Сильфонные чувствительные элементы в системах управления : коррекция физико-механических характеристик

• Автор: Кудрявцева, Ирина Михайловна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 192 с. : ил.

Содержание

Перечень условных обозначений.

Принятые условные сокращения

Введение

1 Анализ конструетивных особенностей сильфонных элементов.

1.1 Конструктивные особенности и классификация сильфонов

1.2 Анализ основных физикомеханических хараюеристик сильфонных элементов

1.2.1 Геометрические параметры сильфонов.

1.2.2 Упругая характеристика, жесткость, чувствительность сильфонных элементов.

1.2.3 Резонансные частоты и амплитуды вынужденных колебаний сильфонов

1.2.4 Прочность, надежность и долговечность сильфонных элементов

1.3 Анализ методов изготовления сильфонов.
1.4 Выводы по разделу.
2 Анализ методов и подходов к описанию сильфонов.
2.1 Анализ патентной и научнотехнической литературы методы
и подходы к описанию оболоческ сложной формы
2.2 Аналитическое описание сильфона с помощью эллиптических функций.
2.3 Выводы по разделу.
3 Аналитическое описание геометрии сильфона с использованием эллиптических функций.
3.1 Алгоритм аналитического описания геометрии сильфона с использованием эллиптических функций
3.2 Выводы по разделу.
4 Анализ статических и динамических характеристик
сильфонных элементов
4.1 Определение жесткости сильфона аналитическими методами
4.2 Анализ статических и динамических характеристик сильфона
4.3 Выводы по разделу.
5 Алгоритмы коррекции физикомеханических характеристик
сильфона
5.1 Анализ влияния технологических несовершенств на физикомеханические характеристики сильфонных элементов.
5.2 Передаточная функция сильфонного элемента.
5.3 Исследование переходной характеристики сильфонов в
системе МАТЬАВ.
5.4 Расчет параметров регулятора.
5.5 Оптимизация параметров регулятора для конкретных задач проектирования.
5.6 Выводы по разделу.
Заключение и основные выводы
Список использованных источников


При синтезе пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора был использован метод назначения полюсов, а для оптимизации параметров регулятора - метод Зиглера-Никольса. ПИД-регулятора систем автоматического управления для управления динамикой сильфонного чувствительного элемента. Практическая значимость и реализация результатов. Результаты работы использованы для создания программ расчета параметров ПИ и ПИД регуляторов для систем автоматического управления динамикой сильфонных чувствительных элементов. Мехатроники СПбГУ ИТМО. На выполнение отдельных этапов данной работы было получено 4 гранта Администрации Санкт-Петербурга. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на -ти конференциях различного уровня, в том числе: на IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике, Нижний Новгород, - августа г. V и VII сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов», Санкт-Петербург, июня - 5 июля и - октября г. Публикации. Основные результаты работы отражены в 9 публикациях, в том числе тематических выпусках научно-технического вестника СПбГУ ИТМО, материалах конференций. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 7 наименований и трех приложений. Основной текст работы изложен на 5 страницах, включает в себя 7 таблиц и иллюстрации. Существует группа деталей, на деформации которых основана работа измерительных приборов и датчиков систем управления. Они называются упругими элементами. Одно из основных их свойств - изменять свои размеры и форму под действием нагрузки. По форме и методам расчета все упругие элементы делят на две группы: стержневые и оболочечные [1]. Объектом исследования в данной работе являются сильфоны (общий вид изображен на рисунке 1. Благодаря особенностям геометрической формы они способны совершать значительные перемещения под действием давления, осевой и поперечной силы и изгибающего момента. Рисунок 1. Причем, область их применения постоянно расширяется, что связано с постепенным углублением знаний об объектах данной работы и совершенствованием технологий их изготовления. В последнее время значительно возросла роль сильфонов, применяемых в составе различных датчиков автоматизированных систем управления. Рассмотрим основные особенности и физико-механические характеристки сильфонных чувствительных элементов более подробно. Из-за разнообразия применения конструктивное выполнение сильфонов может быть различным. Ниже приведена сводная схема - классификация различных типов сильфонов с учетом их назначения, конструкции и материала [2]. В таблице 1. МКИ (Международная классификация изобретений) [3,4]. Из данной таблицы наглядно видно, что сильфонные элементы применяются во многих областях техники (автоматика, теплотехника, электроника, приборостроение, машиностроение и др. Наибольшее распространение получили бесшовные сильфоны, изготовленные из однослойных тонкостенных (цельнотянутых) металлических трубок. Многослойные сильфоны применяются для защиты от агрессивных сред и в целях повышения прочности. Переме- щение Усилие Компен- сатор Бесшов- ные Сварные Паяные Упрочняемый эахалкей Упрочняемый магартсмой Дисперсно нно-тверд. Таблица 1. Сильфонные. Сильфоны, используемые. ГОСТ 2-. Сильфоны однослойные измерительные механические. Технические условия [6]. ГОСТ 4 - . Сильфоны многослойные металлические. Общие технические условия [7]. Следует отметить, что на практике часто применяются нестандартные сильфоны. Это можно объяснить несоответствием ГОСТ реально требующимся параметрам функциональных элементов, а так же постепенным переходом современной промышленности от крупносерийного производства изучаемых объектов к их изготовлению на заказ. В данной ситуации определяющее значение преобретает изучение и моделирование физико-механических характеристик сильфонных элементов. Сильфон представлет собой цилиндрическую оболочку сложной формы с гофрами заданной формы и размеров [8,9]. Основными геометрическими параметрами однослойных цилиндрических сильфонов (смотри рисунок 1. О - наружный диаметр сильфона; я?