Електрогідравлічний позиційний привід дискретної дії з програмним керуванням
Вантажиться...
Дата
2024
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Лі Цян. Електрогідравлічний позиційний привід дискретної дії з програмним керуванням. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024.
Останніми роками електрогідравлічні позиційні приводи, які широко застосовуються в будівельних, дорожніх та сільськогосподарських машинах, привертають до себе пильну увагу дослідників. Основною функціональною властивістю таких приводів є забезпечення переміщення робочого органу в потрібну позицію відповідно до заданої програми. На даний час відомі і поширені технічні рішення електрогідравлічних позиційних приводів мають ряд недоліків. Електрогідравлічні приводи позиціонування зі слідкуючими або пропорційними розподільниками є дорогими і вимагають високої стабільності роботи та чистоти робочої рідини. Електрогідравлічні позиційні приводи з цифровими клапанами не мають високої робочої витрати через обмеження робочої частоти золотника, що обмежує швидкість робочих органів, і не забезпечує потрібної керованості швидкістю позиціонування. Існують також інші технічні рішення електрогідравлічних позиційних приводів, які мають обмежене використання, наприклад, позиційні приводи з багатопозиційними клапанами або циліндром, приводи з дозатором, або з кількома внутрішніми або зовнішніми камерами, тощо. Хоча вони мають певні кращі властивості, їм також притаманні гірші властивості, якими є низька точність позиціонування, низька швидкість позиціонування, груба дискретність, повільний процес позиціонування, обмежений діапазон позиціонування і т.д. Тому актуальною є розроблення програмно керованого електрогідравлічного позиційного приводу дискретної дії низької вартості, який спроможний позиціонувати значні маси з програмованою дискретністю і високими робочими швидкостями. У дисертації розроблено електрогідравлічний позиційний привід дискретної дії з заданим комплектом властивостей та поглиблено досліджено його робочі процеси. Дисертація складається з п'яти розділів, основний зміст та результати кожного з яких наведено нижче. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету і задачі дослідження, наведено методи дослідження, сформульовано наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, а також представлено дані про апробацію роботи. У першому розділі виконано аналіз технічних рішень електрогідравлічних позиційних приводів та актуальні проблеми, що потребують вирішення, зазначено області застосування електрогідравлічних позиційних приводів, їх загальну будову та особливості; на основі аналізу відомих електрогідравлічних позиційних приводів виявлено основні типи їх технічних рішень, проаналізовано ефективність їх застосування, а також з’ясовано їх переваги та недоліки; на цьому підґрунті сформульовано мету та задачі дисертаційної роботи. У другому розділі сформовано підґрунтя для розроблення позиційного приводу з заданими експлуатаційними властивостями, встановлено основні властивості позиційних приводів, виявлено чотири основні методи позиціонування та властивості приводів, які вони обумовлюють; визначено фактори, що впливають на властивості приводів та виконано кількісну оцінку їх впливу з врахуванням методу позиціонування (при максимальній загальній оцінці в 30 балів вищим балам відповідають приводи на основі методів позиціонування М1-аналогове управління подачею рідини для досягнення заданої позиції та М2-дискретне управління часом подачі рідини для досягнення заданої позиції, які склали 20 та 24 бали відповідно); виявлено взаємозв'язок між будовою електрогідравлічних приводів позиціонування та їх властивостями; на основі глибшого розуміння вказаного взаємозв’язку визначено напрямок розробки структурної схеми електрогідравлічного позиційного приводу з заданим комплектом властивостей; розроблено математичну модель електрогідравлічного позиційного приводу, особливостями якої є модульна організація, врахування асиметрії схеми гідравлічного циліндру та нелінійної сили тертя за рівняннями ЛуГре; коректність розробленої математичної моделі підтверджено шляхом порівняння результатів модельних та фізичних експериментів. Точність розробленої математичної моделі оцінювалася з використанням середньоквадратичної похибки (RMSE) та відносної середньоквадратичної похибки (RRMSE). (для переміщення робочого органу RMSE = 0.694 мм і RRMSE не перевищує 1%, що відповідає рівню точності моделі "відмінно", для швидкості робочого органу RMSE = 0.069 м/с, RRMSE менше 17.5%, що відповідає рівню точності моделі "добре"). У третьому розділі виконано дослідження потенційних можливостей приводу при дискретному способі керування, обґрунтовано важливість процесів гальмування для дискретних позиційних приводів та надано методику їх досліджень; виконано модельне дослідження, яке показало, що час гальмування і максимальний тиск в порожнинах гідроциліндру в значній мірі визначаються швидкістю робочого органу та інерційним навантаженням; при нульовому часу відгуку золотника, встановлено кількісні залежності часу гальмування та величини максимального тиску в порожнинах гідроциліндру від швидкості робочого органу, яка змінювалась в діапазоні від 0.311 до 1.228 м/с та від інерційного навантаження в діапазоні від 17 до 57 кг; визначено важливий вплив на процес гальмування приводу часу відгуку золотника; встановлено, що збільшення часу відгуку золотника суттєво зменшує час гальмування і величину максимального тиску в порожнинах гідроциліндра, а також ступінь його коливань, при цьому, значне збільшення часу відгуку золотника призводить до збільшення часу гальмування; дослідження процесу гальмування для різних параметрів та умов експлуатації приводу дозволило визначити характер залежностей та кількісні співвідношення часу гальмування та максимального тиску в порожнинах гідроциліндру для наступних діапазонів змін: - початкової швидкості гальмування 0.311…1.228 м/c; - величини інерційного навантаження 17…57 кг; - часу відгуку золотника 0…0.05 с, співвідношень параметрів площ поршня (s1/s2) приводу 0.4, 0.5, 1.64, 2.0, 2.5; - тисків живлення 2.5…12.5 мПа. У четвертому розділі представлено етапи розроблення електрогідравлічного позиційного приводу дискретної дії з програмним керуванням, запропоновано та обґрунтовано схему електрогідравлічного позиційного приводу дискретної дії та інноваційно запропоновано нову схему програмованого регульованого дроселя; розроблено двоетапний алгоритм позиціонування для приводу дискретної дії; визначено характеристики приводу, що відображають продуктивність процесу позиціонування, до яких відносяться точність позиціонування (похибка позиціонування), час процесу позиціонування і допустима максимальна швидкість позиціонування; за допомогою модельних експериментів у середовищі Simulink підтверджено ефективність розробленого технічного рішення та запропонованого двоетапного алгоритму позиціонування, при цьому, збільшено точність позиціонування більш ніж в 11 разів, та швидкість руху робочого органу більш ніж в 1.9 рази, і скорочено час процесу позиціонування більш ніж в 1.3 рази. У п'ятому розділі наведено методику проектування та рекомендації до керування приводом дискретної дії, наведено вихідні дані та очікувані характеристики приводу з заданим комплексом властивостей; методику розрахунку параметрів основних компонентів, включаючи несиметричну схему гідроциліндру подвійної дії, трипозиційні чотириходові електромагнітні розподільники та програмно регульований дросель; наведено блок-схему алгоритму позиціонування, яка дозволяє глибше зрозуміти логіку роботи алгоритму позиціонування; надано рекомендації щодо вибору компонентів приводу, адаптації алгоритму позиціонування та вимог до технічного обслуговування приводу, що дозволить забезпечити максимальну продуктивність приводу в конкретних умовах експлуатації.
Опис
Ключові слова
Мехатронні системи, електрогідравлічний лінійний привід, клапан, дискретна дія, дросельне керування, дозування, структура, система програмного керування, алгоритм керування, розрахунок, математична модель, позиціонування, перехідні процеси, динамічні характеристики, закон руху, Mechatronic systems, electrohydraulic linear actuator, valve, discrete action, throttle control, dosing, structure, program control system, control algorithm, calculation, mathematical model, positioning, transient processes, dynamic characteristics, motion law
Бібліографічний опис
Лі Цян. Електрогідравлічний позиційний привід дискретної дії з програмним керуванням : дис. … д-ра філософії : 131 – Прикладна механіка / Лі Цян. – Київ, 2024. – 193 с.