CC BY
24
3. Миронова, Г.В. Организация полиграфического производства [Текст] / Г.В. Миронова.— М.: Изд-во МГУП, 2002.— 352 с.
4. Волкова, Л.А. Издательско-полиграфическая техника и технология [Текст] / Л.А. Волкова.— М.: Изд-во МГУП, 1999.— 143 с.
5. Проектирование полиграфического производства. Современные подходы к решению задач проектирования [Текст].— М.: Изд-во МГУП, 2008.— 372 с.
6. Романо, Ф. Современные технологии издатель-
ско-полиграфической отрасли [Текст ] / Ф. Романо.— М.: Принт-медиа центр, 2006.— 454 с.
7. Чистов, В.В. Чистов В.В., Волков А.Л. Теория принятия решений [Текст]: Учебное пособие / В.В. Чистов.— М.: Изд-во МГУП, 2002.— 396 с.
8. Ефимов, М.В. Теория автоматического управления [Текст] / М.В. Ефимов.— М.: Изд-во МГУП, 2006.— 420 с.
9. Дорф, Р. Современные системы управления [Текст] / Р. Дорф, Р. Бишоп.— М.: Изд-во МГУП, 2002.— 396 с.
УДК 621.8
П.И. Романов, С.В. Викторенкова
РАЗРАБОТКА СБАЛАНСИРОВАННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ ДЛЯ РЕМОНТА ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН
В ранее опубликованных работах [1, 2] доказано, что важным фактором, влияющим на надежность лесозаготовительных машин, является технология ее ремонта. Завершающий этап ремонта — сборка. Если обеспечить ее качество, то надежность технологической машины по критериям безотказности и долговечности будет соответствовать уровню, достигнутому на всех предыдущих стадиях ремонта. Установлено, что используемые технологии сборки при ремонте лесозаготовительных машин не обеспечивают качества сборки и нарушают требования безопасности работ. Поэтому предложена новая технология сборки, основанная на применении специально разработанного пневматического сбалансированного манипулятора (СМ) с комбинированной позиционно-астатической системой управления [3]. Особое достоинство пневматических сбалансированных манипуляторов — возможность реализовать позиционный тип управления, при котором обеспечиваются высокая точность и плавность позиционирования, необходимые при выполнении сложных сборочных работ. Однако пневматическим сбалансированным манипулятором с позиционным типом управления свойственны низкие динамические характеристики, значительные усилия управления, трудоемкость настройки системы на определенный вес груза. Поэтому авторами разработана и запатентована струк-
тура устройства управления на основе комбинированного позиционно-астатического способа с автоматическим уравновешиванием веса груза. Предложенная система управления, благодаря автоматической мгновенной настройке на вес объекта манипулирования и малому усилию управления (не более 30 Н), позволяет повысить динамические и точностные характеристики манипулятора до значений, при которых основные характеристики эргатической мани-пуляционной системы «манипулятор — человек-оператор» (точность позиционирования, максимальная скорость, длительность переходных процессов) определяются возможностями человека-оператора и практически не зависят от массы объекта манипулирования. Устройство управления (см. рисунок) может работать совместно со сбалансированными манипуляторами, построенными по любым кинематическим схемам. Оно включает в себя: силовой пневматический цилиндр 1, к полостям которого подключены выходы редукционных пневматических клапанов 4 и 5 с пропорциональным электрическим управлением; задающее устройство 2; устройство 3 формирования сигналов управления. Задающее устройство состоит из датчика положения 21, рукоятки управления 22 и тормозного механизма 23.
Доказано [1], что предложенная технология ремонта позволяет обеспечить качество сборки лесозаготовительных машин и повысить долго-
вечность, например шарнирных соединении технологического оборудования, до трех раз. Важно отметить, что снятие или установка любого агрегата осуществляются одним оператором, и при этом он прилагает усилие, не превышающее 30 Н.
Технология разработана для ремонта техники в условиях гаражей, ремонтно-механических мастерских и других стационарных объектов ремонтно-обслуживающей базы. В современных условиях во многих случаях экономически выгодно производить ремонт лесных машин на месте возникновения неисправности, агрегатным методом с использованием передвижных ремонтных мастерских [4]. Спецификой ремонта техники в местах эксплуатации на значительной части территории России является высокая вероятность его проведения при отрицательной температуре воздуха.
С учетом сказанного сформулированы задачи исследований:
разработать структуру и конструкцию по-зиционно-астатической системы управления пневматическим сбалансированным манипуляторам для работы в расширенном температурном диапазоне (до —25 °С);
разработать математическую модель пневматического сбалансированного манипулятора, предназначенного для ремонта машин с использованием передвижных ремонтных мастерских, и вариант его технического решения.
Методика и результаты экспериментальных исследований
Чтобы проверить возможности использования сбалансированных манипуляторов с комбинированной системой управления для сборки машин при отрицательных температурах, была создана специальная термокамера. Предварительные испытания показали, что при отрицательной температуре воздуха нарушается стабильная работа электропневматических редукционных клапанов 4 и 5 (см. рис. 1), входящих в состав устройства управления. Поэтому предложена специальная структура позицион-но-астатического устройства управления для работы в расширенном температурном диапазоне (до —25 °С) [5]. Поскольку в устройстве управления используется разработанный авторами специальный редукционный клапан, то
потребовалось проведение экспериментальных исследований с целью выбора его оптимальных параметров для работы в диапазоне температур воздуха от —25 до +20 °С. Для проведения эксперимента разработана экспериментальная установка, помещенная в термокамеру.
Оценка запаса устойчивости и быстродействия произведена по кривой переходного процесса при единичном входном воздействии. При решении задачи выбора оптимальных конструктивных параметров специального редукционного клапана в качестве целевой функции выбран минимум функции времени переходного процесса /П =/(х1, ..., х), зависящей от конструктивных параметров устройства х1, ..., х. В качестве функции ограничения принята функция перерегулирования а = /(х1, ..., х) = 0, а также конструктивные ограничения параметров задающего устройства. Для проведения эксперимента выбраны следующие факторы: диаметр входного дросселя йвх, мм; диаметр выходного дросселя ^вых, мм; диаметр шарика йш, мм; диаметр выходного сопла йвс, мм; ход штока Ншт, мм; жесткость пружины кп, Н/мм. Цель экспериментальных исследований — получение данных, необходимых для выбора оптимальных
б)
К блоку 3
ЗУ
ДП
21
■24
^22 /•
26
'ЧЧМ* * »\чм
Я
1
23
25 \
Рис. 1. Принципиальная схема устройства управления СМ с комбинированным управлением (а) и его задающего устройства (б)
конструктивных параметров пневматического редукционного клапана, способного обеспечить работу сбалансированного манипулятора при температуре до —25 °С. Проведены четыре серии экспериментов при температурах: —25; —10; 0; +20 °С.
Согласно разработанному центральному композиционному ортогональному плану второго порядка, базирующемуся на дробном факторном эксперименте (26-1), для каждого опыта производилась сборка пневматического редукционного клапана управления с необходимыми сменными элементами. При проведении экспериментов проверка однородности дисперсий проводилась по критерию Фишера, проверка значимости коэффициентов модели — при помощи /-критерия Стьюдента, а проверка адекватности модели — с использованием /-критерия Фишера. После получения математических моделей исследуемых параметров осуществлялся переход к их натуральным величинам. Полученные уравнения регрессии использованы при проведении оптимизации.
По результатам экспериментальных исследований установлено, что при прочих равных условиях повышение температуры воздуха с -25 до +20 °С приводит к повышению быстродействия редукционного клапана (длительность переходного процесса снижается) и одновременному повышению значения перерегулирования. При этом требуется найти оптимальные параметры специального редукционного клапана, позволяющие обеспечить качество работы устройства управления сбалансированного манипулятора в диапазоне температур от -25 до +20 °С. Поэтому в качестве целевой функции выбрано уравнение регрессии функции времени переходного процесса для температуры воздуха -25 °С. В качестве функции ограничения принимаем уравнение регрессии функции перерегулирования, соответствующее температуре +20 °С, значение которой должно быть равно нулю, так как при ст > 0 возможны произвольные колебания рабочего органа сбалансированного манипулятора, что нарушает требования правил безопасности. Вводим также конструктивные ограничения. Та -ким образом, получена целевая функция
= -1,15 + 0,078 йвх — 0,015 ¿вых — 0,045 + + 0,32 йвс - 0,012 кшг- 0,057 £п-
- 0,00097 dBX dBbIX — 0,0035 dBX сСш —
- 0,0035 dBX Свс+ 0,00073 dBX кп + + 0,00067 Свьж Сш — 0,0012 Свьж dB, —
- 0,00012 Свьж кшт — 0,0014 Свьж кп + + 0,0027 Сш Свс + 0,00063 Сш кшг —
- 0,002 Сш кп- 0,00009 Свс кшт -
- 0,008 Свс кп + 0,00014 кшт кп —
- 0,0061d2x + 0,0023^2ых - 0,012de2c +
+ 0,00005 А^т + 0,644к2 ^ min.
Ограничения:
ст = 33-25 dBX — 19 Свьк + 7,8 Сш + 21 Свс +
+ 1,6^шт+ 10кп + 0,15 dBX Свьж + 0,11 dBX сш +
+ 0,12 dBX dBC + 0,15 dBX кшт + 0,73 dBX кп +
+ 1,1 dB^jX Сш 2,1 ^ы dBC 0,071 dBMX кшт +
+ 0,26СвьКкп - ШщСВС - 0,062 СШ кшт -
- 0,2 Сш кп - 0,14 dBC кшт + 0,069 dBC кп — - 0,13Ашткп + 0,7dl -0,042dB2bK +
+ 0,073dl - 0,14dB2c - 0,002¿Шт - 97 к2 = 0;
> 0; 1,0 < dBX <5,0; 1,0< Свьи <5,0; 6,0< Сш <14,0;
3,0< dBC <7,0; 15,0< кшт <65,0; 0,55< кп<1,10.
Задача сводится к нахождению оптималь^и dBX, Свьк, Сш, dBC, кшт, кп, удовлетворяющих кон-структивньш ограничениям. Задача решена на ЭВМ при помощи пакета МаШСАО. В результате получень следующие оптимальньге пара-метрь специального редукционного клапана: dBX = 1,62 мм, Свьк = 3,78 мм, Сш = 8,83 мм, Свс = = 5,60 мм, кщ^ = 62,0 мм, кп = 0,80 H/мм.
Для вьбора оптималь^и или рациональньж параметров другж элементов пневматического устройства управления сбалансированного манипулятора с комбинированньм управлением и параметров пневматического привода необхо-
димо разработать обобщенную математическую модель. При этом наибольшую сложность представляет математическое моделирование процессов в специальном редукционном клапане, так как теоретическое описание динамических процессов, происходящих в дросселе «сопло — заслонка» очень громоздко. Поэтому целесообразно получить его экспериментальную математическую модель.
Эксперимент по построению математической модели специального редукционного клапана проведен в соответствии с методикой, представленной в работе [1]. Методика основана на анализе переходной характеристики исследуемого элемента системы управления. В результате получено дифференциальное уравнение специального клапана
Т22(й 2р
вых
/ й 2) + Т (Фвых/ йг) + р
вых кхвх,
где Ту, Т2 — постоянные времени; к — коэффициент; рвых — давление на выходе клапана; х^ — перемещение штока клапана; Ту = 1,1-10—2с; Т2 = 4,39-10-3с; к = 1,905-107 Па/м. При использовании этого уравнения совместно с системой уравнений (5.1)—(5.14), представленной в работе [1], получаем обобщенную математическую модель СМ с пневматическим комбинированным управлением, предназначенного для эксплуатации в расширенном температурном диапазоне (до —25 °С).
Для проверки адекватности разработанной обобщенной математической модели и оценки точностных характеристик манипуляторов в диапазоне температуры воздуха от —25 до +20 °С проведена серия экспериментов. Исследования проводились по методике, разработанной в работе [1] для исследования СМ с комбинированной системой управления. Дополнением методики является то, что все испытания повторяются для температур воздуха —25; —10; 0; +20 °С. Поэтому экспериментальная установка, созданная на базе сбалансированного манипулятора МПУ-100 с разработан -ным устройством управления, располагалась в специальной термокамере.
В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что погрешность значений установившейся скорости при расчете по обобщенной модели не превышает 7,8; 8,2; 9,2; 9,6 % при температурах воздуха со-
ответственно +20; 0 ; —10; —25 °С. Погрешность расчетных значений времени разгона при данных температурах не превышает соответственно 12,4; 12,9; 14,6; 15,5 %, а погрешность расчетных значений времени торможения соответственно не более 13,5; 13,7; 15,4 и 15,9 %. Таким образом, экспериментальные результаты подтверждают адекватность разработанной обобщенной математической модели. Погрешность позиционирования при работе в позиционном режиме при температуре воздуха +20, 0, —10, —25 °С не превышала, соответственно, следующих пределов: ±0,27; ±0,28; ±0,34; ±0,36 мм.
Разработка технического решения сбалансированного манипулятора для механизации сборки машин при ремонте с использованием передвижных ремонтных мастерских
При разработке технического решения учитывалось, что современные передвижные ремонтные мастерские оснащены краном-манипулятором. Поэтому предложено сбалансированный манипулятор выполнить в миниатюрном исполнении и оснастить его устройством быстрого соединения с краном-манипулятором. В этом случае с помощью сбалансированного манипулятора выполняются ориентирующие движения в процессе установки или снятия агрегата, а транспортировка его к месту ремонта или, наоборот, к месту установки обеспечивает кран-манипулятор. Новизна технического решения защищена патентом на изобретение [5]. Изобретение решает задачу расширения технологических возможностей передвижных ремонтных мастерских.
Предложен вариант структуры пневматического устройства управления сбалансированным манипулятором на основе позиционно-астати-ческого управления и автоматического уравновешивания силы тяжести груза для механизации сборки машин при температуре до —25 °С.
Разработаны обобщенные математические модели пневматических сбалансированных манипуляторов с комбинированным управлением, учитывающие процессы, происходящие в устройстве управления и пневматическом приводе. Их можно рекомендовать для анализа и синтеза манипуляторов, построенных по основным кине-
матическим схемам, которые используются в сбалансированных манипуляторах.
Использование миниатюрного сбалансированного манипулятора в передвижных ремонт-
ных мастерских позволяет существенно расширить их технологические возможности и обеспечить высокой качество сборки лесозаготовительных машин при ремонте.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Романов, П.И. Развитие научна основ механизации общей сборки технологического оборудования лесозаготовитель^^ машин [Текст ] / П.И. Романов / СПбГЛТА.— СПб., 2001.— 208 с.
2. Романов, П.И. Сбалансированию манипулято-рн для ремонтного обслуживания [Текст] / П.И. Романов, С.В. Викторенкова / Лесная промьшлен-ность.— 1996. № 3.— С. 22-26.
3. А.с. № 1618634. Сбалансированньй манипулятор с ручньм управлением / П.И. Романов, В.А. Ко-
ролев, С.Г. Аграновский.— Опубл. 07.01.91. в БИ № 1.
4. Еремеев, Н.С. Повышение эффективности технической эксплуатации лесозаготовительных машин на основе управления их остаточным ресурсом [Текст]: Дисс. ... докт. техн. наук / Н.С. Еремеев / МГУЛ.— М., 2005.— 387 с.
5. Патент на изобретение № 2210512. Передвижная ремонтная мастерская [Текст] / П.И. Романов, В.В. Балихин, С.В. Викторенкова. Опубл. в БИ № 23 от 20.08.2003.
УДК 621.92
Н.В.Никитков, Ю.В.Макар
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АЛМАЗНЫХ КРУГОВ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ЗАГОТОВОК ИЗ ТВЕРДЫХ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ
До сих пор не существует методик обоснованного расчета и назначения режимов резания при алмазном шлифовании твердых хрупких материалов типа керамики, твердого сплава, композитов и т. п. Общеизвестна кинематическая модель режущей способности круга формы 1А1, описываемая формулой
О = /^1об^з, мм3/мин, (1)
где см — глубина резания; = Упр/пз, мм/об, — продольная подача стола за 1 оборот
заготовки; ¥з = пёзнз, мм/мин, — окружная скорость заготовки.
Формула для О справедлива, если зерна круга при назначенных параметрах режима Vоб, ¥з успевают снять объемный припуск с заготовки. В противном случае в процессе резания возникают прижоги или сколы на поверхности заготовки, вибрации, засаливание круга. В табл. 1 (строки 1 и 2) приведен пример расчета режущей способности круга по формуле (1). Строка
Таблица 1
Режущая способность Q круга
№ п/п t, мм У1об, мм/об Упр, мм/мин Уз, мм/мин пз, об/мин Сз/Си, мм Q, см3/мин
1 0,004 6 600 31416 100 100/300 0,754
2 0,003 3 300 31416 100 100/300 0,283
3 0,004 4,74 474 31416 100 100/300 0,595
