Основи створення пристроїв п'єзоактивної механіки для систем керування двигунами внутрішнього згоряння

Приклад визначення коефіцієнтів динамічної в'язкості по механічній характеристиці, показаний на рис. 12, г та рис. 13. Крапки А і А^/, отримані при дії керуючої напруги 15 В (див. рис. 12, г) на реологічній кривій будуть відповідати крапки А₁ (див. рис. 13, а) і А^/₁ (див. рис. 13, б), для яких =0,75/2,2=0,34 Пас і =0,75/1,2=0,9 Пас.

За отриманими результатами можна зробити висновок, що характер реологічних кривих для тиксотропних рідин істотно відрізняється від методу виміру і, відповідно, призначення використання: плунжерні пари, або підшипники ковзання ДВЗ.

Після проведення експериментів вимірювальний зонд був підданий розбиранню, виявлені ушкодження поверхні рухомого циліндра у виді подряпин. Час відновлення працездатності склав 1 годину.

Оскільки дані пристрої розвивають частоту обертання таку ж як і вузли масляної системи, то запропоновані конструкції реометрів і віскозиметрів можна використовувати в системах керування масляною системою будь-якого двигуна внутрішнього згоряння.

Дослідження реометра на співвісному циліндрі з нереверсивним ПЕД і пасивним ротором показали, що датчик має чутливість у діапазоні від 10 стокс до 155 стокс, що зафіксовано актом перевірки іспитів у ЗАТ "Харчопромавтоматика".

Методологія проектування цих пристроїв дозволила створити ще цілий комплекс пристроїв п'єзоактивної механіки, результати якого відбиті в шостому розділі.

Для рішення поставленої задачі розроблені конструкції пристроїв для систем керування.

На базі біполярних сенсорних генераторів створений п'єзоелектричний сенсорний комутатор, що призначений для використання в пультах автоматичного керування виробничими процесами й в ЕОМ, використовуваних в умовах, при яких звичайні комутатори не функціонують, а також на вибухонебезпечних виробництвах.

До основних достоїнств п'єзоелектричного сенсорного комутатора каналів варто віднести: відсутність механічних частин, що переміщаються, і відсутність брязкотіння контактів; зниження утоми в порівнянні зі звичайними сенсорними перемикачами на основі сенсорних резонансних перетворювачів і на основі антенного ефекту; стійкість до вібрацій і впливу агресивних середовищ, таких як плавикова кислота, пил.

До основних недоліків можна віднести неможливість створення комутатора матричного типу і відсутність можливості використання комбінації перемикачів.

Тому була розроблена конструкція п'єзоелектричної кнопки (рис. 14), що складається з біполярного п'єзоелектричного сенсорного генератора (БПСГ), рідкокристалічної панелі з напівпрозорими електродами, випромінювача і приймача світла, двох волоконних оптичних світловодів, контролера клавіатури і дисплея, а також джерела опорної напруги.

Висока точність передачі сигналу від БПСГ до РК панелі обумовлена тим, що опір навантаження п'єзоелементу носить чисто ємнісний характер, а питомий опір РК складає 10⁶…10¹⁰Омсм.

Перешкодозахищеність пропонованого сенсорного пристрою від наведень електромагнітних полів вище відомих пристроїв за рахунок відсутності електричного кабелю, що з'єднує п'єзоелемент із входом пристрою обробки інформації. У зв'язку з тим, що діапазон резонансних частот п'єзокераміки складає 10 - 500 кГц, вплив вібрацій від суднових механізмів не буде позначатися на стійкій роботі всього пристрою введення.

Рідкокристалічна панель розміщена в безпосередній близькості до п'єзоелементу. Довжина електричних з'єднань електродів мінімальна, що дозволяє звести до мінімуму вплив зовнішніх електромагнітних полів. Вплив електромагнітних полів на випромінювач і приймач світла несуттєвий.

Недоліком описаного пристрою є погрішність, зв'язана з залежністю оптичних властивостей рідкокристалічного шару і властивостей п'єзокераміки від температури навколишнього середовища. Діапазон температур, що рекомендується для роботи, складає +10+30 С. У випадку зниження температури до нуля буде збільшуватися інерція рідкокристалічної панелі. Такі обмеження дозволяють використовувати запропонований пристрій у приміщеннях з мікрокліматом.

Довговічність такої конструкції визначається довговічністю п'єзокераміки, що складає 10 - 12 років, і рідкокристалічної панелі (10 - 15 років).

На основі п'єзоелектричних трансформаторів (ПЕТ) були розроблені два датчики: датчик вологості для суднових систем кондиціонування житлових і вантажних приміщень і п'єзооптичний акселерометр для контролю вібрацій.

Датчик вологості складається з вхідної і вихідної секції, з'єднаних між собою за допомогою грузло-пружного зв'язку у виді повітряного зазору. У найпростішому варіанті датчик складається з чотирьох елементів: первинної і вторинної секцій ПЕТ (п'єзоелектричний випромінювач і п'єзоелектричний приймач) у формі диска чи будь-якої іншої форми; досліджуваного грузло-пружного середовища (повітряного зазору) і несучої конструкції зі звуконепроникного матеріалу (тримачів кристалів).

Досліджуване середовище являє собою визначений об'єм повітря, що розташований між первинною і вторинною секціями ПЕТ. Випромінювач і приймач, виготовлені з однієї і тієї ж п'єзокераміки, мають однакові розміри й одну частоту резонансу. Однак, кріплення випромінювачів і приймачів утруднено, тому що підключення до зовнішнього електрода здійснюється за допомогою об'ємного монтажу. Недолік такої конструкції очевидний у силу можливості відшарування електродів у місцях пайки під дією суднових вібрацій. Тому були введені в конструкцію біполярні сенсорні генератори як випромінювач і приймач. Це забезпечило необхідну твердість конструкції і збільшило термін експлуатації.

В основу п'єзооптичного акселерометра покладений п'єзотрансформаторний режим з електричним зв'язком. Як датчик використовується трубчастий п'єзоелемент із чотирма електродами, до одного з яких прикріплена U - образна основа, а інший укладається на підставу. У U - образну основу жорстко вмонтовані випромінюючий і приймаючий світловод, а також п'єзоелектричний маніпулятор на основі трубчастого п'єзоелемента з чотирма зовнішніми електродами. Усередині маніпулятора розміщається світловод, що моделює і скручується під дією напруги, що надходить з датчика. Достоїнствами такої конструкції є, насамперед, відсутність спеціальних кабелів, захищених від брязкотіння, і відповідно, несприйнятливість до впливу електромагнітних полів.

Запропоновано акустичний датчик коливань тиску палива в паливному проводі високого тиску на основі трубчастого п'єзоелемента, з якого вирізаний сектор. Для зручності монтажу і підвищення надійності конструкції зовнішня поверхня п'єзоелемента розділена на два електроди в співвідношенні 5:1. Це дало можливість кріплення до меншого електрода загального виводу, а до більшого - інформаційного виводу, а також дозволило не вводити датчик усередину паливного проводу.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертації приведені теоретичне узагальнення і нові рішення науково-технічної проблеми розвитку основ створення первинних перетворювачів, що мають високі якісні й експлуатаційні показники, на базі елементів і пристроїв п'єзоактивної механіки в інтересах підвищення ефективності використання важких моторних палив і їхніх сумішей у ДВЗ за рахунок оцінки реологічних властивостей цих тиксотропних рідин.

Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи наступні.

Одним зі шляхів ефективного використання палива для ДВЗ є можливість безупинної оцінки реологічних властивостей тиксотропних рідин, якими є важкі моторні палива й олії. Рішення даної задачі може бути здійснене за допомогою первинних перетворювачів на пристроях п'єзоактивної механіки.

Концепція створення п'єзоелектричних пристроїв для паливних систем ДВЗ базується на двох основних феноменах:

подібність процесів у триботехнічних вузлах паливних систем із зазором 1-25 мкм і вимірювальних зондах віскозиметрів і реометрів;

використанні п'єзоелектричних елементів у приводах вимірювальних зондів для збільшення діапазону вимірів і забезпечення плавного регулювання швидкості рухомого циліндра вимірювального зонда;

Удосконалювання структури віскозиметрів на співвісних циліндрах, у яких камера приводу і вимірювальна камера розділені повітряним зазором з метою забезпечення робочої температури п'єзокераміки не вище +50 С при зміні температури підігрітого рідкого важкого палива в діапазоні +70+130 С, дозволяє постійно вимірювати коефіцієнти динамічної в'язкості тиксотропних рідин у трубопроводі низького тиску.

Запропоновано структури реометрів, призначені для комплексної оцінки реологічних властивостей тиксотропних рідин, у яких камера приводу і вимірювальна камера розділені повітряною подушкою з метою вирішення протиріччя між робочою температурою п'єзокераміки (+50 С) і температурою підігрітого важкого палива (+70+130 С).

Математичні моделі віскозиметрів із приводом на маніпуляторах, виконаних на: п'єзошайбі, біморфі і складальних стовпах, а також і реометрів із приводом на п'єзоелектричних двигунах: лінійному і нереверсивному з пасивним ротором, дозволяють реалізувати електронне моделювання пристроїв для ефективного їхнього проектування.

Запропоновано метод проектування п'єзоелектричних реометрів на співвісних циліндрах, що дозволяє врахувати особливості конструктивного виконання триботехнічних вузлів ДВЗ для вимірювального зонда.

Розроблено структури:

а) сенсорного комутатора, що володіє високими стійкістю до перешкод, надійністю і дозволяє використовувати комбінації клавіш;

б) п'єзооптичної кнопки, що дозволяє створити матричну клавіатуру з оптичним виходом з метою збільшення перешкодозахищеності від наведень електромагнітних полів, які присутні у машинному відділенні;

в) п'єзооптичного акселерометра.

Запропоновано спосіб одержання інформації про коливання тиску в трубопроводі високого тиску шляхом установки датчика коливання на трубопровід без порушення його герметичності.

Фізико-технічні параметри розроблених реометрів і віскозиметрів з п'єзоелектричним приводом, що дозволяють здійснювати безупинну оцінку реологічних характеристик палива і підвищити ефективність його використання, забезпечують діапазони напруги зрушення однорідного шару =0,110⁴ мПа і градієнта швидкості =110³ с^-1 без застосування додаткових насадок і редукторів, а також мають високу чутливість у порівнянні з існуючими.

Висока ефективність виконаних розробок підтверджена результатами іспитів віскозиметра на співвісних циліндрах у ЗАТ "Харчопромавтоматика", у системі підготовки палива заводського парового котла ОСРЗ "Україна". Реометр на співвісних циліндрах випробуваний у теплотехнічній лабораторії НПЦ "Енергетика", про що маються відповідні акти.

Запропоновані конструкції п'єзоелектричних віскозиметрів і п'єзооптичного акселерометра захищені патентами України.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

Никольский В.В Оценка реологических свойств тиксотропных жидкостей реометрами с пьезоприводом // Автоматизация судовых технических средств: науч. - техн. сб. - Одесса: ОНМА, 2005. - Вып. 10. - С. 61 - 64.

Никольский В.В. Анализ применения пьезоэлектрических вискозиметров // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: наук. - техн. журнал - 2003. - №2 - Хмельницький - С. 64 - 66.

Никольский В.В. Моделирование процессов в вискозиметрах с пьезоэлектрическим приводом // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы: науч. - техн. журнал - Херсон: ХГТУ. - 2004. - №2 (14) - С. 60 - 67.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Моделирование процессов в вискозиметре с пьезоэлектрическим приводом // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы: науч. - техн. журнал - Херсон: ХГТУ, 2003. - №1(11) - С. 95-100.

Никольский В.В. Сандлер А.К. Моделирование свойств тиксотропных жидкостей в среде ELECTRONICS WORKBENCH // Вестник СевНТУ Автоматизация процессов и управление: науч. - техн. сб. - Севастополь: СевНТУ, 2004. - Вып. 57. - С. 159 - 162.

Никольский В.В., Ханмамедов С.А. Ротационные вискозиметры // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: наук. - техн. журнал - Хмельницький, 2003. - №1 - С. 38-41.

Кромм Е.Б., Никольский В.В., Цубенко А.С. Пьезоэлектрический вискозиметр // Аграрний вісник Причорномор'я. Технічні науки: зб. наук. праць. - Одеса: ОДАУ, 2004. - Вип. 24. - С. 125 - 128.

Никольский В.В., Ханмамедов С.А., Ядрова М.В. Пьезоэлектрический привод вискозиметра // Автоматизация судовых технических средств: науч. - техн. сб. - Одесса: ОНМА, 2003. - Вып. 8. - С. 64 - 71.

Плавинский Е.Б., Никитенко И.В., Никольский В.В., Поповский А.Ю., Крохмаль Д.Ю., Глазева О.В. Измерения вязкости жидких сред пьезоэлектрическим вискозиметром // Судовые энергетические установки: науч. - техн. сб. - Одесса: ОГМА, 2001. - Вып. 6. - С. 61 - 62.

Плавинский Е.Б., Никольский В.В., Цубенко А.С. Пьезоэлектрический вискозиметр // Судовые энергетические установки: науч. - техн. сб. - Одесса: ОНМА, 2003. - Вып. 8. - С. 130 - 132.

Никольский В.В. Сандлер А.К. Пьезооптические устройства как средство повышения достоверности диагностической информации // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы: науч. - техн. журнал - Херсон: ХГТУ. - 2003. - №2 (12) - С. 49 - 53.

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в системе кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы: науч. - техн. журнал - Херсон: ХГТУ. - 2003. - №2 (12) - С. 135 - 137.

Сандлер А.К., Никольский В.В. Разработка пьезооптического акселерометра для диагностирования энергоустановок // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: збірник наук. праць. - Кіровоград: КДТУ, 2004. - Вип. 14. - С. 329-338.

Сандлер А.К., Никольский В.В. Оптимизация процесса модуляции в волоконно-оптических акселерометрах // Автоматизация судовых технических средств: науч. - техн. сб. - Одесса: ОНМА, 2004. - Вып. 9. - С. 73 - 81.

Сандлер А.К., Никольский В.В. Использование волоконно-оптических устройств для предотвращения техногенных катастроф на судах // Автоматизация судовых технических средств: науч. - техн. сб. - Одесса: ОНМА, 2004. - Вып. 9. - С. 82 - 90.

Никольский В.В., Плавинский Е.Б., Потёмкин А.Э. Перспективы применения и развития твердотельных пьезокерамических гироскопов // Автоматизация судовых технических средств: науч. - техн. сб. - Одесса: ОГМА, 2002. - Вып. 7. - С. 107 - 108.

Никольский В.В. Ультразвуковой биполярный пьезоэлектрический излучатель // Автоматизация судовых технических средств: науч. - техн. сб. - Одесса: ОГМА, 2001. - Вып. 6.- С. 79 - 80.

Никольский В.В. Пьезоэлектрическая кнопка с оптическим выходом // Автоматизация судовых технических средств: науч. - техн. сб. - Одесса: ОГМА, 2000. - Вып. 5. - С. 54 - 56.

Джагупов Р.Г., Борисюк А.М., Никольский В.В. Ультразвуковой пьезотрансформаторный датчик влажности // Автоматизация судовых технических средств: науч. - техн. сб. - Одесса: ОГМА, 1999. - Вып. 4. - С. 58 - 64.

Никольский В.В. Телефонные номеронабиратели // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. - Дніпропетровськ , 1998. - №6(73). - С. 48-49.

Никольский В.В., Джагупов Р.Г. К вопросу о повышении эффективности электромеханических кнопок // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. - Дніпропетровськ, 1998. - №90(157). - С. 40-42.

Никольский В.В. Сенсорный переключатель каналов. // Придніпровський науковий вісник. Технічні науки. - Дніпропетровськ, 1998. - №123(190). - С. 96 - 99.

Джагупов Р.Г., Никольский В.В. Пьезоэлектрические коммутаторы // Информатика и связь: Збірник наукових праць. - Київ: Техніка. - 1997. - С. 126-128.

Джагупов Р.Г., Глазева О.В., Никольский В.В. Современные элементы и устройства пьезоактивной электромеханики // Придніпровський науковий вісник. Фіз.-мат. науки - Дніпропетровськ, 1998. - №6(73). - С. 31-48.

Никольский В.В. Пьезоэлектрические вискозиметры // Материалы 10-й международной конференции по автоматическому управлению. - Севастополь: СевГТУ, 2003. - С. 82.

Никольский В.В. Ротационные вискозиметры // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: збірник матеріалів конференції. - Хмельницький: ПП Ковальський, 2003. - Вип. №10. - С. 10 - 11.

Джагупов Р.Г., Никольский В.В. Биполярные пьезоэлектрические сенсорные генераторы // 4 - та Українська конференція з автоматичного керування (Автоматика -97). -Черкаси: ЧІТІ, 1997. - Т.4 - С. 81.

Никольский В.В. Датчики контроля размера // 4 - та Українська конференція з автоматичного керування (Автоматика -97). -Черкаси: ЧІТІ, 1997. - Т.4 - С. 107.

Никольский В.В. Датчики контроля размеров деталей // Перша міжнародна конференція ''Наука і освіта 98''. - Дніпропетровськ, 1998. - Т.9 - С. 378.

Плавинский Е.Б., Глазева О.В., Никольский В.В. Пьезоэлектронные преобразователи физико - химических величин // Міжнародна конференція з управління (Автоматика 2001). Одеса: ОНПУ, 2001. - Т.1. - С. 170 - 171.

Джагупов Р.Г., Никольский В.В. Биполярные пьезоэлементы // Матеріали першої міжнародної конференції "Наука і освіта 98". - Дніпропетровськ, 1998. - Т. 9. - С. 379.

Никольский В.В., Плавинский Е.Б., Ерофеев С.А. Области применения пьезокерамики в судовых автоматизированных системах управления // Матеріали 54 наук.-метод. конференції проф.-виклад. складу та курсантів. - Одеса: ОНМА, 2002. - С. 44.

Джагупов Р.Г., Никольский В.В. Биполярные пьезоэлементы // Матеріали Міжнародного науково-практичного симпозіуму "Проблеми суднобудування: стан, ідеї, рішення". - Миколаїв: УДМТУ, 1997. - С. 219 - 220.

Никольский В.В., Сандлер А.К., Антощук С.Г., Глазева О.В. Безразборная видеодиагностика // Інформаційно-керуючі системи і комплекси: Матеріали 1-ї Міжнародної науково-технічної конференції студентів, аспірантів, молодих вчених. - Миколаїв: НУК, 2004. - С. 43-45.

Никольский В.В., Сандлер А.К., Стеценко М.С. Пьезоэлектрические датчики перемещений // Материалы 11-й международной конференции по автоматическому управлению. - Киев: НУХТ, 2004. - Т.2. - С. 46.

Тодорцев Ю.К., Никольский В.В. Оценка вязкости топлива в судовых энергетических установка при использовании тахометрических расходомеров // Матеріалы Всеукраїнської наково-технічної конференції "Вимірювання витрати та кількості газу". - Ів.-Франковськ, 200. - С. 64.

Измерительные преобразователи: Учебное пособие / Р.Г. Джагупов, Е.Б. Плавинский, В.В. Никольский, А.М. Веретенник - Одесса: Астропринт, 2002. - 216 с.

Николенко А.А., Ядрова М.В., Никольский В.В. Пьезоэлектронная система управления лазерным лучом // Вісник Черкаського державного технологічного університету: збірник наук. праць. - Черкаси: ЧДТУ, 2005. - №3. - С. 193 - 195.

Нікольський В.В. Деклараційний патент України, МКІ 7 G01N11/10 Віскозиметр. - № 2003054350; Заявл. 15.05.2003; Опубл. 15.01.2004, Бюл. № 1.

Нікольський В.В. Деклараційний патент України, МКІ 7 G01N11/10 П'єзоелектричний віскозиметр. - № 2003109671; Заявл. 28.10.2003; Опубл. 15.09.2004, Бюл. № 9.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Деклараційний патент України, МКІ 7 G01N11/00 П'єзооптичний акселерометр. - № 20031211820; Заявл. 18.12.2003; Опубл. 15.11.2004, Бюл. № 11.

Нікольський В.В. Деклараційний патент України, МКІ 7 G01N11/10 Віскозиметр. - № 20031211819; Заявл. 18.12.2003; Опубл. 15.11.2004, Бюл. № 11.

Нікольський В.В. Деклараційний патенту на корисну модель України, МКІ 7 G01N11/10 Віскозиметр. - №u200500629; Заявл. 24.01.2005; Опубл. 15.07.2005, Бюл. № 7.

Никольский В.В. Основы создания устройств пьезоактивной механики для систем управления двигателями внутреннего сгорания. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. - Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2005.

Диссертация посвящена вопросам создания устройств пьезоактивной механики для систем управления двигателями внутреннего сгорания, которые позволяют повысить эффективность использования тяжелых моторных топлив и их смесей за счет оценки их реологических свойств.

Стремление к сокращению затрат на приобретение топлива транспортными компаниями и изготовителями ДВС приводит к использованию смеси наиболее дешевых высоковязких сортов углеводородных видов топлива и дистиллятных. А это приводит к поставке мазута потребителю в состоянии "как есть" и неопределенности каждой операции по смешиванию топлива и его подготовке. Поэтому необходимо постоянно осуществлять мониторинг не только коэффициентов вязкости, но и реологической характеристики топлива.

Некачественно приготовленная топливная смесь из-за отклонения вязкости топлива от оптимального значения приводит к неисправностям элементов топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы

В настоящее время осуществляется точечное измерение коэффициентов вязкости, что не дает представлений о свойствах и поведении тиксотропных жидкостей, которыми являются не только тяжелые моторные топлива, но и масла.

Получение характеристики топлива - реологических свойств топливной смеси в каждый момент времени, обуславливает необходимость использования новых первичных преобразователей для комплексной оценки состояния тиксотропных жидкостей перед началом работы и в процессе их сжигания.

Известно, что при определении требований к реометрам и вискозиметрам необходимо исходить из условия подобия процессов в измерительных зондах реометров и вискозиметров реальным процессам в триботехнических узлах с зазорами 125 мкм. На основании чего были сформулированы требования, предъявляемые к реометрам и вискозиметрам, учитывающие: величину зазора в триботехническом узле; линейную скорость подвижного элемента или частоту вращения, рабочий диапазон температур, диапазон напряжений сдвига однородного слоя.

Совершенствование используемых датчиков возможно при применении пьезоэлектрических устройств. Анализ, проведенный в соответствии с предложенной усовершенствованной классификационной схемой этих устройств, показал, что кроме пьезоэлектрических датчиков давления, уровня и гироскопов в судовых системах управления больше ни одно устройство не применяется. В то время как в автомобильной промышленности устройства пьезоактивной механики представлены широко. Поэтому выдвинута идея их использования для решения проблемы обеспечения систем управления топливными системами судовых ДВС новыми типами датчиков.

Проведенный анализ методов измерения вязкости позволил установить, что наибольшее распространение для определения реологических характеристик тиксотропных жидкостей в зазорах 10 мкм и узлов, совершающих линейные перемещения, необходимо использовать метод соосных цилиндров, а совершающих вращательные движения - ротационный метод.

Выдвинута гипотеза, что расширение диапазона измерений реометров при одновременном уменьшении шага изменения скорости подвижного цилиндра измерительной камеры возможно, если использовать пьезоэлектрический привод.

Предложенная классификация конструкций реометров и вискозиметров с пьезоприводом позволила установить, что у реометров на соосных цилиндрах отсутствует математическое описание, позволяющее проектировать их в соответствии с техническими условиями.

Для решения поставленной задачи были разработаны структурные схемы реометров и вискозиметров на соосных цилиндрах, состоящих из пьезоэлектрического привода и триботехнического узла. А также составлены математические модели вискозиметров с приводом на манипуляторах, выполненных на: пьезошайбе, биморфе и наборных столбах; и реометров с приводом на пьезоэлектрических двигателях: линейном и нереверсивном с пассивным ротором, которые позволяют реализовать электронное моделирование устройств для их проектирования. Составлена методика проектирования вискозиметров и реометров на соосных цилиндрах, в состав которых входят пьезопривод и триботехнический узел с зазором 1-25 мкм, а также методика построения реологических характеристик по механической характеристике пьезопривода и определения с помощью неё коэффициентов динамической вязкости топлива.

С целью расширения диапазона измерений были усовершенствованы существующие конструкции вибрационных вискозиметров на биморфе и цилиндре с радиальной поляризацией при двухкоординатном управлении.

Разработано семейство вискозиметров с приводом на биморфе и наборном столбе с усилителями перемещения подвижного цилиндра и пьезоэлектрическими генераторным, параметрическим и волноводным датчиками перемещения; семейство реометров с одним линейным двигателем и возвратной пружиной, двумя линейными пьезодвигателями для обеспечения возвратно-поступательного движения и роторным двигателем с кривошипным механизмом, реометр на соосных дисках.

Получены новые данные о результатах функционирования пьезоэлектрических устройств: вибрационных вискозиметров на биморфе и цилиндре, вискозиметров на соосных цилиндрах с приводом на манипуляторе из биморфа с пьезоэлектрическими генераторным и параметрическим датчиком перемещения; ротационного реометра и реометра на соосных цилиндрах с зазором в триботехническом узле 10 мкм на пьезоэлектрических двигателях.

Методология проектирования реометров позволила создать целый комплекс устройств пьезоактивной механики для систем управления: сенсорный коммутатор и пьезооптическую кнопку, пьезооптический акселерометр и датчик колебаний давления топлива в трубопроводе высокого давления, ультразвуковой датчик влажности для систем кондиционирования воздуха в жилых и грузовых помещениях.

Ключевые слова: вискозиметры и реометры на соосных цилиндрах, пьезоэлектрический привод, пьезоманипуляторы, пьезодвигатели, сенсорные коммутаторы, пьезооптический акселерометр, реологические характеристики, тиксотропные жидкости, ультразвуковой датчик влажности.

Nikolskiy V.V. The foundations of the creation of the structure of piezoactive mechanics for the systems of internal combustion engines control. Typescript.

Thesis for a technical sciences doctor's degree on the 05.13.05 speciality - elements and devices of computer engineering technique and control systems. - Odesa National Polytechnic University, Odessa, 2005.

This thesis is dedicated to the problems of the creation of piezoactive mechanics devices for the systems of internal combustion engines control, that facilitates the increase of the effective heavy motor fuels and their mixtures use owing to their rheological properties evaluation.

The kinematic schemes, mathematical models and the method of rheometers, viscosimeters on coaxial cylinders with the piezoelectric drive design has been worked out on the basis of the conception of piezoelectric devices creation, grounded upon two main principles: the similarity of processes in tribotechnical units of fuel systems with a 1ч25 micron backlash and measuring probes of viscosimeters and rheometers; the use of piezoelectric elements in the drives of measuring probes in order to increase the measuring range and to ensure the smooth control of measuring speed. The method of rheological properties and viscosity factors of mechanical linear properties of a piezodrive determination has been obtained. The whole complex of rheometers on coaxial cylinders with a piezoelectric drive and a number of devices for the control and management systems have been created on this basis.

Keywords: viscosimeters and rheometers on coaxial cylinders, piezoelectric drive, piezomanipulators, piezoengines, sensory commutators, piezooptical accelerator, rheological properties, thixotropic liquid, ultrasonic probe of humidity.

Нікольський В.В. Основи створення пристроїв п'єзоактивної механіки для систем керування двигунами внутрішнього згоряння. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - Елементи і пристрої обчислювальної техніки і систем керування. - Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2005.

Дисертація присвячена питанням створення пристроїв п'єзоактивної механіки для систем керування двигунами внутрішнього згоряння, що сприяють підвищенню ефективності використання важких моторних палив і їхніх сумішей за рахунок оцінки їх реологічних властивостей.

На основі концепції створення п'єзоелектричних пристроїв, що базується на двох основних принципах: подібності процесів у триботехнічних вузлах паливних систем із зазором 125 мкм і вимірювальних зондах віскозиметрів і реометрів; використанні п'єзоелектричних елементів у приводах вимірювальних зондів для збільшення діапазону вимірів і забезпечення плавного регулювання швидкості виміру, розроблені структурні схеми, математичні моделі і методика проектування реометрів і віскозиметрів на співвісних циліндрах з п'єзоелектричним приводом. Отримано методику визначення реологічних характеристик і коефіцієнтів динамічної в'язкості по механічних характеристиках п'єзоприводу, що мають лінійний вид. На основі чого був створений цілий комплекс реометрів на співвісних циліндрах з п'єзоелектричним приводом, а також ряд пристроїв для систем керування.

Ключові слова: віскозиметри і реометри на співвісних циліндрах, п'єзоелектричний привод, п'єзоманіпулятори, п'єзодвигуни, сенсорні комутатори, п'єзооптичний акселерометр, реологічні характеристики, тиксотропні рідини, ультразвуковий датчик вологості.

Размещено на Allbest.ru