CC BY
42
УДК 621.22
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СТЕНДА ГПС-01
В. А. Зябликов, С. П. Ереско
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: 13stalin3@mail.ru, eresko07@mail.ru
Приведен пример физического моделирования пневматической системы привода возвратно-поступательного движения с использованием стенда ГПС-01 для исследования различных параметров режимов его функционирования. Была разработана пневматическая система, позволяющая изучить работу пневматического цилиндра, динамику процесса пневматической системы.
Ключевые слова: пневматический привод, пневматическая система, исполнительный пневматический цилиндр, пневматический распределитель с ручным управлением, регулятор давления, манометр, компрессор, пневматическая линия, дроссель с обратным клапаном.
SIMULATION OF PNEUMATIC SYSTEMS WITH THE USE OF BOARD GPS-01
V. A. Zyablikov, S. P. Eresko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: 13stalin3@mail.ru, eresko07@mail.ru
An example of the physical simulation of the pneumatic drive system of the reciprocating motion is given with the use of the GPS-01 stand for the study of various parameters of its operation modes. A pneumatic system was developed that allows studying the operation of the pneumatic cylinder, the dynamics of the process of the pneumatic system.
Keywords: pneumatic drive, pneumatic system, executive pneumatic cylinder, pneumatic distributor with manual control, pressure regulator, manometer, compressor, pneumatic line, throttle with check valve.
Введение. Пневматическая система - это техническая система, состоящая из устройств, пребывающих в непосредственном контакте с рабочей средой (воздухом, газом) под давлением. Диапазон давлений пневматического устройства определяется минимальным и номинальным (максимальным) значениями. Под номинальным давлением пневматического устройства понимают наибольшее манометрическое давление, при котором оборудование должно работать в течение установленного срока службы с сохранением параметров в пределах этих норм. Пневматические устройства высокого давления общепромышленного назначения рассчитаны в основном на номинальное давление 0,63 и 1 МПа. Минимальное давление зависит от конструкции исполнительных пневматических устройств. В пневматических устройствах могут применяться эластичные уплотнения работающие при определенных перепадах давления или усилие прижатия к уплотняемой поверхности. Определенное минимальное давление требуется также для преодоления сил трения при перемещении распределительного элемента, преодоления усилия возвратных упругих элементов и т. п. Для пневматических устройств высокого давления минимальное давление составляет 0,05-0,35 МПа.
Преимущества пневматического оборудования особенно выражаются при механизации и автоматизации следующих наиболее массовых операций: зажима деталей, их фиксации, кантова-
нии, сборке, контроле линейных размеров, транспортировании, паковке и других. Исключается или сводится до минимума участие человека в тяжелых и монотонных работах.
К плюсам пневматического оборудования можно отнести относительную простоту конструкции и эксплуатационного обслуживания, низкую стоимость и быструю окупаемость затрат; надежность работы в широком диапазоне температуры, высокой влажности и запыленности окружающей среды; пожаро- и взрывобезопасность; большой срок службы; высокую скорость перемещения выходного звена пневматических исполнительных устройств; легкость получения и относительную простоту передачи энергоносителя (сжатого воздуха), возможность снабжения им большого количества потребителей от одного источника; отсутствие необходимости в защитных устройствах при перегрузке и др. [1]
Основная часть. Была использована установка «Гидравлические и пневматические системы и средства автоматики» ГПС-01 [2], включающая в себя ограниченный набор сменных гидравлических и пневматических аппаратов и устройств (магистрали, распределители ручного и автоматического действия, гидравлический мотор, пневматических цилиндр). Общий вид панели пневматической системы учебного стенда ГПС-01 представлен на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид панели пневматической системы учебного стенда ГПС-01
В состав базового учебной исследовательской установки дополнительно входят различные элементы пневматических систем, которые служат для выполнения лабораторных работ по изучению гидравлических и пневматических приводов систем, а так же программируемых логических контроллеров, демонстрационных возможностей, например, работы пневматического цилиндра [3].
Учебный стенд ГПС-01 позволяет моделировать различные пневматические системы. Для изучения приводов и систем установка оснащается набором сменных пневматических аппаратов и устройств и автономным пневматическим источником энергии - компрессором. Для изучения программируемых логических контроллеров установка оснащается комплектом средств автоматизированного управления, состоящим из контроллера и набора устройств электрического управления и путевых выключателей. В качестве объекта управления используются пневматические исполнительные механизмы и соответственно пневматические распределители с электронным управлением. Условия эксплуатации установки - в помещении при температурах от плюс 10 до 35 °С и относительной влажности воздуха до 80 % при 25 °С.
Была смоделирована и синтезирована пневматическая схема для испытаний пневмопривода возвратно-поступательного действия на основе «Учебно-демонстрационной установки» ГПС-01, позволяющая изучать особенности функционирования пневматических систем, моделировать их динамику. Разработанная схема представлена на рис. 2 и включает в себя: 1 - компрессор; 2 -регулятор давления; 3 - манометр; 4 - распределитель; 5 - пневматический цилиндр; 6 - дроссель с обратным клапаном.
Установка ГПС-01 моделирует работу пневматического цилиндра и пневматической системы в целом. В зависимости от подаваемого рабочего давления в пневматическую магистраль, пневматический цилиндр совершает возвратно-поступательное движение с различной скоростью, выдвигая шток на определенное расстояние от 0 до 200 мм.
5
/
О
Рис. 2. Принципиальная схема смоделированной пневматической системы привода возвратно-поступательного движения
Установка ГПС-01 на основе моделируемой пневматической системой (см. рис. 2) работает следующим образом: от компрессора подается воздух в пневматическую магистраль к регулятору давления. Регулятор давления позволяет изменять давление в пневматической системе. В зависимости от поданного давления меняется скорость возвратно-поступательного движения штока в пневматическом цилиндре. Когда распределитель в одном положении воздух поступает непосредственно в пневматический цилиндр, тем самым выдвигая шток на определенное расстояние. Когда распределитель в другом положении воздух проходит через дроссель с обратным клапаном и шток пневматического цилиндра возвращается в нулевое положение. Разработанная модель пневмосистемы позволяет производить отладку элементов и систем транспортно-технологических и специальных машин, основы проектирования которых приведены в работах [4-10].
Заключение. Разработанная физическая модель пневматической системы привода возвратно-поступательного движения, позволяет визуально изучить работу пневматической системы, конструкции и принцип действия примененных элементов и динамику рабочего процесса пневматической системы. Моделирование пневматических систем на стенде, позволяет проверять работоспособность вновь проектируемых габаритных пневмосистем без значительных затрат, а также позволяет выбирать режимы нагружения пневматических элементов, планировать экспериментальные исследования и получать физические зависимости масштабных параметров проектируемых пневматических систем, применительно к масштабным параметром элементов стенда ГПС-01.
Библиографические ссылки
1. Наземцев А. С. Гидравлические и пневматические системы. Ч. 1. Пневматические системы : учеб. пособие. М. : Форум, 2004. 240 с.
2. Паспорт учебно-демонстрационной установки Гидравлические пневматические системы и средства автоматики ГПС-01 / ДиСис. М., 2011. 20 с.
3. Сидоров С. В, Ереско С. П., Совершенствование гидропривода учебно-демонстрационной установки ГПС-01 // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф. (10-14 ноября 2015, г. Красноярск) : в 2 ч. Ч. 1 / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 346 с.
4. Механика современных специальных систем : монография. В 3 т. Т. 1. Отдельные современные технологии и системы / под ред. Н. В. Василенко, Н. И. Галибея. Красноярск : Печатные технологии, 2004. 574 с.
5. Механика современных специальных систем : монография. В 3 т. Т. 2. Оборудование, исполнительные системы, устройства, узлы / под ред. Н. В. Василенко, Н. И. Галибея. Красноярск : Печатные технологии, 2004. 688 с.
6. Механика современных специальных систем : монография. В 3 т. Т. 3. Проектирование, показатели качества, идеология конструирования, САПР / под ред. В. В. Василенко, Н. И. Галибея. Красноярск : Печатные технологии, 2004. 558 с.
7. Ереско С. П. Математическое моделирование, автоматизация проектирования и конструирование уплотнений подвижных соединений механических систем: монография. М. : Изд-во ИАП РАН, 2003. 156 с.
8. Математическое моделирование динамической нагруженности трансмиссионных систем с учетом диссипативных процессов / С. П. Ереско, Т. Т. Ереско, А. В. Стручков и др. // Строительные и дорожные машины. 2013. № 12. С. 32.
9. Разработка технологии испытаний контактных уплотнений гидропневмосистем / С. П. Ереско, А. В. Ереско, В. С. Ереско и др. // Решетневские чтения : материалы XVIII Между-нар. науч.-практ. конф. : в 2 ч. Ч. 1 / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. С. 273-274.
10. Ереско А. С., Ереско С. П. Оптимизация проектных параметров гидропривода строительных машин // Системы. Методы. Технологии : науч. период. журн. 2010. № 3 (7). Братск : Изд-во БрГУ. С. 57-63.
© Зябликов В. А., Ереско С. П., 2017
