Результаты математического моделирования и оптимального проектирования двух типов автономных электрогидравлических следящих приводов

Фрагмет результатов расчета ЭГСП первого типа представлен в таблице 2 и на рис. 4. (На рисунке по оси абсцисс отложен характеризующий динамическую ошибку и продолжительность переходного процесса функционал, по оси ординат - электрическая мощность, потребляемая электродвигателем в отсутствие управляющего сигнала на обмотках ЭМП.)

Последовательность вычисления пробных точек состояла из тех же этапов, что при вычислении пробных точек для ЭГСП первого типа.

Варьируемыми параметрами для ЭГСП второго типа являются:

- Давление настройки предохранительного клапана -  Пределы изменения давления 40 ≤  ≤ 80 МПа;

- Коэффициент подачи насоса (определяет, изменение подачи насоса) . Пределы изменения коэффициента 0,8 ≤  ≤ 0,9.

- Коэффициент давления (определяет какое давление будет в отсутствие командного сигнала на ЭМП) - . Пределы изменения коэффициента 0,3 ≤  ≤ 0,9.

Сила торможения штока гидроцилиндра, параметры , , , , , , , , , , , , , , , ,  и другие параметры определяются по тем же зависимостям, как и для ЭГСП первого типа за исключением следующих.

Площадь дроссельного окна связана с перемещением золотника соотношением: , где  - ширина дроссельного окна.

 Ом - сопротивление обмоток ЭМП,

 Гн – индуктивность обмоток якоря ЭМП,

 c

Фрагмент результатов расчета приведены в таблице 3 и на рис. 5. По оси абсцисс отложен характеризующий динамическую ошибку и продолжительность переходного процесса функционал, по оси ординат - электрическая мощность, потребляемая электродвигателем в отсутствие управляющего сигнала на обмотках ЭМП.

Для каждого из двух типов ЭГСП были рассчитаны 256 вариантов пробных точек. Каждая точка проверялась на соответствие исходным техническим заданием. В таблицу попали только те точки, которые удовлетворяют всем требованиям задания. Для ЭГСП первого типа прошло 174 варианта, второго – 137. Как видно из рис. 4 (точка выделена жирным цветом) предварительный вариант имеет неплохие показатели качества (хорошее качество переходного процесса и ток потребления в отсутствие управляющего сигнала). ЭГСП второго типа имеет несколько меньшую потребляемую мощность, поскольку в схеме применен двух- , а не трехшестеренный насос. Схемы первого и второго типа имеют сходные показатели качества переходного процесса

Заключение

В результате проведенных расчетов двух типов ЭГСП с различными принципиальными схемами получены наиболее близкие к оптимальным значения параметров для каждого проектного варианта. Альтернативным по отношению к ЭГСП первого типа (с золотниковыми плунжерами) может рассматриваться ЭГСП второго типа (с плоским золотником) несмотря на то, что для него требуется больший ток управления ЭМП. Этот недостаток отразится на массо-габаритных показателях, если кроме механических узлов, они учитывают массы и габариты электронных блоков. Однако, по потребляемой электрической мощности в отсутствие командного сигнала ЭГСП второго типа является более экономичным. По качеству переходного процесса ЭГСП первого типа обладает несколько большим быстродействием. Рассмотренная на примере двух типов ЭГСП методика проектирования может быть распространена на другие типы гидроприводов.

Фрагмент результатов численных испытаний ЭГСП первого типа. Таблица 2

№ вар	Вт	105	МПа			мм	мм	мм	с	с
1	149	4,03	6,00	0,300	1,30	3,2	30	14,1	0,0325	0,0159	0,373
3	177	4,02	5,00	0,400	1,40	4,0	32	15,9	0,0347	0,0159	0,350
5	200	4,03	4,50	0,350	1,25	5,0	35	18,8	0,0417	0,0158	0,345
6	129	3,80	5,50	0,250	1,35	3,2	30	15,9	0,0355	0,0159	0,409
7	162	6,67	7,50	0,450	1,15	2,0	26	7,6	0,0217	0,0161	0,336
9	168	4,33	5,75	0,325	1,18	3,2	30	12,9	0,0305	0,0159	0,355
10	124	4,00	4,75	0,225	1,48	4,0	32	21,0	0,0427	0,0159	0,445
11	231	4,14	6,75	0,425	1,27	3,2	28	10,2	0,0224	0,0160	0,345
12	137	3,89	5,25	0,175	1,23	4,0	32	19,3	0,0400	0,0159	0,413
13	202	4,10	7,25	0,375	1,42	3,2	28	11,3	0,0238	0,0160	0,363
14	105	7,79	6,25	0,275	1,13	2,0	28	11,3	0,0346	0,0160	0,374
15	214	4,11	4,25	0,475	1,33	5,0	35	17,9	0,0395	0,0158	0,335
16	102	3,99	6,13	0,113	1,26	3,2	30	19,8	0,0425	0,0159	0,486
17	153	3,94	4,13	0,313	1,46	5,0	35	22,7	0,0464	0,0158	0,393
18	116	4,91	5,13	0,213	1,16	3,2	32	17,4	0,0443	0,0159	0,385
19	217	4,10	7,13	0,412	1,36	3,2	28	10,7	0,0231	0,0160	0,353
20	118	4,10	4,63	0,163	1,31	4,0	32	22,0	0,0443	0,0159	0,465
21	121	8,55	6,63	0,363	1,11	2,0	28	9,8	0,0311	0,0160	0,343
22	107	4,82	7,63	0,263	1,41	2,0	26	11,0	0,0283	0,0161	0,424
23	197	4,82	5,63	0,463	1,21	3,2	30	11,5	0,0284	0,0159	0,329
25	136	5,83	7,88	0,338	1,24	2,0	26	8,8	0,0240	0,0161	0,354
27	158	5,99	4,88	0,438	1,14	3,2	32	13,5	0,0366	0,0159	0,323
28	170	4,15	7,38	0,188	1,19	3,2	28	12,7	0,0256	0,0160	0,396
30	172	3,94	4,38	0,287	1,29	5,0	35	20,8	0,0435	0,0158	0,370
31	204	4,10	6,38	0,488	1,49	3,2	28	11,2	0,0236	0,0160	0,361
33	170	3,91	5,19	0,306	1,28	4,0	32	16,4	0,0357	0,0159	0,368
35	231	4,15	6,19	0,406	1,18	3,2	28	10,1	0,0222	0,0160	0,344
36	122	3,78	5,69	0,156	1,13	3,2	30	16,6	0,0369	0,0159	0,422
37	128	5,67	7,69	0,356	1,33	2,0	26	9,3	0,0252	0,0161	0,376
39	177	4,02	4,69	0,456	1,43	4,0	32	15,9	0,0347	0,0159	0,351
40	119	4,06	4,94	0,131	1,21	4,0	32	21,8	0,0439	0,0159	0,457
42	126	6,09	7,94	0,231	1,11	2,0	26	9,4	0,0262	0,0161	0,379
43	177	4,58	5,94	0,431	1,31	3,2	30	12,4	0,0300	0,0159	0,345
45	160	5,46	4,44	0,381	1,16	4,0	35	17,1	0,0449	0,0158	0,329
47	153	6,57	7,44	0,481	1,26	2,0	26	8,0	0,0227	0,0161	0,344
49	115	8,28	7,06	0,319	1,14	2,0	28	10,3	0,0323	0,0160	0,351
51	208	4,09	4,06	0,419	1,24	5,0	35	18,1	0,0400	0,0158	0,337
52	97	4,44	7,56	0,169	1,29	2,0	26	12,2	0,0307	0,0161	0,461

Фрагмент результатов численных испытаний ЭГСП второго типа. Таблица 3

№ вар	Вт	105	МПа			мм	мм	с	с
2	71,0	6,53	7,00	0,450	0,825	2,0	28	0,0419	0,0160	0,266
4	68,1	6,32	6,50	0,375	0,887	2,0	28	0,0412	0,0160	0,269
5	74,1	7,38	4,50	0,675	0,837	3,2	35	0,0449	0,0158	0,261
7	75,5	7,26	7,50	0,825	0,813	1,6	26	0,0445	0,0161	0,265
8	67,0	6,68	7,75	0,338	0,869	1,6	26	0,0425	0,0161	0,268
11	76,5	6,83	6,75	0,787	0,844	2,0	28	0,0431	0,0160	0,266
13	74,9	6,72	7,25	0,712	0,881	2,0	28	0,0427	0,0160	0,266
15	75,9	7,54	4,25	0,862	0,856	3,2	35	0,0453	0,0158	0,26
17	71,0	7,17	4,13	0,619	0,891	3,2	35	0,0442	0,0158	0,260
19	76,2	6,85	7,13	0,769	0,866	2,0	28	0,0430	0,0160	0,263
22	69,8	6,89	7,63	0,544	0,878	1,6	26	0,0432	0,0161	0,267
25	72,7	7,08	7,88	0,656	0,834	1,6	26	0,0439	0,0161	0,265
26	71,2	6,53	6,88	0,506	0,859	2,0	28	0,0419	0,0160	0,266
28	71,2	6,54	7,38	0,431	0,822	2,0	28	0,0419	0,0160	0,266
30	71,9	7,24	4,38	0,581	0,847	3,2	35	0,0444	0,0158	0,260
31	75,6	6,77	6,38	0,881	0,897	2,0	28	0,0429	0,0160	0,266
34	69,1	7,03	4,19	0,459	0,870	3,2	35	0,0437	0,0158	0,26
35	75,6	6,77	6,19	0,759	0,820	2,0	28	0,0429	0,0160	0,266
37	72,3	7,05	7,69	0,684	0,858	1,6	26	0,0438	0,0161	0,266
38	72,0	6,58	6,69	0,534	0,833	2,0	28	0,0421	0,0160	0,266
41	73,4	6,64	6,94	0,647	0,877	2,0	28	0,0424	0,0160	0,266
42	70,9	6,96	7,94	0,497	0,802	1,6	26	0,0435	0,0161	0,266
44	69,1	6,39	6,44	0,422	0,864	2,0	28	0,0414	0,0160	0,268
45	75,5	7,50	4,44	0,722	0,814	3,2	35	0,0452	0,0158	0,260
47	75,2	7,25	7,44	0,872	0,839	1,6	26	0,0445	0,0161	0,265
51	74,6	7,43	4,06	0,778	0,836	3,2	35	0,0450	0,0158	0,26
52	68,1	6,75	7,56	0,403	0,848	1,6	26	0,0428	0,0161	0,268
55	76,2	6,80	6,56	0,853	0,873	2,0	28	0,0430	0,0160	0,267
56	69,3	6,41	6,81	0,366	0,817	2,0	28	0,0415	0,0160	0,267
59	73,5	7,13	7,81	0,816	0,892	1,6	26	0,0441	0,0161	0,265
60	68,9	7,02	4,31	0,441	0,880	3,2	35	0,0437	0,0158	0,261
61	75,2	6,75	6,31	0,741	0,830	2,0	28	0,0428	0,0160	0,266
62	73,5	6,65	7,31	0,591	0,855	2,0	28	0,0424	0,0160	0,267
67	74,1	7,17	7,66	0,755	0,827	1,6	26	0,0442	0,0161	0,265
68	68,3	6,95	4,16	0,380	0,840	3,2	35	0,0435	0,0158	0,262
70	73,1	6,63	7,16	0,530	0,815	2,0	28	0,0423	0,0160	0,266
73	74,2	6,69	7,41	0,642	0,871	2,0	28	0,0425	0,0160	0,266
74	70,6	6,49	6,41	0,492	0,846	2,0	28	0,0418	0,0160	0,267

Рис.1 Схема ЭГСП 1-го типа

Рис. 2 Схема ЭГСП 2-го типа

Литература:

[1] Соболь И.М., Свешников Р.Б.. Выбор оптимальных параметров в задачах с многими критериями. – М.: Наука, 1981, 110с.

[2] Боровин Г.К., Попов Д.Н., Хван В.Л.. Математическое моделирование и оптимизация гидросистем. – М.: Изд. МГТУ им.Н.Э. Баумана, 1995, 84с.

[3] Боровин Г.К., Попов Д.Н.. Оптимальное проектирование гидросистем энергопитания приводов промышленных роботов. // Математическое моделирование, 1997, т.9, №9, с.43-53

[4] Боровин Г.К., Малышев В.Н., Попов Д.Н.. Математическое моделирование и оптимальное проектирование автономных электрогидравлических приводов. – М.: Ин. прикл. математ. им. М.В. Келдыша РАН, 2003, препр. №33, 24с.