Новые системы автоматической виброзащиты и активной виброизоляции шлифовальных станков в условиях плавучей мастерской

С учетом проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработано устройство (рис. 5.8, а), позволяющее на основе испытанных образцов виброизолирующих опор (рис. 5.8, б) и виброизолирующего устройства (рис. 5.8, в), адаптировавшего указанные опоры к условиям плавучих мастерских, обеспечивать автоматическую виброзащиту шлифовального станка (патенты UA 94200 и RU 158629U1) [46, 47].

Металлорежущий станок (кругло-, плоскошлифовальный, расточный и т.п.) устанавливают на общей поверхности палубы механообрабатывающего участка плавучей мастерской на четырех виброизолирующих опорах 1 [167], выполненных в виде основания с резиновым элементом и установленным в осевом отверстии цилиндром с рабочей жидкостью, поршнем со штоком 2, размещенным и зафиксированным в отверстиях станины 3 станка 4 (рис. 5.8, а). В процессе воздействия на станину станка 4 колебаний от внешних источников через поверхность палубы передаются колебательные воздействия через опору 1 и цилиндр со штоком 2, обеспечивая гашение колебаний, то есть механическое и гидравлическое демпфирование. Для предотвращения сдвига и перекоса станка верхнюю часть штока 2 поджимают прижимом 5, размещенным на оси 6 стойки 7. Задней частью прижим 5 взаимодействует со штоком 8 антивибрационного гидроцилиндра 9, закрепленного на поверхности 10 палубы вместе со стойкой 7. Нижняя полость антивибрационного гидроцилиндра 9 связана с гидронасосом 11, работающим от асинхронного электродвигателя 12. Однако внешние воздействия не являются постоянными как по частоте, так и по амплитуде. Для исключения вредного влияния этих колебаний на процесс обработки, в частности, для снижения волнистости при шлифовании деталей установленные на направляющих станины 3 вибродатчики 13 преобразуют вибрации в электрические сигналы, которые через АЦП передаются на вход программируемого логического контроллера ArduinoUNO. Указанный контроллер через ЦАП и усилитель, а также ЧП Altivar, регулируя частоту вращения электродвигателя 12 и насоса 11, соответственно увеличивает или уменьшает давление в противоштоковой полости антивибрационного гидроцилиндра 9, тем самым увеличивая или уменьшая жесткость виброизолирующей опоры воздействием через прижим 5 на шток 2. Контроллер ArduinoUNO настраивается таким образом, что при появлении на выходе вибродатчиков 13 низкочастотных высокоамплитудных вибраций, выходящих за пределы расчетных (нормальных), генериру-

Схема устройства автоматической виброзащиты станка, работающего в условиях плавучей мастерской

Рис. 5.8. Схема устройства автоматической виброзащиты станка, работающего в условиях плавучей мастерской (патенты UA 94200 и RU 158629U1) (а) на основе виброизолирующих опор (патент UA 36389) (б) и виброизолирующего устройства (патент UA 51621) (в) ются соответствующие сигналы на выходе контроллера, позволяющие повысить жесткость виброопоры путем увеличения давления рабочей жидкости в антивибрационном гидроцилиндре 9 за счет увеличения давления в напорном трубопроводе от насоса 11 с электродвигателем 12 и ЧП Altivar.

На рис. 5.9 показан общий вид еще одного варианта устройства опоры металлорежущего станка с активной виброизоляцией [45, 48]. Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью (условно не показаны), шток 2 с поршнем, клапанами, уплотнительным и направляющим узлами (условно не показаны). Цилиндрический корпус 1 нижней частью установлен соосно в основании опоры 3 с резиновым элементом. Снаружи на верхней выступающей части цилиндрического корпуса 1 закреплена обмотка электромагнита 4. Между верхним торцом цилиндрического корпуса 1 и опорной поверхностью станины 5 станка 6 на штоке 2, зафиксированном в отверстии 7 станины 5, размещены упругие элементы - тарельчатые пружины 8. Обмотка электромагнита 4 связана с вибродатчиками 9, установленными на станине 5 станка 6 через управляющее устройство. Управляющее устройство включает аналого- цифровой преобразователь (АЦП), контроллер (К) типа ArduinoUNO, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и усилитель (У).

Снаружи на верхней выступающей части цилиндрического корпуса 1 закреплена обмотка электромагнита 4. Между верхним торцом цилиндрического корпуса 1 и опорной поверхностью станины 5 станка 6 на штоке 2, зафиксированном в отверстии 7 станины 5, размещены упругие элементы - тарельчатые пружины 8. Обмотка электромагнита 4 связана с вибродатчиками 9, установленными на станине 5 станка 6 через управляющее устройство. Управляющее устройство включает аналого- цифровой преобразователь (АЦП), контроллер (К) типа ArduinoUNO, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и усилитель (У). Металлорежущий станок устанавливают на виброизолирующих опорах на общей поверхности пола механообрабатывающего участка.

Каждая опора содержит корпус 1, полость которого заполнена магнитореологической жидкостью - коллоидным раствором нанодисперс- ных ферромагнитных частиц, покрытых поверхностно-активным веществом, в жидкости-носителе. В полости корпуса 1 также размещены шток 2 с поршнем, клапанами, уплотнительным и направляющим узлами. В процессе воздействия на станину 5 станка 6 колебаний от внешних источников (компрессоры, технологическое оборудование, прессы и др.) через поверхность пола передаются колебательные воздействия через основание опоры 3 с резиновым элементом, корпус 1, упругие элементы - тарельчатые пружины 8 на станину 5 станка 6. Частоты и амплитуда этих воздействий в силу стохастической природы изменяются в широком диапазоне и требуют от демпфирующих элементов постоянной адаптации - поднастройки жесткости, изменений сил сопротивления усилиям растяжения - сжатия поршня со штоком 2 в корпусе 1.

Схема опоры металлорежущего станка с активной виброизоляцией (патент UA 84199, патент RU 159415U1)

Рис. 5.9. Схема опоры металлорежущего станка с активной виброизоляцией (патент UA 84199, патент RU 159415U1)

Для этого установлены на направляющих станины 5 вибродатчики 9 (например типа СД-21, АР2037, EMD-Vibration или SVAN-954), преобразуя вибрации в электрические сигналы, передают их через АЦП на вход программируемого логического контроллера ArduinoUNO. Указанный контроллер через ЦАП и усилитель передает электрический сигнал в обмотку электромагнита 4, который воздействуя электромагнитным полем на магнитореологическую жидкость в полости корпуса 1, меняет ее вязкость. При этом меняется скорость перетекания ее через клапаны в поршне и, как следствие - изменяются усилия сопротивления растяжению-сжатию в гидравлической полости виброизолирующего устройства, тем самым увеличивая или уменьшая его жесткость. Контроллер ArduinoUNO настраивается таким образом, что при появлении на выходе вибродатчиков 9 вибраций, выходящих за пределы допустимых (с учетом обеспечения требуемых параметров точности деталей при обработке), генерируются соответствующие сигналы на выходе контроллера, позволяющие изменить жесткость опоры путем изменения тока в обмотке электромагнита. Для использования таких опор в плавучих мастерских достаточно их надежно зафиксировать с помощью рычажной системы на стойке и оснастить гидроцилиндром с пружинным аккумулятором по аналогии с устройством [167] (рис. 4.5, 5.8, в).

Разработанные устройства позволяют:

  • - обеспечить автоматическое управление демпфированием виброизолирующей опоры металлорежущего станка при внешних воздействиях, в том числе и от колебаний водной поверхности;
  • - повысить динамические качества станка и надежность его виброзащиты при работе в условиях плавучих мастерских;
  • - обеспечить возможность регулировки управляющих воздействий на жесткость виброизолирующих опор в широком диапазоне путем использования современной платформы ArduinoUNO, имеющей 14 цифровых входов и 6 выходов, кварцевый генератор, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и устройство перезагрузки;
  • - повысить качество обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы, уменьшения шероховатости и волнистости поверхности путем уменьшения вибрационных воздействий, гашению которых способствует виброизолирующая механо-гидравлическая опора с автоматическим регулированием жесткости в зависимости от сигналов с вибродатчиков, размещенных на незначительном удалении от рабочей зоны станка.

Второе устройство обеспечивает также высокое быстродействие системы управления за счет уникальных свойств магнитореологической жидкости. При этом повышается качество обработки деталей за счет снижения погрешностей их формы, уменьшения шероховатости и волнистости поверхности путем уменьшения вибрационных воздействий, гашению которых способствует опора с активной виброизоляцией за счет изменения вязкости магнитореологической жидкости в зависимости от сигналов вибродатчиков.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >