Розробка системи синхронізації положення траверси гідравлічного преса зусиллям 75000тс

1 АНАЛІЗ ОБ'ЄКТА ПРОЕКТУВАННЯ

У цій роботі розроблена система синхронізації положеннятраверси гідравлічного преса зусиллям 75000тс. Необхідність розробкитакої системи пояснюється тим, що в процесі штампування з-заексцентричного навантаження преса відбувається перекіс траверси щодонижнього штампа із заготівлею. Через перекосів траверси з'являєтьсяклиноподібної отримуваних заготовок, тобто погіршуються їхні якісніпараметри, потрібна додаткова обробка в механічному цеху, щоведе до підвищення витрат на виробництво продукції. Причини виникненняексцентрісітета навантаження: несиметричність форм штампувало виробів,нерівномірне нагрівання заготовки, нерівномірне охолодження через специфікуформи виробу. Оскільки ці причини є неусувними, то підтримкапаралельності траверси щодо столу необхідно здійснювати здопомогою системи синхронізації.

Модернізація системи синхронізації дозволить одержувати штампованізаготовки високої точності, знизиться обсяг робіт по подальшій обробцідеталей, знизиться час обробки заготовок, підвищиться продуктивність,а отже собівартість одержуваних виробів буде нижче. Т.ч.економічний ефект від використання системи синхронізації траверси пресаочевидний.

Наявна система синхронізації на пресі заснована на застосуваннісинхронізуючих циліндрів, розташованих у нижній частині траверси. Роботазаснована на принципі гідравлічного стеження. При появі перекосупоперечини преса, зросле тиск в одному синхронізуючим циліндріпідвищує тиск в іншому до вирівнювання траверси. Але в процесіексплуатації такої системи виявили її малу надійність і точність. Усучасних умовах вимоги до точності отримуваних заготовок зросли,тому з'явилася необхідність у розробці нової системи синхронізаціїположення траверси.

Малюнок 1.1 - Схема системи обмеження перекосу рухомої поперечинипреса 750 МН

Для розробки системи синхронізації положення траверси наведемонеобхідні технічні характеристики гідравлічного преса.

Прес має дванадцять робочих циліндрів з діаметром поршня 1520 мм.

Номінальне зусилля - 750 МН, досягається за рахунок тиску всіх 12циліндрів і власної ваги траверси 5000т (50 МН).

За рахунок різної подачі робочої рідини в групи циліндрів можливийнабір зусилля від 50 до 750 МН.

Прес має привід від двосекційний насосно-акумуляторної станції
(тиску 20 і 32 МПа).

Хід траверси - 2000 мм.

Діапазон швидкостей траверси при робочому ході: 0,2 - 30 мм/с.

Зворотній хід поперечини здійснюється спеціальними зворотнімициліндрами.

Система синхронізації діє за принципом зміни зусилля в робочихциліндрах при перекіс траверси за допомогою регулювання кількостінадходить в них рідини. Дане регулювання можна здійснюватирізними способами. Розробка нової системи синхронізації припускаєвідмовитися від синхронізуючих циліндрів, а використовувати якостанніх чотири крайніх робітників. Ця можливість обумовлена тим, що вкрайніх робочих циліндрах за будь-якої ступені зусилля преса робочий тиск
32 МПа. При цьому в момент появи перекосу необхідно зменшити подачурідини в крайньому гідроциліндрі і відновить її при зникненні перекосу.

Переваги такого підтримки траверси в бесперекосном горизонтальномуположенні під час робочого ходу при ексцентричному навантаженні преса в тому,що звільняється робочий простір у нижній частині траверси, можливобільш точне підтримання необхідного тиску штампування.

Регулювати витрата в робочих (синхронізуючих) циліндрах можна здопомогою напірного клапана, який включає до свого складу гідроциліндр,переміщення поршня якого регулює витрату рідини через клапан вробочий гідроциліндр. Т.ч. стоїть завдання проектування системи управлінняпереміщенням поршня циліндра напірного клапана в залежності від величиниперекосу поперечини преса.

Структурна схема системи синхронізації траверси представлена нарисунку 1.2.

Малюнок 1.2 - Структурна схема синхронізації траверси преса

регульованим об'єктом є траверса преса. В якостічутливого елемента використовуємо датчик положення. В якостіпідсилювально-перетворюючого пристрою застосуємо дроселюючийрозподільник. ? Д - 0,8;

- загальний ККД - 0,6;

- маса - 9,5 кг.

2.6 РОЗРАХУНОК НАГНІТАЛЬНИЙ трубопроводів на міцність

Міцнісний розрахунок трубопроводу полягає у визначенні товщинистінки труби з умов міцності. Труба розглядається яктонкостінна оболонка, піддана рівномірно розподіленомутиску. З достатньою для інженерної практики точністюмінімально допустима товщина стінки визначається:

, де - товщина стінки труби, м;

- розрахунковий тиск на виході з насосноїустановки,;

- паспортний внутрішній діаметр труби, м;

- допустима напруга,.
Для труб, виконаних зі сталі 20,.
З довідників товщина стінки труби вибирається так, щобдійсна товщина стінки труби кілька перевищуваларозрахункове значення, тобто.

Вибираємо трубу з параметрами:
мм, мм> 0,95 мм.

2.7 ВИБІР приводного електродвигуна

Як приводного електродвигуна звичайно використовуєтьсятрифазний асинхронний електродвигун з короткозамкнутим роторомзагальнопромислового застосування. Електродвигун вибираємо при дотриманнінаступних умов:

;

, де і - відповідно номінальні паспортне і розрахункове значення активної потужності на валу ротора насоса;
і - відповідно номінальні паспортні значеннячастоти обертання роторів електродвигуна і насоса.
Розрахункова номінальна потужність на валу ротора насоса придросельної регулювання швидкості

, де - розрахункова потужність на валу ротора насоса, кВт;

- розрахункове значення номінального тиску на вихідномуштуцері насоса (точка А), МПа;

- значення номінальної продуктивності (подачі) навихідному штуцері насоса (точка А), м3/с;

- загальний ККД обраного типорозміру насоса.

кВт.
Вибираємо трифазний асинхронний електродвигун з короткозамкненимротором 4А132М4У3, що має наступну технічну характеристику: номінальна потужність - 4 кВт> 2 кВт; синхронна частота обертання - 25 об/с == 25 об/с; маса - 100 кг.

3 РОЗРОБКА мікроконтролерного СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ

3.1 Вибір Мікроконтролери

Для обробки інформації з датчиків положення, виконання алгоритмуроботи та подачі керуючих сигналів на виконавчу гідравлічнуапаратуру застосовуємо 28-вивідні мікроконтроллер PIC14000, тактова частотаякого без застосування кварцового резонатора 4МГц, обсяг ОЗУ 192 байта, 22лінії вводу-виводу, обсяг ПЗУ 4Кх14.

Даний мікроконтроллер - дешеве мікроелектронний пристрій, маєдостатні технічні характеристики для обслуговування розробляєтьсясистеми синхронізації.

Основні функції мікроконтролера в розробляється системі - цеопитування чотирьох датчиків положення, десяти датчиків тиску, шести елементівфільтрації робочої рідини, проведення розрахунків за алгоритмом роботи івидача сигналів керування на запобіжні клапани, дроселюючийрозподільники й приводні електродвигуни.

Функціональна схема мікроконтролерного системи управлінняпредставлена на малюнку 3.1.

Малюнок 3.1 - Функціональна схема мікроконтролерного системиуправління

3.2 ВИБІР Датчик положення І РОЗРАХУНОК СХЕМИ Сполучення з

Мікроконтролери

Для забезпечення вимірювання робочого діапазону переміщення траверсивикористовуємо закриту систему вимірювання лінійних переміщень на базіфотоелектричної лінійки LS-623 з наступними технічнимихарактеристиками:

- робочий діапазон вимірювань - 2540мм;

- межштріховой крок - 20мкм;

- системна точність 10мкм;

- розріз лінійки (висота х товщина) 75х37мм.

Система має прямокутні імпульси (ТТ-вихід).

Обрана система вимірювання лінійних переміщень задовольняє всімвимогам з монтажу, габаритних розмірів і діапазону вимірювання.

Схема сполучення датчика положення з мікро представляєсобою набір лічильників, які вважають імпульси від датчика і через регістр -засувку передають дані в порт мікроконтролера.

Розрахунок необхідних параметрів схеми сполучення виконуємо на робочийходу траверси при максимальній швидкості руху = 30 мм/с імінімальній швидкості руху = 0,2 мм/с. Опитування датчиків положеннянеобхідно організувати через кожні 2 секунди - час перехідного процесусистеми синхронізації по положенню (визначено при моделюванні системи).

З урахуванням того, що крок лінійки 0,02 мм (50 імпульсів за 1с),при = 30мм/c: за 2с кількість імпульсів від датчиків = 2 (30 (50 = 3000імп.;при = 0,2 мм/c: за 2с кількість імпульсів від датчиків = 2 (0,2 (50 = 20імп.

Т.ч. опитування датчика положення контролер буде вести через кожні 20імпульсів.

Для підрахунку імпульсів від датчика положення вибираємо чотирьох розряднийлічильник К555ІЕ7.

Необхідна кількість мікросхем лічильників для підрахунку 20 імпульсів -
2 шт., Тому що 20 в двійковому коді = 25 (два 4-х розрядних лічильника).

Для фіксування інформації на виході лічильника імпульсів використовуємо RS -тригер.

Логічний елемент "І" К555ЛІ5, сигнал на виході якого служить дляустановки інформації на тригері і обнулення старшого лічильника імпульсів.

У системі всього 4 датчика положення, інформація з яких надходить наодин порт А мікроконтролера.

Після зчитаної інформації з тригерів мікроконтроллер через порт Сскидає ті тригери в 0, з яких прочитана інформація. При цьому ввідповідних регістрах накопичувачах ведеться підрахунок сумарного положеннятраверси щодо нижнього штампа.

Принципова схема сполучення датчика положення з мікропредставлена на малюнку 3.2.

Рисунок 3.2 - Принципова схема сполучення датчика положення змікроконтролером
3.3 ПРОЕКТУВАННЯ СХЕМИ Сполучення Мікроконтролери з датчиками АВАРІЙНІ

СИТУАЦІЙ

Сигнали з датчиків тиску і фільтруючих елементів необхідно подавати напорт вводу мікроконтролера через Оптрони АОТ123А для перетвореннярівнів сигналу в TTL. Оскільки загальна кількість оброблюваних сигналів дорівнює 16, апорт вводу мікроконтролера 8-розрядної, то необхідно застосувати шифратори
К155ПР6. Принципова схема сполучення мікроконтролера з датчикамиаварійних ситуацій наведена на малюнку 3.3.

Рисунок 3.3 - Принципова схема сполучення мікроконтролера здатчиками аварійних ситуацій

3.4 ПРОЕКТУВАННЯ СХЕМИ Сполучення мікроконтролерів з УПРАВЛЯЮЩИЙ

АПАРАТУРА

Керуючі сигнали з порту виводу мікроконтролера подаються назапобіжні клапани і дроселюючий розподільники, номінальненапруга яких 24В. для сполучення сигналів застосовуємо транзисторніОптрони АОТ123Б. Сигнали управління електродвигунами через Оптрони подаютьнапругу живлення на електромагнітне реле постійного струму РЕЗ-6,замикають контакти якого подають напругу на електродвигун.

Принципова схема сполучення мікроконтролера з керованоюапаратурою наведена на малюнку 3.4.

Рисунок 3.4 - Принципова схема сполучення мікроконтролера зкерованої апаратурою

3.5 РОЗРОБКА БЛОК Схема алгоритму

Алгоритм роботи програми заснований на що вимірюється значенні положеннятраверси за допомогою чотирьох систем вимірювання лінійних переміщень. Припояві перекосу траверси показники датчиків положення будуть різні.
Мінімальне значення всіх датчиків береться за необхідне, визначаєтьсявідхилення показань всіх датчиків. За цим відхиленням розраховуєтьсязміна швидкості від номінального значення і відповідно необхіднезменшення витрат рідини в синхронізуючих гідроциліндрах. За лінійноїзалежності витрат рідини через керований клапан від величини підйомурозвантажувального клапана (величини ходу поршня керуючого гідроциліндра),представленої на малюнку 3.5, визначається необхідна положення поршнякеруючого гідроциліндра.

Рисунок 3.5 - Графік залежності витрат рідини через клапан відходу поршня керуючого гідроциліндра

Обчисливши необхідне положення поршня циліндра мікроконтроллер видаєкеруючі сигнали на виконавчу гідроапаратури.

4 РОЗРОБКА ДИНАМІЧНОЇ МОДЕЛІ ОБ'ЄКТА

Після проведення розрахунків і вибору гідравлічної апаратури можливарозробка динамічної моделі системи, за допомогою якої єможливість досліджувати поведінку системи в динаміці.

Для складання моделі необхідно розрахувати передавальні функціїдроселюючий розподільника, робочого органу (гідроциліндра), принеобхідності коригуючих пристроїв. Очікуваний перехідний процес довстановлення значення переміщення поршня гідроциліндра в напірному клапані --аперіодіческій без перерегулювання, з малим часом перехідного процесу.

Гідроприводи, оснащені гідроапаратури з пропорційнимелектричним керуванням, мають стандартні вузли: електроннийпідсилювач - суматор БУ2110 і пропорційний магніт ПЕМ6.
Передавальні функції зазначених гідроаппаратов:

Передавальна функція дроселюючий розподільника з пропорційнимелектричним керуванням

дроселюючий розподільник з пропорційним електричнимуправлінням складається з наступних елементів: пропорційногоелектромагніту ПЕМ6, гідравлічного мосту і циліндричного золотника,що виконує функції двох дроселів, встановлених на вході і виході звиконавчого органу приводу.

Передавальна функція гідравлічного мосту зі зворотним зв'язком

де Кп - коефіцієнт передачі,

Витрата через сопло при середньому положенні заслінки

де (- коефіцієнт витрат, (= 0,7; DС - діаметр сопла; х0 - максимальне зміщення заслінки;

Рк - командне тиск, що підводиться до елементу "сопло - заслінка "
,

Коефіцієнти підсилення: по витраті -

по тиску -

Коефіцієнт зворотного зв'язку

Ефективна площа основного золотника

де Dз - діаметр золотника.

Динамічна жорсткість потоку рідини в щілини золотника

де РА - розрахунковий тиск на виході з насоса.

Постійна часу гідравлічного мосту

, де m3 - маса золотника.

Відносний коефіцієнт демпфування коливань
де f - наведений коефіцієнт в'язкого тертя,

Передавальна функція золотника

Значення Кз визначається:

де Q - подводимый до дроселюючий розподільника витрата.

Отже, передавальна функція розподільника з пропорційнимелектричним керуванням (Електрогідропідсилювач)

Передавальна функція гідроциліндра.

де Кгц - коефіцієнт передачі,

Постійна часу гідроциліндра

де m - маса рухомих частин.

Сгц - коефіцієнт динамічної жорсткості гілроціліндра,

де ЕПР - приведений модуль пружності стінок гідроциліндра і рідини,

Lгц - довжина ходу поршня гідроциліндра.

Відносний коефіцієнт демпфування коливань

де f - наведений коефіцієнт в'язкого тертя,

Передавальна функція гідроциліндра може бути представлена:

Малюнок 4.1 - Динамічна модель системи синхронізації траверсигідравлічного преса.

Динамічна модель побудована в пакеті MATHLAB5.1, отриманийперехідний процес роботи системи при подачі керуючого впливупредставлений на малюнку 4.2.

Малюнок 4.2 - Перехідний процес роботи системи

Т.ч. система синхронізації як об'єкт управління є стійкоюсистемою, час перехідного процесу менш 1с.

-----------------------

Дросельний клапан

впливи

Регульований об'єкт

Чутливий елемент

підсилювально-перетворює пристрій

Регулюючий орган

До робітників гідроциндрів

мікроконтроллер

Датчики положення х4

Датчики тиску х10

Фільтрих6

Запобіжний клапан х2

дроселюючий розподільник 4х2

Електродвигун х2

Д1

Q2 Q3

Ст2

За
Рт А

PIC14000

RC0

RC1

RC2

RC3

К555ІЕ7

К555ЛІ5

К555ТР2

ДД1

5 В

КС147А

АОТ123А

VD1

12 13

Pic 14000

RD0

RD1

RD2

RD3

Від ДД2-ДД10

Від Ф1-Ф6

PIC 14000

RD4

RD5

RD6

RD7

25 24

К155ІД3

5 6

24 В

КС147А

АОТ123Б

VD1

~ 380В

КМ2

РЕЗ-6

КМ1

РЕЗ - 6

ОП11

ОП12

~ 380В

КМ1

До запобіжним клапанів 1,2

До дроселюючий розподільника

L, мм

Q, 10-4 м3/с

545

початок

Введення V

Q = V ( 1,814

Висновок сигналів управління RD4-RD7 (C03)

Введення сигналів c датчиків положення (порт А), висновок RESET

l1 = l2 = l3 = l4

так

немає

Inc Рг1-РГ4

2000 мм

так

немає

Висновок сигналів управління RD4-RD7 (00)

кінець

L> 0

так

немає

Висновок сигналів управління RD4-RD7 (золотник праворуч)

Висновок сигналів управління RD4-RD7 (золотник вліво)

Введення сигналів авар. ситуацій RD0-RD3

Авар. ситуація

так

немає

Висновок сигналів управління RD4-RD7

3 6 ????