Аннотация

Аннотация

Рассмотрена конструкция дозаторной системы с кулачковым приводом. Предложена расчетная схема и математическая модель дозатора с учетом динамической взаимосвязи ее элементов как единой электрогидромеханической системы. Сформулированы задачи анализа и синтеза динамических и геометрических характеристик дозатора.

Полный текст

В структуре дозаторных систем существенную роль играет вид привода исполнительного органа. Наибольшее распространение получили электромеханические и электрогидравлические типы приводов, отличающиеся как конструктивным исполнением, так и характером движения рабочих органов, что сказывается на параметрах производительности, времени срабатывания, точности и значениях выходного давления [1]. Существенное отличие электромеханического привода дозаторов от электрогидравлического заключается в том, что его конструкция в некоторых случаях позволяет обеспечить плавность работы исполнительного органа и стабильность расхода дозатора. К таким случаям относится применение кулачкового привода, в котором за счет профиля кулачка формируется заданный закон движения плунжера. В качестве примера на рис. 1 представлен дозатор с кулачковым приводом. Рис. 1. Конструкция дозаторной системы с кулачковым приводом Вращательное движение ротора 2 двигателя 1 через муфту 3 и передаточный механизм 4 (в случае его наличия) передается на кулачок 5. За счет профиля кулачка возвратно-поступательное движение толкателя 6 осуществляется по заданному закону. Плунжер дозатора 7 жестко связан с толкателем. В кулачковом механизме может реализовываться как геометрическое замыкание, так и силовое замыкание с помощью пружины 8. Во время прямого хода плунжера 7 в рабочей камере, содержащей дозируемый материал, создается избыточное давление. Порция материала через клапан 9 вытесняется в нагнетательную магистраль. Обратный ход плунжера, соответствующий процессу всасывания, осуществляется за счет профиля кулачка 5 и силы упругости пружины 8. С учетом конструктивных особенностей расчетная схема дозатора представлена на рис. 2, обозначение элементов аналогично обозначениям рис. 1. Теоретическая оценка влияния конструктивных и режимных параметров на эксплуатационные и качественные характеристики дозатора может быть реализована с помощью математической модели, которая формируется на основе принципа составной модели, учитывающей динамическую взаимосвязь между элементами дозаторной системы (рис. 2) [2]. С учетом жесткой связи двигателя и кулачка уравнение движения вращающейся массы ротора, передаточного механизма и кулачка для стационарного режима работы при линеаризации механической характеристики двигателя [3]: , (1) где – приведенный момент инерции ротора двигателя, муфты, передаточного механизма и кулачка; – угол поворота ротора двигателя и кулачка; – величина номинального крутящего момента двигателя; – коэффициент крутизны статической характеристики, определяемый по известным методикам и справочным данным; – функция управления, , где – время отключения двигателя; – приведенный момент сил сопротивления. Рис. 2. Расчетная схема дозатора с кулачковым приводом Движение толкателя-плунжера в цилиндре в предположении сжимаемости жидкости описывается соотношением , (2) где – приведенная масса плунжера; – перемещение плунжера; – осевое усилие на толкатель со стороны кулачка; – результирующая сила трения уплотнений и реакций в опорах, , где – коэффициент трения; – результирующая реакций в опорах и уплотнениях); – сила упругости пружины, , (где – коэффициент жесткости пружины); – сила сопротивления нагнетанию жидкости в дозаторе, , где р – давление жидкости в дозаторе, – площадь плунжера дозатора. Динамика процессов, происходящих в цилиндре и клапанах дозатора, описывается следующими уравнениями [4, 5]: (3) где – коэффициент упругости полости с жидкостью (зависит от изменения объема цилиндра, упругости жидкости и материала цилиндра), – пропускная способность клапана (зависит от геометрических параметров клапана), принимается – расход дозируемой жидкости через клапан дозатора; , – давление жидкости магистралях: нагнетательной (выход) и питательной (вход). Силовые параметры, действующие на кулачок со стороны толкателя, определяются на основе рис. 2 [3, 6]: где – угол давления, ; – начальный радиус кулачка; e – эксцентриситет; характеризует нижнее положение толкателя относительно оси вращения кулачка, – текущий радиус кулачка, С учетом соотношений (1)–(3) и силовых характеристик кулачка математическая модель дозаторной системы имеет вид (4) Система (4) позволяет решать прямую и обратную задачи по анализу и синтезу дозаторной системы. В случае прямой задачи задаются профилем кулачка и законом движения плунжера-толкателя, определяя количественные, качественные и эксплуатационные характеристики системы дозирования. При решении обратной задачи на основе заданных критериев качества функционирования дозатора определяется закон движения плунжера и проектируется профиль кулачка. Таким образом, предложенная математическая модель (4) дает возможность определения оптимальных параметров дозатора с кулачковым приводом с помощью направленного моделирования динамических процессов.