Электрогидравлический усилитель-преобразователь типа сопло-магнитожидкостная заслонка для систем управления в гидрофицированных приводах

Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТИПА СОПЛО-МАГНИТОЖИДКОСТНАЯ ЗАСЛОНКА ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В ГИДРОФИЦИРОВАННЫХ ПРИВОДАХ

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Тудвасева Галина Викторовна

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

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

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. синтез электромагнитный дроссель сопло заслонка

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.

Размещено на http://www.allbest.ru

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.

Размещено на http://www.allbest.ru

Усилитель-преобразователь работает следующим образом. При наличии давления питания р_к 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 ?р_дз = 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 G_др, а двумя другими - переменные дроссели с гидропроводимостями G₀, состоящие из сопел 2 и 3 и магнитожидкостной заслонки 1 (рис.1).

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 Q_д = 0.

(1)

где p_cл - давление в линии слива, МПа; - коэффициент, характеризующий относительную гидропроводимость дросселя сопло-магнитожидкостная 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 о_i:

- для прямой трубы , где l_t (м) - длина прямой трубы; щ _t - скорость течения жидкости по прямой трубе, м/с; н - кинематическая вязкость жидкости, м²/с;

- для постоянного дросселя , где l_др - длина дросселя, м; щ _др - скорость течения жидкости через дроссель, м/с;

- для сопла , где щ _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 k_i, рассчитываемые как , где - изменение коэффициента гидросопротивления на интервале изменения диаметра , имеют максимальные значения на следующих интервалах: диаметр проточной части и междроссельной камеры - 0,0065 ч 0,0075 м, диаметр сопла - 0,0025 ч 0,0035 м, диаметр постоянного дросселя - 0,0015 ч 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 Н_iz (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; R_m - магнитное сопротивление магнитопровода, 1/Гн;

S_m - площадь поперечного сечения магнитопровода, м²; м₀ - магнитная постоянная, Гн/м; х, y - координаты элементарной площадки торцевой поверхности сердечника, м; z_i - координата вдоль оси симметрии зазора, м; с₁, с₂ - длина и ширина сечения магнитопровода, м;

i - число выделенных объемов.

Для каждой пластины рассчитывается значение градиента напряженности (А/м²):

, (4)

где h_во - 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 F_i (Н), действующих на каждый отдельный объем, вычисляется тяговая сила, действующая на заслонку в целом F (Н)

, (6)

где V_i - объем каждой выделенной пластины, м³.

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

, (7)

где r_з - 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 h_з - смещение поверхности заслонки, м; Т₀ - поверхностное натяжение 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 в - безразмерный коэффициент, характеризующий относительное собственное гидравлическое сопротивление сопла; h₀ - расстояние между соплом и заслонкой при нейтральном положении заслонки, м.

Размещено на http://www.allbest.ru

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-преобразователя, является люфтовой за счет сил сухого трения золотника:

, (10)

где х_з(м), (м²), С_оз (Н/м) и (Н) - перемещение, площадь сечения, обобщенная жесткость, сила сухого трения золотника соответственно.

. (11)

где м₁, b (м), д (м) - коэффициент расхода, ширина рабочего окна, величина перекрытия рабочего окна золотника соответственно; р₁ - давление 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 управляющей катушке и магнитную силу, действующую на заслонку, в изображении по Лапласу; - передаточная функция, связывающая магнитную силу, действующую на заслонку, и перемещение заслонки, в изображении по Лапласу.

Передаточная функция гидроусилителя с пружинной синхронной связью описывается отношением:

, (13)

где х_з(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 2?10^-6 до 32?10^-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 ч 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 р_к (Па), диаметра сопел d_c (м) и расстояния между соплом и заслонкой h (м), был проведен полный факторный эксперимент 2^k, 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 К_N - выражается полиномом первой степени:

Размещено на http://www.allbest.ru

К_N = 1,4 + 0,08р_к - 0,065d_c - 0,148h, (15)

где коэффициенты имеют размерности: 0,08; 0,065; 0,148.

Модель проверена на адекватность и значимость каждого варьируемого параметра. Для принятия решения после построения модели использован градиентный метод. Определены значения факторов при оптимальном значении параметра оптимизации К_N = 1,69: р_к = 0,115 МПа, d_c = 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 3,18•10^-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 К_N 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-магнитожидкостная 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).

Размещено на http://www.allbest.ru

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-подбивочнорихтовочной машине, предназначенной для выправки железнодорожного пути, электрогидроусилитель-преобразователь типа сопло-магнитожидкостная 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.

2. Проведенный анализ изменения коэффициентов гидравлического сопротивления при изменении геометрических параметров элементов про-точной части электрогидроусилителя-преобразователя позволил определить необходимые геометрические соотношения между диаметром проточной части усилителя, диаметром постоянного дросселя и диаметром сопла для минимально энергетически избыточного управления перемещением заслонки.

3. Разработанная математическая модель электрогидроусилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка установила связь между параметрами неоднородного электромагнитного поля и деформацией магнитожидкостной заслонки, а также гидравлическим сопротивлением переменного дросселя, позволила оценить расход на выходе устройства, зависящий от тока, подаваемого на его вход, получить динамическую характеристику электрогидроусилителя-преобразователя.

4. Проведенные экспериментальные исследования показали, что коэффициент усиления по мощности электрогидравлического усилителя-преобразователя изменяется в зависимости от входных и внутренних параметров до 1,69. Постоянные времени апериодического звена второго порядка составляют Т₁ = 0,18 с, Т₂ = 0,0098 с. Идентифицированная регрессионная модель усилителя-преобразователя связывает коэффициент преобразования устройства с давлением управления, диаметром сопла и расстоянием между соплом и заслонкой и позволяет определить его оптимальные конструктивные и технологические параметры.

5. Разработанный электрогидроусилитель-преобразователь типа сопло-магнитожидкостная заслонка имеет плавность характеристик за счет отсутствия облитерации, исключения отрывного и безотрывного течений в дросселе сопло-магнитожидкостная заслонка, которые могли бы привести к возникновению высокочастотных колебаний в системах. В связи с этим предложены системы на базе ЭГУП МЖЗ для автоматизации регулирования расхода технологических жидкостей гидрофицированного технологического оборудования и станочных гидроприводов.

6. Разработанный электрогидроусилитель-преобразователь типа сопло-магнитожидкостная заслонка рекомендован к внедрению в гидроприводе плоскошлифовального станка с прямоугольным столом 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.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Основные результаты работы изложены в 14 печатных работах (из общего количества 27 работ).

В журналах, рекомендованных ВАК:

1. Тудвасева Г.В. Электрогидравлический усилитель-преобразователь типа сопло-магнитожидкостная заслонка / Г.В. Тудвасева, А.В. Власов, В.В.Власов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007. №1 (23) Вып.3. С. 88-93.

2. Тудвасева Г.В. Математическая модель электрогидравлического усилителя-преобразователя типа сопло-магнитожидкостная заслонка / Г.В. Тудвасева, А.В. Власов // Научно-технические ведомости СПбТГУ. 2007. №2 (51). С. 213-215.

В других изданиях:

3. Тудвасева Г.В. Разработка электрогидравлического усилителя мощности типа «сопло - магнитожидкостная заслонка» / Г.В. Тудвасева, А.В. Власов // Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей: сб. докл. VII Междунар. науч. конф. СПб.: СПбГУ, Ин-т механики МГУ, 2003. С. 271-273.

4. Тудвасева Г.В. Расчет потерь давления в гидролинии электрогидравлического усилителя-преобразователя / Г.В. Тудвасева // Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей: сб. докл. VIII Междунар. науч. конф. СПб.: СПбГУ, Ин-т механики МГУ, 2006. С.233-236.

5. Тудвасева Г.В. Анализ и синтез гидроусилителя типа «сопло-магнитожидкостная заслонка» / Г.В. Тудвасева, А.В. Власов // Системный анализ в проектировании и управлении: сб. тр. VIII Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 ч. СПб.: СПбГПУ, 2004. Ч.2. С. 229-230.

6. Тудвасева Г.В. Проектирование управляющего устройства ЭГУ мощности типа «сопло-магнитожидкостная заслонка» / Г.В. Тудвасева // Системный анализ в проектировании и управлении: сб. тр. IX Междунар. науч.-практ. конф. СПб.: СПбГПУ, 2005. С.466-469.

7. Тудвасева Г.В. Динамические характеристики электрогидроусилителя типа «сопло - магнитожидкостная заслонка» / Г.В. Тудвасева, А.В. Власов // Динамика технологических систем: сб. тр. VII Междунар. науч.-техн. конф. Саратов: СГТУ, 2004. С. 345-347.

8. Тудвасева Г.В. Использование электрогидроусилителя мощности типа «сопло-магнитожидкостная заслонка» в тренажерах автомобильного транспорта / Г.В. Тудвасева, В.В. Власов // Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров: сб. ст. юбилейн. Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: ПГУ, 2004. С.43-46.

9. Тудвасева Г.В. Исследования электрогидравлического усилителя мощности типа «сопло-магнитожидкостная заслонка» / Г.В. Тудвасева, В.В. Власов // Современные технологии в машиностроении: сб. ст. VIII Всерос. науч.-практ. конф. Пенза: ПГУ, 2004. С.134-137.

10. Тудвасева Г.В. Классификация электрогидравлических усилителей мощности типа сопло-заслонка / Г.В. Тудвасева, В.В. Власов, А.В. Власов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2005. С. 180-183.

11. Тудвасева Г.В. Обоснование методики расчета электрогидравлического регулирующего устройства типа «сопло-магнитожидкостная заслонка» / Г.В. Тудвасева, А.В. Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: доклады 6-й Рос. науч. конф. Саратов: СООО «АН ВЭ», 2003. С. 76-81.

12. Тудвасева Г.В. Расчет электромагнитных полей элемента «сопло-магнитожидкостная заслонка» / Г.В. Тудвасева, А.В. Власов, В.В. Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: сб. трудов 7-й Рос. науч. конф. Саратов: СООО «АН ВЭ», 2004. С. 148-152.

13. Тудвасева Г.В. Обоснование геометрии участка сопло-заслонка гидравлического усилителя мощности по коэффициенту гидравлического сопротивления / Г.В. Тудвасева, А.В. Власов. Балаково, 2004. 8 с. Деп. в ВИНИТИ 17.11.04, № 1792-В2004.

14. Тудвасева Г.В. Моделирование взаимодействия магнитного поля управляющих катушек с заслонкой в электрогидравлическом усилителе мощности типа «сопло-магнитожидкостная заслонка» / Г.В. Тудвасева, А.В. Власов, В.В. Власов. Балаково, 2004. 8 с. Деп. в ВИНИТИ 27.10.05, № 1377-В2005.

Размещено на Allbest.ru

...