Энергосберегающие пневматические приводы технологических машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат технических наук Осипов, Владимир Александрович

• Осипов, Владимир Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Осипов, Владимир Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СХЕМ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОПОТЕРЬ

В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И ПРИВОДАХ

1.1. Система снабжения сжатым воздухом пневматических приводов и устройств

1.2. Снижение энергопотерь при производстве сжатого воздуха

1.3. Снижение энергопотерь при транспортировании сжатого воздуха

1.4. Снижение энергопотерь при использовании сжатого воздуха

1.4.1. Снижение энергопотерь путем снижения расхода сжатого воздуха

1.4.2. Снижение энергопотерь путем улучшения энергетических характеристик пневмоприводов.

1.4.2.1. Оптимизация взаимного расположения пневмоустройств в пневмоприводе

1.4.2.2. Схемы обеспечения повторного (многократного) использования энергии сжатого воздуха

1.4.2.3. Схемы снижения давления холостого хода до минимально допустимого значения

1.4.2.4. Снижение энергозатрат при использовании расширения сжатого воздуха

1.4.2.5. Снижение потребления сжатого воздуха при позиционном управлении пневмоцилиндрами двустороннего действия

1.4.2.6. Снижение энергозатрат при использовании пневмоприводов одностороннего действия

1.4.2.7. Энергосберегающие схемы торможения

1.5. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ

МОДЕЛЬ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПНЕВМОПРИВОДОВ

2.1. Структурные схемы энергосберегающих пневмоприводов

2.2. Критерий оценки энергосбережения в пневматических приводах

2.3. Коэффициент энергосбережения известных схем пневматических приводов

2.4. Энергосберегающие режимы работы пневматических приводов

2.5. Математическая модель энергосберегающих

0 пневматических приводов . • , • • ■

2.6. Реализация математической модели энергосберегающих пневматических приводов на ЭВМ

Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ

ПРИВОДОВ.

3.1. Общая методика проведения машинных экспериментов

3.2. Исследование влияния параметров привода на его работу

3.3. Возможные упрощения математической модели

И' и их влияние на точность результатов

Выводы

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ

4.1. Экспериментальная установка для исследования параметров энергосберегающих пневматических приводов

4.2. Экспериментальные исследования энергосберегающих пневматических приводов

4.3. Сравнение результатов экспериментальных исследований с данными машинных экспериментов

4.4. Энергосберегающие схемы пневматических приводов с вторичным использованием энергии Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Энергосберегающие пневматические приводы технологических машин»

Пневматические приводы получили широкое применение в самых различных отраслях народного хозяйства: в станкостроении, транспортном машиностроении, литейном и кузнечном производстве, строительном и автомобильном деле, полиграфическом машиностроении, самолётостроении, в ракетных двигателях, в космонавтике, в кожевенной и пищевой промышленности, на железнодорожном транспорте, в топливно-энергетическом комплексе, химической промышленности и т. д. В настоящее время трудно назвать отрасль промышленности, в которой бы не нашли применение пневматические приводы. Они используются в качестве приводов зажимных и транспортирующих механизмов, для дистанционного управления и регулирования, в контрольно-измерительных приборах, при автоматизации машин и устройств, работающих в агрессивных средах, в условиях пожаро - и взрывоопасности, радиации, а также в условиях высоких температур и значительных вибраций. Элементы пневмоавтоматики и пневмоприводы всё больше внедряются в медицинские приборы различного назначения - для искусственного дыхания, кровообращения, инъекций и т. д. [16].

Сжатый воздух является одним из самых дорогих видов энергии, используемых в современной промышленности: 1 кДж энергии, получаемый в пневмоприводах машин и механизмов, использующих сжатый воздух, обходится в 7-10 раз дороже, чем 1 кДж, получаемый при работе электропривода. На производство сжатого воздуха расходуется в среднем около 20 % всей потребляемой промышленностью электрической энергии. Поэтому вопросы сокращения энергетических потерь пневматических систем чрезвычайно актуальны.

Пневмоприводы работают на сжатом газе, который поочередно под давлением пневматической сети подается в ту или иную рабочую полость исполнительного пневмоцилиндра, при этом сжатый воздух из выхлопной полости выбрасывается в атмосферу, что связано со значительными потерями энергии и низким КПД пневмоцилиндров.

Таким образом, работа по созданию энергосберегающего пневматического привода, способного сэкономить значительную часть затраченной энергии, является актуальной и представляет большой практический интерес.

Проблеме разработки энергосберегающих пневматических приводов для технологических машин посвящены работы Герц Е.В., Крейнина Г.В. [15, 16], Кудрявцева А.И. [42], Дегтярева В.И. [24] и ряд других.

Цель работы. Разработка энергосберегающих пневматических приводов технологических машин.

Методы исследований. Теоретические исследования влияния параметров привода на его динамические характеристики выполнены расчётным путём с помощью специально разработанных программ, которые используют методы численного интегрирования. Экспериментальные исследования проводились на лабораторной установке, созданной на базе промышленного пневматического привода. Для получения экспериментальных данных использовались датчики с выводом показаний на персональный компьютер при помощи платы АЦП и программного обеспечения РолуеЮгар!!. Научную новизну работы составляют:

- критерий энергосбережения пневматических приводов;

- структурное решение привода, заключающееся в использовании в качестве энергосберегающего устройства - аккумулятора энергии сжатого воздуха, подключенного к выхлопной линии пневмопривода через обратный клапан;

- математическая модель энергосберегающего пневматического привода; Практическая ценность работы заключается:

- в разработанном программном обеспечении;

- в рекомендациях по проектированию энергосберегающих приводов;

- в разработке устройства энергосберегающего пневмопривода.

Реализация результатов. Результаты работы используются:

- ЗАО НПО «Техкранэнерго» при проектировании приводов технологического оборудования;

- Владимирским государственным университетом в учебном процессе при прохождении студентами лабораторного практикума.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Владимирского государственного университета 2002/2004 гг., заседаниях кафедры «Тепло-газоснабжение, вентиляция и гидравлика» ВлГУ.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

- структурная схема энергосберегающего пневматического привода;

- критерий количественной оценки энергосбережения в пневматических приводах;

- математическая модель энергосберегающих пневматических приводов;

- результаты экспериментальных исследований динамики привода;

- схемы энергосберегающих пневмоприводов с вторичным использованием сохраненной энергии сжатого воздуха.

Публикации. Основные положения диссертационной работы представлены в 8 публикациях.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и приложений. Общий объём работы 182 страницы машинописного текста, включая 86 рисунков на 65 страницах, Птаблиц. Список использованной литературы содержит 78 наименований. Приложение состоит из 28 страниц, содержит тексты программ и два акта внедрения результатов работы.

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Осипов, Владимир Александрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны структурные схемы энергосберегающих пневматических приводов, которые позволяют сохранить энергию сжатого воздуха из выхлопной полости больше на 25 - 60 %, чем экономится в известных схемах.

2. Составлена математическая модель энергосберегающих пневматических приводов, которая позволяет проанализировать изменение динамических параметров приводов при их работе.

3. Разработан количественный критерий энергосбережения - коэффициент возврата энергии, который может быть применен при оценке величины сохраненной энергии сжатого воздуха из выхлопной полости пневмоцилинд-ра. Получены математические функции для коэффициента возврата энергии.

4. Разработаны алгоритмы управления и исследованы различные режимы работы пневматических приводов, обеспечивающие максимальное энергосбережение, минимальное время рабочего хода штока и максимальное усилие на штоке привода в конце хода.

5. Разработаны алгоритмы расчета и программное обеспечение для ЭВМ, которые могут быть использованы для определения параметров, обеспечивающих эффективную работу энергосберегающего пневматического привода.

6. Проведены машинные эксперименты, которые подтвердили работоспособность предложенной схемы энергосберегающего пневматического привода.

7. Разработан, практически построен, отлажен, экспериментально исследован энергосберегающий пневматический привод.

8. Экспериментальные исследования пневматического привода показали его высокие динамические и энергосберегающие свойства. В результате экспериментальных исследований получены данные, подтверждающие приемлемую адекватность математической модели реальным динамическим параметрам привода.

9. Предложены энергосберегающие схемы пневмоприводов с вторичным использованием энергии, сохраненной в аккумулирующей емкости. 10.Основными результатами работы являются развитие теории и разработка пневматических приводов со значительным энергосбережением.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Осипов, Владимир Александрович, 2004 год

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1969. 824 с. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие. Изд. 3-е, перераб. и доп. / Под ред. Б.Д. Кошарско-го. Л.: Машиностроение, 1976, 488 с.

2. А. с. SU 1497397 AI (СССР). Объемный привод / А.И. Евдокимов. -Опубл. в Б. И. 1989, № 28.

3. А. с. SU 1665115 AI (СССР). Пневматический цифровой привод / А.И. Евдокимов. Опубл. в Б. И. 1989, № 27.

4. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. 320 с.

5. Бойков H.A., Звездин П.С., Резник Л.Б. Измерение давлений при быс-тропротекающих процессах. М.: Энергия, 1970, 125 с. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1986, 544 с.

6. Бруевич Н.Г., Герц Е.В., Полякова М.А. Метод автоматизации динамических расчетов типовых пневматических приводов // Автоматизация труда в машиностроении. М.: Наука, 1973. С. 5-12.

7. Волков Ю.Г. Диссертация: Подготовка, защита, оформление: Практическое пособие/ Под. ред. Н.И. Загузова. Изд. 2-е, испр. И доп. М.: Гарда-рики, 2003.- 185 с.

8. Герц Е.В. Пневматические приводы. Теория и расчет. М.: «Машиностроение», 1969. - 359 с.

9. Герц Е.В., Крейнин Г.В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие. -М., «Машиностроение», 1975. 272 с.

10. Герц Е.В., Зенченко В.П., Крейнин Г.В. Синтез пневматических приводов. М.: «Машиностроение», 1966. - 212 с.

11. Герц Е.В. Динамика пневматических систем машин. М.: Машиностроение, 1985. 255 с.

12. ГОСТ 15608-81 Пневмоцилиндры поршневые. Технические условия.

13. Голфман И. Определяют дефект по свисту// Рационализатор и изобретатель. 1986,-№ 11, С. 15

14. Градецкий В.Г., Рачков М.Ю. Роботы вертикального перемещения. М.: Тип. Мин. Образования РФ, 1997, 223 с.

15. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. 2-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1982. 423 с.

16. Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М.: «Машиностроение», 1973. - 360 с.