Узунов, Олександр ВасильовичЛі Цян2024-12-042024-12-042024Лі Цян. Електрогідравлічний позиційний привід дискретної дії з програмним керуванням : дис. … д-ра філософії : 131 – Прикладна механіка / Лі Цян. – Київ, 2024. – 193 с.https://ela.kpi.ua/handle/123456789/70977Лі 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.193 с.ukМехатронні системиелектрогідравлічний лінійний привідклапандискретна діядросельне керуваннядозуванняструктурасистема програмного керуванняалгоритм керуваннярозрахунокматематична модельпозиціонуванняперехідні процесидинамічні характеристикизакон рухуMechatronic systemselectrohydraulic linear actuatorvalvediscrete actionthrottle controldosingstructureprogram control systemcontrol algorithmcalculationmathematical modelpositioningtransient processesdynamic characteristicsmotion lawThesis Doctoral621.9.62-92