Разработка самонастраивающегося гидравлического демпфера

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 660474, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Разработка самонастраивающегося гидравлического демпфера

Нгуен Мань Дык

Аннотация

Предлагаются результаты исследований гидравлического демпфирующего устройства, обладающего свойством самонастройки при изменениях масс и скоростей движения исполнительных механизмов. Описывается конструктивная схема демпфирующего устройства, приводятся его математическая модель и результаты численного моделирования его работы.

Ил. 4. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: колебания; демпфирование; гидравлический демпфер; самонастройка; торможение.

Annotatіon

THE CREATION OF THE SELF-ADJUSTING HYDRAULIC DAMPER.

Nguen M.D.

National Research Irkutsk State Technical University,

83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

In the article there are presented the results of the research of the hydraulic damping device, with a property of self-adjustment during the changing of masses and momentums of actuators. In the article there is also considered the constructive scheme of the damping device and there are presented its mathematical model and results of the computational modeling of its work.

4 figure, 3 sources.

Key words: oscillations, dampening, hydraulic damper, self-adjustment, braking.

Актуальной проблемой создания мехатронных систем является обеспечение высокого быстродействия и точности исполнительных механизмов. В настоящее время она решается путем создания демпфирующих устройств, обеспечивающих снижение скоростей движения перед позиционированием. Недостатком существующих устройств является необходимость ручной настройки при изменениях нагрузок и скоростей движения. Эффективным средством решения этой проблемы является использование гидравлического демпфера с переменным сопротивлением [1]. Однако данная конструкция демпфера обеспечивает торможение лишь в одном направлении. В работе даны результаты исследований демпфирующих устройств, обладающих свойствами самонастройки и обеспечивающих торможение в двух направлениях.

Конструктивная схема предлагаемого демпфирующего устройства изображена на рис. 1. гидравлический демпфер самонастройка торможение

Гидравлическое демпфирующее устройство содержит корпус 1, заполненный рабочей жидкостью; штоки 2 и 3, связанные с поршнем 4, разделяющим корпус 1 на две полости - А и Б. В теле штоков и поршня выполнена осевая полость 5, в которой установлен плунжер 6 со средним 7 большего диаметра и крайними 8 и 9 меньшего диаметра поясками, расположенными соответственно в средней и крайних ступенях полости, подпружиненный с двух торцов пружинами 10 и 11.Левая полость В поршня сообщается с полостью А посредством щелевого отверстия 12, выполненного в теле штока 2, и отделяется от полости Б дроссельными шайбами 14, установленными в осевой канал 15, а правая полость Г поршня сообщается с полостью Б посредством щелевого отверстия 13, выполненного в теле штока 3, и отделяется от полости А дроссельными шайбами 16, установленными в осевом канале 17.

Демпфирующее устройство работает следующим образом (см. рис.1). При наезде подвижного элемента (не показан) с некоторой минимальной скоростью, на которую настроены дроссельные шайбы 14, на шток 2 - последний смещается вправо. При этом давление в полости Б повышается и рабочая жидкость перетекает через осевой канал 15, дроссельные шайбы, полость В и радиальные щелевые отверстия 12 в полость А. В результате дросселирования потока жидкости в дроссельных шайбах скорость подвижного элемента уменьшается и он плавно тормозится до тех пор, пока поршень 4 не коснется ограничительных упоров корпуса 1.При движении подвижного элемента в противоположную сторону со скоростью, на которую настроены дроссельные шайбы 16, шток 3 перемещается влево и жидкость начинает перетекать из полости А через осевой канал 17, дроссельные шайбы 16, полость Г и радиальные щелевые отверстия 13 в полость Б. В результате дросселирования потока жидкости в дроссельных шайбах 16 скорость подвижного элемента уменьшается и он плавно тормозится до тех пор, пока поршень не коснется ограничительных упоров корпуса.

Рис. 1 Гидравлическое демпфирующее устройство двухстороннего действия

При увеличении скорости подвижного элемента и его движении, например, в правую сторону (см. рис.1), давление в полостях Б и В повышается и плунжер, преодолевая усилие пружины 10, перемещается вправо и начинает перекрывать пояском 8 отверстия 12, уменьшая площадь поперечного сечения последних. При этом расход перетекающей жидкости уменьшается, а, следовательно, уменьшается и скорость штока 2 до заданного значения, при котором обеспечивается безударное торможение. При движении подвижного элемента с повышенной скоростью в противоположную сторону повышается давление в полостях А и Г и плунжер, преодолевая усилие пружины 11, перемещается влево, перекрывая пояском 9 отверстия 13, уменьшая площадь поперечного сечения последних. При этом расход перетекающей жидкости уменьшается, а, следовательно, уменьшается и скорость штока 3 до заданного значения, при котором обеспечивается безударное торможение.

Составим дифференциальные уравнения движения исполнительного механизма при торможении за счет предложенного демпфера. Расчетная схема исполнительного механизма с демпфером представлена на рис. 2. Исполнительный механизм полагаем одномассовой системой, а его соприкосновение со штоком демпфера безударным. Отсчет координаты исполнительного механизма будем вести от положения, соответствующего моменту соприкосновения со штоком демпфера.

Уравнение движения на участке демпфирования имеет вид

(1)

где - координата поршня демпфера;

- приведенная масса исполнительного механизма;

- перепад давления между полостями демпфера;

- площадь поршня демпфера;

- коэффициент трения поршня о стенку демпфера.

Уравнение движения плунжера демпфера имеет следующий вид

(2)

здесь - координата плунжера демпфера;

- масса плунжера;

, - рабочие площади поясков плунжерных поясков во внутреннюю стенку корпуса;

- коэффициент жесткости пружины плунжера.

Уравнение неразрывности потока жидкости, перетекающей из одной полости демпфера в другую, приближенно можно записать в виде

(3)

где - скорость течения жидкости через проходное сечение;

- площадь проходного сечения, зависящая от координаты плунжера демпфера.

Рис. 2 Расчетная схема гидравлического демпфирующего устройства двухстороннего действия

Скорость течения жидкости через щель переменного сечения связана с перепадом давления следующей зависимостью

(4)

где - коэффициент гидравлического сопротивления переменного проходного сечения; - плотность жидкости.

Для исследования эффективности использования гидравлического демпфирующего устройства проведено численное моделирование уравнений (1)-(4). Параметры определялись по методике, приведенной в работе [2].

С помощью пакета прикладных программ MATLAB [3] былo проведено интегрирование уравнений (1)-(4). В качестве иллюстрации, на рис. 3 и 4 приведены графики зависимости тормозного пути от времени при различных массах грузов и различных скоростях движения исполнительного механизма. На рис. 3 показаны графики зависимости тормозного пути от времени при различных массах грузов, на котором кривые 1 и 2 соответствуют массам = 6 и 8 кг при применении предлагаемого демпфирующего устройства, а кривые 3 и 4 соответствуют массам = 6 и 8 кг при использовании демпфера с постоянным сопротивлением. На рис. 4 показаны графики зависимости тормозного пути от времени при различных скоростях движения исполнительного механизма. На рис. 4 кривые 1 и 2 соответствуют начальным скоростям исполнительного механизма 0.5 и 1.0 мc-1 при применении предлагаемого демпфирующего устройства, а кривые 3 соответствуют начальным скоростям 0.5 и 1.0 мc-1 при использовании демпфера с постоянным сопротивлением или при фиксированном значении координаты плунжера демпфера, в качестве иллюстрации = 0.

Рис. 3 График зависимости тормозного пути от времени при разных массах

Рис. 4 График зависимости тормозного пути от времени при разных начальных скоростях штока демпфера

Как видно из этих графиков, гидравлический демпфер с переменным сопротивлением позволяет получить более стабильный тормозной путь при изменениях масс и скоростей движения исполнительного механизма, чем демпфер с постоянным проходным сечением. В результате этого исключаются колебания исполнительного механизма при ударе об ограничительный упор, и повышается точность позиционирования.

Таким образом, применение предлагаемого демпфера, например, в конструкциях промышленных роботов, позволяет исключить ручную настройку режимов торможения при изменении масс перемещаемых деталей и скоростей движения и тем самым повысить коэффициент эффективности использования оборудования. Кроме того, при этом исключаются субъективные ошибки, а следовательно, повышается и надежность работы оборудования.

Библиографический список

1. А. с. №815349 РФ, М.Кл.3 F 16 F 9/22. Демпфирующее устройство / С.В. Елисеес, Н.К. Кузнецов, В.Б. Дудаков, В.П. Буляткин, К.П. Крючков, Л.И. Рослый (РФ); заявитель и патентообладатель Ирк. политехн. ин - т. №2783759/25-28; заявл.20.06.79. 3 с.

2. Кузнецов Н. К., Буляткин В. П. Разработка и исследование гидравлического демпфера с переменным сопротивлением // Управляемые механические системы. Иркутск: Изд-во ИПИ, 1981. С. 118-125.

3. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB: учеб. курс. СПБ.: Питер; Китев: ИГ ВНV, 2005. 512 с.

Размещено на Allbest.ru