Создание системы многопоточных фна для пропорционального дозирования как целостного нового класса машин



жүктеу 403.93 Kb.
бет1/3
Дата07.02.2019
өлшемі403.93 Kb.
түріГлава
  1   2   3



ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ МНОГОПОТОЧНЫХ ФНА ДЛЯ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ДОЗИРОВАНИЯ КАК ЦЕЛОСТНОГО НОВОГО

КЛАССА МАШИН
4.1. Постановка задач, требования к Р-поточным синхродозировочным насосным агрегатам (СДА)

Для обеспечения программирования движения р-поточной гидросистемы, в которой объемы 1, 2, … , р, отсчитываемые от начала технологического цикла, определяют ее конфигурацию, СДА рационально компоновать как механизм с Р+1 перенастраиваемыми входами (задатчиками), где Р входов используется для задания соотношений между величинами средних расходов (перемещений) в Р-гидролиниях - 1Q1наиб, 2Q2наиб, … рQрнаиб (11наиб, 22наиб, … , ррнаиб), а (р + 1)-ый вход для задания величины суммарной подачи дозирующих секций СДА, т.е. по существу – скорости движения системы по траектории, определяемой Р обобщенными координатами



. (4.1.1)

До настоящей работы был известен только один тип СДА (выпускается фирмами: «Лева», «Бран-Люббе» (Германия), «Хаука» (Австрия) и др.), в котором изменение суммарной подачи осуществляется вариатором, приводящим общий синхронизирующий приводной вал насосных секций с МР длины хода поршней, а в прямодействующих СДА – варьированием частоты поступления на все приводы секций СДА пусковых синхронизирующих импульсов.

Применение вариаторов или регулируемых по частоте двигателей не позволяет осуществить глубокое регулирование скорости движения Р-поточной гидросистемы, существенно снижает быстродействие процесса управления и надежности СДА, удорожает СДА и гидросистемы в целом.



Эти недостатки делали принципиально невозможным применение этого типа СДА в качестве источника питания и средства управления гидропривода машин, когда необходимо в мертвых точках механизма или заданных точках траектории движения иметь нулевые скорости движения.

Область применения СДА может быть существенно расширена, если обеспечить высокое быстродействие процесса пропорционального управления Qо в полном диапазоне регулирования - 0  l  1.

В этой связи было необходимо выявить такие пути построения СДА, которые были бы пригодны для использования систем непрерывного и дискретного управления и лишены недостатков присущих известным техническим решениям СДА, см. работы автора [3, 7, 16, 19, 20, 23, 24, 27, 38]. Решение этой задачи было выполнено путем системного анализа СДА как базирующегося на объемных насосах гидравлического механизма с одной степенью свободы, конфигурация которого определяется р-степенями подвижности, а скорость движения по траектории движения (задаваемой значениями ) в фазовом пространстве р-обобщенных координат задается параметром e.


4.2. Разработка полной системы способов пропорционального гидромашинного дозирования р-потоков жидкости. Классификация СДА

4.2.1. В результате настройки СДА, т.е. задания величин e , 1, 2, … , р, на него накладываются дополнительные кинематические связи, позволяющие определить положения его выходных звеньев (1, 2, … , р) по перемещению общего входного звена от начала технологического цикла, что возможно только при жесткой синхронизации процесса дозирования всеми секциями СДА в его технологическом цикле.

Выполнение этого условия требует синхронизации секций: по частоте формирования ими доз жидкости (по числу доз поданных в Р-гидролиний за единицу времени или период технологического цикла агрегата Тц); по величинам объемов доз и – по каналу управления суммарной подачей.

При применении дозаторов объемного типа с практически жесткими напорно-расходными характеристиками синхронизация объемов доз (при воздействии на них только задатчиков 1, 2, … , р) сводится к регистрации (определению) наибольших значений эффективных объемов рабочих камер qjнаиб, например, при изготовлении и сборке СДА.

Когда на величину объемных постоянных секций воздействует задатчик «e» условие синхронизации по каналу управления Qj реализуется применением жесткой кинематической связи между ВРЭ секций и выставкой (настройкой) их в такое состояние, что при e 0 все qj0 (причем монотонно) и при e = 0 достигается условие - qj = 0.

В общем идеальном случае, синхронизация по каналу управления Qj должна обеспечить пропорциональное величине e уменьшение средней подачи каждой секции до нуля, т.е. Qj  0 при e  0 при любых заданных значениях j, поскольку в противном случае изменение e будет приводить и к изменению установленного соотношения между величинами подач секций.

Поскольку, Qj = qj ω, синхронизация по частоте формирования доз жидкости необходима даже в том случае, если задатчик e не воздействует на указанную частоту с целью изменения Qj, т.к. иначе необходимая точность поддержания заданного соотношения между подачами секций может быть не обеспечена, особенно при возникновении изменений в гидравлических нагрузках секций.

Приведенные выше условия синхронизации являются необходимыми и достаточными для обеспечения пропорционального дозирования жидкостей посредством СДА, т.е. должны быть обеспечены при его проектировании.

При цифровом управлении дозаторами, задается число Zj доз, которые должна формировать j-ая секция СДА за период технологического цикла Тц. В интервале между отдельными дозами могут быть и различия, поэтому для СДА с цифровым управлением секциями условие синхронизации по частоте сводится к поддержанию (обеспечению) заданных отношений между средними частотами формирования доз жидкости -

zi = Zj / Тц .

Таким образом, все СДА следует разделять по способу синхронизации частоты формирования доз жидкости и по способу синхронизации каналов задания суммарной производительности агрегата, см. таблицу на рис. 4-1.

Эти два признака во многом определяют конструктивный тип СДА.



4.2.2. Обычно существующие CДА конструктивно компонуется в одном блоке (на одной общей для всех секций раме). Однако, часто желательно или необходимо отдельные секции СДА устанавливать в различных местах технологической линии или гидрофицируемой машины, т.к. в этом случае сокращаются длины соединительных трубопроводов (например, с токсичной агрессивной, взрывоопасной и т.п. жидкостью), повышается точность движения ФДГМ. При такой разнесенной компоновке известная механическая синхронизация секций уже непригодна, что потребовало разработки СДА с гидравлической и (или) электрической синхронизацией по каналам передачи энергии и информации.

В результате по способу конструктивной компоновки СДА могут быть разделены на блочные, разнесенные или комбинированные. Рационально СДА выполнять на базе унифицированных узлов, обеспечивающих возможность получения различных компоновочных решений СДА.



4.2.3. Наиболее важными конструктивными признаками, показывающими возможность построения СДА, являются такие, которые определяют способы задания необходимой подачи секции СДА при выполнении (обеспечении) требуемого алгоритма пропорционального управления.

В указанном известном агрегате задатчик «e» воздействовал на величину  - общего вала, а задатчики j – определяли объемные постоянные секций. В результате -

Qj = (eнаиб)  (j  qj наиб), (4.2.1)

где наиб и qj наиб – наибольшие расчетные значения угловой скорости вала агрегата и объемной постоянной j-ой секции.

Анализ (4.2.1) показывает, что каждая j-ая секция по существу выполняет перемножение установок задатчиков e и j, пропорциональных величинам регулирующих воздействий, определяющих суммарную подачу агрегата РС (e) и соотношение подач РО (j), т.е. Qj ~ Пj, где Пj = POj  РС (величина РС – общая для всех секций с точностью до постоянного коэффициента).

Таким образом, рационально классифицировать СДА по способу реализации указанной операции перемножения регулирующих воздействий РОj и РС. Для этого рассмотрим формулу объемной производительности СДА за период технологического цикла, считая, что настройка СДА выполняется перед началом этого цикла, -



, (4.2.2)

где j = eТцjQj наиб – определяет перемещение j-го выходного звена ФДГМ за Тц.

В общем случае

(4.2.2, а)

.

Для выявления способов построения СДА нам достаточно рассмотреть уравнение производительности в виде (4.2.2). Для этого объемную производительность j-ой секции запишем, группируя члены выражения (4.2.2) следующими возможными способами:
j = [(ej) Тц] Qj наиб , (4.2.3.)

j = [(ej) Qj наиб] Тц , (4.2.4)

j = (eТц) (jQj наиб) , (4.2.5.)

j = (eQj наиб) (jТц) (4.2.6)

j = (eQj наибj) Тц (4.2.7)
Учитывая то, что Qj наиб = qj наибj наиб , где j наиб – наибольшая скорость вращения вала приводного НД или наибольшая приведенная частота повторения рабочих циклов (j наиб = 2zj наиб, где zj наиб – наибольшее число срабатываний привода в секунду) для прямодействующих НД, множитель (eQj наибj) в уравнении (4.2.7) может быть записан в следующих тождественных выражениях:

(eqj наиб)  (jj наиб) , а)

(eQj наибj)  (ej наиб)  (j qj наиб) , б)

(ej наибj) qj наиб , в)

(eqj наибj) j наиб . г)


Аналогично в (4.2.5) имеем

(j Qj наиб)  (jj наиб)  qj наиб  (j qj наиб)  j наиб ,

а в уравнении (4.2.6) -

(e Qj наиб)  (e j наиб)  qj наиб  (e qj наиб)  j наиб .

Запись производительности в форме (4.2.3) и (4.2.4) показывает, что необходимое управление СДА выполняется посредством результирующего воздействия, полученного предварительным перемножением уставок задатчиков e и j .

При таком алгоритме управления на дозирующую секцию регулирующее воздействие поступает по одному каналу в виде Пj = kj(ej) = POj  PC, что требует наличия у секции всего одного ВРЭj, изменяющего или состояние механизма регулирования средней подачей дозирующей секции агрегата для – (4.2.4) или эффективную долю процесса дозирования секцией агрегата в отрезке времени Тц для – (4.2.3).

Реализация пропорционального управления, соответствующего формам записи уравнений (4.2.5) – (4.2.7) возможна только при выполнении секций СДА с двумя ВРЭ, каждый их которых при изменении своего состояния должен иметь возможность изменять среднюю подачу секций от наибольшей до нулевой. При этом один из ВРЭ связывается с задатчиком «е», а другой – задатчиком «qj».

Количество входных каналов управления секцией СДА рационально принять в качестве признака деления множества СДА на два подмножества:

1. Однопараметрические СДА (с одним ВРЭ), реализующие управление согласно структуре уравнений объемной производительности (4.2.3) и (4.2.4);

2. Двухпараметрические СДА (с двумя ВРЭ), реализующие управление по алгоритмам, соответствующим структуре уравнений (4.2.5), (4.2.6), (4.2.7, а, б, в, г).

Как видно, канал управления может быть или совмещен с каналом подвода к секции СДА энергии, преобразуемой секцией в энергию тарированного потока жидкости, или - быть разгруженным в энергосиловом отношении.



При наличии двух ВРЭ в насосной секции можно использовать два различных механизма регулирования подачей, в соответствии с (4.2.5), (4.2.6), (4.2.7, а, б), или один механизм, выполненный по пропорциональной схеме в соответствии с (4.2.8, в, г), см. пример выполнения секций СДА на рис. 4.2, а, б.
4.3. Основы построения и создание системы однопараметрических СДА, разработка типовых технических решений

4.3.1. Для обеспечения требуемого алгоритма управления СДА однопараметрического типа на единственный ВРЭ должен подводиться сигнал управления равный произведению:

Пj = POj  PC = kj (l  j) .

Операция перемножения POj  PC может выполняться или вне секций СДА (Пj задается секциям посредством одноканального задатчика, изменяющего состояние ВРЭj), или функции перемножающего устройства можно возложить непосредственно на задатчики ВРЭj, которые в этом случае должны иметь два входных канала управления «е» и «» и один выходной канал (звено), непосредственно связанный с ВРЭj.

Следующая отсюда система возможных в принципе однопараметрических СДА и типовых структур СДА, выполняемых на базе приводных вальных насосов, представлена на рис. 4.3.



Однопараметрические СДА впервые разработаны автором (авт. свид. В3005, 217954, 26041, 262625, 273988, 303452, 514114, заявки 1898099/24-6, 1699507/24-6 ….) и запатентованы в США № 3659969, 3524387, Англии № 1280518, 1232271, Японии № 23803177, 700943, Франции № 2064735, Австрии № 314851, ФРГ № 195181.

4.3.2. В качестве насосных секций в однопараметрических СДА с одноканальным задатчиком могут применяться объемные регулируемые насосы классов: А-1, А-2, А-3, А-4, Б-1, Б-2, Б-3, Б-4 (см. глава 3) с жесткими напорно-расходными характеристиками.

Операция перемножения Пj при этом может выполняться:

1. Оператором, например, посредством пульта с задатчиками секций, рис. 4.4 (а.с. ; В3005);

2. Внешней АВМ, рис. 4.5, или вычислительными электрическими цепями (рис. 4.6 – а.с. № 303452);

3. Посредством синхронизированных с рабочим циклом секций СДА моделей, рис. 4.7 (з-ка № 1663062/25-8), рис. 4.8;

4. Внешними ЦВМ или формирующими импульсы управления пропорциональными механизмами – рис. 4.9 (з-ка № 2000488/25-8 и а.с. № 514114).



Важно, что в СДА, показанных на рис. 4.7 … 4.9 и а.с. 514114, дистанционное управление подачей осуществляется без применения промежуточных силовых исполнительных механизмов и следящих (замкнутых) систем управления, что позволяет секции СДА легко располагать в наиболее удобных местах технологических линии, и повысить точность пропорционального управления Р-поточной гидросистемы.

4.3.3. Однопараметрические СДА с двухканальными задатчиками в общем случае могут выполняться на базе регулируемых насосных секций классов: А-1, А-2, А-3, А-4, Б-1, Б-2, Б-3, Б-4.

При использовании приводных вальных насосов желательно использовать механизмы регулирования, обеспечивающие силовую разгрузку ВРЭ и диапазон регулирования подачи от max до 0 при возможно большей нечувствительности подачи к основным возмущающим воздействиям (см. гл. 6). В этом случае существенно упрощается конструктивная реализация двухканального задатчика исполнительного механизма и повышается точность настройки СДА.

Задатчики этого типа и соответствующие СДА впервые разработаны автором (а.с. 217954, 273988, 262625, заявка № 1898099/24-6 … ) и запатентованы в США, Австрии, Японии, Англии, Франции, ФРГ.

4.3.4. Принцип управления СДА посредством двухканальных задатчиков и возможности построения задатчиков, осуществляющих операцию перемножения уставок задатчика РС и РОj ясен из рассмотрения принципиальных схем на рис. 4.10 а, б.

Пусть ВРЭ 1, 2, 3 расположены относительно шарнира О поворотной планки ОА на различных расстояниях оа1, оа2, оа3 ,так как это показано на рис. 4.10,а, а отрезки a1b, а2c, a3d этих ВРЭ пропорциональны величинам подачи насосных секций. В положении планки ОАО (перпендикулярном ВРЭ) подачи Q1, Q2, Q3 равны нулю, поскольку a1b = 0, a2c = 0, a3d = 0.

Для данной настройки Q1 / Q2 = a1b / a2c; Q1 / Q3 = a1b / a3d ,

а Q = k1(a1b) + k2(a2c) + k3(a3d), где k1, k2, k3 – масштабные коэффициенты. Если теперь изменить угол наклона планки с  на ’ планка займет положение ОA'. При этом отношение подач секций остануться прежними, т.к.



,

а суммарная подача агрегата изменится и будет равна

Q’ = k1 (a1b’) + k2 (a2c’) + k3 (cd’).

Таким образом, описанная схема задатчика позволяет реализовать алгоритм управления СДА, если входы задатчиков соотношения РО1, РО2, РО3 связать с устройствами, позволяющими без изменения угла наклона планки (планок) перезадавать расстояния oa1, oa2, oa3, а входы задатчиков РС связать с устройством изменения угла наклона планки ОА (планок ОА1, ОА2, ОА3) без нарушения установленных входами задатчиков РОj расстояний оаj. Если при РОj = 0, oaj = 0, а также при POj  0 будет oaj = 0, когда РС = 0, то рассмотренный задатчик осуществляет операцию перемножения POj и РС, т.к. величина oaj = (oaj наиб PC) POj или Qj=(kj oajнаиб e)j, где oajнаиб – наибольшее возможное для данной конструкции значение отрезка oaj, соответствующее наибольшей подаче j-ой секции при задании e = 1.

Так как согласно ассоциативному закону для умножения

Qj = (kj aj наиб e) j = (kj aj наиб) e , (4.3.1)

то возможен и обратный порядок выполнения настройки СДА посредством рассмотренного механизма перемножения уставок задатчиков.

Этот выявленный новый способ настройки (управления) СДА, см. подробнее а.с. №761743, предполагает, что суммарную подачу СДА регулируют синхронным смещением осей поворота планок, а отношение подач задают изменением угла наклонов планок.

Пусть оси 0 шарниров поворотных планок оА1, оА2, оА3 находятся на одинаковом расстоянии от осей перемещения всех ВРЭ секции (см. рис. 4.10, б), тогда на чертеже отрезок оА одинаков для всех секций и изменяется общим задатчиком суммарной подачи РС. Входы задатчиков РО1, 2, 3 позволяют устанавливать необходимые углы 1, 2, 3 поворотных планок и тем самым определять максимально возможные величины подач секций Q1max = k1(ab)max, Q2max = k2(ac)max, Q3max = k3(ad)max , имеющие место при РС = РСmax, т.е. при е = 1, чему соответствует максимальное значение расстояния оа, принятое в конкретной реализации СДА.

Понятно, что установка углов 1, 2, 3 определяет и отношение подач секций , которое не изменяется при регулировании задатчиком РС расстоянии оа. Действительно из подобия треугольников aob и a’ob’, aoc и a’oc’, aod и a’od’ и равенства сторон oa и oa’, соответственно для треугольников aob, aoc, aod, и a’ob’, a’oc’, a’od’, следует, что Q1 / Q2 ~ ab / ac = a’b’ / a’c’ и Q1 / Q3 ~ ab / ad = a’b’ / a’d’.

Таким образом, рассмотренный способ управления СДА обеспечивает задание необходимого соотношения одновременно дозируемых жидкостей и изменение суммарной подачи агрегата Qj = k1(ab) + k2(ac) + k3(ad) при сохранении заданных соотношений Q1 / Q2 и Q1 / Q3. Из (4.3.1) также следует, что при необходимости двухканальные задатчики секций одного СДА могут быть для изменения Qj связаны друг с другом и комбинированным образом, например, вход РС в одной секции будет изменять угол наклона поворотной планки, а в другой – расстояние оа.

Важно во всех случаях компоновок СДА иметь подачу секций пропорциональной величины перемещений ВРЭj – ab, ac, … и обеспечивать, введением в механизм задатчика дополнительных промежуточных звеньев (для гашения или компенсации ошибок изготовления), выставку всех секций на нулевую подачу при a1b0, acc0, … и oa1, oa20, … для схемы компоновки СДА по первому способу управления, показанному на рис. 4.10,а и - при ab0, ac0, … ao0 - для схем компоновки СДА по второму способу управления, соответствующему схеме настройки и синхронизации задатчиков секций на рис. 4.10,б.

Конкретные технические решения разработанных СДА с двухканальными задатчиками подачи представлены на рис. 4.11 – 4.27.

СДА с двухканальными задатчиками впервые внедрены на Саратовском заводе нефтяного оборудования и выпускаются серийно.
4.4. Основы построения и создания системы двухпараметрических СДА, разработка типовых технических решений

4.4.1. Насосные секции двухпараметрических СДА снабжены двумя независимыми ВРЭ, связанными или с одним типом механизма регулирования подачи, выполненным по дифференциальной схеме (см. рис. 4.2) или с двумя механизмами регулирования, относящимися к различным классам (см. гл. 3).

Разработанное поле типовых насосных секций и варианты компоновок двухпараметрических СДА представлены на рис. 4.28, 4.29, 4.30.

Для управления СДА этого типа достаточно применять одноканальные задатчики, на независимые р-входов которых подаются сигналы РО1, РО2, … , РОр, а на (р + 1) вход, одновременно воздействующий на все секции, - сигнал РС. При этом операция умножения сигналов выполняется непосредственно насосной секцией (см. пример СДА на рис. 4.2.).

Например, в агрегате, выполненном по наиболее распространенной схеме (см. рис. 4.30, сх. 1,б), сигнал РС воздействует на вариатор оборотов, а сигналы РО1 и РО2 на механизмы изменения литража насосных секций. В результате подача секции

Q1 = [q11(PO1)]  [maxe(PC)] = kek(PO1  PC)q1max

пропорциональна сигналу П1 = РО1  РС. Здесь ke и k - масштабные коэффициенты.

Если сигналы РС и РОj воздействуют на один механизм регулирования с двумя ВРЭ (см. рис. 4.2), то ВРЭj, на которые поступает общий сигнал РС, должны быть сблокированы (синхронизированы) в положениях, соответствующих нулю подачи всех секций при значениях (1, 2, … , р)= 0, т.е.- на режиме е = 0.

Для компоновки двухпараметрического СДА пригодны комбинации насосных секций с механизмами регулирования, одного или двух различных классов (см. табл. На рис. 4.28), например, по типу А-1 / А-1 (рис. 4.29,а), А-1 / А-2 или А-2 / А-1 (рис. 4.29,б), А-3 / А-1 или А-1 / А-3 (рис. 4.29, в), А-4 / А-1 (рис. 4.29,г), Б-4 / А-2 и т.д. Здесь в числителе указан класс механизмов регулирования используемый для индивидуальной настройки – РО, а в знаменателе – класс механизмов, используемый для изменения суммарной производительности агрегата – РС.

Насосные секции характеризуемые структурными формулами типа Б-1 / Б-4, Б-3, Б-2, т.е. содержащие механизмы регулирования относящиеся только к группе классов Б для компоновки в агрегат требуют специальных систем их синхронизации и не реализуются, как правило, с применением технически простых средств.

Поскольку, как показано, в СДА могут компоноваться различные типы насосных секций, обеспечивающие пропорциональность подачи произведению уставок РС на РО, структурная формула СДА может принимать и более сложный вид, например,



,

для четырехпоточного агрегата, где механизмы, указанные в знаменателе, синхронизированы общим задатчиком РС.

Технически наиболее просто синхронизировать задатчиком РС однотипные механизмы регулирования, поэтому компоновки СДА типов или и т.д. более предпочтительны для практической реализации (здесь m + n + k = p – общее число секций в СДА).


Каталог: library -> docs
docs -> Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Внутренняя баллистика ствольных систем огнестрельного метания»
docs -> Методична розробка
docs -> Техника. Технические науки
docs -> Методичні вказівки до практичних занять І самостійної роботи з курсу «українська мова у професійному спілкуванні»
docs -> Практикум з курсу «технологія конструкційних матеріалів І матеріалознавство» Частина 2 «матеріалознавство» для студентів факультету Тесет
docs -> Клиническая гастроэнтерология


Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет