Математическая модель исполнительного двигателя на силовых оболочковых элементах : Разработка, исследование, применение

• Автор: Липатов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 192 с. : ил

1.1. Введение

1.1.1. Мембраны

1.1.2. Сильфоны

1.1.3. Оболочки

1.2. Силовые оболочковые элементы

1.2.1. Баллонный цилиндр фирмы Реею

1.2.2. Чулочная мембрана фирмы Беек

1.2.3. Пневматический мускул фирмы Беям

1.2.4. Механическая мышца фирмы Пневмотроника

1.3. Недостатки силовых оболочковых элементов как конструкций и возможные пути их устранения
1.4. Варианты построения силовой части исполнительных двигателей, выполненных на базе силовых
оболочковых элементов
1.5. Достоинства и недостатки при использовании силовых оболочковых элементов в исполнительных
двигателях
1.6. Примеры применения разомкнутых приводов на основе дифференциального исполнительного
двигателя, выполненного на базе силовых оболочковых элементов
1.7. Привлечение теории оболочек к разработке статических математических моделей силовых
оболочковых элементов
1.8. Выводы по главе и постановка задачи
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СИЛОВЫХ ОБОЛОЧКОВЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
2.1. Введение
2.2. Геометрические параметры силового оболочкового элемента
2.3. Усилие, развиваемое силовым оболочковым элементом
2.4. Статические характеристики дифференциального исполнительного двигателя
2.5. Расход рабочей среды, поступающей в полости силовых оболочковых элементов
2.5.1. Объемный модуль упругости газа, поступающего в полость силового оболочкового элемента
2.6. Управление потоком рабочей средой, протекающей через дроссель
2.6.1. Расход жидкости, протекающей через дроссель
2.6.2. Расход газа, протекающего через дроссель
2.7. Нелинейная динамическая математическая модель дифференциального исполнительного двигателя
2.8. Линейная математическая модель дифференциального исполнительного двигателя
2.9. Линейная математическая модель исполнительного двигателя с возвратной пружиной
2 Конфигурация сетчатой оболочки
2 Исследование состояния оболочки
. Система криволинейных координат
. Первая и вторая квадратичные формы
. Усилия и моменты, испытываемые элементом оболочки
. Потенциальная энергия деформации
2Л2. Влияние конструктивных параметров на характеристики силовых оболочковых элементов
. Влияние конструктивных параметров силового оболочкового элемента на величину предельного
сокращения силового оболочкового элемента
. Влияние угла укладки армирующих нитей на характеристики силового оболочкового элемента
. Влияние угла укладки армирующих нитей на параметры исполнительного двигателя
2 Методика выбора элементов силовой части исполнительного двигателя, выполненного на силовых
оболочковых элементах
2 Выводы по главе
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Цели, поставленные при проведении эксперимента
3.2. Краткое описание стенда
3.2.1. Функционирование промышленного компьютера
3.2.2. Чувствительный элемент
3.2.3. Электропневматнчсский дроссельный распределитель
3.3. Оценка достоверности разработанной статической модели силового оболочкового элемента
3.3.1. Методика экспериментального получения статических силовых характеристик силовых
оболочковых элементов
3.3.2. Статические силовые характеристики пневматического мускула
3.3.3. Статические силовые характеристики механической мышцы
3.3.4. Сопоставление теоретических и экспериментальных результатов, учет влияния материала оболочки
на статические силовые характеристики на примере механической мышцы
3.3.5. Определение потерь развиваемого усилия по экспериментально полученным статическим
характеристикам
3.4. Оценка достоверности разработанной динамической линейной математической модели
дифференциального исполнительного двигателя на силовых оболочковых элементах
3.4.1. Получение частотных характеристик исполнительного двигателя опытным путем
3.4.2. Динамическая линейная математическая модель исполнительного двигателя
3.4.3. Получение ЛЛЧХ исполнительного двигателя на базе механических мышц и ее сравнение с
экспериментальными частотными характеристиками
3.4.4. Получение ЛАЧХ исполнительного двигателя на базе пневматических мускулов и се сравнение с
экспериментальными частотными характеристиками
3.5. Диапазон регулирования скоростей, режим ползучих скоростей исполнительного двигателя
3.6. Исполнительный двигатель в замкнутой системе
3.7. Выводы по главе
Е ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ, ВЫПОЛНЕННЫХ НА БАЗЕ СИЛОВЫХ ОБОЛОЧКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
4.1. Введение
4.2. Система управления элеронами самолета МиГ на основе исполнительною двигателя,
выполненного на базе силовых оболочковых элементов
4.2.1. Описание штатной системы управления самолетом МиГ
4.2.2. Выбор элементов привода и расчет его характеристик
4.2.3. Составление математической модели следящего привода управления элеронами
4.2.4. Синтез следящей системы
4.3. Применение исполнительного двигателя на силовых оболочковых элементах в системе управления
общим шагом вертолета Ка
4.3.1. Управление вертолетом Ка
4.3.2. Блоксхема привода на силовых оболочковых элементах
4.3.3. Выбор силовых элементов исполнительного двигателя и процедура динамического синтеза системы
управления
4.4. Применение силовых оболочковых элементов в модуле схвата роботаманипулятора
4.5. Выводы по главе
5. ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Достоинства и недостатки исполнительных двигателей, выполненных на СОЭ, по сравнению с исполнительными двигателями, базирующемся на силовом цилиндре, можно свести в табл. Достоинства и недостатки применения СОЭ в исполнительных двигателях по сравнению с аналогом на базе силового цилиндра. Значительно большие развиваемые усилия по сравнению с исполнительным двигателем на базе пневматического цилиндра при одинаковом диаметре силовой части особенно в начале диапазона сокращений 2. Большая длина силовой части исполнительного двигателя по сравнению с аналогичным по ходу силовым цилиндром 2. СОЭ и исполнительного двигателя на их основе. Таким образом, исполнительные двигатели, выполненные на базе СОЭ, обладают значительными преимуществами над исполнительными двигателями, базирующимися на применении силового цилиндра. При этом только недостатки I и 2 табл. В качестве примера построения исполнительного двигателя на оболочковых элементах, можно привести механизм изменения угловых перемещений фирмы ix i США . В нем применены два оболочковых элемента, расположенные с двух сторон шестерни, с которой они взаимодействуют при помощи зубчатых реек. При повышении давления внутри оболочкового элемента, происходит его линейное увеличение, благодаря чему зубчатая рейка вызывает вращение шестерни аналог исполнительного двигателя, представленного на рис. В России, на сегодняшний день, практическое применение исполнительных двигателей на базе СОЭ получило в автомобилестроении. В первую очередь это объясняется относительно низкой стоимостью СОЭ. В фирме Пневмотроника был разработан исполнительный двигатель на базе механических мышц для открытиязакрытия дверей автобусов . На рис. Разомкнутый пневматический привод для открытиязакрытия дверей транспортных средств на основе механических мышц. В состав данного исполнительного двигателя входят три механических мышцы, расположенные на одной оси. Нагрузкой исполнительног о двигателя является механизм открывания дверей автобуса. Крайние механические мышцы имеют между собой пневматическое сообщение. Данный привод является релейным и имеет два устойчивых состояния. В случае открытия дверей, при помощи клапана осуществляется подача воздуха в полость центральной механической мышцы и его сброс из полостей боковых механических мышц. В случае закрытия дверей, наоборот нагнетание воздуха осуществляется в полости боковых мышц и его сброс из полости центральной механической мышцы. Другими разработками фирмы Пневмогроника являются приводы управления сцеплением и коробкой передач для двигателя внутреннего сгорания, рейкой топливного насоса высокого давления дизельного двигателя и так далее. Все вышеперечисленные приводы являются не только разомкнутыми, но и чрезвычайно простыми по своим функциональным возможностям, что позволяет конструировать их, не привлекая динамических математических моделей. Создание замкнутых приводов без наличия их математических моделей возможно только после получения и обработки большого объема экспериментальных данных, что сопряжено с большими материальными и временными издержками. Такая практика проектирования сложных систем является неприемлемой. При проектировании сложных замкнутых систем управления невозможно обойтись без математического моделирования процессов, протекающих в них, не имея информации о динамических математических моделях элементов этих систем. Отсугствие примеров широкого применения исполнительных двигателей, выполненных на СОЭ, в системах автоматического управления в различных отраслях техники косвенным образом подтверждает факт отсутствия разработок, связанных с созданием упомянутых математических моделей. Это, естественно, не позволяет в полной мере использовать известные преимущества силовой части на СОЭ над силовым цилиндром при проектировании сложных систем автоматического управления, что делает задачу разработки статической и динамической математических моделей исполнительного двигателя на основе СОЭ важной и актуальной. В свою очередь, это невозможно без получения статических характеристик СОЭ.