Синтез математической модели гидропривода механизма резания роторного окорочного станка в системе Matlab

Система автоматического управления органами роторного окорочного станка. Разработка сложной системы гидропривода короснимателя роторного окорочного станка на начальном этапе проведения математического моделирования для определения параметров системы.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 29.11.2018
Размер файла 413,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синтез математической модели гидропривода механизма резания роторного окорочного станка в системе Matlab

Берстенев А.В., Побединский В.В.

УГЛТУ, г.Екатеринбург, РФ)

Разработка сложной системы гидропривода короснимателя роторного окорочного станка требует на начальном этапе проведения математического моделирования для определения основных параметров системы. Подробное описание математической модели гидропривода механизма резания окорочного станка приведено в статье Так как синтез модели в среде MatLab производится в строгом соответствии с математической моделью, то далее по тексту везде идут ссылки на нумерованные формулы моделей, описание которых дано в статье [1]. [1] и отчёте [2].

В соответствии с требуемыми параметрами гидропривода короснимателя (ГПК) и математической моделью была разработана математическая модель ГПК (рисунок 1,2) в подсистеме моделирования динамических процессов Simulink среды визуального моделирования MatLab.

Рисунок 1- Блок ГПК

На вход модели поступает значение перегрузки n и командный ток . На выходе формируется угол поворота устройства управления (УО) относительно нулевого положения delta_p, угол поворота вала датчика обратной связи Fi_dos и значение силового усилия, оказываемое током гидроцилиндра P_gc.

Модель гидропривода короснимателя состоит из следующих подсистем:

- «Модель золотника»;

- «Модель гидроцилиндра»;

- «Модель процесса перемещение штока и УО»;

- «Датчик обратной связи (ДОС)».

Подсистема «Модель золотника» формирует относительное перемещение золотника ЭГУ . Структура подсистемы представлено на рисунке 3.

В данной подсистеме реализуются уравнения (23-30) математической модели ПК. На вход поступает командный ток i_k и значение перегрузки n. В зависимости от полярности командного тока струйная трубка отклоняется вправо (при положительном токе) или влево (при отрицательном токе).

Коэффициент 1/i_kMax служит для перевода тока i_k в относительный командный ток. Эквивалентный командный ток i_ke поступает на вход блока «Перемещение струйной трубки», структура которой представлена на рисунке 4. В этом блоке реализуются уравнения (24) и (25) математической модели ПК. Причём коэффициент К в уравнении (25) должен быть равен 1, иначе зависимость имеет разрыв. Блоком «Dead Zone» представлена зона нечувствительности по току шириной i_zn (левая граница - 0.5 · i_zn, правая граница 0.5 · i_zn). Блок «Saturation» реализует ограничение перемещения значениями -1 и +1. Зависимость относительного перемещения струйной трубки от эквивалентного командного тока i_ke представлена на рисунке 5.

Рисунок 4- Структурная схема блока перемещение струйной трубки

Рисунок 5 - Зависимость от i_ke

Полученное относительное перемещение подаётся на вход звена расчёта скорости перемещения золотника (рисунок 3), которое вычисляет скорость относительного перемещения золотника в зависимости от относительного перемещения струйной трубки . Блок «Saturation» реализует ограничение перемещения значениями минус 1 и +1. В блоке «Gain» константа T_z = 0.0025. Путём интегрирования вычисляется относительное перемещение золотника .

Подсистема «Модель гидроцилиндра» формирует силы, действующие на шток гидроцилиндра Fгц и Fсум. Структура этой подсистемы представлена на рисунке 6.

Рисунок 6- Структурная схема подсистемы "Модель гидроцилиндра"

В данной подсистеме реализуются уравнения (11)-(22) математической модели ПК. На вход поступает относительное перемещение золотника . В зависимости от его значения золотник смещается вправо (при отрицательном ) или влево (при положительном ). Соответственно открывается один из каналов, по которым под давлением движется рабочая жидкость, поступающая в полость ГЦ. Расход рабочей жидкости вычисляется с помощью блока «Расход рабочей жидкости» (рисунок 7).

Рисунок 7- Структурная схема блока "Расход рабочей жидкости"

На вход блока поступает относительное перемещение золотника и давление Р1 и Р2 (из обратной связи). В зависимости от значения из выражения (21), (22) определяется суммарная проводимость рабочего окна и канала золотникового распределителя Gz. На основании давлений Р12, относительное перемещение золотника и проводимость Gz.в блоке «Расчёт Q1, Q2» (рисунок 8) вычисляются расходы рабочей жидкости Q1, Q2 по формулам (18), (19).

Полученные расходы Q1, Q2, а также объёмы бесштоковой и штоковой полостей ГЦ W1 и W2 в свою очередь позволяют рассчитать давления Р1 и Р2, определяющие силу Fгц, действующую на шток ГЦ. А сила Fсум - есть разница силы Fгц и силы деформации Fдеф.

Рисунок 8 - Структурная схема блока "Расчёт Q1, Q2".

В подсистеме «Перемещение штока и УО» формируются скорость перемещения штока S_dot, перемещение штока S, сила деформации Fдеф и перемещение короснимателя delta_r. Структурная схема этой подсистемы представлена на рисунке 9.

В этой подсистеме реализуются уравнения (1) - (10) математической модели ПК. На вход подсистемы поступают силы и . С помощью блока «Скорость перемещения штока» (рисунок 10) рассчитывается по формуле (9) скорость перемещения штока, при этом учитывается, что на механических упорах .

Для получения характеристик модели гидропривода механизма резания роторного окорочного станка в качестве задающего воздействия использовался командный ток, изменяющийся во времени скачками от 40 мА до минус 40мА.

На рисунке 11 показаны командный ток управления, скорость выдвижения штока гидроцилиндра и угловая скорость вращения короснимателя вокруг оси закрепления. Графики в левой колонке - результат моделирования без внешней нагрузки.

Как видно из графиков, скорость выдвижения штока (участок времени 0 - 0,1 с) составляет 300м/с, угловая скорость короснимателя 573 град/с. Аналогично, скорость втягивания штока (участок времени 0,1 - 0,5 с) составляет 40м/с, угловая скорость короснимателя 102 град/с. В момент достижения штоком упора, его скорость принимает нулевое значение.

Рисунок 10- Структурная схема блока "Скорость перемещения штока".

Графики в правой колонке демонстрируют результат моделирования с учётом нагрузки на коросниматель 2000 Н.

Из приведённых результатов моделирования следует, что скорость выдвижения штока ГЦ значительно больше, чем скорость втягивания. Такой эффект обусловлен конструктивной особенность моделируемого гидропривода. Причиной этого является неравномерность нагрузки на гидропривод при его движении в противоположные стороны. Так при опускании короснимателя, действие производится только за счёт усилия прижима гидропривода с учётом отрицательного вклада центробежной силы, действующей на управляемый элемент.

При поднятии короснимателя к усилию гидропривода с положительным знаком добавляются центробежная сила и динамическая нагрузка от действия обрабатываемой поверхности. Таким образом, для улучшения динамических характеристик усилие гидроцилиндра при втягивании снижено за счёт уменьшения эффективной площади сечения штоковой области ГЦ. роторный станок гидропривод математический

Разработанная математическая модель гидропривода механизма резания роторного окорочного станка является составной часть модели системы управления режущими инструментами станка, в которую помимо рассмотренной системы входят модель САУ и модель процесса возмущений от воздействия обрабатываемой поверхности лесоматериала.

Реализация предложенной в [1] математической модели в среде моделирования динамических процессов MatLab позволяет учесть важнейшие особенности механизма, его физические параметры и использовать при проектировании системы управления рабочими органами роторного окорочного станка.

Использование при проектировании пакета MatLab обеспечивает наиболее рациональный подход к разработке, позволяет объединять составные части модели, производить её детальный анализ и отработку параметров конструкции.

Библиографический список

1. Берстенёв А.В., Побединский В.В., Санников С.П. Система автоматического управления рабочими органами роторного окорочного станка. - Сборник докладов второй научно-техн. конф. молодых специалистов. - Екатеринбург: УГЛТУ, 19 апреля 2006 г.

2. Лаборатория динамических систем. Отчёт о доработке модели рулевого привода. - Федеральное космическое агентство ГУП НПО «Автоматика» им. Академика Н.А.Семихатова 2006 г.

3. Дорф Р.К., Бишоп Р. Х. Современные системы управления. - М.: «Лаборатория Базовых Знаний», 2004г.- 832с.

4. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MatLab. - Санкт-Петербург: «Питер», 2005г. - 512с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Проектирование гидропривода токарного лобового станка с ЧПУ: разработка принципиальной схемы, построение циклограммы работы устройства, подбор необходимой аппаратуры. Формулы определения потерь давления в напорной линии и КПД на исследуемом участке.

    курсовая работа [213,3 K], добавлен 19.07.2011

  • Описание гидравлической схемы и расчетный проект гидропривода многоцелевого сверлильно-фрезерно-расточного станка с ЧПУ. Выбор элементов гидропривода: рабочая жидкость и давление. Подбор гидромотора, трубопроводов и гидроаппаратуры. КПД гидропривода.

    курсовая работа [254,4 K], добавлен 08.02.2011

  • Разработка принципиальной гидравлической схемы. Проектирование гидропривода фрезерного станка. Выбор гидроаппаратуры и трубопроводов. Построение циклограммы работы гидропривода. Условия эксплуатации и требования к техническому обслуживанию гидроприводов.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 26.10.2011

  • Определение технических параметров токарного гидрокопировального станка модели 1722. Методы образования производящих линий при обработке на данном станке. Схема рабочей зоны станка. Расчет направляющих и режимов резания. Разработка смазочной системы.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 16.01.2015

  • Порядок работы и назначение долбежного станка. Структурный и силовой анализ механизма поперечно-долбежного станка. Методика определения передаточного отношения планетарной ступени и подбор чисел зубьев колес. Синтез и анализ кулачкового механизма станка.

    курсовая работа [196,8 K], добавлен 01.09.2010

  • Обоснование схемы базирования и закрепления заготовки. Расчет режимов резания, силовых параметров и нормирование. Конструктивная компоновка агрегатного станка. Проектирование специальных узлов станка. Система управления и вспомогательные механизмы.

    курсовая работа [105,8 K], добавлен 24.10.2014

  • Патентно-информационный поиск разрабатываемого устройства. Энергетический, гидравлический и тепловой расчет гидропривода подачи силовой головки агрегатного станка. Определение максимальной скорости перемещения штока. Устройство и принцип работы привода.

    курсовая работа [48,4 K], добавлен 19.01.2011

  • Применение гидропривода в современном станкостроении. Разработка и описание принципиальной гидросхемы, функциональные связи ее элементов. Статический и динамический расчет гидропривода с дроссельным регулированием. Выбор гидравлического оборудования.

    курсовая работа [208,9 K], добавлен 26.10.2011

  • Построение 3D модели в "КОМПАС 3D". Выбор режимов резания. Расчет максимальной требуемой мощности станка. Подбор модели станка и оснастки для станка. Генерирующие коды для станков с ЧПУ. Использование запрограммированных команд для управления станком.

    контрольная работа [2,3 M], добавлен 24.06.2015

  • Назначение и область применения горизонтально-фрезерного станка модели 6П80Г. Название основных узлов и органов управления станка, принцип его работы. Структурная и кинематическая схема станка, его наладка, эскиз фрезерования плоской поверхности.

    контрольная работа [5,3 M], добавлен 27.12.2012

  • Механизм резания фрезерно-обрезного станка Ц3Д-7Ф. Техническая характеристика станка Ц2Д-5АФ. Основные кинематические зависимости процесса попутного пиления и фрезерования. Мощность и силы резания при попутном пилении пилами. Передача винт-гайка качения.

    дипломная работа [1,3 M], добавлен 12.08.2017

  • Обзор отечественных и зарубежных продольно-фрезерных станков. Описание работы станка. Расчет режимов резания. Рассмотрение силового и мощностного расчета станка. Подготовка к первоначальному пуску. Определение настройки, наладки и режима работы.

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 12.08.2017

  • Кинематический расчет привода станка модели 16К20. Выбор и расчет предельных режимов резания, передачи винт-гайка качения. Силовой расчет привода станка, определение его расчетного КПД. Проверочный расчет подшипников, определение системы смазки.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 09.09.2010

  • Разработка черновых переходов при токарной обработке основных поверхностей. Описание и анализ конструкции станка 1П756ДФ3. Технологические характеристики и кинематическая схема станка. Настройка станка на выполнение операций, расчёт режимов резания.

    курсовая работа [4,9 M], добавлен 04.05.2012

  • Анализ механизма долбежного станка. Звенья закрепления и присоединения. Простые стационарные и подвижные механизмы. Подвижность кулисного механизма. Кинематический анализ рычажного механизма долбежного станка. Определение крайних положений механизма.

    курсовая работа [734,8 K], добавлен 02.01.2013

  • Системный анализ аналогов и выбор прототипа станка. Описание конструкции и системы управления оборудования. Определение класса точности. Расчет режимов резания, выбор электродвигателя. Ресурс точности, определение времени безотказной работы станка.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 21.01.2015

  • Разработка конструкции роторного гидравлического пресса. Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя и насосной установки. Разработка конструкции пресса. Проектирование технологического процесса изготовления плиты гидрошкафа. Маршрут обработки детали.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 27.10.2017

  • Технологические и конструктивные особенности станка, требования к электроприводу. Расчет мощности, выбор электродвигателя. Расчет инвертора, выпрямителя, фильтра. Синтез системы автоматического регулирования электропривода, описание замкнутой системы.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 18.12.2011

  • Техническая характеристика токарно-винторезного станка модели 1К620. Устройство и работа основных узлов станка. Определение основных кинематических параметров коробки скоростей. Определение мощности и передаваемых крутящих моментов на шпиндель станка.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 06.11.2014

  • Устройство, состав и работа фрезерного станка и его составных частей. Предельные расчетные диаметры фрез. Выбор режимов резания. Расчет скоростей резания. Ряд частот вращения шпинделя. Определение мощности электродвигателя. Кинематическая схема привода.

    курсовая работа [3,2 M], добавлен 20.01.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.