Разработка системы синхронизации положения траверсы гидравлического пресса усилием 75000тс

=20,4910-4+210-6+30,810-6+20,610-6+22,510-6=

=1,0910-4 .

В качестве источника питания выбираем пластинчатый насос с нерегули-руемым рабочим объемом при соблюдении следующих условий:

;

,

где и - соответственно паспортные номинальные значения давления и производительности ( подачи ) насоса на выходе.

Выбираем пластинчатый насос с нерегулируемым рабочим

БГ 12-21М, имеющий техническую характеристику:

- номинальное давление – ;

- номинальная производительность – ;

- рабочий объем - ;

- частота вращения ротора – 25 об/с;

- объемный КПД – 0,75;

- механический КПД – 0,8;

- общий КПД – 0,6;

- масса – 9,5 кг.

2.6 РАСЧЁТ НАГНЕТАТЕЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА НА ПРОЧНОСТЬ

Прочностной расчет трубопровода заключается в определении толщи-ны стенки трубы из условий прочности. Труба рассматривается как тон-костенная оболочка, подверженная равномерно распределенному давле-нию . С достаточной для инженерной практики точностью мини-мально допустимая толщина стенки определяется:

,

где - толщина стенки трубы, м;

- расчетное давление на выходе из насосной установки, ;

- внутренний паспортный диаметр трубы, м;

- допускаемое напряжение, .

Для труб, выполненных из стали 20, .

Из справочников толщина стенки трубы выбирается так, чтобы дейст-вительная толщина стенки трубы несколько превышала расчетное значение , т.е. .

Выбираем трубу с параметрами:

мм, мм > 0,95 мм.

2.7 ВЫБОР ПРИВОДНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

В качестве приводного электродвигателя обычно используется трех-фазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором об-щепромышленного применения. Электродвигатель выбираем при соблю-дении следующих условий:

;

,

где и - соответственно номинальные паспортное и расчетное зна-чения активной мощности на валу ротора насоса;

и - соответственно номинальные паспортные значения час-тоты вращения роторов электродвигателя и насоса.

Расчетная номинальная мощность на валу ротора насоса при дрос-сельном регулировании скорости

,

где - расчетная мощность на валу ротора насоса, кВт;

- расчетное значение номинального давления на выходном штуцере насоса ( точка А ), МПа;

- значение номинальной производительности ( подачи ) на вы-ходном штуцере насоса ( точка А ), м3/с;

- общий КПД выбранного типоразмера насоса.

кВт.

Выбираем трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамк-нутым ротором 4А132М4У3, имеющий следующую техническую характе-ристику:

номинальная мощность - 4 кВт>2 кВт;

синхронная частота вращения - 25 об/с= =25 об/с;

масса – 100 кг.

3 РАЗРАБОТКА МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

3.1 ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Для обработки информации с датчиков положения, выполнения алго-ритма работы и подачи управляющих сигналов на исполнительную гидрав-лическую аппаратуру применяем 28-выводный микроконтроллер PIC14000, тактовая частота которого без применения кварцевого резонатора 4МГц, объ-ем ОЗУ 192 байта, 22 линии ввода-вывода, объем ПЗУ 4Кх14.

Данный микроконтроллер – дешевое микроэлектронное устройство, имеет достаточные технические характеристики для обслуживания разраба-тываемой системы синхронизации.

Основные функции микроконтроллера в разрабатываемой системе – это опрос четырех датчиков положения, десяти датчиков давления, шести элементов фильтрации рабочей жидкости, проведение расчетов по алгоритму работы и выдача сигналов управления на предохранительные клапаны, дрос-селирующие распределители и приводные электродвигатели.

Функциональная схема микроконтроллерной системы управления представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Функциональная схема микроконтроллерной системы управления

3.2 ВЫБОР ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ И РАСЧЕТ СХЕМЫ СОПРЯЖЕНИЯ С МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ

Для обеспечения измерения рабочего диапазона перемещения траверсы используем закрытую систему измерения линейных перемещений на базе фотоэлектрической линейки LS-623 со следующими техническими характе-ристиками:

- рабочий диапазон измерений – 2540мм;

- межштриховой шаг – 20мкм;

- системная точность 10мкм;

- разрез линейки (высота х толщина) 75х37мм.

Система имеет прямоугольные импульсы (ТТL-выход).

Выбранная система измерения линейных перемещений удовлетворяет всем требованиям по монтажу, габаритным размерам и диапазону измерения.

Схема сопряжения датчика положения с микроконтроллером представ-ляет собой набор счетчиков, которые считают импульсы от датчика и через регистр-защелку передают данные в порт микроконтроллера.

Расчет необходимых параметров схемы сопряжения выполняем для ра-бочего хода траверсы при максимальной скорости движения =30 мм/с и минимальной скорости движения =0,2 мм/с. Опрос датчиков положения необходимо организовать через каждые 2 секунды – время переходного про-цесса системы синхронизации по положению (определено при моделирова-нии системы).

С учетом того, что шаг линейки 0,02 мм (50 импульсов за 1с),

при =30мм/c: за 2с количество импульсов от датчиков=23050=3000имп.;

при =0,2мм/c: за 2с количество импульсов от датчиков=20,250=20имп.

Т.о. опрос датчика положения контроллер будет вести через каждые 20 импульсов.

Для подсчета импульсов от датчика положения выбираем четырех разряд-ный счетчик К555ИЕ7.

Необходимое количество микросхем счетчиков для подсчета 20 импуль-сов – 2 шт., т.к. 20 в двоичном коде =25 (два 4-х разрядных счетчика).

Для фиксирования информации на выходе счетчика импульсов исполь-зуем RS-триггер.

Логический элемент “И” К555ЛИ5, сигнал на выходе которого служит для установки информации на триггере и обнуления старшего счетчика им-пульсов.

В системе всего 4 датчика положения, информация с которых поступает на один порт А микроконтроллера.

После считанной информации с триггеров микроконтроллер через порт С сбрасывает те триггеры в 0, с которых прочитана информация. При этом в соответствующих регистрах накопителях ведется подсчет суммарного поло-жения траверсы относительно нижнего штампа.

Принципиальная схема сопряжения датчика положения с микроконтрол-лером представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Принципиальная схема сопряжения датчика положения с микроконтроллером

3.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ СОПРЯЖЕНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА С ДАТЧИКАМИ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Сигналы с датчиков давления и фильтрующих элементов необходимо пода-вать на порт ввода микроконтроллера через оптроны АОТ123А для преобра-зования уровней сигнала в TTL. Т.к. общее число обрабатываемых сигналов равно 16, а порт ввода микроконтроллера 8-разрадный, то необходимо при-менить шифратор К155ПР6. Принципиальная схема сопряжения микрокон-троллера с датчиками аварийных ситуаций приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Принципиальная схема сопряжения микроконтроллера с датчиками аварийных ситуаций

3.4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ СОПРЯЖЕНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА С УПРАВЛЯЕМОЙ АППАРАТУРОЙ

Управляющие сигналы с порта вывода микроконтроллера подаются на предохранительные клапаны и дросселирующие распределители, номиналь-ное напряжение которых 24В. для сопряжения сигналов применяем транзи-сторные оптроны АОТ123Б. Сигналы управления электродвигателями через оптроны подают питающее напряжение на электромагнитное реле постоян-ного тока РЭС-6, замыкающие контакты которого подают напряжение на электродвигатель.

Принципиальная схема сопряжения микроконтроллера с управляемой аппаратурой приведена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Принципиальная схема сопряжения микроконтроллера с управляемой аппаратурой

3.5 РАЗРАБОТКА БЛОК СХЕМЫ АЛГОРИТМА

Алгоритм работы программы основан на измеряемом значении положе-ния траверсы с помощью четырех систем измерения линейных перемещений. При появлении перекоса траверсы показания датчиков положения будут раз-личны. Минимальное значение всех датчиков принимается за необходимое, определяется отклонение показаний остальных датчиков. По этим отклоне-нием рассчитывается изменение скорости от номинального значения и соот-ветственно необходимое уменьшение расхода жидкости в синхронизирую-щих гидроцилиндрах. По линейной зависимости расхода жидкости через управляемый