Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Структурный синтез аппаратной реализации алгоритмов работы цикловых систем. Учебное пособие
.pdf
S
1
yxyz
2
R
S
;
III
21
R
542
yyxxz
;
yyyxz
IVIIIII
S
;
IIII
R
yxyyxz
553
.
IIVIII
,
yxyyz
IIVII
42
,
yxyyxz
IIIIII
553
По полученным уравнениям можно построить структурные и прин-
ципиальные схемы пневматической СУ.
Пример 7.4.
Спроектировать схему пневматической системы автоматического
управления тремя ИУ – пневмоцилиндрами приводов транспортно-загрузочного устройства для подачи деталей с транспортного конвейера на
позицию обработки станка (условия работы из примера 6.4).
Составить структурные уравнения, описывающие структуру аппаратной реализации системы управления ИУ транспортно-загрузочного
устройства. Пневмоцилиндры приводятся в действие от двухпозиционных
пневмораспределителей с двухсторонним
управлением (рис. 6.8).
Работа СУ представлена в виде графа ситуаций (рис. 6.9). Каждой
ситуации поставлена в соответствие вершина графа, а над дугами, показывающими направление перехода, записаны необходимые условия работы.
Проводим операцию стягивания вершин графа ситуаций путем объединения в макроситуации следующих друг за другом ситуаций, которые
не содержат сигналов включения и
отключения одного и того же ИУ.
После удаления всех дуг между вершинами одной макроситуации
и объединения этих вершин в одну получили граф, вершины которого интерпретируются как макроситуации (рис. 6.10). Каждой вершине графа макроситуаций поставим в соответствие по ЭП, т.е. в данном случае четыре ЭП.
В качестве ЭП выберем RS-триггеры
. На основе уравнений (7.1-7.7) с ис-
пользованием графа макроситуаций составим уравнения включения ЭП:
S
SII = р(
S
S
= x
I
= р (
IV
III
+ х
6
= x
Z
·
z
·
y
Ц
S
)· yI ; RII = y
y
; R
II
)·x3 ·
y
Z
3
1
·
4
S
1
; RI = yII;
IV
= yIV;
III
; RIV = yI .
III
III
;
С использованием графа ситуаций составим уравнения выходных
функций СУ. При использовании двухпозиционных распределителей
с двухсторонним управлением:
S
yxz
21
R
;
I
S
13
yxz
21
;
yxz
II
S
;
III
2
R
;
13
yyz
yxz
IV
R
;
IIII
2
yxz
.
IVВ
5
yyz
;
IVII
Анализ этих уравнений показывает, что реализованная по ним схема
СУ обладает повышенной надежностью – защитой за пределами макроситуации против ложных срабатываний конечных выключателей.
81
Однако эта надёжность достигается ценой некоторой избыточности
аппаратов в схеме. Избыточность может быть устранена за счет исключения из схемы некоторых элементов «И», связывающих входные сигналы
с сигналами от элементов памяти. Это допустимо для входных сигналов,
действующих только в пределах одной макроситуации. При этом следует
иметь в виду, что в несложных
СУ эти сигналы могут быть определены
при просмотре графа.
Для устранения избыточности по графу автоматического режима работы СУ (рис. 6.9) строим новый граф (обозначим его буквой
k) таким об-
разом, что каждая из его вершин соответствует конъюнкции сигналов возбуждения. Из каждой вершины исходят дуги в те вершины, конъюнкции
сигналов возбуждения которых полностью содержатся во входном наборе
исходной вершины. Если граф, описывающий работу системы управления,
содержит несколько контуров, то
k-граф целесообразно строить для каж-
дого контура отдельно.
На рис. 7.6 показан k-граф для рассматриваемой системы управления.
Рис. 7.6. K-граф автоматического цикла
Далее на
полученные для макроситуаций объединения. Затем на
k-графе пунктирной линией обводим относительно входов
k-графе находим
вершины, в которые не входят дуги, исходящие из вершин других макроситуаций (на рис. 7.6 отмечены звездочкой). Если такие вершины имеются,
то для переходов, в которых действуют соответствующие этим вершинам
82
конъюнкции сигналов возбуждения, уравнения (7.1, 7.4, 7.6) принимают
вид уравнений (7.8, 7.9, 7.10).
S
= x
+ х3 ·
I
6
S
= x
·
III
S
21
y
4
;
yxz
I
II
S
; RI = y
zЦ
; R
= yIV; SIV = р (
III
R
yxz
III
21
;
yxz
II
13
; SII = р(
II
S
;
2
R
;
13
yxz
IV
S
Z
)·
y
; RII = y
I
1
S
Z
)·x
; RIV = yI.
3
1
yyz
В
R
;
IIII
2
xz
.
5
III
;
yyz
;
IVII
В полученной системе минимизированных уравнений, описывающих
функции СУ, подчеркнуты уравнения, претерпевшие изменения в результате проведенной операции, которая в рассматриваемом примере позволила сэкономить три элемента «И».
7.3. Порядок выполнения работы
1. По заданной последовательности работы исполнительных
устройств (практическая работа №6) составить граф ситуаций автоматического режима.
2. Составить граф макроситуаций автоматического режима.
3. Записать условия (логические уравнения) выполнения выходных
функций и функций ЭОС по составленным графам.
4. Провести минимизацию функций СУ (в случае необходимости)
с помощью
k-графа и записать структурные уравнения их выполнения
в автоматическом режиме.
5. Дополнить полученные уравнения для выполнения режима наладки системы.
6. Построить по полученным уравнениям структурную схему системы управления ИУ для аппаратной реализации ее алгоритма работы.
7. Построить принципиальную схему аппаратной реализации системы управления на заданных элементах гидропневмоавтоматики.
8. Собрать полученную
схему на лабораторном стенде.
9. Проверить работу собранной системы по заданному циклу в автоматическом режиме и в режиме наладки.
10. Составить отчет о работе.
83
р
Энергетический расчет двигателей
пневматических и гидравлических
двухпозиционных приводов
№8
абота
тимизации и выбора параметров пневматических и гидравлических двигателей двухпозиционных приводов в процес-
Практическая
8.1. Управление движением гидро- и пневмоприводов
Большая группа объемных приводов различных машин и технологического оборудования имеет в процессе работы только два фиксированных
положения (позиции). Такие приводы называются двухпозиционными,
а системы их управления – цикловыми. В качестве двигателей в таких системах обычно используют наиболее простые по конструкции гидро- или
пневмодвигатели возвратно-поступательного или возвратно-поворотного
движения.
позиции в другую выполняется наиболее простым релейным способом посредством гидро- или пневмораспределителей. Наиболее простые циклы,
выполняемые такими приводами, показаны на рис. 8.1.
Управление перемещением выходного звена привода из одной
се проектирования гидропневмосистем.
Цель работы: изучить методику энергетической оп-
Рис. 8.1. Примерные циклограммы двухпозиционных приводов: а – «прямой
ход – обратный ход – остановка», б – «прямой ход – выстой – обратный ход – останов-
ка», в – «быстрый подвод – рабочий ход – обратный ход – остановка», г – «периодиче-
ское возвратно-поступательное (поворотное) движение, д – «прямой ход – выстой – об-
ратный ход – остановка» с выделенными зонами разгона и торможения; LП и tП – пол-
ный ход и время движения выходного звена; LР и tР – перемещение и время при раз-
гоне; L
84
и tТ – то же при торможении; tЦ – время отработки цикла
Т
Основная задача проектирования этих приводов – нахождение оптимальных режимов работы цикловой системы, обеспечивающих стабильность работы и требуемое быстродействие исполнительных устройств.
8.2. Энергетический расчет привода
и выбор объемного двигателя
Проектировочный расчет двухпозиционных приводов начинается
с уточнения условий работы привода. Можно выделить два наиболее типичных варианта работы двухпозиционных приводов: перемещение из
одной позиции в другую при постоянной или мало изменяющейся внешней нагрузке и движение со ступенчато изменяемыми скоростями
и нагрузками. Условия движения привода определяются заданной циклограммой (рис. 8.1).
Внешняя нагрузка на привод рассчитывается по
данным рабочего процесса машины. Сюда относятся силы (моменты
сил), сопротивления внешней среды, инерции и трения в исполнительном механизме. Одинаковое полное время
звена из одной позиции в другую на расстояние
t перемещения выходного
П
(рис. 8.1, д) может
L
П
быть достигнуто при одинаковой внешней нагрузке различным сочетанием параметров объемного привода, определяющим его габаритные
размеры, массу и стоимость. Поэтому решение задачи оптимизации основных параметров привода целесообразно начинать с выбора оптимального закона движения выходного звена.
Наиболее наглядно закон движения выходного звена из начального
положения в конечное показывает
скорости движения
v от времени t. При построении идеальных тахограмм
тахограмма, отражающая зависимость
принимают ускорение и замедление постоянными и одинаковыми по модулю, а скорость установившегося движения постоянной. При таких допущениях участки идеальных тахограмм представляют собой отрезки пря-
t
мых линий; время разгона
равно времени торможения t Т (рис. 8.2).
Р
Рис. 8.2. Идеальные тахограммы движения
выходного звена двухпозиционного привода
85
Из всего многообразия идеальных тахограмм можно выделить три
t
v
принципиально различных по виду: треугольную, прямоугольную и трапецеидальную (рис. 8.2). Геометрической общностью приведенных фигур
должно быть равенство их площадей. Этим отражается общее для всех законов движения выходного звена условие полного перемещения на расстояние
ливается геометрическим истолкованием интеграла функции )(
L за требуемое время Пt . Связь между этими величинами устанав-
П
.
t
П
П
. (8.1)
dtvL
0
Для трех основных видов тахограмм (рис. 8.2) имеем соответствую-
щие зависимости:
где
v – предельная скорость при трапецеидальной тахограмме.
П
;;2
max
, (8.2)
ttvLtvLtvL
РППППmiinППП
Уравнения (8.2) показывают, что скорость установившегося движе-
ния выходного звена привода находится в границах
tLvtL 2
. (8.3)
ППППП
Ускорение, принятое постоянным при разгоне выходного звена
привода, определяется уравнением:
2
)(
Ltvvtvw . (8.4)
ППППППП
Полная внешняя нагрузка на выходное звено при разгоне привода:
где
m – приведенная к выходному звену масса (момент инерции) рабоче-
В
го механизма и перемещаемого груза;
H
С
, (8.5)
HwmH
СПВВ
– приведенная к выходному зве-
ну результирующая внешних статических (потенциальных и диссипативных) сил или моментов сил.
Предельная мощность на выходном звене привода:
HvN
. (8.6)
ВПП
Определим зависимость предельной мощности от предельной скоро-
сти )(
vN при трапецеидальной тахограмме движения выходного
ПП
звена привода. Ее можно найти, если подставить в (8.6) выражения (8.5) и
(8.4).
2
HvLtvvmN )]([
. (8.7)
СПППРПВП
Для анализа уравнения (8.7) удобно ввести относительные величины
скорости
и мощности )(
комплекс величин, входящих в него, как
vvv
max
П
П
Н
HvNN , а также обозначить
max CП
. Величина
– показатель
Н
вида нагрузки, который представляет собой отношение максимальной
кинетической энергии движущихся масс к полной работе статических
86
внешних сил и показывает, какая из нагрузок преобладает – статическая
N
v
v
N
или динамическая.
2
max
LHvm 2
. (8.8)
ПCВН
Из выражения (8.7) зависимость относительной предельной мощно-
N от относительной предельной скорости Пv выходного звена при-
сти
П
вода:
3
П
Н
vvvN )5,0(
. (8.9)
ППП
Область существования функции
значениях
ограничена диапазоном
Н
)(
vN при различных
ПП
v
0,15,0
П
(рис. 8.3).
Рис. 8.3. Зависимость относительной предельной мощности
звене объемного двигателя от относительной предельной скорости
при различных значениях показателя
нагрузки
Н
на выходном
П
движения
П
Как видно, при двухпозиционном движении привода, имеется явно
выраженный экстремум (минимум), что подтверждает целесообразность
оптимизации величины
свой минимум величины
. При каждом значении показателя
П
. С возрастанием величины
П
, т.е. при пре-
Н
имеется
Н
87
обладании динамической нагрузки, экстремум становится более глубоким.
v
v
v
v
v
Следует отметить, что снижение предельной мощности на выходном звене
при прочих равных условиях позволяет уменьшить габаритные размеры,
массу и стоимость двухпозиционного привода.
)(
Аналитическое условие минимального значения
vN можно
ПП
найти, взяв производную по
Nd
П
vd
П
Н
v
П
Решение полученного уравнения относительно величины
от выражения (8.9) и приравняв ее нулю:
П
32
vvv
5,03
ППП
;1
2
5,0
2
vv
Н
ПП
v
П
5,12
2
5,0
.01
гро-
П
моздко, поэтому целесообразно применить график, связывающий величины
тимальной относительной предельной скорости
и
Н
. График )(
П
v
П
(рис. 8.4), отражающий зависимость оп-
П
от показателя
П
рас-
Н
считан и построен по относительно простой зависимости:
Рис. 8.4. Зависимость оптимальной по мощности привода относительной
Н
22
. (8.10)
vvv 25,15,0
ППП
предельной скорости
движения выходного звена от показателя нагрузки
П
Н
Полученная графическая зависимость охватывает большой диапазон
величин
Н
, поэтому на оси абсцисс использована логарифми-
10001,0
ческая шкала. Анализ этой зависимости позволяет сделать вывод о том,
что оптимальные значения относительной предельной скорости лежат
в пределах
v . Соответственно для абсолютной величины пре-
П
75,05,0
дельной скорости имеем зону оптимальных значений:
tLvtL 5,1
.
ППППП
Исходными данными для энергетического расчета гидро- или пнев-
мопривода служат полный путь
время
перемещения, приведенная масса (момент инерции)
t
П
денная статическая сила (момент сил)
находится значение
max
П
;
vvv
П
max ПП
v по графику на рис. 4, далее рассчитываются:
П
2
L перемещения выходного звена, полное
П
и приве-
m
В
H . По формулам определяются:
С
;2
tLv ;)2(
);(
Ltvvw
ППППП
2
max
LHvm
СCВН
;
HwmH
СПВВ
(8.11)
.
HvN
ВПП
88
Второй типичный вариант условий работы двухпозиционного при-
вода (БП-РП-БО-Стоп) отражен упрощенной циклограммой на рис. 1
циклограмме можно выделить четыре периода:
1) быстрое движение вперед (
к обрабатываемой детали на расстояние
нагрузке
H
;
В
2) медленное движение вперед (
струмента при обработке детали на расстояние
внешней нагрузке
H ;
М
3) быстрое движение назад (
на расстояние
за время
LL
МП
t
БП), например, подвод инструмента
L за время Пt при внешней
П
РП), например, рабочая подача ин-
L со скоростью Мv при
М
БО), например, отвод инструмента назад
при внешней нагрузке
Н
H
;
В
4) выстой выходного звена привода и исполнительного устройства
в исходном положении (
Полное время цикла: .
Стоп) в течение времени
t .
В
ttttt
ВНМПЦ
в. На
Время
ного движения вперед (
чениям пути и скорости рабочей подачи:
t цикла и время
Ц
РП) выходного звена находится по заданным зна-
t выстоя обычно задаются. Время медлен-
В
. Если принять одина-
vLt
МММ
ковым максимальный расход жидкости в первом и третьем периодах работы гидропривода, то
.)(
LLLtt
ППМДПН
Время быстрого хода вперед и быстрого хода назад:
ttt
t
П
МВЦ
;
.
)(1
LLL
ППМД
ttttt
(8.12)
ПМВЦН
Предельная скорость выходного звена гидропривода при быстром
движении вперед:
Нагрузка
H и предельная мощность ПN на выходном звене гидро-
В
привода определяются по уравнениям (11). Нагрузка
tLv 25,1
. (8.13)
ППП
H на гидропривод
М
во втором периоде рассчитывается по формулам, определяющим силу резания при обработке детали инструментом. При этом эффективная мощность на выходном звене
HvN
. Упрощенные скоростная и нагру-
МММ
зочная диаграммы гидропривода при ходе вперед показаны на рис. 8.5.
В итоге энергетического расчета исполнительной части привода выбирается типоразмер объемного двигателя, который должен обеспечивать
предельную скорость
симальную внешнюю нагрузку
v движения выходного звена и преодолевать мак-
П
H
или
В
. Расчетная формула для опре-
H
М
деления главного параметра объемного двигателя – его удельного рабочего
объема
– выводится совместным решением уравнения силы (или мо-
q
Д
мента сил) на выходном звене объемного гидродвигателя:
89
ppqH
)(
(8.14)
ДМСДДДД
и уравнения его гидравлического КПД аппаратов и соединительных линий:
при
где
p – номинальное давление рабочей среды; АТр – атмосферное
НОМ
(8.15)
ppp
; 1
АТННОМ
и
Н
pHq
рp
.
АТВ
ДМГАНОМДД
)()(
pppp
ВННСДДГА
,)(
(8.16)
давление.
Рис. 8.5. Диаграммы привода при ходе вперед: а – скоростная; б – нагрузочная
Движущая сила
(8.16) приравнивается максимальной внешней нагрузке
минальное давление
H (момент сил) объемного двигателя в уравнении
Д
H или МH . Но-
В
принимается соответственно принятому в от-
p
НОМ
расли машиностроения, где предполагается использовать проектируемый
привод. В общем для объемных приводов используют следующие значения номинальных давлений
, МПа: 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6;
p
НОМ
2,5; 4,0; 6,3; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 32,0; 40,0; 50,0;63,0; 80,0; 100,0;
125,0; 160,0; 200,0; 250,0.
Наиболее употребительны такие диапазоны номинальных давлений:
– в пневмоприводах промышленного применения и технологическо-
го оборудования
– в гидроприводах технологического оборудования
p = 0,63-1 МПа;
НОМ
p = 6,3-12,5
НОМ
МПа;
– в гидроприводах сельскохозяйственных машин
= 6,3-16,0
p
НОМ
МПа;
– в гидроприводах летательных аппаратов
p = 10,0-25,0 МПа;
НОМ
– в гидроприводах дорожных, строительных и коммунальных машин
p = 16,0-32,0 МПа;
НОМ
– в гидроприводах горных машин 16,0-50,0 МПа;
– и в гидрофицированных приводах прессов
p = 32,0-50,0 МПа.
НОМ
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]