности и вязкости рабочей жидкости пренебрегаем;

- соединительные трубопроводы - короткие и жесткие, волновые процессы в них отсутствуют.

Математическая модель мпогопоршневого гидрогшищонера составлена при следующих допущениях; трубопроводы, соединяющие управляющие гидрораспределители с гидропозиционером, короткие и жесткие; рабочая жидкость в камерах между поршнями несжимаема; постоянные времени гидрораспределителей пренебрежимо малы по сравнению с постоянной времени гидропозиционера; режим истечения рабочей жидкости через окна парораспределителей - турбулентный, стационарный; масса поршней пренебрежимо мала по сравнению с массой рабочего органа; трение в уплотнениях поршней пренебрежимо мало по сравнению с

(4.3)

трением в направляющих рабочего органа.

Уравнение движения выходного звена в отличие от модели в общем виде (4.1) включает в правую часть силу упругой деформации ограничителей ходов и стыков между поршнями, приведенную к выходному штоку позиционера;

МХ=Р1Р1-Р2Р2-К(Х)-РУ (х) - Рос . (4.4)

Сила Ру (х) определяется следующей системой уравнений:

Р (х)

у

5, Л,

п , . \Ы

Yh {»l'c)

лг

i=i

S = S , + í =

y i к

1=1

A'k^ffi,

x<ia

(4.5)

0

где через Si, 8 конт, Ел, fox, Íct, JJ, с, n, m обозначены параметры , аналогичные приведенным в выражении (3.11).

Уравнения движения внутренних поршней (кроле выходного звена), определяются через изменения расстояний между ними Л Xj следующим образом

AXj= Qj/ Fi, (4.6)

где Qi - расходы жидкости, поступающие из гидросистемы в соответствующие камеры позиционера или поступающие из соотв:i ствующнх камер па слив;

j=l,N- номера рабочих камер и соответствующих поршней N -поршневого гндропозиционера.

Расходы 0) пропорционильш проводимостям гидролиний (парораспределителей и подводных отверстий), соединенных с каждой камерой, у

о.

)-1

0,.-У, ''Е Х, = 1. У,---О,

о', Х, = У,

(4.7)

где Х^, У], I, N - вектор -функции, кодирующие в двоичной форме исходное и заданное состояния рабочих камер позиционера (1-камера наполнена жидкостью; О - камера опорожнена);

' <3и,рл - соответственно суммарный расход, потребляемый гидропозиционером из гидросистемы и поступающий на слив.

При составлении математической модели ЛЭП1М релейного .кйси;ни учтены следующие характерные нелинейности; релейная характеристика трехпозиционного, временное запаздывание управляющих гидрораспределителя с управлением от электромагнитов; зона нечувствительности механизма ± 5* команд-т; квадратичный характер потерь энергии в управляющей гидролниии,

Математическая модель содержит уравнения управляющего воздействия, являющиеся функциями величины сигнала рассогласования и времени запаздывания.

Г+1 при Хз-Х

Ф(Е)=- 0 при| Хз-Х (<&, (4.8)

-1 при Хз-Х < <5„

где Х^, ,Х - заданная и фактическая координаты РО; С = Хз - X - величина рассогласования или аргумент релейной функции.

С учетом сжимаемости жидкости, утечек и перетечек в управляющей гидроаппаратуре и ГЦ изменения давлений в полостях ГЦ описываются следующими уравнениями:

а) при выдвижении штока (команда "вперед")

Р^^ЧЬ-РМЕсДУо^Х), Рг^-Оуг+Оа+Гг^Вя^о^Н-Х)], б) при втягивании штока (команда "назад")

Р1=(-дз-Оу1-рп-Г1У)Есн/(\г01+Г1Х), • Р2=(д4-ду2+ОП+Г2У)ЕсМ/1У02+Г2(Н-Х)],

(4.9)

(4.10)

(4.11)

(4.12)

где Н - ход поршня ГЦ;

Ее - приведенный модуль объемной упругости жидкостно-воздушной смеси,

определяемы!! ло выражению (4.3), Расходы С; в уравнениях (4.9-4.12) при смещении плунжера реверсивного гидрораспределителя вправо или влево из нейтрального положения опредсляюгся следующими соотношениями:

ПРИ |PH~Pt (<AP*i| ПР11 |рн - Pl |*AP„ll

?'л11Рн-Р.

' >1

Р.-Р» W^H-Pl )

QPt+Kj\z) ! n(zj (prAt ) ,

• > ' пРи h'Pcn гЧ

/ n(z) (ргкл )

Qw + К. f {г фгРс -Pc , \

РГР„ |<ЛР¥х|

-p- 1ргрс„ HPJ

& = ' г

при

Sftft

r*i \11Р„-Рг fnPrh )■

P»-Pa ГЧг

(4.13)-(4.16)

гдеуп;,2, jai,i ■ проводимости подводящих гидролиний соответственно при линейном (ламинарном) и квадтшичном (турбулентной) режимах

движения жидкости;

Кл.Кго- коэффициенты расхода через дросселирующий распределитель при линейном и квадратичном режимах.

Матеиатическая модель____злгктрогидрявлического__мгашпума___импульсно-

щашш»___.ииствчя с метаническон обратной связью разработана с учетом

следующих допущений: зависимость площади • окон дросселирующего гидрораспределителя от смешения плунжера из нейтрального . положения апроксимирована кусочно-линейной функцией; режим истечения рабочей жидкости через окна дросселирующего гидрораспределителя - турбулентный, стационарный; изменения частоты вращения ротора ШД при разгоне и торможении соответствуют закону изменения частоты управляющих импульсов; высокочастотные колебания ротора ШД полностью фильтруются гидравлическим контуром привода.

Изменения давлений в полостях ГЦ описывается следующим образом:

рр^-д^-г^ЕМУсн+г^) (4.п)

Р2=№-д4-0у2+Р2\ЧЕ^/1У02+Р2(Н - ХЦ. (4.18)

где Н - ход поршня.

. Расходы 1 по соответствующим кромкам четырехкромочиого ДГ определяются следующим образом:

■Р1 \^П{Рп~Р> )■ (4.19)

г {г 2 - РсЛ'НР Г Реп )' (4-20)

/(г2 -Рг 1»««(/>.- Рг )' (4.21)

К - 2~ Реп )•

где ^.г)- площади проходных сечений окон дросселирующего гидрораспределигеля в зависимости от величины их открытия Z.

Уравнение рассогласования, определяющее смещение золотника дросселирующего гидрораспределителя, имеет вид

- в■ 1 в*

е=--Кос. X, " (423)

2 я

где

О- угол поворота ротора ШД; 5 1 - шаг вннта винтового преобразователя;

i вх • передаточное отношение шестерен на выходе ШД;

Кос = S 1/S2 - коэффициент позиционной обратной связи;

S 2 - шаг винта обратимого механизма обратной связи по положению;

X - текущая координата РО.

Движения ротора ШД представлено в функции частоты управляющих импульсов:

О = со (t) = «м f (t), (4.24)

где to (t) - частота вращения ротора ШД;

f (t) - частота управляющих импульсов ;

аи - механический шаг (дискрета) ШД.

Матиматнческаи модель мешшша_шищьш^ишжвога действия <

электрической обратной связью отличается от модели механизма с МОС уравнением движения ротора 1ЦД (учитываются динамические процессы разгона \ торможения) и уравнением рассогласования (смещения) плунжера дросселирующей гидрораспределителя, Гидравлические схемы механизмов нмпульсно-шаговогс / действия идентичны и описываются одинаковыми уравнениями.

С учетом динамических процессов движение ротора ШД описываете уравнением

J0=Mi,msinZp(aMAii-e)-pO-Mrsign9, (4.25)

где Мм ах - максимальное значение синхронизирующего момента; р - коэффициент демпфирования ШД; М г - момент трення в ШД и нагрузке; J - момент инерции роюра ШД и приведенной нагрузки; Ъ р - число зубцов ротора (для ЩД5-Д1М - 20); Ом -механический шаг (дискрета) 1ЦЦ (для ШД5-Д1М ссн=1,5 град); Ди -разность между числом импульсов,поданных на прямой и реверсивны входы блока управления ШД (БУШД), определяющая текущее положение ос-результирующего магнитного поля статора ШД. Уравнение смещения золотника ДГ имеет вид

е=- Дп.31=ср(Хз-Х), (4.21

360

где ам - механический шаг (дискрета) ШД (град.);

Б 1 - шаг винта винтового преобразователя на входе ДГ; Ф ■ функция управления; Хя,X ■ заданная и текущая координаты РО.

В простейшем случае функция управления <р может быть линейной с постоянным коэффициентом позиционной обратной связи К ос:

(р-Кх(Хз-Х) ' (4.27)

Вариант ГОШМ с ЭОС и блоком синхронизации импульсов реализует линейную функцию управления с постоянным значением Клс

ом Si

---,---, (4.28)

360 Д

S2

где Л-дискрета механизма, определяемая как Д=--, (4.29)

К фи Zo

здесь S.i- шаг винта МОС;

Кфи-коэффициент формирователя импульсов или интерполятора на выходе НПП;

Z.o- количество импульсов, формируемое ИПП за один оборот его ротора.

Методика моделирования меташнмои размерной настройки ни "JBM. В качестве численного метода интегрирования дифференциальных уравнений при моделировании выбран наиболее распространенный метод Рунге-Кутта четвертого порядка, При моделировании использовался пакет программ DIFFUR , разработанный в МПТИ. При этом каждая модель оформлялась в виде подпрограммы MODEL ( X,Y,Z ) на языке FORTRAN. Список формальных параметров подпрограммы MODEL имеет следующее содержание: X - аргумент, по которому ведется интегрирование (время); Y - массив интегрируемых переменных (путь, скорость V, давление pi и т.д.);

?,- массив прярмтг имfTPif уряппншй (матриц 1Ц' 'II"П \'ЦПГ)--

Программы используют два файла исходных данных , в одном из которых хранятся параметры механизмов, а в другом - параметры программы ( порядок системы уравнений, шаг интегрирования и печати, наименование и номер моделируемого варианта и г. д.), Результаты моделирования записываются автоматически в специальный файл.

Шаг интегрпрояания'выбирался в пределах I ...5x10 4 с, шаг вывода результатов 0,01...0,02с. Результаты выводились в виде таблицы, каждая строка которой соответствует определенному моменту времени процесса позиционирования и содержит нее нити рируемые величины .

Адекватность математических моделей реальным механизмам проверялась путем сопоставления переходных процессов, полученных в результате моделирования механизма на ОВМ, с ошы кчраммами переходных процессов,

полученными в результате натурных исследований на стенде или в производственных условиях. Для этого в математическую модель вводились конструктивные и и режимные параметры (диаметры поршня и штока ГЦ, масса ГО, давление питания гидросистемы, коэффициент позиционной обратной связи и др.) реального экспериментального механизма.

Сравнение осуществлялось но форме кривых переходных процессов,по частоте и амплитуде первых гармоник. Количественно степень адекватности оценивалась но максимальному относительному отклонению текущего значения параметра, полученного при моделировании и экспериментально для соответствующих

моментов времени. Достаточным считается совпадение результатов с точностью до 15 %. Отклонение основных параметров в установившемся режиме ие должно превышать 2...5%.

.5, РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ РАЗМЕРНО!'! НАСТРОИЛИ НА ЭВМ

Адекватность разработанных математических моделей реальным механизмам проверялась путем сопоставления экспериментальных и теоретических диаграмм изменения скорости позиционирования при одинаковых параметрах. Моделировались гидропозиционеры, имеющие следующие конструктивные параметры: Д=110 мм, с1 =70 мм, число поршней - 10 или II, ход поршня младшего разряда - 0,5 или 1,0 мм. Сходимость теоретических и экспериментальных результатов находилась в пределах 10 %.

Моделирование выявило при скоростях V ^ 50 мм/с возникновение удара в конце хода с быстрозатухающими колебаниями выходного звена, а также чувствительность гидропозициоиеров к величинам проводимостей подводящих линий.

Сходимость теоретической и экспериментальной зависимостей У(1) для механизма релейного действия находилась в пределах 5...10 %. С помощью моделирования были проанализированы переходные процессы как при ступенчатом, так и регулируемом снижении скорости в ЛЭГИМ релейного действия,

Для ЛЭГИМ импульсно-шагового действия максимальное относительное отклонение текущего значения скорости V (I) не превышало в переходных процессах 10...12 % , а в установившемся режиме экспериментальное и полученное в результате моделирования на ЭВМ значения скорости совпадали с точностью до 2 %. (рис.3).

С помощью моделирования исследовалось влияние на динамические качества замкнутых механизмов импульсно-шагувого действия следующих факторов; массы М перемещаемого РО; коэффициента позиционной обратной связи Кос; шага 5 : задающего винта; частоты управляющих импульсов; числа импульсов Ъо вырабатываемых Ш1П за один оборот его ротора. В качестве примера на рис. 4 показаны результаты моделирования влияния массы на харлкге}) изменени; диаграммы V (т). По результатам моделирования влияния величины коэффициент: позиционной обратной связи на устойчивость ( рис.5 ) для ЛЗШМ импульсио шагового действия с МОС иекомендоваио значение К ,.<= 0.6. Превышение этог<

теоретическая кривая; экспаряиснтачьпая и|>ииая.

0,2 0,4 0.6 0,0 1,0 1,2 1,4 1.6 ^ £

Рис.3. Сопоставление теоретической и экспериментальной кривых изменения скорости позиционирования ЛЭГИМ импульсно-шагового действия с МОС:

1 - теоретическая кривая;

2 - экспериментальная кривая

Рис.4. Моделирование влияния массы перемещаемого рабочего

органа на характер диаграммы V СЬ):

3 4

1 - М = 5-10 кг; 2 - М = 10 кг.

ц,«:к. - ni к потере устойчивости ассав'пмг.

Кроме того, для каждого acxa¡!i.;ua «одстаровздось смещение Ю под влиянием периодической осевой сил.л, возникающей при торцово-коническом фрезеровании бревен.

Но результатам моделирования на ЭВМ сделаны следующие ьиводи:

1 .Моделирование ¡пбош ве*ашгшов разяерноЗ пастройг» с помощью математических мол ¡.й потсо.тегт яшигсяьпо сократить поиск рационального сочетания нх параметров, обеспечивающих выполните предгявляемих к механизму требований.

2Лучшими даиамвчешшя качеспят (быстродействие, анпвиалыше ускорения при разгоне и торможении, устойчивость, осевая жесткость) аз исследованных на моделях обладают 'лсхлиизмы ичлульсяо-иягоного действия с механической или электрической обратными связями по положению поршня. Эти механизмы обладают достаточной осевой жесткостью для восприятия дипптчеогох возмущающих сил, возникающих при торцово-коничегаом фрезеровании бревен, а могут удерживать РО в заданном положения без дополнительных фиксирующих устройств.

3. Наибольшее быстродействие из исследуемых обеспечивают механизмы импульсно-шагового действия с ЭОС. Осевая жесткость этих механизмов сопоставима с осевой жесткостью механизмов с МОС,

4.Механизмы релейного действия обеспечивают удовлетворительные характеристики переходного процесса (а'им м/с1) при ступенчатом снижении скорости (без ДГ а сливной линии) при значениях Vy -í 35...40 мм/с.

Применение в сливной лишш дросселирующих парораспределителе:! с односторонним пли двухсторонним гидравлическим управлением позволяет повысить быстродействие механизма с одновременным улучшенгем динамики переходного процесса. При этом исключается возникновение ударных нагрузок на механизм.

5.Моделирование многопоршневых гидропозиционеров выявило при скоростях перемещения РО - Уу >50 мм/с возникновение в конце хода удара с бистрозатухающими колебаниями выходного звена.

Равномерность движения выходного штока можно улучшить, выполнив гидропозиционер с проводимосгямн подводящих линий, пропорциональными величинам ходов соответствующих поршней, В этом случае все поршни заканчивают движение одновременно,что уменьшает скачки скорости.

í.Многопоршневые гидропозиционеры не обладают достаточной осевой жесткостью, необходимой для удержания перемещаемого РО в заданном положении без дополнительных фиксирующих устройств при возникновении осевых возмущающих сил с амплитудой, превышающей силу трения покоя в направляющих.

б .МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

МЕХАНИЗМОВ РАЗМЕРНОЙ НАСТРОЙКИ

Целями экспериментальных исследований явлллнсь:

• определение работоспособности и выявление фактических характеристш экспериментальных образцов механизмов в аналогичных условиях;

• получение исходных данных' для разработки математических моделей механизмов и проверки их адекватности.

Экспериментально определялись точностные, скоростные, . силовьт характеристики и осевая жесткость механизмов.

Экспериментальные исследования механизмов размерной настройки осуществлялись по единой методике, что дозволило обеспечить сопоставимость результатов при и; сравнительном анализе.

Для проведения сравнительных испытаний и исследования ЛЭГИМ по едино! методике были разработаны и изготовлены два экспериментальных стенда отличающиеся конструкцией направляющих скольжения и способом имитации мае« перемещаемого РО.

Точностные характеристики определялись при фиксированных давлении гидросистеме и скорости перемещения выходного штока механизма. Замер! фактических координат осуществлялись при помощи фотоэлектрическое импульсного преобразователя перемещений типа ВЕ-178А5 и устройств цифровой индикации К525 с дискретностью 0,01 мм.Прн испытания многопоршневых гидропозиционеров в производственных условиях применяло лпиейпый фотоэлектрический преобразователь типа ВЕ-162. '

Для определения точностных характеристик ЛЭГИМ выбирались K=lI...1 точек на координатной оси, с которые последовательно позиционировался рабочи орган,В каждой точке определялась погрешность позиционирования. Пр последовательном проховдении РО всех позиций с подходом к каждой из них с дву сторон (число испытаний К > 5) получали двумерную матрицу погрешносте позиционирования ДХ размером { 2K.N }.

Скоростные харакгериешки механизмов позиционирования определялись помощью осциллограмм текущей координаты X(t) и скорости перемещения V(t).

Для регистрации времени запаздывания ЛЭГИМ импульспо-шагового действи одновременно с записью изменения скорости V(t) регистрировалось изменения ют (напряжения) в одной ю обмоток шагового двигателя. Время запаздывания определялось как интервал времени между моментом включения ЩД ( налич! импульсов управления ) и началом движения штока механизма.

На . основании расшифровки осциллограмм определяли следующ1 характеристики: длительность цикла перемещения Т; время разгВна tp ;,spei торможения tr , время запаздывания t ¡установившееся Vy , максимальное Vmx среднее значение скоростей; наибольшие

ачения ускорений разгона аР и торможения а т, Силовые характеристики гхаишмов размерной настройки определяли на основе осциллограмм усилий на токе или давлений в полостях исполнительного гидроцилиндра р 1( I ) п р 2( I), щученных с помощью тензометрического датчика усилия и датчиков давления ¡па ИПД-2. Расшифровка осциллограмм производилась на основе тарировочных афнков, построенных в результате осевого нагруження втулки тензометрического тчика с помощью динамометра.

Для определения характера пq)exoднux процессов в механизмах при □личных режимах позиционирования с помощью шлеифового осциллографа (новрененно записывались скорость перемещения У(1), усилие на штоке Ршт (I) и менеиие тока в обмотках ШД.

Для определения статической осевой жесткости величину приложенной осевой лы контролировали динамометром, а соответствующее усилию смещение ппорта АХ измеряли с помощью устройства цифровой индикации. Нагруженне >вторяли не менее 5 раз.

^ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ РАЗМЕРНОЙ НАСТРОЙКИ

В седьмой главе изложены результаты экспериментального исследования четырех нов ЛЭГИМ по единой методике, а такке их сравнительного анализа.

Экспериментальные исследования многопоршневых гидропозиционеров юводились на стенде Вологодского опытного завода ГКБД, а также на опытно-шышленнон образце бревиопильной линии ЛШМ,установленной на Киевском ЭКе ПО "Киевдрев", и на фрезерно-брусующнх станках линии ЛФП-2 и ЛФП-3. ¡следование замкнуты* ЛЭГИМ релейного и импульсно- шагового действия юводилось на лабораторных стендах. Экспериментально определялись ючностные, оростные и силовые характеристики перечисленных выше механизмов. —Основные

зультате исследований, приведены в табл.3. Кроме технических х'арактеристик в блице приведены данные по относительной стоимости механизмов. При этом за зовый вариант принят 10-ти поршневой позиционер.

Результаты проведенных но единой методике исследований четырех типов ЭГИМ размерной настройки позволяют провести сравнительный анализ этих ханизмов и определить области их рационального применения.

Наилучшие точностные характеристики имеют ЛЭГИМ с ЭОС, которые еспечивают точность позиционирования в пределах 0,08 мм при повторяемости ± )3 мм.Программное управление разгоном и торможением этих механизмов позволяет ализовать оптимальный -закон изменения скорости и обеспечить высокое [стродействие.

Преимуществам комплектного ЛЭГИМ с МОС является высокое

Таблица 3

Срашштелыше характерно тики шкгрогадравлнческш; мнаншмов размерной настройки

НАИМЕНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗМА ТИП МЕХАНИЗМА

Гидропозкционер Релейного действия Имяульено-шаговоп действия

со ступенчатым ешмеением скорости с регулируемым СНЩ«НИСМ скорости с МОС . сЭО(

Диаметр поршня,мм 110 100 ■ 100

Диаметр штока,мм 80 63 63

Ход выходного звена.мм 199,5(314) 360 360

Число поршней 10(11) 1 1

Дискрета,мм 0.5(1,05) 0,01 0.01

Наибольшее усилие на штоке при, Рп=5мПа,кН 22,3 23,6 23,6

Зона нечувствитель-ИОСТИ.ММ 0,1...0,3 10,1 0,08 . 0,04

Натйольшее значение систематической погрешности АХ ¡.мм 1,05(1,37) 0,1 0,15 0,05

Повторяемость позиционирования 10,15 ±0,02* 10,06'* 10,08 10,03

Длительность цикла перемещения на 50 ми,с 1,6 3,5 * 2,5 1,6 1,36

Ускорение разгоиа.м/сг 2,0 0,8 0,4 0,2 0,25

Ускореньс торможение.м/с* 1.5 0,4 0,2 0,2 . . 0,25

Масса механшма.кГ 160 (250) 100 82 7:

. Огнос1гтслыия СТОИМОСТЬ комплекту ют:гх ."/о ' 100 86 96 143 . 17:

•-при скорости медленного подводаУм=2,0мм/с * *-прп скорости медленного подвода\'м-6,0 мм/с

ыстродействие и хорошие динамические качества, компактность, удобство <сплуатации. Однако наличие механических передач в цепи обратной связи по оложепию несколько снижают точность позиционирования ( систематические огрешиости достигают 0,15 мм при повторяемости ± 0.0S мм).

ЛЭГИМ релейного действия обеспечивают высокую точность позиционирования ри одностороннем подходе к заданным координатам, по обладают более низкими коростньшн и динамическими качествами.

Многопоршневые гидропозиционеры обеспечивают наиболее низкую точность ознционировання даже при относительно высокой точности изготовления граничителсй ходов отдельных поршней. Это объясняется суммированием, огрешностей ходов отдельных поршней, участвующих в отработке размера, а также пругими деформациями ограничителей ходов и стыков между поршнями.

Восьмая глава посвящена разработке и исследованию быстродействующих лектрогидравличееких механизмов, удовлетворяющих требованиям втоматизнровашшх обрезных и фрезерно- обрезных станков, обрабатывающих з шнуту не менее 15 досок.

Анализ вариантов показал, что повышение точности и быстроходности установи; уппортов в обрезных станках возможно путем создания специальных ЛЭГИМ мпульсно-шагового действия с МОС или ЭОС. В любом из вариантов в качеств; правляющего устройства целесообразно применение микропроцессорного устройства МНУ).

В соответствии с этим в 1989-9!гг. были разработаны к апробированы на кспераменхальном образце двухпильного обрезного- станка электрогидравлические истемы нмпульсно-шагового действия, построенные на базе микропроцессорного ■стройства;

. • разомкнутая, на базе комплектного ЛЭГИМ типа 64Г28-23 (Д=63мм, (1=32мм, \ = 0,05 мм) Шнлутского завода "Гидропривод" (Литва);

• замкнутая микропроцессорная система на базе ЛЭГИМ импульсно-шагового (еаетвич с электрической обратной связью и фотоэлектрического измерительного фгобрячпвятгтгя _:_

При заводских испытаниях разомкнутой системы ( рп= 4 МПа,Д= 0,05мм, f = 5 :Гц, V = 250 мм/с) получены следующие результаты;

• система надежно отрабатывает все запрограммированные размеры;

• систематические ошибки позиционирования не превышают 0,2 мм-, во всем шапазоне перемещений;

• повторяемость позиционирования находится в пределах ± 0,07мн;

• время отработки наибольшего перемещения составляет 1,2 с.

Испытания замкнутой системы на экспериментальном образце двухпильного обрезного станка дали следующие результаты:

• сниема надежно отрабатывает все запрограммированные размеры от 8гг:1я=5,Омм до В 240 мм;- '

• время отработки наибольшего перемещения занимает не более 1,2 с;

• наибольшая погрешность позиционирования подвижного пильного суппо] не превышает 0,3 мм во всем диапазоне перемещений;

» повторяемость .позиционирования находится в пределах ±0,15 мм. Разработанные электрогндравлические микропроцессорные системы импульа шагового действия обладают высоким быстродействием и по своим точностны! скоростным параметрам удовлетворяют.' требованиям современи автоматизированных обрезных и фрезерно-обрезных станков. Систе обеспечивают плавный разгон и торможение суппорта путем изменения чаете управляющих импульсов по определенной программе, записанной в П микропроцессора.,

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Диссертационная работа посвящена решению научно-технической пробле! имеющей важное значение для деревообрабатывающего машиностроения, - создан научных основ выбора, расчета и проектирования автоматизированных механиз» размерной настройки сдвоенных лесопильных агрегатов с ПУ и гиб) бревнопильных линий на их базе. При этом получены следующие результаты:

1. Разработаны научно-обоснованные требования к механизмам размер! настройки сдвоенных лесопильных агрегатов с программным управлени являющихся головными станками гибких бревнопильных линий, позволяюи осуществлять индивидуальный и индивидуально-групповой раскрой пиловочн! сырья.

2. На основании анализа требовании к механизмам размерной настро) рабочих органов сдвоенных лесопильных агрегатов с ПУ обоснов: целесообразность .'применения для указанных целей' короткоходо! элекгрогидравлнческлх механизмов поступательного действия, Проведен ана схемных и конструктивных решении существующих электрогидравличес исполнительных механизмов поступательного действия (ЛЭГИМ) и обоснов целесообразность применения элеетрогидравлических. замкнутых механизме! механической или электрической обратной связью по положению поршня.

3. Разработаны, изготовлены и испытаны по единой методике образцы четы типов элекгрогидравлических механизмов размерной настройки:

• многопоршневых гидропозицион^юв;

• релейного действия с встроенной или автономной обратной связью; -

• импульсно-шагового действия с механической обратной связью положению поршня:

• импульсно-шагового действия с электрической обратной связью.

Замкнутые ЛЭГИМ унифицированы между собой по размерным параметра»!

с1, Н), по конструктивному исполнению, а также по использованию унифицирован! механизмов и устройств, выпускаемых отечественной станкоётроитгль промышленностью.

4. Разработаны математические подели и программы для моделирования казанных выше механизмов на ЭВМ.

Модели реализованы в виде программно-методического комплекса для решения а ЭВМ. Методом математического моделирования на Э1)М проведен анализ лияпия основных параметров злектрогидравличееких механизмов на характер ереходпых процессов. Моделирование позволило определить для калсдого еханизма рациональное сочетание параметров, при котором они в наибольшей тепени соответствуют предъявляемым к ним требованиям.

5. Разработана и опробироваиа в практике проектирования инженерная етодика выбора и расчета основных конструктивных параметров многопоршневых еханизыов дискретного действия (О, 11, Н, дискрета , число поршней, допускаемые тклонения ограничителей хода отдельных поршней).

6. Для обеспечения высокой точности отработки раз',¡еров, быстроходности и стойчивости замкнутые ЛЭГИМ поступательного действия рекомендуется задавать на базе четырехкромочных дросселирующих гидрораспределителей (ДГ

с нулевым или небольшим отрицательным перекрытием рабочих кромок ( в ределах 5...10 мктл ) и переменными коэффициентами усиления по скорости К у

7. На основании результатов сравнительных испытаний а моделирования на ВМ установлено, что лучшими точностными и динамическими характеристиками з числа разработанных обладают электрогидравлические замкнутые механизмы мпульсно-шагового действия с механической обратной связью ( МОС) или тектр и ческой обратной связью (ЭОС), которые рекомендуются для применения в хвоенных ленточнопильных станках с ПУ и в гибких бревнопнлышх линиях.

ЛЭГИМ с ЭОС обеспечивает точность отработки задаваемых перемещений в ределах 0,07,..0,08 мм н позволяет формировать сечения тонких пиломатериалов, иеющих допуск- ± 1,0 мм.

8. Разработаны и внедрены в промышленность ииогопоршневые разомкнутые еханизмы дискретного действия -с непосредственным числовым управлением идропозиционеры^ работающие в двоичном или двоично-десятичном кодах и реобразузощие входной электрический сигнал в соответствующее дискретное лли-ашт. шлиднши—цпика, Ук.шццщ :.итпи.,|ц приишлюте» Водогсдсжиа ганкозаводом в серийно выпускаемых станках - двухпильном обрезном мод.Ц2Д-

(шести- поршневой гидропозиционер с шагом 5,15 мм) и фрезерно-обрезном мод. 2Д-1Ф с номинальным шагом (дискретой) 2,5 им,

Для периодической размерной настройки сдвоенных станков фрезерно-пи'льных вний ЛФП-1, ЛФП-2 и ЛФП-3 разработаны и испытаны в производственных товиях 10-поршневые гидропозиционеры с дискретностью 0,5 мм, работающие в зоично-десятичном коде.

9. По итогам работы обоснованы следующие рекомендации по выбору еханизмов размерной настройки: во фрезерно-пияьном оборудовании, ^ществляющем индивидуально-групповой раскрой со сменой постава несколько и в час, целесообразно применять 'ЛЭГИМ релейного действия с числовым зограммним управлением ; в агрегатах и линиях, осуществляющих мивидуальный раскрой пиловочного сырья с Размерной настройкой яа толщину

каждой очередной доски, целесообразно применять ЛЭГИМ импульсно-шаговог действия,

10, Для автоматизации настроечных перемещений суппортов двухпилыш обрезных и фрезернотобрезных сгаиков, входящих в состав ГАЛ для обрабоп кромок необрезных досок, разработана замкнутая электронно-гидравлическг система на базе ЛЭГИМ с ЭОС и управлением от микропроцессорного устройств Система позволяет реализовать оптимальный ре» км позиционирования с плавны разгоном и торможением пильного суппорта при скоростях движения до 250 мм /с.

Техническое предложение на систему передано Вологодскому станкозаводу 1992 г.

П, По результатам исследований оформлены и переданы в ГКБД технические предложения на механизмы импульсно-шагового действия, По задани СнбИИИЛП разработан и передан в ГКБД технический проект системы размер» настройки фрезерно-пильной линии ЛФП-4 и рабочая документация исполнительные механизмы релейного действия, Рекомендации диссертации учтет УкрНПДО в техническом задании на корректировку технической документации линию ЛБЛ-1,

12, Внедрение в сдвоенных лесопильных агрегатах замкнутых ЛЭГИМ точностью позиционирования ± 0,1 мм позволит при среднем диамет обрабатываемых бревен БсР=26 см и четырех парных пропилах увеличить объ вырабатываемых пиломатериалов на 0,4,.,0,5 % при одновраченном приращен объема технологической щепы до 2 %.

Основное содержание диссд>тации отражено в следующих опубликованн работах:

1. Кузнецов В.М. Автоматизация установочных перемещений в лесопилы деревообрабатывающих станках. - М.: Леей, пром-сть, 1969. -112с.

2. Кузнецов В.М, Числовое управление положением Пил в круглопильном стш //Деревообрабатыв. промышлен., 1970. -N10. -с,7-10.

3. Кузнецов В.М. Гидравлические исполнительные механизмы с числов управлением /Механизация и автоматизация производства, 1970.-Ш 1. -е.! 3-15.

4. Кузнецов В.М. О точности разомкнутых систем управления положением базе позиционеров // Науч. труды МЛТИ. Вып.ЗЗ-М.,МЛТИ,1970. -с.43-45.

5. Кузнецов В.М., Пивоваров А.Я. Числовое управле деревообрабатывающими станками. - М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 76 с.

6. Кузнецов В.М. Аналоговая система числового управления положением пи обрезных станках // Экспресе-информ. Деревообрабатывающее оборудование . -1973. -Вып.2.-с.7-11.

7. Кузнецов В.М. Выбор исполнительных механизмов для позиционирова ■ пильных блоков сдвоенного ленточнопильного агрегата //Экспресс-инфс

Деревообрабатывающее оборудование, -М., 197б,-вып.З.-с.5-10,

В.Кузнецов В.М. Выбор режима позиционирования пильных блоков сдвоен ленточнопильных агрегатов с программным управлением ЛЭкспресс-инф< Деревообрабатывающее оборудование. • М., 1976, вып.И, - с.7-10.

9. Кузнецов В.М.,Базанов ВА. Стенд для исследования позиционных • еханизмов II Экспресс-информ. Деревообрабатывающее оборудование.-М.,1978. -ап,3.-с.15-20.

10. Кузнецов В.М. Анализ электрогидравлических исполнительных еханизмов поступательного действия //Экспресс-информ. Деревообрабатывающее борудованне. - М., 1978. -вин.5. - с. 8-15.

П. Кузнецов В.М.'Электрогидравлический следящий механизм поступательного ействия II Механизация и автоматизация производства, 1979.-N2.-0.10-12,

12, Кузнецов В.М. Оптимизация электрогидравлических следящих [еханизмов для позиционирования рабочих органов деревообрабатывающих станков программным управлением //Экспресс-информ. Деревообрабатывающее борудованке. - М., 1973. -вып.8. - с.4-8.

13. Кузнецов В.М., Левин Б.К. Импульсно-шаговая система программного правления сдвоенным ленточнопильиым агрегатом Юкспресс-ннфори. {еревообрабагывающееоборудование. - М., 1978. вып.9. - с.б-12.

14. Кузнецов В.М. Механизмы для позиционирования рабочих органов я {еревообрабатывающих станках с программным управление?! //Оборудование с шеловым программным управлением , 1979. -N4. -с.21-25,

15. Кузнецов В.М. Электрогидравлнческие механизмы для позиционирования забочих органов деревообрабатывающих станков с программным управлением //XV Зсесоюзное совещание по гидравлической автоматике. Тезисы докладов, -М., 1980. -3.173-175.

16. Кузнецов В.М. Автоматизация установочных перемещений в деревообрабатывающих станках. -М.: Лесн. пром-сть, 1981.-184 с.

17. Кузнецов В.М. Выбор режима позиционирования и оптимальной скорости эыстрого перемещения рабочих органов деревообрабатывающих станков с программным управлением -//Экспресс-ннфори. Деревообрабатывающее ' оборудование. - М.^Шг. - вып.2 - с. 17-21.

18, Кузнецов В.М. Основы расчета и проектирования электрогидравлических механизмов для позиционирования рабочих органов деревообрабатывающих станков

с программным управлением. Учебное пособие. -М.: МЛ1Й, ты.ч/с. ;-

19. Кузнецов В.М. Опыт эксплуатации сдвоенного ленточно-пильного станка с программным управлением //Экспресс-информ. Механич. обработка древесины М.,1985. - вып.11. - с,2-9,

20. Кузнецов В.М. Электрогидравлический механизм для позиционирования рабочих органов II Механизация и автоматизация производства, 1985.-М 12. - с.8-10.

21. Кузнецов В.М. Моделирование электрогидравлического механизма для позиционирования рабочих органов деревообрабатывающих станков с программным управлением /Технология, организация и экономика машнносгронт. производства / ВНИИТЭМР.- 1985.-вып.6.- с. 9-12.

22. Кузнецов В.М. Технико-экономическая эффективность автоматизированных систем размерной настройки продольно-Аоезерных станков //Экспресс-инФорн,

Технология,оборудование,орпшизакиз и экономика машиностроит. пр-ва ВНИИТЭМР. -1985. -серия 5. -сип. 2. -с.7-9.

23. Кузнецов B.W. Автоматизация перемещений суппорт деревообрабатывающих агрегатов // Механизация и автоматизация производи! 198$, -N3.-c.21-23.

24. Кузнецов В.М. Моделирование - .. способ , сокращения време проектирования и отладки нового деревообрабатывающего оборудован //Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительно производства /ВНИИТЭМР. -1986, -серия 5. -вып.З, с,20-23.

25. КузнецовВ.М., Новиков ОА. Микропроцессорная система программно управления размерной настройкой сдвоенного ленточнонилыюго станка Механизация и автоматизация, 1991.-N 3. - с, 18-21.

26. Кузнецов В.М,, Носиков ОА, Быстроходный электронно-гидравлическ привод для позиционирования суппортов автоматизированных обрезных станк //Передовой производя, опыт и научно-техн. достижения, рекомендуемые .р внедрения /ВНИИТЭМР. -1990. -вып.б. -с.22-24.

27. Кузнецов В.М,, Новиков О А. Стенд для исследования механизм позиционирования / Передовой производст. опыт и научно-техн. достижеп рекомендуемые для внедрения / ВНИИТЭМР. -1991,- вып. 1. - с.9-11.

28,' Кузнецов В.М,, Новиков ОА. Способы улучшения точности характеристик многопоршпевых гидропозиционеров сдвоенных десопильн агрегатов с программным управлением //В кн.: Передовой производст. опыт, и нау -техн.достижения,рекомендуемыедлявнедрения/ВНИИТЭМР.-1991. - вып.1. - с. 21.

29, Кузнецов В.М,, Моисеев А.Н. Микропроцессорная электрогидравличеа система позиционирования пильного суппорта б двухпильных обрезн станках//Передояой производств.опыт и научно-техн. достижения, рекомендуем доя внедрения /ВНИИТЭМР. -1991. -вып.2. -с.18-19.

30. Кузнецов В.М, Выбор закона движения исполнительного орган; быстроходном позиционном приводе //Оборудование деревообрабатывакш производств.научи, тр, - выи.263.-М.,1993,-с.72-80.

31. А.С.228912 СССР, Устройство для дистанционного управления положен! пил I Кузнецов В.М., Урядинскиз А.И., Кириллов О.В. Опубл.в Б,И., 1968, N32.

32. А.С.259345 СССР. Устройство для дискретного перемещения рабо органов /Кузнецов В.М„Максимушкин В,Ф., Ростовцев В.Г., Опуб. в Б.И., 1970,1

33. A.C. 334051 СССР. Задающее устройство для системы управле положением пил в многопильных обрезных станках /КузнецовВ.М,, Кириллов ( -Опубл. в Б.И. 1972, N12.

34. A.C. 649572'СССР. Устройство программного управления положен пильных механизмов сдвоенных ленточнопнльных станков /Кузнецов В.М.. Д J1 А., Львов Ю.В.- Опуол, в Б.И., 1979,N 8.

35. А.С.704'82 СССР.Устройство для управления положением рабочих орган Кузнецов В.М. - Опубл. в Б.И., 1979, N 47.

36. A.C. 954215 СССР. Устройство для дискретного позиционирования рабочих, рганов /Кузнецов В.М. - Опубл. в Б.И., 1982, N 32. ■

37. A.C. 1209434 СССР. Устройство для управления положением рабочих рганов /Кузнецов В.М. -Опубл.в Б.И,, 1986, N 5,

38. A.C. 1253776 СССР. Позиционный привод' рабочего органа еревообрабатывагощего станка /Кузнецов В.М,- Опубл.в Б.И., 1986, N32.

39. A.C. 1411135 СССР. Позиционный гидропривод суппортов еревообрабатывающих станков /Кузнецов В.М.-Опубл.в Б.И., 1988,N27,

40. A.C. 1412945 СССР. Устройство для позиционирования рабочих органов еревообрабатывающих станков /Кузнецов В.М., Новиков ОА. - Опубл. в Б.И., 988, N28.

41. A.C. 1565689 СССР. Устройство для позиционирования рабочих рганов деревообрабатывающих станков /Кузнецов В.М,, Новиков ОА. Опубл. в Б.И., 1990, N19.