Материал: Обоснование и создание циклического гидропривода станочного оборудования с атоматическиим управлением

Обоснование и создание циклического гидропривода станочного оборудования с атоматическиим управлением

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Литературный обзор

.1 Схемы и конструкции циклических гидроприводов станочного оборудования

.2 Теоретические методы динамического анализа и синтеза гидроприводов с детерминированным управлением

. Устройство и принцип действия циклического гидропривода, управляемого гидроустройством с автоматическим регулятором

. Математическая модель циклического гидропривода с автоматическим регулятором

. Исследование влияния параметров гидропривода на его динамические характеристики

. Определение оптимальных параметров гидропривода

. Программа динамического расчета гидропривода на ПК

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Гидропривод сегодня широко применяется в машиностроении и стал неотъемлемой составной частью современных мобильных машин и промышленного оборудования. В настоящее время во всем мире практически невозможно назвать такую отрасль промышленности или сельского хозяйства, в которых не применялся бы гидропривод. А возросшие в последние годы темпы создания и освоения серийного производства новых машин с гидравлическим приводом являются наглядным подтверждением научно - технического прогресса.

Использование гидроприводов в строительных и дорожных машинах способствует значительному повышению уровня механизации в этих отраслях. Гидравлические устройства устанавливаются в системах управления на экскаваторах, бульдозерах, подъемниках, погрузчиках, кранах, а также в качестве силовых передач на движитель этих машин.

В результате внедрения современных технологических процессов и совершенствования гидравлического оборудования и машин с объемным гидроприводом за последние два десятилетия значительно улучшилось качество их изготовления, повысились продолжительность безотказной работы и технический ресурс.

Перспективным является использование гидравлических и пневматических передач в сочетании с электрическими для автоматизации технологических процессов во многих отраслях народного хозяйства с целью повышения производительности и улучшения условий труда.

К основным преимуществам гидропривода относятся:

возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки, простота управления и автоматизации;

простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок;

широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена;

большая передаваемая мощность на единицу массы привода;

надёжная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

Гидропривод обеспечивает бесступенчатое регулирование скоростей в широком диапазоне, получение больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма, возможность осуществления различных видов движения, возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях

Преимущества гидропривода перед обычными механическими передачами становятся столь существенными, что во многих случаях предпочтение отдаётся именно ему.

Но несмотря на существующие достоинства гидропривода, есть у него и недостатки, а именно в оборудовании необходимо решить вопрос по повышению цикловой производительности, что невозможно без существенного сокращения вспомогательного времени, доля которого в общем времени цикла в настоящее время достигает 40-60%. Одним из эффективных путей решения этой задачи является сокращение величины недохода инструмента.

В современном оборудовании наибольшее применение получил метод путевого управления последовательностью переходов. Вместе с тем, управление процессом переключения стола с быстрого подвода (БП) на рабочую подачу (РП) осуществляется, как правило, по времени. Для этого в настоящее время применяются электрогидравлические управляющие устройства - гидропанели подачи типа УН74, серийно выпускаемые отечественной промышленностью. В таких приводах величину недохода определяет, главным образом, разброс координаты точки перехода стола с БП на РП, который при постоянном давлении питания составляет в среднем 3-5 мм, поэтому сокращение его является актуальной задачей. Одной из современных тенденций развития станков является все более широкое применение централизованного ГП подачи силовых столов, особенностью которого является непостоянство давления питания. Это приводит к значительному увеличению разброса, и, следовательно, возрастает актуальность его сокращения.

Наиболее полно требованиям, предъявляемым к приводам подачи СС, удовлетворяют ГП с путевым управлением процессом переключения с БП на РП (ГППУ), но, как показано в данной работе, для обеспечения необходимой стабильности координаты точки перехода стола с БП на РП при изменении давления питания и других параметров привода необходимо применять управляющее гидроустройство (УГУ) с регулятором, который поддерживает определенный перепад давления на рабочей щели УГУ. Однако в существующих ГП с УГУ такого типа не обеспечивается работоспособность регулятора в требуемом диапазоне изменения параметров привода, применение схемы дросселирования на выходе из гидроцилиндра снижает надежность работы станков и затрудняет получение малых РП, а непостоянство утечек при изменении нагрузки снижает стабильность РП.

Теоретическому исследованию детерминированных ГП уделяется большое внимание, однако не рассмотрен ряд вопросов, возникающих при проектировании ГППУ силового стола. В частности, отсутствуют исследования УГУ с регулятором, не учитываются особенности централизованного гидропривода, синтез УГУ производится без учета сжимаемости жидкости, отсутствуют теоретические исследования разброса координаты точки перехода стола с БП на РП. Решению перечисленных теоретических и прикладных проблем посвящена данная работа.

Целью работы является теоретическое обоснование и создание ГППУ, позволяющего повысить производительность станков за счет сокращения разброса координаты точки перехода стола с БП на РП.

Для достижения поставленной цели разработана математическая модель ГППУ, которая позволила учесть динамические характеристики регулятора УГУ, регулируемого насоса с аккумулятором. Предложен теоретический метод исследования разброса координаты точки перехода стола с БП на РП при изменении параметров привода. Установлено, что для достаточно точного обеспечения заданного закона движения и требуемой точности переключения стола с БП на РП необходимо при синтезе УГУ учесть динамику регулятора и сжимаемость жидкости. Разработана методика динамического синтеза УГУ с регулятором и путевым управлением, учитывающая указанные факторы, с применением ПК.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Что же такое гидропривод и почему именно он особенно ценен в современном промышленном мире?

Гидравлический привод - привод, в котором передача механической энергии и преобразование движения осуществляется с помощью жидкости. Для того, чтобы жидкость обладала механической энергией, используется насос, для преобразования энергии жидкости в работу выходного звена применяется гидродвигатель. Соединения насоса и гидродвигателя с помощью трубопровода представляет собой гидропередачу [1].

Для того, чтобы осуществить управление и регулирование гидропередачи, применяется гидроаппаратура. Совокупность гидравлических машин (насос, гидромотор), гидроаппаратуры и трубопровода является гидроприводом, в который также входят вспомогательные устройства.

В связи с тем, что насосы, гидромоторы относятся к объемным гидромашинам, то такой гидропривод называется объемным.

По виду движения выходного звена гидропривод подразделяется на: возвратно-поступательный‚ вращательный, поворотный. Принцип работы привода заключается в том, что жидкость весьма мало сжимается и давление передается по закону Паскаля. В гидроприводе объемные насосы обеспечивают преобразование механической энергии от движения в энергию жидкости. Потребителем энергии жидкости являются объемные гидродвигатели: гидромотор или силовой гидроцилиндр.

Гидромотор осуществляет передачу на вал крутящего момента с частотой вращения n_м. Силовой гидроцилиндр выполняет возвратно-поступательное движение, обеспечивая усилие (нагрузку) R, приложенное кштоку поршня гидроцилиндра, и скорости перемещения поршня ν_п. Объемный гидропривод позволяет осуществлять регулирование параметров на выходном звене n_м и ν_п в широком диапазоне [1].

В гидроприводах, кроме объемного насоса, может использоваться гидроаккумулятор. При этом рабочий цикл или их количество будет ограничено. Такой гидропривод применяется в тормозных системах.

В производственных помещениях используется магистральный трубопровод, в котором поддерживается давление с помощью насосной станции, состоящей из объемных насосов [1].

В случае, когда в гидроприводе не предусмотрено изменение скорости или частоты вращения выходного звена, то гидропривод является нерегулируемым, а если изменяются регулируемым. Наиболее распространенными способами регулирования являются дроссельный и объемный. Регулирование может осуществляться также в результате изменения частоты вращения насоса и гидромотора.

Регулирование объемного гидропривода осуществляется с помощью дросселя, который представляет собой регулируемое местное сопротивление.

Регулирование путем изменения рабочего объема насоса или гидромотора называется объемным регулированием.

Для ограничения давления в системе гидропривода применяются гидравлические клапаны, а для распределения направления движения жидкости используются распределительные устройства [1].

В качестве рабочей жидкости в гидроприводе используется различные масла, обладающие антикоррозионными и смазывающими свойствами при сравнительно малом изменении вязкости в диапазоне давления и температур, имеющих место в машинах и окружающей среде.

Для очистки рабочей жидкости, загрязняющейся в процессе эксплуатации гидропривода, применяются различные фильтры.

Циркуляция в гидроприводе может быть замкнутой или разомкнутой, и в последнем случае имеется гидробак (рисунок 1.1) [1]. В гидробаке находится запас рабочей жидкости. Насос при работе гидропривода забирает жидкость из бака, которая затем по трубопроводу и через гидроаппаратуру направляется в гидродвигатель, а из него обратно на слив в бак.

Эффективность и качество систем автоматического регулирования гидропривода и управления (САР и САУ) в значительной мере определяются правильностью выбора и проектирования их исполнительных устройств.

Рисунок 1.1 - Схемы гидропривода: а - гидропривод с разомкнутой циркуляцией; б - гидропривод с замкнутой циркуляцией;

- гидробак; 2 - нерегулируемый насос; 3 - предохранительный клапан; 4 - регулируемый дроссель; 5 - распределитель; 6 - гидроцилиндр; 7 - обратный клапан; 8 - насос подпитки; 9 - регулируемый насос

Особенностью последних является то, что в них информационная и энергетическая сущность процессов регулирования и управления оказываются более взаимосвязанными, чем в других элементах и устройствах САР и САУ. Действительно, исполнительное устройство представляет собою элемент системы автоматического регулирования, непосредственно (или при помощи регулирующих органов) соединенный с объектом регулирования или управления. Основная задача исполнительного устройства состоит в том, чтобы усилить сигнал, поступающий на его вход, до уровня мощности, достаточный для того, чтобы оказать требуемое воздействие на объект в соответствии с поставленной целью управления [2].

При проектировании систем регулирования исполнительные устройства приходится выбирать из уже имеющихся в наличии или формулировать технические условия на их разработку, поэтому специалист, проектирующий такие системы, должен располагать достаточно полными сведениями об исполнительных устройствах, а также о принципах и методах их построения. Важным фактором при выборе исполнительного элемента является обеспечение заданных показателей качества системы при имеющихся энергетических ресурсах, соблюдении требуемого теплового режима и допустимых перегрузках.

При синтезе структуры и выборе параметров исполнительного устройства или сервомеханизма используются различные критерии оптимальности: максимального быстродействия, минимальной полосы пропускания, максимума к.п.д., минимума расхода энергии, максимальной надежности, минимальной сложности и т.д.; при этом характеристики и параметры исполнительного устройства должны определяться из анализа САР или САУ в целом. Такого рода характеристиками исполнительных устройств и сервомеханизмов являются: энергетические, статические, динамические, а также технико-экономические, эксплуатационные и др.

Обязательным требованием к исполнительному приводу САР является минимизация мощности двигателя при обеспечении требуемых значений скоростей и моментов. Это приводит к минимизации энергетических затрат в системе управления.

Из сказанного выше следует, что при выборе исполнительного устройства или сервомеханизма существенную роль играют: источник энергии, имеющийся в распоряжении, необходимая мощность регулирующих воздействий, нагрузка на выходе и т.д. В соответствии с этим практический интерес при расчете и проектировании представляет классификация исполнительных устройств сервомеханизмов по виду энергии, используемой для питания их усилительных и исполнительных элементов.

Весьма важными факторами при выборе исполнительного устройства или сервомеханизма являются ограничения по массе, габаритным размерам и надежности [2].

После выбора типа исполнительного устройства или сервомеханизма (электрический, гидравлический, пневматический и т.д.) и определения его конструктивных параметров проводят исследования его поведения в статическом и динамическом режимах. Для этого, прежде всего, необходимо дать математическое описание работы сервомеханизма, т.е. составить его дифференциальные уравнения или найти передаточную функцию.

Требования к статическим и динамическим свойствам исполнительного устройства формируют на основе анализа задач, которые можно решить с его помощью в замкнутой системе автоматического регулирования. Но часто предварительную проверку выполнения этих требований можно производить (если желательно, чтобы изменения на выходе сервомеханизма воспроизводили изменения на его входе) при помощи методов анализа и расчета следящих систем. Поэтому на данном этапе проектирования полезной оказывается классификация сервомеханизмов как по виду их математического описания, так и по характеру сигналов на входе и выходе (непрерывные, дискретно-непрерывные, импульсные и т.д.).

Поэтому в данном случае необходимо рассмотреть важность обеспечения минимального разброса координаты, варианты способов торможения и управления этими процессами. Это необходимо не только в циклическом гидроприводе, но и в следящем с ЧПУ.

В зависимости от типа, к которому принадлежит сервомеханизм (согласно этой классификации, а также принятой для него математической модели), выбирают тот или иной метод расчета и анализа его динамических свойств. Необходимо, однако, подчеркнуть, что окончательное определение конструктивных параметров сервомеханизма следует производить на основе анализа его работы в замкнутой системе регулирования.