WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Проведены экспериментальные исследования силомоментных и точностных характеристик ДЭМД с опорами скольжения и ДС на основе ДЭМД с опорами скольжения и опорами качения по следующим ТЭЭХ. Оценена стоимость изготовления обоих вариантов ДЭМД. Результаты представлены в табл.

3, 4, 5.

а б Рис.4. а) ДЭМД с направляющими скольжения (1 – дуговой сегмент ротора, 2 – фторопластовое покрытие, 3 – индуктор, 4 – опорные ролики, 5 – датчик положения); б) ДЭМД с опорами качения (1 – индуктор, 2 – каретка, 3 – дуговая направляющая, 4 – сегмент ротора) Повышенное значение усилия нагрузки ДЭМД с опорами скольжения, кроме снижения полезного усилия, приводит также к ухудшению его точностных характеристик. Точность отработки сигналов управления измерялась в двух режимах: разомкнутом (бездатчиковое векторное управление) и замкнутом.

Анализ стоимости изготовления двух вариантов ДЭМД показал, что стоимость изготовления ДЭМД с опорами качения в 1,42 раза превосходит стоимость изготовления ДЭМД с опорами скольжения (табл.6).

Таблица 3.

Средняя ошибка при отработке сигналов управления в ДС на основе ДЭМД с опорами скольжения и опорами качения Режим С опорами качения С опорами скольжения Разомкнутый 45 мкм 150 мкм Замкнутый 1 мкм 8.5 мкм Таблица 4.

Силомоментные характеристики ДЭМД с опорами скольжения Режим управления Характеристика Разомкнутый Замкнутый Усилие удержания в центральной зоне, Н 162,5± 1,7 182,4 ± 1,Усилие удержания в крайней зоне, Н 151,1± 1,5 167,1 ± 2,Тяговое усилие, Н 46,0 ± 0,5 54,2 ± 0,Пусковая приемистость ДЭМД в режиме 700 ± 5 840 ± холостого хода, мм/с Максимальное ускорение подвижной части 7 ± 0,5 15 ± 0,ДЭМД в режиме холостого хода, м/сТаблица 5.

Силомоментные характеристики ДС на основе ДЭМД с опорами скольжения и опорами качения Режим управления Наименование характеристики Разомкнутый Замкнутый ДС на основе ДЭМД с опорами скольжения (диаметр 504 мм) Приведенный момент удержания в 60,5 ± 0,6 76,4 ± 0,центральной зоне, Нм Приведенный момент удержания в 58,9 ± 0,45 75,4 ± 0,крайней зоне, Нм Приведенный вращающий момент, Нм 25,7 ± 0,25 29,8 ± 0,Максимальное ускорение подвижной части 13 ± 0,5 15 ± 0,ДЭМД в режиме холостого хода, м/сДС на основе ДЭМД с опорами качения (диаметр 315 мм) Приведенный момент удержания, Нм 55,2 ± 0,4 58,8 ± 2,Приведенный вращающий момент, Нм 22,3 ± 0,2 26,8 ± 0,Максимальное ускорение подвижной части 18,2 ± 0,5 20,0 ± 0,ДЭМД в режиме холостого хода, м/сТаблица 6.

Затраты на изготовление ДЭМД Стоимость изготовления и покупки Основные составные комплектующих (руб.) части с опорами качения с опорами скольжения 1. Индуктор 20000 2. Дуговой элемент с 15030 постоянными магнитами 3. Конструкция опор 1200 4. Направляющие 14125 - Итого 50355 В диссертационной работе на основе анализа характеристик опор различных типов предложена модель «затраты – эксплуатационные характеристики» на основе которой на этапе разработки ДЭМД с учетом существующих производственно-технологических и финансовых возможностей предприятия осуществляют выбор типа опор в соответствии с установленными техникоэксплуатационно-экономическими требованиями.

3. Разработана методика расчета магнитной проницаемости зазора «диамагнетик-воздух-диамагнетик» электромагнитной системы, включающая универсальный алгоритм и программное обеспечение для энергоактивного и энергопассивного вариантов дуговых магнитопроводов, позволяющая проектировать рациональные конфигурации электромагнитных систем дуговых и линейных электромехатронных модулей движения.

В методике расчета рациональной электромагнитной системы ДЭМД для энергопассивного и энергоактивного вариантов исполнения ротора получены математические модели, на основании которых разработано программное обеспечение для расчета обоих вариантов электромагнитной системы ДЭМД.

В основу методики положен расчет проводимости воздушного зазора статор-ротор в зависимости от их относительного смещения. Для электропривода прямого действия разработка оптимальной электромагнитной системы имеет особо важное значение из-за отсутствия редукторов а, следовательно, повышенным требованиям к точности отработки управляющих сигналов и силомоментным характеристикам.

Усилие, развиваемое ДЭМД, определяется величиной и скоростью изменения магнитной проводимости зазора статор-ротор в зависимости от их взаимного смещения. Рассмотрим конфигурацию магнитной системы ДЭМД с энергопассивным дуговым магнитопроводом (рис.5,а), состоящую из реактивного дугового ротора 1 и дугового индуктора 2 (в целях упрощения показаны прямолинейными).

Входными параметрами для расчета магнитной проводимости воздушного зазора такой системы являются:

– величина воздушного зазора сатор-ротор;

l – период электромагнитной системы;

h – относительная ширина впадины гребенчатой поверхности дугового ротора;

b – относительная величина впадины гребенчатой поверхности дугового индуктора;

– относительное смещение ротор-статор (на рис.5,а =0, т.е. зубец индуктора находится строго напротив зубца ротора).

а б Рис.5. Конфигурация магнитной системы ДЭМД с энергопассивным (а) и энергоактивным (б) магнитопроводом и пути замыкания магнитного потока При этом считаем, что магнитный потенциал на поверхности дугового ротора равен нулю ( =0), т.е. он энергопассивен. В таком случае, при значениях b и h, лежащих в определенном диапазоне, можно пренебречь потоками рассеяния и считать, что магнитный поток Ф замыкается по пути, указанному на рис.5,а стрелкой.

На рис.5,б изображена конфигурация магнитной системы ДЭМД с энергоактивным дуговым магнитопроводом, состоящая из дугового ротора 1 с наклеенными на него постоянными магнитами 3 и дугового индуктора 2 (в целях упрощения показаны прямолинейными).

При такой конфигурации магнитный потенциал на поверхности дугового ротора больше нуля ( >0) и зависит от величины магнитной индукции постоянных магнитов, т.е. ротор энергоактивен. Расчет энергоактивной магнитной системы усложняется необходимостью учета потоков рассеяния, которые могут достигать значительных величин.

Рис.6. Скорость изменения магнитной проводимости воздушного зазора Полезный магнитный поток Ф показан черной стрелкой на рис.5,б, а пути замыкания потоков рассеяния Фs1 и Фs2 – серыми. Величина потока рассеяния изменяется в зависимости от геометрических параметров магнитопровода (b, h, c, ) и применяемых материалов.

Предложенный алгоритм позволяет производить расчет вышеуказанных параметров электромагнитной системы при различных значениях h, b и для ДЭМД с энергопассивным ротором как с воздушным зазором статор-ротор, так и с зазором «диамагнетик-воздух-диамагнетик», который имеет место при использовании в конструкции ДЭМД направляющих скольжения.

Полученные алгоритмы реализованы на языке высокого уровня Borland Delphi. Интерпретация результатов расчета производится в графическом виде (рис.6). Высокая наглядность дает возможность осуществлять сравнительный анализ характеристик и проводить параметрическую оптимизацию электромагнитной системы ДЭМД с целью проектирования рациональных конфигураций электромагнитных систем ДЭМД.

4. Разработана методика электромагнитного согласования сегментных индукторов и дуговых магнитопроводов роторов, расположенных по окружности движения по каждой координате манипулятора, позволяющая получить максимальную величину момента вращения, включающая одновременную подачу электрического тока номинальной величины в соответствующие фазы сегментных индукторов, один из которых установлен неподвижно относительно конструктивов соответствующих координат, остальные фиксируются неподвижно после согласования электромагнитных цепей сегментных индукторов и дуговых магнитопроводов роторов соответствующих координат.

Технико-эксплуатационые показатели функционирования двухиндукторных систем на основе ДЭМД в значительной мере зависят от качества согласования электромагнитной системы сегментных индукторных электродвигателей. Рассогласованность электромагнитной системы приводит, прежде всего, к снижению полезного момента, КПД и точности отработки управляющих сигналов. В процессе сборки двухиндукторных систем необходимо обеспечивать взаимное согласование подвижных друг относительно друга индукторов с электромагнитной системой ротора. Известные способы и методики согласования электромагнитных систем в процессе сборки обладают рядом существенных недостатков. К таким недостаткам, прежде всего можно отнести необходимость использования высокоточных оправок, кондукторов и метрологического оборудования. Вследствие этого применение известных методик не всегда является технически выполнимым и экономически оправданным, особенно в случае мелкосерийного производства.

Известен способ по патенту РФ №2353044, позволяющий производить согласование зубцовых и полюсных зон электромагнитных устройств и устройств с постоянными магнитами без использования вышеперечисленного высокоточного оборудования. На основании данного способа предложена методика, разработан алгоритм и программное обеспечение для электромагнитного согласования ДС на основе ДЭМД. Электромагнитное согласование ДС в соответствии с предложенной методикой выполняется по схеме, представленной на рис.7. На рис.8 представлен общий вид главного окна разработанной программы электромагнитного согласования.

В ходе исследований проведена экспериментальная проверка методики согласования электромагнитной системы ДС, результаты которой представлены на рис.9. Кривая 1 соответствует величине приведенного момента удержания, развиваемого ДС до выполнения электромагнитного согласования по предложенной методике, кривая 2 — после. Таким образом, предложенная методика согласования элементов электромагнитной системы ДС позволяет достичь более чем 10% увеличение момента, развиваемого ДС при номинальном токе по сравнению с ДС, элементы которой после сборки не подвергались согласованию.

а б Рис. 7. Схема электромагнитного согласования ДС (1 – неподвижно закрепленный индуктор, 2 – основание, 3 – подвижно закрепленный индуктор, 4 – кольцевой (а), дуговой (б) ротор, 5 – опорные ролики, 6 – дуговой ротор) Рис. 8. Внешний вид главного окна программы электромагнитного согласования ДС на основе ДЭМД Рис. 9. Результаты экспериментальной проверки методики согласования электромагнитной системы ДС Предложенная методика упрощает технологию электромагнитного согласования двухиндукторных систем на основе ДЭМД в процессе сборки за счет исключения кондукторов, оправок и высокоточного метрологического оборудования, повышает производительность труда за счет автоматизации процесса согласования, а также улучшает точность сборки. Таким образом, в случае применения предложенной методики удается добиться высоких техникоэксплуатационных характеристик ДС на основе ДЭМД не прибегая к технически сложным способам согласования электромагнитных систем.

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе, в соответствии с поставленной целью и задачами разработаны модели, методики и программные продукты, обеспечивающие создание многокоординатных манипуляторов на основе дуговых и линейных электромехатронных модулей движения. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие результаты.

1. Предложены схемно-конструкторские решения и конфигурации ДЭМД с различными типами опор, и произведен выбор оптимального конструктивного решения в соответствии с критерием «цена-качество»:

- на основе результатов сравнительного анализа различных типов опор (скольжения, качения и опор смешанного типа);

- математических моделей рациональных конфигураций магнитопроводов электромагнитной системы ДЭМД с энергопассивным и энергоактивным дуговым магнитопроводом-ротором.

2. Разработан ММ со сферическим электромеханизмом на основе дуговых и линейных ЭМД, при помощи САПР SolidWorks с дополнительным программным блоком, позволяющим:

- производить выбор конфигурации и конструктивных параметров манипулятора;

- обеспечивать анализ непересекаемости элементов подвижных конструктивов координат ММ в заданных диапазонах углового и линейного перемещения и создавать конструкторскую документацию;

- обеспечивать прогнозирование величины остаточной неуравновешенности m в зависимости от точности изготовления элементов конструкции; минимизировать массогабаритные характеристики ММ.

4. Разработана методика электромагнитного согласования систем сегментных индукторов и дуговых магнитопроводов ДЭМД по каждой координате ММ для максимизации величины развиваемого тягового усилия;

5. Проведены экспериментальные исследования силомоментных и точностных характеристик разработанных ДЭМД и ММ, в ходе которых подтвердились их высокие технические характеристики. Экспериментально доказана эффективность предложенной методики согласования электромагнитных систем ДЭМД на примере ДС с опорами скольжения.

6. Разработан и изготовлен учебно-аппаратно-программный технологический комплекс с лазерной установкой «БетаМарк-2000» по государственному контракту № ОК-24/6189/06 от 04.10.2006г.

Научные результаты диссертационного исследования используются в эскизно-техническом проекте «Автономная электростанция с ориентированными солнечными батареями», являющейся совместной разработкой ОАО «НИИПП» и ООО «Научно-производственная фирма «ЮМО», в учебном процессе Отделения кафедры ЮНЕСКО в качестве лабораторных работ по курсам «Основы мехатроники», «Электрические машины и электропривод».

III. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ Статьи, опубликованные в изданиях из Перечня ВАК 1. Медведев, Д.А. Дуговой электромехатронный модуль движения / П.К.

Васенин, Д.А. Медведев, Ю.М. Осипов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2008. - №1(17). - С.5660.

Монографии, учебные пособия и сборники трудов 2. Медведев, Д.А. Основы мехатроники: монография / Ю.М.Осипов, П.К.Васенин, Д.А.Медведев, С.В.Негодяев / Под общей ред. проф. Ю.М. Осипова. – Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. – 162 c.

3. Ассортиментный ряд изделий на основе дугового электромехатронного модуля движения / Д.А. Медведев [и др.] // Инновационные технологии управления. Электромехатроника: сб. науч. тр.; под ред. проф. Ю.М. Осипова / Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники. – 2009. – вып.1. - С.73-90.

4. Медведев, Д.А. Функционально-кинематическая схема многокоординатного манипулятора на основе прямого электропривода / Д.А. Медведев, С.В.

Негодяев, П.К. Васенин // Инновационные технологии управления. Электромехатроника: сб. науч. тр.; под ред. проф. Ю.М. Осипова / Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники. – 2009. – вып.1. - С. 93-98.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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