Структурный синтез динамических систем станков с гидравлическим приводом исполнительных механизмов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАШ БЕЛОРУССКОЙ ССР ИНСШТУТ ПРОБЛЕМ НАДОШОЯИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАЛИН

На правах рукописи

/ Павел Иванович

УДН 621.9.06:531.3

СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ ДШАШЧЕСШХ СИСТЕМ СТАНГОВ с ШДР/ШЛИЧЕСКИЫ ПИ1ВДД0М ИСПОХШТЕЛЫШХ ШХЩШШ

01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов я аппаратуры

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1990

Работа выполнена в Институте проблей надежности и долговечности машин Академии Наук Белорусской ССР.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

о.в.шшскнй.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Г. Ы. ИВАНОВ;

кандидат технических наук,с.н.с. Е.Я.СТРОК .

Ведущая организация - Минское специальное конструкторское бюро протяжных станков (СКВ ПС).

Защита диссертации состоится "21" декабря 1990 года в 14 часов на заседании специализированного совета К 006.27.01 в Институте проблем надежности и долговечности машин АН БССР по адресу: 220732, г>Шнек, ул.Ф.Скорикы, 12.

С диссертацией ыожно ознакомиться в библиотеке ИНДМАШ АН БССР.

Автореферат разослан "21 " ноября 1990 года.

Ученый секретарь / ___—. ,

специализированного совета /Ъ'^УТТФзф^* -

кандидат технических йаук, ' В.А.АНДРШИИН

старший научный сотрудник

Cj Институт проблем надежности и долговечности мадан АН БССР

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Повышение технического уровня металлоре-щих станков и автоматических линий неразрывно связано с задай улучшения их динамического качества. Касаясь всей продукции анкостроения, данное положение, прежде всего, относится к обо-дованию, оснащенному гидравлическим приводом исполнительных ханизмов.

Обладая рядом неоспоримых достоинств, станочный гидропривод, есте с тем, характеризуется сравнительно низкой жесткостью и лой демпфирующей способностью. Как следствие этого, при рабо-гидрофицированных станков в их системе часто возникают интен-вные колебательные процессы, различного рода перегрузки, шум вибрация, вызывающие снижение качества обработки, стойкости яущего инструмента, надежности и производительности оборудова-я в целом.

Наибольшими возможностями в плане повышения уровня динами-ского качества технических объектов обладает метод синтеза, нованный на дополнительном введении в структуру их динацичес-й системы (ДС) специальных корректирующих устройств (КУ) или чзей с настраиваемыми законами регулирования. Стр; чтурный мв-ц получил самое широкое распространение в различных областях кники и эффективно используется как при проектировании машин, к и на стадий их модернизация.

Однако, несмотря на "доступность" ДС гидрофицированных стан-в для ее структурной.коррекции, указанный метод синтеза в от-пении рассматриваемого вида металлообрабатывающего оборудова-ч должного применения пока не нашел. Объясняется это прежде зго тем, что станкостроение практически не имеет э'^^ективных , позволяющих изменять динамические свойства системы силового точного гидропривода, а, соответственно, - и всего объекта в збуемом направлении. Отсутствуют также и формализованные инже-рные методики расчета средств коррекции динамических характе-зтик станков с гидроприводом.

В то же время, непрерывно растущие требования к производи-тьности и надежности металлорежущих станков, качеству обраба-заемых изделий обуславливают необходимость обеспечения и более :окого уровня динамического качества станочного оборудования, этому развитие и использование возможностей наиболее эф$ектив-

'ного метода синтеза.ДС - структурного, является важной и актуальной задачей станкостроительной промышленности.

Цель работы. Повышение уровня динамического качества гидре фицированкых металлорежущих станков за счзт структурной корре* ции их динамических систем.

Объект исследований - металлообрабатывающее оборудование с гидравлическим приводом исполнительных механизмов.

Методы исследований. В процессе теоретических и эксперимеь тальных исследований использовались современные математические методы спектрального и регрессионного анализа, ЛП-поиска, граф ческой алгебры, теории автоматического регулирования (ТАР). Рг чет и обработка экспериментальных данных осуществлялись по pas работанныа программам на ЭВМ ЕС 1035. Экспериментальные послед вания проводились на специально созданном стендовом оборудовании с использованием современной измерительной и регистрирующе аппаратуры.

Научная новизна исследований состоит е теоретическом разви тин структурного метода синтеза ДС применительно к сталкам с гидравлическим приводом исполнительных механизмов и содержит:

- теоретическое и экспериментальное обоснование возможном и целесообразности управления динамическими характеристиками гвдрсфицированкых станочных объектов за счет дополнительного введения в их структуру специальных К/, выполненных на базе дросселирующей гидроаппаратуры с аналоговым электроуправлением

- методику выбора варианта включения исполнительного механизма 1СУ в магистрали станочного гидропривода, построенную на расчете и анализе чувствительностей передаточной функции (ПФ) замкнутой системы станка к ПФ отдельных участков его гидропривода;

- методику формирования функции цели ДС гидрофицированного станка при резании, предполагающую построение желаемой ПФ станочной системы в ее разомкнутом состоянии и основанную на разр ботке и использовании специальных номограмм, устанавливающих 3! висимость показателей динамического качества систем с неединичной обратной связью от параметров типовых желаемых ПФ следящих систем ;

- методику расчета и настройки требуемых КУ, учитывающую возможности их технической реализации, а также вариации пара-

етров станочного оборудования.

Техническая новизна. Предложен ряд схем станочных гидроприводов с улучшенными динамическими свойствами. Новизна и оригинальность данных схем защищены 10-ю авторскими свидетельства-и СССР.

Практическая ценность. Разработанная методика структурного интеэа ДС станков с гидроприводом, предполагающая расчет, тех-ическую реализацию и настройку требуемых КУ, позволяет обеспе-ить заданный уровень динамического качества гидрофицкрованных еталлореиущих станков на стадии их проектирования, а такяе при одернизации.

Отдельные положения предложенной методики, связанные с ана-изом динамического качества систеш, выбором схемного варианта оррекции, формированием функции цели, а также расчетом и настойкой дополнительно ввод га,их КУ, могут быть использованы для интеэа ДС и других технических объектов, структурная схема ко-эрых подобна структуре гидрофицированного станка.-

Практический интерес для организаций, занимающихся проекти-эсанием и эксплуатацией различных машин с гидроприводом, может редставлять также принцип модульного построения и непосредст-знно сала конструкция разработанного ялектрогидрав":1ческого зрреКтирующего устройства (дНУ) с комплектом взаимозаменяемых зтырехполпсНиков постоянного тока.

Реализация результатов работа. Использование на Минском ПО > выпуску автоматических линий им.П.М.Майорова результатов ря-1 теоретических и экспериментальных исследований настоящей ра-)ты, направленных на повышение быстродействия транспортных мэ-шиамов автоматических линий (АЛ), а такке создание прогрес-1вных схем станочных гидроприводов с насосами объемного регу-фования и пневМогидравлическини аккумуляторами СГА), поэволи-) получить от их внедрения годовой экономический эффект в раз-¡ре 63 тыс.рублей (долевое участие автора).

Апробация работы. Основные полояения диссертации доложены и ¡суядены: на Всесоюзной научно-технической конференции "Совер-нствование гидро-и пнезэмоагрегатоэ в маииностроении" (г.Грязи, 65), на республиканских научно-технических конференциях "Пути вдаения качества и надежности машин" (г.Минск, 1900), "Йссле-вание и перспективы развития зажимных, загрузочных и фиксиру-их механизмов станков-автоматов и станков с программным упраэ-

лениен".(г.Чернигов, 1980), "Проблемы снижения шума и предотвра щения его отрицательного воздействия на здоровье людей" (г.Мпнс 1983), "Пути повышения технического уровня и надежности машин" (г.Минск, 1986), "Повышение технического уровня, надежности и долговечности машин" (г.Минск, 1990), на республиканских научнс технических семинарах "Динамическое качество станков" (г.Минск, 197Э), "Метода повышения эффективности операций металлообработки, прогрессивного оборудования и оснастки" (г.Минск, 1983), "I ционаЯьиое использование металлорежущего оборудования и эффект! ше методы обработки деталей машин" (г.Минск, 1984), на конферс риях профессорско-преподавательского состава Белорусского политехнического института (г.Минск, 1979 и 1980г.г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликована 21 печатная работа, в том числе 10 авторских свидетельс

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 134 наименований. Раб та содержит 128 маринописных страниц основного теиста, 106 рис; ков, 9 таблиц и 9 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Бо введении обоснована актуальность темы диссертации и при дена краткая характеристика работы.

В первой глава рассмотрено содержание проблемы синтеза ДС станков С гидроприводом, проведен обзор существующих методов и средств ее решения, дан анализ причин, сдерживающих широкое пр менение структурного метода синтеза для гидрофицированного металлорежущего оборудования, определены направления и задачи ис следований.

Установлено, что известные гидромеханические НУ, используе ше для повышения уровня динамического качества станков с гидр приводом, работает в узком диапазоне низких частот. Им характе ны нестабильность настраиваемых параметров, трудности конструи тивного изготовления и подключения. В большинстве случаев имее место не целенаправленный расчет требуемого устройства, а тру/ емкий, с большим количеством нередко противоречивых решений пс Сор параметров гидромеханического 1СУ при произвольно задеваем! его конструкции и. схемного варианта включения.

Отпоено, что применение непосредственно расчетных методе»

затруднено в связи с отличием структуры ДС гидрофицированных ста-1очных объектов при резании от структуры подробно исследованных 5 ТАР систем, предназначенных для воспроизведения задающих воздействий. Первые представляют собой замкнутые системы стабилиза-;ии с изменяемой в процессе коррекции неединичной обратной свя-!ыо (рис.1,а). Вторые - системы программного регулирования или ¡ледящие (рисЛ,б). Их характерной особенностью является наличие »диничной обратной связи, объединяющей выходную У и входную X [временные, и, в отличие от систем стабилизации, - однозначная »ависимость между ГО в замкнутом и разомкнутом состояниях.

"^^Н^АП-р Ьг-

I- Юг (5) М I-'

а) б)

Рис.1. Структурные схемы ДС гидрофицированного станка (а) и следящей системы (б):"№•($)- ПФ корректируемой гидравлической части привода;Ш/^)- ПФ неизменяемой механической части станочного объекта;Щ>ес(^-Ш следящей системы в ее разомкнутом состоянии.

Анализ показал, что вследствии такого структурн го отличия, яд этапов известных расчетных методов, разработанных в ТАР, как равило, для следящих систем, невозможно напрямую использовать ля гидрофицированных станков, даже приведя их структуру к ДС с диничной обратной связью. Это относится, прежде всего, к основ-ому этапу структурного синтеза - этапу формирования функции це-и, при выполнении которого задается математическое выражение та-ой желаемой ДС объекта, которая отвечала бы поставленным требо-аниям к показателям его динамического качества.

При синтезе ДС станков с гидроприводом неформализованным яв-яется и вопрос выбора схемы коррекции для многоконтурной струк-, уры гидрофицированного станочного объекта. Практически отсутст-уют расчеты КУ для оборудования, характеризующегося вариацией го параметров, не решены вопросы приведения схемы теоретически-зобходимого КУ к его технически-реализуемому виду.

Таким осразом, для достижения поставленной в работе цели тре-зналось решить следующие задачи исследований:

I. Разработать методики: а) выбора схемы коррекции и вариан-1 включения исполнительного механизма КУ в магистрали станочно-

го гидропривода; б) формирования функции цели ДС гидрофицирован ного станка при резании; в) расчета требуемых-КУ с учетом варга ции параметров станочного оборудования.

2. Разработать конструктивные решения КУ и методику настрой ки их регулируемых параметров.

3. Проверить эффективность разработанных мероприятий в задь чах по повышению уровня динамического качества различных видов гидрофицированного металлообрабатывающего оборудования.

4. Разработать схемы станочных гидроприводов с улучшенными динамическими свойствами.

Во второй главе изложена разработанная для гидрофицированнь металлорежущих станков методика структурного синтеза их ДС, состоящая из следующих этапов:

а) анализ динамического состояния исходной системы станка;

б) выбор схемного варианта ее структурной коррекции;

в) формирование функции цели ДС станочного объекта;

г) расчет теоретически-необходимого 1С;

д) техническая реализация КУ и настройка его параметров;

е) исследование синтезированной системы станка.

Подробное содержание указанных этапов, а также методология

их выполнения, раскрывающая поставленные задачи исследований, детально рассмотрены на конкретном примере структурного синтеза ДС горизонтально-протяжного полуавтомата мод.7523, предназначенного для внутреннего протягивания отверстий различной геометрической формы и размеров в пределах тягового усилия 100 кН.

а) Первый этап методики включает:

- разработку графовой модели исследуемого станка (рис.2,а -где переменные^ ^ , б" - соответственно, усилие резв

ния, скорость перемещения рабочей каретки, давления в напорной и сливной магистралях, развиваемая гидроцилиндром движущая сила

б

©

X_£ б

а)

б)

Рис.2. Графовые модели исходной (а) и скорректированной (б) ДС протяжного полуавтомата.

- вывод необходимых для расчета показателей динамического ка-ества выражений Ш станочной системы в ее разомкнутом и замкну-ом состояниях, соответственно, -Щс($) кЩ($) ;

- разработку программного обеспечения расчетов на ЭВМ;

- непосредственный расчет и анализ показателей динамического ачества исследуемой системы станка.

В результате выполнения данного этапа синтеза было установле-о, что значения большинства показателей, характеризующих динами-эские свойства полуавтомата мод.7523 (запас устойчивости по фаз , отклонения скорости перемещения рабочей каретки в момен-л непосредственного изменения усилия резаний &\/(&РР) и на собст-энной частоте сос станочной системы дУ(<Ос), время регулирования р), в 1,3...2,7 раза хутта тех значений, которые рекомендуются адом авторов для качественной работы протяжного оборудования, го имело место во всем возможном диапазона функционирования ис-недуемого станка, что было подтверждено расчетом с использова-яем методики зондирования изменяемых параметров Ц , РРо и встраиваемые значения переменных V , Рр и ) пробными точит лК-с - последовательностей.

б-) Чтобы выбрать для многоконтурной структуры гидрофицирован-эго станочного объекта одну - из возможных для данного вида обо-дований - схему коррекции, предлагается:

- определить, в первую очередь, вариант включения исполни-зльного механизма НУ в гидропривод станка, т.е. в напорную или тивную магистраль;

- назначить источник сигнала для формирования управляющего зрректирующего воздействия - сигнал переменных /? или V и т.д.

Решение первой задачи проводится на основании разработанной гтодики, предполагающей расчет и анализ чувствительностей 5 замкнутой системы станка к Ш отдельных участков его гидропри->да с учетом ввода в ту или иную его магистраль исполнительного, гханизма КУ:

с _ УУ#(5)Щ,К] . п У/с'М _

/~Щ1ег(5) ' 0 ' /-Прсф) '

;е иГ® участков напорной и сливной магистралей; гРа(б) и ® разомкнутой системы станка при вводе испол- .

[тельного механизма КУ, соответственно, в напорную и сливную мистраль станочного гидропривода.

Вариант с наибольшей чувствительностью (в существенном для

исследуемого оборудования диапазоне частот) принимается как наиболее эффективный с точки зрения целенаправленного изменения вводимым КУ переменных ДС станочного объекта. Для исследуемого протяжного полуавтомата по данному критерию (рис.3) была выбрана сливная магистраль его гидропривода.

При назначении источника дополнительной корректирующей ветви, бид которого (при выбранном стоке последней) и определяет конкретную схему коррекци предложено, во-первых, исходить из поставленной задачи синтеза, во-вторых, - учитывать возможность и простоту технической реали ездим шбираеыой схеи.

Используя даншй подход, для ДЗ протяжного полуавтомата был принята схе!т, представляющая собой (рис.2,б) сочетание коррект рующей обратной связи (на примере расчета которой и показало да льнейшее выполнение этапов методики структурного синтеза) и схе мы коррекции по возмущенно.

в) Для формирования функции цели предложена методика, предп лагшадая построение делаемой № динамической система гидрофици^ ванного станкЬ в ее разомкнутом состоянии - и основанная

на разработке и использовании специальных номограмм, устанавлиЕ вцих зависииость показателей динамического качества систем с не диничной обратной связь» о? параметров типовых желаемых ПФ еле; щих систем -Щ>сЛ(ь)'

Методика использует ряд известных положений ТАР и обеспечи! ет построение гидрофицированного станочного объекта в в и;

одной из типовых желаемых 'Н^фследящих систем. Задание Щм($) станка передаточной функцией_динамического звена, обязательно входящей в состав желаемой позволило получить

г -инципиально новые номограммы, кицие возможность формировать желаемую Ш системы с неединииной обратной связью для ее разомр нутого состояния одновременно по показателям устойчивости и качества регулирования.

- е -

с И' Й1ЛЛ. Щ

ив ¿5.12 63Л 125,6

\ Ш-

Рис.3. Графические изображения чувствительностей

В работе изложен принцип построения номограмм и приведены их и варианта для следующих [\?р£е($)'-

* шкяг(1 "ЦЩз (И ■

Данные ПФ выбирались из известных типовых Щ\с(5) по критерию ибольшего совпадения их ЛАЧХ (логарифмическая амплитудно-частная характеристика) с ЛАЧХ исходной схемы полуавтомата в об-сти низких и средних частот.

Один из вариантов номограмм и, в частности, для 17$ (2), ко-рая в результате итогового анализа (как выполняющая в сравне-исШ (I) и (3) большее число заданных требований) и была инята в качестве станка мод.7523, приведен на рис.4.

всь\М - показатель колебательности, связанный с коэффициен-м усиления /( и постоянными времени 7} и типовых желаемых

известными в ТАР зависимостями; п - Т( /Тг (отношение - %/%. принималось равнкм 0,1); , п/^х- соответст-то, нормированные частота^ а также время регулирования и мак-мальное значение кривой переходного процесса; /?о и/?/»«- нор-рованные значения АЧХ замкнутой системы станка на следующих рмированных частотах £> = и) /си0 ( ша - базовая т-кзтота типо-й ЛАЧХ) действия возмущений: со =0 и = сое/а30 .

Непосредственно построение желаемой осуществляется в

лагаемой ниже последовательности:

1. Выбор показателей, которые необходимо обеспечить в прочее синтеза станочной системы, и назначение их численных знаний (для станка код.7623 задавалось: 250;,02 м/с; 51$«0,08 м/с; м/с - просадка скорости под нагруз-3; ¿,,«0,15 с; 53^=300 1/с).

2. Нормирование выбранных показателей по формулам:

Г Г - Г I лУа ) Г

1р « 1р1л>0 ; Ло Ч({н рро ( > ""><» &

з Км - коэффициент усиления Ш У^м(в) ; л/)> и опреде-

;мые экспериментально или теоретически, соответственно, сту-иатое приращение.усилия резания и амплитуда его колебаний на :тоте сое .

3. Определение по номограммам предельных значений параметров

и п (см.ряс.5, на основании которого для , соотзетс-

лУ{лР„) Км

й

йУгред

m us

46 os

о.ц ом

w 02

о о

%1 1,7 43 2.9 îS M

(с fi

jr.

Q,Qü a,m цоч

a,oi 0

rt'S

\ И'Ю s 1 r>--SO гIT4/V П'вз у

\/ fe

к s \ К N

ч ч/ V.

1,1 <r Zi г,я 45 м Aa'f(M)

1,1 1,7 2,b 2.9 S.S M ñmax OS„а.

t.f Tt гз s, s M

. M -

( h mot • iûmat) ~ Ч)

Рис.4. Ноыограммы для формирования Wpc($,) ¡¡ ВИде ПФ (2).

твущей ПФ (2), были выбраны М =4,05 и п =70,4).

4. Расчет численных значений К , Т< , /£ , 7} I в результате чего для ДС протяжного полуавтомата было получено:

ш /< | М35(¿зуз /г?3з*/)

г) Передаточная функция Рис>5> 0бласти

предельных значе-требуемого КУ определяется ни„ пара14втров М „ „ (| „ удов_

из условия: __летворяют заданным требованиям).

где - ПФ корректирующей ветви, источником и стоком кото-

рой является переменная Р^ (см.рис.2,б), \Уга($)- П® участка данной ветЕИ с источником гэ (исходная переменная исполнительного механизма КУ) и стоком .

ПФ находится в результате аналитического сравнения ве-

даемой У//\(3) и У^^исходной схемы станка с учетом введения в его структуру указанной корректирующей ветви, П$ путем

решения уравнения неразрывности потока рабочей жидкости в магистрали, куда включен исполнительный механизм КУ. -

При расчете НУ'для оборудования, параметры которого изменяются в процессе его эксплуатации, предложено определять П5 требуемого устройства только для тех состояний объекта, которые являются "наихудшими" и "наилучшими" в отновешн его показателей динамического качества. Данные состояния находятся по регрессионным зависимостям, устанавливающий связь анализируемых показателей качества с изменяемыми параметрами ЭС1 станка:

у (4)

гДеи- соответственно, свободный член и коэффициенты /равнения регрессии.

В результате проведенных расчетов была показана возможность ^пользования одной конструктивной схемы КУ для различных ив работы исследуемого протяжного полуавтомата.

д) Для коррекции динамических характеристик гидрофицированных станков прэдлокено использовать устройства, выполненные на базе дросселирующей гидроаппаратуры с аналоговым электроуправлением. Данные аппарата, обладая широкой полосой пропускания, большой выходной мощностью, позволяют применять для управления их работой маломощный электрический сигнал, который, с одной стороны, достаточно просто формировать, с другой, - преобразовывать по необходимому закону.

Блок-схема разработанного ЭКУ представлена на рис.6.

ил

и* i ¡7 < I

Ut, УМ J^ ЗГУ

22

Рис.6. Блок-схема ЭКУ.

Принцип работы ЭКУ заключается в следующем. Сигнал ¿/V измерительного преобразователя (ИП), пропорциональный текущему значению контролируемого параметра, поступает через корректирующую цепь (выход - напряжение Иг ) и электронный усилитель мощности (УМ) на вход гидроаппарата (ЭГУ), включенного в ту или иную магистраль станочного гидропривода. Перераспределение потоков рабочей жидкости через дросселирующие щели данного аппарата, золотник которого перемещается согласно управляющему сигналу 3 , вырабатываемому УМ, приводит гидравлическую систему и, как следствие, систему всего станка к новому динамическому состоянию. Режим работы ЭГУ, соответствующий необходимому динамическому состоянию синтезируемого станочного объекта, обеспечивается выбором схемы корректирующей цепи (Щ) и настройкой ее параметров.

На основании представленной блок-схемы (см.рис.6) был реализован конструктивный вариант ЭКУ, базовым элементом которого являлся электрогидравлический усилитель (ЗГУ) типа УЭГ.С. Разработанное устройство выполнялось модульного типа и снабжалось комплектом Бзаимоуаменяемых КЦ (пять активных четырехполюсников постоянного тока), обеспечивающих типовые законы регулирования: интегральный, пропорциональный, дифференциальный и т.п.

При расчете ПФ требуемой КЦ, которая долина вводиться в ЭКУ с целью придания ему необходимого динамического режима функционирования, используется выражение:

W«H (s) « W*v (&)/W##{s)t

где W##fSj- Ш' неизменяемой части ЭКУ, т.е. произведение Ш вхо-

дящих в состав ЭКУ конкретных ИП, УМ и ЯГУ.

В связи с тем, что точное исполнение рассчитанной Щ(ч(б) представляет собой сложную техническую задачу, было предложено аппроксимировать характеристики тео-ретотески-необходимой КЦ (рис.7) характеристиками одного из входящих в комплект корректирующих цепей четырехполюсника, а настройку его параметров проводить по регрессионным зависимостям типа (4), устанавливающим уже связь показателей динамического качества ^ скорректированной системы объекта с регулируемыми параметрами .хг выбранной цепи.

На основании такого подхода для введения в состав ЭКУ, образующего корректирующую обратную связь в ДС протяжного полуавтомата, была выбрана дифференцирующая Щ (см.рис.7), описываемая передаточной функцией:

У/аФ) - ль (5)

где значения коэффициента усиления Лл и постоянной времени 7з настраивались равными, соответственно, ПО и 2,25-10 с.

е) Заключительный этап - исследование станка с включенным а его систему КУ, выполняется по предложенной методике как расчетным путем, так и экспериментально.

Теоретический анализ, проведенный на основании полученных выражений 11$ скорректированной ДС станка мод.7523 в ее разомкнутом И^м^и замкнутом УК-/»(^состояниях показал, что значения большинства показателей его динамического качества существенно улучшились и приближаются к своим заданным величинам. При этом было установлено, что настройка КЦ, соответствующая «в =110 н

7Ъ =2,25-10"^ с, обеспечивала требуемые динамические свойства системе протяжного полуавтомата во всем возможном диапазоне его функционирования.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований, которое рнгсолнялнеь в соответствии с разработанной

Ька.ЫВ

Рис.7. ЛАЧХ теоретически-необходимой (а) и технически-реализуе-мой (б) КЦ.

методикой структурного синтеза.

I. Идентификация ДС протяжного полуавтомата.

Данные исследования ставили целы? проверку адекватности разработанной математической модели станка реальному объекту и выполнялись путем определения соответствия его фактических динамических характеристик расчетным.

Указанная проверка в настоящей работе проводилась с использованием специально созданного стенда, который включал исследуемый станок и электрогидравлическое нагрузочное устройство, возбуждающее станочную систему синусоидальными приращениями силы сопротивления л/ст, иммитирующими усилие резания Рр , в существенном для протяжного оборудования диапазоне частот дсо =0... 628 1/с. Условие корректности экспериментального определения динамических характеристик - независимость входного тестового воздействия от динамических свойств исследуемого станка, обеспечивалось соответствующим рыбором кольцевого датчика силы (связывал штоки гидроцилиндров полуавтомата и нагрузочного устройства) на основании формулы:

К',

где Се - жесткость датчика силы; /2Гв и т - соответственно, настраиваемое значение силы сопротивления и приведенная масса подвижных частей станка.

В результате проведенных исследований было установлено, что основные параметры (наклон, частота и величина резонансного пика, значения на одинаковых частотах возбуждения) экспериментальных и расчетных АЧХ и ФЧХ динамических звеньев гидропривода, а также ДС полуавтомата в ее замкнутом состоянии совпадают с достаточной степенью точности. Это позволило считать разработанную модель адекватной реальному объекту и, как следствие, использовать ее для решения практических задач синтеза ДС станка мод.7623.

2. Определение Ш составляющих элементов ЭКУ.

При расчете ПФ Шхц(&), а также аппроксимации характеристик теоретически-необходимой КЦ должны быть известны ПФ неизменяемой части ЭКУ и ПФ входящих в комплект его НЦ четырехполюсников. Ряд сведений, способствующих записи Щни($)в аналитическом виде, приводится в технических описаниях серийных аппаратов ЭКУ, например: Кун » где для электронного усилителя мощности

типа УМЭ-ЮО коэффициент усиления Кип =0,01...0,5 А/В. С целью получения недостающих данных проводились экспериментальные исследования, в ходе которое определялись статические.и динамические характеристики устройств. В результате било получено:

а) для ЭГУ типа УЭГ.С-ЮО -\\г2п(Ь)*<<зп/(П„£<1), где 2»=3,5-10"3с, /1л-У=5,5-Ю"3 ы/А;

б) для ИП типа "Сапфир-22Д1"--2161 - , где ,Гж7=0... 2-Ю-6 Еи2/Н;

з) дм дифференцирующей Щ -су.шра*ение (5), где Да =10...200, Ъ =3-10-3...1,С5-10~3 с.

3. Экспериментальные исследования станка в процессе резания.

Целью данных исследований, которые проводились как на серийном станке мод.7523, так и на станке с включенным в его систему (вместо подпорного клапана ПБГ54-22) ЭКУ, являлось получение'сравнительной информации об уровне динамического качества двух схем полуавтомата в условиях его нормального функционирования, а также подтверждение корректности положений разработанной методики синтеза.

Было установлено, что в сравнении с серийной схемой станка (рис.8,а) дисперсия колебаний скорости перемещения каретки станочного объекта с ЭКУ (рис.8,б) уменьшилась в 2,2...2,8 раза. В 2,0...2,6 раз'*, уменьшились и амплитуды нкнукдонных ко."«;бпииР на

. I 5 -

в)

Рис.8. Колебания переменных ДС полуавтомата в процессе резания: а) серийный станок; б) станок с ЭНУ; в) станок с ЭКУ, снабженный схемой коррекции по возкутценив.

собственной частоте станочной системы.

Исследования показали, что после включения в скорректированную ДС полуавтомата схемы коррекции по возмущению (рис.8,в), отклонения скорости перемещения каретки л в моменты непосредственного изменения усилия резания снизились в 1,7...2,0 раза. Необходите демпфирующие свойства протяжному станку обеспечивала при этом корректирующая обратная связь.

В четвертой главе приведены результаты решения практических задач по повышению уровня динамического качества различных видов гидрофицированного металлообрабатывающего оборудования.

Показано, что использование разработанной методики структурного синтеза, а также ее отдельных положений позволило:

- обеспечить устойчивую и качественную работу гидросхемы электрогидравлического испытательного стенда, предназначенного для динамической тарировки датчиков силы баланс про в очных станков;

- в 1,2...1,3 раза снизить амплитуды вынужденных колебаний давления в нагнетательной магистрали гидропривода силового стола мод.5У461С, являющегося типовым элементом ряда ыногопозиционных агрегатных станков и АЛ;

- разработать методику синтеза насосно-аккумуляторных станций централизованных гидроприводов АЛ;

- обеспечить безударное, равнозамедленное торможение быстро-перемещающихся в вертикальном направлении ( К?=0,05...0,1 м/с) транспортных механизмов АЛ (автооператор ЛМ660, транспортер 03169).

В пятой г^аве рассмотрены ноше схемы станочных гидроприводов с улучшенными динамическими свойствами. В отличие от серийных приводов, данные схемы содержат дополнительные корректирующие связи и (или) элементы, обеспечивающие:

- повышение демпфирующей способности гидрофицированной станочной системы (а.с.№1079913, пол.решение к заявке М475426/31-06(090572));

- повышение ее статической и динамической жесткости (а.с.® 1177125, 1236205);

- улучшение показателей переходных процессов (а.с.М954645, 1021567);

- стабильность динамических характеристик металлорежущего станка при изменении условий его эксплуатации (а.с.№1360963, 1530826), а также параметров настройки используемого коррекги-

рующего устройства (а.с.№09357, 1359505).

ОСНОИШЕ вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Предложена методика структурного синтеза динамических систем гидрофицированных металлорежущих станков, многоконтурная структура которых при резании замыкается неединичной обратной связью с изменяющейся в процессе коррекции станочной системы

115 гидравлической части привода. Методика позволяет для подобных объектов провести выбор схемного варианта коррекции, сформировать функцию цели, а таюко выполнить расчет и настройку необходимого КУ как для фиксированного режима работы станка, так и с учетом вариации его параметров.

2. Показано, что выбор источника корректирующей ветви, определяющего вместе с ее стоком схему коррекции ДС конкретного станочного объекта, следует проводить исходя из поставленной задачи синтеза, а также возможностей технической реализации предполагаемой схемы. Конструктивный вариант включения исполнительного механизма КУ в гидропривод станка назначается на основании анализа чувствительностей ПФ замкнутой системы станочного объекта к ПФ отдельных участков- его гидропривода.

3. Разработана методика формирования функции цели ДО гидро-фицированного станка при резании, предполагающая построение делаемой П$ синтезируемой станочной системы в ее разомкнутом состоянии. Методика основана на разработке и использовании специальных номограмм, устанавливающих зависимость показателей динамического качества систем с неединичной обратной связью от параметров типовых желаемых ПФ следящих систем, и дает возможность одно- и многокритериального формирования функции цели ДС станочного объекта по заданным значениям как частотных критериев качества, так и допустимой величине показателей, непосредственно характеризующих технический уровень металлорежущего станка.

4. Установлена целесообразность проведения расчета ПФ требуемого КУ только для "наихудших" и "наилучших" динамических состояний синтезируемого станочного объекта, которые определяются по регрессионным зависимостям между показателями динамического качества металлорежущего станка и изменяемыми в процессе его работы параметрами. Доказано, что в случае аналогичности ПФ рассчитанного укляамщ.ч: путем КУ, возможно использование о иной и тгр

же его конструктивной схемы для различных условий эксплуатации металлообрабатывающего оборудования.

Б. Показана возможность и экспериментально подтверждена эффективность управления динамическими характеристиками гидрофи-цированных станочных систем за счет дополнительного введения в их структуру специальных КУ, выполненных на базе дросселирующе! •гидроаппаратуры с аналоговым электроуправлением. Разработан конструктивный вариант электрогидравлического корректирующего устройства модульного типа. Настройка требуемого динамического режима работы данного устройства обеспечивается взаимозаменяемыми корректирующими цепями, которые образуют изменяемую часть в структуре ЭКУ и реализуют типовые законы регулирования.

6. Установлена допустимость в рабочем диапазоне частот аппроксимации характеристик рассчитанного корректирующего звена характеристиками одной иа КЦ, определяющих изменяемую часть ЭКУ Для приближения показателей динамического качества станочного объекта к их заданным значениям предложена методика настройки регулируемых параметров выбираемой цепи, основанная на разработ ке и анализе регрзссионных зависимостей, устанавливающих связь данных параметров с показателями динамического качества скоррзк тированной системы станка.

7. В результате теоретических и окспериментальнкх исследова иий, на Минском ПО по выпуску автоматических линий им.П.М.Макарова внедрены методика расчета насосно-аккумуляторных станций централизованных гидроприводов АЛ, а также прогрессивные схемы приводов с насосами объемного регулирования и ГА. Отработанная схема гидропривода автооператора ЛМббЭиспользуется в АЛ, эксплуатируемых на Камском автомобильном заводе.

Годовой экономический эффект, полученный от внедрения разработок, составил (долевое участке автора) 63 тыс,рублей.

8. Разработанные мероприятия могут быть использованы для повышения уровня динамического качества различных видов гидрсфйци-рованного металлообрабатывающего оборудования на этапах его проектирования и модернизации.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

I. Бортычцкий С.И., Горский К.Ф., Дривень П.И., Терентьев A.B. Динамике, и надежность гидропривода с регулируемым насосом Г12-53А. - Б кн. :Г1ути пошшения качества и надежности машин:

Тез.докл.республ.конф. Часть 2. - Минск, 1980, с.50.

2. Горский К.Ф., Дривень П.И., Терентьев A.B. Экспериментальные исследования динамических характеристик автооператора JIM6E9. - В кн.: Исследование и перспективы развития зажимных, загрузочных и фиксирующих механизмов станков-автоматов и станков с программным управлением: Тез.докл.республ.конф. - Киев, 1980, с.45-46.

3. Дривень П.И., Удовидчик П.А., Горский К.Ф. Расчет гидроприводов автоматических линий с гидро-пневмоанкуыуляторама. -Станки и инструмент, 1981, с.12-13.

4. Костюкович С.С., Горский К.Ф., Дривень П.И., Минченя В.Т. Конструкторско-экспериментальная отработка тормозного узла транспортера. - В сб. Машиностроение: Выпуск 7. - Минск: "Ешэйшая зкола", 1982, с.101-106.

5. Дривень П,И., Жилинский О.В. Электрогидравлический виброгаситель для демпфирования колебаний в гидросистемах металлорежущих станков. - В кн.: Проблемы снижения пума и предотвращения эго отрицательного влияния на здоровье людей: Тез.докл.рзспубя. шнф. Часть 2. - Минск, 1983, с.42-43.

6. Дривень П.И. Выбор параметров насосно-аккумуляторной :танции централизованного гидропривода автоматической линии, -

5 кн.: Совершенствование гидро-и пневмоагрегатов: Тез.докл.Все-юнзн.конф. - Москва, 1985, с.89-91.

7. Дривень П.М., йилинский О.В. Гидроклапан давления с регу-гаруекшш динамическими характеристиками. - В кн.: Совершенство-(ание гидро- и пневмоагрегатов: Тез.докл.Всесовзн.конф. - Моск-ia, 1985, с.87-89.

8. Дривень П.И., Жилинский О.В., Зусман И.А. Динамический интез напорных золотников станочных гидросистем. - В кн.: Пути овышения технического уровня и надежности машин: Тез.докл.рсс-убл.конф. - Минск, 1966, с.47.

9- Татаров D.H., Горский K.J., Дривень П.И. Гидравлический ривод станка с обратной связьс по скорости перемещения силово-о стола. - В кн.: Пути повышения технического уровня и надеж-ости машин: Тез.докл.республ.конф. - Минск, 1986, с.63-64.

10. Дривень П.И., Жилинский О.В., Зусман И.А. Синтез динами-еекмх систем гидроф/цированных станков методом логарифмических мплитудно-'тгл'отшх характеристик. - Известия АН БССР. Серия из.-техн.наук. - Минск, УЗ, 198?, с.66-72.

! II. Дривень П.И. Снижение виброантивности гидрофицированных металлорежущих станков структурной коррекцией их динамических систем. - В кн.: Повышение технического уровня, надежности и долговечности иащин: Гез.докл.республ.конф. - Минск, 1990, с.79-80,

12. А.с.909357 (СССР). Аккумулятор давления с температурной компенсацией. /Дривень П.И., Жилинский О.В., Капанец Э.Ф. и др. -Опубл. в Б.И., 1982, J?8.

13. А.с.954645 (СССР). Гидравлический привод с путевым управлением. /Дривень П.И., Горский К.Ф., Жилинский О.В. и др. - Опубл. в Б.И., 1982, S32.

14. А.с.1021567 (СССР). Гидравлический привод исполнительного органа металлорежущего станка. /Дривень П.И., Шилинский О.В., Во-лодько Ю.Ф. й др. - Опубл. в Б.И., 1983, £21.

15. А.С.Ю7Э913 (СССР). Гидропривод. /Дривень П.И., Жилинский О.В., Тилигуэов Г.В. и др.,- Опубл. вБ.И., 1984, »10.

16. A.C.II77I25 (СССР). Гидравлическая система металлорежущего станка. / Шилинский О.В., Дривень П.И., Тимофеева Н.И. и др. -Опубл. »Б.Й., 1985, ЮЗ.

17. А.с.1236205 (СССР). Гидравлический привод металлорежущего станка. /Дривень П.И., Жилинский О.В., Маркин Е.А. и др. - Опубл. в Б.И., 1986, $21.

18. A.c.1359505 (СССР). Гидропривод станка, /Козловский H.A., Дривень П.И., Жилинский О.В. к др. - Опубл. в Б.И., 1987, №46.

19. А.с.1360963 (СССР). Гидравлическая система металлорежущего станка. /Дривень П.И., Шилинский О.В., Кузьмич К.К. и др. -Опубл. в.Б.И,, 1987, М7. .

20.•А.с.1530826 (СССР). Гидросистема. /'Дривень П.И., Жилинский О,В., Козловский H.A. и др. - Опубл. вБ.И., 19ЭЭ, U47.

21. Поя.решение к заявке N476426/31-06(090572). Гидропривод металлорежущего станка. /Дривень П.Й., Шилинский О.В., Тилигу-аов Г.В. и др.

Соискатель П.И.Дривень

Подписано к печати 12.II.90. Формат 60x84 1/16 Уел.печ.лиет 1,3 Уч.изд.дист. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ !?в57. Бесплатно.

ИВДМАШ АН БССР. 2Р0732, г.Минск, ул.Скорины, I?