WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Известны решения В.А. Лещенко, приводящего основные характеристики моста (1) и (2). Силовая характеристика описывает зависимость давления в диагонали моста от смещения заслонки при установившемся движении жидкости и расходе в диагонали Qд = 0.

(1)

где pcл – давление в линии слива, МПа; - коэффициент, характеризую-

щий относительную гидропроводимость дросселя сопло-магнито-

жидкостная заслонка при нейтральном положении заслонки;

- безразмерный параметр перемещения заслонки.

Расходная характеристика устанавливает зависимость расхода жидкости в диагонали от смещения заслонки при отсутствии нагрузки. Для идеального моста, в котором гидравлическими сопротивлениями сопла и каналов можно пренебречь из-за их малых значений, она имеет вид:

, (2)

где Q3 и Q4 – расходы в ветвях моста, м3/с.

Магнитожидкостная заслонка представляет собой управляющее устройство, расположенное в проточной части усилителя-преобразователя и изменяющее гидравлическое сопротивление. Задача разработки эффективного по энергетике и динамике электрогидроусилителя-преобразователя сводится к выбору формы проточной части устройства, при которой бы минимальное перемещение заслонки (а следовательно, и минимально энергетически избыточное управление заслонкой) приводило бы к максимальному изменению гидравлического сопротивления. Для решения этой задачи линия подвода жидкости от входа усилителя-преобразователя до среза сопла разделена на участки движения потока. Для каждого участка, по описанным И.Е. Идельчиком математическим соотношениям, рассчитаны коэффициенты гидросопротивлений i:

- для прямой трубы, где lt (м) – длина прямой трубы; t – скорость течения жидкости по прямой трубе, м/с; – кинематическая вязкость жидкости, м2/с;

- для постоянного дросселя, где lдр – длина дросселя, м; др - скорость течения жидкости через дроссель, м/с;

- для сопла, где с – скорость течения жидкости через сопло, м/с.

Построены графические зависимости коэффициентов гидравлического сопротивления от изменения диаметра сопла, дросселя, проточной линии. Анализ графиков показал, что коэффициенты крутизны ki, рассчитываемые как, где - изменение коэффициента гидросопротивления на интервале изменения диаметра, имеют максимальные значения на следующих интервалах: диаметр проточной части и междроссельной камеры – 0,0065 0,0075 м, диаметр сопла – 0,0025 0,0035 м, диаметр постоянного дросселя – 0,0015 0,0025 м. Таким образом, на данных интервалах значений существует возможность эффективного управления гидравлическим сопротивлением посредством перемещения заслонки усилителя-преобразователя.

Расчет статических характеристик электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка включает в себя несколько этапов. На первом этапе рассчитывается тяговое магнитное усилие, действующее на заслонку, помещенную между катушками электромагнитного преобразователя. Заслонка разбивается на пять выделенных объемов в виде пластин плоскостями, перпендикулярными оси катушки. Для каждой пластины рассчитывается напряженность магнитного поля по оси катушки Нiz (А/м), создаваемая связанными магнитными зарядами, по описанному М.В. Немцовым соотношению:

, (3)

где I – сила тока, А; w - количество витков в одном слое управляющей

катушки; Rm – магнитное сопротивление магнитопровода, 1/Гн;

Sm – площадь поперечного сечения магнитопровода, м2; 0 – магнит-

ная постоянная, Гн/м; х, y – координаты элементарной площадки

торцевой поверхности сердечника, м; zi – координата вдоль оси сим-

метрии зазора, м; с1, с2 – длина и ширина сечения магнитопровода, м;

i – число выделенных объемов.

Для каждой пластины рассчитывается значение градиента напряжен-

ности (А/м2):

, (4)

где hво – высота выделенного объема, м.

Тогда плотности объемных сил (Н/м3) по линии симметрии зазора для каждого выделенного объема рассчитываются по выражению, описанному В.Е. Фертманом:

, (5)

где М – средняя равновесная намагниченность магнитной жидкости, А/м.

Путем сложения тяговых сил Fi (Н), действующих на каждый отдельный объем, вычисляется тяговая сила, действующая на заслонку в целом F (Н)

, (6)

где Vi – объем каждой выделенной пластины, м3.

Тяговое усилие Fт (Н/м2) зависит от площади поверхности магнитожидкостной заслонки, на которую действует магнитная сила:

, (7)

где rз – радиус магнитожидкостной заслонки, м.

На основании (7) с учетом (3) - (6) получена зависимость изменения тягового усилия от силы тока, протекающего в катушке (рис.3).

На втором этапе при расчете деформации магнитожидкостной заслонки под действием внешнего тягового усилия заслонка рассматривается как сфера, состоящая из двух полусферических мембран, натянутых основаниями на один плоский контур.

По методике А.Н. Тихонова и А.А. Самарского для статического смещения центральной точки полусферы заслонки можно получить следующее выражение:

, (8)

где hз – смещение поверхности заслонки, м; Т0 – поверхностное натяже-

ние полусферы заслонки, Н/м2.

Смещение поверхности заслонки в зависимости от изменения тягового усилия приведено на рис.4.

На следующем этапе по известной силовой характеристике гидравлического моста (2) получена зависимость перепада давления на торцах золотникового гидрораспределителя от перемещения магнитожидкостной заслонки (9) (рис.5), в которой учтено собственное сопротивление сопла., (9)

где – безразмерный коэффициент, характеризующий относительное

собственное гидравлическое сопротивление сопла; h0 – расстояние

между соплом и заслонкой при нейтральном положении заслонки, м.

Заключительным этапом является построение зависимостей, описанных А.В.Анисимовым: перемещения золотникового гидрораспределителя от тока, подаваемого на вход усилителя-преобразователя по формуле (10), с учетом выражений (3) - (9), (рис.6) и статической характеристики устройства по формуле (11) с учетом выражений (3) - (10), (рис.7). В реальности зависимость перемещения золотникового гидрораспределителя от тока, подаваемого на вход усилителя-преобра-зователя, является люфтовой за счет сил сухого трения золотника:

, (10)

где хз(м), (м2), Соз (Н/м) и (Н) – перемещение, площадь сечения,

обобщенная жесткость, сила сухого трения золотника соответственно.

. (11)

где 1, b (м), (м) – коэффициент расхода, ширина рабочего окна, вели-

чина перекрытия рабочего окна золотника соответственно; р1 – давле-

ние в полости золотниковой пары, Па.

При теоретическом анализе динамических свойств электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка устройство представлено в виде двух взаимосвязанных блоков: электромагнитного преобразователя и гидроусилителя, для которых рассчитаны передаточные функции. Передаточная функция электромагнитного преобразователя определена с использованием коэффициентов преобразования, полученных на основе статических характеристик устройства:

, (12)

где - передаточная функция катушки управления в изображении по

Лапласу; - передаточная функция, связывающая силу тока в уп-

равляющей катушке и магнитную силу, действующую на заслонку, в

изображении по Лапласу; - передаточная функция, связываю-

щая магнитную силу, действующую на заслонку, и перемещение зас-

лонки, в изображении по Лапласу.

Передаточная функция гидроусилителя с пружинной синхронной связью описывается отношением:

, (13)

где хз(р) – изображение по Лапласу координаты золотника;

h(р) - изображение по Лапласу координаты заслонки.

После аналитических преобразований общая передаточная функция электрогидроусилителя-преобразователя имеет вид:

. (14)

Таким образом, во второй главе обоснован метод дросселирования потока рабочей жидкости, посредством использования магнитной жидкости, заключенной в упругую оболочку. Получена математическая модель усилителя-преобразователя, учитывающая взаимосвязь неоднородного электромагнитного поля с магнитной жидкостью, заключенной в упругую оболочку, и гидравлическим сопротивлением переменного дросселя. Теоретическая статическая характеристика усилителя-преобразователя типа «сила тока – расход через золотниковый распределитель» отражает изменение расхода от 210-6 до 3210-6 м3/c при изменении тока от 0 до 1,8 А. Теоретическая динамическая характеристика усилителя-преобразователя позволяет оценить передаточную функцию типа апериодического звена второго порядка с постоянной времени 0,16 с, что является удовлетворительным для построения электрогидравлических систем управления станочными приводами.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка с целью определения его статических и динамических характеристик.

Для проведения исследований были разработаны и изготовлены экспериментальный образец электрогидроусилителя-преобразователя (рис. 8)

и экспериментальный электрогидравлический стенд (рис.9).

Представлены результаты исследований «сухой» (без подачи давления питания) междроссельной камеры, проведенных для определения зависимости перемещения магнитожидкостной заслонки от состава магнитной жидкости и напряжения; исследований «мокрой» (при наличии давления питания) междроссельной камеры, проведенных для определения зависимости перемещения магнитожидкостной заслонки от напряжения при различных давлениях рабочей жидкости; исследований зависимости перепада давлений на торцах золотника и зависимости расхода через золотник от напряжения, подаваемого на вход усилителя-преобразователя.

Эксперименты проводились на индустриальном масле И-30А с использованием в качестве управляющего элемента заслонки, заполненной эквивалентом магнитной жидкости, выполненном на основе ферритовых опилок и глицерина в соотношении 5:2 и магнитной жидкости Т-40, при изменении управляющего напряжения (0 6 В), диаметров сопел (0,003, 0,005 м), расстояний между соплом и заслонкой (0,0004, 0,001 м), давлений питания (0,095, 0,115 МПа) при температуре масла 20, 300С.

Для определения оптимальных значений рабочих и конструктивных параметров усилителя-преобразователя: давления питания рк (Па), диаметра сопел dc (м) и расстояния между соплом и заслонкой h (м), был проведен полный факторный эксперимент 2k, где k = 3 – число факторов. Составлена матрица планирования эксперимента для восьми опытов. На основании экспериментальных данных разработана регрессионная модель, в которой функция отклика - коэффициент преобразования устройства КN - выражается полиномом первой степени:

КN = 1,4 + 0,08рк – 0,065dc – 0,148h, (15) где коэффициенты имеют размерности: 0,08; 0,065; 0,148. Модель проверена на адекватность и значимость каждого варьи-руемого параметра. Для принятия решения после построения модели использован градиентный метод. Определены значения факторов при оптимальном значении параметра оптимизации КN = 1,69: рк = 0,115 МПа, dc = 0,003 м, h = 0,0004 м. Расходная характеристика приведена на рис. 10.

Статистические расчеты показали, что для статической характеристики усилителя-преобразователя доверительный интервал составляет 3,1810-6 при вероятности 0,95.

Исследованы динамические свойства устройства с получением переходных характеристик в условиях видеоэксперимента. Идентификация передаточной функции ЭГУП по экспериментальной переходной характеристике привела к следующему виду:

. (16)

Таким образом, можно сделать выводы, что при сравнении экспериментальной передаточной функции (16) и теоретической (14), максимальное расхождение по времени переходного процесса составляет 12 %, что говорит об их удовлетворительном совпадении. Идентифицированная регрессионная модель усилителя-преобразователя показывает, что коэффициент преобразования КN находится в прямой зависимости от давления питания и в обратной зависимости от диаметра сопел и расстояния между соплом и заслонкой.

В четвертой главе рассмотрены варианты практического использования электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожид-костная заслонка как элемента систем автоматизации гидрофицированного технологического оборудования. Благодаря упругой структуре магнитожидкостной заслонки, в дросселе сопло-магнитожидкостная заслонка полностью исключено существование отрывного и безотрывного течений, которые могли бы привести к возникновению высокочастотных колебаний в системах.

Применение электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка в системе автоматического управления работой позиционирующего органа плоскошлифовального станка модели 3Д722 позволяет точно и плавно регулировать положение исполнительного гидроцилиндра (ГЦ) шлифовального стола, что достигается введением коррекции, в состав которой входят усилитель-преобразователь, микропроцессор (МП), гидроэлектрический преобразователь расхода (ГЭПР), гидроэлектрический преобразователь плотности (ГЭПП) (рис.11).

Рис. 11. Функциональная схема системы автоматического управления работой

позиционирующего органа плоскошлифовального станка модели 3Д722

Предложена также система управления топливоподачей двигателя автомобиля КамАЗ, в которой ЭГУП МЖЗ приводит в движение гидравлический поршень, шток которого связан с рейками топливного насоса высокого давления. При перемещении рейки изменяется количест­во топлива, подаваемого к форсун­кам двигателя.

В системе автоматического управления работой подъемно-рихтовочного устройства в железнодорожной выправочно-подбивочно-рихтовочной машине, предназначенной для выправки железнодорожного пути, электрогидроусилитель-преобразователь типа сопло-магнитожид-костная заслонка обеспечивает смещение гидроцилиндров, соединенных с укладываемой рельсошпальной решеткой.

Использование ЭГУП МЖЗ в данных системах подтверждено актами внедрения результатов научно-исследовательских работ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Из анализа существующих конструкций электрогидравлических усилителей-преобразователей установлено, что перспективной является разработка электрогидравлического усилителя-преобразователя для систем управления гидрофицированными приводами с использованием управляющего переменного дросселя с соплом и заслонкой, принцип действия которого основан на дросселировании потока рабочей жидкости путем перемещения магнитной жидкости, заключенной в упругую оболочку.

Pages:     | 1 || 3 |






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