Магнитоэлектрический линейный двигатель мехатронного модуля осей подачи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

P

RT >

N

^ t) A( t )У

iPrt (x)dx ■

^(t) A(tу

Список использованной литературы:

1. Воронкова Г.В., Пшеничкина В.А. Применение модели линейно деформируемого стохастического полупространства для расчета системы «балка - неоднородное основание». Интернет-журнал Науковедение. 2014. № 5. С. 27.

2. Воронкова Г.В., Рекунов С.С. Получение матрицы откликов для элемента в форме равностороннего треугольника при расчете пластинок по методу конечных элементов в смешанной форме. В сб. «Ежегодная научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава и студентов ВолгГАСУ материалы: в 3-х частях». 2008. С. 243-246.

© Болгов А.А., Холодяков М.В., Гронин М.А., 2016.

УДК 621.313.323.821

А.В. Бочкарев

Магистрант Ю.П. Петунин

К.т.н. доцент

Тольяттинский государственный университет г. Тольятти, Российская Федерация

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛИНЕЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ МЕХАТРОННОГО

МОДУЛЯ ОСЕЙ ПОДАЧИ

Аннотация

В статье рассмотрено применение мехатронного модуля с линейными двигателями магнитоэлектрического типа в качестве привода перемещения резца в токарном оборудовании при обработке сложного профиля поршня двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Предложена конструкция линейного двигателя мехатронного модуля, обеспечивающая требуемые показатели работы.

Ключевые слова Линейный двигатель, мехатронный модуль, обработка поршня.

Развитие технологий высокоскоростной обработки, применяемой в металлорежущих станках, роботах и производственных машинах, предъявляет высокие требования к динамике и точности перемещения осей подач технологического оборудования. Классическое построение оси подачи осуществляется при помощи стандартного электродвигателя с вращающимся ротором, механической передачи (реечная передача, винтовая пара (скольжения и качения), кулисная, кулачковые механизмы и др.), обеспечивающей преобразование вращения в продольное перемещение рабочего органа (суппорт, каретка).

Построение осей подач новых перспективных станков предусматривает использование предусматривает использование в их конструкции линейных двигателей подачи. Несмотря на то, что принцип построения линейного двигателя подачи известен более пятидесяти лет [1, 2], до последнего времени попытки построения подобного двигателя, пригодного для серийного производства не приводили к успеху. Но в последнее время в связи с появлением высокоточных быстродействующих цифровых систем управления электроприводом и систем числового программного управления, а также увеличением материальной базы внедрение линейных двигателей подачи стало возможно.

Так, при обработке профилирующих поверхностей поршней современных двигателей внутреннего сгорания с целью обеспечения высокого КПД и увеличения срока службы двигателей необходимо производить их токарную обработку. При этом профилю поршня придается эллиптическая форма, а фасу -бочкообразная (рис. 1).

Рисунок 1 - Поршень ДВС

Бочкообразная форма фаса делается таким образом, что диаметр головки поршня меньше диаметра тела, но чуть больше диаметра юбки, а эллиптическая форма фаса делается так, что большие радиусы эллипса совпадают с осями симметрии бобышек. При достижении поршнем рабочей температуры материал поршня расширяется, и поршень становится правильной цилиндрической формы со слегка уменьшенным диаметром в зоне юбки для обеспечения хорошего проникновения смазки между стенок поршня и цилиндра.

Существуют два основных способа обработки поверхности поршня: на станках с механическими копирами и в многошпиндельных обрабатывающих центрах. Однако в последнее время, благодаря развитию мехатроники, базирующейся на достижениях механики, электроники, автоматики и информатики стало возможным создание принципиально новых узлов-модулей станочного оборудования — мехатронных модулей. На базе мехатронных модулей разрабатываются станки нового поколения, оснащенные электроприводами прямого действия (Direct Drive), в конструкциях которых отсутствуют промежуточные кинематические звенья (редукторы, коробки передач, устройства преобразования вращательного движения в линейное и др.).

Основным узлом мехатронного токарного модуля является линейный двигатель, осуществляющий перемещение резца перпендикулярно оси вращения поршня. Принцип работы системы обработки поршня на станке с мехатронным токарным модулем заключается в следующем: информация о параметрах усилия и перемещения для обработки детали поступает из рабочей программы в систему числового программного управления (ЧПУ), которая формирует внутреннее задание, преобразуемое платой управления и усилителем мощности в силовой сигнал линейного двигателя мехатронного модуля, отрабатывающего задание на усилие и перемещение и непосредственно связанного с резцом. При этом сам поршень при обработке вращается с частотой 1500 об/мин, и чтобы обеспечить эллипсность необходимо обеспечить, как минимум, два возвратно-поступательных перемещения. Следовательно, линейный двигатель и система управления

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №2/2016 ISSN 2410-6070

должны обеспечить 3000 движений/мин, что весьма сложно организовать при использовании типичной системы ЧПУ и серийно выпускаемого классического линейного двигателя.

В мехатронном токарном модуле используется быстродействующий линейный двигатель акустического типа (рис. 2) [3, с. 21]. Магнитная система такого двигателя позаимствована из акустики, в частности конструкции низкочастотных динамиков большой мощности, что в свою очередь позволило обеспечить требуемый уровень быстродействия системы.

Рисунок 2 - Линейный двигатель токарного модуля

Индуктор линейного двигателя мехатронного модуля выполнен в виде цилиндрического ярма, закрытого с одной стороны задней крышкой с внутренним цилиндрическим стальным сердечником. По внутренней поверхности ярма расположены постоянные магниты, создающие основной магнитный поток внутри двигателя. Якорь линейного двигателя представляет собой двухслойную, безкорпусную катушку с вклеенной стекловолоконной прокладкой между слоями. Одной стороной катушка приклеена к текстолитовому корпусу якоря, который представляет собой тонкостенный цилиндр из текстолита, склеенный с цилиндрической алюминиевой крышкой. Крышка имеет плоскую поверхность с отверстиями в торцах для охлаждения. Вес якоря составляет 150 грамм, что обеспечивает ему низкую инерционность. При монтаже двигателя в мехатронный модуль к крышке якоря крепится упорный шток, в который потом вставляется резец.

Линейный двигатель мехатронного токарного модуля имеет следующие параметры: номинальный ток обмотки якоря - 6А, номинальное напряжение питания - 24В, полное полезное усилие 195Н, коэффициент полезного действия - 92%, скорость перемещения - 1,5 м/с.

Описанный выше мехатронный модуль обладает высокой динамикой, быстродействием и высоко точностью. Так цикл полной обработки поршня (создание бочки, эллипсности и нарезка каналов под установку колец) составляет 18 секунд, точность обработки составила 0,05 мкм.

Список использованной литературы

1. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей: Пер. с англ. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1983. - 180 с., ил.

2. Хитерер, М.Я., Овчинников, И.Е. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения. - СПб. КОРОНА принт., 2004. - 368 с.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №2/2016 ISSN 2410-6070

3. Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов: Труды Всероссийской научно-технической конференции студентов, матрантов, аспирантов 13 - 15 ноября. Тольятти: ТГУ, 2007. - 182 с.

4. Интернет источник: http://www.h2wtech.com/category/voice-coil-actuators#spetifications1

© А.В. Бочкарев, Ю.П. Петунин, 2016

УДК 621.317.2

А.В. Бочкарев

Магистрант А.А. Северин

К.т.н. доцент

Тольяттинский государственный университет г. Тольятти, Российская Федерация

ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОМЕХ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ НАГРУЗОК

ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ

Аннотация

В статье рассмотрен вопрос разработки модели возникновения импульсных помех при включении нагрузок трехфазной сети в программе схемотехнического моделирования Micro-Cap.

Ключевые слова Трехфазная сеть, электромагнитная совместимость, Micro-Cap

Включение в трехфазную сеть нагревателей, конденсаторов, различных нагрузок и цепей приводит к возникновению в электроэнергетической системе импульсных помех, наложенных на синусоиду рабочего напряжения, что в свою очередь влияет на качество работы других электропотребителей, нередко приводя к выходу последних из строя. В связи с этим большое внимание уделяется вопросам электромагнитной совместимости технических средств.

Исследование влияния на сеть включения потребителей с различным типом нагрузки (емкостная, резистивная) подразумевает наличие соответствующей материально-технической базы, что по тем или иным причинам не всегда является возможным.

Современные компьютерные технологии, предоставляют возможность более глубокого изучения вопросов, связанных с функционированием электронных устройств за счет использования виртуальных лабораторий на основе персональных компьютеров и соответствующего программного обеспечения (MATLAB, labView, Micro-Cap и др.). Они позволяют качественно изменить и существенно улучшить технологию исследований, перевести ее в виртуальную действительность [1]. Несомненным преимуществом таких виртуальных лабораторий является возможность осуществить необходимые исследования с получением количественных результатов без необходимости закупки, часто дорогостоящих, лабораторно-практических комплексов.

Программное обеспечение Micro-Cap [2] от компании «Spectrum Software» в последнее время является одним из наиболее популярных программных продуктов для имитационного моделирования электрических схем и преобразовательной техники.

Для исследований возникновения электромагнитных помех в программе Micro-Cap разработана имитационная модель трехфазной сети (рис. 1), позволяющая исследования возникновения помех при включении нагрузок трехфазной сети.