WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ТУДВАСЕВА Галина Викторовна

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ТИПА СОПЛО-МАГНИТОЖИДКОСТНАЯ ЗАСЛОНКА

ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

В ГИДРОФИЦИРОВАННЫХ ПРИВОДАХ

Специальность 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники

и систем управления

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Власов Андрей Вячеславович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Иващенко Владимир Андреевич

кандидат технических наук, доцент

Виноградов Михаил Владимирович

Ведущая организация: ОАО «КБ Электроприбор», г. Саратов

Защита состоится 26 июня 2008 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.08 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г.Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корп.2, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан «26» мая 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Терентьев А.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На современном этапе развития технических средств построения высококачественных быстродействующих систем управления гидрофицированным технологическим оборудованием используются электрогидравлические усилители-преобразователи, предназначенные для преобразования электрического сигнала в гидравлический.

Анализ работ Н.С. Гамынина, И.М. Крассова, В.А. Лещенко, В.С. Нагорного, О.Н. Трифонова, В.А. Хохлова и других ученых показал, что существует большое число кон­структивных разновидностей электрогидроусилителей-преобразователей, представляющих собой дроссельные устройства. На сегодняшний день большое распространение получили электрогидравлические усилители-преобразователи с соплом и заслонкой в качестве переменных дросселей. Однако такие дросселирующие устройства очень чувствительны к степени очистки рабочей жидкости, подвержены эрозии, зависят от облитерации из-за малого диаметра сопел. Также на металлическую заслонку усилителя-преобразователя, управляемую электромеханическим преобразователем, действуют гидродинамические силы, из-за чего в переменном дросселе возникают зоны разрежения и застоя жидкости, что приводит к ухудшению работы всего устройства и возникновению высокочастотных колебаний в системе, где применяется дроссель сопло-заслонка.

Таким образом, возникает необходимость проведения исследований в области гидравлической усилительной техники с целью выявления возможностей использования различных физических явлений, новых устройств и материалов, используемых в ней. Одними из возможных путей создания усилительных устройств нового поколения являются использование в управляемых дросселирующих устройствах магнитных жидкостей и разработка методов управления ими, что позволит избежать указанных выше недостатков. Ряд аналогичных исследований был выполнен на кафедре «Управление и информатика в технических системах» Балаковского института техники, технологии и управления Саратовского государственного технического университета.

Цель работы разработка и исследование электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка, обеспечивающего качественные показатели систем управления гидрофицированным оборудованием (повышение быстродействия, повышение чувствительности к управлению) с сохранением эксплуатационных показателей (степень очистки рабочей жидкости, температурная стабилизация).

Для достижения поставленной цели сформулированы задачи:

1. Обосновать физические принципы преобразования электрического сигнала в перемещение исполнительного механизма гидравлического усилителя-преобразователя с использованием для дросселирования потока рабочей жидкости магнитной жидкости, заключенной в упругую оболочку.

2. Обосновать магнитожидкостный способ дросселирования потока рабочей жидкости в гидравлическом усилителе-преобразователе.

3. Разработать техническое решение синтеза неоднородного электромагнитного поля в переменном дросселе сопло-магнитожидкостная заслонка.

4. Разработать математическую модель электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка.

5. Провести экспериментальные исследования статической и динамической характеристик электрогидравлического усилителя-преобразова-теля типа сопло-магнитожидкостная заслонка (ЭГУП МЖЗ).

6. Обосновать вопросы практического использования разработанного электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнито-жидкостная заслонка в системах управления гидрофицированным технологическим оборудованием.

Методы и средства исследования базируются на результатах теории электромагнитного поля, математической физики, теории устойчивости оболочек, теории автоматического управления. Экспериментальные исследования выполнены на специально разработанной установке и экспериментальном образце электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка с использованием методов и средств электротехнических измерений. Обработка результатов проводилась методами математической статистики с использованием соответствующих программных средств для ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан метод дросселирования потока рабочей жидкости, отличающийся использованием магнитной жидкости, заключенной в упругую оболочку, позволяющий стабилизировать действие гидродинамических сил на управляемый элемент переменного дросселя – заслонку при различной степени загрязнения рабочей жидкости в системе автоматического управления гидрофицированным технологическим оборудованием.

2. Разработаны методика и алгоритм расчета деформации магнитожидкостной заслонки как сферической оболочки, закрепленной по плоскому контуру, под действием внешнего тягового усилия, отличающийся тем, что в расчете учитывается усилие, обусловленное действием магнитной жидкости, которой заполнена сферическая оболочка.

3. Получена математическая модель электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка, учитывающая взаимосвязь неоднородного электромагнитного поля с магнитной жидкостью, заключенной в упругую оболочку, и гидравлическим сопротивлением переменного дросселя.

4. Идентифицирована регрессионная модель усилителя-преобразова-теля типа сопло-магнитожидкостная заслонка, связывающая коэффициент преобразования устройства с давлением управления, диаметром сопла и расстоянием между соплом и заслонкой, на основании которой получены оптимальные конструктивные и технологические параметры устройства.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Метод дросселирования потока рабочей жидкости отличается использованием магнитной жидкости, заключенной в упругую оболочку, и позволяет стабилизировать действие гидродинамических сил на заслонку при различной степени загрязнения рабочей жидкости в системе автоматического управления гидрофицированным технологическим оборудованием.

2. Методика расчета деформации магнитожидкостной заслонки как сферической оболочки, закрепленной по плоскому контуру, под действием внешнего тягового усилия учитывает усилие, обусловленное действием магнитной жидкости, которой заполнена сферическая оболочка.

3. Математическая модель электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка учитывает взаимосвязь неоднородного электромагнитного поля с магнитной жидкостью, заключенной в упругую оболочку, и гидравлическим сопротивлением переменного дросселя и позволяет рассчитывать выходной расход устройства в зависимости от значений входных гидравлических и электрических параметров.

4. Результаты экспериментальных исследований электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка подтверждают достоверность теоретических исследований.

5. Электрогидравлический усилитель-преобразователь типа сопло-магнитожидкостная заслонка рекомендован к внедрению в системах управления гидрофицированным технологическим оборудованием.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. Разработанная конструкция электрогидравлического усилителя-преобразователя с переменным дросселем типа сопло-магнитожидкостная заслонка позволит стабилизировать действие гидродинамических сил на управляемый элемент дросселя – заслонку при различной степени загрязнения рабочей жидкости.

2. Методика расчета воздействия магнитного поля на магнитную жидкость, заключенную в упругую оболочку, рекомендуется при создании новых гидравлических устройств с различной геометрией проточных линий для систем управления гидрофицированным технологическим оборудованием.

3. Разработанный электрогидроусилитель-преобразователь типа сопло-магнитожидкостная заслонка рекомендован к внедрению в гидроприводе плоскошлифовального станка модели 3Д722 на предприятии ОАО «Балаковорезинотехника», в электрогидравлическом регуляторе топливоподачи двигателя автомобиля КамАЗ на предприятии ООО «Август», в гидроприводе выправочно-рихтовочно-подбивочной машины в ООО «Российские железные дороги», в учебном процессе Балаковского института бизнеса и управления, что подтверждают акты о внедрении результатов научно-исследовательских работ.

Научные и практические результаты работы использованы в плановых госбюджетных НИР, выполненных на кафедре «Управление и информатика в технических системах» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ в 2002 - 2007 гг., в НИР СГТУ - 169 по заданию Министерства образования РФ на проведение научных исследований в 2007 г., а также по гранту Минпромнауки России № НШ-2064.2003.8. Получено положительное решение ФИПС от 27.09.2007 г. о выдаче патента по заявке №2006112840/06(013960).

Апробация работы. Научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня: на Международных конференциях: VII, VIII «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей» (Санкт-Петербург, 2003, 2006 гг.), VIII, IX «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2004, 2005 гг.), VII «Динамика технологических систем» (Саратов, 2004 г.), «Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров» (Пенза, 2004 г.); на Российских конференциях: VIII «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2004 г.), 6-й, 7-й, 8-й, 9-й «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах» (Саратов, 2003 - 2006 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 134 наименований, 7 приложений. Работа содержит 141 страницу основного текста, включая 41 рисунок, 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, представлены научные положения и результаты работы, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор научно-технической литературы по теме диссертации, обозначены проблемы, присущие электрогидравлическим усилителям-преобразователям, применяемым в системах управления гидрофицированным технологическим оборудованием. Разработана классификация электрогидравлических усилителей-преобразователей типа сопло-заслонка и устройств управления ими - электромеханических преобразователей. Проанализированы различные конструкции переменного дросселя сопло-заслонка, и отмечено, что все они имеют недостатки: зависимость их работы от степени очистки рабочих жидкостей, наличие зон разрежения и застоя жидкости, возникающих под действием гидродинамических сил.

Представляется перспективным создание электрогидроусилителя-преобразователя с использованием нового переменного дросселя с соплом и заслонкой, представляющей собой упругую резиновую оболочку, заполненную магнитной жидкостью – коллоидным раствором с частицами твердой магнитной фазы, лишенного указанных недостатков. В главе поставлены задачи исследования.

Во второй главе приведены теоретические исследования и рассмотрены физические основы электрогидравлического усилителя-преобразо-вателя типа сопло-магнито-жидкостная заслонка (рис.1). Описан механизм воздействия магнитного поля на магнитную жидкость, за­ключающийся в перемещении объема магнитной жидкости в область более сильного поля.

Усилитель-преобразователь работает следующим образом. При наличии давления питания рк и отсутствии управляющего электрического сигнала в обмотках катушек, магнитожидкостная заслонка занимает исходное равновесное положение относительно сопел. Струя жидкости, проходя сопла, попадает в сливной канал устройства.

При подаче электрического сигнала на одну из обмоток катушек, заслонка притягивается к соответствующему соплу, изменяя сопротивление в зазоре между заслонкой и соплом. В результате возникает перепад давлений рдз = р3 – р4 в междроссельных камерах и на торцах золотника, что приводит к его смещению относительно центрального положения. Центральный поясок золотника открывает рабочее окно и жидкость попадает в канал, подключенный к исполнительному гидроцилиндру. Таким образом, регулируется расход жидкости на выходе усилителя-преобразователя. Достоинством использования магнитожидкостной заслонки является то, что при малых зазорах между соплами и заслонкой при попадании жидкости на стенки оболочки заслонки, заслонка прогибается под ударами струй, что позволяет стабилизировать действие гидродинамических сил на нее путем исключения зон разрежения и застоя жидкости, образующихся за счет статического и гидродинамического напоров струй жидкости и изменения направления потока жидкости.

Гидравли­ческая схема преобразователя представлена в виде гидравлического моста (рис.2), основу которого составляют четыре гидравлических сопротивления, двумя из которых являются постоянные дроссели 4 и 5 (рис. 1) с гидравлическими проводимостями Gдр, а двумя другими - переменные дроссели с гидропроводимостями G0, состоящие из сопел 2 и 3 и магнитожидкостной заслонки 1 (рис.1).

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»