Научный вестник ДГМА 2009 № 01

Подождите немного. Документ загружается.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009



Таблица 3

Характеристики оптимальных составов сплавов

Параметры оптимизации

Номер сплава

Время работы

корпуса, ч

17,4

16,6

15,8

19,0

18,3

1,0

15,0

12,6

950

17,3

18,4

16,5

17,7

18,6

17,5

1,0

15,0

14,2

830

19,3

18,4

17,4

18,2

20,2

19,4

1,1

12,7

10,4

1210

18,2

19,3

16,6

15,4

18,7

17,8

2,6

15,0

16,3

890

Примечание. В числителе – расчетное значение, в знаменателе – экспериментальное.

Установлено, что микроструктура металла по всему сечению наплавки состоит из аусте-

нита, ледебуритной эвтектики и мелких карбидов. У зоны сплавления со стороны наплавки

микротвердость аустенита составляет 5810–6720 МПа, эвтектики 8562–12516 МПа. В верхней

части наплавки микротвердость аустенита равна 6162–6954 МПа, эвтектики – 7258–8360 МПа.

Твердость наплавленного металла HRC 53–56. Карбиды распределены равномерно по всей тол-

щине наплавленного

металла, начиная от зоны сплавления, что обеспечивает практически оди-

наковую по глубине износостойкость сплава.

Производственные испытания сплава 210Х12В4М2Г2СФТ подтвердили его высокую из-

носостойкость (время работы корпуса насоса до разгерметизации составило 1210 ч вместо 250 ч

для литого корпуса из стали 35Л).

ВЫВОДЫ

Используя в качестве параметров оптимизации износостойкость

при различных углах

атаки гидроабразивной смеси и склонность к образованию трещин, методом планирования мно-

гофакторного эксперимента разработан состав металла для восстановления и упрочнения кор-

пусов насосов с сочетанием оптимальных износостойкости и технологичности. Структура ме-

талла обеспечивает высокие пластические свойства наплавленного металла при низкой склон-

ности к трещинообразованию.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кассов В. Д. Наплавка порошковой лентой как эффективный метод повышения долговечности обору-

дования / В. Д. Кассов, В. В. Чигарев, В. В. Кадава // Захист металургійних машин від поломок. – Маріуполь, 2006. –

№ 5. – С. 262–265.

2. Кассов В. Д. Минимизация потерь наплавленного порошковой лентой металла / В. Д. Кассов // Авто-

матическая сварка. – 2001. – № 8. – С. 32–33.

3. Кассов

В. Д. Підвищення працездатності деталей наплавленням порошковим дротом / В. Д. Кассов,

В. В. Чигарьов, О. П. Літвінов // Вісті Академії інженерних наук України. – 2008. – № 3. – С. 20–23.

4. Малеев М. Б. Износ лопаток рабочего колеса центробежного насоса твердыми включениями / М. Б. Малеев //

Научные труды Донецкого национального технического университета. – Донецк : ДонНТУ, 2002. – С. 142–148.

5. Зедгинидзе

И. Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем / И. Г. Зед-

гинидзе. – М. : Наука, 1976. – 390 с.

6. Новик Ф. С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов /

Ф. С. Новик, Я. Б. Арсов. – М. : Машиностроение, 1980. – 304 с.

7. Останин А. Н. Применение математических методов и ЭВМ. Вычислительные методы проектирова-

ния оптимальных конструкций / А

. Н. Останин, В. А. Гугля, Н. Н. Гурский. – Минск : Вышейш. шк., 1989. – 279 с.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009 86

ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Квашнин В. О., Мусиенко Ю. Н.

Рассмотрена двухфазная математическая модель асинхронного двигателя в токах ста-

тора и потокосцеплениях ротора. В результате работы получена система подчиненного регу-

лирования скорости, построенная на основе двухфазной математической модель асинхрон-

ного двигателя. Модель позволяет проводить исследования влияния изменения различных

параметров структуры электропривода на динамику переходных процессов, проводить ана-

лиз различных режимов работы двигателя. Приведены расчеты необходимых регуляторов

для системы подчиненного регулирования с законом управления U / f = const.

Розглянута двофазна математична модель асинхронного двигуна в струмах статора та

потокозчепленнях ротора. В результаті роботи отримана система підпорядкованого регулю-

вання швидкості, що побудована на основі двофазної математичної модель двигуна. Модель

позволяє проводити дослідження впливу зміни різних параметрів структури електропривода

на динаміку перехідних процесів, проводити аналіз різних режимів роботи двигуна. Наведе-

но розрахунки необхідних регуляторів для системи з законом керування U / f = const.

Two-phase mathematical model of the anisochronous motor is considered, built at current

stator and flow tractions rotor. As a result of work is received system of the subordinated regulation

to velocities, built on base two-phase mathematical model engine. Model allows to conduct studies

of the influence of the change different parameter structures electric driver on speaker of the con-

necting processes, conduct analysis different state of working engine. Necessary regulator for sys-

tem are calculations for the management are broughted U / f = const.

Квашнин В. О. канд. техн. наук, доц. кафедры ЭСА ДГМА

v.kvashnin@mail.ru

Мусиенко Ю. Н. студент ДГМА

ДГМА – Донбасская государственная машиностроительная академия

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009 87

УДК 621.311

Квашнин В. О., Мусиенко Ю. Н.

ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ

МОДЕЛИ

Построение моделей реальных асинхронных электроприводов является достаточно

сложной и необходимой задачей. В зависимости от требуемого технологического процесса

необходимо знать точные значения различных координат характеризующих преобразуемую

энергию электропривода: напряжений, токов, моментов, скоростей [1]. Наиболее полная их

оценка может быть получена на основе динамической модели электропривода, построенной

на основе точной математической модели асинхронного двигателя [2].

Метод пространственных векторов позволяет записать систему уравнений движения

двухфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в потокосцеплениях ро-

тора и токах статора в единой системе координат, который вращается с произвольной скоро-

стью

в координатной плоскости

, [3]:

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

−

⋅−⋅=

++−=

−+−=

−⋅

−

−⋅

−

−⋅

−

−⋅

−

−⋅

);(5,1

;

2112

zМ

LLL

ψψ

ωψψ

βαβα

βββ

βαα

ββ

αα

(1)

где

βα

,UU – проекции векторов напряжений статора на координатные оси

;

βα

,ii

– проекции векторов тока статора на координатные оси

;

, LL

– индуктивность

статора и ротора соответственно;

L – коэффициент взаимной индукции.

Целью работы является построение системы подчиненного регулирования скоростью

асинхронного двигателя на основе математической модели в токах статора и потокосцепле-

ниях ротора [4].

В качестве примера функционирования полученной модели был взят двигатель с па-

раметрами [5]:

кВт200=

P , 380=

U В,

смН35,1 ⋅⋅=J , 4

z , ,мH1334 ⋅

M ,Гн0072,0

,Гн0072,0

,Гн00693,0=

,Ом158,0

,Ом36,1

А236

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009 88

В работе применен скалярный закон управления U/f, который реализован преобразо-

вателем частоты (ПЧ) и автономным инвертором напряжения (АИН).

В системе управления используем ПИ-регулятор тока, настроенный на модульный

оптимум, который имеет вид:

ppрKK

pТ

ДТЧП

рт

364,0

13,0

0077,03,19028,660033,02

0122,0

)(

⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅

βτ

, (2)

где

– некомпенсированная постоянная времени (постоянная времени ЧП);

T – электро-

магнитная постоянная времени;

ЧП

K – коэффициент частотного преобразователя;

– жест-

кость электромеханической характеристики;

ДТ

K – коэффициент датчика тока:

)В/А(0077,01298/10/10

max

= ІK

ДТ

Передаточная функция ПИ-регулятора скорости, настроенного на модульный опти-

мум, имеет вид:

pр

ДC

ДТ

рc

05,0

3,12

0033,02

10033,02

064,00033,04

35,10077,0

)( +=

⋅

+⋅

⋅

⋅⋅

⋅

+⋅

⋅

, (3)

где

ДС

K – коэффициент датчика скорости, )Вс(064,0/10

ДС

K .

Структурная схема асинхронного электропривода на основе математической модели

с учетом выбранных регуляторов реализована в программной среде MATLAB Simulink (рис. 1).

Рис. 1. Схема структурной модели системы подчиненного регулирования скорости

в MATLAB Simulink

На структурной схеме (рис. 1) математическая модель асинхронного двигателя в про-

странственных векторах потокосцеплений ротора и токах статора представлена подсистемой

ММАД (рис. 2). Результаты моделирования переходных процессов пуска и наброса нагрузки

приведены на рис. 3, 4.

Определим основные показатели качества при настраивании система на модульный

оптимум:

–

перерегулирование:

%4,3=

;

–

время регулирования :

с7,0

;

–

статическая ошибка по скорости: %0

ст

;

–

динамическая ошибка по скорости: %0

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009 89

Рис. 2. Структурная схема асинхронного двигателя в пространственных векторах

потокосцеплений ротора и токах статора

Рис. 3. Переходные процессы напряжения и частоты

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009 90

Рис. 4. Переходные процессы момента и скорости при прямом пуске и набросе

нагрузки

ВЫВОДЫ

Таким образом, получена система подчиненного регулирования скорости, построен-

ная на основе двухфазной математической модель асинхронного двигателя. Модель позволя-

ет проводить исследования влияния изменения различных параметров структуры электро-

привода на динамику переходных процессов, а также анализ различных режимов

работы

двигателя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ключев В. И. Теория электропривода [учебник для вузов] / В. И. Ключев. – М. : Энергоиздат,

1985. – 560 с.

2. Колб Ант. А. Теорія електроприводу : навчальний посібник / Ант. А. Колб, А. А. Колб. – Д., Національний

гірничій університет, 2006. – 511 с.

3. Квашнин В. О. Разработка методики определения статических механических характеристик с по-

вышенным пусковым моментом / В.

О. Квашнин // Вестник Национального технического университета «Харь-

ковский политехническей институт». – 2005. – № 45 – С. 378–381.

4. Квашнин В. О. Методика аналитического определения характеристик асинхронного двигателя /

В. О. Квашнин // Сборник научных трудов КГПИ. – 2000. – № 8. – С. 143–145.

5. Мусиенко Ю. Н. Разработка и исследование двухфазной динамической модели асинхронного элек-

тропривода / Ю. Н. Мусиенко, В. О. Квашнин // Вісник

кафедри «Електротехніка» за підсумками наукової

діяльності студентів ДонНТУ. – 2008. – С. 97–99.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Ковалевская Е. С., Рогоза Ю. В.

Проведен анализ программных продуктов, используемых при изготовлении деталей

машин. Предложен алгоритм создания 3D-моделей корпусных деталей с использованием

программного продукта Delcam Power Shape. Показана последовательность проектирования

корпуса от чертежа до твердотельной модели. Разработана управляющая программа для об-

работки детали на фрезерном станке с ЧПУ в среде Power Mill. Включение данных пакетов

в состав программного обеспечения производства позволяет повысить сложность деталей,

обрабатываемых на станках с ЧПУ, существенно сократить время подготовки управляющих

программ, увеличить эффективность использования станочного парка.

Проведено аналіз програмних продуктів, які використовують при виготовленні дета-

лей машин. Запропоновано алгоритм побудови 3D-моделей корпусних деталей з викорис-

танням програмного продукту Delcam Power Shape. Показана послідовність отримання кор-

пуса від креслення до твердотільної моделі. Розроблена керуюча програма для обробки дета-

лі на фрезерному верстаті з ЧПК в середовищі Power Mill. Включення даних пакетів до скла-

ду програмного забезпечення виробництва дозволяє підвищити складність деталей, що обро-

бляються на верстатах з ЧПК, суттєво скоротити час підготовки керуючих програм, збільши-

ти ефективність використання верстатного парку.

The analysis of products of softwares, used for making of details of machines is conducted.

The algorithm of creation of 3D-models of details of corps is offered with the use of software prod-

uct of Delcam Power Shape. The sequence of planning of corps is shown ot a draft to the tver-

dotel'noy model. The control program is developed for treatment of detail on a milling machine

with NC in the environment of Power Mill. Inclusion of data packets in the software production can

increase the complexity of parts, machined on NC machines, significantly reduce the time of prepa-

ration of control programs, to increase the efficiency of machinery equipment.

Ковалевская Е. С. канд. техн. наук, ст. преп. кафедры ТиУП ДГМА

tiup@dgma.donetsk.ua

Рогоза Ю. В. студент ДГМА

ДГМА – Донбасская государственная машиностроительная академия

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

УДК 621.9

Ковалевская Е. С., Рогоза Ю. В.

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

В технологии машиностроения активно создаются корпусные детали, являющиеся ба-

зовыми для проектируемых машин. Известно множество видов корпусных деталей и методов

их получения, но неизменной является проблема точности изготовления.

Любое производство начинается с проектирования и дальнейшего запуска конструк-

торской и технологической документации согласно действующим на территории Украины

стандартам ЕСКД и ЕСТД. Эффективность подготовительной стадии производства опреде-

ляется степенью автоматизации предприятия. Специалисты, так или иначе связанные с моде-

лированием и выполнением чертежно-графических работ, не могут обойтись без современ-

ной системы автоматизированного проектирования [1].

Известные программные продукты, такие как AutoCad (Autodesk Inventor), КОМПАС,

SolidWorks, ADEM, Delcam достаточно широко применяются в машиностроении. AutoCad

удобно использовать для оформления конструкторской документации, построения простых

деталей. В нём удобно строить сборки из листовых конструкций, однако для построения

сложных поверхностей он не пригоден. КОМПАС обладает такими же возможностями, а так

же обеспечивает получение документации, соответствующей самым высоким требованиям

оформления [2]. SolidWorks по сравнению с AutoCAD и КОМПАС имеет ряд преимуществ:

предоставляет полный цикл моделирования от проектирования трехмерных деталей, сборок

из отдельных деталей, сборочных чертежей и деталировок, до представления моделей в реа-

листичном (визуализация) и динамичном (анимация) виде. Имеет удобный интерфейс, воз-

можности 3D моделирования, а также возможность проведения испытаний деталей в услови-

ях наиболее приближенных к действительности. Однако данный продукт не имеет возмож-

ности твердотельного моделирования и требует больших ресурсов.

Общий недостаток вышерассмотренных программных продуктов – отсутствие воз-

можности создания управляющих программ. Такой возможностью обладает интегрирован-

ная CAD/CAM система ADEM. Организация и поддержка процесса сквозного проектирова-

ния – основное преимущество программного комплекса [1]. Принципиальным недостатком

ADEM является отсутствие возможности работы с твердотельными моделями. В этом случае

более интеллектуальной системой является семейство программ компании Delcam, в нем

есть твердотельные модели

. На их основе можно получать данные о топологии детали и ав-

томатически определять такие технологические параметры, как глубина обрабатываемого

элемента, угол наклона стенки, тип отверстия и др.

Delcam предназначен для производства сложных изделий. Программы компании

Delcam охватывает все этапы производственного цикла. Оно сочетает в себе функциональ-

ность с новейшими технологиями в

области пользовательского интерфейса. В результате

резкое сокращение этапа проектирования и подготовки производства. Каждый продукт

Delcam сфокусирован на специфическом аспекте конструирования, производства и контроля

сложных изделий и является самым оптимальным решением в своей области применения.

Delcam PowerSHAPE – современный гибридный моделировщик с твердотельным

и поверхностным моделированием. Твердотельное моделирование – это легкие и быстрые

операции объединения, вычитания и пересечения. Поверхностное моделирование – это неог-

раниченная сложность пространственных элементов и уникальные возможности редактиро-

вания. Delcam PowerMILL – пакет для подготовки высокоэффективных управляющих про-

грамм для фрезерных станков с ЧПУ.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Цель работы – изучить возможности применения Power Shape для проектирования де-

талей тяжелого машиностроения.

Объект проектирования – корпус червячного редуктора.

По имеющемуся чертежу (рис. 1) в среде Power Shape создана 3D-модель детали.

Рис. 1. Чертеж детали корпус

Процесс построения состоит из нескольких этапов.

На первом этапе необходимо задать нулевую локальную систему координат, относи-

тельно которой буте выполняться дальнейшее моделирование. Далее создается плоская бо-

ковая грань, а затем призматическое тело. После этого вырезаются главные и крепежные от-

верстия, и другие конструктивные элементы.

На втором

этапе проектируется труба. Создается дополнительная рабочая система ко-

ординат, относительно её строится профиль тела вращения и с помощью функции вращения

строится модель трубы. Затем вырезаются отверстия и другие конструктивные элементы.

После этого выполняется сечение основания и трубы, и оставляются необходимые поверхно-

сти.

На последнем, третьем этапе проектирования проектируется крышка корпуса. Перво-

начально задается вспомогательная система координат; сроится ломаная (образующая) и те-

ло вращения. После этого формируются внутренние поверхности крышки, затем из плоского

профиля боковой грани моделируется ухо корпуса.

После создания всех составляющих корпусной детали из них формируется цельная

твердотельная модель (рис. 2).

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Рис. 2. 3D-модель корпуса червячного редуктора, созданная в среде Power Shape

Управляющая программа для обработки корпуса червячного редуктора создается

в CAM системе Power Mill. Обработка выполняется на фрезерном станке с ЧПУ. Для форми-

рования управляющей программы 3D-модель корпусной детали импортируется в пакет

Power Mill Pro 9.0. Поверхности корпуса обрабатываются скругленной концевой фрезой

Ø 80 мм, l = 91 мм 80C05R-WM0RP1291с пластинами Sandvik Coromont. Данный инструмент

позволяет выполнить обработку детали в диапазоне скоростей 300–400 м/мин (при глубине

резания t = 3 мм и подаче S = 1,0–1,5 мм/об). В результате постпроецирования создается

управляющая программа обработки корпуса, с траекторией перемещения режущего инстру-

мента (рис. 3).

Рис. 3. Траектория обработки поверхностей корпуса