авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »«¬–“» ¬—–  ...»

-- [ Страница 5 ] --

рии перемещения управляемого объекта. В обо- Рассмотрим применение адаптивного уп рудовании, выполняющем транспортные и по- равления с прогнозированием нагрузки к объ грузочно-разгрузочные операции, используют- екту с двумя степенями свободы 1 и 2. Пере ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ мещения по ним обозначим через 1 и 2. В [1] рассмотрено однонаправленное пере мещение по одной координате. С целью обоб В системе обратной связи по степеням свободы щения на знакопеременный случай перемеще 1 и 2 имеются датчики перемещений, регистри ния наряду с массивами моментов времени рующие дискретные значения перемещений 1i {t1(i)}, {t2(j)} и значений работ {А1(i)}, {А2(j)} пред и 2j, для которых управляющая система опре ложено использовать дополнительные массивы деляет соответствующие им дискретные мо {1(i)} и {2(j)} перемещений по координатам, менты времени ti и tj. Также система обратной которые формируются по следующему правилу:

связи вычисляет значения работ А1(i) и А2(j), вы если перемещение на участке [ts(i);

ts(i+1)] состав полняемых приводами первой и второй степе ляет khs, то s(i) = ±k, где плюс принимается ней на соответствующих отдельных отрезках при перемещении в положительном направле изменения времени [t1(i);

t1(i+1)] и [t2(j);

t2(j+1)].

нии, минус – при отрицательном.

По степеням 1 и 2 необходимо реализовать 1. Модель нагрузки нулевого порядка.

такие перемещения управляемого объекта, при Данная модель содержит по каждой степени которых совместно выполнялись бы следую свободы только постоянную составляющую:

щие условия:

M 1(ti) – 1i 1;

ti [tн;

tк];

M0 1, M 2(tj) – 2j 2;

tj [tн;

tк].

где M 1, M 2 – усредненные постоянные состав Обозначим мгновенные значения приведен ляющие моментов внешних сил по первой ных к первой и второй степеням свободы сило и второй координатам.

вых факторов через M1(t) и M2(t). В общем слу Данные обратной связи содержат: 1) для чае они зависят не только от времени, но и от законов перемещения 1(t) и 2(t), реализуемых первой степени свободы – массивы моментов времени {t1(i)} и значений работ на них {А1(i)}, по обеим координатам:

M 1 M 1 t, 1 t, 2 t ;

массив инкрементных перемещений по первой координате {1(i)}, 2) для второй степени сво M 2 M 2 t, 1 t, 2 t. боды – аналогичные массивы {t2(j)}, {А2(j)}, {2(j)}. Формулы для коэффициентов первой Обобщая [1], в качестве модели внешней модели по обеим координатам и вектор кине нагрузки по степени свободы s (s = 1, 2) примем матических характеристик имеют вид:

вектор M sk из постоянных величин, имеющих M1(i) = A1(i) / 1i, M2(j) = A2(j) / 2j, физический смысл усредненных значений ча 0 t {1}. (1) стных производных порядка от 0 до k (k – порядок модели) от функции Ms(t, 1(t), 2(t)) По найденным коэффициентам M1 и M2 мо по параметрам t, 1 и 2, называемый вектором дели M 0 значения приведенных работ, необхо силовых характеристик по координате s. При димых для заданных перемещений [1(k);

1(k+1)] фиксированных коэффициентах M sk и пере- и [2(k);

2(k+1)] по координатам 1, 2 на отрезке времени [k;

k+1] равны:

менных параметрах движения по координате s мгновенную величину Ms(t, 1(t), 2(t)) пред- k A1( k ) M11 ()d M1 (1( k 1) 1( k ) );

ставим в виде скалярного произведения:

M s t, 1 t, 2 t M sk, k t, k s k где вектор k t – вектор кинематических ха- A2( k ) M 2 ()d M 2 ( 2( k 1) 2( k ) ). (2) s рактеристик по координате s. k Из (1) и (2) следует, что построение коэф При таком представлении Ms(t, 1(t), 2(t)) фициентов и расчет работ по каждой координа для расчета управляющего воздействия по каж те в модели нулевого порядка могут быть вы дой координате s на заданном отрезке времени полнены независимо, т.е. при нулевом порядке [tp;

tp+1] в качестве промежуточной характери k = 0 для силовых векторов M 0 еще не сказы стики используется работа Аs(p), которую должен совершать привод данной степени свободы: вается взаимное влияние перемещений по раз ным координатам.

t p (М, s k (t )) (t )dt.

As ( p ) k 2. Модель нагрузки первого порядка. В мо s s дели первого порядка M 1 наряду с постоянными tp 98 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ стью до слагаемых первого порядка по прира составляющими нагрузки по координатам учиты щению t и выражая полные производные ваются частные производные от M1(t, 1(t), 2(t)) dМ s и M2(t, 1(t), 2(t)) первого порядка по времени (s = 1, 2) через частные, после обозначе dt и координатам.

s Разлагая функции M1(t, 1(t), 2(t)) и M2(t, 1(t), получим сле ния угловых скоростей 2(t)) в момент времени (t + t) в окрестности s t дующие выражения для M1 и M2:

начального момента t в ряд Тейлора [2] с точно М1 М1 М M1 t, 1 t, 2 t t;

M1 t t, 1 t t, 2 t t t 1 2 M 2 t t, 1 t t, 2 t t М 2 М 2 М M 2 t, 1 t, 2 t t 1 2 t.

1 1 t {1;

t ;

1t ;

'2 t}.

Из (8) следует вектор силовых характери- ' стик по координатам 1 и 2:

М 1 М 1 М 1 После определения силовых векторов M 1 и ( M,,, );

M 11 1 t 1 2 M 2 значения приведенных работ, необходимых M M 2 ( M, М 2, М 2, М 2 );

для заданных угловых перемещений [1(k);

1(k+1)] и [2(k);

2(k+1)], выполняющихся по законам 1(t), 2 t 1 2(t) по координатам 1, 2, на последующем от и кинематический вектор модели нагрузки пер резке изменения времени [k;

k+1] равны:

вого порядка:

k 1 k, t 1 d M 1 1( k 1) 1( k ) A1( k ) ()d 1 1 1 t k k k 1 k 1 1 d d;

1 1 k k k 1 k М A2( k ) М 21, 21 t d M 2 1( k 1) 1( k ) d 2 t k k k 1 k М 2 М d d.

2 2 2 k k менее, чем N + 3 таких участков [ts(0);

ts(1)], 3. Совместный расчет значений коэф [ts(1);

ts(2)],..., [ts(ns-1);

ts(ns)] по каждой коорди фициентов силовых векторов первой моде ли нагрузки для обеих координат. Обозна- нате s.

чим общее число используемых сглаженных Для адекватности получаемых значений ко отрезков изменения времени по координатам 1 эффициентов силовых векторов M 1 и M 1 и 2 через n1 и n2. Для расчета четырех коэф- должны быть выполнены 3 основных условия:

фициентов каждого из векторов M s (s = 1, 2) 1) данные обратной связи должны быть рас предложено по аналогии с [1] использовать смотрены на общем участке изменения времени исходные данные обратной связи на четырех [Т0;

Т1];

подряд стоящих отрезках времени. Для фильт- 2) необходимо обеспечить близость поло рации погрешностей, вносимых расчетным жения на оси t для обеих координат 1 и 2 как методом, необходимо выполнить по коорди- начальных участков [t1(0);

t1(1)], [t2(0);

t2(1)], так и нате s не менее заданного числа N таких рас- конечных [t1(n1-1);

t1(n1)] и [t2(n2-1);

t2(n2)];

четов на скользящих совокупностях из 4 уча- 3) для обеспечения достаточного числа N стков времени. При требуется рассмотреть не 1 расчетов коэффициентов M 1 и M 2 на скользя ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ щих совокупностях участков времени необхо- Разработанный метод прогнозирования димо выполнение условия: min(n1, n2) = N + 3. внешней нагрузки позволяет управлять объек Алгоритм совместного расчета значений тами, имеющими 2 степени свободы в недетер коэффициентов силовых векторов первой минированных условиях. Применение таких модели включает следующие основные пункты: систем управления актуально для автоматиза 1) сглаживание входных данных обратной ции производственных процессов, а также для связи, адаптивного управления транспортными и ма 2) устранение избыточной информации во нипуляционными системами, функционирую входных данных, щими преимущественно в недетерминирован 3) интерполирование кусочной траектории ных средах.

по обеим координатам, 4) формирование для каждой координаты s БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК (s = 1, 2) множества из ns лuнейных уравнений относительно коэффициентов ее силового век 1. Марченко, Ю. А. Адаптивный цифровой алгоритм тора M s, программного управления в условиях переменной внеш 5) расчет наборов значений коэффициентов ней нагрузки / Ю. А. Марченко // Химическое и нефтега зовое машиностроение. №13(100), 2012. – с. 34-36.

M s на (ns – 3) скользящих системах степени 4, 2. Бахвалов, Н. С. Численные методы/ Н. С. Бахвалов, 6) определение коэффициентов M s путем ус- Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков. – М.: Лаборатория Базо вых Знаний, 2002 г. – 632 с.

реднения полученных в п. 5 наборов их значений.

УДК 62–503. Н. И. Гданский, А. В. Карпов РАСЧЕТ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТДЕЛЬНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С НЕЗАВИСИМЫМ ПРИВОДОМ КОЛЕС ФГБОУ ВПО Российский государственный социальный университет E-mail: al-kp@mail.ru Рассмотрен расчет траекторий перемещения отдельных колес транспортного средства с независимым приводом движителей.

Ключевые слова: транспортное средство, независимый привод, кинематические характеристики.

In article was explained the calculation of the trajectory of individual wheels of the vehicle with an separate wheel's drivers.

Keywords: the wheeled vehicle, the separate drive, the kinematic characteristics.

В статье [1] описана конструкция 4-колес- для каждого колесного модуля k (1 k 4) ного транспортного средства (ТС) с независимым полностью определяются заданным законом перемещения ТС { S t, (t)} и относительным приводом колес и рассмотрены общий и частные случаи задания траектории перемещения, а также положением движителя k на шасси ТС [2].

дифференциальные уравнения движения.

Рассмотрим расчет законов движения для каждого колесного модуля ТС с номером k (1 k 4). Введем обозначения обобщенных координат, полностью задающих положение звеньев модуля ТС с номером k в рассматри ваемый момент времени t: рулевая координа та – k(t),текущий угол поворота мотор-колеса – k(t) (рис. 1).

Поскольку ТС с независимым приводом движителей может практически реализовать пе ремещение каждого из них по идеальным траек ториям, то при отсутствии скольжения идеаль- Рис. 1. Обобщенные координаты колесного ные законы изменения координат {k(t), k(t)} модуля с номером k (1 k 4) 100 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Введем длину радиус вектора осей движи- дано относительно оси Cxc, которая повернута телей = 0,5(a2 + b2)0,5 и вспомогательный угол относительно оси Ox на угол ((t) + (t)), то:

(0 /2), который составляет радиус-век- k(t) = ka(t) – ((t) + (t)). (3) тор точки С1 с осью xc (cos = 0,5b/;

Так как формула для параметрических кри sin = 0,5a/). Обозначим через M() матрицу, вых длина дуги Lk траектории точки Сk при задающую поворот вектора на угол против t [t1;

t2] задается интегралом от путевой ско часовой стрелки, а через – вектор вида (;

0).

рости vk(t), а проскальзывание в контакте от В системе координат Cxcyc, связанной с ТС, ра сутствует, то идеальная величина угла поворота диус-векторы, задающие положение рулевых k(t) колеса k при t [t1;

t2] может быть рассчи осей движителей Сk можно задать в единой тана по длине проходимой дуги:

форме, используя вспомогательные углы 1 = ;

2 = –;

3 = + ;

4 = 2 – : Ck M k.

t2 t Lk x t y t dt vk t dt ;

2 ' ' k k Так как в абсолютной системе координат t1 t Оху радиус-векторы Ck повернуты относи Lk k (4) тельно центра шасси C на угол (t), то угол по- r0 k ворота точки Сk относительно оси Ox, предста Формулы (1) – (4) выведены для общего слу вим в виде суммы ((t) + (t) + k). При этом чая однозначного задания траектории ТС с незави идеальную траекторию S k t xk t ;

yk t симым приводом движителей { S t 0 ;

(t) 0;

перемещения рулевой оси каждого движителя t [tнач;

tкон]}. Траектория S t x t ;

y t цен Сk, соответствующая общему перемещению ТС { S t, (t)}, в абсолютной системе координат тра C задана параметрически.

Если траектория перемещения центра C Оху представим в векторном виде как:

и угол поворота оси шасси относительно нее Sk t S t M t t k. заданы в явном виде В скалярной форме траектория S k t имеет у(t) = у(х(t));

= (х(t));

хн х(t) хк, вид:

то с учетом y(t) = (dy/dx) x(t) путевая скорость хk(t) = х(t) + cos((t) + (t) + k);

v(t) перемещения по траектории S t цен уk(t) = у(t) + sin((t) + (t) + k). (1) тральной точки шасси C и функции cos, sin угла (t) имеют вид:

При этом выражение путевой скорости vk(t) перемещения точки Сk при заданных S t и v(t) = x(t)(1+(dy/dx)2)0,5;

сos(t) = x(t)/v(t);

(t) через принятые обозначения следующее: sin((t)) = (dy/dx)сos((t)).

2 2 2 vk(t) = (x(t) + y(t) + ((t) + (t)) – Рассмотрим пример расчета. В качестве ис – 2 ((t) + (t) F(t))0,5, ходной траектории возьмем кривую на рис. 2.

Примем, что по технологическим требованиям где F(t) = v(t) sin((t) + k).

(например, выполнение погрузочно-разгрузоч Выражение путевой скорости vk(t) точки Сk ных работ, подход к месту выполнения специа через скорость v(t) центра шасси C следующее:

лизированных технологических операций) в на vk(t) = (v2(t) + 2((t) + (t))2 – 2((t) + чальной P1(1;

1) и конечной P4(10;

5) точках (t))v(t)sin((t) + k))0,5. (2) траектории шасси ТС должно быть ориентиро Так как рулевой угол поворота колесного вано левым бортом относительно внешней сре модуля k в абсолютной системе Оху совпадает ды (рис. 2). На всех остальных участках ТС с углом поворота касательной к траектории движется с ориентацией по траектории. Для со S k t, то выразим его вначале относительно кращения общего времени выполнения транс портной операции поворот шасси должен быть оси Ox через функции cos(ka t xk vk t, ' совмещен с перемещением по соответствую sin(ka t yk vk t.

' щим линейным участкам траектории. Геомет рические параметры шасси ТС примем равны Поскольку для реализации управления ис комое значение рулевого угла должно быть за- ми (в метрах): a = 0,4;

b = 0,7.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 3-4 штриховой линией показана траектория пе ремещения центра шасси С. На рис. 3 дополни тельно показаны траектории перемещения цен тров 1-го и 3-го колеса, а на рис. 4 – траектории центров 2-го и 4-го колес.

Рис. 2. Ориентация ТС при прохождении траектории При этом длина вектора равна 0,4, а угол 0,52 и соответственно: 1 0,52;

2 2,62;

Рис. 3. Траектория движения колес ТС (k = 1, 3) 3 3,66;

4 5,76.

Исходя из общей поставленной задачи, по лучаем, что общая траектория перемещения ТС разбивается на 5 участков:

1) на участке P1Pt1 должно осуществляться прямолинейное перемещение с совмещенным поворотом шасси из начального углового по ложения 1 = /2 в конечное положение 2 = 0, при котором ось ТС совмещается с направле нием его траектории;

2) на участке Pt1Pt2 ТС перемещается по степенной переходной кривой с ориентацией по траектории;

3) на участке Pt2Pt3 ТС перемещается по от резку прямой с ориентацией по траектории;

Рис. 4. Траектория движения колес ТС (k = 2, 4) 4) на участке Pt3Pt4 ТС перемещается по степенной переходной кривой с ориентацией по траектории;

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 5) на участке Pt4P4 ТС перемещается по от резку прямой с совмещенным поворотом шасси 1. Гданский, Н. И. Математическая модель транс из начального углового положения 1 = 0 в ко- портного средства с независимым приводом всех движи нечное положение 2 = –/2. телей / Н. И. Гданский, А. В. Карпов, А. С. Волков // Из вестия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 13 / ВолгГТУ. – Рассматривая поочередно все участки, най Волгоград, 2012. – (Серия «Прогрессивные технологии дем формульные зависимости в параметриче- в машиностроении»;

вып. 8). – C. 107–108.

ском виде, задающие траектории центра дви- 2. Гданский, Н. И. Управление системами с двумя жения ТС и центров его колес на всех 5 участ- степенями свободы на основе прогнозирования приведен ках полной траектории перемещения. Для на- ной нагрузки / Н. И. Гданский, А. В. Карпов, В. Г. Самой глядности изобразим траекторию движения лов // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2011, №7, С. 12–15.

каждого колеса ТС на двух графиках. На рис.

102 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 535.232. Б. И. Деулин ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА НА ЕГО ИНТЕНСИВНОСТЬ ФГБОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет E-mail: teploteh@orelsau.ru, boris1967or@qip.ru Площадь поперечного сечения лазерного луча может изменяется из-за его расходимости и при прохож дении им различных объектов. В статье рассмотрено определение интенсивности лазерного излучения в за висимости от изменения площади поперечного сечения луча.

Ключевые слова: лазер, интенсивность, лазерный луч, поперечное сечение, спектроскопия.

When passing different objects and because of divergence the cross-section area of a laser beam can changes.

This article is about detecting intensity of a laser radiation in case of cross-section area change.

Keywords: laser, intensity, the laser beam, cross-section, spectroscopy.

В современном машиностроении широко цах раздела различных сред, смотрите рис. При применяются водные растворы различных ве- расчетах мощности сигнала, поступающего из ществ. При этом часто возникает необходи- раствора в приемник необходимо учитывать мость определения их химического состава. интенсивность лазерного луча. Поэтому возни Наиболее экспрессными методами с наилуч- кает необходимость определения зависимости шими аналитическими характеристиками для изменения интенсивности лазерного луча от определения химического состава водных рас- изменения площади его поперечного сечения.

творов являются спектральные методы анализа Как известно, интенсивность лазерного из с лазерными источниками света, так как техни- лучения в поперечном сечении светового пучка ка обработки их сигналов хорошо развита имеет вид [2]:

и поддается автоматизации. I I 0 exp (1) Водные растворы могут находиться в сосу- w дах различной формы. При прохождении ла- где I0 – интенсивность лазерного луча в центре его симметрии;

w – радиус лазерного луча;

зерного луча через такие сосуды с растворами – радиус-вектор.

может иметь место изменение площади его по Найдем изменение интенсивности излуче перечного сечения из-за преломления на грани ния при изменении площади его поперечного сечения.

Пусть за время t через поперечное сечение S проходит энергия Е, тогда будет иметь место следующее равенство:

E I ср St где Iср – средняя интенсивность излучения в по перечном сечении площадью S.

i Пусть площадь поперечного сечения изме нится от значения S1 до значения S2, тогда счи i2 i тая, что потерь энергии нет, по закону сохране ния энергии для первого и второго сечения по O лучим:

Е1= Е2, i I ср1S1t I ср2 S2 t, I ср1 S1 I ср 2 S 2.

i (2) i2 В тоже время P I ср Схематическое изображение хода лучей лазерного излуче-, (3) ния при прохождении кюветы сферической формы с раст- S вором:

где P – мощность излучения проходящего через 1 – лазерный луч;

2 – стеклянная кювета;

3 – исследуемая проба;

поперечное сечение площадью S.

i1, i2, i3 – углы падения и преломления ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ С учетом (1), мощность излучения прохо- жение (5) с учетом потерь энергии запишется дящего через поперечное сечение площадью S в виде:

определится выражением: ds.

w w P I 0 exp e d w2 _ 1L1 2 L I 02 I 01e (6) s Переписав данное выражение с учетом (3) w w e d получим:

где µ1 – коэффициент затухания лазерного из I0 2 w I ср d e w d. (4) лучения в первой среде;

µ2 – коэффициент за S0 тухания лазерного излучения во второй среде;

Подставим выражение (4) в (2) считая, что L1 – расстояние от сечения с диаметром 2w1 до поперечное сечение лазерного излучения имеет границы раздела двух сред;

L2 – расстояние от форму круга диаметром 2w, получим:

границы раздела двух сред до сечения с диа w1 метром 2w2;

– коэффициент учитывающий w e d потери на френелевское отражение при прохо I 02 I 01 (5) ждении границы раздела двух сред.

w2 Выражения (5) и (6) могут быть полезны, w e d например, для определения мощности сигнала где w1 – радиус лазерного пучка в его сечении поступающего в приемник при исследовании площадью S1;

w2 – радиус лазерного пучка в его химического состава растворов методами флюо сечении площадью S2;

I01 – интенсивность в цен- ресценции и комбинационного рассеяния света, тре пучка с площадью сечения S1;

I02 – интен- а также при проектировании различных опто сивность в центре пучка с площадью сечения S2. электронных устройств автоматических систем.

Формула (5) не учитывает потери энергии при прохождении лазерного излучения через БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК среду и отражает лишь изменение интенсивно 1. Деулин Б. И. Современные методы анализа вод // сти из-за расходимости луча.

Известия ОрелГТУ. Машиностроение и приборостроение Если изменение площади поперечного се- №4(19). – Орел: ОрелГТУ, 2000, с. 172 – 177.

чения вызвано прохождением лазерного излу- 2. Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника. – М.:

чения через границу раздела двух сред, то выра- Техносфера, 2004. – 592 с.

УДК 621.375. Б. И. Деулин, Э. В. Карпович ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР НА ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЯХ С ЭПОКСИПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕЙ-РАДИАТОРОМ ФГБОУ ВПО Орловский государственный аграрный университет E-mail: boris1967 or@qip.ru, karpowich.ed@yandex.ru, teploteh@orelsau.ru Жидкостные лазеры на красителях обладают рядом недостатков, связанных с необходимостью прокачки растворов красителей, возможностью их испарения и взрывоопасностью. В статье предлагается использо вать в качестве активного элемента твердотельную эпоксиполимерную матрицу-радиатор с внедренным в нее органическим красителем.

Ключевые слова: органические красители, эпоксиполимер, твердотельный лазер, теплопроводность, накачка.

Liquid dye lasers have a number of disadvantages associated with the necessity of pumping dye solutions, the possibility of evaporation and explosion. The article proposes to use as an active element solid epoksipolimer matrix radiatorincorporated in organic dye.

Keywords: organic dyes, epoxypolymer, solid-state laser, thermal conductivity, pumping.

С целью устранения недостатков присущих кой типа ЛКИ-301 с матрицей на основе полиме жидкостным лазерам оте-чественной промыш- тилметакрилата (ПММА). Лазерный материал на ленностью был освоен выпуск твердотельного ла- основе ПММА обладает рядом недостатков: низ кой теплопроводностью (=0,18 Вт·К-1м-1);

невысо зера (рис. 1) на красителях с когерентной накач 104 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ким значением твердости (по Бринелю 130 Мпа), росла почти на порядок. Матрица с внедрен что затрудняет механическую обработку;

низ- ным в нее красителем родамин С показала сле кой фотостойкостью, что вызвало необходи- дующие результаты: КПД – 25%, пороговая плотность мощности – 0,13 мВт/см2, спектр мость сканирования пучком света при накачке по поверхности лазерного элемента;

невысокой широкополосной генерации лежал в диапазоне теплостойкостью матрицы из ПММА (темпера- 612–640 нм с максимумом в районе 626 нм.

тура размягчения порядка 700С). Этанольный раствор родамина С при тех же условиях показал: КПД – 32%, пороговая плот ность мощности накачки – 0,11 мВт/см2, спектр широкополосной генерации 610–630 нм с мак симумом 620 нм.

Исследования по ресурсу работы эпоксипо лимерных матриц, активированных красителя ми дали следующие результаты: активный эле мент с родамином Ж выдерживал 104 вспышек при плотности мощности накачки 500 кВт/см2, элемент на основе родамина С – 3·104. Выше приведенные данные о результатах испытаний взяты из работы [1].

Применение матрицы на основе эпоксипо Рис. 1. Оптическая схема твердотельного лазера на краси телях ЛКИ-301: лимеров позволило производить накачку «в од 1 – зеркало оптического резонатора;

2 – интерферометр;

3 – актив ну точку» и отказаться от сканирования лазер ный лазерный элемент;

4 – линза;

5 – призма: 6 – выходное зеркало ного элемента. Для увеличения теплопроводно оптического резонатора сти и твердости в эпоксиполимер были внедре Кроме ПММА были разработаны матрицы на ны мелкодисперсные стекла коэффициент пре основе целого ряда других материалов, например, ломления, которых соответствовал коэффици на основе эпоксиполимеров, которые обладают енту преломления эпоксиполимера (n=1,501).

большей теплопроводностью (=0,23 Вт·К-1м-1), Это достигалось путем подбора концентрации ин большей твердостью по (Бринелю 140-500 Мпа), гредиентов стекла. Коэффициент теплопроводно фотостойкостью и теплостойкостью [1]. сти этих стекол составляет =0,923 Вт·К-1м-1 [1].

Лазерные элементы на эпоксиполимерах, Интенсивность люминесценции красителей активированные красителями с концентрацией внедренных в эпоксиполимер уменьшается порядка 10-4 г/г, выполненные в форме парал- с ростом температуры (рис. 2). Поэтому, увели лелепипеда размерами 3х10х25 мм вводились в чение коэффициента теплопроводности и умень лазер с недисперсионным резонатором перпен- шение рабочей температуры матриц повысит дикулярно его оптической оси. Длина резона- их ресурс и положительно скажется на эффек тора составляла 75 мм. На-качка производилась тивности работы лазера.

второй гармоникой лазера YAG: Nd+3. Матрица Для увеличения теплопроводности матриц с родамином Ж показала следующие результа- красители были введены в ряд других материа ты: КПД достигал 15-20%, пороговая мощность лов, например, в пористые стекла. В работе [2] накачки оставляла 0,15 мВт/см2, спектр широко- приведен пример внедрения полимерного кра полосной генерации лежал в области 580–596 сителя в микропористое кварцевое стекло. Од нм с максимумом в районе 587 нм. Расходи- нако, ресурс работы такого активного элемента не превышает 10–103 вспышек, что на 1-2 по мость излучения генерации в режиме одиноч ных импульсов при небольшом превышения рядка ниже, чем у полимерных с оптимальным над порогом составляла 1,5 мрад. При частоте сочетанием полимер-краситель, но по своим повторения импульсов накачки 12,5 Гц расхо- механическим и термооптическим характери стикам превосходят полимерные. В работе [2] димость выросла вдвое. При такой же концен приведено использование эпоксиполимера на трации и условиях этанольный раствор рода основе диглицидового эфира камфорной кисло мина Ж показал следующие результаты: КПД – ты и метилгексагидрофталевого ангидрида.

45%, пороговая плотность мощности – 0, мВт/см2, диапазон генерации 572–588 нм, Данный эпоксиполимер активировался краси телем родамин С и внедрялся в микропористое с максимумом 580 нм. При частоте повторения стекло. Диапазон генерации данного активного импульсов накачки 12,5 Гц расходимость вы ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ элемента лежал в диапазоне 607–655 нм, КПД вспышек. Данные по плотности мощности на составлял 20%. Ресурс работы достигал 104 качки в работе [2] отсутствуют.

Рис. 2. Спектры люминесценции красителя родамина С в эпоксиолигомере ЭД-24 при разных температурах:

1 – при 390С;

2 – при 570С;

3 – при 1150С Однако, стекла имеют теплопроводность на- дят теплоту, полученную от генерирующей много меньшую, чем металлы. Например, теп- матрицы. Согласно закону Фурье они будут лопроводность меди при температуре 3000К со- служить радиатором, рассеивающим это тепло ставляет 401 Вт·К-1м-1, алюминия – 237 Вт·К-1м-1, в окружающую среду конвективной теплоотда железа – 80 Вт·К-1м-1 [3]. чей по закону Ньютона-Рихмана:

Поэтому в данной работе предлагается при Q=(tс-tв)S, изготовлении эпоксипо-лимерной матрицы за где: Q – конвективный тепловой поток от всех ключить ее в оболочку из металла с высоким поверхностей стенок к окружающему воздуху, коэффициентом теплопроводности. В оболочке Вт;

– средний коэффициент конвективной те выполнены кольцевые пазы (рис. 3, сечение А– плоотдачи, Вт/(м2·К);

tc – температура поверх А), значительно увеличивающие площадь ее ности стенок, оС;

tв – температура окружающе контакта с генерирующей средой. Таким обра го воздуха, оС;

S – площадь всех поверхностей зом, получается легко заменяемая матрица, ко теплообмена, м2.

то-рая вставляется в корпус (рис. 3) из того же Высокая теплопроводности металла, тонко высокотеплопроводного металла, что и оболоч стенность конструкции корпуса и наклонных ка. Данную конструкцию предлагается исполь стоек, обширная площадь их контакта с окру зовать в качестве активного элемента 3 в лазере жающей средой обеспечат достаточный тепло ЛТИ-301 (рис. 1).

отвод от генерирующей среды, что повысит ре сурс матрицы и КПД лазера. Вместе с тем, упростится его конструкция и повысится на дежность из-за исчезновения механизмов ска нирования матрицы лучом накачки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Поляков В. Е. Лазеры на красителях.– СПб: СЗТУ, 2003. – 130 с.

2. Земский В. И. Физика и техника импульсных лазе Рис. 3. Эпоксиполимерная матрица-радиатор ров на красителях/ В. И. Земский, Ю. Л. Колесников, И. К. Мешковский. – СПб.:СПбГУ ИТМО, 2005.– 176 с.

3.Болтон У. Конструкционные материалы: металлы, Корпус, боковые наклонные стойки, зажим- сплавы, полимеры, керамика, композиты: Карманный ные фланцы и металлическое днище лазера, на справочник. / Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Додэ которую монтируется вся конструкция, прово- ка-ХХ1», 2004. - 320 с.

106 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 629.7.023.001. Э. В. Карпович АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В ПОРИСТЫХ СТРУКТУРАХ ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»

E-mail: karpowich.ed@yandex.ru, teploteh@orelsau.ru В работе представлено общее описание и результаты подробного тестирования программного комплекса для решения системы нестационарных дифференциальных уравнений, описывающих сопряженный тепло массообмен в пористых телах в двумерной расчетной области произвольной формы. Рассмотрены состав ленные автором тестовые задачи.

Ключевые слова: тепломассообмен, пористая структура, автоматизированный расчет, изотермическая фильтрация, активное охлаждение.

This paper presents general description and results of detailed testing of program complex for solution of the whole system of nonstandard differential equations, describing conjugate heat and mass transfer in porous bodies in double-measured calculating area of free form. The author offers test problems worked out by him.

Keywords: heat-mass-exchange, the porous structure, the automated calculation, isothermal filtration, active cooling.

P1, на правой – P2. Температура воздуха Т, проте Анализ научных публикаций свидетельству ет о тенденции все более широкого применения кающего через стенку, поддерживается постоян пористых материалов в теплообменных аппара- ной. Требуется определить распределение давле тах. Большая вариативность конструкций тепло- ния по толщине стенки и расход газа.

обменников с пористым наполнителем [1] и но- Для этого случая точное решение для зна чения давления P при значении координаты x менклатуры пористых материалов [2] не позво ляет создать единую методику их расчета или записывается следующим образом:

выбрать единый критерий сравнения. В то же x x P P 2 1 P22, время разнообразие математических моделей гидродинамики и теплообмена в пористой а расход газа G определяется следующим соот структуре [1] позволяет получить надежные ношением:

расчетные данные. В связи с этим возникает не обходимость в автоматизации подобных расче- (P 2 P22 ) ( 2 2 тов и сведении разнообразных математических RT G, моделей в единый программный комплекс. Дан ная проблема была решена созданием такого где – динамическая вязкость воздуха, R – уни комплекса в МГТУ им. Н. Э. Баумана. Комплекс версальная газовая постоянная.

предназначен для решения системы нестацио Задача 2. Изотермическая проницаемость нарных дифференциальных уравнений, описы через цилиндрическую пористую стенку. Ци вающих сопряженный тепломассообмен в по линдрическая пористая стенка с внутренним ристых телах в двумерной расчетной области радиусом r1 и внешним радиусом r2 имеет вяз произвольной формы в декартовой или цилинд костный и инерционный коэффициенты со рической системах координат. Для его тестиро противления. На внутренней и внешней по вания был успешно решен ряд задач, имеющих верхностях цилиндра поддерживается давление аналитическое решение. В настоящей статье воздуха P1 и P2 соответственно. Температура рассматриваются несколько основных тестовых воздуха Т, перетекающего через цилиндриче задач, составленных автором.

скую стенку, поддерживается постоянной. Тре Задача 1. Изотермическая проницаемость че буется определить распределение давления по рез плоскую пористую стенку. Плоская пористая радиусу цилиндра и расход воздуха.

стенка толщиной имеет вязкостный и инерци При аналитическом решении расход газа G онный коэффициенты сопротивления. На левой определяется следующим соотношением:

границе стенки поддерживается давление воздуха r r r2 r1ln 2 r2 r1ln r1 r2 r1 P P2, 2 r1 G 2 r2 r1 2 r2 r1 2 RT r2 r ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ а распределение значений давления P в зависи- неразрывности (сплошности).

мости от значения радиуса r описывается вы- Задача 3. Температурное состояние обог ражением: реваемой непроницаемой стенки с пористым охлаждением. Непроницаемая плоская стенка r r r P 2 P 2 2 GRTln 2G 2 RT. толщиной h и длиной L покрыта с одной сто r1 rr роны пористым каркасом длиной L и высо Причем в математической модели для чис- той. Схема расчетной области представлена ленного решения этой задачи учтено уравнение на рис. 1, а.

а б Рис. 1. Расчетная область и результаты решения для задачи Стенка нагревается продуктами сгорания шением, что отражено на рис. 1, б, где приве с плотностью теплового потока q со стороны дены итоги аналитического и численных реше непроницаемой поверхности. Охладитель по- ний с различным числом узлов в расчетных ступает в пористый каркас равномерно распре- сетках.

деленным по поверхности, перпендикулярной Завершающим этапом проверки работоспо направлению его движения. Расход охладителя собности программного обеспечения явилось G, плотность –, теплопроводность – G и теп- сравнение расчетных данных с результатами лоемкость – cp. Теплопроводность каркаса 1 экспериментов. Для этого проводилось числен вдоль оси Oх и 2 вдоль оси Оу. Гидравличе- ное моделирование натурных испытаний с по ское сопротивление пористого каркаса опреде- ристыми секциями длиной 5, 10 и 15 мм, изо ляется вязкостным и инерционным коэффи- браженными на рис. 2, а.

циентами сопротивления. Давление и темпера тура охладителя на входе в пористый каркас P и T1, давление охладителя на выходе из порис того каркаса равно P2. Объемный коэффициент теплоотдачи от охладителя к каркасу пористой стенки v. Требуется определить распределение температуры Tw на поверхности непроницаемой стенки, покрытой пористым каркасом.

В этой задаче режим теплообмена принима ется форсированным [3], поэтому влиянием продольного переноса теплоты теплопроводно стью в каркасе и охладителе можно пренеб- а б речь. В этом случае распределение температу- Рис. 2. Экспериментальные пористые образцы ры на поверхности непроницаемой стенки, со- и их расчетная область прикасающейся с пористым каркасом, рассчи тывается с помощью известной зависимости [3]. Расчетная область для задачи математиче Результаты численного решения задачи показа- ского моделирования натурных экспериментов ли хорошее соответствие с аналитическим ре- приведена на рис. 2, б. По границе FE подво 108 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ дится тепловой поток q, в области GHCD дви- ляет значительно сократить временные и мате жется теплоноситель, на границе АВ учитыва- риальные затраты при их разработке, что дает ется теплообмен с окружающей средой, проис- возможность прогнозировать большой эконо ходящий по закону Ньютона-Рихмана. мический эффект.

Удовлетворительное совпадение расчетных БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК и экспериментальных значений подтвердило корректную работу программного обеспечения, 1. Карпович, Э. В. Особенности организации тепло что позволяет перейти от проведения дорого- обмена в пористых структурах / Э. В. Карпович // Извес стоящих огневых испытаний с использованием тия ОрелГТУ. Математика. Механика. Информатика. – трудоемких в изготовлении экспериментальных Орел: ОрелГТУ, 2000. – № 3.– С. 109-115.

2. Карпович, Э. В. Метод определения коэффициентов образцов к численному моделированию про сопротивления пористых элементов при фильтрации сжи цессов гидродинамики и теплообмена. Более маемой среды / Э. В. Карпович // Энергосберегающие того, с помощью созданного программного технологии и техника в сфере АПК. Материалы к Межре комплекса можно автоматизировать как расчет гиональной выставке-конференции. – Орел: ОрелГАУ, 2011.– С. 58–61.

различных параметров в разрабатываемой кон 3. Карпович, Э. В. Исследование пористых сред с по струкции, так и выбор самой конструкции теп мощью ЭВМ / Э. В. Карпович // Энергосберегающие тех лообменного аппарата еще на этапе ее проекти- нологии и техника в сфере АПК. Материалы к Межрегио рования. Автоматизация расчетов всех пара- нальной выставке-конференции.– Орел: ОрелГАУ, 2011.– метров в теплообменниках любого вида позво- С. 54-58.

УДК 621.757: А. Г. Кесоян, Н. Г. Кремлева ВЛИЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ НА СОБИРАЕМОСТЬ ПРЕЦИЗИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ Волгоградский государственный технический университет E-mail: app@vstu.ru Рассмотрено влияние асимметрии и эксцесса в партиях сопрягаемых деталей на собираемость соедине ний. Представлены зависимости объема незавершенного производства от величины производственных по грешностей при прецизионной сборке методом межгрупповой взаимозаменяемости. Предложено использо вание результатов исследований для прогнозирования достижимых результатов.

Ключевые слова: прецизионные соединения, негауссовые распределения, асимметрия, эксцесс, незавер шенное производство, задел.

Influence of skewness and kurtosis in batches of mating parts on assemblability of joins has been considered.

The dependencies of work-in-process output on the size of manufacturing errors at precision assembly by method of among-group interchangeability have been represented. Use of research results for prediction of attainable outcomes has been suggested.

Keywords: precision joints, non-Gaussian distributions, skewness, kurtosis, work-in-process, back-log.

Процесс производства прецизионных со- ров (М), изменение режущих свойств инстру единений характерен присутствием погрешно- мента (например, износ) – к увеличению рас стей изготовления сопрягаемых деталей, кото- сеяния размеров (), а также к асимметрии (AS) рые оказывают существенное влияние на его и эксцессу (Ek) их распределений. Наиболее ха эффективность, и в первую очередь на соби- рактерные причины изменения формы кривой раемость прецизионных соединений. Если распределения размеров деталей: изготовление влияние погрешностей измерений на количест- части партий деталей затупленным инструмен венные характеристики сборки прецизионных том, что ведет к увеличению усилий резания;

соединений рассмотрены ранее [1], то действие изменение режимов обработки;

износ режуще отклонений в распределениях размеров сопря- го инструмента за время обработки партии;

не гаемых деталей требует специальной оценки. установившийся температурный режим, выра При изготовлении прецизионных деталей жающийся в изменениях температуры инстру погрешность настройки оборудования приво- мента и заготовки за время изготовления пар дит к смещению центров группирования разме- тии и т. д.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Q Оценку собираемости прецизионных со единений целесообразно производить для наи более неблагоприятных условий, когда смеще- 0, ние центров группирования размеров происхо дит по технологическим причинам в разные 0, стороны, а асимметрия и эксцесс в партиях со прягаемых деталей разнонаправлены. Анализ способов задания производственных погрешно- 0, стей (асимметрии и эксцесса) в партиях дета лей, поступивших на сборку, показал, что наи 0, более целесообразно их задавать, используя не гауссовы (композиционные) распределения [2].

Достижимые результаты прецизионной сборки для этих факторов рассмотрены при ус- 1 2 3 4 n ловии расширения взаимозаменяемости раз- Рис. 2. Зависимость объема незавершенного производства Q мерных групп за счет уменьшения группового от n при As 0 и E 0 для различных значений k т и TA k допуска и использования метода межгрупповой взаимозаменяемости (МГВ), допускающего ком На рис. 2 – 4 приведены зависимости Q от плектование соединений не только из одно величины n при рекомендуемых ГОСТ 25347– именных, но и соседних групп [3].

82 посадках с относительной точностью kт из В качестве примера на рис. 1 приведена готовления партий сопрягаемых деталей, где схема образования незавершенного производ k т 1 / 2 = 1;

1,5;

2,4 – соответственно, оди ства (заштрихованная площадь) при негауссо вых распределениях размеров в партиях сопря- наковые квалитеты и разность в один и два гаемых отверстий (кривая 1 ( x) ) и валов (кри- квалитета, 1, 2 – среднеквадратические от вая 2 ( x) ) с асимметрией при сборке с МГВ. клонения распределений размеров отверстий и валов. В расчетах принимался относительный На рис. 1 величина h выражает расширение допуск на размер замыкающего звена TAот, вы возможностей прецизионной сборки, т. е.

раженный в единицах 1 ( TAот TA / 1 ), где TA h 1, 2 n TAот =1;

2;

3 (соответственно штрихпунктирная, где TA – допуск на размер замыкающего звена, штриховая и сплошная линии на графиках).

n – величина, показывающая во сколько раз, Расчеты произведены для объема партии уменьшается групповой допуск. 300 штук, которому соответствуют возможные Расчет величины незавершенного произ отклонения M =0,2;

As =0,42, Ek = 1,2, при водства Q при различных соотношениях пара этом рассматривалось как наличие только од метров сборки производился в соответствии ного из отклонений формы кривой распределе с выражениями, приведенными в работах [2, 3].

ния (рис. 2, рис. 3), так и их совместное присут (x) ствие (рис. 4).

Положительная асимметрия рассматрива лась в партиях отверстий во втулках, отрица тельная – в партиях валов. Положительный эксцесс принимался в партиях валов, отрица тельный – в партиях отверстий.

1(x) 2(x) На графиках на рис. 2 – 4 верхнему семей ству кривых соответствует k т =2,4, среднему – kт =1,5, нижнему – kт =1,0.

Представленные графики показывают, что 0 M x наличие асимметрии и эксцесса приводит к по вышению незавершенного производства на 15 h h 20, по сравнению с нормальным распределе Рис. 1. Незавершенное производство при асимметричном нием размеров сопрягаемых поверхностей [3].

распределении размеров в партиях сопрягаемых деталей 110 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ При этом асимметрия оказывает большее влия- лей приходится заготавливать больше, чем тре ние на величину НП, чем эксцесс. В то же вре- буется сборочных узлов, т. е. необходим сбо мя уменьшение группового допуска не более рочный задел. Такой сборочный задел, мини мальный объем которого обеспечит требуемое чем в три раза ( n =3) приводит к резкому до количество соединений при самых неблагопри 70% снижению Q.

ятных условиях производства сопрягаемых де Q талей, можно считать гарантированным. Его величина может в 1,5 и более раза превышать 0,4 необходимое число прецизионных пар. Пра вильное назначение объема гарантированного задела позволит обеспечить устойчивый ритм 0, сборочного процесса и избежать производства лишней незавершенной продукции.

0, Сборочный задел Z определяется отноше нием требуемого количества прецизионных пар 0, N (программы выпуска) к собираемости S дета лей в партиях, которая пропорциональна пло 0 щади фигуры, образованной на рис. 1. пересе 1 2 3 4 n чением кривых распределений размеров сопря Рис. 3. Зависимость объема незавершенного производства Q гаемых поверхностей. Величину этой площади от n при As 0 и E 0 для различных значений k т и TA при известном незавершенном производстве k Qможно найти из выражения S 1 Q. Следо вательно, объем сборочного задела определится Q из выражения:

N N Z.

0, S 1 Q Величина обратная S, то есть 1/ S характе 0, ризует относительный задел деталей при пре цизионной сборке.

0,2 На рис. 5 приведены графики зависимости относительного задела 1/ S от величины h, вы раженной в единицах 1 при одинаковых до 0, пусках на составляющие звенья (сплошная ли ния), отличающихся на один квалитет (штрихо вая линия) и на два квалитета (штрихпунктир 1 2 3 4 n ная линия) при гарантированном комплектова Рис. 4. Зависимость объема незавершенного производства Q нии не менее 500 соединений. При этом рассмат от n при As 0 и E 0 для различных значений k т и TA k 1/S Подобный вывод сделан при анализе соби 2, раемости соединений из партий деталей разме ры которых распределены по нормальному за- 2, кону [3]. Следовательно, для сокращения неза 1, вершенного производства при разработке тех нологических процессов сборки прецизионных 1, соединений методом МГВ, можно рекомендо 1, вать уменьшение группового допуска не более чем в три раза, по сравнению с принятым для 1, метода групповой взаимозаменяемости.

Невозможность обеспечения полной соби- 0 0,1 0,2 0,3 0,4 h раемости прецизионных деталей и, соответст- Рис. 5. Зависимость относительного задела деталей 1/S от ве венно, появление незавершенного производст- личины h для различных соотношений допусков kт состав ва, приводит к тому, что комплектующих дета- ляющих звеньев ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ рассматривались самые неблагоприятные усло- Проведенные исследования позволили ус вия, то есть наличие в подготавливаемых под тановить, что для заданных технологических сборку партиях сопрягаемых деталей производ- параметров можно определить величину произ ственных погрешностей: смещение центров водственного задела сопрягаемых деталей, группирования M =0,15 (в единицах 1 ), асим- обеспечивающего требуемое количество пре цизионных пар при минимальном объеме неза метрия As =0,327 и эксцесс Ek =1,08.

вершенного производства. Полученные резуль Для примера рассчитаем величину гаранти таты делают возможной оценку эффективности рованного задела при заданных допусках на со прецизионной сборки на стадии проектирова ставляющие звенья: отверстие во втулке ния процесса и могут использоваться для про TA1 =18 мкм ( 1 =3 мкм), вал TA 2 =12 мкм (со гнозирования собираемости соединений.

ответственно, разность допусков составляет БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК один квалитет и kт =1,5) и замыкающее звено (например, зазор) TA =4 мкм. При уменьше- 1. Кесоян А. Г., Коцюба С. А. Влияние точности сор тировки деталей на эффективность прецизионной сборки// нии группового допуска в два раза (n=2) вели Сборка в машиностроении, приборостроении, 2012. №11.– чина h будет равна:

С. 26-27.

4 1 2. Кесоян А. Г., Рабинович Л. А. Моделирование рас h 1 1 мкм.

2 2 пределений размеров в производственных партиях дета лей, поступающих на прецизионную сборку // Известия В единицах 1 величина h примет значение ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. №9(47)/ ВолгГТУ, – Вол 0,33. По штриховой кривой на рис. 5 этому зна- гоград, 2008.– С. 78–82. – (Сер. Прогрессивные техноло чению h соответствует относительный задел гии в машиностроении. Вып. 4).

1/ S =1,35. Следовательно, для гарантированного 3. Рабинович Л. А., Кесоян А. Г. Определение пара получения 500 соединений при данных техноло- метров групповой взаимозаменяемости для условий без отходной прецизионной сборки/ Вестник машинострое гических условиях, необходим сборочный задел ния, 2005.-№ 1.–С. 51–56.

объемом 675 (1,35500) деталей каждого вида.

УДК 681.523. В. В. Корзин, А. С. Гольцов, В. А. Горюнов*, Л. Г. Казакова РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СТРУЙНО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ E-mail: korzinv@mail.ru Волгоградский государственный технический университет* Рассмотрена струйно-электронная система измерения температуры газовых потоков, приведены резуль таты ее экспериментальных исследований.

Ключевые слова: измерение температуры, струйный измеритель температуры.

The jet-electronic measurement system of temperature of gas streams is considered. Results of its pilot studies are given.

Keywords: temperature measurement, jet measuring instrument of temperature.

Для измерения температуры газовых пото- ратор [7], измерители давления, перепада и ков в автоматизированных взрыво- и пожаро- частоты, а также электронный вычислительный опасных производствах разработана струйно- блок и устройство отображения информации.

электронная система измерения. При экспери- Математическая модель данной системы из ментальном исследовании характеристик струй- мерения построена с учетом математических ной системы измерения температуры использо- моделей струйного преобразователя температу вались методы аэрогидродинамических испы- ры [8] и струйного генератора колебаний [9, 10].

таний. Струйно-электронная система измере- Для проверки адекватности данной матема ния включает в себя газодинамический преоб- тической модели исследовалась система, вклю разователь температуры [1 – 6], струйный гене- чающая в себя газодинамический преобразова 112 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ности можно сделать вывод о том, что абсо тель и струйный генератор. Эксперименталь лютная методическая погрешность в диапазоне ные исследования системы измерения проводи от 20 до 160о составляет от 0,12 до 0,96о С, при лись при температуре окружающей среды 20о С этом среднеквадратическое отклонение мето и барометрическом давлении 760 мм рт. ст.

дической погрешности в этом же диапазоне со На вход газодинамического преобразовате ставляет от 0,13 до 1,01о С, доверительный ин ля подавался воздух, величина давления пита тервал методической погрешности составляет ния, которого поддерживалась постоянной от 0,39 до 3,3о С, а относительная методическая р= 100 кПа. Температура воздуха, с помощью погрешность составляет 0,6%.


электрического нагревателя, изменялась от Проведенные исследования струйно-элект до 160о С, и замерялись значения частоты на ронной системы измерения температуры газо выходе струйного генератора.

вых потоков подтверждают возможность ее Для струйно-электронной системы измере применения в автоматизированных пожаро ния получена экспериментальная зависимость и взрывоопасных производствах.

значений температуры от частоты, которая в диапазоне температуры от 20 до 160о С имеет БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК линейный характер и соответствует значениям, 1. Чаплыгин, Э. И. Повышение стабильности работы вычисленным по математической модели. Ре струйных термопневмопреобразователей/ Э. И. Чаплыгин, зультаты измерений и вычислений показывают, Е. А. Дьячков, В. А. Горюнов, В. В. Корзин // Датчики что расчетная прямая хорошо согласуется с ре- и системы. – 2003. – № 10. – С. 31-33.

зультатами эксперимента. 2. Горюнов В. А. /Разработка преобразователей физи ческих величин. / В. А. Горюнов, Е. А. Дьячков, В. В. Кор По результатам эксперимента проведен ста зин, С. Г. Телица, Э. И. Чаплыгин. // Материалы междуна тистический анализ полной погрешности. При- родной конференции «Актуальные проблемы конструк нято, что отклонение случайной величины от торско-технологического обеспечения машиностроитель математического ожидания происходит по за- ного производства», Волгоград, 16-19 сентября 2003, РПК «Политехник». – Волгоград, 2003. – С. 214-215.

кону нормального распределения.

3. Чаплыгин, Э. И. Импульсный струйный термопре Выявлено, что наибольшее влияние на зна- образователь повышенной стабильности. / Э. И. Чаплы чение величины температуры оказывают по- гин, Е. А. Дьячков, В. А. Горюнов, В. В. Корзин // Извес грешности измерения избыточного давления р тия ВолгГТУ. Сер. «Автоматизация технологических про цессов в машиностроении». – Волгоград, 2004. – Вып. 1., и перепада давления р. Погрешности измере № 1. – С. 19-22.

ния геометрических размеров и частоты оказы- 4. Корзин, В. В. Аэродинамический измеритель тем вают намного меньшее влияние, поэтому ими пературы. / Корзин В. В., Чаплыгин Э. И., Горюнов В. А. // можно пренебречь. Была проведена статистиче- Высокие технологии, фундаментальные и прикладные ис следования, образование: сб. трудов III Международной ская обработка инструментальной погрешности. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и примене При сравнении статистических данных ние высоких технологий в промышленности», С-Пб, полной погрешности, присутствующей при 14-17.03.2007 / Изд. Политехнического университета. – С-Пб., 2007. – Т. 8, С. – 66-67.

проведении экспериментов в диапазоне изме 5. Корзин, В. В. Экспериментальные исследования рения температуры от 20 до 160о С, со стати- струйного импульсного преобразователя температуры. / стическими данными, полученными при вы- В. В. Корзин // Известия ВолгГТУ. Сер. «Прогрессивные числении инструментальной погрешности, на- технологии в машиностроении». – Волгоград, 2007. – Вып. 3., № 4. – С. 47-49.

блюдается следующее:

6. Корзин, В. В. Струйные преобразователи темпера – абсолютная полная погрешность состав- туры повышенной стабильности. / В. В. Корзин, Э. И. Ча ляет от 0,52 до 4,1о С;

плыгин, В. А. Горюнов // Известия ВолгГТУ. Сер. «Про – абсолютная инструментальная погреш- грессивные технологии в машиностроении». – Волгоград, 2009. – Вып. 5., № 8. – С. 98-100.

ность составляет от 0,4 до 3,14о С;

7. Корзин, В. В. Измерение расхода и температуры – максимальное среднеквадратическое отклоне- струйным измерителем. / В. В. Корзин, В. А. Горюнов, ние полной погрешности составляет 4,32о С, а ин- Ю. Г. Бурков // Известия ВолгГТУ. Сер. «Прогрессивные струментальной погрешности составляет 3,3о С;

технологии в машиностроении». – Волгоград, 2011. – Вып. 7., № 13. – С. 77-79.

– максимальный доверительный интервал 8. Корзин, В. В. Теоретический анализ рабочего про полной погрешности составляет 12,96о С, а ин- цесса струйного импульсного преобразователя температу струментальной погрешности – 9,9о С;

ры. / В. В. Корзин // Известия ВолгГТУ. Сер. «Прогрес сивные технологии в машиностроении». – Волгоград, – относительная полная погрешность со 2007. – Вып. 3., № 4. – С. 46-47.

ставляет 2,6%;

9. Чаплыгин, Э. И. Математическая модель струйного – относительная инструментальная погреш- расходомера/ Э. И. Чаплыгин, Ю. В. Земсков, В. В. Корзин // ность составляет 2,0%. Журнал технической физики. – 2004. – том 74, вып. 6. – С. 16-19.

10. Сhaplygin, E. I. / Mathematical model of a fluid На основании полученных результатов ста- flowmeter./ Сhaplygin, E. I., Yu.V. Zemskov, V. V. Korzin // тистической обработки методической погреш- Technical Physics. – 2004. – Volume 49, Number 6.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 681.523. В. В. Корзин, А. С. Гольцов, В. А. Горюнов*, А. Н. Рязанов** ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУЙНЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ E-mail: korzinv@mail.ru Волгоградский государственный технический университет* Воронежский государственный университет инженерных технологий** В статье рассматривается экспериментальная установка для исследования струйно-электронной системы измерения температуры, включающей в себя газодинамический преобразователь и струйный генератор ко лебаний. Приводится методика проведения экспериментальных исследований.

Ключевые слова: измерение температуры, струйный измеритель температуры.

In article experimental installation for research of jet-electronic system of measurement of temperature includ ing the gasdynamic converter and the jet oscillator is considered.

Keywords: temperature measurement, jet measuring instrument of temperature.

Автоматизированный контроль параметров равления, а также осуществить измерение пара технологических процессов, протекающих метров системы измерения температуры и ее в сложных условиях, в пожаро- и взрывоопас- элементов. К входу исследуемого датчика тем ных производствах, при наличии высоких элек- пературы может быть подключен расходомер, тромагнитных и радиационных полей может датчик давления, образцовый термометр, а к вы осуществляться струйными системами контро- ходу – частотомер. Перепад давления измеряет ля. Для исследования элементов таких систем, ся дифференциальным датчиком давления.

Показания температуры регистрируются с учетом известных аналогов испытательных с помощью образцового термометра, значения установок для элементов пневмоавтоматики перепада давления регистрируются с помощью [1–3], была изготовлена экспериментальная датчика перепада, подключенного к вычисли установка (изображена на рисунке). На этой ус тельному блоку. Сигналы струйного генератора тановке были получены статические и динами преобразуются пьезоэлементом в электрический ческие характеристики газодинамического пре сигнал, регистрируются с помощью частотомера образователя температуры [4–6], струйного ге и заносятся в вычислительный блок. Также нератора [7–9], а также подтверждена адекват в вычислительный блок заносится измеренная ность математической модели струйно-элект величина давления и в нем вычисляется значе ронной системы измерения температуры газо ние температуры по формулам математической вых потоков.

модели системы измерения температуры.

Для проверки адекватности математической модели системы измерения температуры газо вых потоков, разработанной с учетом моделей, рассмотренных в [8 – 10] исследовались струй ный газодинамический преобразователь темпе ратуры со следующими геометрическими па раметрами: lд = 45 мм;

dд = 1 мм и струйный ге нератор с параметрами: dcв = 4 мм;

lсв= 80 мм;

lг =5 мм;

h= 0,8 мм;

b=0,7 мм;

bу = 0,8 мм.

С помощью данного экспериментального стенда можно исследовать зависимость измене ния частоты и выходного давления:

– от расстояния между питающим и прием ным каналом газодинамического преобразовате ля температуры;

Экспериментальная установка – от диаметров питающего и приемного ка На установке можно воспроизвести различ- налов газодинамического преобразователя тем ные схемы систем измерения температуры и уп- пературы;

114 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ – от длин питающего и приемного каналов 4. Корзин, В. В. Аэродинамический измеритель тем пературы. / Корзин В. В., Чаплыгин Э. И., Горюнов В. А. // газодинамического преобразователя темпера Высокие технологии, фундаментальные и прикладные ис туры;

следования, образование: сб. трудов III Международной – от геометрических размеров струйного науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и примене генератора;

ние высоких технологий в промышленности», С-Пб, 14 – от величины давления питания воздушно- 17.03.2007 / Изд. политехнического университета. – С-Пб., 2007. – Т. 8, С. – 66-67.

го потока;

5. Корзин, В. В. Экспериментальные исследования – от величины расхода воздушного потока. струйного импульсного преобразователя температуры. / На основании полученных на эксперимен- В. В. Корзин // Известия ВолгГТУ. Сер. «Прогрессивные тальной установке данных возможно проекти- технологии в машиностроении». – Волгоград, 2007. – рование элементов для струйных систем авто- Вып. 3., № 4. – С. 47-49.

6. Корзин, В. В. Струйные преобразователи темпера матизированного контроля, работающих в раз туры повышенной стабильности. / В. В. Корзин, Э. И. Ча личных диапазонах. плыгин, В. А. Горюнов // Известия ВолгГТУ. Сер. «Про грессивные технологии в машиностроении». – Волгоград, БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 2009. – Вып. 5., № 8. – С. 98-100.

7. Корзин, В. В. Измерение расхода и температуры 1. Чаплыгин, Э. И. Повышение стабильности работы струйным измерителем. / В. В. Корзин, В. А. Горюнов, струйных термопневмопреобразователей / Э. И. Чаплыгин, Ю. Г. Бурков // Известия ВолгГТУ. Сер. «Прогрессивные Е. А. Дьячков, В. А. Горюнов, В. В. Корзин // Датчики и технологии в машиностроении». – Волгоград, 2011. – системы. – 2003. – № 10. – С. 31-33.


Вып. 7., № 13. – С. 77-79.

2. Горюнов В. А. /Разработка преобразователей физи 8. Чаплыгин, Э. И. Математическая модель струйного ческих величин. / В. А. Горюнов, Е. А. Дьячков, В. В. Кор расходомера / Э. И. Чаплыгин, Ю. В. Земсков, В. В. Кор зин, С. Г. Телица, Э. И. Чаплыгин. // Материалы междуна зин // Журнал технической физики. – 2004. – том 74, вып.

родной конференции «Актуальные проблемы конструк 6. – С. 16-19.

торско-технологического обеспечения машиностроитель 9. Сhaplygin, E. I. / Mathematical model of a fluid flow ного производства», Волгоград, 16-19 сентября 2003, РПК meter./ E. I. Сhaplygin, Yu. V. Zemskov, V. V. Korzin // «Политехник». – Волгоград, 2003. – С. 214-215.

Technical Physics. – 2004. – Volume 49, Number 6.

3. Чаплыгин, Э. И. Импульсный струйный термопре 10. Корзин, В. В. Теоретический анализ рабочего про образователь повышенной стабильности. / Э. И. Чаплы цесса струйного импульсного преобразователя температу гин, Е. А. Дьячков, В. А. Горюнов, В. В. Корзин // Извес ры. / В. В. Корзин // Известия ВолгГТУ. Сер. «Прогрес тия ВолгГТУ. Сер. «Автоматизация технологических про сивные технологии в машиностроении». – Волгоград, цессов в машиностроении». – Волгоград, 2004. – Вып. 1., 2007. – Вып. 3., № 4. – С. 46-47.

№ 1. – С. 19-22.

УДК 621.798. А. М. Макаров, Ю. П. Сердобинцев, А. С. Сергеев ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО НАПОЛНЕНИЯ ГИБКИХ КОНТЕЙНЕРОВ СЫПУЧИМ МАТЕРИАЛОМ Волгоградский государственный технический университет E-mail: app@vstu.ru Для решения задачи полной автоматизации процесса расфасовки сыпучих материалов разработана конструк ция устройства для автоматического наполнения гибких контейнеров сыпучим материалом. Изготовлен и собран экспериментальный образец этого устройства с пневматическим приводом. Управление устройством осуществ ляется от панели управления, реализованной на пневматических распределителях с механическим переключени ем. Лабораторные испытания подтвердили работоспособность подобных устройств, что создает условия для комплексной автоматизации процесса расфасовки сыпучих материалов в гибкие контейнеры.

Ключевые слова: автоматическое наполнение, экспериментальный образец, гибкий контейнер, сыпучий материал.

For solution of a problem of full automation of process of packaging of bulk materials the construction of device for automatic filling flexible containers by bulk material has been developed. The experimental sample of this device with a pneumatic drive has been manufactured and assembled. The device is controlled by control board implemented on pneumatic valves with mechanical switching. Laboratory tests have confirmed efficiency of such devices, what cre ates conditions for integrated automation of packaging process of bulk materials in flexible containers.

Keywords: automatic filling, experimental sample, flexible container, bulk material.

В настоящее время на предприятиях хими- пучих материалов в гибкие контейнеры (мешки) ческой, пищевой промышленности, в строитель- с открытой горловиной вместимостью до 50 кг.

стве и сельском хозяйстве при расфасовке сы- применяется труд человека-оператора. Чаще ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ всего это имеет место при захвате, раскрытии и щения в виде одного или нескольких пневмоци подаче контейнера под загрузочный патрубок, линдров. Теоретические расчеты подтвердили а также на последующих операциях прошивки работоспособность и применимость семейства контейнера. разработанных захватных устройств при ком Обзор рынка отечественной и зарубежной плексной автоматизации процесса расфасовки фасовочной и упаковочной техники, патентных сыпучих материалов в гибкие контейнеры.

и литературных источников показывает, что не Для решения задачи полной автоматизации одно из предлагаемых устройств не позволяет процесса расфасовки сыпучих материалов полностью автоматизировать процесс наполне- в мягкую тару разработана конструкция уст ния открытых гибких контейнеров сыпучим ройства [4] для автоматического наполнения материалом [1]. гибких контейнеров сыпучим материалом.

Для автоматического захвата, раскрытия и Для проверки работоспособности устройст удержания гибких контейнеров при наполнении ва на основе разработанных чертежей и изго с возможностью последующего их закрытия для товленных сборочных элементов на кафедре прошивки разработаны конструкции рычажно- автоматизации производственных процессов шарнирных захватных устройств [1, 2, 3], со- Волгоградского государственного технического стоящие из рычажно-шарнирного механизма с университета был собран экспериментальный захватами в виде пальцев и привода их переме- образец (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид экспериментального устройства для автоматического наполнения гибких контейнеров сыпучим материалом Устройство состоит из рычажно-шарнир- представлено в [1, 4, 5]. В качестве источника ного захватного устройства 1, смонтированного энергии выступает мобильный воздушный на раме 2 и выполненного с возможностью компрессор с ресивером и фильтром (рис. 2, а).

вращения вокруг оси 3. Захваты 4 (могут быть Привод устройства полностью пневматический, различного исполнения, в данном случае ис- что обусловлено требованиями взрыво- и по пользовались вакуумные) необходимы для жаробезопасности при расфасовке различных предварительного открытия гибкого контейне- сыпучих материалов. Привод состоит из 6 пнев ра 5, который в исходном положении находится матических цилиндров. Управление осуществ на столе 6, а при наполнении – под загрузоч- ляется от панели управления (рис. 2. б) посред ным патрубком 7. Подробное описание элемен- ством пневмораспределителей с механическим тов конструкции устройства, принципа работы, управлением компании Camozzi. Это сделано на и его трехмерное компьютерное моделирование меренно, чтобы отработать все этапы цикла 116 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ расфасовки, произвести лабораторные испыта- тическую. При этом могут быть реализованы ния устройства, определить технические харак- варианта управления – пневматическое, постро теристики, рациональные настройки и режимы енное на пневмологике (для взрывоопасных сы работы. После этого система управления уст- пучих материалов, например муки и др.), и с ройством будет заменена на полностью автома- электропневматическим управлением от ПЛК.

а б Рис. 2. Элементы привода и управления устройством:

а – воздушный компрессор, б – панель управления Основные функции манипулирования гиб- нутри с помощью захватных элементов в виде ким контейнером при его наполнении выполня- пальцев (рис. 3 а) и надежно удерживается ет рычажно-шарнирное захватное устройство. в таком положении посредством давления воз После поштучного отделения и предваритель- духа в миницилиндрах.

ного открывания мешка он захватывается из а б Рис. 3. Захват, раскрытие и удержание гибкого контейнера Затем мешок транспортируется к загрузоч- Предварительные испытания подтвердили ному патрубку (рычажно-шарнирное захватное работоспособность данных устройств. В ре устройство поворачивается на 90 градусов с по- зультате экспериментальных исследований ус мощью поворотного пневмоцилиндра, рис. 1) тановлены некоторые технические характери и открывается (при втягивании штока пневмо- стики данного устройства при наполнении гиб цилиндра привода захватные пальцы занимают ких контейнеров различных размеров хорошо положение в вершинах выпуклого шестиуголь- сыпучими материалами: гранулами из пенопо ника, рис. 3, б) для наполнения сыпучим мате- листирола и керамзитом. Так, например, мак риалом. симальная производительность промышленно ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ мешков / Л. А. Рабинович, А. М. Макаров;

заявитель и па го образца должна составить не менее 6 тонн в тентообладатель Волгоградский государственный техни час. Диапазоны дозирования зависят от плотно ческий университет.– № 2010122140/21;

заявл. 31.05.2010;

сти сыпучих материалов и ограничены 50 кило- опубл. 20.06.2011.

граммами. 3. Макаров, А. М. Синтез рычажно-шарнирных за Использование предложенного устройства хватных устройств для манипулирования мягкой расфасо вочной тарой / А. М. Макаров, Ю. П. Сердобинцев // Изв.

позволяет полностью освободить человека от ВолгГТУ. Серия "Прогрессивные технологии в машино тяжелой, утомительной работы, вывести его из строении". Вып. 8 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. – рабочей зоны и более не применять ручной Волгоград, 2012. – № 13 (100). – C. 117–119.

труд в процессах расфасовки сыпучих материа- 4. Пат. 2469928 РФ, МПК B 65 B 7/02, B 65 B 5/00.

Устройство для автоматического раскрытия, удержания лов в гибкие контейнеры.

и закрытия мешков / А. М. Макаров, Л. А. Рабинович, Ю. П. Сердобинцев;

заявитель и патентообладатель Вол БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК гоградский государственный технический университет;

1. Макаров, А. М. Автоматическая расфасовка сыпу- заявл. 31.05.2011;

опубл. 12.20.2012.

чих материалов в мягкую тару. Повышение эффективности 5. Transfer Machine Line for Packaging Granular Materi процесса / А. М. Макаров, Ю. П. Сердобинцев.– Саарбрюк- als in a Soft Open Container / A. M. Makarov, Y. P. Serdo кен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013.– 128 с. bintsev, M. P. Kuhtik // Journal of Applied Packaging Re 2. Пат. 2421383 РФ, МПК В 65 В 67/12. Устройство search (JAPR). Vol. 6 / DEStech Publication, Inc., 2012.– для автоматического захвата, раскрытия и удержания №4.– pp. 203–209.

УДК 621.757:519. С. Г. Поступаева, И. Е. Грязнов РАБОТА САУ, ОСНОВАННЫХ НА ТРАДИЦИОННЫХ И НЕТРАДИЦИОННЫХ МЕТОДАХ НАСТРОЙКИ РЕГУЛЯТОРА Волгоградский государственный технический университет E-mail: app@vstu.ru Статья посвящена сравнительному анализу методов настройки ПИ-регулятора применительно к одному объекту управления. Результаты моделирования подтвердили высокую эффективность использования мето да настройки при помощи нейро-нечеткой сети.

Ключевые слова: регулятор, нечеткое управление, нейро-нечеткая сеть.

This article is devoted to the comparative analysis of methods setup of the controller in relation to one object of management. The results of simulation have corroborated high performance of use a method of control by means of a neural network.

Keywords: controller, indistinct management, neural network.

В современном производстве широко при- позволяет обеспечить устойчивость системы меняются системы автоматизации и промыш- управления, но не гарантирует ее качественную ленные регуляторы. В настоящее время в авто- работу. Поэтому важно не только корректно матизированных системах управления техноло- настроить ПИ-регулятор, но и выбрать наибо гическими процессами наиболее часто встре- лее подходящий для данного объекта управле чающимся регулятором является пропорцио- ния метод настройки.

нально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор). Существование большого числа различных Использование ПИ-регулятора в системе управ- методов настройки ПИ-регуляторов технологи ления позволяет повысить быстродействие и ческих процессов [1, 2] приводит к необходи точность. Однако это может быть достигнуто мости проведения сравнительного анализа раз только при оптимальных настройках регулято- работанных методов и определению наиболее ра. Поэтому при разработке систем автомати- эффективного метода для конкретного класса ческого регулирования (САР) одной из основ- объектов. Для объективного анализа сравнение ных задач является адекватная настройка пара- полученных показателей возможно при на метров ПИ-регулятора. Существует большое стройке ПИ-регуляторов применительно к од количество методов настройки ПИ-регулято- ному объекту управления. В качестве объекта ров, однако многие из них либо чрезмерно тру- управления был выбран непрерывный динами доемки, либо не обладают необходимой точно- ческий объект с транспортным запаздывани стью. Как правило, применение этих методов ем – пароперегреватель котла ТП-87, описы 118 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ваемый по каналу управления расход на дов настройки ПИ-регуляторов системы автома вспрыск – температура перегретого пара с пе- тического управления: Стогестада, Циглера-Ни редаточной функцией: кольса, Куна, Шеделя, метода, основанного на 0, 2 реакции на ступенчатое воздействие и метода e0,2 p.

W ( p) амплитудного оптимума. Из перечисленных вы (1,53 p 1)(0,93 p 1) ше методов наиболее наилучшие показатели пе Исходная система автоматического управ ререгулирования и времени регулирования дают ления имеет вид, представленный на рис. 1.

метод амплитудного оптимума, Куна и Шеделя.

Существует несколько традиционных мето Рис. 1. САУ пароперегревателем котла При настройке по методу Шеделя коэффи- жен в программировании, поэтому в работе от циенты ПИ-регулятора принимают большие дается предпочтение методу Куна.

значения;

метод амплитудного оптимума сло Таблица Вычисление оптимальных настроек ПИ-регулятора по методу Куна Koб T1 T2 Kp Ti A tp 0,28 1,17 0,72 0,16 3,571 0,683 1,185 5, 0,28 1,17 0,72 0,25 3,571 0,713 1,223 5, 0,28 1,17 1,15 0,16 3,571 0,826 1,282 6, 0,28 1,17 1,15 0,25 3,571 0,856 1,318 6, 0,28 1,87 0,72 0,16 3,571 0,916 1,278 11, 0,28 1,87 0,72 0,25 3,571 0,946 1,312 11, 0,28 1,87 1,15 0,16 3,571 1,060 1,415 16, 0,28 1,87 1,15 0,25 3,571 1,090 1,452 17, 0,45 1,17 0,72 0,16 2,222 0,683 1,425 6, 0,45 1,17 0,72 0,25 2,222 0,713 1,478 9, 0,45 1,17 1,15 0,16 2,222 0,826 1,526 13, 0,45 1,17 1,15 0,25 2,222 0,856 1,556 14, 0,45 1,87 0,72 0,16 2,222 0,916 1,491 11, 0,45 1,87 0,72 0,25 2,222 0,946 1,539 14, 0,45 1,87 1,15 0,16 2,222 1,060 1,594 20, 0,45 1,87 1,15 0,25 2,222 1,090 1,663 25, Зафиксировав номинальные значения пара- рования;

Ti – постоянная интегрирования;

tp – метров объекта управления (Koб = 0,37;

T1 = время регулирования), вычисленные при по = 1,53;

T2 = 0,93;

= 0,2), где Koб – коэффициент мощи метода Куна (табл. 1).

передачи;

Т1, Т2 – постоянные времени;

– за- Показатели качества переходного процесса паздывание;

получим настроечные коэффици- при настройке ПИ-регулятора, выполненной для енты ПИ-регулятора (A – первая амплитуда пе- номинальных значений параметров объекта уп реходного процесса;

Kp – коэффициент регули- равления по методу Куна представлены в табл. 2.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Таблица Настройка регулятора по методу Куна Koб T1 T2 Kp Ti A tp № 1 0,33 1,35 0,82 0,18 2,9645 0,7718 1,4539 11, 2 0,33 1,35 0,82 0,23 3,2175 0,8244 1,4392 12, 3 0,33 1,35 1,04 0,18 2,8649 0,8378 1,4401 12, 4 0,33 1,35 1,04 0,23 2,6163 0,8902 1,3815 12, 5 0,33 1,70 0,82 0,18 3,1469 0,8271 1,4639 12, 6 0,33 1,70 0,82 0,23 3,0520 0,8891 1,4762 12, 7 0,33 1,70 1,04 0,18 2,8759 0,8464 1,5569 15, 8 0,33 1,70 1,04 0,23 2,5232 0,8276 1,4626 14, 9 0,41 1,35 0,82 0,18 2,8532 0,7941 1,5035 10, 10 0,41 1,35 0,82 0,23 2,6394 0,8638 1,4473 11, 11 0,41 1,35 1,04 0,18 2,3181 0,8892 1,4046 12, 12 0,41 1,35 1,04 0,23 2,2560 0,9085 1,4009 12, 13 0,41 1,70 0,82 0,18 2,5416 0,9367 1,4564 12, 14 0,41 1,70 0,82 0,23 2,5795 0,9413 1,4157 12, 15 0,41 1,70 1,04 0,18 2,5183 0,9820 1,4136 13, 16 0,41 1,70 1,04 0,23 2,8394 1,0264 1,4595 13, В последнее время широкую популярность рования (АСР).

находят нечеткие модели и алгоритмы управ- В качестве алгоритма нечеткого управления ления. Одним из научных направлений в дан- используем алгоритм Мамдани-Сугено [4].

ной области является нечеткая коррекция на- При разработке нечеткого адаптера для строек ПИ-регулятора по анализу качества пе- блока, реализующего алгоритм Мамдани, зада реходных процессов [3]. Известно, что нечет- ны два входа и один выход. Функции принад кое управление основано на практическом лежности используются вида «первая амплиту применении знаний квалифицированных спе- да переходного процесса», «время регулирова циалистов, представленных в форме лингвис- ния», «постоянная интегрирования ПИ-регу тических баз правил. Нечеткое управление эф- лятора». Определены два нечетких множества – фективно в случаях недетерминированности малое и большое и универсумы входных и вы параметров объектов, когда существует опре- ходных параметров. Нечеткие множества опи деленный опыт экспертов по управлению и на- саны с помощью лингвистических переменных стройке автоматизированной системы регули- и выражены аналитическим методом.

Таблица Настройка регулятора по алгоритму Мамдани-Сугено № Koб T1 T2 Kp Ti A tp 1 0,33 1,35 0,82 0,18 3,5714 0,7917 1,5097 12, 2 0,33 1,35 0,82 0,23 3,4212 0,7951 1,5132 13, 3 0,33 1,35 1,04 0,18 3,1956 0,8014 1,5125 14, 4 0,33 1,35 1,04 0,23 2,9983 0,8974 1,4356 12, 5 0,33 1,70 0,82 0,18 3,2754 0,7991 1,5055 12, 6 0,33 1,70 0,82 0,23 3,0614 0,8864 1,4001 12, 7 0,33 1,70 1,04 0,18 2,9983 0,9342 1,4281 13, 8 0,33 1,70 1,04 0,23 2,9464 0,9997 1,4334 14, 9 0,41 1,35 0,82 0,18 3,0487 0,8061 1,5316 12, 120 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Окончание табл. № Koб T1 T2 Kp Ti A tp 10 0,41 1,35 0,82 0,23 2,8784 0,8107 1,5260 13, 11 0,41 1,35 1,04 0,18 2,7548 0,8403 1,5148 14, 12 0,41 1,35 1,04 0,23 2,6642 0,8561 1,5116 14, 13 0,41 1,70 0,82 0,18 3,0316 0,8363 1,5377 14, 14 0,41 1,70 0,82 0,23 2,9566 0,8873 1,5173 14, 15 0,41 1,70 1,04 0,18 3,0559 0,9591 1,5277 16, 16 0,41 1,70 1,04 0,23 2,9638 0,9512 1,5228 16, База знания разработана на основе экспериментальных исследований и рекомендаций:

IF( A1 is A1_low) and (t p is A1_low) then (K p is Kp_high)(T1 is Ti_low) ;

IF( A1 is A1_low) and (t p is tp_high) then (K p is Kp_low)(Ti is Ti_high) ;

IF( A1 is A1_high) and (t p is tp_low) then (K p is Kp_low)(Ti is Ti_low) ;

IF( A1 is A1_high) and (t p is tp_high) then (K p is Kp_high)(Ti is Ti_high).

Показатели качества переходного процесса тезировать нечеткую нейронную сеть (ННС) из при настройке ПИ-регулятора по алгоритму экспериментальных данных. ННС можно рас Мамдани-Сугено представлены в табл. 3. сматривать как одну из разновидностей систем Спроектируем нейро-нечеткий регулятор нечеткого логического вывода типа Сугено [4].

для аппроксимации настроек ПИ-регулятора. Показатели качества переходного процесса при Данную задачу можно осуществить в редакторе настройке ПИ-регулятора при помощи нейро ANFIS, который позволяет автоматически син- нечеткой сети представлены в табл. 4.

Таблица Настройка регулятора при помощи нейро-нечеткой сети ANFIS № Koб T1 T2 Kp Ti A tp 1 0,33 1,35 0,82 0,18 3,5714 0,7917 1,5097 12, 2 0,33 1,35 0,82 0,23 3,4212 0,7917 1,5159 13, 3 0,33 1,35 1,04 0,18 3,1956 0,7917 1,5214 14, 4 0,33 1,35 1,04 0,23 2,9983 0,8991 1,4345 12, 5 0,33 1,70 0,82 0,18 3,2754 0,7917 1,5122 12, 6 0,33 1,70 0,82 0,23 3,0614 0,8870 1,3998 12, 7 0,33 1,70 1,04 0,18 2,9983 0,9417 1,4228 13, 8 0,33 1,70 1,04 0,23 2,9464 0,9653 1,4235 14, 9 0,41 1,35 0,82 0,18 3,0487 0,7917 1,5451 12, 10 0,41 1,35 0,82 0,23 2,8784 0,7917 1,5442 13, 11 0,41 1,35 1,04 0,18 2,7548 0,8362 1,5181 14, 12 0,41 1,35 1,04 0,23 2,6642 0,8536 1,5138 14, 13 0,41 1,70 0,82 0,18 3,0316 0,8312 1,5419 14, 14 0,41 1,70 0,82 0,23 2,9566 0,8880 1,5140 14, 15 0,41 1,70 1,04 0,18 3,0559 0,9735 1,4882 12, 16 0,41 1,70 1,04 0,23 2,9638 0,9666 1,5127 16, ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Графики переходного процесса при сле- нием каждого метода настройки ПИ-регу дующих параметрах объекта управления: Koб = лятора, из вышепредложенных, представлены = 0,33;

T1 = 1,70;

T2 = 0,82;

= 0,23 с примене- на рис. 2.

1 Рис. 2. Переходная характеристика САУ с применением метода настройки ПИ-регулятора:

1 – по методу Куна;

2 – по алгоритму Мамдани-Сугено;

3 – при помощи нейро-нечеткой сети ANFIS регулирования / Ш. Е. Штейнберг, Л. П. Сережин, И. Е. За Как видно из проведенного анализа, наилуч луцкий // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2004. – шие показатели обеспечили нейро-нечеткие сети;

№7. – С. 1-7.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.